制冷装置中压缩机的底盘设计方法与流程

本发明涉及制冷领域，特别涉及一种制冷装置中压缩机的底盘设计方法。

背景技术：

空调、热泵热水器等制冷装置的噪声是引起客户投诉的主要问题之一。压缩机是制冷装置主要的振动和噪声来源。为降低压缩机的振动和噪声，现有结构通常在压缩机的底脚安装橡胶脚垫，或者利用隔振结构减小噪声向外的传播。

但是，上述设计方式常常达不到设计者想要达到的效果，制冷装置依然有较大噪声。而且，上述设计方式需要进行大量实验来验证设计成果，设计周期长，产品开发成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种制冷装置中压缩机底盘的设计方法，以能够方便设计出极大降低制冷装置噪声的方案。

本发明进一步目的是要提高设计精度，缩短设计周期，降低产品开发成本。

特别地，本发明提供了一种制冷装置中压缩机的底盘设计方法，其中底盘固定于制冷装置的壳体，压缩机固定在底盘上侧，设计方法包括以下步骤：

步骤a：确定压缩机运行时，对其与底盘构成的振动系统的最大振动激励方向；

步骤b：测试压缩机运行时对振动系统的振动激励频率；

步骤c：根据振动激励频率计算振动系统的共振频率区间；

步骤d：设计并优化底盘的结构，以使振动系统的模态频率避开共振频率区间，并使振动系统的最大振幅方向避开最大振动激励方向。

可选地，步骤a包括：若压缩机为立式压缩机，将水平方向作为最大振动激励方向；若压缩机为卧式压缩机，将竖直方向作为最大振动激励方向。

可选地，步骤b包括：测试压缩机的单机运行噪声，获取噪声频谱，以其中的一阶振动频率作为振动激励频率。

可选地，步骤c包括：设压缩机运行时对振动系统的激励频率为ω，则共振频率区间为(0.75ω，1.25ω)。

可选地，步骤d包括：步骤d1：对底盘进行结构设计；步骤d2：按底盘的设计结构，利用有限元仿真软件计算振动系统的模态频率，并得到模态振型以确定最大振幅方向；步骤d3：判断是否满足以下设计目标：模态频率避开共振频率区间且最大振幅方向避开最大振动激励方向；若是，定型底盘的结构设计；若否，改进底盘的结构设计后，重复执行步骤d2和d3，直至满足设计目标。

可选地，步骤d2之后还包括：步骤d21：通过噪声实验测试压缩机与底盘构成的振动系统的噪声，获取噪声频谱，以验证步骤d2中的仿真结果。

可选地，步骤d3中，改进底盘的结构设计方案的步骤包括：改变底盘上的加强筋的形状、尺寸、位置和/或数量。

可选地，步骤d3中，改进底盘的结构设计方案的步骤包括：改变底盘与壳体的固定方式。

本发明的压缩机底盘设计方法着手于压缩机底盘的改进，通过优化底盘的结构(包括底盘与壳体的连接方式)来增加压缩机与底盘构成的振动系统的刚度，使整个系统的固有频率发生偏移，振型的方向和幅度发生变化，从而实现共振频率和振型的控制，提高振动系统的动力学特性，减小制冷装置的噪声。

进一步地，本发明的设计方法利用有限元仿真软件计算压缩机和底盘构成的振动系统的模态频率和模态振型，方便快捷，提高了设计精度，缩短了设计周期，省去了很多实验验证过程，降低产品的开成本。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明的制冷装置中压缩机的底盘设计方法的示意图；

图2是本发明一个实施例的底盘设计方法的流程图；

图3是立式压缩机与底盘的连接方式示意图；

图4是卧式压缩机与底盘的连接方式示意图；

图5是底盘结构的初始结构设计方案示意性侧视图；

图6是图5所示底盘结构的底部结构示意图；

图7是改进后的底盘结构示意图；

图8是压缩机的单机噪声频谱图；

图9是底盘结构改进前后，制冷装置整机的噪声频谱对比图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种制冷装置中压缩机的底盘设计方法。对于使用压缩机的制冷装置，如空调、热泵热水器、冰箱等，其整机的振动和噪声主要来源于压缩机的运转。当前，本领域技术人员为实现制冷装置的降噪，主要着眼于两个方向，一为改进压缩机的结构，二为利用隔振材料阻挡噪声向外传播。

改进压缩机结构或阻挡噪声传播能起到不错的效果，但仍存在很多局限，部分噪声难以消除和阻挡。本领域急需更多更新的研发方向以应对噪声和振动问题。

图3和图4示意出了现有制冷装置中压缩机常见的两种安装方式。如图3和图4所示，制冷装置的壳体中通常设置有一底盘200，压缩机100的底部设置有支脚110，支脚110用于与底盘200相连，支脚110与底盘200之间设置有橡胶脚垫300，以起到减振作用。

本发明的发明人发现，压缩机运行时，其振动产生的共振和低中频噪声很难阻挡。而通过优化底盘的结构(包括底盘与壳体的连接方式)来增加压缩机与底盘构成的振动系统的刚度，使整个系统的固有频率发生偏移，使振型的方向和幅度发生变化以实现共振频率和振型的控制，提高振动系统的动力学特性，能够显著减小制冷装置的噪声。

为此，本发明实施例提供了一种制冷装置中压缩机的底盘设计方法。如图1所示，本发明实施例的设计方法一般性地可包括以下步骤。

步骤a：确定压缩机运行时，对其与底盘构成的振动系统(以下简称振动系统)的最大振动激励方向；

步骤b：测试压缩机运行时对振动系统的振动激励频率；

步骤c：根据振动激励频率计算振动系统的共振频率区间；

步骤d：设计并优化底盘的结构，以使振动系统的模态频率避开共振频率区间，并使振动系统最大振幅方向避开最大振动激励方向。

以上各个步骤中，步骤a中：压缩机与底盘固定连接完成后，两者构成一个振动系统。压缩机运行时将产生振动，并将振动传递给底盘，带动底盘共同振动。

制冷装置中，压缩机可为卧式压缩机，如图3所示。卧式压缩机的电机转子以及其内的转动部件的转动轴线均沿水平方向延伸(即平行于z轴)，压缩机100的振动方向主要为径向方向，即x向和y向。因y向振动垂直于底盘200，传递面积远大于其他两个方向。在进行压缩机底盘的动力学设计时，应重点考虑y向的振型。因此，本发明实施例中，若采用卧式压缩机，以竖直方向作为前述的最大振动激励方向。

当然，压缩机也可为立式压缩机，如图4所示。立式压缩机的电机转子以及其内的转动部件的转动轴线均沿竖直方向延伸(即平行于z轴)，压缩机100的振动方向主要为径向方向，即x向和y向。在进行压缩机的底盘动力学设计时，应重点考虑x向和y向的振型。因此，本发明实施例中，若采用立式压缩机，以水平方向作为前述的最大振动激励方向。

在步骤b中，压缩机单机测试指的是仅仅单独测试压缩机而非制冷装置。图8示意的是某款压缩机的单机噪声频谱，图8的噪声频谱中，一阶振动频率即该压缩机的振动激励频率约为47hz。

步骤c中，共振频率区间指的是振动系统的模态频率需要避开的区间，该区间与压缩机的振动激励频率有关。根据发明人实验得知，设压缩机运行时，对振动系统的激励频率为ω，则压缩机和底盘构成的振动系统应当避开的共振频率区间为(0.75ω，1.25ω)。

步骤d中，可先根据过往设计经验，对底盘结构进行初始设计。然后计算得到底盘和压缩机构成的振动系统的模态频率和模态振型，根据模态振型确定最大振幅方向。最终需要的设计目标是：保证振动系统的模态频率避开(不落在)前述的共振频率区间内，并使最大振幅方向避开最大振动激励方向。如果不满足以上设计目标，需要对底盘结构进行改进，直至满足为止。具体地，可由三维建模软件绘制底盘和压缩机的装配模型，将三维模型导入动力学有限元仿真软件，再利用仿真软件计算出振动系统的模态频率和模态振型。

具体地，对底盘结构的改进包括改变底盘上的加强筋的形状、尺寸、位置和/或数量。例如，图5、图6为发明人初始设计的底盘结构，图7为经仿真计算后，优化设计后的底盘结构。相比图5，改变了加强筋的结构。

在一些实施例中，可将结构改进前后的底盘分别安装于制冷装置，并分别进行噪声测试，结果如图9所示。图9中虚线部分表示的是采用初始设计的底盘得到的噪声结果，实现部分表示的是采用结构优化后的底盘得到的噪声结果。由图可见，对底盘进行优化后，制冷装置整机噪声明显降低，降噪效果明显。

当然，对底盘结构的改进还可着手于改变其整体形状、其与壳体的固定方式(与壳体连接点的分布或螺纹连接的强度)等。

当然，在上述设计过程中，当在利用仿真软件计算出振动系统的模态频率和模态振型后，还可根据实际产品的噪声实验来测试压缩机与底盘构成的振动系统的噪声，获取噪声频谱，通过噪声频谱得到模态频率，验证仿真结果的真实性。当仿真结果真实可信时，可按其结果对底盘进行优化设计。当结果测试结果与仿真结果相差较大时，应查找并解决问题，以避免误差较大的仿真结果对设计造成误导。

图2示意了本发明优选的一个实施例的设计方法的流程图。如图2所示，本发明的一个优选实施例的设计方法依次执行以下步骤：

步骤a：确定压缩机运行时，对其与底盘构成的振动系统的最大振动激励方向；

步骤b：测试压缩机运行时对振动系统的振动激励频率。

步骤c：根据振动激励频率计算振动系统的共振频率区间。

步骤d1：对底盘进行结构设计。

步骤d2：按底盘的设计结构，利用有限元仿真软件计算振动系统的模态频率，并得到模态振型以确定最大振幅方向；

步骤d21：通过噪声实验来测试压缩机与底盘构成的振动系统的噪声，获取噪声频谱，以验证步骤d2中的仿真结果。

步骤d3：判断是否满足以下设计目标：模态频率避开共振频率区间且最大振幅方向避开最大振动激励方向。若是，执行步骤d31；若否，执行步骤d32。

步骤d31：定型底盘的结构设计。

步骤d32：改进底盘的结构设计，之后重新执行步骤d2，直至满足d3中的设计目标为止。

本发明实施例中，利用有限元仿真软件计算压缩机和底盘构成的振动系统的模态频率和模态振型，方便快捷，提高了设计精度，缩短了设计周期，省去了很多实验验证过程，降低产品的开成本。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。