壓縮機噪聲振動與空調外機噪聲關系分析

時間：2015-06-02 12:14:13 來源：中國百科網文庫 點擊量：645

摘要：作為空調外機的主要噪聲振動源之一,壓縮機對于外機噪聲的影響至關重要。但由于受到隔聲處理、壓縮機振動誘發結構噪聲以及其它重要噪聲源等諸多因素的影響,導致壓縮機噪聲振動與空調外機噪聲之間的關系復雜化。通過理論與實驗分析,對某型直流變頻空調外機噪聲與壓縮機單體噪聲振動進行了研究。結果表明:壓縮機噪聲與空調外機噪聲之間不是簡單的線性關系,壓縮機噪聲的大幅度降低并不意味著空調外機噪聲的大幅度降低,壓縮機的振動以及低頻的噪聲對于空調外機噪聲的影響明顯,需要引起關注。
關鍵詞：聲學;空調外機;壓縮機;噪聲;振動

對于單體壓機的噪聲研究工作,高校及業內各大廠商都在積極開展并取得了一些卓有成效的成果,但對于單體壓機噪聲振動與空調外機噪聲關系的特性如何,卻缺少關注和研究。由于鈑金、隔聲棉等可以對壓縮機進行隔聲,壓縮機振動又會激發管路、鈑金等的振動從而輻射噪聲以及外機風扇等其它噪聲源的存在使得該問題變得復雜化。本文以某型直流變頻空調為例,采用理論分析與實驗相結合的方法,對壓機振動噪聲對空調外機噪聲的影響進行了分析,得出了有益的結論,為壓縮機的噪聲振動研究提供了一個新的思路和方向。

1空調外機噪聲振動源及傳遞路徑分析

通常情況下,壓縮機、風扇及電機是空調外機的主要噪聲振動源,一方面它們本身工作時產生噪聲,并通過一定的途徑傳遞開來,另一方面,它們工作時產生的振動又會激發其它零部件如管路、電機支架、外殼等產生機械振動,并向外輻射噪聲,見圖1所示,可以看出,壓縮機噪聲對于空調外機噪聲的貢獻。

圖1 空調外機噪聲振動源及傳遞路徑示意圖

大小不僅受到風扇及風扇電機等因素的影響,而且由于外機管路、殼體等薄壁零件固有頻率較低,很容易被壓縮機的振動激發產生振動輻射噪聲,殼體又具有大的聲輻射面積,因此壓縮機振動對于空調外機噪聲的影響不容忽視。

2外機整機、風扇與壓縮機單體噪聲關系分析

本次試驗壓縮機單體和空調外機噪聲測試分別按相應的測試標準,其中壓縮機測試為聲功率級,控制方式為與外機相同的180°正弦波控制,外機測試為標準制熱時的聲壓級,壓縮機運轉頻率高中低分別為75、60、30Hz,風機轉速850 r /min恒定,測試結果如圖2所示,可以看出,隨著運轉頻率的不斷降低,壓機單體噪聲和空調噪聲有效值均有不同程度的降低,但它們之間并不是簡單的線性關系,當運轉頻率從高降為中時,壓縮機單體噪聲降低2. 4dB (A) ,而整機噪聲卻只有0. 7dB (A)的降低,當運轉頻率從中降為低時,壓縮機單體噪聲大幅度降低達9. 3dB (A) ,而整機噪聲卻只有1. 8dB (A)的降低。

圖2 外機、風扇、壓縮機單體噪聲有效值對比

從理論計算分析造成這種現象的原因,首先假設外機只有外機風扇(含電機)和壓縮機兩個主要噪聲源,且外機總聲壓級為L,其中由風扇貢獻的聲壓級為L1 ,由壓縮機貢獻的聲壓級為L2 , 通常情況下這兩個噪聲源是不相干涉的聲波, 符合能量疊加法則,因此有

由于L 及L1均可以通過試驗準確測定, 通過式( 1)可以估算出L2的大小(L2的準確測定由于停掉外機風扇后壓縮機負荷的變化有一定的困難) , L2計算結果與L 及L1對比如圖3所示,可以看出,當壓縮機在高運轉頻率下,它的噪聲貢獻量與風扇相當,約53.2dB (A ) ,這時整機噪聲有效值高出風扇噪聲約3.2dB (A ) ,當壓縮機以中運轉頻率運行, 它的噪聲貢獻量略低于風扇約1. 1dB (A ) ,整機噪聲略有降低,仍高出風扇噪聲約2. 5 dB (A ) , 當壓縮機以低運轉頻率運行時, 它的噪聲貢獻量大幅度下降, 低于風扇約7. 6dB (A ) , 這時整機噪聲僅高出風扇噪聲0.7dB (A ) ,也就是說, 造成壓縮機噪聲與空調外機噪聲有效值之間的非線性關系的根本原因在于壓機噪聲與風扇噪聲貢獻量大小的差距在變化, 可以預測,隨著壓縮機噪聲的進一步降低, 整機噪聲將不斷接近風扇噪聲, 但不可能低于風扇噪聲, 這時只有降低風扇噪聲,整機噪聲才有可能得到進一步的改善。因此,壓縮機噪聲對空調外機噪聲有效值的影響大小受到其它噪聲源, 尤其是風扇噪聲大小的制約,當風扇噪聲較高時, 壓縮機噪聲的降低對于空調外機噪聲的改善效果不明顯, 當風扇噪聲較低時,壓縮機噪聲的降低通常情況下可以有效地降低空調外機的噪聲。

圖3風扇、壓縮機噪聲貢獻量與外機有效值對比

3 外機整機、風扇與壓縮機單體噪聲頻譜特性分析

從前面的分析可以看出, 壓縮機對于外機噪聲的影響除了受到風扇噪聲源的制約之外, 隔聲棉、外殼等對壓縮機起到的一定程度的隔聲以及壓縮機的振動激發其它零部件產生的機械振動輻射的噪聲,同樣可能使得外機噪聲的有效值及音質發生變化,由于隔聲效果有一定的頻率特性, 因此有必要對外機整機、風扇及壓縮機單體的噪聲頻譜特性作進一步的分析。為方便起見下面只詳細闡述60Hz運轉頻率下的噪聲頻譜特性,其它運轉頻率下的變化趨勢與此類似。圖4、5、6分別為風扇、外機及壓縮機單體噪聲頻譜圖,可以看出,風扇噪聲能量主要集中在125 - 1600Hz,外機噪聲能量主要集中在200 - 1250Hz, 而壓縮機噪聲能量主要集中在800 - 6300Hz,也就是說,空調外機噪聲與風扇噪聲頻譜類似,主要能量均集中在中低頻段,而單體壓機與外機噪聲的頻譜相差很大,主要能量集中在中高頻段,可以初步判斷外機的隔聲棉、外殼對單體壓機的高頻噪聲起到了較好的隔聲作用,為了驗證該結論的正確性,將外機的隔聲棉、部分外殼取掉,使得壓機的噪聲可以直接輻射出來而沒有被隔離,重新測試外機的噪聲并與原噪聲頻譜進行對比,如圖7所示,其中綠色寬柱為隔聲前,粉紅窄柱為隔聲后,可以看出,噪聲有效值隔聲前為59. 2dB (A) ,隔聲后為55. 3dB (A) ,隔聲確實取得了約4 dB (A)的良好效果,并且中高頻段( > 800Hz)隔聲效果很好,這與前面的分析及試驗結果吻合,而低頻段( 63 -630Hz)不降反升,分析一方面低頻段的噪聲隔聲效果不理想,另一方面由于外機外殼屬薄壁結構,固有頻率較低,很容易被壓機振動激發低頻振動并輻射低頻噪聲,圖8為底盤振動頻譜,可以看出,外機底盤振動能量主要集中在低頻段。因此,雖然低頻段的噪聲和振動對單體壓縮機噪聲的有效值影響不大,但對于壓縮機在空調外機內的表現如何,就顯得尤為重要,需要引起關注。

4 結語

本文采用理論、實驗相結合的方法,對壓縮機噪聲振動與空調外機噪聲之間的關系進行了詳細的分析,得出以下幾點結論:

(1) 壓縮機噪聲與空調外機噪聲之間不是簡單的線性關系,壓縮機噪聲值的大幅度降低并不意味著空調外機噪聲的大幅度降低,外機噪聲降低的幅度受到風扇噪聲大小的制約;
(2) 空調外機對于壓縮機的中高頻段噪聲隔聲效果較好;
(3) 壓縮機的低頻噪聲及振動雖然對單體壓縮機噪聲影響不大,但對于空調外機噪聲的影響明顯,需要引起關注。

參考文獻:
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