基于模态方法对C型分液器空载振动问题仿真分析

2018-08-06余少波霍喜军韦衍

家电科技 2018年7期

关键词：固有频率压缩机模态

余少波霍喜军韦衍

YU Shaobo HUO Xijun WEI Yan

珠海凌达压缩机有限公司广东珠海 519110

Zhuhai Landa Compressor Co., Ltd. Zhuhai 519110

1 引言

空调用滚动转子式压缩机生产的一致性，往往采用空载振动一致性进行评判。对我司某款使用C型分液器结构的压缩机进行空载振动调查发现波动较大，此机型存在一定生产波动。虽然对异常现象采用振动和模态测试组合实验方法，确认该问题由分液器共振造成[1-2]，但该方法始终只能在压缩机设计及生产完成后才会发现问题。如何通过理论分析，在压缩机设计阶段就能干预和避免振动问题发生，是亟待解决的重大技术问题。

本文拟以C型分液器吸气管口空载振动问题为研究对象，采用有限元模态仿真方法，计算基于简化整机装配模型的分液器固有频率分布状况，从理论上解析吸气管口结构共振问题。另外，通过调整分液器约束的思路，计算不同支架位置及支架类型对分液器固有频率的影响，解决吸气管口空载振动问题。

2 模态仿真计算

有限元模态仿真分析是获取结构理论固有频率分布的有效方法，该方法可以在压缩机设计阶段获取结构的理论固有频率分布数据，从而对设计进行必要的调整，避免实际生产后出现振动问题。

2.1 模态计算理论

无阻尼自由振动方程为：

其中：

2.2 分析模型及简化

分析前对我司C型分液器机型固有频率进行了模态测试，获取了分液器的固有频率测试数据，因此选用该机型进行模态仿真计算。

我司某款机型整机质量约为11.8kg，C旋压分液器分液器为0.5kg，约占整机重量的4.2%。考虑到后续有限元网格划分及计算效率，同时考虑对壳体组件进行简化为等尺寸的实心圆柱体。分液器及分液器支架按图纸尺寸进行绘制及装配，简化图形如图1所示。

2.3 模态仿真预处理

采用有限元分析软件进行仿真预处理，包括网格划分，材料属性设置和装配体边界条件约束等。

（1）模型输入。利用三维模型绘制简化模型并导入有限元软件中，同时对模型进行网格离散处理如图2所示。

（2）边界约束。由于计算重点关注的是分液器部分，分液器与壳体接触部分（支架与吸气管），不同结构材料（铜和钢），采用网格节点关联的方式简化处理。

（3）材料参数设置

模态分析需要的结构计算参数主要有弹性模量E，泊松比P，材料密度D。分液器结构模型完整材料参数可以采用机械设计手册推荐值，但由于壳体部分经过简化，所以弹性模量需要根据实测模态进行调整，见表1。

2.4 影响模态仿真计算因素分析

结合模型和有限元计算的特点，影响模态仿真计算的主要有结构材料的弹性模量参数，网格大小设置。

（1）弹性模量E的影响

由于压缩机组件（壳体）部分结构经过简化，结构材料密度根据实测质量进行调整。弹性模量根据模态实测和仿真计算结果进行调整，见表2、表3。

模态仿真计算得到的前5阶振型如图3所示。图3（a）为1阶振型，主要是分液器整体绕壳体圆周方向转动，其固有频率与实测基本一致，且振动方向与空载振动测试方向一致，该结果从理论上解析了C型分液器空载振动大（300Hz存在明显单峰值）的问题；图3（b）和图3（c）主要为分液器钢管振动，且振动方向相互正交，与实测666Hz差距30～50Hz；差约5～7%；图3（d）和图3（e）主要是分液器整体以分液器支架为支点成正交方向摆动，与实测值误差分别为25%和5%。结合振型与计算误差分析，并考虑壳体经过简化，本计算方案结果可以接受。壳体弹性模量的有限变化对结果影响不大。

（2）结构网格大小的影响

网格大小不仅影响计算速度，而且还会对分析结果产生影响。本节基于方案2的参数，讨论对比网格大小计算方案对结果的影响，见表4、表5。