一種冰箱壓縮機(jī)吸氣消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

竇作為 方文杰 陳 剛

（黃石東貝電器股份有限公司 湖北黃石 435006）

一種冰箱壓縮機(jī)吸氣消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

竇作為 方文杰 陳 剛

（黃石東貝電器股份有限公司 湖北黃石 435006）

擴(kuò)張式消聲器是目前冰箱壓縮機(jī)中普遍采用的消聲裝置，其形狀結(jié)構(gòu)的不同對(duì)壓縮機(jī)的消聲效果影響很大，本文試圖對(duì)某款吸氣消聲器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，應(yīng)用ANSYS FLUENT與Virtual.Lab軟件進(jìn)行仿真計(jì)算與裝機(jī)試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了此改進(jìn)后的吸氣消聲器在保證壓縮機(jī)性能的同時(shí)改善了壓縮機(jī)的噪音。

吸氣消聲器；冰箱壓縮機(jī)；壓力損失；傳遞損失

壓縮機(jī)產(chǎn)生的噪聲是冰箱噪聲的主要來源[1]，壓縮機(jī)的噪聲受很多因素的影響，其中流體噪聲是由于吸、排氣時(shí)氣體的壓力脈動(dòng)、氣體流經(jīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的噪聲以及氣體在殼體內(nèi)振蕩引起的共鳴聲，由于氣流脈動(dòng)是重要的噪聲源，對(duì)壓縮機(jī)的性能有重要的影響，因此降低氣流脈動(dòng)及其噪聲對(duì)改善壓縮機(jī)的性能有十分重要的意義[2]。

降低壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)的有效方法是在其吸、排氣口處設(shè)置消聲器。目前，在往復(fù)式冰箱壓縮機(jī)中，普遍采用擴(kuò)張式消聲器，它的消聲原理是利用管道截面的突然擴(kuò)張或者收縮，造成通道內(nèi)聲阻抗突變，使沿管道傳播的某些頻率的聲波通不過消聲器而反射回聲源去，從而達(dá)到消聲的目的。以下幾種方法可以有效提高消聲器的消聲量，降低壓縮機(jī)的噪聲[3]：

（1）合理設(shè)計(jì)消聲器的擴(kuò)張比，使噪聲突出的頻率等于消聲器的最大消聲頻率；

（2）采用多極擴(kuò)張室，由于壓縮機(jī)噪聲的頻帶比較寬，使用多級(jí)擴(kuò)張式消聲器，可以消除消聲器的通過頻率；

（3）通過調(diào)整消聲器進(jìn)、出口面積與形狀，對(duì)消聲器的進(jìn)氣道進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

1 改進(jìn)前吸氣消聲器噪聲分析

圖1所示為某款“褲衩型”吸氣消聲器，該消聲器具有左、右兩個(gè)聲學(xué)消聲腔，左邊為擴(kuò)張腔室，右邊為共振腔室。將此吸氣消聲器安裝在某一型號(hào)壓縮機(jī)上，在如圖2所示的半消聲室進(jìn)行聲功率測(cè)試，得壓縮機(jī)測(cè)試噪聲頻譜如圖3所示，總噪聲幅值為38.2dB（A），雖然噪聲水平能滿足目前用戶要求，但為進(jìn)一步提升該產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，要求對(duì)噪聲進(jìn)行改進(jìn)。

圖3所示噪聲頻譜，主要在800Hz與4000Hz頻率附近產(chǎn)生峰值噪聲，根據(jù)相關(guān)資料的研究結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)可知，800Hz頻率附近噪聲主要為壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣流脈動(dòng)噪聲，4000Hz頻率附近噪聲主要為壓縮機(jī)殼體輻射噪聲[4]。為降低此型號(hào)壓縮機(jī)在800Hz附近噪聲值，可試圖對(duì)吸氣消聲器

進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2 吸氣消聲器改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擴(kuò)張式消聲器是抗性消聲器中最常用的結(jié)構(gòu)形式，是利用管道橫斷面的擴(kuò)張和收縮引起聲波反射與干涉來進(jìn)行消聲，擴(kuò)張式消聲器由管和室兩種基本元件組成，聲波在管道中傳播時(shí)，橫斷面的突變會(huì)引起聲波傳播方向的改變，使透射聲波減弱，從而達(dá)到消聲目的[5]。常用的抗性消聲器主要有擴(kuò)張室式和共振腔式兩大類，如圖4所示為一單節(jié)擴(kuò)張式消聲器模型，其消聲量計(jì)算公式如下公式1所示，當(dāng)sin2kl=1時(shí)，獲得最大消聲量，此時(shí)有最大消聲量的頻率計(jì)算公式2。

抗性消聲器中的赫姆霍茲共振消聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且有較好的低頻消聲性能[6],赫姆霍茲共振式消聲器共振頻率的計(jì)算公式如公式3。本文根據(jù)此款壓機(jī)產(chǎn)品的噪聲特性，對(duì)改進(jìn)前吸氣消聲器的擴(kuò)張腔及共振腔進(jìn)行改進(jìn)計(jì)算，考慮到實(shí)際工藝的要求，設(shè)計(jì)了如圖5所示改進(jìn)后吸吸氣消聲器，此吸氣消聲器將吸氣管改為90°的彎管結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度值根據(jù)上式2計(jì)算確定；共振腔口的高度根據(jù)公式3計(jì)算調(diào)整。

3 吸氣消聲器仿真分析

目前，國內(nèi)外評(píng)價(jià)消聲器性能主要使用兩個(gè)指標(biāo)，即消聲量和空氣動(dòng)力性能，評(píng)價(jià)消聲量常用傳遞損失，評(píng)價(jià)空氣動(dòng)力性能常用壓力損失。消聲器傳遞損失LIL定義為消聲器入口和出口處的聲功率級(jí)之差，即[4]：

式中W1、W2為消聲器入口和出口的聲功率，LW1、LW2為入口和出口的聲功率級(jí)。傳遞損失反映了消聲器入口的入射聲能與出口的透射聲能之比，其反映的是消聲器自身的聲學(xué)特性，不受測(cè)量環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)合的影響。消聲器的壓力損失為氣流通過消聲器前后所產(chǎn)生的壓力降低量，也就是消聲器前、后氣流管道內(nèi)的平均總壓之差值。

本文利用ANSYS FLUENT 軟件與Virtual. Lab軟件分別對(duì)改進(jìn)前、后吸氣消聲器進(jìn)行壓力損失與傳遞損失仿真計(jì)算，得改進(jìn)后吸氣消音腔的網(wǎng)格模型如圖6所示，共劃分了17940個(gè)節(jié)點(diǎn)與88262個(gè)網(wǎng)格單元，流體工質(zhì)為R600a制冷劑，經(jīng)仿真計(jì)算，得改進(jìn)前、后吸氣消聲器的壓力損失與傳遞損失分別如表1、如圖7所示。

從傳遞損失的仿真結(jié)果可以看出：改進(jìn)后吸氣消聲器對(duì)800Hz附近消聲效果有明顯改善，且對(duì)中、低頻段800Hz～3400Hz均有改善；從壓力損失仿真結(jié)果看：改進(jìn)后吸氣消聲器靜壓損失與總壓損失均大于改進(jìn)前結(jié)構(gòu)，但不是很明顯，可以預(yù)測(cè)對(duì)壓縮機(jī)的性能影響不大。

4 改進(jìn)后吸氣消聲器裝機(jī)測(cè)試

制作改進(jìn)后結(jié)構(gòu)吸氣消聲器，與改進(jìn)前吸氣消聲器各裝機(jī)4臺(tái)進(jìn)行噪聲測(cè)試，得8臺(tái)壓縮機(jī)的噪聲頻譜，圖8所示為改進(jìn)后吸氣消聲器裝機(jī)試驗(yàn)中某一臺(tái)噪聲頻譜圖。對(duì)改進(jìn)前、后各4臺(tái)壓縮機(jī)測(cè)試的頻譜取均值統(tǒng)計(jì)，得如圖9所示改進(jìn)前、后吸氣消聲器裝機(jī)測(cè)試頻譜噪聲對(duì)比。

表1 改進(jìn)前、后吸氣消聲器壓力損失仿真計(jì)算結(jié)果

圖1 改進(jìn)前吸氣消聲器模型

圖2 壓縮機(jī)在半消聲室進(jìn)行噪聲測(cè)試

圖3 改進(jìn)前吸氣消聲器裝機(jī)測(cè)試噪聲頻譜圖

從裝機(jī)試驗(yàn)結(jié)果看：改進(jìn)后吸氣消聲器裝機(jī)試驗(yàn)測(cè)試的噪聲值在800Hz附近有較大的降低，噪聲總值從改進(jìn)前的38.2dB(A)降到了36.4dB(A)，改進(jìn)后消音器裝的4臺(tái)壓縮機(jī)的COP均值為1.831W/W，比改進(jìn)前吸氣消音器裝的4臺(tái)壓機(jī)COP均值1.835低0.004W/W，實(shí)踐證明改進(jìn)

后消音器對(duì)壓機(jī)性能的影響可忽略不計(jì)。

圖4 抗性單節(jié)擴(kuò)張腔式消聲器模型

圖5 改進(jìn)后共振腔式消聲器模型

圖6 改進(jìn)后消聲器網(wǎng)格模型

圖7 改進(jìn)前、后吸氣消聲器傳遞損失仿真對(duì)比

圖8 改進(jìn)后吸氣消聲器裝機(jī)測(cè)試噪聲頻譜圖

圖9 改進(jìn)前、后吸氣消聲器裝機(jī)測(cè)試噪聲均值頻譜對(duì)比

5 結(jié)論

本文對(duì)某款壓縮機(jī)的噪聲頻譜特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)其吸氣消聲器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)及仿真分析，驗(yàn)證了改進(jìn)后吸氣消聲器對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣流脈動(dòng)引起的800Hz頻率附近及中、低頻段800Hz～3400Hz噪聲均有較大改善。最后通過裝機(jī)對(duì)比測(cè)試，進(jìn)一步驗(yàn)證了改進(jìn)后吸氣消音腔對(duì)800Hz頻率噪聲降低了5.4dB(A)，總噪聲值降低了1.8dB(A)，同時(shí)通過對(duì)壓縮機(jī)性能測(cè)試對(duì)比，驗(yàn)證了改進(jìn)后吸氣消音器對(duì)壓機(jī)COP幾乎無影響。

[1] 季曉明,孟曉宏,金濤.往復(fù)式冰箱壓縮機(jī)噪聲分析及控制方法綜述[J].噪聲與振動(dòng)控制, 2007,(1)：17-20.

[2] 吳業(yè)正，李紅旗，張華.制冷壓縮機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3] 管志俊.R600a冰箱壓縮機(jī)噪聲分析及解決方法[J].機(jī)械制造,2011,(49)：39-41.

[4] 韓睿.全封閉往復(fù)式壓縮機(jī)整機(jī)降噪的研究[D].天津:天津大學(xué),2004.

[5] 徐磊,劉正士,畢嶸.結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)擴(kuò)張式消聲器消聲性能影響的數(shù)值分析[J].汽車科技,2010,(1)：26-29.

[6] 范錢旺，沈穎剛，翁家慶，張韋，陳貴升.赫姆霍茲共振消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)消聲性能的影響[J].噪音與振動(dòng)控制,2007,(4)：116-119.

Improvement design of a refrigerator compressor suction muffler

DOU Zuowei FANG Wenjie CHEN Gang
（Huangshi Dongbei Electrical Appliance Co.,Ltd. Huangshi 435006）

Expansion muffler is currently widely used in refrigerator compressor, and its different shape and structure has great influence on the compressor’s noise. We tried to design a suction muffler, and analyzed it through simulation and calculation by applying ANSYS FLUENT and Virtual. Lab software, also by experimental test. It verified this improvement suction muffler had very good effect on compressor’s noise, while not reduced COP of the compressor.

Suction muffler; Refrigeration compressors; Pressure loss; Transmission loss