風管式空調內機水泵噪音產生機理分析與優化

莊子寶，吳彥東，龍旦風，劉喜岳

（廣東美的暖通設備有限公司，廣東佛山，528311）

風管式空調內機水泵噪音產生機理分析與優化

莊子寶，吳彥東，龍旦風，劉喜岳

（廣東美的暖通設備有限公司，廣東佛山，528311）

風管式空調水泵噪音主要是100Hz電磁噪音，是由水泵電機振動通過水泵支架傳遞到外殼鈑金并通過外殼鈑金向外輻射產生的。根據噪音產生的機理及目前水泵結構缺陷分析結果，優化設計一種新的水泵隔振膠墊，有效降低了水泵噪音。

風管式空調；水泵噪音；噪音源定位；噪音輻射；隔振膠墊

0 前言

隨著人們生活水平的日益提高，對生活環境的舒適性的要求也越來越高。空調內機噪音作為空調舒適性的一個重要指標，被越來越多的用戶關注[1]。排水泵作為風管式空調重要運動部件，其結構設計優良直接影響空調噪音數值及音質。本文針對我司風管式空調水泵噪音大、音質差問題。通過實驗測試空調各個結構部件固有頻率及振動噪音特性，從本質上分析了水泵噪音產生的機理，并根據分析結果設計一種新的隔振膠墊結構用于空調水泵隔振，成功的降低了水泵噪音。

1 水泵噪音機理分析

1.1 水泵噪音源定位

試驗通過BK采集風管機正下方0.2m、出風口正前方0.2m處單開水泵時的噪音數據，具體采集方式。FFT、CPB頻譜如下圖1。

圖1 機器正下方0.2m噪音頻譜

通過頻譜分析可以看出，水泵整體噪音為30.3dB（A），而100Hz處的噪音28.1dB（A），可以判定100Hz的噪音為水泵輻射噪音的主要噪音頻段。另外從FFT線性譜上看100Hz為單頻噪音，與水泵電機2倍電磁諧波頻率吻合，因此可以判定產生水泵噪音主要為水泵電機的電磁噪音引起的。

1.2 水泵噪音傳遞路徑分析

由上述分析，水泵電機電磁噪音是主要噪音源。鑒于水泵的安裝結構可以判斷水泵電機電磁噪音傳播路徑主要有兩種。

(1)噪音輻射即水泵電機的電磁噪音透過結構件在空氣中傳播。

(2)振動輻射即水泵電機電磁振動通過結構件向外輻射振動噪音。

1.2.1 水泵單體振動噪音測試分析

實驗隨機挑選5個樣品進行振動、噪音測試。測試過程中防止安裝約束對水泵振動噪音產生影響，故采用懸掛的方式采集水泵單體的振動噪音。

表1 振動噪音數據

通過表1分析，水泵電機本身的噪音很小，當聲波透過結構件能量一定會衰減，向外輻射的噪音值應該小于噪音源的噪音值[2]。而實際在整機測試過程中，單開水泵噪音也有30.3dB（A），遠大于水泵單體噪音，因此可以判定水泵電磁噪音透過結構件向外輻射不是產生整機噪音大的主要因素。

1.2.2 水泵對整機結構振動、噪音分析

實驗根據水泵在空調內機裝配關系，從水泵到外鈑金傳遞路徑上分別測試了結構件上的振動數據及固頻。

表2 鈑金件固頻表

表3 空調結構件100Hz振動數據

如表2 所示，水泵支架在100Hz附近沒有相應固有頻率不會引起共振。雖然水泵與支架不會產生共振。但水泵振動會以強迫振動形式通過支架向外鈑金傳遞。當水泵電機的振動傳遞到鈑金件上，引起鈑金強烈的受迫振動而輻射噪音。由輻射聲功率與輻射面積成正比，同樣的振動，輻射面積越大噪音也越大。目前風管式空調外殼鈑金多是大面積的薄板結構，具有剛度小，靈敏度大的特點，即使振動不大傳遞到鈑金上依然可以輻射出較大噪音。另外空調的左側鈑金和尾板存在與100Hz相近的固頻，會產生局部共振使振動放大，會加大向外輻射噪音能量，產生更大的噪音。

如表3振動數據所示，水泵電機振動通過支架向外傳遞過程中振動沒有得到有效衰減，水泵上振動幾乎1:1傳遞到外殼鈑金上。在左側板與后尾板由于共振原因，振動被放大5倍。因此通過上述分析可以判定水泵電機電磁振動通過結構件向外輻射振動噪音是造成水泵噪音大的主要因素。

通過上述分析，整機水泵噪音主要是水泵電機100Hz電磁噪音，其傳播方式為電機振動以強迫振動形式通過支架傳遞到鈑金上，并通過鈑金面向外輻射噪音。局部鈑金結構存在共振現象，造成鈑金向外輻射噪音增大，進而造成水泵噪音增大。

2 水泵噪音優化

水泵噪音是水泵振動傳遞到外殼鈑金上輻射出的噪音。控制手段有可以從三個方面進行。（1）降低激勵源振動即降低水泵電機振動。（2）從傳遞路徑上衰減振動向外傳遞。（3）降低末端相應度即降低外殼鈑金的響應。降低電機振動可以通過優化電機電磁場、電機加工工藝等手段進行。在傳遞路徑上衰減振動可以通過增加隔震器、阻尼器等進行隔振、減振措施[3]。降低外殼鈑金響應度可以通過增加外鈑金剛度如加筋、增加鈑金厚度等，也可以采用阻尼膠降低鈑金響應系數。然而對于空調而言方案1、方案3可能會涉及更多的模具、工藝變更造成成本增加，不易實施。本文重點介紹一種從傳遞路徑上降低振動方案，其涉及變更的項目較少且成本增加不多降噪效果好。

2.1 隔振膠墊結構設計

目前產品排水泵雖然采用橡膠墊進行隔振，但由于安裝方式、隔振膠墊結構、硬度等因素設計不合理。沒有達到較好隔振效果。因此設計合理的隔振膠墊結構、硬度和材質直接影響排水泵振動噪聲傳遞及噪聲的放大。

根據目前產品存在問題優化設計一款新的隔振膠墊，新隔振膠墊結構為中間開槽柱狀結構，配合使用限位螺栓連接。實現了水泵上、下支架柔性連接，保證膠墊安裝后不會被壓縮變形。從而使膠墊發揮出最大的隔振效果。

2.2 隔振膠墊的硬度設計

橡膠的硬度也是影響膠墊隔振效果的另一個重要因素。試驗過程中在使用圖9結構的基礎上測試不同硬度（邵氏硬度）的膠墊，數據如表4。

表4 不同硬度膠墊機器正下方0.2m噪音測試數據

從試驗數據中可以看出，隨著橡膠墊硬度增大，其隔振能力降低[4]。因此選擇硬度小的膠墊更有利于水泵隔振。鑒于供應商技術、工藝水平，目前新設計的水泵膠墊硬度選擇35±5邵氏硬度。

2.3 隔振膠墊材質的設計

由于橡膠件易老化，若橡膠老化嚴重，硬度會大幅增加，嚴重影響其隔振的效果。設計時參考橡膠手冊關于橡膠老化性、水泵使用環境等因素最終選用耐候性能較好的三元乙丙橡膠[5]。

3 優化方案的成果

為驗證優化方案的效果，在1匹的風管機上同時測試了優化前后單開水泵的噪音、振動。測試優化前、優化后的水泵組件噪音，頻譜如下圖2。

圖2 優化前、后水泵組件噪音頻譜

鈑金振動數據如表5。

表5 優化后空調結構件100Hz振動數據

前面板0.051 0.063 0.015左側板0.152 0.137 0.107尾板0.132 0.24 0.136

如表4、圖10所示優化后的水泵組件傳遞到鈑金上100HZ的振動有明顯的衰減。從噪音測試結果可以看出100HZ處的噪音值從28.1dB（A）降低到16.3 dB（A），降低了11.8 dB（A）；0.2m處整體噪音值降低5.5 dB（A），異常音改善明顯，測試現場近距離監聽機器單開水泵噪音，已經無明顯的嗡嗡聲。

4 結論

水泵噪音問題主要是100Hz水泵電機電磁噪音引起的。電磁噪音是水泵電機振動通過水泵支架傳遞到外殼鈑金并通過外殼鈑金向外輻射產生的。

風管式空調水泵電磁噪音控制手段有可以從三個方面進行：

（1）降低激勵源振動及降低水泵電機振動。

（2）從傳遞路徑上衰減振動向外傳遞。

（3）降低末端相應度即降低外殼鈑金的響應。

參考分析結果、空調生產工藝、成本控制要求，本文優化設計一種新的水泵隔振橡膠墊，有效的降低現有水泵噪音。

[1] 黃其柏.工程噪聲控制學[M].武漢:華中理工大學出版社,1999.

[2] 馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京:機械工業出版社,2002.

[3] 項端祈.空調系統消聲與隔振設計[M].北京:機械工業出版社,2005.

[4]Stallings R L, Wilcox F J. Experimental cavity pressure distributions at supersonic speeds[R].USA:NASA Tech Pap, 1987:165-162

[5] 呂百齡.橡膠實用手冊[M].北京:化學工業出版社,1999.

Mechanism Analysis and Optimization of Noise Caused byWaterPumpofDuct Indoor Unit of Air Conditioner

Zhuang Zibao, Wu Yandong, Long Danfeng, Liu Xiyue
(GD Midea Heating & Ventilating Equipment Co., LTD, Foshan Guangdong, 528311)

The noise caused by water pump withinduct indoor unit of air conditioner is mainly 100 Hz electromagnetic type, which originates from the motor vibration and then transfer to the sheet metal of the cabinet through bump support and radiated by the sheet metal. Basis on the analysis of the noise generation mechanism and the drawbacks of the present bump structure, a new type of rubber vibration-isolation pad is designed, and in consequence the noise is reduced effectively.

duct air conditioner;water-bump noise;noise source identification;noise radiation;rubber vibration-isolation pad