空调室外机管路系统的减振分析张宁波【摘 要】空调压缩机工作时会间歇性的吸气和排气,这将会导致压缩机产生相应的 振动,而振动将会传递到与之相连的管路上,管路在长期振动下容易断裂导致冷媒的 泄漏.通过有限元仿真软件对管路系统进行了模态分析和谐响应分析,并通过增加消 声器和增加管路壁厚的方法对管路进行减振分析,通过优化管路系统降低管路振幅, 提高管路使用寿命.期刊名称】《机电工程技术》年(卷),期】2019(048)006【总页数】3页(P56-57,116)关键词】 管路振动;有限元;模态分析;谐响应分析作 者】 张宁波作者单位】 广州华立科技职业学院,广东广州 511325正文语种】 中 文中图分类】 TG925.120 引言空调室外机管路振动问题是企业和相关研究学者重点关注对象，并对此进行了大量的研究空调室外机管路在冷媒运输过程中起到了重要的作用空调压缩机、四通阀和储液罐等构件都是通过管路进行相互连接的，因此管路系统在整个制冷过程中 极为关键压缩机是空调制冷系统的心脏，压缩机主要由排气管、回气管和四通阀 组成，排气管和回气管是制冷剂流通的重要通道空调在长期的工作过程中，压缩 机产生的振动会传递到管路上，使得管路产生疲劳和松动。
文献［1］分析了引发往 复压缩机振动的原因，通过合理设置缓冲器大小和布置管道来控制和降低振动文 献［2］对空调管路振动的原因进行了相关研究，得出管路振动主要来源于运动机构 的动力平衡性差和气流脉动所引起的振动文献［3］对大型压缩机重要部位进行了 固有模态和阻尼比振型分析，并分析了气流脉动对管道振幅大小的影响，得出了气 流脉动是主要振动因素的结论文献［4］研究了壁厚以及阻尼配重对管路振动模型 的影响，得出了增加壁厚和阻尼管道固有频率有所改善的结果文献［5］通过在管 道不同连接部位施加约束条件来提高管道固有频率本文在上述研究基础上对空调 管路系统进行了模态分析和谐响应分析，并通过增加壁厚和增加消声器等方法对管 路系统进行了减振对比分析，达到了一定的减振效果1 管路模态分析1.1 原模型管路系统的模态分析模态分析是对结构的固有特征进行分析，主要包括固有频率和模态振型观察结构 的固有频率可以了解结构的共振频率，可对结构进行改进，避开共振频率观察结 构的模态振型可以了解结构的最大变形值，可对结构进行优化，降低结构的振幅值 模态分析中，固有频率和振型的计算公式为：上式（1）中：［M］为质量矩阵，［K］为刚度矩阵。
求解公式（1 ）即可得：上式（2）中，｛轴为特征向量，表示结构的第i阶振型；3i为固有频率，表示结 构的第 i 阶固有频率空调管道主要由排气管、回气管和四通阀组成，其中排气管和回气管的材料为紫铜， 四通阀材料为黄铜，其材料参数如表1所示，管路原模型如图1所示表1材料参数材料黄铜紫铜弹性模量/MPa 1.26x105 1.08x105密度/（kg・m-3）8900 8 900泊松比0.33 0.33阻尼比0.000 1 0.000 1 对管路系统进行模态分析时需先对管路系统进行网格划分，网格划分数为 47 768， 在进行模态分析时，为贴近管路的实际工况，分别在各管路端口处施加fixed support约束由于压缩机的激发频率约为48 Hz，当管路固有频率和压缩机频率 相接近的时候会产生共振现象，且此时振幅会达到最大，这将容易导致管路断裂 模态分析时提取管路系统的前十阶固有频率，其分析结果如表2所示空调压缩机激发频率为48 Hz，当管路系统的固有频率和压缩机激发频率接近或相 等时则会产生共振现象，这将会导致管路产生严重振动，从而影响管路性能，甚至 导致管路断裂通过表2可知，管路的第五阶固有频率为49.418 Hz，和压缩机 频率48 Hz极为接近，因此管路在第五阶频率时容易产生共振现象，提取管路的 第五阶振型图，如图2所示。
由图2可知，管路的第五阶振型图的最大变形部位 发生在排气管的底端U型管部位，此时管路的振动方向主要为前后左右摆动，即 X和Z方向摆动图1 空调管路模型表2管路系统前十阶固有频率阶级阶级1 2 3 4 5频率/Hz 15.171 18.673 30.51936.077 49.418 6 7 8 9 1 0 频率/Hz 52.931 55.368 69.708 70.239 82.285 图2管路的第五阶振型图1.2 管路减振模态分析 为降低管路振动，提高管道使用寿命，本文采取了两种减振方法，分别为：（1） 在排气管增加消声器；（2）增加排气管的管壁厚度对这两种管路模型分别进行 模态分析，并提取前10阶固有频率值，其分析结果如表3所示通过观察表3可知，在管路增加消声器时，管路有效地避开了压缩机激发频率48Hz增加管路壁厚时，管路的第五阶频率为48.363 Hz，和压缩机激发频率极为接近，没有达到避振效果对优化的管路系统进行模态分析可知，增加消声器在一 定程度上改变了管路的固有特性，起到了一定的优化作用表3优化管路系统前十阶固有频率Hz阶数阶数1 2 3 4 5加消声器15.26218.147 25.406 35.734 42.912增加壁厚15.329 19.16 29.953 36.202 48.363 67 8 9 1 0加消声器52.845 54.568 68.497 70.039 82.342增加壁厚52.94855.197 69.309 69.902 82.6032 管路谐响应分析为进一步研究管路系统在外激励下的振动特性，还需对管路系统进行谐响应分析。
谐响应分析是用于确定结构在某一设置的频率范围内，给定结构一个正弦规律变化 的周期载荷，查看结构响应频率的变化图确定结构在已知频率和幅值的载荷作用 下的稳态响应，这种类型的载荷可以用频率、幅值和相位角来描述，也可以用频率 实部和虚部来描述利用ANSYS Workbench软件对原管路模型、消声器管路模型和增加壁厚管路模 型进行谐响应分析，分别在这三种管路系统的排气口处施加激振力由于高阶频率 难以被激发，而低阶频率容易被激发因此研究三种管路在0 ~ 150 Hz范围内其 振幅的变化值分别提取三种管路模型在X和Z方向的应力变化值，其分析结果 如图3和图4所示图3 X方向的应力变化值由图3可知，在X方向上原管路模型的最大应力值为1.83 MPa，增加消声器管路模型的最大应力值为0.72 MPa，增加壁厚管路模型的最大应力值为0.25 MPa由图4可知，在Z方向上原管路模型的最大应力值为4.15 MPa，增加消声器管路 模型的最大应力值为2.54 MPa，增加壁厚管路模型的最大应力值为0.61 MPa 由此可知，优化管路模型后管路的最大应力值有所降低因此可以通过增加消声器 和增加壁厚的方法来降低管路振动幅值，提高管路使用寿命。
图4 Z方向的应力变化值3 结束语本文为降低管路振动，提高管路使用性能，提出了增加消声器和管壁厚度两种减振 方法并且分别对这几种管路进行模态分析和谐响应分析，通过对比三种管路的分 析结果可知，增加消声器后，管路的固有频率和应力值都起到了明显的避振和减振 作用增加管路壁厚后，管路的最大应力值有所降低由此可知增加消声器和增加 管壁厚度是一种可行的减振方法参考文献：【相关文献】[1]金海波，曹扬•往复压缩机的气流脉动与管道振动分析计算[J ] •杭氧科技，2012 (04): 17-21.[2 ]开国梅，朱建永•往复式压缩机管道振动的原因及处理[J ] •冶金动力，2005 ( 01 ):38 -39.[ 3 ]李鹤，杨铎，闻邦椿.大型压缩机管道系统振动现场测试与故障分析[ J ] .振动、测试与诊断， 2007，27(01):1-4.[4 ]张晓伟，李苏洋•空调管路系统的振动分析[J ] •振动、测试与诊断，2012 ( 32 ): 120-122.[ 5 ]张敬东，起雪梅，杜仕武.空调管路振动性能分析及优化设计[ J ] .重庆邮电大学学报， 2013 ， 25(5):705-709.[ 6 ]刘秀林.往复式压缩机工艺管道的布置及防振措施[ J ] .石油工程建设， 2009 ， 35 ( 02 ) : 18-22.[ 7 ]顾海明，金永煦.往复式压缩机气流脉动影响因素分析[ J ] .南京化工大学学报， 1998 ， 20 (1):85-87.[ 8 ]潘仲高，张正勇.压缩机管路振动改造总结[ J ] .化工设计通讯， 2012 ， 38 ( 3 ) : 63-67.。