空調(diào)系統(tǒng)傳遞音解決方案的研究與分析

楊偉奇 王暉 熊碩

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

隨著人們生活質(zhì)量的提升，消費(fèi)者對空調(diào)的需求不再僅限于制冷量、制熱量的要求，對空調(diào)器帶來的噪音問題也越來越關(guān)注。特別是內(nèi)機(jī)噪音直接影響人們的睡眠質(zhì)量，所以內(nèi)機(jī)音質(zhì)的改善以及異常噪音的消除是噪音研究中的重點(diǎn)。內(nèi)機(jī)異常噪音主要分為：機(jī)械噪音、電磁噪音、液流聲和氣流噪音等[1]。其中氣流噪音中的傳遞音問題是比較常見的異常噪音，多數(shù)是從外機(jī)通過冷媒、殼體及管路傳遞到室內(nèi)[2]，耳感尖銳，在低風(fēng)檔時(shí)尤為明顯，對內(nèi)機(jī)音質(zhì)影響較大。本文從理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面分別對空調(diào)系統(tǒng)傳遞音的解決方案進(jìn)行研究與分析，并對相關(guān)問題提出了切實(shí)可行的解決方案，對今后空調(diào)器傳遞音的快速解決具有一定的指導(dǎo)作用。

2 轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)傳遞音解決方案的研究與分析

2.1 轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)傳遞音產(chǎn)生的原因

根據(jù)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖1）及工作原理：在每個(gè)工作周期內(nèi)，低壓制冷劑從吸氣口進(jìn)入氣缸，當(dāng)冷媒被壓縮到一定的壓力后，排氣閥打開，高壓氣體排出壓縮機(jī)[3]。在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的周期內(nèi)，為了確保制冷效果，排氣閥對于打開壓力有一定的要求。所以隨著轉(zhuǎn)子的高速轉(zhuǎn)運(yùn)，冷媒的排氣過程是間歇性的。此種間歇性的過程導(dǎo)致了排氣流速和流量的不穩(wěn)定，這是排氣壓力脈動的主要原因。而對于壓縮機(jī)的吸氣側(cè)，由于吸氣壓力低、吸氣密度小，所以隨著吸氣空間的不斷變化也導(dǎo)致了吸氣流量的變化，最終導(dǎo)致吸氣脈動。

排氣脈動和吸氣脈動通過冷媒及連接管可以把壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的機(jī)械噪音傳遞到內(nèi)機(jī)，這是導(dǎo)致內(nèi)機(jī)有傳遞音的主要原因。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)在制熱運(yùn)行過程中傳遞音的解決方案及分析

空調(diào)器在運(yùn)行過程中，排氣壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于吸氣壓力。且根據(jù)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的運(yùn)行原理，排氣比吸氣周期性的變化更加劇烈，所以排氣脈動要比吸氣脈動更大?？照{(diào)系統(tǒng)在制熱運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)排出的高溫高壓的冷媒直接通向內(nèi)機(jī)，與內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器相連，排氣壓力脈動導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)壓力周期性變化，在內(nèi)機(jī)產(chǎn)生傳遞音。

圖1 轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機(jī)橫截面示意圖

圖2 22K機(jī)型制熱運(yùn)行噪音頻譜

圖3 22K機(jī)型在排氣管上增加消音后制熱運(yùn)行噪音頻譜

圖4 空調(diào)器制冷運(yùn)行原理圖

圖5 46機(jī)型制冷運(yùn)行噪音頻譜

圖6 46機(jī)型增加消音器后制冷運(yùn)行噪音頻譜

此時(shí)在壓縮機(jī)排氣和蒸發(fā)器之間的通路上增加消音器，通過使用抗性消音器來降低壓力脈動及噪聲水平，利用流動方向上管道的截面面積的突變，使得聲波發(fā)生反射或者干涉來解決傳遞音的問題[4]，是比較有效的解決方案。

對一款制熱低風(fēng)檔存在傳遞音的機(jī)型進(jìn)行頻譜分析，從圖2的頻譜圖中可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)機(jī)存在峰值，頻率為434 Hz，接近于壓縮機(jī)的倍頻。在排氣管上增加合適的消音器后重新進(jìn)行頻譜分析如圖3，峰值消失，噪音音質(zhì)得到良好改善。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)在制冷運(yùn)行過程中傳遞音的解決方案及分析

空調(diào)器在制冷運(yùn)行時(shí)，根據(jù)圖4的運(yùn)行原理圖：排氣端與冷凝器相連，經(jīng)過毛細(xì)管后與內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器相連。由于蒸發(fā)器內(nèi)的壓力是背壓，且毛細(xì)管內(nèi)冷媒的流速達(dá)到聲速后，高壓壓力的變化對蒸發(fā)壓力無影響。所以盡管排氣壓力脈動比吸氣脈動更大，但是在制冷模式下排氣脈動由于受到毛細(xì)管的阻隔對蒸發(fā)器內(nèi)的冷媒壓力影響不大，聲波傳遞路徑中斷。相反壓縮機(jī)的吸氣與蒸發(fā)器相連，吸氣脈動可以把聲波反向傳播到內(nèi)機(jī)，導(dǎo)致內(nèi)機(jī)傳遞音的產(chǎn)生。故在此種情況下抗性消音器位置放置在壓縮機(jī)吸氣和蒸發(fā)器之間的通路上可以有效解決異常噪音。

選取一款制冷模式下低風(fēng)檔存在傳遞音的46機(jī)型進(jìn)行分析。改善前頻譜如圖5所示，在408 Hz處存在峰值，峰值頻率接近于壓縮機(jī)的倍頻，確認(rèn)為壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的噪音被傳遞到了內(nèi)機(jī)。對樣機(jī)進(jìn)行調(diào)整，在聲波的傳遞路徑吸氣管上增加消音器后重新進(jìn)行音質(zhì)評估，峰值消失，噪音音質(zhì)得到良好改善。對圖6所示的頻譜圖進(jìn)行分析，408 Hz處的峰值消失，確認(rèn)改善方案切實(shí)有效。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)傳遞音解決方案的研究與分析

往復(fù)式壓縮機(jī)與轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖7）有較大差異：轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的吸氣腔是儲液罐，排氣腔是壓縮機(jī)缸體。而往復(fù)式壓縮機(jī)的吸氣腔是壓縮機(jī)缸體，相當(dāng)于大型消音器，排氣通過內(nèi)部排氣管直接連接到空調(diào)系統(tǒng)。這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異決定了兩種壓縮機(jī)系統(tǒng)傳遞音產(chǎn)生的原因是不同的。

對于往復(fù)式壓縮機(jī)而言吸氣腔足夠大，吸氣脈動較小，即使在制冷模式下也不會因?yàn)槲鼩饷}動導(dǎo)致傳遞音。而在排氣側(cè)氣缸周期性排出的高溫高壓冷媒僅經(jīng)過內(nèi)部消音器通過排氣管排出壓縮機(jī)，接入空調(diào)系統(tǒng)。排氣管在壓力高、流速快的冷媒?jīng)_擊下振動較大[5]。排氣管的振動導(dǎo)致外機(jī)噪音大，甚至與殼體發(fā)生共振噪音。聲波通過殼體及連接管把聲音傳遞到內(nèi)機(jī)，導(dǎo)致內(nèi)機(jī)存在高頻噪音。所以往復(fù)式壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的傳遞音主要是由排氣管的振動導(dǎo)致的。

對于此類問題降低排氣管的振動和冷媒的流速是比較有效的方案。在壓縮機(jī)的排氣管上增加消音器可以降低冷媒的流速。以24K往復(fù)式壓縮機(jī)單冷機(jī)為例，原始機(jī)型的內(nèi)機(jī)頻譜如圖8所示，從頻譜可以看出音質(zhì)較差，存在1130 Hz的高頻噪音。根據(jù)頻譜進(jìn)行計(jì)算，在排氣管上增加合適長度的消音器后，實(shí)際測試的頻譜如圖9所示。試聽內(nèi)機(jī)傳遞音問題解決，同時(shí)外機(jī)噪音也得到了改善。從頻譜來看：高頻噪音大幅降低；低頻噪音雖然略有增大，但是有效值與峰值差值較大，低頻噪音的增幅在可接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)音質(zhì)的好壞直接影響消費(fèi)者對產(chǎn)品的評價(jià)，傳遞音問題是必須要杜絕或者減弱的異常噪音問題。解決方案通常都是采用抗性消音器，但是消音器放置位置的正確選擇在問題解決的過程中起到了至關(guān)重要的作用。本文從轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得出不同類型壓縮機(jī)傳遞音產(chǎn)生的根本原因，并對傳播路徑進(jìn)行了詳細(xì)分析。根據(jù)理論分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：

（1）轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)傳遞音產(chǎn)生的主要原因是吸氣脈動和排氣脈動導(dǎo)致的。

圖7 轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)和活塞壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖

圖8 24K往復(fù)式壓縮機(jī)單冷機(jī)噪音頻譜

圖9 24K往復(fù)式壓縮機(jī)單冷機(jī)加消音器后噪音頻譜

（2）使用轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的空調(diào)器：不同的模式下傳遞音的解決方案存在差異。制熱條件下在排氣管上加消音器，制冷條件下在吸氣管上加消音器可以有效隔斷聲波的傳遞路徑。

（3）往復(fù)式壓縮機(jī)由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致傳遞音的原因也不同，主要是排氣管振動導(dǎo)致的。

（4）往復(fù)式壓縮機(jī)降低排氣管振動是解決傳遞音的關(guān)鍵，通過更改管路形狀或者增加消音器均可解決。