專利名稱：直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法
直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法技術領域：
本發(fā)明所屬領域涉及制冷壓縮機，特別是關于制冷壓縮機動平衡的設計方法。背景技術：
近年來，制冷壓縮機朝著高速度、高效率以及低噪聲的方向發(fā)展。現有的壓縮機動 平衡理論是將壓縮機轉子看成剛性的，由此設計相關的平衡塊，減小由曲軸偏心部旋轉慣 性力引起的不平衡響應。對于工作轉速遠低于臨界轉速的轉子，不平衡量引起的變形很小， 這種轉子可按剛體處理。由于直流變頻壓縮機技術的應用，一方面使得轉子的轉速有了很大提升，另一方 面，在一定轉速下，電機電磁力的激振頻率近似于轉動系統(tǒng)的固有頻率。因此把直流變頻壓 縮機的轉子作為剛性轉子來設計其動平衡達不到理想狀態(tài)，壓縮機的振動和噪聲較大，而 且易使壓縮機的泵體零件磨損較嚴重。因此，提供一種完善解決制冷壓縮機動平衡的設計方法實為必要。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種有效減少壓縮機的振動和噪聲，減少機件磨損，完善 解決制冷壓縮機動平衡的設計方法為實現本發(fā)明目的，提供以下技術方案為解決上述問題，本發(fā)明引入轉子系統(tǒng)柔性的影響，提出了動平衡系數理論，建立 了轉子系統(tǒng)動平衡物理模型。直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法，包括如下步驟(1)選取電機轉子上下兩端面作為平衡塊安裝基準面；(2)預置一個動平衡系數，在此條件下優(yōu)化搜索滿足動平衡的平衡塊尺寸；(3)對滿足動平衡條件的平衡塊，進行曲軸撓度校核，若撓度不滿足要求，回到 O)，重新設置動平衡系數并重新計算平衡塊尺寸；(4)若撓度滿足要求，則進行整機振動和噪聲校核，若滿足要求，該平衡塊為最優(yōu) 平衡塊，否則回到第二步，重新預置動平衡系數，重新優(yōu)化設計平衡塊。其中動平衡系數的取值范圍為0. 80 1。其中轉子系統(tǒng)動平衡物理模型建立步驟如下第一步建立轉子系統(tǒng)的動力學方程，由此確定曲軸各點的撓度，轉子系統(tǒng)運轉 時，平衡塊質心對應的曲軸撓度分別為\和Sa，電機轉子質心對應曲軸撓度為δω:第二步根據轉子系統(tǒng)的特點建立約束反力為零狀態(tài)下的轉子系統(tǒng)動平衡數學模 型，將撓度的影響定義為動平衡系數ks，ed]；im.e. + m.e. -e.mDeD = 0" “ ^ ； p式中mp、ma*別為主、副平衡塊的質量，ep、ea分別為主、副平衡塊的偏心距，Lp, La分別為主、副平衡塊質心到曲軸偏心部的距離，和％分別為偏心部的質量和偏心部的偏 心距；第三步將平衡塊特性參數化為平衡塊尺寸參數主平衡塊外形尺寸參數向量為 Xp,副平衡塊外形尺寸向量為xa，平衡塊質量mp和ma，平衡塊偏心距％和ea以及Lp和La均 可表示為平衡塊外形尺寸參數Xp和Xa的函數；第四步針對平衡塊設計建立多目標非線性優(yōu)化數學模型，其物理含義是在產 品一定尺寸空間內，基于軸承動反力為零，以最小質量的平衡塊，使轉子系統(tǒng)撓度最小化，壓縮機振動噪聲最低化 目標函數Minm + mnP a δΡV&Ν 約束maea+meee-^mpep=0maeaLa_%mpepLp=0fLB<[xp,^a]<UB邊界約束qr ,I O.S<[es,ed]<\式中V&N表示壓縮機振動噪聲指標，LB和UB分別表示平衡塊外形尺寸參數向量 的下限和上限。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果為，采用本發(fā)明能減輕曲軸磨損，降低轉子系 統(tǒng)不平衡響應，降低壓縮機振動和噪聲。
圖1 本發(fā)明中轉子及主、副平衡塊各參數示意圖；圖2 本發(fā)明中轉子及主、副平衡塊撓度示意圖；圖3 本發(fā)明動平衡設計流程圖。
具體實施方式對于直流變頻壓縮機，綜合考慮高轉速和電磁激振兩大因素的影響，轉子系統(tǒng)應 看作柔性體，在工作過程中存在較大的變形。對于壓縮機動平衡效果取決于合理設計的平 衡塊。平衡塊特性取決于其自身的尺寸參數，眾多的平衡塊尺寸參數如果靠手工迭代計算 選取的話，工作量大，容易出錯，并且不容易最優(yōu)化。為此，本發(fā)明將平衡塊特性參數化為 平衡塊尺寸參數，采用非線性優(yōu)化算法，建立平衡塊優(yōu)化數學模型，優(yōu)化計算平衡塊尺寸參 數。直流變頻旋轉式制冷壓縮機中包含由曲軸、滾子和電機轉子構成的轉子系統(tǒng)，轉 子系統(tǒng)在工作狀態(tài)下存在不平衡響應，本發(fā)明采用在電機轉子上、下端面分別安裝副、主平 衡，解決轉子系統(tǒng)的動平衡問題，如圖1所示。壓縮機動平衡目的是減小轉子系統(tǒng)撓度，降 低軸承動反力以及減小機器振動。為此，本發(fā)明提出動平衡設計目標是基于軸承動反力為 零，確保轉子系統(tǒng)撓度最小化，壓縮機振動噪聲最低化。
直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法的具體實施方式
如下第一步選取電機轉子上下兩端面作為平衡塊安裝基準面，第二步預置一個動平衡系數，動平衡系數的取值范圍為0. 80 1，在此條件下 優(yōu)化搜索滿足動平衡的平衡塊尺寸，第三步對滿足動平衡條件的平衡塊，進行曲軸撓度校核，若撓度不滿足要求，回 到第二步，重新設置動平衡系數并重新計算平衡塊尺寸，第四步若撓度滿足要求，則進行整機振動和噪聲校核，若滿足要求，該平衡塊為 最優(yōu)平衡塊，否則回到第二步，重新預置動平衡系數，重新優(yōu)化設計平衡塊。其流程圖參見圖3。同時本發(fā)明提供了轉子系統(tǒng)動平衡物理模型建立步驟。由以下4個步驟構成第一步建立轉子系統(tǒng)的動力學方程，由此確定曲軸各點的撓度。轉子系統(tǒng)運轉 時，平衡塊質心對應的曲軸撓度分別為Sp和Sa，電機轉子質心對應曲軸撓度為δω:第二步根據轉子系統(tǒng)的特點建立約束反力為零狀態(tài)下的轉子系統(tǒng)動平衡數學模 型，將撓度的影響定義為動平衡系數ks，ed]；
權利要求
1.一種直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法，包括如下步驟(1)選取電機轉子上下兩端面作為平衡塊安裝基準面，安裝主、副平衡塊；(2)預置一個動平衡系數，在此條件下建立動平衡方程，并優(yōu)化搜索滿足動平衡的平衡 塊尺寸；(3)對滿足動平衡條件的平衡塊，進行曲軸撓度校核，若撓度不滿足要求，回到O)，重 新設置動平衡系數并重新計算平衡塊尺寸；(4)若撓度滿足要求，則進行整機振動和噪聲校核，若滿足要求，該平衡塊為最優(yōu)平衡 塊，否則回到O)，重新預置動平衡系數，重新優(yōu)化設計平衡塊。
2.根據權利要求1所述的直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法，其特征在于 所述動平衡系數的取值范圍為0. 80 1。
3.根據權利要求1所述的直流變頻旋轉式制壓縮機動平衡設計方法，其特征在于所述 動平衡方程的建立步驟如下第一步建立轉子系統(tǒng)的動力學方程，由此確定曲軸各點的撓度，轉子系統(tǒng)運轉時，平 衡塊質心對應的曲軸撓度分別為Sp和Sa，電機轉子質心對應曲軸撓度為δω:第二步根據轉子系統(tǒng)的特點建立約束反力為零狀態(tài)下的轉子系統(tǒng)動平衡數學模型， 將撓度的影響定義為動平衡系數[es，ed]；
全文摘要
本發(fā)明提供一種直流變頻旋轉式制冷壓縮機動平衡設計方法，步驟(1)選取電機轉子上下兩端面作為平衡塊安裝基準面；(2)預置一個動平衡系數，在此條件下優(yōu)化搜索滿足動平衡的平衡塊尺寸；(3)對滿足動平衡條件的平衡塊，進行曲軸撓度校核，若撓度不滿足要求，回到(2)，重新設置動平衡系數并重新計算平衡塊尺寸；(4)若撓度滿足要求，則進行整機振動和噪聲校核，若滿足要求，該平衡塊為最優(yōu)平衡塊，否則回到第二步，重新預置動平衡系數，重新優(yōu)化設計平衡塊。采用本發(fā)明能減輕曲軸磨損，降低轉子系統(tǒng)不平衡響應，降低壓縮機振動和噪聲。
文檔編號F04C29/00GK102042228SQ20091019301
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權日2009年10月12日
發(fā)明者任麗萍, 夏四海, 胡余生, 魏會軍, 黃建平 申請人:珠海格力電器股份有限公司