冰箱壓縮機(jī)的多物理場分析丨技術(shù)分享

最近，家電企業(yè)正在努力提高空調(diào)系統(tǒng)、冰箱等產(chǎn)品的能源使用效率。

為提高能源效率，高性能無刷直流調(diào)速電機(jī)在旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。但在高速運(yùn)行條件下，無刷直流電機(jī)比恒速電機(jī)壓縮機(jī)產(chǎn)生更大的振動。

本文采用結(jié)構(gòu)和電磁耦合的方法對壓縮機(jī)的噪聲和振動進(jìn)行了仿真。

分析模型

• 采用雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)進(jìn)行仿真。電機(jī)為6極、9槽，壓縮機(jī)冷卻能力為20000BTU/hr。
• 壓縮機(jī)噪聲源有電磁噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲和空氣噪聲，但沒有考慮空氣噪聲。

分析案例

• 為提高仿真精度，進(jìn)行了電磁與結(jié)構(gòu)單向耦合仿真。
• 利用電機(jī)定子上的磁力作為激振力，進(jìn)行振動分析。
• 在acoustic聲學(xué)分析模塊中，計(jì)算聲音從振動表面?zhèn)鞑ァ?/li>

邊界條件

• 載波頻率: 8 [kHz]
• 角速度: 58 [RPS]
• 無退磁
• 無溫度相關(guān)屬性材料

模擬案例

1. Centrifugal Motion離心運(yùn)動

1. Eccentric Motion偏心運(yùn)動

1. Precession Motion旋進(jìn)運(yùn)動

電磁結(jié)果推論

• 旋進(jìn)運(yùn)動結(jié)果較好地反映了壓縮機(jī)的振動特性。定子力均勻分布在每個齒上，結(jié)果顯示了壓縮機(jī)的運(yùn)行速度和電機(jī)極點(diǎn)數(shù)。因此，將旋進(jìn)運(yùn)動結(jié)果應(yīng)用于結(jié)構(gòu)仿真。

離心運(yùn)動：

偏心運(yùn)動：

旋轉(zhuǎn)進(jìn)動：

模態(tài)分析

• 模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果存在差異。
• 將模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相關(guān)聯(lián)，對簡化件的彈性模量和密度進(jìn)行了微調(diào)。
  • 接觸條件,焊點(diǎn)初始應(yīng)變
  • 材料屬性
    • 橡膠、線圈、定子、室外管

諧波分析

• 根據(jù)電機(jī)仿真結(jié)果，將定子力分為Fx和Fy，并以切向力和徑向力的形式傳遞給定子齒。
• 通過轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析計(jì)算出軸承反力，并將其用于激勵。

諧波分析結(jié)果

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

Acoustic聲學(xué)分析

• 創(chuàng)建一個半球形聲場
• 噪音信號的測量使用4個麥克風(fēng)設(shè)置，每90度設(shè)置在距離壓縮機(jī)表面900mm處。
• 假設(shè)壓縮機(jī)表面的振動對周圍空氣產(chǎn)生激勵作用。

聲學(xué)分析結(jié)果

• 從仿真結(jié)果來看，仿真總體值為49.5dB(A)，測量值為56.1dB(A)
• 此外，還將其他運(yùn)行速度應(yīng)用到仿真中，驗(yàn)證了壓縮機(jī)仿真的準(zhǔn)確性。
• 工作頻率分別為72 rps、86 rps和94 rps，與測量結(jié)果進(jìn)行比較。仿真結(jié)果如表所示，最大誤差為11.9%。

徑向軸承仿真背景

• 軸通過徑向軸承支撐
• 壓力載荷施加在凸輪上，然后將軸中心移到一個新的位置。
• 必須在潤滑油中產(chǎn)生足夠的壓力，以防止軸和殼體表面之間的接觸磨損。

徑向軸承仿真目標(biāo)

• 求軸中心在每個壓力載荷下的運(yùn)動位置(軌道)。

• 靜態(tài)求解器中使用FLUID218單元格
• 軸承為帶溝槽的開端口式
• 壓力負(fù)荷(Fx, Fy)采用人工計(jì)算。
• 利用DX算法直接優(yōu)化軸心運(yùn)動位置。
• 輸入參數(shù):軸中心UX, UY
• 輸出參數(shù):單元格FxR, FyR
• Object: Fx=FxR and Fy=FyR

優(yōu)化進(jìn)程