汽車空調壓縮機脈動噪聲產生的原因分析與解決方案

徐鑫莉，張心明，李秋曼

（1.長春理工大學，吉林長春 130022;2.上海理工大學，上海 201611）

0 引言

如今汽車業發生了翻天覆地的變化，隨著人們對生活品質的追求和提高，對汽車的要求也越來越高，安全、漂亮、空間大、配置高、通過性高、適應性強是目前顧客對汽車的需求［1］，因此研究脈動噪聲就顯得尤為必要，文中以變排量壓縮機為例來研究汽車空調壓縮機的脈動噪聲及解決方案［2］。

1 壓縮機的噪聲源

（1）氣流噪聲:進、排氣通道，排氣管，單向閥沖氣，風扇，缸內壓力脈動聲;

（2）機械噪聲:閥片振動、敲擊，氣缸、活塞摩擦和沖擊聲，軸承、偏心輪旋轉，轉子旋轉，機體、外殼、管道振動聲;

（3）電磁噪聲:電機電磁聲［3］。

2 壓縮機的工作原理

空調壓縮機是空調制冷系統的心臟，其作用是維持制冷劑在制冷系統中的循環流動，吸入來自蒸發器的低溫低壓氣態制冷劑，壓縮成高溫高壓狀態并送往冷凝器。變排量活塞式壓縮機一個工作循環由4個過程組成，即壓縮、排氣、膨脹、進氣［4］。

壓縮:制冷劑氣體在氣缸內從進氣時的低壓升高到排氣時壓力的過程;

排氣:制冷劑氣體從氣缸向排氣管輸出的過程;

膨脹:活塞從上止點向下移動到進氣閥打開位置的過程稱為膨脹過程;

進氣:進氣閥打開，低壓制冷劑氣體不斷由蒸發器經進氣管和進氣閥進入氣缸，直到活塞運動到下止點為止的過程［5］。

當主軸旋轉時，斜盤也隨著旋轉，斜盤同時驅動所有的活塞作軸向往復運動，部分活塞向左運動，部分活塞向右運動。當其中一活塞向左運動時，活塞左側的空間縮小，制冷劑被壓縮，壓力升高，排氣閥打開，制冷劑排出，與此同時，活塞右側空間增大，壓力減小，進氣閥開啟，制冷劑進入氣缸。當主軸旋轉一周，雙向活塞的前后兩端各自完成進氣、壓縮、排氣、膨脹過程，相當于2個氣缸工作，工作原理同擺盤式，如圖1所示。

由于吸進氣過程是有間隔的，這種不連續就產生了氣流的波動，高速氣流噴射時與空氣激烈混合產生了噪聲，并且高速氣流噴出方向有大量氣體又被吸入，從而產生氣體渦旋，制冷劑粘滯摩擦力影響，氣流與障礙物背后靜止氣流作用，在障礙物下游形成渦旋氣流，產生了噪聲。

對變排量活塞式壓縮機進行分析可知，其進、排氣噪聲最強烈，零件的碰撞以及摩擦機械噪聲帶有隨機性，容易被其他因素激發，電磁噪聲相對前兩者是比較弱的，其實際噪聲也是由三者合成的，因此，為了減少脈動噪聲最主要的是要降低其氣流噪聲［6］。

3 產生噪聲的原因分析與解決方案

噪聲控制的方法主要有以下幾方面:

（1）減少機器振動，減小慣性力

①進行性能試驗時要校靜平衡與動平衡，否則會造成先天性的振動因素;

②壓縮機與發動機的同心度要校正確;

③壓縮機的基礎要嚴格按照設計圖紙加工與裝配，與機架的任何結構之間不得有剛性連接;

④由于氣流脈動引起的振動必須使附屬設備和管道應有牢固的支架，懸臂架要用加強托架，并用墊鐵塞緊;

⑤地腳螺釘扭緊力要一致;

⑥機架 （機座）要有足夠的剛度。

（2）進、排氣閥片彈力、升程設計合理

通過對排氣腔進行改進，即排氣口位置的優化設計，如圖2所示，從試驗數據可以得出結論，針對排氣口位置進行的優化設計，使其脈動噪聲達到合適的范圍［7］。

（3）加消聲器

壓縮機排氣消聲器使用中不僅具備一定的消聲能力，更能保證使用中壓縮機壓力不升高，壓縮機排氣消聲器是建立在通孔菱形阻聲流原理上制造，消聲進口管孔為通孔型，以穿孔板為阻性聲片，阻聲片為聲流式結構，是利用菱形彎曲吸聲及通道吸聲層厚度變化來改善消聲性能，不僅消聲較高，適應頻帶寬，氣流阻力小，更能保證消聲效果。因此正確地選用消聲器可以有效降低噪聲影響［8］。

（4）整機隔聲罩

隔聲罩是用隔聲構件將噪聲源罩在一個較小的空間，使噪聲很少傳出來的一種噪聲控制措施。隔聲罩的形狀常設計成接近聲源的外廓，并且盡量緊靠聲源安裝，使其體積縮小，降低造價。它需要根據現場聲源情況設計加工生產。為保證足夠的隔聲量，隔聲罩一般會采用0.5～2 mm的鍍鋅鋼板、鋁板等金屬材料，有時在內壁也會要求涂覆3～5 mm的阻尼涂層材料以減少這些金屬外壁的共振或駐波現象;而在隔聲罩的壁內層多是沖孔板內覆吸聲材料等的結構，或直接粘貼一些聚脂類的吸音材料。

隔聲罩降噪效果好，在噪聲控制工程中廣為應用，在設計和選用隔聲罩時應注意以下幾方面:

（1）罩壁必須有足夠的隔聲量，且為了便于制造安裝維修，宜采用0.5～2 mm厚的鋼板或鋁板等輕薄密實的材料制作;

（2）用鋼或鋁板等輕薄型材料作罩壁時，須在壁面上加筋，涂貼阻尼層，以抑制與減弱共振和吻合造成的影響;

（3）罩體與聲源設備及其座之間不能有剛性接觸，以免形成“聲橋”，導致隔聲量降低。同時，隔聲罩與地面之間形成隔振，以降低固體聲;

（4）開有隔聲門窗、通風與電纜等管線時，縫隙處必須密封，并且管線周圍應有減振、密封措施;

（5）罩內要加吸聲處理，使用多孔松散材料時，應有牢固的護面層;

（6）罩殼形式恰當，盡量少用方形平行罩壁，以防止罩內空氣聲的駐波效應，同時，罩內壁與設備之間應留有較大的空間，一般為設備所占空間的1/3以上，各內壁面與設備的空間距離不得小于10 cm，以免耦合共振，使隔聲量減小;

（7）當被罩的機器設備有溫升需要采取通風冷卻措施時，應增加消聲器等措施，其消聲器要與隔聲罩的插入損失匹配。

通過加隔聲罩，降噪量在18～25 dB（A）以上，可以很好地降低噪聲。

4 結論

通過對變排量活塞式壓縮機工作原理的闡述，分析了噪聲源的產生、壓縮機工作原理，在優化壓縮機結構基礎上進行了前后對比，通過加消音器、隔聲罩等，可進一步達到降低噪聲的良好效果。

【1】馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊［M］.北京:機械工業出版社，2002:107－110.

【2】馬大猷.現代聲學理論基礎［M］.北京:科學出版社，2004.

【3】王久生.汽車空調原理與維修［J］.廣東輕工職業技術學院學報，2010（9）:25－27.

【4】鄭淳允.汽車空調壓縮機引起車內噪聲的解決方案［J］.機電工程技術，2010，39（7）:160 －162.

【5】馬國遠，郁永章.擺動斜盤壓縮機的力學分析［J］.壓縮機技術，1994（1）:1－7.

【6】熊慧英.活塞式壓縮機的管道振動原因及防振措施［J］.通用機械，2006（9）:48－51.

【7】張瑞琳.活塞式壓縮機管道系統振動分析及改進［J］.流體機械，2006（6）:40－42.

【8】尤祥勝.往復式空氣壓縮機振動故障診斷［J］.有色設備，2006（4）:32－34.