一種冰箱壓縮機吸氣消聲器的改進設計

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）

一種冰箱壓縮機吸氣消聲器的改進設計

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）

擴張式消聲器是目前冰箱壓縮機中普遍采用的消聲裝置，其形狀結構的不同對壓縮機的消聲效果影響很大，本文試圖對某款吸氣消聲器進行改進設計，應用ANSYS FLUENT與Virtual.Lab軟件進行仿真計算與裝機試驗測試，驗證了此改進后的吸氣消聲器在保證壓縮機性能的同時改善了壓縮機的噪音。

吸氣消聲器；冰箱壓縮機；壓力損失；傳遞損失

壓縮機產生的噪聲是冰箱噪聲的主要來源[1]，壓縮機的噪聲受很多因素的影響，其中流體噪聲是由于吸、排氣時氣體的壓力脈動、氣體流經電動機時產生的噪聲以及氣體在殼體內振蕩引起的共鳴聲，由于氣流脈動是重要的噪聲源，對壓縮機的性能有重要的影響，因此降低氣流脈動及其噪聲對改善壓縮機的性能有十分重要的意義[2]。

降低壓縮機氣流脈動的有效方法是在其吸、排氣口處設置消聲器。目前，在往復式冰箱壓縮機中，普遍采用擴張式消聲器，它的消聲原理是利用管道截面的突然擴張或者收縮，造成通道內聲阻抗突變，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，降低壓縮機的噪聲[3]：

（1）合理設計消聲器的擴張比，使噪聲突出的頻率等于消聲器的最大消聲頻率；

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

（3）通過調整消聲器進、出口面積與形狀，對消聲器的進氣道進行優化改進。

1 改進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、右兩個聲學消聲腔，左邊為擴張腔室，右邊為共振腔室。將此吸氣消聲器安裝在某一型號壓縮機上，在如圖2所示的半消聲室進行聲功率測試，得壓縮機測試噪聲頻譜如圖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，但為進一步提升該產品的市場競爭力，要求對噪聲進行改進。

圖3所示噪聲頻譜，主要在800Hz與4000Hz頻率附近產生峰值噪聲，根據相關資料的研究結果及經驗可知，800Hz頻率附近噪聲主要為壓縮機進氣端氣流脈動噪聲，4000Hz頻率附近噪聲主要為壓縮機殼體輻射噪聲[4]。為降低此型號壓縮機在800Hz附近噪聲值，可試圖對吸氣消聲器

進行改進設計。

2 吸氣消聲器改進結構設計

擴張式消聲器是抗性消聲器中最常用的結構形式，是利用管道橫斷面的擴張和收縮引起聲波反射與干涉來進行消聲，擴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，橫斷面的突變會引起聲波傳播方向的改變，使透射聲波減弱，從而達到消聲目的[5]。常用的抗性消聲器主要有擴張室式和共振腔式兩大類，如圖4所示為一單節擴張式消聲器模型，其消聲量計算公式如下公式1所示，當sin2kl=1時，獲得最大消聲量，此時有最大消聲量的頻率計算公式2。

抗性消聲器中的赫姆霍茲共振消聲器結構簡單，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算公式如公式3。本文根據此款壓機產品的噪聲特性，對改進前吸氣消聲器的擴張腔及共振腔進行改進計算，考慮到實際工藝的要求，設計了如圖5所示改進后吸吸氣消聲器，此吸氣消聲器將吸氣管改為90°的彎管結構，長度值根據上式2計算確定；共振腔口的高度根據公式3計算調整。

3 吸氣消聲器仿真分析

目前，國內外評價消聲器性能主要使用兩個指標，即消聲量和空氣動力性能，評價消聲量常用傳遞損失，評價空氣動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。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特性，不受測量環境和應用場合的影響。消聲器的壓力損失為氣流通過消聲器前后所產生的壓力降低量，也就是消聲器前、后氣流管道內的平均總壓之差值。

本文利用ANSYS FLUENT 軟件與Virtual. Lab軟件分別對改進前、后吸氣消聲器進行壓力損失與傳遞損失仿真計算，得改進后吸氣消音腔的網格模型如圖6所示，共劃分了17940個節點與88262個網格單元，流體工質為R600a制冷劑，經仿真計算，得改進前、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果可以看出：改進后吸氣消聲器對800Hz附近消聲效果有明顯改善，且對中、低頻段800Hz～3400Hz均有改善；從壓力損失仿真結果看：改進后吸氣消聲器靜壓損失與總壓損失均大于改進前結構，但不是很明顯，可以預測對壓縮機的性能影響不大。

4 改進后吸氣消聲器裝機測試

制作改進后結構吸氣消聲器，與改進前吸氣消聲器各裝機4臺進行噪聲測試，得8臺壓縮機的噪聲頻譜，圖8所示為改進后吸氣消聲器裝機試驗中某一臺噪聲頻譜圖。對改進前、后各4臺壓縮機測試的頻譜取均值統計，得如圖9所示改進前、后吸氣消聲器裝機測試頻譜噪聲對比。

表1 改進前、后吸氣消聲器壓力損失仿真計算結果

圖1 改進前吸氣消聲器模型

圖2 壓縮機在半消聲室進行噪聲測試

圖3 改進前吸氣消聲器裝機測試噪聲頻譜圖

從裝機試驗結果看：改進后吸氣消聲器裝機試驗測試的噪聲值在800Hz附近有較大的降低，噪聲總值從改進前的38.2dB(A)降到了36.4dB(A)，改進后消音器裝的4臺壓縮機的COP均值為1.831W/W，比改進前吸氣消音器裝的4臺壓機COP均值1.835低0.004W/W，實踐證明改進

后消音器對壓機性能的影響可忽略不計。

圖4 抗性單節擴張腔式消聲器模型

圖5 改進后共振腔式消聲器模型

圖6 改進后消聲器網格模型

圖7 改進前、后吸氣消聲器傳遞損失仿真對比

圖8 改進后吸氣消聲器裝機測試噪聲頻譜圖

圖9 改進前、后吸氣消聲器裝機測試噪聲均值頻譜對比

5 結論

本文對某款壓縮機的噪聲頻譜特點進行分析，對其吸氣消聲器進行了改進設計及仿真分析，驗證了改進后吸氣消聲器對壓縮機進氣端氣流脈動引起的800Hz頻率附近及中、低頻段800Hz～3400Hz噪聲均有較大改善。最后通過裝機對比測試，進一步驗證了改進后吸氣消音腔對800Hz頻率噪聲降低了5.4dB(A)，總噪聲值降低了1.8dB(A)，同時通過對壓縮機性能測試對比，驗證了改進后吸氣消音器對壓機COP幾乎無影響。

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

[2] 吳業正，李紅旗，張華.制冷壓縮機[M].北京：機械工業出版社,2011.

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

[4] 韓睿.全封閉往復式壓縮機整機降噪的研究[D].天津:天津大學,2004.

[5] 徐磊,劉正士,畢嶸.結構參數對擴張式消聲器消聲性能影響的數值分析[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構參數對消聲性能的影響[J].噪音與振動控制,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