家用空调压缩机的流体声和消声

文章编号 : 1005 0329 (2003) 12 0028 03经验交流家用空调压缩机的流体声和消声李玉斌 ,吴 萍(三菱电机 (广州 ) 压缩机有限公司 ,广东广州 510730)摘 要 : 在分析空调压缩机的噪声与声源的基础上 ,对流体声及其消声技术作了详细阐述 ,并提出进一步的研究方向。关键词 : 空调压缩机 ;噪声 ;消声中图分类号 : 文献标识码 : of in is of in 前言滚动活塞式压缩机 (也称旋转式压缩机 ) 在家用空调压缩机市场上占据着绝对多数的份额。为了应对当前激烈的市场竞争 ,除了降低成本外 ,提高品质也是一个有效途径。开发制造出高品质的产品 ,满足客户的要求甚至超越客户的要求 ,是提高产品竞争力的根本手段。家用空调压缩机其品质指标有很多 ,包括 声等。本文在分析空调压缩机的噪声与声源的基础上 ,对家用空调压缩机的主要噪声源 气体动力性噪声及其消声措施做了较全面的介绍分析。2 家用空调压缩机的构造图 1 为典型转子式家用空调压缩机的剖面图 。在压缩机的主壳体内 ,固接着电机和压缩机的机械组件 ,将此机械组件统称为机芯。电机通过热套的方法固定于主壳体上部 ,机芯通过三点焊的方法固定于主壳体下部。机芯中的曲轴与电机的转子热套 ,驱动活塞高速滚动 ,完成压缩机的工作行程。主壳体外连一圆筒形部件 ,称为吸气消声器 ,又称储液器。图 1 中的黑色箭头表示制冷剂气体流动的方向 。图 1 压缩机剖面图3 噪声分析压缩机的噪声可分为机械噪声、电磁噪声和收稿日期 : 2003 03 1082 2003 1994 ,简称机械声、电磁声和流体声。这 3 种噪声在噪声频谱图上绝大部分相互重叠 ,不可能只根据某个噪声的频率值就断定其属于哪一类噪声。对于家用空调用压缩机 , 在 50500段 , 以电磁声为主要成分 ; 在 500 4000段 ,以流体声为主要成分 ;在 4000上的频段 ,以机械声为主要成分。无论是机械声、电磁声还是流体声 ,它们都是由压缩机内部的某类加振力产生相应类别的振动和噪声 ,通过各种介质传导至压缩机壳体 ,再从壳体发射到外部环境。图 2 给出了一个噪声发生机构与传播途径图解 。图 2 噪声发生机构与传播途径4 流体声的产生虽然 ,在个别情况下压缩机汽缸内会发生液态冷媒或冷冻机油的压缩 ,造成较大的噪声 ,一般情况下 ,所说的流体声指的是汽态冷媒动力性噪声。在压缩机内部的气体流动全过程中 ,无论是吸气、压缩还是排气 ,由于存在气流脉动 ,都可能导致流体声的产生。(1) 在从回汽管到压缩机汽缸吸入口的这段通道 ,由于气流脉动会造成较大的流体声 (参见图1) ,因而普遍采取将回汽管先插入一个罐状部件 ,然后再由此部件将气态冷媒导入汽缸吸入口。这里采用的是气体流路的截面突变而产生消声作用的原理。该部件同时还起到了储存液态冷媒防止液击的作用。由于液态冷媒多数只是在非正常情况时才会流入 ,因此将该部件命名为吸气消声器。(2) 当气体在汽缸内被压缩时 ,高压侧向低压侧的泄漏逆流也会造成流体声。可通过加强润滑加以改善 ,也可在压缩过程对应的汽缸某处开设共鸣孔加以改善。(3) 当高压气体从汽缸排气孔口排出时 ,将发出最大的流体声 ,一般所说的流体声就是指此时及此后的流体声。5 主要措施511 紧邻汽缸排气口设置消声器新采用的一项消声技术是在紧邻排气口的位置开设共鸣孔 ,利用亥姆霍兹共鸣器原理对目标频率进行衰减 ,参见图 3 (a) 。这也是一种利用特定声抗元件对气流能量进行衰减从而达到消声目的的抗式消声器 ,其原理见 3 ( b) 。图 4 给出了某型号压缩机在开设了共鸣孔前后的总体噪声频谱图。(a) 结构示意 (b) 原理示意图 3 亥姆霍兹共鸣器的应用与原理示意(a) 开设共鸣孔前(b) 开设共鸣孔后图 4 采用共鸣孔前后的总体噪声频谱922003 年第 31 卷第 12 期 流 体 机 械 1994 ,在采取了共鸣孔设计后 ,在 2 4段 ,压缩机噪声有明显降低。测试表明 ,压缩机整体噪声下降了 3其它机型 ,采用共鸣孔设计后所消减的噪声量可达5般来说 ,随着设计时共鸣孔目标频率的降低 ,消声效果会更好。共鸣孔能否发挥消声效果 ,能产生多大程度的消减幅度 ,还与压缩机排气口附近的结构设计有密切的关系。实验表明 ,对于 列压缩机基本机型 ,如果只是追加一个共鸣孔 ,其消声作用往往很微弱。若同时配合使用一个称为消音圆盘的板金盘形零件 ,把它紧压在汽缸盖上 ,在和汽缸盖中排气阀组件对应的位置形成形状不对称的凸起 ,约占圆盘总面积的 1/ 2 (凸起高度约为 5,却使共鸣孔消声作用得到了充分发挥 (消声圆盘本身有一定的消声作用 (1. 5右 ) ) 。显然 ,由于消声圆盘的存在 ,改善了气体通道在共鸣孔前后的相似性。512 合理确定汽缸盖排气口的尺寸规格图 5 给出了汽缸盖排气口的直径与流体声大小的变化关系 ,可知排气口直径增大 ,流体声也增大 ,最高增幅可达 3 反之 ,排气口直径减小 ,流体声也减小。这是因为排气口直径和排气口对高压气体能量的阻尼衰减能力成负相关关系。排气口的高度和流体声也有类似关系。但由于排气口尺寸也影响压缩机的效率 ,故排气口尺寸、流体声和压缩机效率三者之间存在着如何综合考虑优化设计的问题。图 5 汽缸盖排气口的直径与流体声大小的关系513 缸盖排气口后的消声对策H 系列压缩机的基本设计是在汽缸的下面连接一个板金碗形罩 ,称之为排气消声器。从汽缸盖排气口来的气体冷媒在此被进一步消声 ,然后从汽缸体中的数个导流孔道进入机架和电机之间的空腔 ,再经过定子和壳体间的狭缝及转子上的导流孔道 ,进入电机和上壳体之间的空腔 ,最后流出压缩机外至其他空调器部件。新近采用的一项消声技术是使用消声圆盘零件 ,压在汽缸盖上 ,高压气体从汽缸盖排气口出来后 ,在进入排气消声器之前 ,先流经消声圆盘 ,通过类似节流的作用 ,造成气体能量的衰减。为了避免形成空腔共鸣声 ,排气消声器的外形应设计成非对称形状 ,且具一定曲率 ,对上壳体也同样处理。另外 ,对压缩机中润滑油面高度做适当调整也很有效。对于气体冷媒 ,其流动通道在数处发生截面突变 ,每一次突变都会造成噪声衰减。这种压缩机气体冷媒通道截面突变示意如图 6 所示 。图 6 中虽然标有两个汽缸 ,但实际上只有一个 ,这样标记只是为了便于图示气体冷媒的流动通道。图 6 压缩机气体冷媒通道截面突变示意6 结语因为噪声是个很复杂的研究对象 ,压缩机结构变化甚至排量变化都会造成噪声及其构成成分的变化。本文所用到的噪声具体数据 ,只能作为参考值。但总的来说 ,对压缩机噪声的消声应在流体能量密度最大处进行。另外