淺論空調系統制冷劑壓力脈動產生的噪聲分析

摘 要：從分析空調制冷劑系統氣流脈動產生的周期性壓力出發，從理論和實驗兩個方面闡述了空調系統制冷劑壓力脈動的根本原因，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。

關鍵詞：空調；壓縮機；壓力脈動；噪聲；壓縮波

引言

對于住宅空調空調系統而言，低噪音操作是日益重要的設計要求。人們生活質量的提高，使空調的生產量和普及量越來越高，空調系統的噪聲控制也越來越重要。此外，冷凝裝置是房屋AC-HP系統中的主要噪聲源。冷凝裝置通常暴露在屋外，產生的噪聲會對鄰居的生活產生影響。在城市環境和其他的生活環境中，冷凝機組產生的過量噪音已成為社區問題。典型的住宅冷凝機組由一組冷凝器盤管，金屬板柜和機架，底盤，風扇和制冷壓縮機組成。因為壓縮機供應制冷劑流體動力以驅動其在制冷回路中運動。在選取可能造成噪聲的系統變量并將其作為單獨來源進行噪音評估時，通常將壓縮機從冷凝裝置中取出，使用遠程噪聲計進行操作。使用獨立于壓縮機的聲音和壓縮機振動的數據來進行壓縮機噪聲量化的方法完全忽略了系統交互。沒有考慮到冷凝裝置將放大或衰減壓縮機產生的聲音和振動。因此，最有效的降噪解決方案必須考慮系統交互。

1空調系統噪聲產生原理

制冷劑的壓力脈動會對空調系統產生較大的噪聲，其原因主要為，制冷劑流體為從壓縮機到冷凝單元的噪聲能量提供了兩條傳輸路徑，動態壓力脈動可以從壓縮機的排放口向下游傳播，也可以從壓縮機進氣口（吸力）的上游傳播。盡管吸入氣體中的動態壓力脈動很少表現源自于冷凝單元。另一方面，從壓縮機排出到換向閥或冷凝器盤管的制冷劑壓力脈動可能導致聲音從冷凝裝置中發出。聲壓駐波（共振）可以在壓縮機排氣下游的制冷劑中形成。駐波最有可能發生在以急轉彎終止的直管中。如果聲學共振頻率與壓縮機旋轉的諧波頻率一致，則將導致管中的高頻率動態壓力。這些高頻率動態壓力可能會導致冷凝單元發出高水平的音調。

2 基于空調結構的噪聲分析

當容量需求較小時，氣缸分離式壓縮機在較少的氣缸上運行。例如，僅在一個氣缸上運行的雙缸往復式壓縮機在低系統需求下提供更高的能源效率和用戶舒適度。這些類型的壓縮機通常安裝在具有成熟設計和現有硬件的冷凝裝置中。但是，使用這種技術的系統會產生不同的音質。單缸運行期間，壓縮機產生50/60 Hz的排氣壓力脈動，而不是兩缸運行時常見的100/120 Hz脈動。不幸的是，如果考慮到50/60Hz頻率范圍內的壓縮機（冷凝裝置耦合不足），可能會發生不希望的聲音或振動?？照{系統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。冷凝裝置包括一個三層盤管和一個葉片風扇，并具有低剖面幾何形狀，可安裝在建筑物的側面。在現場測試裝置中，該裝置產生難以讓人接受的聲音和振動，特別是在單缸模式下運行時。由于安裝配置，外置壓縮機的聲音和振動都會侵入建筑物的生活空間。在壓縮機上進行的實驗模態分析的結果揭示了48Hz頻率時會發生共振。當由單缸50Hz脈動頻率驅動時，結構共振產生了在整個周圍結構中傳播的高水平振動。與諧振有關的模態可以通過柜體的頂部和壓縮機側面板的位移來描述。

3 流體脈動產生噪聲的解決思路

認識到上述規律，可以通過優化系統設計和控制邏輯來優化系統的運行，以消除或減弱由流體脈動所產生的噪聲。

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節的快速性和準確性，被廣泛用作變頻空調系統的節流裝置。一般來說，為了節約更多的能量，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。如果壓縮機頻率先增加，電子膨脹閥移動，那么根據以往的理論，空調壓縮機的壓縮比增加得更快，并且在節流閥處會產生強壓縮波，從而導致低頻噪聲或尖叫聲。在室內機中，如果電子膨脹閥先移動，則不會發生這種現象。因此，需要注意電子膨脹閥的控制邏輯設計：如果壓縮機需要增加頻率，首先要打開大的電子膨脹閥，壓縮機的頻率會降低，電子膨脹也會變小。當壓縮機需要減少時，首先降低閥。這種控制邏輯是在“避免空調系統的過壓縮比，防止系統產生強壓縮波”的基礎上設計的。

3.2 在電子膨脹閥節流前增加毛細管

系統在高壓縮比下容易產生噪聲。為了解決這個問題，可以在電子膨脹閥中加入小毛細管，然后將制冷劑節流2次以實現低壓。這樣就避免了空調制冷劑對節氣門的影響，在電子膨脹閥前后壓縮比減小，振動和噪聲會明顯改善。

3.3采用抗性消聲器

為了減少壓縮機排放下游管道中的動態壓力脈動，研究了各種在線消聲器設計。搜索可用的制冷劑消聲器不會產生對50Hz脈動頻率有效的現成消聲器。宣稱解決低頻脈動的消聲器通過窒息流動來犧牲系統性能。因此，設計并制造了具有足夠容量以衰減50Hz脈沖的反應消聲器。然后將消聲器安裝在壓縮機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，但是在單缸操作期間，壓縮機繼續傳遞結構振動。

3.4縮短換熱器流路的長度

制冷劑壓力脈動的強度與其的流速有關，這是由于產生的瞬時壓強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產生的噪聲，可以嘗試采用減少分支流路的長度的方案，即增加換熱器分路數。通過改變制冷劑在管路中的流體脈動頻率，避開管路本身的固有頻率以及壓縮機產生的激發頻率，從而避免發生共振。

4 結論

室內空調系統產生低頻氣流噪聲的原因是制冷劑在節流裝置后產生較強的壓縮波。通過理論分析和實驗驗證，提出了能夠有效解決制冷劑脈動產生噪聲的方法，通過控制電子膨脹閥的作用，增加毛細管的節流，增加消聲器，改善系統的流動路徑來降低和抑制噪聲。

參考文獻

[1]楊智輝.冰箱毛細管流動噪聲的實驗研究[J].制冷與空調，2006，6（4）：74-76.

[2]于萍.工程流體力學[M].北京：科學出版社，2008.

[3]周新祥.噪聲控制及應用實例[ M].北京：海洋出版社，1999.

作者簡介

劉濤（1988.10）；性別：男；民族：漢；籍貫：湖北荊州人；學歷：碩士，畢業于華中科技大學；現有職稱：無；研究方向：熱能與動力工程。

（作者單位：TCL德龍家用電器（中山公司））