TRIZ应用综合实例—空调降噪问题

TRIZ应用综合实例
空调降噪
姓名： X X X
班级：机械138
学号： 201307112XX
TRIZ应用综合例析——空调降噪问题
第一章绪论
空调是日常生活中实时接触的家用电器，在给人带来温暖冬天的与凉爽舒适的夏天的同时，也给人们带来了生活中最烦恼的噪音
噪声是指发声体做无规则振动时发出的声音。

声音由物体的振动产生，以波的形式在一定的介质（如固体、液体、气体）中进行传播。

通常所说的噪声污染是指人为造成的。

从生理学观点来看，凡是干扰人们休息、学习和工作以及对你所要听的声音产生干扰的声音，即不需要的声音，统称为噪声。

当噪声对人及周围环境造成不良影响时，就形成噪声污染。

产业革命以来，各种机械设备的创造和使用，给人类带来了繁荣和进步，但同时也产生了越来越多而且越来越强的噪声。

噪声不但会对听力造成损伤，还能诱发多种致癌致命的疾病，也对人们的生活工作有所干扰.
空调简介与其工作原理
空调分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理是一样的，空调以前大多一般使用的制冷剂是氟利昂。

氟利昂的特性是：由
气态变为液态时，释放大量的热量。

而由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。

（即先吸热气化再液化放热）空调就是据此原理而设计的。

压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态制冷剂，所以室外机吹出来的是热风。

然后到毛细管，进入蒸发器（室内机），由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中
吹过，所以室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。

制热的时候有一个叫四通阀的部件，使制冷剂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷风，室内机吹的是热风。

其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理。

用循环水泵不间断地把水箱内的水抽出，并通过布水系统均匀地喷淋在蒸发过滤层上，室外热空气进入蒸发降温介质，在蒸发降温介质CELdek(特殊材质的蜂窝状过滤层，让降温效果更理想，瑞典的高科技专利产品)内与水充分进行热量交换，因水蒸发吸热而降温的清凉、洁净的空气由低噪音风机加压送入室内，使室内的热空气排到室外，从而达到室内降温的目的。

上图是空工作所必需的部件展示图，为空调顺利运行的基础部件。

空调压缩机是在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用。

空调压缩机一般装在室外机中。

空调压缩机把制冷剂从低压区抽取来经压缩后送到高压区冷却凝结，通过散热片散发出热量到空气中，制冷剂也从气态变成液态，压力升高。

空调压缩机的工作回路中分蒸发区(低压区)和冷凝区(高压区)。

空调的室内机和室外机分别属于低压或高压区(要看工作状
态而定)。

制冷剂再从高压区流向低压区，通过毛细管喷射到蒸发器中，压力骤降，液态制冷剂立即变成气态，通过散热片吸收空气中大量的热量。

这样，空调压缩机不断工作，就不断地把低压区一端的热量吸收到制冷剂中再送到高压区散发到空气中，起到调节气温的作用。

分体空调主要由两大部分组成：室外机和室内机。

室外机负责制冷或制热，室内机负责将冷气或热气输送到室内，并通过管道将室内的热空气或冷空气搬运到室外，以达到降温或升温的效果。

从压缩机出来的高温高压制冷蒸汽通过高压软管进入冷凝器；由于车外温度低于进入冷凝器的制冷剂温度，借助于冷凝风
扇的作用，在冷凝器中流动的制冷剂的大部分热量被车外空气带走，从而高温高压气体被冷凝成高温高压的液体。

这种高温高压液体流过节流膨胀阀时，由于节流作用，体积突然变大而降压，变成低压低温的雾状液体进入蒸发器，并在定压下汽化，由于制冷剂在管内汽化时的温度低于蒸发器管外的车内循环风，故它能吸收管外空气中的热量，从而使流经蒸发器的空气温度降低，从而产生制冷降温效果，汽化了的制冷蒸汽被压缩机抽吸压缩，变成高温高压气体，完成一个制冷系统的循环。

但是，空调使用过程中通常会存在噪音的问题，空调噪音是空调系统工作时发出的噪音，包括风机产生的逸入房间中的噪
音，和风管末端处的再生噪音，风机产生的噪音，是叶片旋转时撞击周围空气而产生的有调噪音和有涡流引起的无规噪音。

下面是空调的噪音源：
1、一般情况下空调室外机机组在最初安装时没有考虑减震阻尼处理，当机组设备作业时在产生空气传声的同时，也会通过与之相连的所有钢性构件形成结构传声，此时各个硬性构件成为结构传声的固体声桥。

2、各管道及配件与设备主体结构框架均为硬性连接无减震阻尼处理会与之产生结构共振。

3、如果存在并列安装情况，各同型号机组设备没有相应的隔音罩或者隔音夹板安装处理，相对狭长空间机组同时运转形成同频共振的同时形成空气传声与结构传声共存的混响噪音，致使在该空间听到声强进步增强的混响噪音。

4、室外机后方一般为水泥光洁面墙体，而光洁内壁外饰面在很大程度上对于噪音源发出的入射声波大部分反射，造成反射声波与入射声波的再次叠加致使声能量增加的混响噪音的形成。

5、风机系统本体噪音主要包括风扇旋转噪音、线圈形成的电磁噪音、气流运动形成的气旋涡流噪音等。

6、制冷剂在冷凝器与冷凝管工作状态下冷凝剂循环过程中脉动激发硬件结构形成的噪音。

7、声波在室外机金属外机壳腔内壁入射过程中大部分被反射回来的声波，往复反射过程当中与噪音源发出原声波叠加后形成的混响噪声。

8、各管道管线承重固定支撑点（角钢支架）均与平台主体结构硬性连接，是不可避免的结构传声的有效的负面声桥。

9、整个大环境范围下的周边本体噪音在一定程度上也起到了推波助澜的负面复合噪音（达60分贝）的一部分，如其它近距离机组设备运转杂音马路车辆行驶杂音等。

空调噪音的危害
低频噪声会让人产生压迫感，对睡眠及心理的影响很大。

长期受这种噪声干扰可能导致头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力减退、注意力不集中等神经衰弱症状。

孕妇如果长期生活在这种噪声下，可能出现流产、胎儿畸形等。

噪声对儿童身心健康危害更大。

长期接触噪音可使体内肾上腺分泌增加，从而使血压上升。

噪声越高，其分泌量越多，而血压上升越明显。

在平均70分贝噪音中长期生活的人，其心肌梗塞发病率增加30%左右，特别
是夜间噪音均可使人体总胆固醇上升20%，强烈噪音还可使血液中甘油三脂上升，这对心脏极为不利。

小结
空调是家庭日常生活中的必备家用电器，空调带来噪音的同时，会加速空调各部件之间的磨损老化，使得空调的寿命大大降低，综合各个方面，只有彻底解决空调带来的噪音问题，才能在给人提供更舒适的生活环境，因此解决空调噪音问题，形式非常重要。

空调噪音的一般分析
空调成为人们夏季制冷和冬季制暖的一大主力家电，随着国民经济的发展，空调每年在居民家庭中的运行时间也随之延长。

尤其是夏季的夜晚，几乎处于整晚开启状态。

但夜深人静之时，安静的环境使得空调的运转声显得格外大，而此时又正是人们进入睡眠状态的时间，空调噪声无疑会影响人们的睡眠质量。

于是，了解空调噪声来源，并切实降低噪音，成了空调厂商的一个重要任务。

面对降低噪声值这一问题，有的厂商在安装过程中想办法，有的厂商在产生噪音的零部件上想办法，行业工程师表示，空调噪音主要有四个来源。

一、空调出风口
空调的主要噪音来源就是空调的出风口，当空调开启的风速越大，空调的噪音值当然也就慢慢变大，这是空调的主要噪音值来源之一。

在这一点上，松下空调采用的对策是采取静音设计和优化风道设计。

一方面采取精湛的工艺设计和降噪技术，大大降低室内机运转时产生的噪音，营造更舒适的家居环境。

另一方面，通过改善送风性能与风道的设计，避免机器内部空气乱流，使气流均匀顺畅地吹出的同时有效降低噪音。

二、空调面板的松动
当长期使用空调后，空调的面板很容易因为各种原因造成松动，这样，空调在运转时产生的震动就会让面板互相摩擦，从而产生噪音。

这种现象在一些面板轻薄的空调产品上比较容易出现，松下空调采用的厚重面板设计则一般很少出现此类现象，加强加厚型面板可以充分保护空调内部零件，延长空调使用寿命，外形也会更加稳重美观。

三、空调室内机的安装
空调室内机的安装与室外机的连接情况也影响空调的实际使用与噪音，如果室内机安装的不够稳定，当室外机运转后，铜管连接着室内机，室内机就会受到压缩机的影响，从而导致室内机共振，从而产生噪音，这就需要空调厂商在为用户安装时注意。

而用户在第一次发现这个问题时，也需要第一时间要求重新安装或加固，否则共振时间一长，将会严重影响空调安装质量，进而影响使用。

四、室外机运转
室外机产生的噪音也是空调噪音的主要来源之一，空调室外机的噪音来源除了压缩机之外，最大的来源便是室外机风扇。

目前室外机风扇普遍采用轴流风扇，松下空调的室外机使用的是3叶式异径轴流风扇，通过改变风扇形状，提升吸入性能，通过细小处的优化修正，提高运转效率，同时降低噪音。

松下空调通过对内部风道的优化、面板的加厚，室外机风扇的调整，其壁挂机系列的静音最低值可达22dB，柜机静音最低值可达33dB。

基于TRIZ的空调噪音分析
3.1 TRIZ的主要内容
创新从最通俗的意义上讲就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程，TRIZ理论的强大作用正在于它为人们创造性地
发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具。

现代TRIZ理论体系主要包括以下几个方面的内容：
1. 创新思维方法与问题分析方法
TRIZ理论中提供了如何系统分析问题的科学方法，如多屏幕法等；而对于复杂问题的分析，则包含了科学的问题分析建模方法——物-场分析法，它可以帮助快速确认核心问题，发现根本矛盾所在。

2. 技术系统进化法则
针对技术系统进化演变规律，在大量专利分析的基础上TRIZ理论总结提炼出八个基本进化法则。

利用这些进化法则，可以分析确认当前产品的技术状态，并预测未来发展趋势，开发富有竞争力的新产品。

3. 技术矛盾解决原理
不同的发明创造往往遵循共同的规律。

TRIZ理论将这些共同的规律归纳成40个创新原理，针对具体的技术矛盾，可以基于这些创新原理、结合工程实际寻求具体的解决方案。

4. 创新问题标准解法
针对具体问题的物-场模型的不同特征，分别对应有标准的模型
处理方法，包括模型的修整、转换、物质与场的添加等等。

5. 发明问题解决算法ARIZ
主要针对问题情境复杂，矛盾及其相关部件不明确的技术系统。

它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程，实现对问题的逐步深入分析，问题转化，直至问题的解决。

6. 基于物理、化学、几何学等工程学原理而构建的知识库
基于物理、化学、几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库可以为技术创新提供丰富的方案来源。

3.2TRIZ解决问题的模式
3.3空调噪音问题的描述
下面以家庭所用空调为例进行分析
1问题描述
空调出风口
空调的主要噪音来源就是空调的出风口，当空调开启的风速越大，空调的噪音值当然也就慢慢变大，这是空调的主要噪音值来源之一。

空调面板的松动
当长期使用空调后，空调的面板很容易因为各种原因造成松动，这样，空调在运转时产生的震动就会让面板互相摩擦，从而产生噪音。

空调室内机的安装
空调室内机的安装与室外机的连接情况也影响空调的实际使用与噪音，如果室内机安装的不够稳定，当室外机运转后，铜管连接着室内机，室内机就会受到压缩机的影响，从而导致室内机共振，从而产生噪音。

室外机运转
室外机产生的噪音也是空调噪音的主要来源之一，空调室外机的噪音来源除了压缩机之外，最大的来源便是室外机风扇。

2空调的工作过程
空调机组制冷
制冷时,制冷压缩机将蒸发器(室内换热器)内的低温低压制冷气体吸入汽缸,经过压缩机做功,使之成为压力和温度都较高的气体,经过四通换向阀导入室外换热器内,高温高压的制冷剂气体冷却介质(空气)进行热交换,把热量传给介质(空气),而制冷剂凝结为高压的液体。

高压液体经毛细管节流降压后进入室内机蒸发器,在蒸发器内低压液体的制冷剂立即汽化,并在汽化时吸收周围介质(空气)的热量,从而使周围的空气降温冷却,而室内风机又源源不断的将室内空气吸入,通过蒸发器降温再进入室内,从而降低室内温度。

汽化后的低压低温制冷剂又被吸入压缩,这样周而复始不断循环,实现连续制冷。

制空调机组热
热泵制热时,四通阀换向后,室内机变成冷凝器,压缩机排出的高温高压制冷气体换向导入冷凝器,在冷凝器内,高温制冷剂气体与周围空气进行热交换并放出热量凝结为液态的制冷剂。

同样通过风机的作用实现制热的目的。

高压制冷剂液体离开冷凝器经过毛细管节流降压后进入室外换热器,并在其中不断的汽化,汽化时吸收周围介质(空气)的热量。

随后被压缩机吸入压缩,这样周而复始,
不断循环,实现连续制热。

3问题初始环境描述
空调各部件之间的相互运动极易造成空调噪音的产生。

4主要缺点
例如空调外机中，扇叶跟随轴运转的过程中，部件相互运动产生比较刺耳的噪音。

5主要缺点在什么情况下出现
空调外机工作时，与轴转动时。

6 此缺点在类似工程中如何被解决
机箱内风扇的声音越来越大,原因是风扇由于轴承缺油，轴承孔被磨损——风扇的轴和轴承之间的间隙过大，而且风扇的轴向活动间隙也太大，风扇的扇叶可以前后移动几毫米。

风扇在转动后作轴向运动，而且扇叶的转动平面也在晃动，不仅磨损越来越加剧，同时产生了很大的噪音。

绝大多数的风扇故障都出于此因。

可以通过添加润滑体系，降低之间的磨损产生的噪音。

上图是空调外机内部结构图
第二章基于TRIZ“思维桥”的空调降噪
思维桥的概念
所谓的思维桥是指由TRIZ的五种创新思维方法组成de解决发明问题的程式化过程，这五种创新方法是：最终理想解、金鱼法、九屏幕法、STC算子和小人法。

最终理想解的应用。

最终理想解的概述
产品或技术按照市场需求、行业发展、超系统变化等，随着时间的变化无时无刻都处于进化之中，进化的过程就是产品由低级向高级演化的过程。

如果将所有产品或技术作为一个整体，从历史曲线和进化方向来说，任何产品或技术的低成本、高功能、高可靠性、无污染等是研发者的追求的理想状态，产品或技术处于理想状态的解决方案可称之为最终理想解。

创新过程从本质上说是一种追求理想化的过程。

TRIZ理论中引入了“理想化”、“理想度”和“最终理想解”等概念，目的是进一步克服思维惯
性，开拓研发人员的思维，拓展解决问题可用的资源。

应用TRIZ 理论解决问题之始，要求使用者先抛开各种客观限制条件，针对问题情境，设立各种理想模型，可以是理想系统、理想过程、理想资源、理想方法、理想机器、理想物质。

通过定义问题的最终理想解，以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新设计和解决问题时缺乏目标的弊端，提升解决问题的效率。

TRIZ理论创始人阿奇舒勒对最终理想解做出了这样的比喻：“可以把最终理想解比做绳子，登山运动员只有抓住它才能沿着陡峭的山坡向上爬，绳子自身不会向上拉他，但是可以为其提供支撑，不让他滑下去，只要松开，肯定会掉下去。

”可以说最终理想解是TRIZ理论解决问题的“导航仪”，是众多TRIZ工具的“灯塔”。

在TRIZ理论中，最终理想解是指系统在最小程度改变的情况下能够实现最大程度的自服务（自我实现、自我传递、自我控制等）。

应用最终理想解分析空调降噪问题
传统的设计方法是设计人员根据已有的产品及以往的设计经验提出新产品的工作原理，通过持续的修改、完善，然后做样机，样机制作中发现问题不断修改，样机制成后进行实验，验证其功
能是否能满足要求，以便进一步修改，直到设计和制作出满足要求的产品。

这种研发产品的方法缺乏明确的目标，效率低下。

那么，有没有高效率的创新方法呢？TRIZ的出现就回答了这个问题，TRIZ在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解，明确理想解所在的位置，保证在解决问题的过程中沿着此目标努力，并获得最终理想解，从而避免了传统创新设计放嘎中缺乏目标的弊端，大大的提高了创新设计的效率。

如果将TRIZ创造性的解决了方法比作通向胜利的桥，那么最终理想解就是这座桥的桥墩。

而技术系统进化理论的八大技术系统进化法则，可以有效的帮助设计人员在问题解决之初，首先确定解的方向。

产品研发过程中沿着这个确定的方向进行就可以得到理想解。

第一步：设计的目的是什么？空调降噪
第二步：理想解是什么？空调没有噪音
第三步：达到理想解的障碍？空调使用过程中会产生噪声、振动第四步：如何使障碍消失？什么资源可以帮助你？消除声音；可利用的资源：真空隔音。

第五步：解决方案：噪音出口安装真空隔音板
STC算子的应用
STC算子的概述
STC算子法是一种非常简单的工具，通过极限思考方式想象系统，将尺寸、时间和成本因素进行一系列变化的思维实验，用来打破思维定势。

STC的含义分别是：S—尺寸、T—时间、C —成本，从尺寸、时间和成本三个方面的参数变化来改变原有的问题。

通常工程师在解决技术问题时对系统已非常了解和熟悉，一般对研究对象有一种“定型”的认识和理解，而这种“定型”的特性在时间、空间和资金方面尤为突出。

此种“定型”会在工程师的思维中建立心理障碍，从而妨碍工程师清晰、客观地认识所研究的对象。

这种障碍对工程师的影响表现在：一是工程师所建立的思维结构可能与所解决问题的方法相差甚远；二是这种心理障碍会主观地过滤掉某些“所谓的与技术问题无关，但实际上非常重要的信息”，并在此基础上加入“某些与技术问题实际上无关的信息，而又被工程师主观地认为很重要的信息”，造成了解决问题的思路和寻找可利用的资源时走上了一条“不归路”。

应用STC算子的目的：一是克服长期由于思维惯性产生的心理障碍，打破原有的思维束缚，将客观对象由“习惯”概念变
为“非习惯”[1]概念，在很多时候，问题的成功解决取决于如何动摇和摧毁原有的系统以及对原有系统的认识；二是通过尺寸、时间和成本三个纬度的分析，迅速发现对研究对象最初认识的误差；三是通过认识误差的分析，重新定位、界定研究对象，使“熟悉”的对象陌生化；四是用STC算子思考后，可以在分析问题的过程中发现系统中存在的技术矛盾或物理矛盾，以便在后续的解题过程中予以解决，很多时候改变原来的思路就可以找到问题的解决方案。

应用STC算子分析空调降噪问题
1、假设空调部件运动误差趋于0
方案：零件之间的摩擦较小，以此来降低噪音
2、假设空调风速大小不受限制
方案：对扇叶的结构进行重新设计，使其风速大小不会加大噪音的现象出现。

最终方案：隔音板隔音
理论上，一般的物体都具有隔音效果，但是我们把平均隔声量（在无限大的空间中，声源与被测点之间放一张无限大的材料）超过30dB的板材才称作隔音板。

隔音板一般为高密度材料。

声音是一种波状能量，需要介质才能传播。

声音在同一种介质中传播时，介质密度越大，传播速度越快。

比如在常温空气中的传播速度约为340米/秒，在铁轨中的传播速度约为5200米/秒。

声音的另一种传播就是跨介质传播。

即从一种介质，穿过两种介质
的临界接触面进入另一种介质，此时，声能的传递实质是振动幅
度的传递。

跨介质传播时，两种介质的密度相差越大，声能的损耗越大。

而实际应用中，空气为人类常态下活动空间，于是与空气密度相差越大的材料一般为密度很高的材料（比空气密度还要低很多的材料除了真空，还真的不多），即可视为隔音材料。

密度越高，隔音效果越好。

这样的材料制成的板材，称为隔音板。

隔音板并不是所有频率的声音都能阻隔，物体都有固有共振频率，接近物体共振频率的声音，隔音板的隔音效果显著降低。

采用隔音板进行隔音。

利用金鱼法进行分析
金鱼法：金鱼法是Triz理论中一种克服思维惯性的方法，它从幻想式解决构想中区分现实和幻想的部分，再从幻想的部分继续分出现实与幻想两部分，反复进行这样的划分，直到问题的解决构想能够实现时为止。

金鱼法是从幻想式解决构想中区分现实和幻想的部分，然后从解决构想的幻想部分再分出现实与幻想两部分。

这样的划分不断地反复进行，直到确定问题的解决构想能够实现为止，所以称之为幻想分析仪。

现在用金鱼法来解决这个问题：
1）首先将问题分解为现实部分和不现实部分。