鬼佬大哥大
  • / 10
  • 下載費用:30 金幣  

一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法.pdf

關 鍵 詞:
一種 間接 測量 線性 壓縮機 彈簧 剛度 質量 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
摘要
申請專利號:

CN201510222714.1

申請日:

2015.05.04

公開號:

CN104895776A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F04B 51/00申請日:20150504|||公開
IPC分類號: F04B51/00; G01M13/00; G01G9/00 主分類號: F04B51/00
申請人: 浙江大學
發明人: 王龍一; 甘智華; 尹成厚; 植曉琴; 王建軍; 金澤遠
地址: 310027浙江省杭州市西湖區浙大路38號
優先權:
專利代理機構: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224 代理人: 黃燕
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510222714.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.01.04|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,包括:在壓縮機出口連接聲學負載,對整個系統充壓,在保證聲學負載的聲阻抗實部不變的條件下,檢測至少兩組不完全相同的聲阻抗虛部和角頻率數據,結合壓縮機諧振條件,計算得到彈簧剛度及動子質量;所述角頻率數據為壓縮機的電聲轉換效率最高時對應的角頻率。與現有技術相比,本發明的有益效果體現在:可在無需拆解線性壓縮機的前提下,對壓縮機進行間接測試,測試方法簡單易于操作,且避免了由于拆解壓縮機帶來對其內部結構部件的損壞。

權利要求書

權利要求書
1.  一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,包括:在壓縮機出口連接聲學負載,對整個系統充壓,在保證聲學負載的聲阻抗實部不變的條件下,檢測至少兩組不完全相同的聲阻抗虛部和角頻率數據,結合壓縮機諧振條件,計算得到彈簧剛度及動子質量;所述角頻率數據為壓縮機的電聲轉換效率最高時對應的角頻率。

2.  根據權利要求1所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,所述兩組不完全相同的聲阻抗虛部和角頻率數據分別為第一個聲阻抗虛部Xa1、第一個角頻率ω1以及第二個聲阻抗虛部Xa2、第二個角頻率ω2;將兩組數據分別帶入如下兩個計算式,得到所述的彈簧剛度及動子質量:
ks=ω1ω2A2(ω2|Xa1|-ω1|Xa2|)ω12-ω22---(1)]]>
M=A2(ω1|Xa1|-ω2|Xa2|)ω12-ω22---(2)]]>
式(1)和式(2)中,A為活塞面積,||表示絕對值;ks為線性壓縮機的板彈簧剛度,M為線性壓縮機的動子質量。

3.  根據權利要求2所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,壓縮機電聲轉換效率最高時,壓縮機達到諧振,得到所述式(1)和式(2)。

4.  根據權利要求3所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,所述聲學負載包括通過管路與所述壓縮機出口連通的氣庫,以及設置在所述管路上的閥門;通過固定閥門的開度,實現聲學負載的聲阻抗實部不變;通過改變充氣壓力或氣庫體積得到兩組聲阻抗虛部數據,通過調節角頻率來改變電聲轉換效率,從而得到諧振對應的角頻率。

5.  根據權利要求4所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量 的方法,其特征在于,所述聲阻抗虛部由下式計算得到:
Xa=-γpM2πfV---(5)]]>
式(5)中,γ為工質氣體絕熱指數;PM為系統充氣壓力;f為線性壓縮機的運行頻率;V為氣庫體積。

6.  根據權利要求4所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,所述壓縮機的電聲轉換效率由下式計算得到:
η=πfVWeγpM|pc||pr|sinθpc-pr---(6)]]>
式(6)中,||表示交變量幅值,We是線性壓縮機的輸入電功;pc代表壓縮機出口壓力波動;pr代表閥門和氣庫之間管路的壓力波動;為pc和pr之間的相位差。

7.  根據權利要求5或6所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,所述壓縮機與閥門之間的管路上設有用于檢測pc的檢測點,所述閥門與氣庫之間的管路上設有用于檢測pr的檢測點。

8.  根據權利要求4所述的間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,其特征在于,選擇充氣壓力和氣庫體積數據時,所述充氣壓力和氣庫體積具有相反的選擇趨勢。

說明書

說明書一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法
技術領域
本發明屬于線性壓縮機領域,具體涉及一種線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的間接測量方法。
背景技術
線性壓縮機由于結合了直線電機、柔性板彈簧以及間隙密封等關鍵技術,具有壽命長、無摩擦、振動低、噪聲小以及可靠性高等一系列優勢,已廣泛應用于低溫制冷機和冰箱等領域。線性壓縮機可以理解為由三大部分組成:電路部分、機械部分以及聲負載部分。其中機械部分連接電路與聲負載,發揮著將電功有效轉換為聲功的作用。機械部分中的動子質量和彈簧剛度兩個關鍵參數直接影響著壓縮機針對特定負載的聲功輸出特性,因此對于線性壓縮機而言至關重要。
圖1所示為線性壓縮機結構示意圖,圖2所示為其等效物理模型,其可看做由三部分組成,從左至右分別為:電路部分,機械部分,聲學部分。其中U為輸入電壓,I為輸入電流,Re代表電阻,Xe代表電抗,α為電機比推力,Rm為線性壓縮機的機械阻尼系數,M為動子質量,ks為線性壓縮機的板彈簧剛度,pc代表壓縮機出口壓力波動,Vc代表線性壓縮機出口氣體體積流率,Ra為聲阻抗實部,Xa為聲阻抗虛部。
目前彈簧剛度ks的測量方法為:在壓縮機裝配之前,通過特殊測量裝置(如萬能材料試驗機)測量其在不同位移下的彈性力,從而通過胡克定律得到彈簧剛度ks;動子質量M的測量方法為:在壓縮機裝配之前,直接測量活塞頭、活塞桿等運動部件的質量,再加上彈簧部件質量的1/3,即為總的動子質量M。上述測量過程均發生在壓縮機裝配之前,需要對參數進行逐一單獨測量。線性壓縮機在長時間運行過后,由于一些原因,如板彈簧材料性質的改變,動圈繞組絕緣層的放氣等,導致彈簧剛度和動子質量發生變化,影響壓縮機輸出特性。此時如需測量這兩個參數,需拆開壓 縮機,較為不便。此外,由于線性壓縮機的密封依靠的是活塞與氣缸之間微米級的間隙,這也使得其裝配極其困難。且在一些場合,缺少上述測量裝置,使得參數難以獲得。
發明內容
本發明提供了一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,該方法在無需拆解壓縮機的情況下可實現對壓縮機參數的間接無損測量,操作簡單,避免了現有技術的復雜檢測過程,檢測效率高,實施方便。
本發明根據線性壓縮機諧振工況下電聲轉化效率最高的原理,通過合理的測量流程,由所測得負載聲阻抗以及壓縮機效率來反推彈簧剛度和動子質量。
本發明在待測壓縮機出口連接間接測量裝置,通過合理設計的測量流程,計算反推得到彈簧剛度及動子質量。
一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法,包括:在壓縮機出口連接聲學負載,對整個系統充壓,在保證聲學負載的聲阻抗實部不變的條件下,檢測至少兩組不完全相同的聲阻抗虛部和角頻率數據,結合壓縮機諧振條件,計算得到彈簧剛度及動子質量;所述角頻率數據為壓縮機的電聲轉換效率最高時對應的角頻率。
作為優選,所述兩組不完全相同的聲阻抗虛部和角頻率數據分別為第一個聲阻抗虛部Xa1、第一個角頻率ω1以及第二個聲阻抗虛部Xa2、第二個角頻率ω2;將兩組數據分別帶入如下兩個計算式,得到所述的彈簧剛度及動子質量:
ks=ω1ω2A2(ω2|Xa1|-ω1|Xa2|)ω12-ω22---(1)]]>
M=A2(ω1|Xa1|-ω2|Xa2|)ω12-ω22---(2)]]>
式(1)和式(2)中,A為活塞面積,||表示絕對值;ks為線性壓縮機的板彈簧剛度,M為線性壓縮機的動子質量;
壓縮機最高電聲轉換效率時,壓縮機達到諧振,得到下式(3)和式(4):
ω1M-ks/ω1=A2|Xa1|  (3)
ω2M-ks/ω2=A2|Xa2|  (4);
由式(3)和式(4)得到所述式(1)和式(2)。
作為優選,所述聲學負載包括通過管路與所述壓縮機出口連通的氣庫,以及設置在所述管路上的閥門;通過固定閥門的開度,實現聲學負載的聲阻抗實部不變;通過改變充氣壓力或氣庫體積改變得到兩組聲阻抗虛部和角頻率數據。
其中聲阻抗虛部由下式計算得到:
Xa=-γpM2πfV---(5)]]>
式(5)中,γ為工質氣體絕熱指數;PM為系統充氣壓力;f為線性壓縮機的運行頻率;V為氣庫體積;
從上式(5)可知,通過調整系統充氣壓力或者氣庫體積即可實現對聲阻抗虛部的調整;
所述壓縮機的電聲轉換效率由下式計算得到:
η=πfVWeγpM|pc||pr|sinθpc-pr---(6)]]>
式(6)中,||表示交變量幅值,We是線性壓縮機的輸入電功;pc代表壓縮機出口壓力波動;pr代表閥門和氣庫之間管路的壓力波動;為pc和pr之間的相位差。
本發明中,A、γ、PM、V、f均可采用現有方法檢測得到、計算得到或者現有資料中查到;
本發明的閥門與線性壓縮機之間的管路上設有用于檢測壓縮機出口壓力波動pc的檢測點,所述閥門與氣庫之間的管路上設有用于檢測閥門和氣庫之間管路的壓力波動pr的檢測點。
本發明的具體檢測步驟包括:
(1)固定閥門開度,對系統充壓,即固定聲阻抗實部Ra,根據系統充氣壓力和氣庫體積得到聲阻抗虛部Xa1;調節線性壓縮機的運行頻率,同時根據檢測的壓力波動pc和pr,利用式(6)得到該工況下,最高電聲轉換效率時對應的角頻率ω1,此時壓縮機達到諧振,得到式(3)。
(2)改變氣庫體積或改變充氣壓力得到第二個聲阻抗虛部Xa2,再次調節線性壓縮機的運行頻率,同時根據檢測的壓力波動pc和pr,利用式(6)得到該工況下,最高電聲轉換效率時對應的角頻率ω2,此時壓縮機達到諧振,得到式(4),聯立式(3)和式(4)得到ks與M表達式,如式(1)和式(2)。
在兩次分別獲取Xa1和Xa2時,需要兩組充氣壓力和氣庫體積的組合,為提高測量精度,從表達式(1)和式(2)中看出,需盡可能大得區別Xa1和Xa2。根據公式(5),此時存在充氣壓力與氣庫體積組合的優選,即較高的充氣壓力對應較小的氣庫體積,較低的充氣壓力對應較大的氣庫體積。即在選擇充氣壓力和氣庫體積數據組時,作為優選,所述充氣壓力和氣庫體積具有相反的選擇趨勢。
采用上述方法,可以簡單的檢測出線性壓縮機的ks與M。與現有測試方法相比,本發明的有益效果體現在:可在無需拆解線性壓縮機的前提下,對壓縮機進行間接測試,測試方法簡單易于操作,且避免了由于拆解壓縮機帶來對其內部結構部件的損壞。
附圖說明
圖1為線性壓縮機結構示意圖;
圖2為線性壓縮的等效物理模型圖;
圖3為線性壓縮機驅動RC聲學負載結構示意圖。
具體實施方式
圖3所示為實現本發明間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法的裝置結構示意圖。即在壓縮機出口連接管路,在該管路上設置一組閥門R和氣庫C,其中閥門靠近壓縮機出口設置。其中閥門的作用在于提供 等效阻抗實部,而氣庫的作用在于提供等效阻抗虛部。通過一些合理的實驗測量,可以反推得到壓縮機的彈簧剛度ks、動子質量M這兩個重要且不易實際測量的參數。實驗中需要在閥門前后各安裝一個壓力傳感器,用于測量該處的壓力波動pc和pr,pc代表壓縮機出口的壓力波動,pr代表閥門和氣庫之間管路的壓力波動,從而計算閥門R、氣庫C負載的聲阻抗、壓縮機輸出聲功以及壓縮機電聲轉換效率。閥門R、氣庫C負載的特點在于其可以實現對負載阻抗實部和虛部的獨立調節,使二者不至于相互影響。
實驗中由閥門R、氣庫C負載組成的聲阻抗實部和虛部分別為:
Ra=pc-prVc=γpM|pc|2πfV|pr|sinθpc-pr]]>
Xa=-γpM2πfV---(1)]]>
式中Vc代表壓縮機出口氣體體積流率,γ為工質氣體絕熱指數,pM為系統充氣壓力,||表示交變量幅值,f為線性壓縮機的運行頻率,V為氣庫體積,為pc和pr之間的相位差。
線性壓縮機的電聲轉換效率η表達式分別為:
η=πfVWeγpM|pc||pr|sinθpc-pr---(2)]]>
We是線性壓縮機的輸入電功;
結合上述分析,本發明采用的具體測量方法為:
首先固定閥門開度,即固定Ra,選擇一組較小的充氣壓力(記做pM1,此時pM=pM1)和較大的氣庫體積(記做V1,此時V=V1),帶入式(1)得到一個聲阻抗虛部Xa1,在此條件下,調節線性壓縮機的運行頻率f,根據式(2)找到現行工況下最高電聲轉換效率η時對應的線性壓縮機的運行的角頻率ω1,此時壓縮機達到諧振,滿足:
ω1M-ks/ω1=A2|Xa1|  (3)
其中,A為活塞面積;
之后,調節到另外一組較大的充氣壓力(記做pM2,此時pM=pM2,pM2大于pM1)和較小的氣庫體積(記做V2,此時V=V2,V2小于V1),帶入式(1)得到一個聲阻抗虛部Xa2,再次調節線性壓縮機的運行頻率,根據式(2)得到第二個最高電聲轉換效率η對應的線性壓縮機的運行的角頻率ω2,此時有:
ω2M-ks/ω2=A2|Xa2|  (4)
由式(3)和式(4)得到彈簧剛度和動子質量的表達式:
ks=ω1ω2A2(ω2|Xa1|-ω1|Xa2|)ω12-ω22---(5)]]>
M=A2(ω1|Xa1|-ω2|Xa2|)ω12-ω22---(6)]]>
將ω1,ω2,A,Xa1,Xa2代入式(5)和式(6),即可求得彈簧剛度和動子質量。
圖1所示為典型的線性壓縮機結構示意圖,主要包括位于兩側的兩組板彈簧1,每組板彈簧1有兩個;與一組板彈簧1固定的動子2;固定在動子2端部的活塞3,活塞3位于壓縮腔4內;設于一組板彈簧1之間的電機5和線圈6;兩個活塞3之間為壓縮腔4。
圖2所示為其等效物理模型,其可看做線性壓縮機由三部分組成,從左至右分別為:電路部分,機械部分,聲學部分。其中U為輸入電壓,I為輸入電流,Re代表電阻,Xe代表電抗,α為電機比推力,Rm為機械阻尼系數,M為動子質量,ks為板彈簧剛度,pc代表壓縮機出口壓力波動,Vc代表壓縮機出口氣體體積流率,Ra為聲阻抗實部,Xa為聲阻抗虛部。
理論基礎
這里定義線性壓縮機的電阻抗Ze、機械阻抗Zm及聲阻抗Za如下:
Ze=Re+jXe
Zm=Rm+j(ωM-ks/ω)=Rm+jXm
Za=pcVc=Ra+jXa]]>
其中j為虛數單位,ω=2πf為線性壓縮機運行的角頻率,f為線性壓縮機的運行頻率,Xm為等效機械阻抗虛部。
定義:
X=Xm+A2Xa
其中A為活塞面積。則可以求解得到壓縮機的電聲轉換效率表達式為:
η=WPVWe=(αA)2Ra(A2Ra+Rm)α2+Re[(A2Ra+Rm)2+(A2Xa+Xm)2]]]>
其中A是活塞面積。當其它條件固定時,X=0可使壓縮機效率達到該工況下的最高值。
根據這一理論,通過調節Xa和Xm,可獲得不同的X=0的組合使得壓縮機效率達到最高值。基于上述理論基礎分析,證明了本發明方法的可行性。同時本發明方法步驟簡單,檢測效率高。

關于本文
本文標題:一種間接測量線性壓縮機彈簧剛度和動子質量的方法.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6369758.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大