滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)降噪技術(shù)進(jìn)展

陳朝波

摘 要：根據(jù)目前空調(diào)等制冷行業(yè)中廣泛應(yīng)用的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)內(nèi)部的氣流特點(diǎn)，對(duì)流體在壓縮機(jī)內(nèi)的整個(gè)流動(dòng)路徑分析了各種不同的降噪結(jié)構(gòu)及其降噪效果，為滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī);噪音;氣流脈動(dòng);消音腔

中圖分類號(hào)：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.09.094

0 引言

空調(diào)、冰箱等制冷行業(yè)的快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而壓縮機(jī)的振動(dòng)、噪音作為壓縮機(jī)的重要性能指標(biāo)越來(lái)越引起壓縮機(jī)制造企業(yè)的重視;在不影響壓縮機(jī)制冷性能和成本的前提下，有效降低壓縮機(jī)的振動(dòng)、噪音水平，對(duì)提高企業(yè)壓縮機(jī)產(chǎn)品綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。

1 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)降噪技術(shù)進(jìn)展

圖1為滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖，其在一個(gè)密閉容器內(nèi)設(shè)置有電機(jī)和壓縮機(jī)構(gòu)，壓縮機(jī)構(gòu)通過(guò)吸氣管連通外部?jī)?chǔ)液器，并通過(guò)殼體上部設(shè)置的排氣管將壓縮后的高壓流體排出，電機(jī)位于壓縮機(jī)構(gòu)上部，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸帶動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)內(nèi)部的偏心活塞旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)部設(shè)置的滑片的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的吸入和壓縮，壓縮機(jī)構(gòu)排出的高壓流體經(jīng)過(guò)消音器后排出電機(jī)腔，并通過(guò)電機(jī)內(nèi)部的氣流通道進(jìn)入到殼體上部的腔室內(nèi)，最后通過(guò)排氣管排出壓縮機(jī)，完成壓縮機(jī)流體的壓縮過(guò)程。

目前，空調(diào)市場(chǎng)上使用的滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，其噪聲水平以聲功率計(jì)大約為54-64dB。根據(jù)轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其噪聲源大約有以下三方面。（1）電磁噪聲;（2）機(jī)械噪聲;（3）氣流脈動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。其中：500-4000Hz噪聲主要是氣體的壓力脈動(dòng)引起的;對(duì)于500Hz以上的高頻噪聲，可采用亥姆霍茲共振腔進(jìn)行降噪處理。

以下根據(jù)近年來(lái)壓縮機(jī)降噪方面的專利申請(qǐng)情況，對(duì)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)內(nèi)氣流脈動(dòng)產(chǎn)生的噪音涉及的相關(guān)降噪技術(shù)介紹滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)降噪技術(shù)進(jìn)展。

滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)對(duì)吸入的氣體進(jìn)行壓縮，達(dá)到排氣壓力后打開(kāi)排氣閥，最后將壓縮后的高壓氣體排出壓縮機(jī)外部，完成整個(gè)壓縮過(guò)程。整個(gè)壓縮過(guò)程中，流體路徑上的流體流動(dòng)都有可能產(chǎn)生壓力脈動(dòng)進(jìn)而引起氣流脈動(dòng)噪音。因此，在整個(gè)流體流動(dòng)路徑上均可以進(jìn)行壓縮機(jī)降噪處理：

首先，在吸氣管路方面，一般而言，在壓縮機(jī)的進(jìn)氣口外側(cè)一般設(shè)置有儲(chǔ)液器，儲(chǔ)液器對(duì)氣體形成了緩沖可以降低吸氣噪音;合理設(shè)計(jì)儲(chǔ)液器的擴(kuò)張比以及采用內(nèi)插管使得消聲室入口插入管長(zhǎng)度等于1/2或1/4消聲腔的長(zhǎng)度可以提高整個(gè)消聲器的消聲量。同時(shí)，為了解決吸氣通道內(nèi)由于氣體流速、流向均不穩(wěn)定產(chǎn)生的吸氣噪音以及吸氣脈動(dòng)降低壓縮機(jī)的有效吸氣量的問(wèn)題，在吸氣通道的壁部設(shè)置消聲腔結(jié)構(gòu)形成的吸氣消聲部，并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通孔將吸氣通道與消聲腔連通，實(shí)現(xiàn)降低吸氣噪音的效果，如圖2所示。

其次，吸氣結(jié)束后，進(jìn)入壓縮階段，壓縮階段的氣流噪音主要是通過(guò)在氣缸上設(shè)置共振腔進(jìn)行消音，簡(jiǎn)單方式為直接設(shè)置與壓縮腔連通的消音腔實(shí)現(xiàn)降噪，如圖3所示。然而，圖3（a）的消音結(jié)構(gòu)存在余隙容積較大的問(wèn)題，在排氣剛結(jié)束吸氣剛開(kāi)始時(shí)，消音腔內(nèi)的高壓氣體易于膨脹從而降低吸氣效率;為了克服這一技術(shù)問(wèn)題，提出了一種新的消音腔結(jié)構(gòu)，如圖3（b）和圖3（c）所示，將消音腔設(shè)置在滑片槽側(cè)壁或與滑片槽連通的上下法蘭上，并在滑片上設(shè)置將壓縮腔和消音腔連通的連接通道，或者將連通通道和消音腔均設(shè)置在滑片上，從而可以通過(guò)滑片在滑片槽內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)消音腔與壓縮腔的間歇連通，解決了圖3（a）存在余隙容積較大的技術(shù)問(wèn)題，較好地適應(yīng)了滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的工作過(guò)程。

壓縮階段完成后，高壓氣體從壓縮腔排出后進(jìn)入排氣通道，對(duì)于這一階段的消音技術(shù)，主要是在排氣流道上設(shè)置擴(kuò)張室或亥姆霍茲共振腔來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，圖4（a）和（b）均為擴(kuò)張室消聲結(jié)構(gòu)，該消聲結(jié)構(gòu)為一種抗性消聲器，其利用流體通道上突變的截面或旁通共振腔，使沿通道傳播的某些頻率聲波，在突變的界面處發(fā)生反射、干涉等，從而達(dá)到消聲的目的，其具有良好的中、低頻消聲特性;圖4（a）為單擴(kuò)張室消音結(jié)構(gòu)，直接在流體通道中設(shè)置界面突變的擴(kuò)張室結(jié)構(gòu)用于消音;而圖4（b）為雙擴(kuò)張室消音結(jié)構(gòu)，在上法蘭和下法蘭與缸體抵接的表面上均設(shè)置有擴(kuò)張室，雙擴(kuò)張室結(jié)構(gòu)可以有效降低排氣壓力脈動(dòng)降低氣流噪音，并且降噪頻率范圍拓寬有效改善整機(jī)的噪音水平;圖4（c）為亥姆霍茲共振腔消音結(jié)構(gòu)，通過(guò)在排氣流道附近區(qū)域設(shè)置亥姆霍茲共振腔并設(shè)置連接通道將高壓氣體流道與共振腔連通，其消聲原理是形成連接通道的小孔和體積較大的消音腔組成一個(gè)彈性振動(dòng)系統(tǒng)，流體通道管壁的孔頸中空氣柱類似活塞，當(dāng)外來(lái)的聲波頻率與消聲器彈性系統(tǒng)的固有頻率相同時(shí)，發(fā)生共振，這時(shí)消音量最大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓氣流的消音，降低壓縮機(jī)的噪音水平。

另外，在高壓氣體排出泵體后，一般的轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在上下法蘭處均設(shè)置有消音器實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓氣流的進(jìn)一步消音;常用的消音器是通過(guò)截面突變?cè)诼晜鞑ミ^(guò)程中引起阻抗的改變而產(chǎn)生聲能的反射、干涉，從而降低由消聲器向外輻射的聲能，以達(dá)到消聲目的。同時(shí)，針對(duì)常規(guī)的消音器結(jié)構(gòu)，近年來(lái)也對(duì)常規(guī)的消音器進(jìn)行了優(yōu)化和完善以更好地適應(yīng)壓縮機(jī)消音的需要;例如，采用雙層消音器;或者改變常規(guī)消音器通過(guò)直孔排氣的結(jié)構(gòu)，改變排氣氣流的方向，通過(guò)諸如斜向下的引流通道、設(shè)置導(dǎo)流片引導(dǎo)氣流流向以及將消音器內(nèi)的氣流通過(guò)消音器與曲軸間隙排出等結(jié)構(gòu)，另外也提出了在消音器的排氣孔中設(shè)置有切割角等結(jié)構(gòu)以對(duì)渦流進(jìn)行切割實(shí)現(xiàn)降噪等目的，這些都對(duì)消音器固有結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有效降低排氣噪音。

2 結(jié)束語(yǔ)

在轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)中，氣流脈動(dòng)引起的噪音是壓縮機(jī)噪音的一個(gè)重要組成部分，目前現(xiàn)有的降噪技術(shù)雖然可以有效降低壓縮機(jī)的噪音，但壓縮機(jī)的運(yùn)行仍存在較為明顯的噪音。同時(shí)，由于滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的泵體結(jié)構(gòu)發(fā)展相對(duì)成熟穩(wěn)定，今后如何進(jìn)一步深入挖掘壓縮機(jī)噪音改進(jìn)點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)的降噪設(shè)計(jì)將是壓縮機(jī)企業(yè)面臨的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

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