凈水機運行噪聲的改善研究

蔣勇剛 馬富春 賀雷

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

清澈干凈的水、清潔的空氣在我國的許多地區已經成為生活的奢侈品[1]。隨著人們對環境問題的認識不斷加深和對身體健康的重視程度的提升，凈水機和空氣凈化器被越來越多的人所關注。同時，由于我國大多數自來水廠的常規水處理工藝尚不能滿足不同人群對飲水質量安全的需求[2]，家庭凈水器的使用逐漸得到普及。與此同時，凈水器的工作噪聲問題也引起越來越多消費者的關注。

本文選取市場上價位相近的A、B、C品牌凈水機，使用Brüel&Kj?r的3050-A-060型噪聲振動分析系統進行噪聲測試，使用LINI-T的UTD2102CEX型示波器測量電流波形，使用YTP-100BF壓力表測試管路壓力用于凈水機的噪聲分析。

2 實驗結果

2.1 行業凈水機噪聲對比

凈水機在沖洗及制水時均會產生較明顯的噪聲。針對選取的A、B和C品牌全新凈水機，分別測量其沖洗和制水時的噪聲值，測量數值如表1所示。

由表1測試數據可以看出，凈水機制水狀態噪聲值比沖洗狀態下噪聲值大，且音質體驗較差。A和B凈水機噪聲值大小接近，均小于C凈水機。但B凈水機音質體驗較差，存在殼體振動嚴重的現象。沖洗和制水狀態的噪聲差別主要是由于沖洗時RO膜前壓力小，水泵功率小。而制水狀態下RO膜前阻力大，水泵功率大。

2.2 新舊濾芯噪聲對比

對A公司的凈水機，選取使用1年的舊濾芯進行噪聲測量，用來判斷濾芯使用情況對凈水機噪聲的影響，測量數據如表2所示。

由表2測量數據可以看出，濾芯長時間使用出現臟污以后，凈水機噪音狀況會惡化，一般比新濾芯高出約3～4 dB。分析為濾芯臟污后進水量減小，穩壓泵腔體內存在空氣導致噪音值大。

3 討論分析

3.1 凈水機噪聲來源

通過對凈水機結構及運行原理的排查分析[3]，凈水機產生噪聲的原因主要有兩方面：

（1）電磁閥異響：泵內困氣異常時會導致抽吸不連續，使得與泵相鄰的電磁閥，受到泵不連續抽吸而產生的壓力波動影響，進而產生異響。電磁閥異響問題具有一定的概率性，在濾芯臟堵或者斷水后重新來水的情況下更容易出現。此問題可以通過在電磁閥與穩壓泵之間增加PP綿濾芯解決，PP棉濾芯可以有效抵消水壓的波動，使電磁閥不會產生異響現象。

（2）穩壓泵噪音：凈水機噪聲的另一來源主要為穩壓泵本身的噪音。大流量凈水機膜前壓力較大，穩壓泵電機運行負載也較大，產生的噪聲也相應比較大，小流量凈水機穩壓泵電機運行則無明顯噪聲。

3.2 凈水機噪聲優化措施

3.2.1 沖洗程序優化

針對夜間用水量少但頻繁沖洗的問題，A公司凈水機新產品將自然6h沖洗一次更改為待機24h沖洗一次（注：每次取水或手動選擇沖洗模式后，沖洗系統會自動重置，重新計算24h），也就是說，只有在24h都沒取水的情況下才會出現沖洗。這樣既能大大減少夜間沖洗運行帶來的噪聲影響，又能保證RO膜的質量。

3.2.2 電磁閥噪聲整改

針對電磁閥異響問題，可對電磁閥位置進行調整，用濾芯將電磁閥和穩壓泵隔開。對于電磁閥的位置，通過實驗驗證選取出既能保證消除異響，又能確保電磁閥不會出現臟堵的最優位置。

3.2.3 穩壓泵噪聲整改

針對穩壓泵噪聲問題，可對大流量穩壓泵采取隔音措施，如增加隔音棉、減震結構等。

（1）增加隔音棉：如圖1所示，在凈水機結構中給出足夠的安裝隔音和吸音片材的空間，使用各片材的復合來組成需要的隔音材質。常用的隔音片材有氯化丁基橡膠、TS橡塑、NT棉氈及聚酯（PET）纖維氈片材等，實際生產時需根據其隔音特性進行組合使用。

（2）增加減震結構：穩壓泵由豎直安裝形式調整為水平安裝形式，并進行雙層減震結構設計，類似圖2結構，能有效降低整機的震動。

3.3 異響智能檢測

系統內部存在空氣導致噪聲的問題，通過監測穩壓泵工作電流波形，發現系統進空氣之后電流波形會出現明顯畸變，按下沖洗按鍵進行沖洗后波形和噪聲都恢復正常。目前許多凈水機產品中均設計有上電沖洗、累積流量沖洗和累積時間沖洗等形式，如果在系統存在空氣的情況下能夠實現智能檢測并自動進行沖洗，則可以有效解決該問題。智能檢測異響作為新的研究課題，初步研究出通過監控穩壓泵電流波形和泵前壓力變化來自動判斷系統吸入空氣并自動進行沖洗排出。研究方向主要有以下兩點：

（1）電流差值檢測控制：根據圖3實測的3種狀態下電流的差值或平均值，明顯可以看出，在不同狀態下穩壓泵電流存在較為明顯的變化。因此后續在電路板上增加電流檢測功能，通過檢測不同電流差值或平均值來判斷系統是否發生異響，當出現異響時，啟動沖洗，消除異響現象。

（2）壓差檢測控制：測試發現正常工況下壓力值穩定，異響工況下，壓力值波動在0.05Mpa左右。可在穩壓泵進水口和電磁閥支路上增加1個壓力傳感器，如圖4所示。通過對壓力值的檢測，判斷系統中是否出現異響的情況，進而控制系統自動進行沖洗排除。

圖1 凈水機中增加隔音棉的位置

圖2 一種穩壓泵減震結構

圖3 正常制水(a)、沖洗(b)、異響(c)狀態下的電流波形

圖4 壓力傳感器位置圖示

表1 A、B和C凈水機噪聲測試結果

表2 A公司新舊濾芯的噪聲測試結果

4 結論

通過對比市場上主流凈水機的噪聲，及對A公司凈水機新舊濾芯的噪聲分析，得出凈水機的噪聲主要由凈水機電磁閥異響和穩壓泵電機異響兩部分組成，斷水后重新來水及濾芯臟堵進水量減少時，造成系統內部有空氣是引起電磁閥異響的根本原因。通過優化凈水機的自動沖洗程序、增加隔音棉或隔音結構都是有效減小凈水機噪聲的途徑，同時，對凈水機控制系統的電流差值和電壓差的智能檢測，使凈水機準確判斷出系統內部是否存在空氣，并執行沖洗動作，對凈水機產品的設計開發具有一定的借鑒意義。

[1] 2014年3月及第一季度京津冀、長三角、珠三角區域及直轄市、省會城市和計劃單列市. 空氣質量報告, 中國環境監測總站, 2014.4.5.

[2] 陳明吉. 城市供水管網水質二次污染與防治對策[J]. 凈水技術, 2008, 27(5):5-9.

[3] 王重, 周彬. 雙RO膜凈水機原理及應用[J]. 2016年中國家用電器技術大會, 2016, 847-849.