冷凝器管路的优化方法、冷凝器、室外机、空调器与流程

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种冷凝器管路的优化方法、冷凝器、室外机、空调器。

背景技术：

据统计，泄漏机组有冷凝器支管接喇叭口根部(边板)泄漏及分气支管泄漏两种类型：经查断管部位运行应变(20μ，远未达到目标阀值)、开关机应变(200μ，远未达到目标阀值)、整机运输应力、管路模态(68hz，未在压缩机运行频率50hz附近)均不能解释清楚分气支管断管问题，查相关试验报告均满足技术要求。

上述分析方式是现有技术中对管路应力应变的通常分析处理方式，也即现有技术中对管路应力应变的认识上基本上是基于振动应力应变判断管路设计方案合理性，未从热疲劳变形角度去判断管路设计方案的合理性，导致不能有效解决冷凝器分气支管的断管与冷媒泄露问题。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种冷凝器管路的优化方法、冷凝器、室外机、空调器，以克服相关技术中基于振动应力应变判断管路设计方案是否合理不能有效解决冷凝器分气支管的断管与冷媒泄露问题的不足。

为了解决上述问题，本发明提供一种冷凝器管路的优化方法，包括如下步骤：

获取室外机的三维模型，所述室外机包括冷凝器，分气总管，所述冷凝器包括换热芯部，所述分气总管上连接有多根分气支管且通过多根所述分气支管与所述换热芯部连通；

获取每根所述分气支管与所述分气总管的连接处的热应力值，并根据所述热应力值与预设应力值的大小关系，给出针对所述分气总管和/或分气支管结构的优化建议，以使所述分气总管与所述分气支管的连接处的热应力值低于所述预设应力值。

在一些实施方式中，所述优化建议包括：

当所述热应力值不低于所述预设应力值时，将所述分气总管沿其长度延伸方向分成至少两段；或者，

当所述热应力值不低于所述预设应力值时，将所述分气总管沿其长度延伸方向分成至少两段，并在相邻的两段之间设置应力缓冲管，并通过所述应力缓冲管保持各段分气总管彼此连通；或者，

当所述热应力值不低于所述预设应力值时，至少在对应的所述分气支管中设置应力缓冲管或者至少将对应的所述分气支管用应力缓冲管替代。

在一些实施方式中，在获取每根所述分气支管与所述分气总管的连接处的热应力值之前还包括：

获取与所述分气总管、每根所述分气支管分别对应的边界条件；和/或，

对所述三维模型所对应的有限元模型进行热仿真计算。

在一些实施方式中，所述边界条件包括分气总管在压缩机启停状态下对应的启停温差参数。

本发明还提供一种采用上述述的优化方法设计的冷凝器管路，包括分气总管，所述分气总管具有至少两段，每段所述分气总管上设有至少两根分气支管，至少两根所述分气支管用于与冷凝器的换热芯部连接，且各段所述分气总管之间不连通。

在一些实施方式中，各段所述分气总管通过枝桠结构总管与压缩机排气管连通，所述枝桠结构总管具有与所述压缩机排气管连通的干管以及一一对应于每段所述分气总管的多根分支管。

在一些实施方式中，所述枝桠结构总管呈e型或者m型。

本发明还提供一种采用上述的优化方法设计的冷凝器管路，包括分气总管，所述分气总管具有至少两段，每段所述分气总管上设有至少两根分气支管，至少两根所述分气支管用于与冷凝器的换热芯部连接，相邻的两段所述分气总管之间设有应力缓冲管，各段所述分气总管通过所述应力缓冲管保持彼此连通。

在一些实施方式中，所述应力缓冲管包括橡胶管组件或者橡胶膨胀节。

在一些实施方式中，所述橡胶管组件包括橡胶管以及处于所述橡胶管的长度两端的接头单元，所述橡胶管组件通过所述接头单元与相应的分气总管连接；和/或，所述橡胶管组件包括橡胶管，所述橡胶管的弹性模量e＝50mpa、泊松比nu＝0.45、密度rio＝1.18e^-8t/mm³、热膨胀系数a＝6.7e^-4。

在一些实施方式中，所述接头单元包括压套、铜管、接管螺母，所述铜管通过所述压套与所述橡胶管连接，所述铜管的自由端具有密封翻边，所述接管螺母套装于所述密封翻边与所述橡胶管之间的铜管上。

本发明还提供一种采用上述的优化方法设计的冷凝器管路，包括分气总管，所述分气总管上设有至少两根分气支管，至少两根所述分气支管用于与冷凝器的换热芯部连接，所述分气支管至少部分包括应力缓冲管。

在一些实施方式中，所述应力缓冲管包括具有拱起段的硬管。

在一些实施方式中，所述硬管为铜管；和/或，所述分气总管具有冷媒流出端，所述冷媒流出端上设有分流器，所述分流器与所述多根所述分气支管连通。

在一些实施方式中，所述分流器为莲蓬头状；和/或，所述冷媒流出端上设有两个所述分流器，两个所述分流器关于分气总管的管中轴线对称。

本发明还提供一种冷凝器，包括冷凝器管路，所述冷凝器管路为上述的冷凝器管路。

本发明还提供一种室外机，包括冷凝器，所述冷凝器为上述的冷凝器。

本发明还提供一种空调器，包括室外机，所述室外机为上述的室外机。

本发明提供的一种冷凝器管路的优化方法、冷凝器、室外机、空调器，能够明确分气总管与分气支管的连接处的热应力值是否超出预设应力值，并在超出的时候给出相应优化建议，从而能够使冷凝器的管路设计更加合理，有效避免现有技术中冷凝器由于热效应所带来的分气支管的断管与冷媒泄露的现象发生。

附图说明

图1为本发明实施例的冷凝器管路的优化方法的步骤示意图；

图2为采用本发明的优化方法优化后冷凝器的一种结构型式；

图3为采用本发明的优化方法优化后冷凝器的另一种结构型式；

图4为图3中应力缓冲管的一种具体实现型式的结构示意图；

图5为采用本发明的优化方法优化后冷凝器的再一种结构型式；

图6为图5中的分流器的另一种实现方式；

图7为发明实施例中应力缓冲管的另一种实现方式；

图8为优化前的空调器室外机的三维模型采用本发明的优化方法基于hypermesh平台得到的分气总管沿其长度方向的位移云图；

图9为图8中分气总管与分气支管部位的位移云图；

图10为优化后的空调器室外机的三维模型采用本发明的优化方法基于hypermesh平台得到的分气总管沿其长度方向的位移云图；

图11为图10中分气总管与分气支管部位的位移云图；

图12为优化前的空调器室外机的三维模型采用本发明的优化方法基于hypermesh平台得到的分气总管的热应力云图；

图13为优化后的空调器室外机的三维模型采用本发明的优化方法基于hypermesh平台得到的分气总管的热应力云图。

附图标记表示为：

1、换热芯部；2、分气总管；21、分流器；3、分气支管；4、应力缓冲管；41、橡胶管；42、压套；43、铜管；44、接管螺母；45、翻边；5、枝桠结构总管；h、膨胀节波高；w、膨胀节波距；t、膨胀节壁厚；d、波根外直径；r、倒圆半径；l、管体直边段长度。

具体实施方式

发明人发现，分气支管断管的原因是由于压缩机的频繁开启，引起分气总管在温度效应影响下出现热胀冷缩效应，出现局部位置应力过大，进而导致断管问题出现。为了能够有效的解决冷凝器分气支管的断管问题，从热疲劳的角度去判断管路失效的机理，在分气总管的中段用橡胶软管替换原有的铜管，能够有效的解决分气支管的断管和冷媒泄漏问题。

结合参见图1至图13所示，根据本发明的实施例，提供一种冷凝器管路的优化方法，包括如下步骤：

获取室外机的三维模型，所述室外机包括冷凝器，分气总管2，所述冷凝器包括换热芯部1，所述分气总管2上连接有多根分气支管3且通过多根所述分气支管3与所述换热芯部1连通；

获取与所述分气总管2、多根所述分气支管3分别对应的边界条件，所述边界条件包括所述分气支管3与所述分气总管2之间的连接设置、分气支管3和分气总管2分别与压缩机和空调外壳的连接设置；空调外壳底部的约束设置以及分气总管2在压缩机启停状态下对应的启停温差参数等；

对所述三维模型所对应的有限元模型进行热仿真计算；

获取每根所述分气支管3与所述分气总管2的连接处的热应力值，并根据所述热应力值与预设应力值的大小关系，给出针对所述分气总管2和/或分气支管3结构的优化建议，以使所述分气总管2与所述分气支管3的连接处的热应力值低于所述预设应力值。

该技术方案中，优化对象采用所述室外机的三维模型整体而非单独的冷凝器或者分气总管2、分气支管3，能够充分还原冷凝器以及室外机的整体应用工况，从而使所述分气总管2、分气支管3的约束条件等更加贴近实际情况，进而使后续数值输出更加准确；所述启停温差参数优选地采用实物试验的方式获取，此温差通常在50℃至75℃之间，具体的数值选择依据不同的空调机组型号确定。

在实际应用过程中，上述优化方法具体可以基于hypermesh有限元建模平台以及其具有的optistruct求解器对冷凝器管路进行热应力仿真。

该技术方案中能够明确分气总管2与分气支管3的连接处的热应力值(例如通过热仿真计算)是否超出预设应力值，并在超出的时候给出相应优化建议，从而能够使冷凝器的管路设计更加合理，有效避免现有技术中冷凝器由于热效应所带来的分气支管的断管与冷媒泄露的现象发生。而可以理解的是，在获取到的热应力值皆未超出预设应力值时，说明设计合格，则无需进一步优化设计管路。

所述优化建议包括：当所述热应力值不低于所述预设应力值时，将所述分气总管2沿其长度延伸方向分成至少两段；或者，当所述热应力值不低于所述预设应力值时，将所述分气总管2沿其长度延伸方向分成至少两段，并在相邻的两段之间设置应力缓冲管4，并通过所述应力缓冲管4保持各段分气总管2彼此连通；或者，当所述热应力值不低于所述预设应力值时，至少在对应的所述分气支管3中设置应力缓冲管4或者至少将对应的所述分气支管3用应力缓冲管4替代。

根据本发明的实施例，如图2所示，还提供一种采用上述的优化方法设计的冷凝器管路，包括分气总管2，所述分气总管2具有至少两段，每段所述分气总管2上设有至少两根分气支管3，至少两根所述分气支管3用于与冷凝器的换热芯部1连接，且各段所述分气总管2之间不连通。该技术方案中，基于上述的优化方法而设计，通过将现有技术中的整根分气总管2分成至少两段，从而减少热效应带来的热应力的集中以及所述分气总管2形成的沿其长度方向的位移累积，进而有效防止所述分气支管3与分气总管2在连接处的断裂，杜绝由于热效应带来的断管及冷媒泄露现象的发生。所述分气总管2的分段数目可以遵循由少到多的步骤，例如先一分为二，再到三段、四段等，具体断开位置则遵循由所述分气总管2的长度中间位置向两侧扩展的原则。

在一些实施方式中，多段所述分气总管2通过枝桠结构总管5与压缩机排气管连通，所述枝桠结构总管5具有与所述压缩机排气管连通的干管以及一一对应于每段所述分气总管2的分支管，所述枝桠结构总管5呈e型或者m型，相应管路的折弯角优选在60°～120°之间。为了验证该技术方案的冷凝器管路的优化结果，发明人以所述分气总管2分成三段进行了热应力仿真，得出，三段式分气总管结构使分气管与边板接触点处和支管上的管路应力都减小了58％以上，因此次设计管路可以有效缓解启停温差较大时的管路应力，提高冷凝器可靠性。

根据本发明的实施例，如图3所示，还提供一种采用上述的优化方法设计的冷凝器管路，包括分气总管2，所述分气总管2具有至少两段，每段所述分气总管2上设有至少两根分气支管3，至少两根所述分气支管3用于与冷凝器的换热芯部1连接，相邻的两段所述分气总管2之间设有应力缓冲管4，各段所述分气总管2通过所述应力缓冲管4保持彼此连通。该技术方案中，基于上述的优化方法而设计，通过将现有技术中的整根分气总管2分成至少两段，从而减少热效应带来的热应力的集中以及所述分气总管2形成的沿其长度方向的位移累积，进而有效防止所述分气支管3与分气总管2在连接处的断裂，杜绝由于热效应带来的断管及冷媒泄露现象的发生。

所述应力缓冲管4例如可以是波纹管件，最好的，所述应力缓冲管4包括橡胶管组件(例如图4所示)或者橡胶膨胀节(例如图7所示)。

作为所述橡胶管组件的一种具体实现方式，如图4所示，所述橡胶管组件包括橡胶管41以及处于所述橡胶管41的长度两端的接头单元，通过所述接头单元实现所述橡胶管组件与相应的分气总管2的连接，所述橡胶管41能够具有较大的位移变形及补偿能力，可以增大整根分气总管2的柔度，释放分气总管2的位移以及分气支管3与分气总管2相接触的应力值，从而避免出现分气支管3断管和冷媒泄露的问题发生。所述接头单元包括压套42、铜管43、接管螺母44，所述铜管43通过所述压套42与所述橡胶管41连接，所述铜管43的自由端具有密封翻边45，所述接管螺母44套装于所述密封翻边45与所述橡胶管41之间的铜管43上，所述密封翻边45为一个朝向待对接管口一侧扩口的结构，在连接时，所述接管螺母44能够对所述密封翻边45形成朝向所述待对接管口的挤压，从而实现所述铜管43变形的连接密封。

为了明确本发明优化设计的效果，发明人对优化前后的室外机的三维模型基于hypermesh平台进行仿真，结果如图8、9所示，在优化之前，分气总管的长度两端位移较大，而中间位移则相对较小，分气总管的两端位移较大会带动与之对应的分气支管沿分气总管的长度方向移动，由于分气支管的管径和壁厚小于分气总管进而出现分气支管断管现象，与实际生产、使用过程中反馈的断管现象符合。基于这一现象，发明人将分气总管分成两段并通过橡胶软管连接连通，再次基于hypermesh平台进行仿真，结果如图10、11所示，在优化之后，分气总管的长度两端的位移减小，分气支管的位移随之减小，其原因是橡胶软管具有一定柔度可以释放分气总管两端的位移，使位移主要出现在橡胶软管处，从而有效杜绝断管的几率。

图12为优化前的空调器室外机的三维模型采用本发明的优化方法基于hypermesh平台得到的分气总管的热应力云图；图13为优化后的空调器室外机的三维模型采用本发明的优化方法基于hypermesh平台得到的分气总管的热应力云图。从仿真结果看最大的应力出现在分气支管与分气总管的连接处，且靠近分气总管长度两端的应力较大，而中段的应力较小，这与分气总管的位移趋势一致，通过计算原方案的最大应力为148mpa，当在分气总管的中段加入橡胶软管时，计算的最大应力为108mpa，说明使用铜管 软管的方法能够有效的降低分气支管接头处的应力值，从而能够够有效的解决分气支管断管和泄漏的问题。

作为所述橡胶膨胀节的一种具体实现方式，如图7所示，倒圆(r指示)与直边段(l指示)相连，倒圆起到应力缓冲作用，膨胀节波高(h指示)与倒圆相连，膨胀节波高起到一个抵抗管路轴向应力、轴向应变的作用，直边段所在的空调冷凝器管路段因为空调频繁人为开关机而导致冷(热)气流不断变换而产生了热膨胀，若是没有加膨胀节的空调管路，该段管路此时会因热膨胀而产生较大的热应力，该热应力与本来就即将超标的管路运行应力或运输应力共同作用，可能导致管路应力超标，导致管路异响、管路达到疲劳极限甚至管路断裂的情况发生。而若采用前述技术方案，在空调冷凝器管路温度变化较大较频繁的部分使用u型膨胀节设计，当直边段所在的空调冷凝器管路段因为空调频繁人为开关机而导致冷(热)气流不断变换而产生了热膨胀时，热膨胀带来的热应力会主要作用在该膨胀节，导致膨胀节波高与倒圆发生形变。通俗来讲就是该膨胀节吸收了因温度变化而产生的热膨胀。同时，在其他管段因管路气流或环境温度变化使得管路产生热膨胀时，这些管段会给有膨胀节的管路直边段一个拉力(或压力)与力矩。力矩一般影响可以不计，但是该拉力(或压力)会使得管路直边段的管路应力骤然增大，也会导致管路应力大大增加。而如果管路直边段上有本发明的膨胀节结构的话，拉力会优先使得膨胀节波高与倒圆发生形变，使得该膨胀节波距发生变化(若拉力则增大，若压力则减小)，该膨胀节起到一个类似与弹簧的吸收应力的作用。

根据本发明的实施例，如图5所示，还提供一种采用上述的优化方法设计的冷凝器管路，包括分气总管2，所述分气总管2上设有至少两根分气支管3，至少两根所述分气支管3用于与冷凝器的换热芯部1连接，所述分气支管3至少部分包括应力缓冲管4(可以理解的，所述分气支管3可以整体为所述应力缓冲管4替代)。进一步地。所述应力缓冲管4为具有拱起段的硬管。该技术方案中，基于上述的优化方法而设计，通过将现有技术中的处于换热芯部1(冷凝器边板)与分气总管2之间的多个直管状态的分气支管3采用应力缓冲管4替代或者在其中设置一段具有拱起段的硬管，从而减少热效应带来的热应力的集中以及所述分气总管2形成的沿其长度方向的位移累积，进而有效防止所述分气支管3与分气总管2在连接处的断裂，杜绝由于热效应带来的断管及冷媒泄露现象的发生。具有拱起段的硬管可以理解为弯曲的管路，其在材质方面可以为铜管等具有一定变形能力的金属管，从而使所述分气支管3的管路柔性增加，使管路热变形向管路拱起的方向释放，避免使用较短分气支管3时由于管路热变形无法释放而导致的热应力损坏。

在一些实施方式中，所述分气总管2具有冷媒流出端、冷媒流入端，所述冷媒流入端与所述压缩机的排气管路连通，所述冷媒流出端上设有分流器21，所述分流器21与所述多根所述分气支管3连通。所述分流器21优选为莲蓬头状，也即，所述分流器21具有一个与所述冷媒流出端对应的入口，以及与多根所述分气支管3连通的出口，所述分气支管3可以分别焊接于所述出口上，如此能够使管路排布更加美观，并能够防止因管路排布交叉错乱而引起设备运行或者运输中的碰撞磨损，更优的是所述分气支管3可以螺接于所述出口上，以便于在检修时针对每根操作，而无需全部卸除；另外，采用莲蓬头状态的分流器21能够减小所述分气总管2的长度，避免分气总管2过长导致分气总管2大的启停温差下产生较大的热变形损伤分气支管3；和/或，所述冷媒流出端上设有两个所述分流器21，两个所述分流器21关于分气总管2的管中轴线对称，具体的，两个所述分流器21分别朝向于所述换热芯部1与所述分气支管3连接的边板的长度两端，从而使多根所述分气支管3分为关于所述管中轴线对称的两组，两组分气支管3的长度由靠近所述边板的外侧一侧向内侧一侧依次减小。

在一些实施方式中，所述橡胶管组件中的橡胶管41的参数优选为：弹性模量e＝50mpa、泊松比nu＝0.45、密度rio＝1.18e^-8t/mm³、热膨胀系数a＝6.7e^-4。

需要说明的是，本发明中的分气总管2由于与压缩机的排气口连通从而导致在冷凝器的进气侧管路(也即所述分气总管2及分气支管3)在压缩机启停时的温差较大，也是基于这一较大的温差，又由于分气总管2与分气支管3在管厚方面的差异，最终在热效应(热疲劳)导致了两者在连接处热应力过大进而带来的断管现象发生。

根据本发明的实施例，还提供一种冷凝器，包括上述的冷凝器管路。

根据本发明的实施例，还提供一种室外机，包括冷凝器，所述冷凝器为上述的冷凝器。

根据本发明的实施例，还提供一种空调器，包括室外机，所述室外机为上述的室外机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。