1、汽车空调制冷系统管路振动分析与控制摘要：为了减少汽车空调制冷系统管路的振动，通过对汽车空调制冷系统工作原理的分析，对管路振动的原因进行了总结，并依据产生该管路振动的原因采取了相对应措施。利用大型分析软件 ANSYS 对假设其一直管路内壁在输送压强一定下对不同内径、壁厚及不同材料进行了应力分析对比，并对管路作了模态分析，这对管路的改进提供参考价值。 关键词：管路；振动；控制；ANSYS 中图分类号： TH138 文献标识码： A 文章编号： 汽车空调中的管路可以比喻成血管，它主要起输送、传送制冷剂的作用。管路的振动将会引起管路附件，主要是管路的连接部位、管路与附件的连接部位等处发生松动、磨损；在
2、振动所产生的交变应力作用下，导致疲劳破坏，从而引起管路断裂、制冷剂外泄，影响机器的正常工作。因此分析汽车空调管路振动的原因并给出相应的措施，是有必要的。 1.汽车空调制冷系统管路振动分析 对汽车空调制冷系统工作原理进行分析得出管路振动的原因可归结为：一是气流压力脉动引起的管路振动；二是管路内气柱的振动；三是管路的机械振动。 1.1 气流脉动引起的管路振动 压缩机的工作特点是吸、排气流具有周期性和间歇性，使得管路中吸、排气气体压力与速度呈周期性、间歇性变化，所以会激发进、排气管路内的流体出现脉动状态，使管路内的气体参数，如密度、速度、压力不仅随时间作周期性变化也随位置变化，此现象称为气流脉动。
3、压力不均匀度可以用来表示气流脉动的大小，式子如下： （11） 式中:为气体压力不均匀度，%； Pmax 为在一个循环中不均匀压力最大值，MPa;Pmin 为在一个循环中不均匀的最小值， ，MPa;Pm为在一个循环中平均压力，MPa; 因此管路内气流不均匀度值越大，振动频率就越高，振动能量就越大，对管路带来的破坏性就越大。 当脉动气流通过管路弯头、异径管、阀门等元件时，将产生随时间变化的激振力 F: （12）式中： d 为管路的直径；为管路压力不均匀度；Pm 为管路内平均压力。 受此激振力作用，管路将产生一定的机械振动响应。压力脉动越强，管路振动的位移和所受应力越大。 1.22 气柱共振 管路内
4、所输送气体的平均流速相对于气体介质中的声速低的多，可视气体是静止的，此静止的气体称为气柱。气柱可以压缩、膨胀，像任何振动物体一样具有一定弹性、一定的质量，即气柱本身就是一个振动系统，它具有的频率称为气柱固有频率。气柱共振就是压缩机的激发频率落入气柱固有频率附近的一个区域内，此区域就称为共振区。在气柱共振区域内，气流压力脉动非常严重，引起管路、压缩机及与其连接部件的强烈振动。 1.3 管路机械振动 除了上述引起管路的振动外，机组本身运动部件的动平衡性差、安装不对中、基础设计不当等都能引起压缩机在工作时产生机械振动；管路结构振动系统内的管路、管路附件、支架及容器等组成的结构系统受到激发后会产生机械
5、振动响应，也是管道振动的原因。当激振力的频率与管道结构系统的固有频率之一相近或重合时，管路系统将出现最大的振动响应就形成了强烈的机械共振。当激发频率等于气柱固有频率，又等于管路机械固有频率时，管路与气柱共处于共振状态，则导致管路发生更强烈振动。 2.管路振动控制 （1）采用合理的吸、排气顺序，使压缩机平稳的进行吸、排气来减少气流脉动，对于汽车空调管路可以通过改变管路的长度、内径、壁厚、走向及调整支承位置或刚度等改变气柱的固有频率，尽量错开压缩机的激发频率，避免气柱共振。 （2）合理布置和设计管路，减少管路弯头数量，有弯头的圆弧半径要大，转角要尽量小，以减少激振力的数目与大小；应尽量不用弯管，保
6、持管线的平直以避免气流方向的突变；在异径接头处，尽量减小收缩口的角度，避免管径收缩突然性。 3ANSYS 对管路的分析 3.1 管路内壁的应力分析 在输送压强一定的条件下，对同材料不同内径、壁厚及不同材料的管壁运用 ANSYS 对其进行应力分析对比，虽然是对管路进行静应力的分析，但对减小管路振动有一定参考价值。所用的材料与属性如下： 在有限元中建立好模型划分网格后，对管路两端施加位移约束后，对其施加相等载荷为的压强作用于管路内壁。同种材料不同内径、壁厚及不同材料的位移云图与应力云图如下图所示： 通过同材料大内径与小内径的位移云图与应力云图的比较，得出大内径在输送一定的压强下位移变形较大，所受的
7、应力较大，即增大管径可以减小管壁所受应力。这也符合压强公式,即与理论相符合。 通过对同内径、壁厚不同的位移、应力云图的比较得出，壁厚大的管路内壁位移、应力减少。 通过对同内径、壁厚，但材料不同的位移、应力云图比较得出，橡胶与铝材料所受应力一样大，但橡胶变形位移比铝变形位移大。 对管路内壁进行应力分析清楚地看到它们位移变化及受力部位，对空调制冷系统管路的改进有一定的参考价值。 4.结束语： 通过对汽车空调制冷系统工作原理分析，得出引起管路振动的三个主要原因，提出了一些控制措施。并用 ANSYS 对管路内壁在一定输送压强下改变内径、壁厚及材料进行了应力分析对比和模态分析对比，由应力分析对比知扩大管
8、路内径、增加壁厚能减小管路的受力，由模态分析知改变材料时，管路的固有频率变化较大。得出改变管路的某些参数可以减小管路内壁的受力，使用不同材料可以调节管路的固有频率以避开激发频率、气柱固有频率等即可以减少管路的振动。对设计、改进管路结构有一定的参考价值。 参考文献： 1麻友良.汽车空调技术M.北京：机械工业出版社，2009.7. 2张瑞林.活塞式压缩机管道系统振动分析及改进J.流体机械，2000,28（6）：4042. 3谢舜敏.压缩机出口管路振动故障分析及减振措施J.压缩机技术，2005（5） ，3539. 4唐永进.压力管道应力分析M.北京：中国石化出版社，2003. 5邵蕴秋.ANSYS 8.0 有限元分析实例导航M.北京：中国铁道出版社，2004.3
