空调压缩机振动预测技术与计算机模拟

    在空调系统中，配管振动是一个十分重要的方面，振动位移过大会导致管路疲劳损坏，也会导致二次再生噪音的产生，影响空调产品的舒适度。压缩机作为空调系统内的动力核心，也是振动产生的源头，其本体振动大小直接影响到配管以及整机的振动情况。因此，在压缩机设计中，希望能够利用计算机技术快捷的实现压缩机振动的预测，在产品未定型之前改善设计参数达到降低振动的效果，这将能够极大的提高设计工作效率，降低开发成本。

    压缩机的振动不仅与转子动力学性能有关，还与电机驱动力、气体阻力有关，其主要振动特征具有鲜明的周期性，振动周期与压缩机运转周期相一致，因此称之为基频振动。而基频振动位移则是对空调配管影响最大的成分，也就是应予考虑的研究目标。

    本文结合前人研究成果，对压缩机旋转振动进行了解析分析，探讨基频振动幅值的较为精确的预测方法，并尝试通过ANSYS软件实现压缩机基频振动的模拟仿真。

    1 振动预测模型

    1.1 预测原理

    在压缩机设计中，转子不平衡振动可通过平衡块进行修正。因此，由驱动力及气体力波动所产生的与转速一致的基频振动成为最主要的振动分量，其表现形式为绕压缩机轴线的旋转振动。

    对实际压缩机振动模型分析，所关心基频振动频率不高（一般不超过100 Hz），由参考文献中资料可得绕压缩机轴线的旋转振动加速度为[1]:

    其中 A?为基频振动加速度，T?Z为阻力矩波动值，I z为压缩机绕竖直Z轴方向的转动惯量，c、k为阻尼和刚度系数。在压缩机中，两参数的计算方法见下述。

    1.2 参数提取

   （1）阻力矩计算[3，4]

    如图1所示，不计摩擦的情况下，转子力矩可表示为

    其中，Fg 和 Fn 分别为气体阻力和叶片的法向压力。因此，当吸排气参数、泵体结构尺寸确定以后，转子力矩是一个以转角 θ 为自变量的函数。因此，可以计算出转子转动一周范围内阻力矩的变化方程，从而可以在计算机中，通过离散傅里叶变换（DFT）的算法计算阻力矩频谱，并提取其基频波动幅值的大小。

   （2）转动惯量计算

    转动惯量的计算可依据产品开发的实际情况采用不同的方法进行：

    对于尚处于计算机设计阶段尚未有实体样机的压缩机，可通过三维设计软件进行精确的3 D建模，直接得出压缩机不同方向的转动惯量，本文通过Solid Edge 设计软件实现转动惯量的计算，如图 2 所示。