某定频空调室外机拍振噪声诊断及优化

T echnical/~
Column/玖不二某定频空调室外机拍振噪声诊断及优化
何志超I,胡佳伟I,陈成1,谢开元I,肖彪“*
(1.珠海格力电器股份有限公司，珠海519070；2空调设备及系统运行节能国家重点实验室，珠海519070；
3.广东省制冷设备节能环保技术企业重点实验室，珠海519070)
摘要：本文基于某款定频空调器拍振噪声问题，通过分析其噪声及壳体振动频谱，结合模态仿真，确定了其拍振噪声产生的原因为：右侧飯金件100Hz模态被激发，共振辐射噪声能量较大，与压缩机二倍谐频噪声叠加产生拍振噪声问题。

通过优化右侧饭金件结构，避开共振，使得100Hz共振辐射噪声减弱，从而优化了"拍振”噪声，改善了空调器室外机的声品质。

关键词：空调；拍振噪声；噪声测试
中图分类号：TB53文献标识码：A文章编号：1004-7204(2021)02-0188-06
Diagnosis and Optimization of Beating Noise on a Fix Frequency Air
Conditioner Outdoor Unit
HE Zhi-chao1,HU Jia-wei1,CHEN Cheng1,XIE Kai-yuan1,XIAO Biao1'2'3
(1.Gree Electrie Appliances Inc.of Zhuhai,Zhuhai519070;
2.State Key Laboratory of Air-conditioning Equipment and System Energy Conservation,Zhuhai519070;
3.Guangdong Key Laboratory of Refrigeration Equipment and Energy Conservation Technology,Zhuhai519070) Abstract:In this paper,based on the beating noise of a fixed frequency air conditioner,we determined the reasons for the beating noise by analyzing the noise and shell vibration spectrum combined with modal Simulation.The beating noise was generated by the resonance radiation noise of sheet on the right side superimposed with the double harmonic frequency noise of the compressor was excited in the100Hz mode.Some met h ods by opti mizing the st r ue ture of shee t on the righ t side are obt a ined to eliminate resonant radiation noise in100Hz,so as to optimize the"beat vibration”noise and improve the sound quality of the air conditioner outdoor unit.
Key words:air conditioner;beating noise;noise test
引言
当两个振源的激励幅值和频率接近时，整体对外表现出来的振动幅值以一种很低的频率周期性变化的现象即为“拍振”叫空调器室外机的"拍振”现象常表现为低沉的明显周期性异响冏，以低频脉动信号的形式向外辐射。

这种不连续的异音在一定程度上比连续的压缩机噪声更让人感觉烦躁，严重影响了用户体验。

空调器室外机的拍振噪声通常由风机旋转噪声与压缩机噪声叠加产生，一般在室外机的45。

对角位置的拍频声最为明显叫作者在空调产品开发过程中发现，有部分定频空调器拍振噪声并非由风机旋转噪声与压缩机
噪声叠加导致。

本文基于某款定频空调器拍振噪声问题，
通过实验及仿真分析，确定该空调器拍振噪声是由飯金
共振辐射噪声与压缩机噪声叠加产生，并提出更改飯金
结构，优化了该空调器拍振噪声。

本文对空调产品开发
过程中拍振噪声问题的解决，提供了另一条分析及优化
思路。

1室外机噪声.振动测试
某品牌6kW定频空调器在名义制冷工况下运行，
2021年4月/April2021188
+士 —~ 土亠 / 1 I 1 echnical
不 / 丄
Column
电压220 V,电源频率50 Hz;其交流风机运行转速为 860 rpm,风叶叶片数为3;机组使用单转子压缩机，额 定转速2 880 rpm o 此时室外机存在有规律的间断性低频 “嗡嗡”声，为明显的拍振噪声。

为了研究并解决这一
噪声问题，对其噪声及壳体振动数据进行了采集及分析。

1.1噪声及振动测点布置
测试在半消声室中进行，机组摆放于带有5 mm 橡胶 垫的测试平台上，出风口中心距反射面的高度为lm, 噪声的测点距反射面的高度为1 m,振动的测点为各飯 金件的几何中心处。

噪声和振动的测点分布如图1所示，
测点「4为声级计，测点5一7为振动加速度传感器。

为
了更加全面准确的采集振动数据，采用三向加速度振动
传感器，定义三向加速度传感器的X 、Y 、Z 三个方向， 垂直于被测飯金件平面的方向为Z,正视于被测镀金件 平面水平方向为X 、竖直方向为Y 。

声级计及振动传感
器数据采集时长为20 s 。

1.2噪声频谱分析
经傅里叶变换处理，测点「4的噪声频谱如图2(a) 所示，四个噪声测点的频谱中在低频部分存在多个峰值，
其中96 Hz 和100 Hz 两个频率点幅值较高，提取各噪声
测点频谱中96 Hz 、100 Hz 的幅值，详见表1。

由表1可 知，各噪声测点频谱中96 Hz 与100 Hz 幅值接近，且其 频率也相差不大，符合拍振噪声产生的条件。

对噪声测点3的噪声信号进行时域傅里叶变换处
图1测点分布图
理，得到测点3的时频图，如图2(b)所示。

从中可
以明显看到在100 Hz 附近的噪声能量呈现点状分布， 有明显“一强一弱”的节拍属性。

综上可知，机组拍振
噪声为96 Hz 与100 Hz 的两个离散噪声叠加产生。

经分析计算，96 Hz 为压缩机的谐频噪声，而100 Hz
60402002040
60一 -
T
2
S
番
K
----测点4
----测点3
50
100
150 200
50 100 150 200
频率(Hz) 频率(Hz)
(a)室外机各测点噪声频谱
6C 4C 2C O 2C 4C 6C - -
-(vap)
5k 2k
lk 500
2(10
10k
50
20i
23
I 8 9
单元机-外机-制冷(0.00-10. 00 s)FT vs. Time (4096,50.0%, HAN)
外侧3 : L=53・98 dB(A)[SPL]; Max=49.93 dB(A) [SPL] [2.937s / 96Hz]| 10
(b)测点3噪声时频图
图2室外机噪声频谱及时频图
表1噪声各测点频谱在96 Hz 和100 Hz 的噪声幅值
(单位：dB (A))
测点96 Hz 100 Hz
测点1
3& 0741.92测点23& 69
44. 42测点3
44. 9843. 11
测点441.64
47.03
189 环境技术 / Environmental
Technology
T
echnical /
~
Column /
玖不 二
4-2-0-8-6-4-2-0-I X 1A I X o o o o O
----前面板X.....前面板丫一----前面板Z.
O
10
50150
（b ）顶盖
图3各测点振动加速度频谱
（c ）右侧板
（a ）前面板噪声的来源并非风机旋转噪声谐频（旋转噪声基频为 860*3/60=43 Hz ）。

交流电机由于交变电流的影响会产生一个径向磁拉
力，其频率通常为电源频率的2倍（即f=2f 0） o 由此 可推断该机组100 Hz 离散噪声的激励源可能为交流电 机I
1.3振动频谱分析及振动、噪声相干性
电机交变电磁力振动激励通过电机支撑架首先传递 到壳体顶板及底板，随后传递到前面板及右侧板；空调 器各镀金件都受到交变电磁力激励。

为了进一步分析 100 Hz 离散噪声的来源。

对飯金件振动测点5、6、7处
的振动加速度信号进行傅里叶变换处理分析，分析后的 频谱如图3所示。

从图中可以得到三个测点X 、Y 方向上的振动加速
度幅值较小；Z 方向的振动加速度幅值较大，峰值相对
突出。

右侧板Z 方向上有明显100 Hz 的峰值，幅值高达 1.51 m/s 2,与噪声频谱中引起"拍振”噪声100 Hz 峰值
频率相吻合，前面板及顶盖上100 Hz 振动峰值并不明显。

随后通过按压右侧板，可以直接感知到拍振噪声有明显
改善。

由此可推断右侧板受到电机交变电磁力激励，产 生共振，从而辐射100 Hz 的离散噪声，是机组产生“拍
振”噪声的重要因素。

2室外机侧板的模态测试及仿真
为了验证上述推断，对样机右侧板结构进行模态仿 真，分析主要关注100 Hz 左右共振点模态频率，厂2阶
固频频率较小，选取3一6阶模态进行分析，计算结果如表2所示。

从表2可知，右侧板的模态仿真计算结果中第5阶
模态频率为100.9 Hz,其振型详见图4。

仿真结果与实验 分析吻合，确定右侧板在空调机组运行过程中产生了共
振。

根据实验现象及拍振噪声产生原理，可通过优化右 侧板结构，使其模态频率避开100 Hz,从而减弱机组
100 Hz 离散噪声，改善机组拍振噪声问题。

3右侧板结构优化及验证
3.1优化结果及仿真分析
右侧板中部有一整体压型，通过更改压型形状，可
表2右侧板模态仿真数据（单位：Hz ）
3阶
4阶5阶6阶
模态频率（Hz ）
34.980.7100.911&8
Total Deformation 5
Type: Total Deformation Frequency: 100.98 Hz Unit: mm
2021/1/20 10:06
□
93.823 Max 83434■ 73.046
—62.657
—52.269—41.88
31492
21.103
10.715
0.32611 Min
图4样机右侧板第5阶模态
2021 年 4 月 / April 2021
190
+士 ——
/ r |1 echnical
不总不■=. / 丄 Column
Total Deformation 5 Type: Total Deformation Frequency: 8944 Hz Unit: mm
2021/1/20 10:21
Total Deformation 5Type: Total Deformation
Frequency: 92.359 Hz Unit: mm
2021/1/20 10:19
□
75.212 Max
66.871
—58.531—50.19
—41.85—33.509—25.169—16.828I 84876
■ 0.14703 Min
Total Deformation 5
Type: Total Deformation Frequency: 91.038 Hz Unit: mm
2021/1/20 10:10
92.944 Max 82.62972.31461.99951.68441.36931.05420.73810423
0.10813 Min
□
91.901 Max
81.707■ 71.514
61.32151.128
40.935
30.74220.54910.356
0.16242 Min
(a)方案一(b)方案二
(c)方案三
图5三个优化方案及其第5阶振型
改变右侧板结构强度，从而改变其结构固频。

图5提供 了三种优化方案，优化思路为将右侧板上部长方形压型
改为“凹”字型压型。

其中，方案一压型凹陷部分宽度 为160 mm,方案二为80 mm,方案三为40 mm;三个方
案压型凹陷深度相同。

以上三个方案结构模态仿真结果选取第3阶到第6
阶模态频率列于表3所示。

由表3及图5可知，三个优化方案由于更改了压型， 右侧板强度分布发生了变化，第5阶模态频率均呈下降 趋势，振型也不尽相同。

方案二与方案三仍存在100 Hz 附近模态，存在共
振风险，方案一第5、第6阶模态频率均与100 Hz 相
差10 Hz 以上，理论上可以避免共振的产生。

基于以上 结论，选取方案一作为最终方案。

3.2实验验证
在相同工况下按照图1的测点布置图对右侧板结构
优化后的样机进行复测。

表3优化方案结构模态仿真结果(单位：Hz)
3阶
4阶5阶6阶
方案135.477.6
89.4110.8
方案二34.471.292.495.5方案三
34.9
75.2
91
106.3
3.2.1结构优化前后振动对比
更改前后右侧板Z 方向上的振动加速度频谱见图6 所示，频谱中右侧板结构优化前后100 Hz 峰值对比详见
表4。

由此可知，右侧板结构优化后，空调器工作时， 右侧板处100 Hz 振动加速度峰值降低了 0.7 m/s 2o 说明
结构优化措施能一定程度上缓解共振，减弱了了右侧板
振动能量。

3.2.2结构优化前后噪声对比
右侧板结构优化前后各噪声测点频谱对比如图7 所示，结构优化前后室外机100 Hz 噪声峰值对比详见 表5。

191 环境技术 / Environmental
Technology
T echnical/-kdr
Column/玖不它匕
表4结构优化前后右侧板100Hz振动加速度锋值对比
结构优化前结构优化后
Z方向振动加速度1・51m/s20.91m/s2
Q s p 〉60 40 200 0-0-0-0-
-2 -4 -S -8
由图7及表5可得，右侧板结构优化对室外机96Hz 处的噪声峰值影响不大，100Hz频率点峰值大幅减小。

各测点噪声频谱中100Hz峰值均降低了14dB(A)以±o
右侧板结构优化后测点3处的噪声时频图，如图8所示。

对比优化前图2(b),“一强一弱”的雨点状拍振现象有了十分明显的改善。

故优化方案有效。

(v
a
p
)
图7结构优化前后A记权噪声频谱对比
表5优化前后室外机100Hz噪声峰值对比
测点优化前dB⑷优化后dB(A)
测点141.9227.58
测点244.4222.08
测点343.1121.62
测点447.0325.84
4结论
本文通过实验及CAE仿真分析，对某定频空调器室外机拍振噪声进行了诊断，并通过优化零部件结构，解决了拍振噪声问题。

得到以下结论：
1)空调室外机拍振噪声产生的原因不一定都是风机旋转噪声与压缩机噪声谐频叠加产生，还有可能是其他零部件共振辐射离散噪声与风机旋转噪声或者压缩机噪声谐频叠加产生。

在此过程中，可以通过分析拍振噪声激励源,并对噪声源传递路径上的零部件进行振动测试，
来进一步诊断故障原因。

本文为空调室外机噪声诊断提供了另一个思考方向。

2)为了有效的避免共振问题，定频空调室外机壳体飯金结构件在设计阶段需要进行结构模态仿真核验，避开风机旋转噪声激励频率、交变电磁力激励频率，以及压缩机振动激励频率，此举能有效限制机组共振及拍振噪声的产生。

2021年4月 /April2021
192
+士—~/1I1echnical 不/丄Column
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作者简介:
何志超(1983.5-),男，本科，工程师，从事家电产品噪声振动控制方向研究工作。

通讯作者：陈成(1994.12-),男，本科，助理工程师，从事空调噪声振动控制方向研究工作。

(上接187页)
究的课题即：在所提方法的基础上进行优化，使算法在不影响诊断精确度的前提下，减少计算量，以达到提升算法整体诊断效率的目的。

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作者简介:
黄元银(1982.8-),男，大专，研究方向：汽车维修机电一体化;
黄雪(19823-),男，大专，研究方向：汽车维修机电一体化。

193环境技术/Environmental Technology。