变频滚动活塞压缩机噪音振动优化

论文摘要

本文阐述了对空调压缩机噪音振动的优化过程。噪音振动是人们关注的焦点问题,过高的噪音会影响人们的睡眠质量,过大的振动会使得管路容易振裂。目前在3HP以下的家用空调中常用的压缩机为滚动活塞式压缩机。本文针对一款单转子滚动活塞变频压缩机的噪音振动进行了优化。该压缩机适用22-26机型空调,采用小型化结构和变频稀土电机。因此具有高效率和低成本优势。但是较小的结构使惯性质量也较小,因此对于振动的抑制也比较差;因此对其的噪音振动优化需要采取新的对策。本文按照日本APF（annual performance factor）工况下的四种空调试验进行了噪音和振动测量,发现了其中的问题点:冷暖房定格工况下的基频5倍频峰值（300-400Hz）暖房定格工况下的1200Hz峰值切向振动加速度普遍较高之所以将噪音研究重点放在1000Hz以下的频率是因为低频段噪音很难用隔音材料消除。分析发现的问题,进行了电机单体噪音试验、变压力转速试验、部件固有频率的计算和测量、噪音振动的定位测试等试验发现噪音振动异常的原因如下:冷暖房定格工况下的基频5倍频噪音的根源在电机的电磁噪音,并且与泵体固有频率接近,从而引起更大的噪音峰值;暖房定格的1200Hz噪音也是由于电机引起,并且和储液器的2、3阶模态接近,从而激发了更大的噪音。切向振动加速度出现较高的峰值,认为是旋转压缩的状态不稳定的原因。因此根据变频单转子压缩机的特点重新对电机转子-曲轴旋转系统进行了优化设计。首先,通过提高电机转子-曲轴转动系统的固有频率从而降低了冷暖房定格工况基频5倍频噪音,通过提高储液器固有频率从而降低了暖房定格工况1200Hz噪音。通过建立转子-曲轴系统、轴承座系统的有限元模型和离散化设计,求出单元形函数（将无限维问题转化为有限维）,利用转子动力学知识,求出单元质量矩阵,陀螺矩阵和刚度矩阵,利用虚功原理将外力转化为等效节点力向量,最后得到动力学表达式。对轴承油膜也建立有限元模型,利用流体雷诺方程变分形式将变分不等方程等价于极小值问题,通过矩形元素单元划分得到形函数,在求出油膜单元刚度矩阵和油膜单元的力向量后,得到整体方程。最后进行转子轴承系统耦合设计,旋转压缩机转子-轴承系统的动态耦合问题是一个强非线性的流固耦合问题。本文涉及三个求解域:即转子、轴承体、轴承油膜。因为曲轴转子和轴承体有类似的方程形式,所以采用整体的数值求解方法来耦合;同时采用交替的求解方法来耦合油膜方程。联立转子模型、轴承体模型的方程可以得到如下的整体方程组,然后和轴承油膜模型方程交替求解。通过以上方法并编制程序,可以计算曲轴的轴心轨迹、曲轴的挠度和轴承座的变形,这样就可以优化转动的状态,从而达到降低噪音振动的效果。在采取上述改进措施以后,该机种噪音和振动加速度得到一定幅度降低,从而使得产品性能达到用户需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 本课题的研究目的及意义
• 1.2 滚动活塞压缩机发展历史
• 1.3 滚动活塞压缩机结构和工作原理
• 1.4 滚动活塞压缩机压力变化和容积变化规律
• 1.5 滚动活塞压缩机运动和受力分析
• 1.5.1 滑片
• 1.5.2 滚动活塞
• 1.5.3 偏心轮轴
• 1.5.4 阻力矩
• 1.6 惯性力的平衡
• 2. 压缩机的噪音振动理论
• 2.1 压缩机的噪声源识别
• 2.1.1 电机噪声
• 2.1.1.1 磁滞伸缩
• 2.1.1.2 磁滞性
• 2.1.1.3 磁极吸引力
• 2.1.2 压缩机的机械噪声
• 2.2 压缩机噪声振动传递路径
• 2.2.1 固体通道
• 2.2.2 液体通道
• 2.2.3 气体通道
• 2.3 压缩机噪声的辐射
• 3. 直流变频压缩机噪音振动优化
• 3.1 压缩机基本结构
• 3.2 噪音振动试验数据分析
• 3.2.1 试验工况条件和测试方法
• 3.2.2 各工况噪音振动频谱
• 3.2.3 噪音振动频谱特性分析
• 3.2.3.1 电机单体噪音试验
• 3.2.3.2 变转速试验
• 3.2.3.3 变压力试验
• 3.2.3.4 部件固有频率测试试验
• 3.2.3.5 储液器固有频率测试
• 3.2.3.6 噪音源定位测试
• 3.3 旋转压缩机转子-曲轴系统优化
• 3.3.1 旋转压缩机转子-曲轴系统特点
• 3.3.2 旋转压缩机转子-曲轴系统的研究现状
• 3.3.3 理论计算模型
• 3.3.3.1 转子有限元模型
• 3.3.3.2 缸盖有限元模型
• 3.3.3.3 轴承油膜有限元模型
• 3.3.3.4 耦合方法及程序框架
• 3.3.3.5 计算结果说明
• 3.3.3.6 方案计算结果和分析
• 3.4 试验结果验证
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录