旋转式空调压缩机的振动和噪声研究

机 电 工 程 技 术 !# 年 第 $% 卷 第 & 期机 电 工 程 技 术 年 第 卷 第 期江 华 ， 李 欣（ 珠 海 格 力 电 器 股 份 有 限 公 司 技 术 开 发 部 ， 广 东 珠 海 #()）摘 要 ： 介 绍 了 压 缩 机 振 动 和 噪 声 测 试 的 基 本 原 理 和 系 统 组 成 ， 分 析 了 空 调 压 缩 机 的 结 构 和 受 力 ， 查 明 了 引 起 振 动 和 噪 声 的 根本 原 因 ， 并 揭 示 了 空 调 压 缩 机 在 运 行 状 态 改 变 的 条 件 下 ， 振 动 和 噪 声 的 变 化 规 律 。关 键 词 ： 旋 转 式 压 缩 机 ； 振 动 ； 噪 声中 图 分 类 号 ： *+,#! 文 献 标 识 码 ： - 文 章 编 号 ： (.(%(! /!#0 &.#$.%收 稿 日 期 ： !% ! 前 言随 着 空 调 器 的 普 及 ， 空 调 机 的 噪 声 和 振 动 问 题 日 益 被人 们 所 重 视 。 压 缩 机 是 空 调 的 主 要 噪 声 源 ， 而 压 缩 机 的 振动 又 是 产 生 压 缩 机 噪 声 的 重 要 原 因 之 一 ， 因 此 分 析 和 控 制压 缩 机 的 振 动 是 解 决 空 调 器 室 外 机 噪 声 的 关 键 。 本 文 通 过对 及 34.+ 型 滚 动 旋 转 式 压 缩 机 表 面 振 动 加 速 度和 噪 声 值 的 测 量 ， 总 结 出 旋 转 压 缩 机 不 同 工 况 条 件 下 的 振动 及 噪 声 规 律 。! 滚 动 转 子 压 缩 机 的 结 构 及 受 力（ ） 压 缩 机 结 构 分 析滚 动 转 子 压 缩 机 是 回 转 式 压 缩 机 的 一 种 ， 它 是 利 用 一个 偏 心 圆 筒 转 子 在 气 缸 内 转 动 来 缩 小 工 作 容 积 ， 以 实 现 气体 的 压 缩 ， 因 而 也 属 于 容 积 式 压 缩 机 。本 文 所 测 试 、 研 究 的 旋 转 式 压 缩 机 的 结 构 如 图 所示 。压 缩 机 的 吸 气 由 机 壳 下 部 的 接 管 直 接 进 入 气 缸 。 为 防 止液 体 被 吸 入 压 缩 机 ， 在 吸 气 管 上 装 有 气 液 分 离 器 ， 用 以 积 蓄制 冷 剂 液 体 ， 而 润 滑 油 是 经 下 部 弯 管 上 的 小 孔 被 吸 入 气 缸 。高 压 气 体 直 接 排 入 机 壳 ， 然 后 经 电 动 机 的 气 隙 从 上 部 排 出 ，可 以 对 电 动 机 起 冷 却 作 用 ， 排 气 中 夹 带 的 润 滑 油 则 在 电 动 机转 子 离 心 力 的 作 用 下 分 离 出 来 。 通 常 为 了 安 全 运 转 ， 在 机 壳上 部 还 装 有 过 载 继 电 器 ， 它 的 感 应 元 件 置 于 壳 体 内 ， 一 旦 排气 温 度 过 高 时 继 电 器 动 作 ， 使 压 缩 机 停 止 运 转 。（ !） 滚 动 转 子 压 缩 机 在 运 转 中 的 受 力滚 动 转 子 压 缩 机 在 运 转 中 主 要 受 力 如 下 ： 空 气 动 力 、滑 动 挡 板 弹 簧 力 、 运 动 质 量 惯 性 力 、 摩 擦 力 、 转 子 气 体 力及 反 力 矩 等 。$ 压 缩 机 振 动 、 噪 声 原 理 分 析（ ） 振 动 源由 于 全 封 闭 式 滚 动 转 子 式 压 缩 机 的 主 轴 承 或 气 缸 体 和电 动 机 的 定 子 均 与 全 封 闭 机 壳 直 接 刚 性 连 接 ， 因 此 曲 轴 扭矩 变 化 引 起 的 曲 轴 扭 转 振 动 成 为 压 缩 机 的 振 动 源 ， 并 会 直接 造 成 机 壳 振 动 ； 曲 轴 包 括 转 子 的 旋 转 不 平 衡 惯 性 力 也 使轴 产 生 振 动 ， 并 直 接 导 致 压 缩 机 和 机 壳 的 振 动 ； 压 力 脉 动产 生 的 激 振 力 通 过 气 缸 、 轴 承 和 滚 动 转 子 作 用 于 曲 轴 等 部件 ， 进 一 步 导 致 机 壳 振 动 ， 特 别 是 !526 以 上 的 高 频 振 动部 分 更 是 压 力 脉 动 造 成 的 。（ !） 噪 声 源噪 声 与 振 动 是 分 不 开 的 ， 振 动 本 身 就 是 噪 声 源 ， 全 封闭 式 滚 动 转 子 式 压 缩 机 的 噪 声 产 生 机 理 见 图 !。由 图 ! 可 以 看 出 ， 旋 转 式 压 缩 机 噪 声 源 众 多 ， 因 此 正图 压 缩 机 结 构 示 意 图7 排 气 管 !7 分 离 器 $7 吸 入 管 %7 消 声 器 #7 气 缸,7 壳 体 )7 定 子 &7 驱 动 器 (7 电 机 转 子研 究 与 开 发#$机 电 工 程 技 术 !# 年 第 $% 卷 第 & 期机 电 工 程 技 术 年 第 卷 第 期图 $ 电 机 转 矩 和 转 速 关 系 图图 ! 压 缩 机 噪 声 产 生 机 理确 鉴 别 出 压 缩 机 的 主 要 噪 声 源 就 显 得 尤 为 重 要 。% 压 缩 机 噪 声 、 振 动 测 试 方 法（ ） 功 率 谱 分 析 法从 信 号 分 析 理 论 中 已 知 ， 单 个 随 机 信 号 的 功 率 谱 ， 即功 率 谱 密 度 函 数 或 自 功 率 谱 密 度 函 数 可 以 反 应 信 号 的 频 率结 构 。 因 此 ， 可 以 将 采 集 到 的 噪 声 信 号 进 行 功 率 谱 分 析 ，从 而 可 找 出 主 要 峰 值 频 率 ， 进 而 可 以 确 定 噪 声 控 制 的 主 要频 率 目 标 。其 数 学 表 达 式 为 ：!（ #） ()*)! $（ !） %*&!#+!$（ !） 为 （ ） 的 自 相 关 函 数 ：$（ !） (!（ ） （ ,!） +（ !） 功 率 倒 频 谱一 时 域 信 号 （ ） 的 自 谱 为 !（ #） ， 则 其 功 率 倒 频 谱为 ：)*（ +） ( , -./0!（ #） 1上 述 功 率 倒 频 谱 的 自 变 量 + 称 为 倒 频 谱 ， 一 般 以 毫 秒为 单 位 。 + 值 大 的 称 为 高 倒 频 率 ， 表 示 在 频 谱 图 上 的 快 速波 动 和 密 集 谐 波 频 率 ； + 值 小 的 称 为 低 倒 频 率 ， 表 示 在 频谱 图 上 的 缓 慢 波 动 的 离 散 谐 波 频 率 。作 倒 频 率 分 析 的 原 因 是 在 倒 频 谱 图 中 可 以 较 容 易 地 识别 信 号 的 组 成 分 量 ， 便 于 提 取 所 关 心 的 信 息 。倒 频 谱 识 别 特 点 ：# 可 以 将 信 号 源 的 输 入 效 应 和 传 递 途 径 的 效 应 分 离开 来 ， 消 除 其 相 互 之 间 的 影 响 。$ 能 将 原 来 功 率 谱 上 成 簇 的 边 频 带 谱 线 简 化 为 单 根谱 线 ， 便 于 观 察 ， 这 样 可 以 检 测 功 率 谱 中 肉 眼 难 以 辨 认 的周 期 成 分 。（ $） 改 变 压 缩 机 的 电 压 和 负 载根 据 负 载 要 求 ， 压 缩 机 的 电 动 机 输 出 不 同 转 矩 ， 转 速通 常 随 转 矩 大 小 改 变 ， 如 图 $ 所 示 ， 当 压 缩 机 的 负 载 增 大时 ， 转 速 会 有 所 降 低 ， 从 而 使 压 缩 机 与 转 速 相 关 的 噪 声 频率 发 生 改 变 。 因 此 ， 通 过 改 变 压 缩 机 的 输 入 电 压 和 负 载 ，可 以 找 出 与 压 缩 机 转 速 相 关 的 噪 声 频 率 段 及 其 变 化 规 律 。# 压 缩 机 噪 声 振 动 实 际 测 量 方 案（ ） 测 试 依 据 标 准 容 积 式 制 冷 压 缩 机 性 能 试 验 方 法 23#44$*&5， 房间 空 气 调 节 器 用 全 封 闭 电 动 机 *压 缩 机 2367#45#*88#， 家 用 电 器 噪 声 声 功 率 级 的 测 定 23%!%*8&%。（ !） 测 试 方 案# 测 试 条 件 （ 见 表 ） 。$ 噪 声 实 验组 别标 准工 况下 调节 电压电 压恒 定条 件下 调节 工况序 号!$%#54&8!$%#电 压8!$!%!#!频 率#蒸 发温 度49!49!49!49!49!49!49!*#冷 凝温 度#%9%#%9%#%9%#%9%#%9%#%9%#%9%#%#55#吸 气温 度$#$#$#$#$#$#$#!#!#$#$#%过 冷温 度%59%59%59%59%59%59%59$#$#%#5表 测 试 参 数 表实 验 参 数研 究 与 开 发#%机 电 工 程 技 术 !# 年 第 $% 卷 第 & 期机 电 工 程 技 术 年 第 卷 第 期压 缩 机 放 入 半 消 声 室 中 ， 用 连 接 软 管 将 压 缩 机 装 入 代用 制 冷 系 统 中 ， 在 如 图 % 所 示 、 ! 位 置 距 离 地 面 #(放 置 拾 音 器 ， 分别 测 （ 压 缩 机 吸气 阀 片 方 向 ） 和 !方 向 的 噪 声 ， 拾音 器 距 离 压 缩 机中 心 为 %(。! 振 动 测 试在 噪 声 测 定后 ， 维 持 压 缩 机和 代 用 制 冷 系 统的 工 作 状 态 不 变 ，用 测 振 仪 测 量 规定 点 的 切 向 振 动 加 速 度 。 旋 转 式 压 缩 机 的 切 向 振 动 加 速 度测 量 点 ， 如 图 # 所 示 ： 过 圆 柱 形 壳 体 的 中 心 轴 线 和 汽 液 分离 器 中 心 轴 线 做 一 纵 截 面 。 该 纵 截 面 与 壳 体 的 圆 柱 面 相 交形 成 两 条 交 线 ， 在 远 离 汽 液 分 离 器 交 线 上 取 中 心 ， 和 距 中点 各 为 )$* 的 两 点 ， 该 三 点 为 其 测 点 。 * 为 旋 转 式 压 缩机 壳 体 的 高 度 。+ 实 验 结 果 分 析（ ） 标 准 工 况 条 件 下 改 变 电 压 值在 标 准 工 况 条 件 下 ， 压 缩 机 的 负 载 可 以 认 为 是 一 定的 。 在 压 缩 机 电 压 由 ,- 升 高 到 !#- 的 过 程 中 ， 压 缩 机的 转 速 逐 渐 增 大 ， 由 压 缩 机 的 转 子 转 动 所 产 生 的 振 动 频 率也 逐 渐 升 高 。由 图 + 可 以 看 出 ， 在 相 同 的 负 载 条 件 下 ， ./01 压 缩机 转 速 高 于 2*03 压 缩 机 ， 因 此 振 动 频 率 较 大 。图 4 和 图 & 是 两 款 压 缩 机 机 壳 上 $ 点 和 ! 点 位 置 的 切向 振 动 加 速 度 值 。 由 图 中 可 以 看 出 ， 在 电 压 升 高 的 情 况下 ， 两 款 压 缩 机 的 振 动 在 总 体 上 都 成 上 升 趋 势 。两 款 压 缩 机 比 较 ， 在 相 同 的 测 试 工 况 下 ， ./01 型 压缩 机 在 ! 点 和 $ 点 位 置 的 振 动 都 要 大 于 2*03 压 缩 机 ， 特别 是 在 $ 点 位 置 ， 当 压 缩 机 处 于 低 电 压 （ ,-） 运 转 时 ，./01 压 缩 机 比 2*03 振 动 大 了 5&#()6!。（ !） 在 !- 电 压 一 定 的 条 件 下 改 变 测 试 工 况电 压 一 定 时 ， 可 认 为 压 缩 机 的 额 定 转 矩 保 持 不 变 。 由图 % 拾 音 器 位 置 简 图图 # 振 动 测 试 位 置 简 图图 + 电 压 0频 率 图图 & ! 点 电 压 0振 动 图图 4 $ 点 电 压 0振 动 图研 究 与 开 发#机 电 工 程 技 术 !# 年 第 $% 卷 第 & 期机 电 工 程 技 术 年 第 卷 第 期图 可 以 看 出 ， 当 调 整 工 况 时 ， 随 着 吸 排 气 温 度 、 压 力 的升 高 ， 压 缩 机 的 负 载 逐 渐 增 加 ， 压 缩 机 转 速 逐 渐 降 低 ， 由压 缩 机 转 子 旋 转 产 生 的 振 动 频 率 也 逐 渐 降 低 。 但 ()*+ 压缩 机 的 振 动 频 率 仍 然 高 于 ,-*. 压 缩 机 。图 / 和 图 / 是 ,-*. 和 ()*+ 压 缩 机 在 不 同 工 况 条件 下 的 振 动 情 况 。 压 缩 机 负 载 的 增 加 ， 引 起 压 缩 机 振 动 的增 大 。（ $） 储 液 罐 上 点 % 的 振 动储 液 罐 上 的 点 %， 靠 近 吸 气 管 ， 因 此 点 % 的 振 动 ， 在一 定 程 度 上 可 以 反 应 吸 气 管 的 振 动 情 况 。 图 /! 和 图 /$ 分别 是 ()*+ 和 ,-*. 压 缩 机 在 点 % 振 动 的 001 图 。从 图 上 可 以 看 出 ， ,-*. 压 缩 机 振 动 主 要 由 其 转 动 基频 （ # 右 ） 及 其 倍 频 占 主 要 地 位 ； 而 ()*+ 压 缩 机 的振 动 3除 了 其 转 动 基 频 （ # 右 ） ， 峰 值 频 率 出 现 在$45#。6 结 论（ /） 在 压 缩 机 的 吸 排 气 温 度 和 压 力 一 定 的 条 件 下 ， 随 着电 压 的 升 高 ， 压 缩 机 的 转 速 逐 渐 增 大 ， 由 压 缩 机 的 转 子 转 动所 产 生 的 振 动 频 率 也 逐 渐 升 高 ， 振 动 加 速 度 也 逐 渐 加 大 。（ !） 在 压 缩 机 电 压 不 变 的 条 件 下 ， 提 高 吸 排 气 的 压力 ， 压 缩 机 的 负 载 加 大 ， 压 缩 机 的 转 速 逐 渐 降 低 ， 由 压 缩机 的 转 子 转 动 所 产 生 的 振 动 频 率 也 逐 渐 降 低 ， 但 振 动 加 速度 逐 渐 增 大 。（ $） ()*+ 压 缩 机 在 吸 气 管 处 的 振 动 频 率 ， 除 了 其 转动 基 频 （ # 右 ） 及 其 倍 频 的 影 响 外 ， $ 右 振 动加 速 度 比 ,-! 压 缩 机 大 。 这 就 要 求 ()*+ 压 缩 机 的 吸 气配 管 ， 与 原 配 管 有 一 定 的 区 别 。 在 配 管 过 程 中 ， 尽 量 使 配管 的 固 有 频 率 避 过 $ 右 频 率 段 。参 考 文 献 ： / 缪 道 平 ， 吴 业 正 5制 冷 压 缩 机 7 5机 械 工 业 出 版 社 ， !/5第 一 作 者 简 介 ： 江