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汽车技术类论文:汽车空调制冷系统管路振动分析与控制

作者:论文发表网 更新时间:2018-10-20 23:22:17
19.1K 前言
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 1 汽车空调的组成
汽车空调主要有四部分来组成,制冷系统、取暖系统、配气系统及电气控制系统。汽车空调制冷系统主要由以下几部分组成:压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器、冷凝器散热风扇、制冷管道及制冷剂组成。
2 2 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。
2.1 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。
2.2 气柱共振
管路内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。
2.3 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。
3 3 汽车空调制冷系统的组成与工作原理
3.1 汽车空调制冷系统的组成
汽车空调制冷系统等一个封闭的循环系统,主要由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀(节流阀)、鼓风机和蒸发器等部件构成。各部件之间通过铜管(或铝管)和高压橡胶管连接,同时以部件压缩机为界分成系统的高压侧和低压侧。系统的高压侧由压缩机输出端、冷凝器、贮液干燥器和高压管构成,压缩机输入端、蒸发器和低压管组成系统的低压侧.
3.2 汽车空调制冷系统的工作原理
制冷系统在工作时,制冷介质(制冷剂)以气态或液态的形式在封闭的系统内循环流动,每一个循环又包含有吸气压缩、冷凝放热、节流膨胀和吸热蒸发四个基本过程。这四个过程周而复始,不断循环,便可达到降低车厢空气温度的目的。
(1)吸气压缩过程。制冷系统工作时,压缩机运转,低温低压的气态制冷剂被吸入并压缩成高温高压的气态制冷剂。
(2)冷凝放热过程。制冷剂进入冷凝器后,在冷凝风扇的作用下,散发出大量的热量,制冷剂转变为中温高压液体,送入贮液干燥器过滤杂质和水分。
(3)吸热蒸发过程。进入蒸发器内的液态雾状制冷剂,因其沸点远远低于蒸发器周围的温度,为此雾状制冷剂吸热蒸发成气体,将流经蒸发器外表面的热空气转变为冷空气,在鼓风机作用下将冷空气送入车厢,使车厢内的温度降低;而后低温低压的气态制冷剂又被吸进压缩机,开始下一轮循环。
3.3 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。
4 4 结语
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
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[7]潘伟荣主编.汽车空调.第 1 版.北京: 机械工业出版社,2002 年. 汽车技术类论文:汽车空调制冷系统管路振动分析与控制
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