消音器在冰箱降噪中的研究

陳澎鈺 江俊

（美的制冷集團冰箱事業部研發中心 安徽合肥 230000）

消音器在冰箱降噪中的研究

陳澎鈺 江俊

（美的制冷集團冰箱事業部研發中心 安徽合肥 230000）

冰箱系統中冷媒高速流動產生的氣動噪聲是主要噪聲源之一。本文通過對某款冰箱進行測試、分析，并采用理論計算和仿真分析手段提出增加消音器的降噪方案。經試驗驗證，取得了明顯的降噪效果。

冰箱；冷媒噪音；消音器

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，產品噪音水平逐漸成為客戶關注的重點之一，是衡量產品品質的重要指標。冰箱噪音主要包括壓縮機噪音、風機噪音、冷媒噪音及振動輻射噪音等。由于存在冷媒流動速度高，壓力大及制冷系統結構限制較多等特點，所以冷媒噪音改善難度相對較大，成為制約整機噪音改善的瓶頸之一。本文將研究如何在不影響制冷系統性能前提下降低冷媒噪音。

2 噪音頻譜特性分析

根據聲學理論可知，任何噪音都是伴隨某種振動產生。對于冰箱制冷系統來說，冷媒在制冷系統中的流速高、紊流現象嚴重，其所產生的壓力脈動是產生冷媒噪音的主要原因。由于冷媒在制冷系統中的脈動壓力會沖擊管路，激發管壁振動，向外輻射噪音。因此為了了解冷媒噪音的頻率特性，及冷媒壓力脈動頻譜特性，在冰箱機械室管路附件布置傳聲器，進行噪音測試。傳聲器位置示意圖如圖1。

實測頻譜如圖2、圖3所示。從實測頻譜可以看出，該機型在300Hz～400Hz左右低頻段、800Hz～1kHz左右中低頻段和3kHz～4kHz左右高頻段噪音相對較高，而該測點處300Hz～400Hz左右低頻段噪音主要為壓縮機噪音和結構件振動輻射噪音，所以冷媒音降噪目標頻段設定為800Hz～1kHz左右中低頻段和3kHz～4kHz左右高頻段。

3 消音器的設計

消音器根據其原理、形式、規格、材料及用途的不同可分為不同種類，常見的各種消音器可分為阻性、抗性、復合式和排氣放空式四種類型。其中抗性消音器是通過管道內聲學特性的突變處將部分聲波反射回聲源方向，以實現消音目的。

針對冰箱系統結構特點及冷媒噪音特性，考慮在排氣管路上增加擴張式消音器進行改善。擴張式消音器消音量可按下式計算：

L——擴張腔長度（m）。

由（1）式可見，消音量ΔL與sin（kl）值有關，而sin（kl）是頻率的周期性函數，因此擴張式消音器的消音量也將隨頻率而周期性的變化。

相對于消音量最大值的頻率稱為峰值頻率。

可見擴張式消音器具有很強的頻率選擇性，設計消音器應使消音器的峰值頻率與所消除噪音的目標頻率相一致，以實現最佳消音效果。

本文中消音器設計流程為：（1）依據系統管路直徑和安裝空間大小，對消音結構尺寸進行初步設計；（2）計算設計方案傳遞損失；（3）根據目標頻率對設計方案進行修改；（4）核算修改方案傳遞損失；（5）必要時重復2、3步驟，直至滿足設計要求。

消音器傳遞損失計算采用聲學有限元方法進行仿真計算。該方法主要基于以下基本物理方程：

聲波的連續性方程：

聲學運動方程：

聲波的物態方程：

式中： ―拉格朗日算子

將式（3）、（4）、（5）的高階量去掉后按傅里葉變換分解為頻域，得到Helmholtz方程為：

式中：ω——聲波角頻率；ω=2πf；f——聲波頻率。

通過定義邊界條件并求解Helmholtz方程，即可得到消聲器的聲場分布。再通過進出口聲壓計算消音器的傳遞損失。

本次所設計消音器的目標頻率根據噪音頻譜分析結果設定為800Hz～1kHz左右中低頻段和3kHz～4kHz左右高頻段。經過數次方案修改，最終設計方案傳遞損失計算結果如圖6所示。該方案在1kHz、3.5kHz左右頻段消音量較大，同時結構尺寸滿足裝配要求，符合設計要求。

表1 對比試驗結果

圖1 傳聲器位置示意圖

圖2 實測噪音FFT頻譜

4 實驗驗證

按照設計方案試制樣件并在冰箱系統中進行對比驗證，試驗結果如表1所示。增加消音器方案測點位置噪音改善1.2dB左右，降噪效果明顯。

同時對兩方案噪音頻譜進行對比分析，結果如圖7所示。增加消音器后在630Hz～1kHz、3.15kHz～4kHz頻段噪音降幅較大，個別頻段噪音降幅達8dB左右。實際消音頻段與設計目標消音頻率基本吻合。

5 結論

本文通過對某款冰箱噪音進行測試、分析，得出冷媒噪音相對較大的頻段范圍，并針對該頻段噪音設計消音器，經試驗驗證取得良好的降噪效果，證明擴張式消音器對消除冰箱冷媒噪音具有一定效果，可采用該方法對冰箱冷媒噪音進行改善。

圖3 實測噪音CPB頻譜

圖4 消音器結構示意圖

圖5 消音器計算模型

圖6 傳遞損失曲線

圖7 CPB頻譜分析

[1]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊.機械工業出版社，2002

[2]王軍，毛開智，張海峰，袁浩.家用變頻空調內機異常音的研究和消除.中國家電大會論文集，2013

[3]李增剛，詹福良.聲學仿真高級應用實例.國防工業出版社，2010

The muffler research in reducing the noise of refrigerator

CHEN Pengyu JIANG Jun
(Refrigeration Division, Midea Group Hefei 230000)

The aerodynamic noise issuing from high-speed refrigerant in the system was one of the major refrigerator noise. The article offer a reducing noise method of increasing a muffler by testing, analysis, and theoretical simulation analysis. The program achieved significant effect according to the test.

Refrigerator; Refrigerant noise; Muffler