消聲器排氣優(yōu)化對壓縮機降噪的設(shè)計與驗證

褚偉彥

上海日立電器有限公司 上海 201206

1 問題概述

在單體壓縮機試驗測試中發(fā)現(xiàn)，筆者公司熱泵壓縮機噪聲頻譜在頻率800Hz與4000Hz兩處峰值相對較高。筆者采用近場聲源分析判斷，并確定聲源位置，對消聲器進行聲傳遞損失計算和噪聲諧響應(yīng)計算，分析聲壓分布，設(shè)計優(yōu)化方案，最后確定實施方案，降低噪聲。

2 調(diào)查與分析

2.1 噪聲測試

單體壓縮機噪聲測試結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，噪聲在頻率800Hz和4000Hz兩處表現(xiàn)突出，有噪聲峰值出現(xiàn)[1]。

圖1 單體壓縮機噪聲測試結(jié)果

2.2 聲源定位

在聲學(xué)環(huán)境下對壓縮機進行聲源識別，以確認(rèn)后續(xù)降噪改善的方向。針對800Hz和4000Hz附近頻段聲源進行定位分析[2]。

(1) 壓縮機聲源定位測試如圖2所示。

圖2 壓縮機聲源定位測試示意圖

(2) 壓縮機800Hz頻段的聲源分析。殼體靠近儲液器兩側(cè)偏高，最大值達到67.2dB。在 800Hz 頻段儲液器噪聲最大值達到72.5dB，可見壓縮機受儲液器噪聲影響較大。在殼體下部空腔一側(cè)的噪聲也偏大，最大值達到66.8dB。如圖3所示。

圖3 壓縮機800Hz頻段聲源分析

(3) 壓縮機4000Hz頻段的聲源分析。在殼體下部空腔噪聲偏高，殼體噪聲最大值達到70.5dB，如圖4所示。

圖4 壓縮機4000Hz頻段聲源分析

(4) 分析。由單體壓縮機的測試結(jié)果可知，其噪聲特性表現(xiàn)為兩個頻段(800Hz、4000Hz)壓縮機殼體下部空腔一側(cè)噪聲均有偏高現(xiàn)象,經(jīng)分析認(rèn)為是氣流噪聲造成的可能性較大[3]。

3 消聲器優(yōu)化設(shè)計

3.1 原消聲器分析

根據(jù)消聲器實體模型組件，建立空腔模型，如圖5、圖6所示。

圖5 消聲器實體模型組件

圖6 消聲器空腔模型

定義吸氣口與排氣口聲壓測試區(qū)域，如圖7、圖8所示。

圖7 吸氣口聲壓測試區(qū)域

圖8 排氣口聲壓測試區(qū)域

進行噪聲傳遞損失計算。當(dāng)消聲器吸氣口和排氣口均為平面波時，其噪聲傳遞損失TL的計算表達式為：

(1)

式中：Si為消聲器吸氣口面積；Soj為消聲器排氣口面積，其中j=1，2，3，…n；P1為吸氣口聲壓；ρ0為介質(zhì)密度；c0為介質(zhì)中聲速；v1為介質(zhì)質(zhì)點速度；Ptj為排氣口聲壓。

噪聲傳遞損失計算結(jié)果[4]如圖9所示。

由噪聲傳遞損失計算結(jié)果可知，在800Hz附近有消聲效果，消聲效果在15dB左右；在 4000Hz 附近消聲效果相對不明顯，消聲效果在 7dB 左右。可見消聲器有待改善[5-7]。

進行聲壓分布分析。對800Hz附近的聲壓分布與4000Hz附近的諧響應(yīng)聲壓分布分別進行分析，如圖10、圖11所示。由圖10、圖11可知，目前的中間排氣區(qū)域較不理想，聲壓分布紊亂，需要變更排氣流道。由800Hz處的聲壓分布可知，有局部改善空間，但是需要根據(jù)實際問題具體分析，考慮改善的可行性。由4000Hz處的聲壓分布可知，改善空間較小，改善后可能會與 800Hz 處沖突，難度較大。

圖9 噪聲傳遞損失計算結(jié)果

圖10 800Hz附近聲壓分布

圖11 4000Hz附近聲壓分布

3.2 消聲器優(yōu)化方案

根據(jù)原聲壓分布情況，設(shè)計了三種消聲器優(yōu)化方案分別進行計算分析。方案一為排氣口分散分布在同心圓上的排氣空腔模型上，方案二為排氣口集中分布在中心線上的排氣空腔模型上，方案三為排氣口集中分布在同心圓上的排氣空腔模型上。三種優(yōu)化方案空腔建模[8-9]如圖12所示。

3.3 優(yōu)化方案計算對比

消聲器原排氣方案與三種優(yōu)化方案對比如圖13所示。

三種優(yōu)化方案的聲傳遞損失計算結(jié)果與原方案對比如圖14所示[10-11]。

經(jīng)過計算對比，方案二在頻率800Hz處消聲效果顯著，遠遠大于原方案。方案三在頻率 800Hz 與4000Hz附近消聲效果相比原方案均有明顯提高。

4 驗證

針對熱泵壓縮機噪聲改善方案，以聲功率級測試數(shù)據(jù)結(jié)果進行對比。選取優(yōu)化方案二和方案三各三臺壓縮機的平均值與原方案進行對比，結(jié)果如圖15所示。

5 結(jié)論

方案二和方案三兩種優(yōu)化方案都改善了頻率800Hz和4000Hz處的噪聲值。

方案二和方案三兩種優(yōu)化方案數(shù)據(jù)顯示，噪聲聲功率級均較原方案聲功率級小，其中方案二最優(yōu)平均聲功率級降低4dB，方案三平均聲功率級降低2.6dB。

熱泵壓縮機噪聲改善方案最終采用了效果最優(yōu)的方案二，得到了客戶的肯定，社會效益良好。

圖12 消聲器優(yōu)化方案空腔模型

圖13 消聲器原排氣方案與三種優(yōu)化方案對比

圖14 消聲器優(yōu)化方案與原方案聲傳遞損失計算結(jié)果對比

圖15 消聲器優(yōu)化方案與原方案壓縮機聲功率級平均值對比結(jié)果

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(編輯：平 平)