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如何有效的控制空调用制冷压缩机的噪声?

发布时间:2020-07-02 13:24:25

一.前言

分体式空调器室外侧的噪声源来自三个部分:即压缩机、风机风扇及其连接部件所激发的共振激振。而压缩机对于整个系统来说占了主要部分。由于空调器压缩机使用场合的特殊性,对其噪声和振动特性要求也较高,但由于缺乏实验分析手段,还无法对其噪声、振动进行透彻研究。本文只能结合有关文献和我们实验所得经验,从压缩机噪声源识别、压缩机噪声、振动的传递途径、压缩机噪声辐射等方面探讨压缩机噪声的控制方法。

二.压缩机噪声及控制

1.压缩机的噪声源识别
由于制冷压缩机为全封闭式,其声源可分为电机噪声和机械噪声两类。
1.1 电机噪声
电机噪声由电磁噪声、机械噪声和气动噪声组成。其中电磁噪声产生的机理有以下三种:
1.1.1 磁滞伸缩  
磁滞伸缩指材料在磁化时产生尺度体积的变化。一般来讲,这种变化非常小,只有在与声体辐射相互振动耦合时,才会产生噪声,这种噪声一般产生在工频及其谐波频率上,如50Hz、100Hz处。
1.1.2 磁滞性
磁滞性是磁滞材料在磁场作用下的非线性效应,低磁滞材料尽管有较低的磁滞伸缩特性,但是它比通常的材料容易饱和。当材料出现饱和时,电源输入会在电机中产生一系列谐波,这些谐波在较宽的频域中会产生振动激励。
1.1.3 磁吸引力
磁吸引力是指电机结构中不同极性的相互引力,由于引力产生的位移要比磁滞伸缩产生的位移大的多,吸引力的作用产生变形使电机空气间隙发生变化,容易产生磁场振荡。实验发现:当旋转柱塞或压缩机的转动偏心率由10%增大至20%时,电机电磁噪声将增加3-4dB。当然,如果使电机转动的自振频率避开电源谐波频率,也能使电机电磁噪声大幅度降低。
另外,电机轴和轴承之间的相互作用形成电机的机械噪声。可以认为在滑动轴承中产生了滑动粘滞作用,这种粘滞作用会激励压缩机的其他部件产生高频振动。
1.2 压缩机的机械噪声
压缩机阀片运动作用、气体压力脉动以及各种运动部件都可能成为噪声振动激励源。同时,由于电机与压缩机机体整体连接,电机也是压缩机机体的激励源。
通过对阀片系统的修改,可以明显降低压缩机的噪声。实验发现:随着制冷系统流量增加,阀片运动产生的噪声会上升为主要声源。通常,压缩机开启的瞬间,阀片是压缩机最主要的噪声激励源,如果此时能够有效消除阀片的颤振,就可以大大降低阀片噪声。
压缩机阀片撞击阀座能够引起机体振动从而辐射噪声。通过研究阀座的表面特性,对阀片和阀座动态响应等影响因素,发现通过以下方法可降低阀座的冲击响应:降低阀片对阀座的撞击速度,降低阀片升程限制器的高度,选择较韧软的阀座材料以破阀片阀座之间的阻抗匹配。
总之,阀片噪声主要由气体压力脉动、阀片升程噪声和阀座撞击噪声引起。解决此类噪声的主要措施有如下这些:
A. 采用吸气、排气消声器
B. 正确的阀口形状
C. 合适的阀片升程限制器及高度
D. 增加阀片弹簧阻尼
至于气体压力脉动对压缩机噪声的影响,通过实验发现有以下现象:
压缩机总体噪声随着吸气压力的增大,噪声下降,而随着排气压力增加,噪声增加。对这一现象的解释是:吸排气压差减少,会降低旋转式压缩机的不平衡力矩,从而降低噪声。
压缩机流量与噪声有很强的相关性。噪声在中等流量时达到最大值,随着流量增加,噪声急速下降。低频噪声与流量关系不大,4000 Hz以上的噪声在吸气压力逐渐减少到真空时,急剧下降。因此认为高频噪声与气体流动有关。
对于旋转叶片式压缩机,气体压力脉动作用于压缩机的转子和气缸,是压缩机噪声的最大激励源。实验发现排气口与转动槽之间存在压力驻波。通过放大排气腔和开设一个阻流槽消除驻波,就可以在几个频段处降低噪声。对于滚动活塞式压缩机,其压缩腔内的压力冲击脉动是最主要的噪声源,通过开设变换槽可以减少压力脉动,采用这个思路在滚动活塞式压缩机的排气口处开设一个消声器,经过修改,发现对高频噪声的降低非常有效。
压缩机的不平衡力和不平衡力矩对其噪声也有很大影响。一般来说,对于单缸往复式压缩机,平衡块只能消除基频处的不平衡力,而无法消除由于活塞非正弦运动而产生的谐波不平衡力。
制冷剂及制冷机油也有可能成为振动和噪声的激励源。氟里昂在低压高温条件下产生闪点气穴现象时能产生噪声。
另外,曲轴振动也是压缩机产生高频噪声的主要因素。
2.压缩机噪声振动传递途径
根据全封闭压缩机的结构,我们可以把传递路径分为三类:
1. 固体路径(弹簧、管、机体总成)
2. 液体途径(冷冻油)
3. 气体通道即制冷气
2.1 固体通道
由于声波的传递大小与媒质的特性阻抗(密度与声速的乘积)有关。可以认为固体通道是压缩机最重要的传输途径。降噪的主要措施如下:隔振选用固有频率尽量低的弹簧,弹簧与机体连接处尽量选用特性阻抗低的材料。
除弹簧外,吸排气管也同样是重要的传递通道:压缩比增加时,管路的刚度增加,从而固有频率增加;当质量流量增加时,管路自振频率将下降,当然,也可使管路刚度下降,从而避开压缩机旋转频率及其谐波。另外如果能够采用一个汽车空调软管替代现行的铜管,也能取得良好效果。
2.2 气体通道
全封闭压缩机腔内充满了制冷气体,当机体振动时,制冷剂被激励,一方面将振动传输出去,另一方面有可能产生共振,将振动放大,从而使外壳产生更大的噪声。另外,除气体脉动外,机体本身的振动也有可能成为共振激励源。
3. 压缩机噪声的辐射
不管压缩机机内机理如何,压缩机最终还是以封闭外壳振动向外辐射的形式产生噪声。一般来说,压缩机周向刚度曲率半径、气体压力、气体密度等因素也对外壳的固有频率产生影响。在外壳的所有参数中,对其辐射能力影响最大的因素是其固有频率。通常,通过增大外壳的刚度,提高压缩机外壳的固有频率,躲开激励流量比较高的低频区域,能够有效减少压缩机的振动。因此,一个合理的外壳形状应是曲率半径尽量小,尽量避免曲率半径的急剧变化。

三. 结论

压缩机噪声控制是一个极其复杂的问题,目前,我们还只是进行初步探讨。下一步需要和有关压缩机厂家配合,通过大量实验,分析各个可能影响压缩机噪声的因素,有效降低室外机噪声。
关于室外压缩机噪声峰值和管路振动处理方法思路
室外机噪声主要来自以下几个部分:
压缩机、风机电机、相连的管路和管内流动的制冷剂。
压缩机噪声和振动主要来自转子的旋转、机械泵体运动和冷媒脉动冲击激振及气液分离器和壳体、底角的激振等
具体来说,压缩机噪声主要有以下部分:
1. 电机噪声:包括电磁噪声、机械噪声和气动噪声
2. 机械噪声:阀片运动作用、气体压力脉动、各种运动部件、电机和制冷剂流量均是压缩机噪声振动的激励源。
压缩机噪声振动传递途径:
1. 固体通道(弹簧、管、压缩机壳体等)。
2. 液体通道(压缩机油)。
3. 气体通道(制冷剂气体)。
解决思路:
1. 熟悉压缩机内部结构,分析压缩机噪声源和传递情况。(外协帮助)
2. 了解管路材料性能。(材料力学)
在压缩机和灌注量确定情况下,对室外机管路进行受力分析,查找不合理管路并寻求解决办法。(流体力学、理论力学)


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