空調(diào)室內(nèi)機(jī)的冷媒傳遞異音改善研究

趙帥 薛瑋飛 梁健巧

(廣東美的制冷設(shè)備有限公司廣東 佛山528311)

空調(diào)室內(nèi)機(jī)的冷媒傳遞異音改善研究

趙帥 薛瑋飛 梁健巧

(廣東美的制冷設(shè)備有限公司廣東 佛山528311)

針對(duì)制熱工況下空調(diào)室內(nèi)機(jī)出現(xiàn)的壓縮機(jī)冷媒傳遞異音，通過(guò)對(duì)排氣管的消聲器進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)機(jī)聲品質(zhì)的改善。利用聲學(xué)有限元分析軟件對(duì)空調(diào)室外機(jī)的排氣管路進(jìn)行仿真建模，對(duì)原機(jī)方案和優(yōu)化方案的傳遞損失進(jìn)行了對(duì)比分析。仿真結(jié)果表明優(yōu)化方案的消聲性能優(yōu)于原機(jī)方案。此外，對(duì)消聲器優(yōu)化方案進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明室內(nèi)機(jī)的聲品質(zhì)優(yōu)于原機(jī)，進(jìn)而證明了優(yōu)化方案的有效性。

室內(nèi)機(jī)；異音；消聲器；優(yōu)化

1 、前言

隨著生活水平的提高，空調(diào)已逐漸在居民生活中普及起來(lái)。然而空調(diào)在給人們帶來(lái)舒適的同時(shí)也造成了噪聲污染。近年來(lái)隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，空調(diào)的聲品質(zhì)也逐漸引起廣大用戶的關(guān)注[1-2]。

對(duì)于空調(diào)室內(nèi)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于其直接安裝在室內(nèi)，其聲音的質(zhì)量會(huì)給用戶帶來(lái)最直接的影響。一方面，其會(huì)影響居民的工作和休息，對(duì)生活質(zhì)量造成較大的損害；另一方面，其對(duì)企業(yè)本身而言，用戶的滿意度會(huì)直接影響企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此對(duì)于空調(diào)室內(nèi)機(jī)的聲品質(zhì)研究很有必要。

壓縮機(jī)作為空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，其高速運(yùn)轉(zhuǎn)本身就會(huì)給室外機(jī)帶來(lái)電磁噪聲、機(jī)械噪聲以及冷媒脈動(dòng)噪聲[3-4]。不僅如此，壓縮機(jī)的冷媒脈動(dòng)還會(huì)傳遞到室內(nèi)機(jī)，引起室內(nèi)機(jī)零件的共振，進(jìn)而產(chǎn)生室內(nèi)異音。目前關(guān)于壓縮機(jī)冷媒傳遞異音主要通過(guò)在室外機(jī)配管上加消聲器來(lái)減弱或消除。

本文以某型號(hào)空調(diào)的室外機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)其傳遞到室內(nèi)機(jī)的壓縮機(jī)冷媒異音進(jìn)行改善，對(duì)原機(jī)方案采用的消聲器進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)聲學(xué)有限元軟件對(duì)其優(yōu)化前后的消聲器的聲學(xué)性能進(jìn)行了仿真分析和對(duì)比，并通過(guò)整機(jī)試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化方案的異音改善效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 、傳遞損失的計(jì)算方法

眾所周知，消聲器的聲學(xué)性能決定了室內(nèi)冷媒傳遞音的消除效果。消聲器的聲學(xué)性能是指消聲器能夠在特定的頻率范圍內(nèi)，滿足一定的消聲量。消聲器聲學(xué)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)通常為傳遞損失或插入損失。在空調(diào)中一般用傳遞損失來(lái)表征其消聲性能。傳遞損失是指消聲器的入口與出口聲能量的比值，即入射與透射聲功率級(jí)之差[5]。其主要表征的是消聲器自身所獨(dú)有的一種屬性，與聲源以及環(huán)境等因素沒(méi)有關(guān)系。其計(jì)算公式如式(1)：

對(duì)于一維聲波方程，在入口端的聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度為

3 、原機(jī)方案的試驗(yàn)分析

圖1所示為某型號(hào)空調(diào)的室外機(jī)原機(jī)，其在進(jìn)行制熱工況下的噪聲測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)側(cè)出現(xiàn)輕微的低頻“嗡嗡”聲。通過(guò)在室內(nèi)側(cè)進(jìn)行噪聲數(shù)據(jù)測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，在FFT曲線上發(fā)現(xiàn)其在95Hz和143Hz處出現(xiàn)較大的噪聲值。通過(guò)對(duì)室外機(jī)上配管管路施加額外的配重，進(jìn)而改變配管固有頻率，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)側(cè)的異音并未消失，故基本判斷該異音為室外側(cè)壓縮機(jī)傳遞至室內(nèi)的冷媒傳遞音。

4 、傳遞特性的仿真分析

為了了解原機(jī)室外機(jī)方案的消聲器性能，采用Virtual.Lab軟件對(duì)原機(jī)室外機(jī)的排氣管路的傳遞特性進(jìn)行了分析。軟件分析時(shí)，對(duì)于冷媒的參數(shù)屬性設(shè)置，參考其在制熱工況下排氣管中的溫度和壓力，根據(jù)冷媒屬性表和一定的換算可得到相應(yīng)的聲學(xué)參數(shù)。本型號(hào)空調(diào)壓縮機(jī)管路中采用冷媒R22，仿真時(shí)根據(jù)消聲器所在的管路及相應(yīng)工況，管內(nèi)冷媒的密度和聲速分別為80.46kg.m-3、168m.s-1。

表1 材料參數(shù)（單位mm）

圖1 原機(jī)方案的室外機(jī)示意圖

圖2 原機(jī)方案消聲器及排氣管路

圖2 原機(jī)方案消聲器及排氣管路

圖3 優(yōu)化方案消聲器及排氣管路

圖3 優(yōu)化方案消聲器及排氣管路

圖5 優(yōu)化方案的室外機(jī)示意圖

圖4 優(yōu)化前后的排氣管路的傳遞損失對(duì)比

圖6 原機(jī)和優(yōu)化方案下的室內(nèi)機(jī)噪音數(shù)據(jù)對(duì)比

圖6 原機(jī)和優(yōu)化方案下的室內(nèi)機(jī)噪音數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)于聲場(chǎng)計(jì)算時(shí)的聲學(xué)邊界條件的設(shè)置如下：假設(shè)入射聲場(chǎng)為平面波，即排氣管路中靠壓縮機(jī)的一端設(shè)置為單位速度邊界；而對(duì)于出口端的位置，則將其假設(shè)為無(wú)反射的平面波聲場(chǎng)，即在靠近低壓閥的端面的聲阻抗設(shè)置成與管路的聲阻抗值一致。此外，計(jì)算時(shí)假設(shè)管壁為剛性壁面。

原機(jī)方案的排氣管路的傳遞損失曲線如圖2所示。根據(jù)消聲器的傳遞損失理論可知，對(duì)于抗性消聲器而言，在消聲器長(zhǎng)度一定時(shí)，其膨脹腔的截面積會(huì)決定消聲器的消聲量。本型號(hào)的空調(diào)室內(nèi)機(jī)的異音頻率較低，為了增加低頻的消聲量，重新設(shè)計(jì)了一款消聲器，增大了消聲器的膨脹腔直徑。原機(jī)和優(yōu)化方案的消聲器模型結(jié)構(gòu)如圖3所示，消聲器尺寸如表1所示。

如圖4所示，將消聲器優(yōu)化后的方案重新采用聲學(xué)有限元軟件進(jìn)行仿真分析，得到其傳遞特性。圖2中顯示了優(yōu)化后的傳遞損失曲線。從圖中可以觀察到，優(yōu)化方案的消聲頻率在異音處的消聲量?jī)?yōu)于原機(jī)方案，而且在其他頻率處也優(yōu)于原機(jī)方案。圖4為優(yōu)化前后的排氣管路的傳遞損失對(duì)比

5 、優(yōu)化方案的試驗(yàn)測(cè)試

將采用優(yōu)化方案的室外機(jī)進(jìn)行制熱工況下的噪聲試驗(yàn)，根據(jù)主觀評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)室內(nèi)側(cè)的異音基本消除，人耳未能察覺(jué)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，對(duì)室內(nèi)側(cè)的噪音值進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)CPB分析儀得到對(duì)應(yīng)的1/3倍頻程的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)頻譜。

測(cè)試時(shí)聲傳感器布置在與室內(nèi)機(jī)正前方的距離及高度都為1m的位置，標(biāo)記為室內(nèi)機(jī)“前面”位置，同時(shí)測(cè)量與前面位置相差45度角的“左前”和“右前”位置。圖5表示的為室內(nèi)機(jī)低風(fēng)制熱運(yùn)行時(shí)，原機(jī)方案和優(yōu)化方案兩種狀態(tài)下，前述的三個(gè)方向上的室內(nèi)機(jī)噪音試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。從室外噪音值對(duì)比圖，可以發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方案的室內(nèi)機(jī)噪聲值優(yōu)于原機(jī)，室內(nèi)未出現(xiàn)異聲。

6 、結(jié)論

本文對(duì)某型號(hào)空調(diào)的室外傳至室內(nèi)的壓縮機(jī)冷媒異音進(jìn)行了分析，對(duì)室外機(jī)的排氣管上的消聲器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)及仿真分析，仿真分析結(jié)果表明優(yōu)化后的消聲器的消聲性能優(yōu)于原方案。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比室內(nèi)機(jī)的噪音數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)異音得到較大的改善，同時(shí)噪音值好于原機(jī)。

[1]包振球,楊澤周.空調(diào)器音質(zhì)的故障診斷以及減振降噪研究[J].流體機(jī)械，2001,29(9):41-43．

[2]薛瑋飛,陳俊,陳進(jìn),等.基于變頻空調(diào)聲品質(zhì)的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究[J]．機(jī)械強(qiáng)度,2016,38(4):716-720．

[3]陳紹林,吳俊鴻,段亮,等.空調(diào)系統(tǒng)制冷劑壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的噪聲分析及對(duì)策[J],制冷與空調(diào),2011,11(2):49-52 .

[4]繆道平,吳業(yè)正.制冷壓縮機(jī)[M].北京,機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

[5]Ricardo P．L,Stephan P,Samir N．Y．Gerges,A sound quality-based investigation of the HVAC system noise [J].Applied Acoustics,2009(70):636-645．

Investigation on the reduction of abnormal noise transmitting by refrigerant of the indoor unit of air conditioner

ZHAO Shuai,XUE Weifei, LIANG Jianqiao
(Guangdong Midea Air-Conditioning Equipment Co.,Guangdong Ltd. Foshan 528311)

This paper investigated the abnormal noise of indoor unit of air conditioner transmitting from refrigerant, improved the sound quality by optimizing the muffler, established the model of suction pipe of outdoor unit of air conditioner and analyzed the transfer loss of the original machine and optimized machine. The simulation results showed that the character of noise elimination of the optimized machine is better than the original machine. Moreover, an experimental verification is conducted. The testing results showed that the sound quality of the optimized machine is better than the original machine and the noise elimination effect is obvious.

indoor unit；abnormal noise；muffler；optimization