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苗志强 肖福佳
（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）
摘 要：在生产测试中发现,大部分涡旋式冷凝机组在启动时会出现管路应力应变超标的现象.为了解这一现象对机组可靠性的影响,本文分析了大功率涡旋式压缩机在冷凝机组中使用时,其开机振动对机组管路寿命的影响.分析结果表明,大功率压缩机自身动平衡、启动特点等是引起启动应力应变超标的关键因素,与管路无直接关系,调整管路可以缓解此现象但无法大幅降低启动应力应变值；此外,分析也表明,启动应力应变值测试结果偏大对机组可靠性无直接影响.
关键词：应力应变；管路振动；管路可靠性
涡旋式冷凝机组普遍存在开机启动瞬间管路应力应变数值超标的问题,尤其对于使用较大功率压缩机的冷凝机组,这种现象较为常见.此问题一直困扰着空调管路设计者,部分设计者试图通过改变管路的质量或者走向来减少此应变量,但总是事倍功半.笔者经查阅相关资料,结合管路结构模拟分析工具以及实验验证方法,对管路设计不合理引起的机组启动导致的管路应变偏大进行了研究.通过设计不同走向的管路进行测试,找出开机过程管路的振动激励,确定管路形状及其固有频率的变化对机组启动应变影响大小,并进一步摸索大功率涡旋机组的振动因素及其振动对机组寿命的影响.
1.不同管路结构对机组管路振动的影响
本文选择最具代表性的10匹涡旋压缩机组作为研究对象,对排气管吸气管进行不同形状设计,研究其振动情况变化,同时对开机启动瞬间管路振动对管路寿命的影响做有效评估分析.
第一次实验结构如图1所示,吸排气管使用较少减振弯的管路结构,管路刚度较大,但经模态分析发现,其固有频率接近压缩机排气的频率,测试结果见表1.
表1数据说明运行时机组管道无异常振动,但在开机瞬间会有较大振动变形.最高达到532μm,说明机组开机时,其气流冲击激振力瞬间较大,其激振频率接近铜管与压缩机组成系统的固有频率,导致振动较大.
第二次实验结构如图2所示：更改吸排气管结构走向,相应增加减震弯,避开共振点.
此次实验证明不管是开机启动还是运行过程中吸排气管均出现较大超标（见表2）,相比较第一次情况不但没改善反而更加恶劣.可见修改吸排气管的结构对管路应力应变有较大影响,此次结构设计虽然避开了共振点,可以把压缩机振动传递到多个减振弯处,但由于管路整体结构复杂,管道较长,刚度相对下降,对压缩机排气引起的振动无约束,导致此次结果.
实验组人员又对排气管形状做了多次设计和测试（见表3）,发现增加管道刚度并对压缩机良好固定会大大降低机组运行过程中管道的应变量,但却无法大幅减小开机瞬间管道局部的应变量,说明开机瞬间的应变量大小不完全取决于管道的形状,最好的一次测试结构如下图3所示.
以上系列实验证明,大功率涡旋压缩机排气管应变量同排气管的形状、材料刚度有较大关系,适当调整排气管形状及其刚度可减少排气管折弯处的应变值,综合多次测试结果,不管运行时应变值如何改善,却无法大幅降低开机瞬间的应变值.
2.开机瞬间振动的作用机理
基于开机过程压缩机的振动情况一直不明确,是开机时压缩机瞬间机械振动还是气流冲击造成不得而知,为充分了解涡旋压缩机开机瞬间作用机理,实验人员安排如下实验：
实验以一台12HP大功率涡旋机组为例,分别在压缩机排气出口A点,排气管各直线段分别为B、C、D各点布置位移传感器对振动源进行监控,见图4.
由表4、表5和图6中的数据可以看出,12HP大功率压缩机启动时,越靠近压缩机的管路振动幅度越大,说明管路的振动时由压缩机启动瞬间产生强烈的大幅振动,带动与其相连的排气管振动引起.而压缩机进入正常运行时此大幅振动迅速趋于平稳,而且振幅大幅下降.综上说明压缩机启动出现的管道大幅振动是压缩机自身电机启动产生的机械振动引起,而非气流冲击.
压缩机管路减震:焊压缩机管路69（唯金空调制热专家）
3 开机瞬间的振动对压缩机管道寿命的影响通过改善管路很难大幅度减少管路局部启动瞬间的应变值.笔者认为此现象同压缩机本身特性有关；对于大功率涡旋压缩机,受到压缩机本身内部结构的影响（如：顶盖厚度,蜗盘结构、电机启动特性等）,加之由于其启动时忽然排气造成的反冲击力较大,是导致无法通过改变管路设计大幅降低开机应力应变的根本原因.
压缩机排气管应力应变瞬间偏大属于机组管路寿命问题.由于压缩机启动并不是连续动作,管道寿命计算可按强度理论进行计算,按机械设计强度理论计算如下：
按机械手册铜及其合金的疲劳应变与振动频率的关系（见表5）得知：在应变幅度在600左右时,铜的疲劳极限次数为5.9×105.
按国家标准GB/T 21363-2008规定,空调器每年的工作时间为：制冷8000h.
实际机组运行过程中平均一小时按3次启动频率来计算：
冷凝机组一年开停机次数为：
N等于8000×3等于24000次
按疲劳极限次数计算,10匹机组排气管寿命约为：
T等于5.9×105÷24000等于24年
根据计算排气管在600μm的应变下,其工作寿命约有24年,远远大于机组寿命.故说明无压缩机启动导致的排气管疲劳断裂的风险.管路疲劳强度是完全可以满足此类非连续振动的强度要求,管路寿命可以远超过机组的其他元器件寿命,因此启动时瞬间应变偏大对机组管路没有影响,不影响机组的可靠性.
4.结论
对于大功率涡旋机组,受压缩机电机特性及其蜗盘加工精度等影响,其启动瞬间压缩机机体振动本身偏大,带动排气管振动,其激励为压缩机的机械运动,而非气流冲击.通过不断调整管路设计结构可以改善压缩机平稳运行过程中对管路应力应变的影响,但却无法大幅减小开机瞬间振动,本文按铜管疲劳特性曲线论述开机瞬间产生的振动对铜管寿命的影响；即使机组排气管危险界面的应变值为600μm,排气管的寿命为33年,远远大于机组寿命,故排气管在机组的有效寿命期中无疲劳断裂风险.
参考文献
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总结：主要论述了管路压缩机论文范文相关参考文献文献
压缩机管路减震引用文献:
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[3] 空气压缩机和数码毕业论文题目范文 空气压缩机和数码论文例文2万字
