摘 要：從分析空調(diào)制冷劑系統(tǒng)氣流脈動(dòng)產(chǎn)生的周期性壓力出發(fā)，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面闡述了空調(diào)系統(tǒng)制冷劑壓力脈動(dòng)的根本原因，提出了抑制噪聲的措施，為噪聲研究提供了新的思路和方向。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；壓縮機(jī)；壓力脈動(dòng)；噪聲；壓縮波

引言

對(duì)于住宅空調(diào)空調(diào)系統(tǒng)而言，低噪音操作是日益重要的設(shè)計(jì)要求。人們生活質(zhì)量的提高，使空調(diào)的生產(chǎn)量和普及量越來越高，空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制也越來越重要。此外，冷凝裝置是房屋AC-HP系統(tǒng)中的主要噪聲源。冷凝裝置通常暴露在屋外，產(chǎn)生的噪聲會(huì)對(duì)鄰居的生活產(chǎn)生影響。在城市環(huán)境和其他的生活環(huán)境中，冷凝機(jī)組產(chǎn)生的過量噪音已成為社區(qū)問題。典型的住宅冷凝機(jī)組由一組冷凝器盤管，金屬板柜和機(jī)架，底盤，風(fēng)扇和制冷壓縮機(jī)組成。因?yàn)閴嚎s機(jī)供應(yīng)制冷劑流體動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)其在制冷回路中運(yùn)動(dòng)。在選取可能造成噪聲的系統(tǒng)變量并將其作為單獨(dú)來源進(jìn)行噪音評(píng)估時(shí)，通常將壓縮機(jī)從冷凝裝置中取出，使用遠(yuǎn)程噪聲計(jì)進(jìn)行操作。使用獨(dú)立于壓縮機(jī)的聲音和壓縮機(jī)振動(dòng)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行壓縮機(jī)噪聲量化的方法完全忽略了系統(tǒng)交互。沒有考慮到冷凝裝置將放大或衰減壓縮機(jī)產(chǎn)生的聲音和振動(dòng)。因此，最有效的降噪解決方案必須考慮系統(tǒng)交互。

1空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生原理

制冷劑的壓力脈動(dòng)會(huì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的噪聲，其原因主要為，制冷劑流體為從壓縮機(jī)到冷凝單元的噪聲能量提供了兩條傳輸路徑，動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)可以從壓縮機(jī)的排放口向下游傳播，也可以從壓縮機(jī)進(jìn)氣口（吸力）的上游傳播。盡管吸入氣體中的動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)很少表現(xiàn)源自于冷凝單元。另一方面，從壓縮機(jī)排出到換向閥或冷凝器盤管的制冷劑壓力脈動(dòng)可能導(dǎo)致聲音從冷凝裝置中發(fā)出。聲壓駐波（共振）可以在壓縮機(jī)排氣下游的制冷劑中形成。駐波最有可能發(fā)生在以急轉(zhuǎn)彎終止的直管中。如果聲學(xué)共振頻率與壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的諧波頻率一致，則將導(dǎo)致管中的高頻率動(dòng)態(tài)壓力。這些高頻率動(dòng)態(tài)壓力可能會(huì)導(dǎo)致冷凝單元發(fā)出高水平的音調(diào)。

2 基于空調(diào)結(jié)構(gòu)的噪聲分析

當(dāng)容量需求較小時(shí)，氣缸分離式壓縮機(jī)在較少的氣缸上運(yùn)行。例如，僅在一個(gè)氣缸上運(yùn)行的雙缸往復(fù)式壓縮機(jī)在低系統(tǒng)需求下提供更高的能源效率和用戶舒適度。這些類型的壓縮機(jī)通常安裝在具有成熟設(shè)計(jì)和現(xiàn)有硬件的冷凝裝置中。但是，使用這種技術(shù)的系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同的音質(zhì)。單缸運(yùn)行期間，壓縮機(jī)產(chǎn)生50/60 Hz的排氣壓力脈動(dòng)，而不是兩缸運(yùn)行時(shí)常見的100/120 Hz脈動(dòng)。不幸的是，如果考慮到50/60Hz頻率范圍內(nèi)的壓縮機(jī)（冷凝裝置耦合不足），可能會(huì)發(fā)生不希望的聲音或振動(dòng)?？照{(diào)系統(tǒng)包括制冷和制熱功能，并在該裝置中安裝了氣缸分離壓縮機(jī)。冷凝裝置包括一個(gè)三層盤管和一個(gè)葉片風(fēng)扇，并具有低剖面幾何形狀，可安裝在建筑物的側(cè)面。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置中，該裝置產(chǎn)生難以讓人接受的聲音和振動(dòng)，特別是在單缸模式下運(yùn)行時(shí)。由于安裝配置，外置壓縮機(jī)的聲音和振動(dòng)都會(huì)侵入建筑物的生活空間。在壓縮機(jī)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的結(jié)果揭示了48Hz頻率時(shí)會(huì)發(fā)生共振。當(dāng)由單缸50Hz脈動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生了在整個(gè)周圍結(jié)構(gòu)中傳播的高水平振動(dòng)。與諧振有關(guān)的模態(tài)可以通過柜體的頂部和壓縮機(jī)側(cè)面板的位移來描述。

3 流體脈動(dòng)產(chǎn)生噪聲的解決思路

認(rèn)識(shí)到上述規(guī)律，可以通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制邏輯來優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行，以消除或減弱由流體脈動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲。

3.1膨脹閥合理控制有利于消除低頻噪聲

電子膨脹閥由于其流量調(diào)節(jié)的快速性和準(zhǔn)確性，被廣泛用作變頻空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)流裝置。一般來說，為了節(jié)約更多的能量，電子膨脹閥的開度隨著變頻器工作頻率的上升和下降而增大或減小。如果壓縮機(jī)頻率先增加，電子膨脹閥移動(dòng)，那么根據(jù)以往的理論，空調(diào)壓縮機(jī)的壓縮比增加得更快，并且在節(jié)流閥處會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)壓縮波，從而導(dǎo)致低頻噪聲或尖叫聲。在室內(nèi)機(jī)中，如果電子膨脹閥先移動(dòng)，則不會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。因此，需要注意電子膨脹閥的控制邏輯設(shè)計(jì)：如果壓縮機(jī)需要增加頻率，首先要打開大的電子膨脹閥，壓縮機(jī)的頻率會(huì)降低，電子膨脹也會(huì)變小。當(dāng)壓縮機(jī)需要減少時(shí)，首先降低閥。這種控制邏輯是在“避免空調(diào)系統(tǒng)的過壓縮比，防止系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)壓縮波”的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。

3.2 在電子膨脹閥節(jié)流前增加毛細(xì)管

系統(tǒng)在高壓縮比下容易產(chǎn)生噪聲。為了解決這個(gè)問題，可以在電子膨脹閥中加入小毛細(xì)管，然后將制冷劑節(jié)流2次以實(shí)現(xiàn)低壓。這樣就避免了空調(diào)制冷劑對(duì)節(jié)氣門的影響，在電子膨脹閥前后壓縮比減小，振動(dòng)和噪聲會(huì)明顯改善。

3.3采用抗性消聲器

為了減少壓縮機(jī)排放下游管道中的動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)，研究了各種在線消聲器設(shè)計(jì)。搜索可用的制冷劑消聲器不會(huì)產(chǎn)生對(duì)50Hz脈動(dòng)頻率有效的現(xiàn)成消聲器。宣稱解決低頻脈動(dòng)的消聲器通過窒息流動(dòng)來犧牲系統(tǒng)性能。因此，設(shè)計(jì)并制造了具有足夠容量以衰減50Hz脈沖的反應(yīng)消聲器。然后將消聲器安裝在壓縮機(jī)和換向閥之間冷凝單元的位置。消聲器用于將峰峰值壓力脈動(dòng)降低至原始水平的一半。盡管消聲器減少了制冷劑管中的壓力脈動(dòng)，但是在單缸操作期間，壓縮機(jī)繼續(xù)傳遞結(jié)構(gòu)振動(dòng)。

3.4縮短換熱器流路的長(zhǎng)度

制冷劑壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度與其的流速有關(guān)，這是由于產(chǎn)生的瞬時(shí)壓強(qiáng)Δp隨著流速越小而減小。在一些情況下，為了減弱因流體脈動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，可以嘗試采用減少分支流路的長(zhǎng)度的方案，即增加換熱器分路數(shù)。通過改變制冷劑在管路中的流體脈動(dòng)頻率，避開管路本身的固有頻率以及壓縮機(jī)產(chǎn)生的激發(fā)頻率，從而避免發(fā)生共振。

4 結(jié)論

室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生低頻氣流噪聲的原因是制冷劑在節(jié)流裝置后產(chǎn)生較強(qiáng)的壓縮波。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了能夠有效解決制冷劑脈動(dòng)產(chǎn)生噪聲的方法，通過控制電子膨脹閥的作用，增加毛細(xì)管的節(jié)流，增加消聲器，改善系統(tǒng)的流動(dòng)路徑來降低和抑制噪聲。

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作者簡(jiǎn)介

劉濤（1988.10）；性別：男；民族：漢；籍貫：湖北荊州人；學(xué)歷：碩士，畢業(yè)于華中科技大學(xué)；現(xiàn)有職稱：無；研究方向：熱能與動(dòng)力工程。

（作者單位：TCL德龍家用電器（中山公司））