利用有限元分析理論對空調(diào)器配管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計

潘柏江

（廣東美的暖通設(shè)備，廣東 佛山 528427）

由于空調(diào)器配管在空調(diào)運(yùn)行中不僅會產(chǎn)生較大的噪音，而且會致使空調(diào)產(chǎn)生故障，為人們的生活帶來了極大的不便，再加上傳統(tǒng)的空調(diào)器配管的設(shè)計過程過于簡化，只能對系統(tǒng)的部分特性進(jìn)行反映，而不能讓人們對所有的特性進(jìn)行掌握，因此在測試過程中的進(jìn)度十分緩慢，效率十分低下，這對空調(diào)設(shè)備質(zhì)量的進(jìn)一步提升是較為不利的。本文將主要采用有限元分析的方法對空調(diào)器配管的設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

1 空調(diào)器配管設(shè)計的工藝原則

1.1 吸氣與排氣管設(shè)計的工藝參數(shù)

壓縮機(jī)的排氣管能夠承受較大的壓力，而壓縮機(jī)的回氣管則會產(chǎn)生較大幅度的震動，因此，壓縮機(jī)的排氣管與回氣管的設(shè)計存在一定的差異。壓縮機(jī)在對排氣管進(jìn)行設(shè)計時最主要考慮的是如何盡可能降低排氣管路的應(yīng)力，而在對回氣管進(jìn)行設(shè)計時要盡量降低應(yīng)力與震動幅度，只有這樣才能盡量降低壓縮機(jī)回氣管的扭力矩，從而有效的提高空調(diào)壓縮機(jī)的質(zhì)量，降低空調(diào)器配管破裂事故的發(fā)生。

而通常空調(diào)的設(shè)計人員將主要把空調(diào)器配管設(shè)計成壁厚較厚的U 銅型，來達(dá)成降低空調(diào)器配管震動幅度的目的，盡量將其安裝在離空調(diào)壓縮機(jī)較近的地方，并且在壓縮機(jī)排氣管部位只安裝一個空調(diào)器配管就可，而在壓縮機(jī)的回氣管附近要安裝兩個空調(diào)器配管，從而減小壓縮機(jī)汽液分離器的震動幅度。

1.2 間距設(shè)計的工藝參數(shù)

空調(diào)器配管和其他零部件之間的最小間距主要分為以下情況：當(dāng)空調(diào)器配管的長度大于150 毫米時，或者其柔度較大時，最小間隙應(yīng)保持在15 毫米以上；當(dāng)空調(diào)器配管的長度小于150 毫米時，或者其具有較大剛度時，最小間隙應(yīng)為10 毫米；空調(diào)器配管與風(fēng)扇葉之間的最小間距應(yīng)為25 毫米；而兩個空調(diào)器配管之間的最小間距為10 毫米[1]。

1.3 對空調(diào)器配管的受力支點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計時的主要工藝參數(shù)

空調(diào)器配管的受力支點(diǎn)主要有四個：即壓縮機(jī)的排氣口焊接處、壓縮機(jī)回氣口的焊接處、冷凝器的焊接處、低壓閥的焊接處。而這四個受力支點(diǎn)的主要設(shè)計工藝參數(shù)則如下所述：

1）從空調(diào)的具體使用情況上進(jìn)行判斷，空調(diào)低壓閥上的焊接點(diǎn)出現(xiàn)破損和斷裂的情況較少，對空調(diào)器配管的影響較小。

2）空調(diào)壓縮機(jī)的回氣口焊接點(diǎn)與壓縮機(jī)的排氣口焊接點(diǎn)因為會受到較大的震動幅度影響，因此出現(xiàn)斷裂的情況較為頻繁，要想有效的解決這一問題，就需要加厚空調(diào)器配管的厚度，并采用U 型設(shè)計。

3）空調(diào)器配管之間進(jìn)行連接時要考慮到采用將脹口、縮口和利用在定位上打點(diǎn)的方式來確?？照{(diào)器配管連接的一致性。

4）在空調(diào)器配管與冷凝器進(jìn)行連接時，要特別注意對工藝管強(qiáng)度與深度的增加，當(dāng)冷凝管的連接點(diǎn)超過兩個時，就可以不再使用工藝管。

2 基于有限元分析的方法對空調(diào)器配管的建模

在空調(diào)器配管對上述工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了充分的滿足之后，本節(jié)將基于有限元分析方法來對空調(diào)氣配管中存在的問題進(jìn)行具體的分析并努力尋找其有效的解決方法。并提出更好的解決方案，實(shí)現(xiàn)降低空調(diào)器配管在空調(diào)運(yùn)行過程中的震動幅度與噪音的目的。

2.1 載荷

2.1.1 離心力

空調(diào)壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)不平衡造成的離心力大小情況，主要是由壓縮機(jī)偏心質(zhì)量和偏心距離所決定的。根據(jù)有限元分析方法，我們可以將該離心力分解為垂直于空調(diào)壓縮機(jī)中心線上的三個扭矩，這三個扭矩會致使壓縮機(jī)的各部分震動并圍繞軸心線不停轉(zhuǎn)動[2]。

2.1.2 載荷大小

壓縮機(jī)的工作特性和空調(diào)制冷劑的流動性會根據(jù)壓縮機(jī)性能的不同而發(fā)生變化，因此，將主要引入壓縮機(jī)的參考激勵。

2.2 邊界條件

邊界條件主要分為兩點(diǎn)：第一點(diǎn)主要指要將空調(diào)壓縮機(jī)的室外機(jī)底座中的全部自由度和地面之間產(chǎn)生約束；第二點(diǎn)主要是指，要定義好空調(diào)壓縮機(jī)和橡膠腳，橡膠腳和空調(diào)底板與其他零部件之間的連接關(guān)系[3]。

2.3 材料數(shù)據(jù)

根據(jù)有限元分析法，主要對銅、鋁、橡膠這三種空調(diào)器配管加厚材料進(jìn)行了分析與實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果表明，銅作為空調(diào)器配管的加厚材料最為合適。

3 空調(diào)器配管的優(yōu)化設(shè)計方案

3.1 施加重物

空調(diào)壓縮機(jī)的回氣管有繞Z 軸旋轉(zhuǎn)的振型，并且在對空調(diào)壓縮機(jī)的回氣管進(jìn)行諧響應(yīng)分析的過程中，壓縮機(jī)的回氣管的振幅較大，而且會產(chǎn)生一定程度的位移，由于空調(diào)壓縮機(jī)的回氣管存在著這兩種問題，因此很容易造成空調(diào)器配管發(fā)生斷裂，使空調(diào)停止運(yùn)作。而在回氣管上施加重物的方法能夠?qū)照{(diào)器配管起到很好的調(diào)整作用，并且能夠改變空調(diào)器配管的振動頻率，有效避免共振情況的發(fā)生，降低空調(diào)壓縮機(jī)回氣管的位移距離，從而實(shí)現(xiàn)降低空調(diào)器配管發(fā)生斷裂的幾率的目的。并且由于空調(diào)壓縮機(jī)的回氣管一般在U 型部位發(fā)生位移的現(xiàn)象較為明顯，因此最好在U 型處施加防振橡膠等重物。

3.2 增加空調(diào)器配管的厚度

由于空調(diào)器配管在受到震動時容易發(fā)生斷裂的情況，因此，要適當(dāng)?shù)脑黾涌照{(diào)壓縮機(jī)回氣管的厚度，使其降低震動的幅度。將回氣管的厚度增加到0.76 毫米最為適宜，這樣能夠有效的對回氣管的模態(tài)和諧響應(yīng)情況進(jìn)行改善[4]。

3.3 改變空調(diào)器配管的走向

為了降低壓縮機(jī)的運(yùn)行震動頻率，因此設(shè)計人員在對壓縮機(jī)進(jìn)行設(shè)計時采用了U 型彎的設(shè)計理念，這樣在有效增加制冷劑的流動性同時，還能夠有效保障空調(diào)器配管的振動特性保持在最佳狀態(tài)[5]。而通過有限元分析后，在室外空調(diào)機(jī)允許的情況下，可以通過改變空調(diào)器配管的走向來解決空調(diào)內(nèi)部震動較大的問題。

改變空調(diào)器配管的走向主要是指空調(diào)壓縮機(jī)的回氣管要逐漸向壓縮機(jī)的中心方向靠攏，直至兩者呈30 度時的位置為止。這種改變空調(diào)器配管走向的方式不僅可以有效的減少空調(diào)發(fā)出的噪音，為人們提供了更為安靜的工作與生活環(huán)境，而且也可以有效降低空調(diào)器配管的震動幅度，避免其斷裂情況的發(fā)生，增強(qiáng)空調(diào)的質(zhì)量。并且這種設(shè)計方案也能節(jié)省資金成本，可謂是一舉兩得的好方法。

4 結(jié)束語

本文在對空調(diào)器配管當(dāng)今使用中存在的問題進(jìn)行調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，利用有限元分析方法，對進(jìn)一步改進(jìn)空調(diào)器配管的設(shè)計提出了優(yōu)化方案，以期能夠?qū)Ψ奖闳藗兊纳詈凸ぷ鳝h(huán)境發(fā)揮一定的作用。

［1］盧劍偉，吳文新，等.有限元分析軟件ANSYS 在空調(diào)配管設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2004，23（5）：515-516.

［2］招偉.基于有限元分析對空調(diào)器配管的優(yōu)化設(shè)計[J].家電科技，2008（19）：54-56.

［3］王冠新，楊磊，胡辰，徐生，孫松麗，盧劍偉.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的變頻空調(diào)器配管系統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2010，14（7）：125-154.

［4］龔曙光，邱愛紅，謝桂蘭，郭亞娟.基于有限元分析的零部件優(yōu)化設(shè)計研究與應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)，2012，15（3）：46-54.

［5］陳學(xué)文，陳軍，張鐵亮，吳艷軍.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的變頻空調(diào)配管系統(tǒng)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計[J].中國地震局工程力學(xué)研究所，2013，12（2）：76-88.