滾動轉子式壓縮機降噪技術進展

陳朝波

摘 要：根據(jù)目前空調等制冷行業(yè)中廣泛應用的滾動轉子式壓縮機內部的氣流特點，對流體在壓縮機內的整個流動路徑分析了各種不同的降噪結構及其降噪效果，為滾動轉子式壓縮機降噪結構設計提供一定的參考。

關鍵詞：壓縮機;噪音;氣流脈動;消音腔

中圖分類號：TB ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.09.094

0 引言

空調、冰箱等制冷行業(yè)的快速發(fā)展，極大地推動了壓縮機技術的發(fā)展，而壓縮機的振動、噪音作為壓縮機的重要性能指標越來越引起壓縮機制造企業(yè)的重視;在不影響壓縮機制冷性能和成本的前提下，有效降低壓縮機的振動、噪音水平，對提高企業(yè)壓縮機產品綜合競爭力具有十分重要的意義。

1 滾動轉子式壓縮機降噪技術進展

圖1為滾動轉子式壓縮機結構剖面圖，其在一個密閉容器內設置有電機和壓縮機構，壓縮機構通過吸氣管連通外部儲液器，并通過殼體上部設置的排氣管將壓縮后的高壓流體排出，電機位于壓縮機構上部，通過電機驅動曲軸帶動壓縮機構內部的偏心活塞旋轉，并通過壓縮機構的氣缸內部設置的滑片的配合實現(xiàn)對氣體的吸入和壓縮，壓縮機構排出的高壓流體經過消音器后排出電機腔，并通過電機內部的氣流通道進入到殼體上部的腔室內，最后通過排氣管排出壓縮機，完成壓縮機流體的壓縮過程。

目前，空調市場上使用的滾動轉子式壓縮機，其噪聲水平以聲功率計大約為54-64dB。根據(jù)轉子式制冷壓縮機的結構進行分析，其噪聲源大約有以下三方面。（1）電磁噪聲;（2）機械噪聲;（3）氣流脈動產生的噪聲。其中：500-4000Hz噪聲主要是氣體的壓力脈動引起的;對于500Hz以上的高頻噪聲，可采用亥姆霍茲共振腔進行降噪處理。

以下根據(jù)近年來壓縮機降噪方面的專利申請情況，對滾動轉子式壓縮機內氣流脈動產生的噪音涉及的相關降噪技術介紹滾動轉子式壓縮機降噪技術進展。

滾動轉子式壓縮機對吸入的氣體進行壓縮，達到排氣壓力后打開排氣閥，最后將壓縮后的高壓氣體排出壓縮機外部，完成整個壓縮過程。整個壓縮過程中，流體路徑上的流體流動都有可能產生壓力脈動進而引起氣流脈動噪音。因此，在整個流體流動路徑上均可以進行壓縮機降噪處理：

首先，在吸氣管路方面，一般而言，在壓縮機的進氣口外側一般設置有儲液器，儲液器對氣體形成了緩沖可以降低吸氣噪音;合理設計儲液器的擴張比以及采用內插管使得消聲室入口插入管長度等于1/2或1/4消聲腔的長度可以提高整個消聲器的消聲量。同時，為了解決吸氣通道內由于氣體流速、流向均不穩(wěn)定產生的吸氣噪音以及吸氣脈動降低壓縮機的有效吸氣量的問題，在吸氣通道的壁部設置消聲腔結構形成的吸氣消聲部，并通過一個或多個通孔將吸氣通道與消聲腔連通，實現(xiàn)降低吸氣噪音的效果，如圖2所示。

其次，吸氣結束后，進入壓縮階段，壓縮階段的氣流噪音主要是通過在氣缸上設置共振腔進行消音，簡單方式為直接設置與壓縮腔連通的消音腔實現(xiàn)降噪，如圖3所示。然而，圖3（a）的消音結構存在余隙容積較大的問題，在排氣剛結束吸氣剛開始時，消音腔內的高壓氣體易于膨脹從而降低吸氣效率;為了克服這一技術問題，提出了一種新的消音腔結構，如圖3（b）和圖3（c）所示，將消音腔設置在滑片槽側壁或與滑片槽連通的上下法蘭上，并在滑片上設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置在滑片上，從而可以通過滑片在滑片槽內的往復運動實現(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問題，較好地適應了滾動轉子式壓縮機的工作過程。

壓縮階段完成后，高壓氣體從壓縮腔排出后進入排氣通道，對于這一階段的消音技術，主要是在排氣流道上設置擴張室或亥姆霍茲共振腔來實現(xiàn)。如圖4所示，圖4（a）和（b）均為擴張室消聲結構，該消聲結構為一種抗性消聲器，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）為單擴張室消音結構，直接在流體通道中設置界面突變的擴張室結構用于消音;而圖4（b）為雙擴張室消音結構，在上法蘭和下法蘭與缸體抵接的表面上均設置有擴張室，雙擴張室結構可以有效降低排氣壓力脈動降低氣流噪音，并且降噪頻率范圍拓寬有效改善整機的噪音水平;圖4（c）為亥姆霍茲共振腔消音結構，通過在排氣流道附近區(qū)域設置亥姆霍茲共振腔并設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彈性振動系統(tǒng)，流體通道管壁的孔頸中空氣柱類似活塞，當外來的聲波頻率與消聲器彈性系統(tǒng)的固有頻率相同時，發(fā)生共振，這時消音量最大，從而實現(xiàn)對高壓氣流的消音，降低壓縮機的噪音水平。

另外，在高壓氣體排出泵體后，一般的轉子式壓縮機在上下法蘭處均設置有消音器實現(xiàn)對高壓氣流的進一步消音;常用的消音器是通過截面突變在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產生聲能的反射、干涉，從而降低由消聲器向外輻射的聲能，以達到消聲目的。同時，針對常規(guī)的消音器結構，近年來也對常規(guī)的消音器進行了優(yōu)化和完善以更好地適應壓縮機消音的需要;例如，采用雙層消音器;或者改變常規(guī)消音器通過直孔排氣的結構，改變排氣氣流的方向，通過諸如斜向下的引流通道、設置導流片引導氣流流向以及將消音器內的氣流通過消音器與曲軸間隙排出等結構，另外也提出了在消音器的排氣孔中設置有切割角等結構以對渦流進行切割實現(xiàn)降噪等目的，這些都對消音器固有結構的優(yōu)化有效降低排氣噪音。

2 結束語

在轉子式壓縮機中，氣流脈動引起的噪音是壓縮機噪音的一個重要組成部分，目前現(xiàn)有的降噪技術雖然可以有效降低壓縮機的噪音，但壓縮機的運行仍存在較為明顯的噪音。同時，由于滾動轉子式壓縮機的泵體結構發(fā)展相對成熟穩(wěn)定，今后如何進一步深入挖掘壓縮機噪音改進點，并進行相應的降噪設計將是壓縮機企業(yè)面臨的一個重點和難點。

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