空調系統冷媒吸氣脈動噪聲分析

王世平

摘 要：采用變頻空調外機噪音，通過對壓縮機、管路系統、節流裝置、冷媒噪音來源的分析，運用阻尼降噪、消聲降噪、優化節流裝置等方法，找到合適的解決策略。

關鍵詞：空調；噪音；方法

隨著經濟發展和人民生活水平提高，家用空調中變頻空調的比重越來越高，變頻外機的噪音來源更加廣泛，解決難度更大。目前國內外生產的變頻外機，很多都存在噪音問題，部分還傳入室內，對消費者造成嚴重的噪音困擾。目前，對于變頻外機噪音的研究往往還是局限于單一種類的噪音，沒有從整機角度全面分析考量，影響變頻外機噪音的主要因素有壓縮機，管路系統，節流裝置及冷媒等，從產生原理分析，針對性的找到解決策略。

一、慨述

空調壓縮機是一種終端產品，它雖然不是直接面對廣大消費市場，但卻是空調器部件市場最為重要的一環。在同壓縮機的其他各項性能相比噪聲振動性能已經越來越成為空調器市場和壓縮機市場競爭的焦點，例如作為熱交換效率及內部結構最為合理的設計，窗式空調器卻得不到目前國內空調市場大多數用戶的青睞，原因就是窗式空調器的噪聲、振動問題。對空調器廠家來說壓縮機的質量性能最主要的有制冷制熱量、能效比、壽命、噪聲振動、安全性指標等構成。在專門從事壓縮機噪聲、振動實驗的幾年中，對壓縮機噪聲和振動方面特性均有了一定的了解，同時也具備了一定的對比分析判斷能力，而且還對目前國內外多種牌號的同類型旋轉式壓縮機做過一些對比性試驗。同時由于市場需要在某些試驗中還曾對大量各種品牌的空調器做過各類關于噪聲振動的測試及排除故障疑點等工作。所以對于在空調器內部由壓縮機引起的各類噪聲振動問題及特性也有一定的理解。

二、變頻空調外機噪音的來源及方法

1、壓縮機噪音。壓縮機是室外機主要的噪聲源之一，研究降低壓縮機噪音對于降低整機噪音具有很重要的意義。目前家用空調使用的主要是轉子式壓縮機，轉子式壓縮機噪音類型主要有氣體動力性噪聲、機械噪聲和壓縮機儲液罐氣柱共振產生的噪聲以及儲液灌氣流噪聲等。氣體動力性噪聲是氣體的流動或者物體在氣體中運動引起氣體的振動產生的。主要包括吸氣噪聲、排氣噪聲、壓縮噪聲、氣體流動噪聲、制冷劑氣體在腔體內的共鳴噪聲、潤滑油噴射聲以及電機轉子旋轉時的渦流噪聲等。在轉子式壓縮機中，動力性噪聲是主要的噪聲源之一，特別是排氣噪聲和氣體共鳴噪聲。這類噪聲在轉子式壓縮機中主要采取消聲降噪技術來降低或者消除。機械噪聲是由固體振動產生的，它來源于機械零部件之間的交變力，一般分為撞擊力，周期性作用力和摩擦力。可以采用阻尼降噪和隔振技術降低機械噪聲。

壓縮機儲液罐氣柱共振產生噪聲，是由于壓縮機周期性的向管路吸氣，排氣，對管路中的氣柱產生激發力引起的。控制策略主要是通過調整儲液罐內吸氣管長度L，使氣柱固有頻率和激發頻率錯開，避免產生共振噪音。

儲液罐氣流噪聲也是轉子式壓縮機常見的噪音源，以下列舉一種常見的雙吸氣管儲液器，闡述儲液罐氣流噪聲的解決思路。氣體通過濾網后在進入L 豎管之前形成渦旋，氣體壓力脈動產生氣流噪聲，根據此種氣流噪聲有以下解決途徑：① 將L 豎管入口改為劈尖形，改善流動結構，抑制渦的形成，降低壓力脈動；② 增加L 行豎管與濾網之間的間隙，改善壓力脈動。

2、管路系統噪音。空調管路系統噪音產生的原因主要是配管系統與壓縮機產生共振，部分情況下噪音還可以通過配管系統傳遞到室內，對用戶造成極不舒適的影響。對于管路噪音，有以下解決策略：

1）優化配管系統，避開壓縮機轉動頻率。由于變頻壓縮機頻率變化范圍很廣，再考慮到壓縮機倍頻的影響，在實際操作中，其實是很難避開的。因此就要求管路系統有很好的頻率適應性。

2）消音器降噪。消聲器有阻性消聲器，抗性消聲器，目前空調外機主要使用的是抗性消聲器，抗性消聲器是利用管道上突變的截面或旁接共振腔，使沿管道傳播的某些頻率聲波，在突變的截面發生反射、干涉等現象，減弱壓縮波的強度，從而達到消聲目的。一般根據制冷劑壓力脈動噪聲最高峰值或者異常噪音所在頻率及有關制冷劑的參數設計消聲器的長度和擴張比。

消聲器的長度：

3）在部分壓縮機頻率點下，管路噪音極其惡劣，配管系統優化也不能很好的解決，可以通過程序屏蔽掉部分頻率點的方式解決。但是，此種方法降低了空調的頻率調節范圍，應當慎重使用。

3、節流裝置噪音。變頻空調的節流裝置一般為電子膨脹閥。電子膨脹閥處產生的噪音主要是由于急劇的壓力變化產生的。可以采用在電子膨脹閥和室內機之間加入毛細管的方法來削減噪音。毛細管降噪原理為：在配管內傳遞的冷媒音，通過斷面積急劇變化的部位的音波反射起到減音的效果。但是需要注意，采用毛細管減音時應盡可能的短，避免毛細管節流而影響電子膨脹閥使其調節范圍變窄。

在變頻機中，電子膨脹閥隨著外機的頻率變化會做出相應的開度調整。可以優化電子膨脹閥控制邏輯，減小節流處的壓縮波，降低低頻噪聲和嘯叫聲。具體方式為：需要壓縮機升高頻率時，先開大電子膨脹閥再升頻；而需要壓縮機降頻時，先降低壓縮機頻率再關小電子膨脹閥。

4、冷媒噪音。冷媒在制冷系統內循環流動時，在系統的多個部位會產生冷媒音。冷媒音的能量是由冷媒的壓力損失轉換來的，具有以下特征：①容易在配管的分配、合流、擴大、縮流、彎曲等部位產生；②容易在低壓側產生；③由于冷媒氣態和液態的壓損差異，容易在汽液兩相區域產生；④容易在急劇發生壓力變化時產生；⑤即使冷媒音發生在室外，也可以通過配管傳入室內。針對制冷系統內循環冷媒音，解決策略為：①利用阻尼塊削減冷媒音。一般采用在音源部分表面粘貼阻尼塊，使音源部位的振動能量轉換為熱能耗散，降低音源部位的冷媒音；②從系統軟件控制上防止冷媒音。軟件控制的目的是避免系統發生急劇的壓力變動而引起冷媒音，以及避免汽液兩相冷媒流入電子膨脹閥產生冷媒音。主要方法有：合理設定電子膨脹閥的基準開度和開度調整步長；通過蒸發器出口的過熱度或冷凝器出口的過冷度來控制電子膨脹閥開度，保證進入電子膨脹閥的冷媒有足夠的過冷度。③利用消音器削減冷媒音。消音器的消聲機理已經在管路噪音部分敘述此處不再贅言。

家用變頻外機的噪音來源主要有壓縮機，管路系統，節流裝置，冷媒等，只有從噪音產生的根源出發，才能有的放矢的進行相應的消音降噪處理，綜合運用多種方法，優化家用變頻外機的噪音。

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（作者單位：黑龍江省牡丹江市富通汽車空調有限公司）