空調系統傳遞音解決方案的研究與分析

楊偉奇 王暉 熊碩

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

隨著人們生活質量的提升，消費者對空調的需求不再僅限于制冷量、制熱量的要求，對空調器帶來的噪音問題也越來越關注。特別是內機噪音直接影響人們的睡眠質量，所以內機音質的改善以及異常噪音的消除是噪音研究中的重點。內機異常噪音主要分為：機械噪音、電磁噪音、液流聲和氣流噪音等[1]。其中氣流噪音中的傳遞音問題是比較常見的異常噪音，多數是從外機通過冷媒、殼體及管路傳遞到室內[2]，耳感尖銳，在低風檔時尤為明顯，對內機音質影響較大。本文從理論和實驗驗證兩方面分別對空調系統傳遞音的解決方案進行研究與分析，并對相關問題提出了切實可行的解決方案，對今后空調器傳遞音的快速解決具有一定的指導作用。

2 轉子壓縮機空調系統傳遞音解決方案的研究與分析

2.1 轉子壓縮機空調系統傳遞音產生的原因

根據轉子式壓縮機的內部結構（如圖1）及工作原理：在每個工作周期內，低壓制冷劑從吸氣口進入氣缸，當冷媒被壓縮到一定的壓力后，排氣閥打開，高壓氣體排出壓縮機[3]。在轉子運轉的周期內，為了確保制冷效果，排氣閥對于打開壓力有一定的要求。所以隨著轉子的高速轉運，冷媒的排氣過程是間歇性的。此種間歇性的過程導致了排氣流速和流量的不穩定，這是排氣壓力脈動的主要原因。而對于壓縮機的吸氣側，由于吸氣壓力低、吸氣密度小，所以隨著吸氣空間的不斷變化也導致了吸氣流量的變化，最終導致吸氣脈動。

排氣脈動和吸氣脈動通過冷媒及連接管可以把壓縮機運轉過程中的機械噪音傳遞到內機，這是導致內機有傳遞音的主要原因。

2.2 空調系統在制熱運行過程中傳遞音的解決方案及分析

空調器在運行過程中，排氣壓力遠遠高于吸氣壓力。且根據轉子壓縮機的運行原理，排氣比吸氣周期性的變化更加劇烈，所以排氣脈動要比吸氣脈動更大。空調系統在制熱運行時，壓縮機排出的高溫高壓的冷媒直接通向內機，與內機蒸發器相連，排氣壓力脈動導致蒸發器內壓力周期性變化，在內機產生傳遞音。

圖1 轉子式制冷壓縮機橫截面示意圖

圖2 22K機型制熱運行噪音頻譜

圖3 22K機型在排氣管上增加消音后制熱運行噪音頻譜

圖4 空調器制冷運行原理圖

圖5 46機型制冷運行噪音頻譜

圖6 46機型增加消音器后制冷運行噪音頻譜

此時在壓縮機排氣和蒸發器之間的通路上增加消音器，通過使用抗性消音器來降低壓力脈動及噪聲水平，利用流動方向上管道的截面面積的突變，使得聲波發生反射或者干涉來解決傳遞音的問題[4]，是比較有效的解決方案。

對一款制熱低風檔存在傳遞音的機型進行頻譜分析，從圖2的頻譜圖中可以發現內機存在峰值，頻率為434 Hz，接近于壓縮機的倍頻。在排氣管上增加合適的消音器后重新進行頻譜分析如圖3，峰值消失，噪音音質得到良好改善。

2.3 空調系統在制冷運行過程中傳遞音的解決方案及分析

空調器在制冷運行時，根據圖4的運行原理圖：排氣端與冷凝器相連，經過毛細管后與內機蒸發器相連。由于蒸發器內的壓力是背壓，且毛細管內冷媒的流速達到聲速后，高壓壓力的變化對蒸發壓力無影響。所以盡管排氣壓力脈動比吸氣脈動更大，但是在制冷模式下排氣脈動由于受到毛細管的阻隔對蒸發器內的冷媒壓力影響不大，聲波傳遞路徑中斷。相反壓縮機的吸氣與蒸發器相連，吸氣脈動可以把聲波反向傳播到內機，導致內機傳遞音的產生。故在此種情況下抗性消音器位置放置在壓縮機吸氣和蒸發器之間的通路上可以有效解決異常噪音。

選取一款制冷模式下低風檔存在傳遞音的46機型進行分析。改善前頻譜如圖5所示，在408 Hz處存在峰值，峰值頻率接近于壓縮機的倍頻，確認為壓縮機運轉過程中的噪音被傳遞到了內機。對樣機進行調整，在聲波的傳遞路徑吸氣管上增加消音器后重新進行音質評估，峰值消失，噪音音質得到良好改善。對圖6所示的頻譜圖進行分析，408 Hz處的峰值消失，確認改善方案切實有效。

3 往復式壓縮機空調系統傳遞音解決方案的研究與分析

往復式壓縮機與轉子壓縮機的內部結構（如圖7）有較大差異：轉子壓縮機的吸氣腔是儲液罐，排氣腔是壓縮機缸體。而往復式壓縮機的吸氣腔是壓縮機缸體，相當于大型消音器，排氣通過內部排氣管直接連接到空調系統。這種內部結構的差異決定了兩種壓縮機系統傳遞音產生的原因是不同的。

對于往復式壓縮機而言吸氣腔足夠大，吸氣脈動較小，即使在制冷模式下也不會因為吸氣脈動導致傳遞音。而在排氣側氣缸周期性排出的高溫高壓冷媒僅經過內部消音器通過排氣管排出壓縮機，接入空調系統。排氣管在壓力高、流速快的冷媒沖擊下振動較大[5]。排氣管的振動導致外機噪音大，甚至與殼體發生共振噪音。聲波通過殼體及連接管把聲音傳遞到內機，導致內機存在高頻噪音。所以往復式壓縮機空調系統的傳遞音主要是由排氣管的振動導致的。

對于此類問題降低排氣管的振動和冷媒的流速是比較有效的方案。在壓縮機的排氣管上增加消音器可以降低冷媒的流速。以24K往復式壓縮機單冷機為例，原始機型的內機頻譜如圖8所示，從頻譜可以看出音質較差，存在1130 Hz的高頻噪音。根據頻譜進行計算，在排氣管上增加合適長度的消音器后，實際測試的頻譜如圖9所示。試聽內機傳遞音問題解決，同時外機噪音也得到了改善。從頻譜來看：高頻噪音大幅降低；低頻噪音雖然略有增大，但是有效值與峰值差值較大，低頻噪音的增幅在可接受的范圍內。

4 結論

空調系統內機音質的好壞直接影響消費者對產品的評價，傳遞音問題是必須要杜絕或者減弱的異常噪音問題。解決方案通常都是采用抗性消音器，但是消音器放置位置的正確選擇在問題解決的過程中起到了至關重要的作用。本文從轉子壓縮機和往復式壓縮機的內部結構進行分析，得出不同類型壓縮機傳遞音產生的根本原因，并對傳播路徑進行了詳細分析。根據理論分析的結果進行實驗驗證，得出如下結論：

（1）轉子壓縮機傳遞音產生的主要原因是吸氣脈動和排氣脈動導致的。

圖7 轉子壓縮機和活塞壓縮機內部結構簡圖

圖8 24K往復式壓縮機單冷機噪音頻譜

圖9 24K往復式壓縮機單冷機加消音器后噪音頻譜

（2）使用轉子壓縮機的空調器：不同的模式下傳遞音的解決方案存在差異。制熱條件下在排氣管上加消音器，制冷條件下在吸氣管上加消音器可以有效隔斷聲波的傳遞路徑。

（3）往復式壓縮機由于其內部結構不同，導致傳遞音的原因也不同，主要是排氣管振動導致的。

（4）往復式壓縮機降低排氣管振動是解決傳遞音的關鍵，通過更改管路形狀或者增加消音器均可解決。