对于单体压机的噪声研究工作,高校及业内各大厂商都在积极开展并取得了一些卓有成效的成果,但对于单体压机噪声振动与空调外机噪声关系的特性如何,却缺少关注和研究。由于钣金、隔声棉等可以对压缩机进行隔声,压缩机振动又会激发管路、钣金等的振动从而辐射噪声以及外机风扇等其它噪声源的存在使得该问题变得复杂化。本文以某型直流变频空调为例,采用理论分析与实验相结合的方法,对压机振动噪声对空调外机噪声的影响进行了分析,得出了有益的结论,为压缩机的噪声振动研究提供了一个新的思路和方向。
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1空调外机噪声振动源及传递路径分析
通常情况下,压缩机、风扇及电机是空调外机的主要噪声振动源,一方面它们本身工作时产生噪声,并通过一定的途径传递开来,另一方面,它们工作时产生的振动又会激发其它零部件如管路、电机支架、外壳等产生机械振动,并向外辐射噪声,见图1所示,可以看出,压缩机噪声对于空调外机噪声的贡献。
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图1空调外机噪声振动源及传递路径示意图
大小不仅受到风扇及风扇电机等因素的影响,而且由于外机管路、壳体等薄壁零件固有频率较低,很容易被压缩机的振动激发产生振动辐射噪声,壳体又具有大的声辐射面积,因此压缩机振动对于空调外机噪声的影响不容忽视。
2外机整机、风扇与压缩机单体噪声关系分析
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本次试验压缩机单体和空调外机噪声测试分别按相应的测试标准,其中压缩机测试为声功率级,控制方式为与外机相同的180°正弦波控制,外机测试为标准制热时的声压级,压缩机运转频率高中低分别为75、60、30Hz,风机转速850r/min恒定,测试结果如图2所示,可以看出,随着运转频率的不断降低,压机单体噪声和空调噪声有效值均有不同程度的降低,但它们之间并不是简单的线性关系,当运转频率从高降为中时,压缩机单体噪声降低2.4dB(A),而整机噪声却只有0.7dB(A)的降低,当运转频率从中降为低时,压缩机单体噪声大幅度降低达9.3dB(A),而整机噪声却只有1.8dB(A)的降低。
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图2外机、风扇、压缩机单体噪声有效值对比
从理论计算分析造成这种现象的原因,首先假设外机只有外机风扇(含电机)和压缩机两个主要噪声源,且外机总声压级为L,其中由风扇贡献的声压级为L1,由压缩机贡献的声压级为L2,通常情况下这两个噪声源是不相干涉的声波,符合能量叠加法则,因此有
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由于L及L1均可以通过试验准确测定,通过式(1)可以估算出L2的大小(L2的准确测定由于停掉外机风扇后压缩机负荷的变化有一定的困难),L2计算结果与L及L1对比如图3所示,可以看出,当压缩机在高运转频率下,它的噪声贡献量与风扇相当,约53.2dB(A),这时整机噪声有效值高出风扇噪声约3.2dB(A),当压缩机以中运转频率运行,它的噪声贡献量略低于风扇约1.1dB(A),整机噪声略有降低,仍高出风扇噪声约2.5dB(A),当压缩机以低运转频率运行时,它的噪声贡献量大幅度下降,低于风扇约7.6dB(A),这时整机噪声仅高出风扇噪声0.7dB(A),也就是说,造成压缩机噪声与空调外机噪声有效值之间的非线性关系的根本原因在于压机噪声与风扇噪声贡献量大小的差距在变化,可以预测,随着压缩机噪声的进一步降低,整机噪声将不断接近风扇噪声,但不可能低于风扇噪声,这时只有降低风扇噪声,整机噪声才有可能得到进一步的改善。因此,压缩机噪声对空调外机噪声有效值的影响大小受到其它噪声源,尤其是风扇噪声大小的制约,当风扇噪声较高时,压缩机噪声的降低对于空调外机噪声的改善效果不明显,当风扇噪声较低时,压缩机噪声的降低通常情况下可以有效地降低空调外机的噪声。
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图3风扇、压缩机噪声贡献量与外机有效值对比
3外机整机、风扇与压缩机单体噪声频谱特性分析
从前面的分析可以看出,压缩机对于外机噪声的影响除了受到风扇噪声源的制约之外,隔声棉、外壳等对压缩机起到的一定程度的隔声以及压缩机的振动激发其它零部件产生的机械振动辐射的噪声,同样可能使得外机噪声的有效值及音质发生变化,由于隔声效果有一定的频率特性,因此有必要对外机整机、风扇及压缩机单体的噪声频谱特性作进一步的分析。为方便起见下面只详细阐述60Hz运转频率下的噪声频谱特性,其它运转频率下的变化趋势与此类似。图4、5、6分别为风扇、外机及压缩机单体噪声频谱图,可以看出,风扇噪声能量主要集中在125-1600Hz,外机噪声能量主要集中在200-1250Hz,而压缩机噪声能量主要集中在800-6300Hz,也就是说,空调外机噪声与风扇噪声频谱类似,主要能量均集中在中低频段,而单体压机与外机噪声的频谱相差很大,主要能量集中在中高频段,可以初步判断外机的隔声棉、外壳对单体压机的高频噪声起到了较好的隔声作用,为了验证该结论的正确性,将外机的隔声棉、部分外壳取掉,使得压机的噪声可以直接辐射出来而没有被隔离,重新测试外机的噪声并与原噪声频谱进行对比,如图7所示,其中绿色宽柱为隔声前,粉红窄柱为隔声后,可以看出,噪声有效值隔声前为59.2dB(A),隔声后为55.3dB(A),隔声确实取得了约4dB(A)的良好效果,并且中高频段(>800Hz)隔声效果很好,这与前面的分析及试验结果吻合,而低频段(63-630Hz)不降反升,分析一方面低频段的噪声隔声效果不理想,另一方面由于外机外壳属薄壁结构,固有频率较低,很容易被压机振动激发低频振动并辐射低频噪声,图8为底盘振动频谱,可以看出,外机底盘振动能量主要集中在低频段。因此,虽然低频段的噪声和振动对单体压缩机噪声的有效值影响不大,但对于压缩机在空调外机内的表现如何,就显得尤为重要,需要引起关注。
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4结语
本文采用理论、实验相结合的方法,对压缩机噪声振动与空调外机噪声之间的关系进行了详细的分析,得出以下几点结论:
(1)压缩机噪声与空调外机噪声之间不是简单的线性关系,压缩机噪声值的大幅度降低并不意味着空调外机噪声的大幅度降低,外机噪声降低的幅度受到风扇噪声大小的制约;
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(2)空调外机对于压缩机的中高频段噪声隔声效果较好;
(3)压缩机的低频噪声及振动虽然对单体压缩机噪声影响不大,但对于空调外机噪声的影响明显,需要引起关注。
参考文献:
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