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冰箱压缩机的多物理场分析丨技术分享

cadit 来源:cadit 作者:cadit 2022-04-25 10:27 次阅读

最近,家电企业正在努力提高空调系统、冰箱等产品的能源使用效率。

为提高能源效率,高性能无刷直流调速电机在旋转压缩机中得到了广泛的应用。但在高速运行条件下,无刷直流电机比恒速电机压缩机产生更大的振动。

本文采用结构和电磁耦合的方法对压缩机的噪声和振动进行了仿真

分析模型

  • 采用双转子压缩机进行仿真。电机为6极、9槽,压缩机冷却能力为20000BTU/hr。
  • 压缩机噪声源有电磁噪声、结构噪声和空气噪声,但没有考虑空气噪声。
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分析案例

  • 为提高仿真精度,进行了电磁与结构单向耦合仿真。
  • 利用电机定子上的磁力作为激振力,进行振动分析。
  • acoustic声学分析模块中,计算声音从振动表面传播。

边界条件

  • 载波频率: 8 [kHz]
  • 角速度: 58 [RPS]
  • 无退磁
  • 无温度相关属性材料

模拟案例

  1. Centrifugal Motion离心运动
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  1. Eccentric Motion偏心运动
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  1. Precession Motion旋进运动
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电磁结果推论

  • 旋进运动结果较好地反映了压缩机的振动特性。定子力均匀分布在每个齿上,结果显示了压缩机的运行速度和电机极点数。因此,将旋进运动结果应用于结构仿真。

离心运动:

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偏心运动:

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旋转进动:

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模态分析

  • 模态试验结果与仿真结果存在差异。
  • 将模态试验结果与仿真结果相关联,对简化件的弹性模量和密度进行了微调。
    • 接触条件,焊点初始应变
    • 材料属性
      • 橡胶、线圈、定子、室外管

谐波分析

  • 根据电机仿真结果,将定子力分为Fx和Fy,并以切向力和径向力的形式传递给定子齿。
  • 通过转子动力学分析计算出轴承反力,并将其用于激励。

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谐波分析结果

  • OVERALL dB(A) : 406(Hz)~2030(Hz)
  • Experiment : 53.9
  • Simulation : 55.4
  • Relative Error : 2.7(%)

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Acoustic声学分析

  • 创建一个半球形声场
  • 噪音信号的测量使用4个麦克风设置,每90度设置在距离压缩机表面900mm处。
  • 假设压缩机表面的振动对周围空气产生激励作用。

pYYBAGJmBdWAYVsyAACJG3_IDGY790.pngpYYBAGJmBd2AIp4RAACbRmNrvdA518.png

声学分析结果

  • 从仿真结果来看,仿真总体值为49.5dB(A),测量值为56.1dB(A)
  • 此外,还将其他运行速度应用到仿真中,验证了压缩机仿真的准确性。
  • 工作频率分别为72 rps、86 rps和94 rps,与测量结果进行比较。仿真结果如表所示,最大误差为11.9%。

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径向轴承仿真背景

  • 轴通过径向轴承支撑
  • 压力载荷施加在凸轮上,然后将轴中心移到一个新的位置。
  • 必须在润滑油中产生足够的压力,以防止轴和壳体表面之间的接触磨损。

径向轴承仿真目标

  • 求轴中心在每个压力载荷下的运动位置(轨道)。
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poYBAGJmBjqAGOcNAAAq63-vgaI893.png
  • 静态求解器中使用FLUID218单元格
  • 轴承为带沟槽的开端口
  • 压力负荷(Fx, Fy)采用人工计算。
  • 利用DX算法直接优化轴心运动位置。
  • 输入参数:轴中心UX, UY
  • 输出参数:单元格FxR, FyR
  • Object: Fx=FxR and Fy=FyR

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优化进程

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审核编辑:符乾江
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