制冷设备压缩机—管路系统优化设计

空调制冷设备在各种复杂工况载荷作用下的可靠性、振动噪声问题是产品技术研发的关键内容之一，因此，制冷设备动力学性能成为产品研发关注技术要点。

空调制冷设备动力学性能很大程度上取决于产品结构设计方案，压缩机-管路系统匹配设计是其中的关键。

研究背景

1）压缩机-管路系统匹配一次设计成功率低

压缩机-管路系统一次性设计成功率较低，导致产品研发周期不可控。

2）管路疲劳失效对品牌形象损伤极大

作为耐用消费品，由于设计缺陷引发疲劳断管停机等失效故障，严重影响公司品质形象和产品声誉。

3）振动噪声影响消费者选购意向

消费者振动噪声问题越来越重视，振动噪声已成为衡量其综合性能品质的重要指标之一。

4）现行品质测控体系无法全面反映质量缺陷

制冷设备产品制造装配一致性不好，“合格/不合格”的二元制测试评价准则容易出现“错检”和“漏检”。

制冷设备压缩机-管路系统动力学载荷激励复杂多变

不同工况下制冷设备动力学分析方法有较大差异

不同工况下制冷设备动力学可靠性分析方法及关注评价要点有较大差异

流固耦合作用对管路动力学响应的分析过去经常被忽略

传统管路设计模式对工程师的经验有较高的要求

研究内容及进展

制冷设备载荷激励辨识方法及时变运行工况下的动力学分析评价技术

应用状态识别技术，提出通过压缩机振动测试结果对各种复杂工况下压缩机载荷特征进行识别分析的方法。

提出应用虚拟迭代技术，基于工况测试结果反求压缩机随机载荷激励的方法，开发了相应的压缩机载荷激励反求软件，解决了压缩机-管路系统载荷激励定义的难题。

针对变频制冷设备运行工况特点，提出频响分析、谐响应分析、鲁棒性分析等相结合的分析评价方法，消除了时变载荷运行工况下动力学分析评价的盲目性。

多个压缩机协同工作工况下制冷设备动力学分析及优化设计方法

应用蒙特卡洛方法，分析了具有随机相位差的多个压缩机系统的动力学耦合特征，明确了包含多个压缩机系统的工况统计特征，以及确定最恶劣工况的方法。

提出了双循环遍历优化方法对其进行优化设计，实现了包含多个压缩机的制冷设备动力学分析与优化设计。

复杂运行工况下制冷设备关键部组件动力学失效分析及可靠性优化

基于Palmgren-Miner累计损伤准则，建立了制冷设备配管等易损结构在压缩机时变载荷工况下的疲劳可靠性评价标准。

根据制冷设备产品特征，分别从结构参数和控制系统参数讨论了改善其动力学性能的方法，并结合行业产品研发实践建立了制冷设备动力学性能优化设计工作流程。

掌握了在变频载荷激励、多压缩机系统激励、物流运输等复杂工况下制冷设备关键部组件的失效机制及预防技术措施。

非运行工况下制冷设备关键部组件失效机制及可靠性评价方法

通过测试分析掌握了包装材料机械力学性能特征，并基于相关结论建立了能够反映包装结构动力学特性的有限元模型。

建立了考虑路面不平、车辆动力学特性、车-包装-货物之间接触等因素的路面车辆-包装-制冷设备耦合动力学分析模型。

分析了随机路面激励下制冷设备关键部组件结构失效机制及可靠性评价方法，掌握了非运行工况下制冷设备失效分析、可靠性改善及包装优化等关键技术。

基于产品特征的制冷设备管路系统动力学分析及优化设计软件平台

结合制冷行业企业产品研发现状，应用UG/Open API和APDL等开发工具，基于MFC面向对象的软件开发技术、ADO数据库技术等，研发了行业专用的制冷设备配管动力学分析及优化设计软件平台，为企业提供了一个科学高效的分析计算工具。

提出了转角增量法解决多体系统装配中的欧拉角奇异性问题，并将其应用于压缩机-管路系统的自动化装配与建模分析。

制冷设备整机异常振动噪音识别分析及控制技术

通过声振测试分析，确认了目前空调器室外机常见的低频“嗡嗡”异响是压缩机拍振引发幅值调制现象，并提出了一系列有效的技术预防措施。

利用现代测试分析手段和信号处理技术，明确了制冷设备异常振动噪音的传递路径及关键的影响因素，提出了有效的解决措施。

掌握了基于CFD的内流场分析技术，明确了风机风道结构参数、电机工作技术参数等对其内流场特性的影响，显著改善了制冷设备的噪音状况。

制冷设备钣金件动力学特性分析及优化设计

通过表面声辐射性能测试分析，以及相干分析等现代测试分析手段，明确了钣金件等关键结构件对制冷设备异常振动噪音的贡献。

基于FEM技术对制冷设备钣金件的模态属性、动刚度特性等抗振性能及其声辐射性能等进行了系统研究，明确了影响钣金件动特性的关键结构因素，掌握了钣金件动特性分析评价及优化关键技术。

管路工艺参数对其动力学响应特性的影响分析（鲁棒性分析）

管路系统结构加速疲劳寿命试验方法的研究

通过对循环工况下管路应力的统计分析，分析其幅值、均值的统计规律特征，提出采用非参数核密度估计方法确认未知分布的概率密度函数，为载荷外推和设计加速寿命载荷谱提供依据。

基于统计规律特征分析，构建了二维和一维加速寿命载荷谱，进而提出了基于台架加载方式的管路系统结构加速寿命试验方法。

考虑流固耦合的管路动力学响应分析

提出了典型管路元件流固耦合模型，进而将传递矩阵法用于空调制冷设备管路系统结构流固耦合动力学建模分析，掌握了管内冷媒压力波动的时变规律特征。

基于有限元方法建立了考虑流固耦合效应的压缩机配管系统虚拟样机模型，同时考虑压缩机振动和管内流体压力脉动激励，掌握了流固耦合因素对管路动力学响应特性的影响，为管路的优化设计与减振设计提供了依据。

制冷设备压缩机管路自动布管方法

基于逃逸算法，采用向量搜索的方向寻找管路路径，避免了对整个空间的遍历式搜索，大大缩短了运算的时间。

针对不同类型的管路进行分类，对排气管和回气管等管路采用绕压缩机中心轴线竖直管路环绕式搜索，找到构型合理的管路，以满足管路对于动力学方面的要求；对于其它一些振动小的管路采用逐段管路搜索，找到满足工艺要求的最短管路，最大限度降低材料成本。

针对管路布局过程中可能出现某段管路失败的情况，采用回溯法，进行逐段退回重新搜索。

将自动布管与动力学性能分析核算进行功能集成，面向动力学性能改善进行管路优化设计。