管路振动、应力和外箱振动评价方法

管路振动、应力和外箱振动评价方法2009-04-15实施2009-04-08发布本标准由品质中心实验室提出。 本标准由技术中心技术标准科归口。管路振动、应力与外箱振动评价方法1 范围本标准规定了房间空气调节器产品配管的管路振动和应力的测试、评价方法，与整体式(窗机、 除湿机、移动空调)及分体式室外机的外箱振动的测试、评价方法。本标准适用于内销和出口房间空气调节器产品。其他产品可参照使用。2 规范性引用标准下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方 研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 1019-2008 家用和类似用途电器包装通则GB/T 7725-2004 房间空气调节器3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1压缩机的激发频率 是指压缩机运行时对系统施加激励力的频率，对定频压缩机而言，其计算方法如下：m.n压缩机的激发频率=(Hz)60其中：m压缩机气缸缸数；n压缩机工作转速(转/分)，通常取功能规格书中标定的额定 转速。对变频压缩机而言，以压缩机的实际工作频率为准。3.2振动位移是表示振动量大小的一种方法，这里指的是用位移表示振动量的有效值，即xrmS 若一周期振动X = x(t) = x(t+T)，则其有效值定义为：xrms其中：T振动周期。3.3应力应力是反映物体某个点处受力程度的力学量，相当于单位面积上受到的力的大小，单位为Pa，具 体见附录Bo (应力=应变X弹性模量)3.4应变物体受力时，用以描述物体某个点处变形程度的力学量，是一个无量纲量，具体见附录Bo3.5应变片一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜(15-16um)上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅(3-6 u m)， 然后再覆盖上一层薄膜作成迭层构造，具体见附录Co3.6弹性模量弹性模量与物体的粗细、长短等形状无关，只决于材料的材质。（lGpa=103Mpa） 例如 钢：200GPa；铁：190GPa；黄铜：91GPa；铜：llOGPa；玻璃：55GPa。4 试验主要设备和试验条件4.1稳压电源、B&K频谱分析仪或振动测试分析仪、加速度传感器。应力测试仪、应力片、应力片专 用胶水、酒精、细沙子、扎带。4.2 在管路振动和应力测试时，地基应无明显的振动等干扰。4.3 试验对进行过跌落、运输试验后合格的样机进行测试（进行装拆外壳钣金、检查时不能有破坏样 机原来的状态，保证样机是合格的）。5 试验和评价方法5.1 配管振动测试5.1.1 测试要求 测试电压为额定工作电压，冷暖样机只进行制热模式测试。对应全新开发项目、更换管路和压缩 机小批试产、试制样机需进行配管振动测试。5.1.2 制冷模式下的测试方法将被测机安装在试验室内，被测机输入电压为额定电压和额定频率，在GB/T 7725-2004房间空 气调节器规定的额定制冷工况条件下，被测机在制冷状态下运行10min以上。关闭试验室空气处理机组，被测机继续制冷状态运行，分别对被测机的压缩机排气管、回气管和 与之相连的管路都进行振动测试。按以上测试条件并取管路振动位移量最大的点进行测试，将测试结 果记录下来并存入相应的磁盘。对于变频机，应使用频率设定器手动设定变频压缩机的各个运行频率点（在电控正常工作下可能 出现的所有频率点），为了能使用频率设定器进入到所有的频率点，必要时按照电控功能书的要求调 节测试室内外侧的环境温度。分别按照上述要求进行配管振动测试。加速度传感器粘贴方法和软件设置见附录A。5.1.3 制热模式下的测试方法将被测机安装在试验室内，被测机输入电压为额定电压和额定频率，在GB/T 7725-2004房间空 气调节器规定的最大运行制热工况条件下，被测机在热泵制热状态下运行10min以上（为保证试验 室空气处理机组停止以后，环境温度不致变化过大，应该将被测机的辅助电加热关闭）。关闭试验室空气处理机组，被测机继续热泵制热状态运行，分别对被测机的压缩机排气管、回气 管和四通阀相连的管路都进行振动测试。按以上测试条件并取管路振动位移量最大的点进行测试，将 测试结果记录下来并存入相应的磁盘。对于变频机，应使用频率设定器手动设定变频压缩机的各个运行频率点（在电控正常工作下可能 出现的所有频率点），为了能使用频率设定器进入到所有的频率点，必要时按照电控功能书的要求调 节测试室内外侧的环境温度，分别按上述要求进行配管振动测试。加速度传感器粘贴方法和软件设置见附录A。5.1.4 配管振动的判定5.1.4.1 对于定频机：按以上方法试验时，被测机的压缩机配管振动位移测量值如下：5.1.4.1.1在小批试制、试产时应不大于200umo5.1.4.1.2在小批试制、试产时，若有两台机的振动位移值均大于200 u m且小于500 um，则现场整 改仅作参考，需按现场整改方案重新委托样机进行“运输-跌落-配管振动”测试，作为有效整改确认。5.1.4.1.3在试制、试产时，若样机的振动位移值大于500 um,且现场整管及倍数加抽仍不能将其中任何一台控制在 500um 以内时，不能进行现场加配重块或防震胶整改，则需从新设计配管或从 压缩机脚垫或底盘等方面进行重新整改配管振动。5.1.4.1.4在首批生产时，振动位移最大值不超过250 um；5.1.4.1.5在批量生产抽检时，如果抽样中有一台机的振动位移值大于250 u m而小于300 u m,可以 加抽一倍数量的样机，如果加抽样机的测试结果都小于300 um可以判定整批合格。5.1.4.1.6 配管振动整改时，每条配管使用配重块或防震胶数量不能超过 2个以上，超过了则考 虑配管重新优化（结构限制无法设计除外）。5.1.4.1.7 在加防振胶进行配管整改时，要注意粘贴方向保证其不易脱落。如果采用卷包方式时需要 增加束紧带固定，防止开裂脱落。由于排气温度较高，一般不使用防振胶，采用配重块。5.1.4.2 对于变频机：按以上方法试验时，其与定频机相对应频率的振动位移应按定频机的要求进行 判定，而其他频率上的振动位移应同时满足：最大的振动位移量不应超过500 um；随着试验频率升高， 其振动位移量应逐渐减小（或者相等）。5.2 配管应力测试5.2.1 配管应力测试方法和要求将被测机安装在试验室内，被测机输入电压为额定电压和额定频率，在GB/T 7725-2004房间空 气调节器规定的额定制冷工况条件下，被测机在制冷状态下运行10min以上，关闭试验室空气处理 机组，被测机继续制冷状态运行。安装好测试设备，测试样机和仪器连接好地线，打开测试系统。在主应力方向未知的情况下，按 （具体见附录D）中对测试部位的规定把应变片粘贴在测试部位上。接通空调器电源，测取压缩机启 动过程的最大应力，记录测试结果并保存；等空调器开机3分钟以上工况稳定后测取正常工况下配管 的最大应力，记录测试结果并保存；切断空调器电源，测取压缩机停机过程的最大应力，记录测试结 果并保存。对于变频机，应使用频率设定器手动设定变频压缩机的各个运行频率点（在电控正常工作下可能 出现的所有频率点），分别按照上述要求测试最大应力。对冷暖机，分别按照上述要求测试制冷和制热模式（最大制热工况条件）下的最大应力。 对应全新开发项目、更换管路和压缩机小批试产、试制样机需进行配管振动测试。5.2.2 配管应力测试评价5.2.2.1 一种状态测试3次， 3次测试结果平均值不能超出以下限值。5.2.2.2 压缩机启动和停机过程中，最大应力不应大于30MPa,运行最大应力不应大于12.5MPa。5.3 外箱振动测试5.3.1 测试要求 测试电压为额定工作电压（必要时也可以增加90、110的额定电压进行测试）。热泵机型需分别进行制冷和制热模式的测试。5.3.2 外箱振动测试方法将被测机安装在噪声测试室橡胶垫片上，被测机输入电压为额定电压和额定频率（必要时也可 以增加90%、110%的额定电压测试），并要求分别在制冷/制热模式下稳定运行10min以上。（若 委托方或测试方案有要求按标准工况测试时，则在相应的“标准工况”条件下测试）。然后，用螺丝刀找出被测机顶面、左侧面、右侧面、前面和后面的振动最大的点，然后将加速度 传感器粘贴在被测物上，测试其振动值最大的位置。（必要时，对测试点进行拍照）注：1.针对窗机，没有特殊要求或说明，可以仅测试顶面、左侧面、右侧面的振动最大的点；2. 针对移动空调和除湿机，5 个面（顶面、左侧面、右侧面、前面和后面）均需测试。3. 针对分体机外机，若没有特殊要求或说明，需测试4 个面（压缩机正对的三个面、样机顶面）。5.3.3 外箱振动测试判定 整体机和分体机外机的外箱振动在各种模式、工况和电压下，顶面、左侧面、右侧面、前面和后面的振动位移要求均不大于40 u m。5.4 长期运行试验（24天） 对于多次整改仍无法达到5.1.4测试标准的情况，经进行应力测试合格，可以进行较长时间的长 期运行实验来考察配管工作可靠性。进行长期运行实验时，需要保证机器连续不间断工作（不能因为 环境温度等原因产生间歇性停机的情况）24天（共576 小时），试验样机数量要求不少于4台。此方 法仅限于极个别常规整改措施仍无法达到测试标准的特殊情况的处理。附录 A（资料性附录）应力和应变的测试原理B. 1如图B.1所示，在柱体的上面向其施加外力P的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的 力一内力。内力被物体（这里是柱体）的截面积所除后得到的值（单位截面积上的内力）即是“应力”（单位为Pa（帕斯卡）或N/m2）如圆柱横断面积为A（m2）,所受外力为P （N牛顿），由外力=内力可 得，应力这里的截面积A与外力的方向垂直，所以得到的应力叫做垂直应力。B. 2棒被拉伸的时候会产生伸长变形1,棒的长度则变为】+ l。这里，由伸长量和原长l的比 表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记为&。图B.1测试原理与外力同方向的伸长（或压缩）方向上的应变称为轴向应变。应变表示的是伸长率（或压缩率）， 属于无量纲数，没有单位。由于量值很小，通常用1x10-6 （百万分之一）“微应变”表示，或简单地用 卩表示。棒在被拉伸的状态下，变长的同时也会变细。直径为的棒产生Ad的变形时，直径方向的应变 如下式所示。-Ad 二2 d0这种与外力成直角方向上的应变称为横向应变。轴向应变与横向应变的比称为泊松比，记为v。每种材料都有其固定的泊松比，且大部分材料的泊松比都在0.3 左右。v = 0.31B. 3 各种材料的应变与应力的关系已经通过实验进行了测定。应力与应变成直线关系的范围内胡克定 律成立，对应的最大应为称为比例极限。c = E 或=E应力与应变的比例常数E被和为纵弹性系数或扬氏模量，不同的材料有其固定的模量。 如上所述，虽然无法对应力进行直接的测量，但是通过测量由外力影响产生的应变可以计算出应 力的大小。B. 4 应变的大小应变到底小到什么程度呢？从1x10-4 m2 （每边长lcm）的铁棒上面垂直施加10kN（约1020kgf）的 力时，会产生多大的应变呢？让我们来计算一下。（E=206GPa）首先，应力c = P 10kN = 100MPaA 1 x10-4 m2再通过应力与应变的关系式计算出应变。= 4.85 x 10-4c 100 MPa 100 x 106 = = =E 206GPa 206 x 109通常，应变用百万分之一表示，本例中1000000 _ 485x10-6作为应变量，用485x10-6应变，或485 ue表示。B. 5 应变的正负应变分为拉伸和压缩两种，分别用正负号加以区别。拉伸一正（+）压缩一负（）附录 C（资料性附录）应变片的构造、原理及温度补偿C. 1 应变片的构造应变片有很多种类。一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16um）上贴上由薄金属箔材制成 的敏感栅（3-6um），然后再覆盖上一层薄膜作成迭层构造。C. 2 应变片的原理将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变 伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过 测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数， 与应变片成正比例关系。AR “即 =K XR式中：R应变片原电阻值Q （欧姆）；AR 伸长或压缩所引起的电阻变化Q （欧姆）；K比例常数（应变片常数）；应变。不同的金属材料有不同的比例常数K。铜铬合金（Adavance）的K值约为2。这样，应变的测量就 通过应变片转换为对电阻变化的测量。但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极 其微小的。例如我们来计算1000x10-6的应变产生的电阻的变化。 应变片的电阻值一般来说是120欧姆，即AR- 二 2 x 1000 x 10-61209丿AR = 120 x 2 x 1000 x 10-6 二 0.240电阻变化率为0.2%要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小 电阻变化进行测量，我们使用带有韦斯通电桥回路的专用应变测量仪。C. 3 温度补偿法在应变测量中会遇到一个问题，那就是温度对应变的影响。因为被测定物都有自己的热膨胀系数， 所以会随着温度的变化伸长或缩短。因此如果温度发生变化，即使不施加外力贴在被测定物上的应变 片也会测到应变。为了解决这个问题，可以应用温度补偿法。C. 3.1动态模拟法这是使用两枚应变片的双应变片法。如图14所示，在被测特上贴上应变片(A),在与被测物材质 相同的材料上贴上应变片(D),并将其置于与被测物相同的温度环境里。如图所示，将两枚应变片联 入桥路的相邻边，这是因为(A), (D)处于相同的温度条件下，由温度引起的伸所量相同，即由温度 引起的应变相同，所以由温度引起的输出电压为零。C. 3. 2自我温度补偿法从理论上讲，动态模拟法是最理想的温度补偿法。但是有粘贴两枚应变所费劳力和模拟物的放置 场所的选择等问题。为了解决这个问题，可以使用只用一枚应变片即可进行温度补偿的自我温度补偿 应变片。这种方法根据被测物材料的热膨胀系数的不同来调节应变片敏感栅，因此使用适合被测物材料的 应变片就可以仅用一枚应变片对应变进行测量，且不受温度的影响。除了特殊的情况，现在基本上 都使用自我温度补偿型应变片。C.3.3 如前所述，现在除了特殊的情况，都使用自我补偿应变片。下面就简单地说明一下它的原理。C.3.3.1 自我温度补偿片的原理在热膨胀系数为卩s的被测物表面贴上敏感栅热膨胀系数为卩g的应变片。则温度每变化1度，其 所表现出来的应变 T如下式所示。8 =殳 + 6 -P )T K s gs在这里 a:电阻元件的温度系数K :应变片的应变片常数Bss上式中，K为由敏感栅材料决定的应变片常数，0 , 0分别为由各自材料决定的被测物与敏感ss g栅的热膨胀系数，这三项均为定值，则通过调整a就可以使由温度引起的应变变为零。此时a二K G -0 )s s g二 K G -0 )s g s在箔材的制作过程中可以通过热处理对a的值进行控制。而且它是与特定的被测物的热膨胀系数 Bs 相应的，如果用在不适用的被测物时，不仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误差。 C.3.3.2 导线的温度补偿使用自我温度补偿片可以解决应变片所受的温度影响问题。但是从应变片到测量仪之间的导线也 会受到温度的影响，这个问题并没有解决。单应变片双线的联接方式将导线的电阻全部串联入了应变片中。导线较短时不会有太大的问题， 但如果导线较长就会产生影响。导线所使用的铜的电阻温度系3.93X10-6/C数。当使用0.3mm2，电阻 值0.062Q/m的导线10m(来回20m)时,温度上升1C所产生的输出电压换算成应变的话大约为20x10-6。为了减小导线的影响，可以使用3线联接法。在应变处导线的一根上再联上一根导线，用3根导 线使桥路变长。这种联接方式与双线式不同的地方是导线的电阻分别由电桥的相邻两边所分担。导线 电阻rl,串联入了应变片电阻Rg,r2串联入了 R2, r3成为电桥的输出端。这样，就几乎不会产生什么影响了。附录 D（规范性附录）应变片的粘贴D. 1 应变片的粘贴方法根据应变，粘贴剂，使用环境的不同而不同。这里以常温室内测量为例。选用 普通型应变片（带有导线的KFG应变片），速干性粘贴剂（氰基丙烯酸盐粘合剂系列CC-33A）,低碳钢 试验片。D. 2 选择应变片根据被测物与目的选择应变片的种类及长度。应变片的热膨胀系数，可以从中选择适用于被测物 的应变片。D. 3 除锈，保护膜将应变片所要粘贴的部位（范围要大于应变片的面积）用砂布（#200300）打磨，直到除去涂锈 锈迹及镀金等。D. 4 确定粘贴位置在需要测量应变的位置沿着应变的方向做好记号。使用 4H 以上的硬质铅笔或划线器，注意在使用 划线器时，不要留下深的刻痕。根据前期分析结果和经验，发生应变最大的部位相对比较集中。如图D. 1所示，以排气管为例， 需要对应力水平进行重点考核的部位有排气管靠近压缩机侧第一个弯位，振幅最大部位相邻的弯位。 因此应力测试时重点考核排、回气管的靠近压缩机侧第一个弯位，振幅最大部位相邻的弯位。应变片 通常粘贴于弯位侧面位于该弯位分角线上的点，如图D.2所示。图D.1需要考核应力的弯位示意图分角线图D.2应变片粘贴部位示意图D. 5对粘贴面的脱脂和清洁用工业用薄纸蘸丙酮溶液对要粘贴应变片部位进行清洁。在清洁过程中，沿着一个方向用力擦拭, 然后再沿着相同方向擦拭。如果来回擦拭会使污物反复附着，无法擦拭干净。D.6涂粘贴剂首先要确认好应变片的正反面。向应变片的背面滴一滴粘贴剂（CC-33A）。如果涂抹粘贴剂的话, 先涂抹部分的粘贴剂会出现硬化，使粘性下降。因此不使用涂抹的方式。将滴有粘贴剂的应变片立即粘在所作记号的中心位置。D.8加压在置于粘贴位置的应变片上面盖上附带的聚乙烯树脂片，并在上面用手指加压。步骤D.6、D.7、D.8 要连贯快速地进行。将放好的应变片取下调整位置重新粘贴时会使粘性极大地下降。D.9 完成加压一分钟左右，取下聚乙烯树脂片，确认是否已粘贴牢固。为了达到更好的效果，最好将应变 片放置 60 分钟左右等粘贴剂完全硬化后再使用。