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制冷系统中的共振现象与解决办法
来源: | 作者:Benjamin Xia | 发布时间: 2020-06-28 | 2481 次浏览 | 分享到:

共振(resonance)是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语,是指一物理系统在特定频率下,比其他频率以更大的振幅做振动的情形;这些特定频率称之为共振频率。在共振频率下,很小的周期振动便可产生很大的振动,因为系统储存了动能。当阻力很小时,共振频率大约与系统自然频率或称固有频率相等,后者是自由振荡时的频率。

 

自然中有许多地方有共振的现象如:乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的轨道共振、动物耳中基底膜的共振,电路的共振等。人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。

 

我们制冷系统(空调、冷水机、除湿机等)也会存在共振的现象。我们知道系统的振动主要来源于压缩机,而系统管路是传播压缩机振动的主要途径,也是最容易和压缩机产生共振的部分。所以,可以将系统振动简单的分为两类:一类是正常的振动(因为压缩机振动是无法避免的),另一类是共振(主要是管路与压缩机的共振)。前者解决的根源在于压缩机本体振动的降低,对于系统设计方可以做的是在应力范围允许的情况下约束管路的位移。相比前一类,后者(共振)的振动位移更大,客户感官更明显,设计时务必要确保避免共振现象的发生。

 

如何解决共振问题呢,我们可以从这些方面去检讨:管路走向的设计,管路的壁厚,管路上的阻尼块配置等。这些因素都会影响系统管路的固有频率。如下表1和表2,国内电源压缩机运行频率在48HZ左右,与管路4阶固有频率49.02HZ重叠,容易产生共振。如果管路设计时增加阻尼块或增加管路壁厚,就可以改变管路的固有频率,从而避开了压缩机的运行频率,也就避免了共振的发生。

 

 

另外,目前变频产品逐渐普及,相对于定速产品固定的运行频率,压缩机运行频率更宽,与管路固有频率共振发生的可能性更高,除了以上管路设计要注意的点外,还要考虑规避压缩机运行在不同频率下与管路产生的共振。例如上表中,压缩机低频运行应避开25~26HZ的管路1阶固有频率。(其他阶的固有频率也都是要避开的)

  

系统管路中不同的管路设计侧重点也有所不同。排气管承受压力最大,回气管振幅最大,因此,压缩机排气管路设计以降低应力为主,回气管以降低应力和振幅、减小扭力矩为主。有条件的公司可以建立系统管路的有限元计算模型,基于震动结构模态分析理论,分析管路的模态特性,以模态分析的结果来优化管路结构的设计,从而避免管路共振问题,减小管路振动。
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