专利名称：直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法
直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法技术领域：
本发明所属领域涉及制冷压缩机，特别是关于制冷压缩机动平衡的设计方法。背景技术：
近年来，制冷压缩机朝着高速度、高效率以及低噪声的方向发展。现有的压缩机动 平衡理论是将压缩机转子看成刚性的，由此设计相关的平衡块，减小由曲轴偏心部旋转惯 性力引起的不平衡响应。对于工作转速远低于临界转速的转子，不平衡量引起的变形很小， 这种转子可按刚体处理。由于直流变频压缩机技术的应用，一方面使得转子的转速有了很大提升，另一方 面，在一定转速下，电机电磁力的激振频率近似于转动系统的固有频率。因此把直流变频压 缩机的转子作为刚性转子来设计其动平衡达不到理想状态，压缩机的振动和噪声较大，而 且易使压缩机的泵体零件磨损较严重。因此，提供一种完善解决制冷压缩机动平衡的设计方法实为必要。
发明内容本发明的目的在于提供一种有效减少压缩机的振动和噪声，减少机件磨损，完善 解决制冷压缩机动平衡的设计方法为实现本发明目的，提供以下技术方案为解决上述问题，本发明引入转子系统柔性的影响，提出了动平衡系数理论，建立 了转子系统动平衡物理模型。直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法，包括如下步骤(1)选取电机转子上下两端面作为平衡块安装基准面；(2)预置一个动平衡系数，在此条件下优化搜索满足动平衡的平衡块尺寸；(3)对满足动平衡条件的平衡块，进行曲轴挠度校核，若挠度不满足要求，回到 O)，重新设置动平衡系数并重新计算平衡块尺寸；(4)若挠度满足要求，则进行整机振动和噪声校核，若满足要求，该平衡块为最优 平衡块，否则回到第二步，重新预置动平衡系数，重新优化设计平衡块。其中动平衡系数的取值范围为0. 80 1。其中转子系统动平衡物理模型建立步骤如下第一步建立转子系统的动力学方程，由此确定曲轴各点的挠度，转子系统运转 时，平衡块质心对应的曲轴挠度分别为\和Sa，电机转子质心对应曲轴挠度为δω:第二步根据转子系统的特点建立约束反力为零状态下的转子系统动平衡数学模 型，将挠度的影响定义为动平衡系数ks，ed]；im.e. + m.e. -e.mDeD = 0" “ ^ ； p式中mp、ma*别为主、副平衡块的质量，ep、ea分别为主、副平衡块的偏心距，Lp, La分别为主、副平衡块质心到曲轴偏心部的距离，和％分别为偏心部的质量和偏心部的偏 心距；第三步将平衡块特性参数化为平衡块尺寸参数主平衡块外形尺寸参数向量为 Xp,副平衡块外形尺寸向量为xa，平衡块质量mp和ma，平衡块偏心距％和ea以及Lp和La均 可表示为平衡块外形尺寸参数Xp和Xa的函数；第四步针对平衡块设计建立多目标非线性优化数学模型，其物理含义是在产 品一定尺寸空间内，基于轴承动反力为零，以最小质量的平衡块，使转子系统挠度最小化，压缩机振动噪声最低化 目标函数Minm + mnP a δΡV&Ν 约束maea+meee-^mpep=0maeaLa_%mpepLp=0fLB<[xp,^a]<UB边界约束qr ,I O.S<[es,ed]<\式中V&N表示压缩机振动噪声指标，LB和UB分别表示平衡块外形尺寸参数向量 的下限和上限。与现有技术相比，本发明的有益效果为，采用本发明能减轻曲轴磨损，降低转子系 统不平衡响应，降低压缩机振动和噪声。
图1 本发明中转子及主、副平衡块各参数示意图；图2 本发明中转子及主、副平衡块挠度示意图；图3 本发明动平衡设计流程图。
具体实施方式对于直流变频压缩机，综合考虑高转速和电磁激振两大因素的影响，转子系统应 看作柔性体，在工作过程中存在较大的变形。对于压缩机动平衡效果取决于合理设计的平 衡块。平衡块特性取决于其自身的尺寸参数，众多的平衡块尺寸参数如果靠手工迭代计算 选取的话，工作量大，容易出错，并且不容易最优化。为此，本发明将平衡块特性参数化为 平衡块尺寸参数，采用非线性优化算法，建立平衡块优化数学模型，优化计算平衡块尺寸参 数。直流变频旋转式制冷压缩机中包含由曲轴、滚子和电机转子构成的转子系统，转 子系统在工作状态下存在不平衡响应，本发明采用在电机转子上、下端面分别安装副、主平 衡，解决转子系统的动平衡问题，如图1所示。压缩机动平衡目的是减小转子系统挠度，降 低轴承动反力以及减小机器振动。为此，本发明提出动平衡设计目标是基于轴承动反力为 零，确保转子系统挠度最小化，压缩机振动噪声最低化。
直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法的具体实施方式
如下第一步选取电机转子上下两端面作为平衡块安装基准面，第二步预置一个动平衡系数，动平衡系数的取值范围为0. 80 1，在此条件下 优化搜索满足动平衡的平衡块尺寸，第三步对满足动平衡条件的平衡块，进行曲轴挠度校核，若挠度不满足要求，回 到第二步，重新设置动平衡系数并重新计算平衡块尺寸，第四步若挠度满足要求，则进行整机振动和噪声校核，若满足要求，该平衡块为 最优平衡块，否则回到第二步，重新预置动平衡系数，重新优化设计平衡块。其流程图参见图3。同时本发明提供了转子系统动平衡物理模型建立步骤。由以下4个步骤构成第一步建立转子系统的动力学方程，由此确定曲轴各点的挠度。转子系统运转 时，平衡块质心对应的曲轴挠度分别为Sp和Sa，电机转子质心对应曲轴挠度为δω:第二步根据转子系统的特点建立约束反力为零状态下的转子系统动平衡数学模 型，将挠度的影响定义为动平衡系数ks，ed]；
权利要求
1.一种直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法，包括如下步骤(1)选取电机转子上下两端面作为平衡块安装基准面，安装主、副平衡块；(2)预置一个动平衡系数，在此条件下建立动平衡方程，并优化搜索满足动平衡的平衡 块尺寸；(3)对满足动平衡条件的平衡块，进行曲轴挠度校核，若挠度不满足要求，回到O)，重 新设置动平衡系数并重新计算平衡块尺寸；(4)若挠度满足要求，则进行整机振动和噪声校核，若满足要求，该平衡块为最优平衡 块，否则回到O)，重新预置动平衡系数，重新优化设计平衡块。
2.根据权利要求1所述的直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法，其特征在于 所述动平衡系数的取值范围为0. 80 1。
3.根据权利要求1所述的直流变频旋转式制压缩机动平衡设计方法，其特征在于所述 动平衡方程的建立步骤如下第一步建立转子系统的动力学方程，由此确定曲轴各点的挠度，转子系统运转时，平 衡块质心对应的曲轴挠度分别为Sp和Sa，电机转子质心对应曲轴挠度为δω:第二步根据转子系统的特点建立约束反力为零状态下的转子系统动平衡数学模型， 将挠度的影响定义为动平衡系数[es，ed]；
全文摘要
本发明提供一种直流变频旋转式制冷压缩机动平衡设计方法，步骤(1)选取电机转子上下两端面作为平衡块安装基准面；(2)预置一个动平衡系数，在此条件下优化搜索满足动平衡的平衡块尺寸；(3)对满足动平衡条件的平衡块，进行曲轴挠度校核，若挠度不满足要求，回到(2)，重新设置动平衡系数并重新计算平衡块尺寸；(4)若挠度满足要求，则进行整机振动和噪声校核，若满足要求，该平衡块为最优平衡块，否则回到第二步，重新预置动平衡系数，重新优化设计平衡块。采用本发明能减轻曲轴磨损，降低转子系统不平衡响应，降低压缩机振动和噪声。
文档编号F04C29/00GK102042228SQ20091019301
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者任丽萍, 夏四海, 胡余生, 魏会军, 黄建平 申请人:珠海格力电器股份有限公司