汽车空调涡旋压缩机降噪结构设计

汽车空调涡旋压缩机降噪结构设计
作者：李小丹
来源：《汽车博览·科研上旬刊》2019年第01期
摘要：涡旋压缩机作为汽车空调的动力源，如果出现噪音，不仅影响其使用的舒适度，还会对空调寿命造成影响，同时，不利于人们的身心健康，降低空调的使用效果。

因此，涡旋压缩机的噪声水平，对于其产品的市场占有率具有决定性的作用。

针对上述情况，对涡旋压缩机的工作原理及噪音产生的机理进行详细的分析，继而提出汽车空调涡旋压缩机降噪结构设计要点，以供参考。

关键词：汽车空调;涡旋压缩机;降噪结构设计
引言
近年来，由于社会对汽车空调性能的提高，同时也是制冷设备厂家的需求，涡旋压缩机生产企业在降振减噪上做了很大的提高。

通过压缩机降噪结构设计，大大降低汽车空调运行中的噪音，提高驾驶及乘坐的舒适度，本文在理论分析的基础上，对汽车空调涡旋压缩机降噪结构设计进行了系统的研究分析。

1、涡旋压缩机工作原理
涡旋压缩机通过主轴驱动，动定涡旋齿相对啮合，形成数对密闭压缩腔。

随着主轴不断转动，密闭压缩空间从外向内移动，容积不断收缩变小，气体的增压过程得到实现。

工作过程中，主轴回转半径小，吸气无余隙，工作腔容积变化过程持续时间长。

动定盘之间相对滑动速度小，摩擦损失小。

采用背压腔结构平衡轴向气体力，机壳内高压排出气体并冷却电机，排气压力脉动小，使得振动和噪声小。

因而，涡旋压缩机具有效率高、噪音低、结构简单、重量轻、运转平稳、振动小、可靠性高等特点。

压缩机主机是整个涡旋压缩机的核心部位，其主要组成有主轴、偏心小轴机架、涡旋动盘和涡旋定盘。

结构上，外侧与吸气孔相通，内测与排气口相通当主轴开始转动，动盘与定盘涡旋齿壁形成月牙形密封腔，其容积由大变小实现气体压缩，而且涡旋压缩机吸气、压缩、排气三个工作过程是同时进行始终同时处于吸气和排气的状态。

2、涡旋压缩机噪声产生的机理
涡旋式压缩机的主要工作原理是利用移动和静止涡旋的相对旋转来形成封闭容积的连续变化，以达到压缩气体的目的，并相应地产生振动和噪声。

涡旋玉缩机噪声包括多个方面，常见的有机械噪声，电磁噪声，气动噪声和液体噪声。

各种噪声的来源分析如下。

（1）机械噪声发生的原因如下：曲轴的不平衡旋转，滑动摩擦、机械冲击，机械噪声会通过轴，轴承和壳体向外扩散;
（2）电磁噪声发生的原因如下：作用在铁芯上的电动机中的气隙磁场产生的电磁力激发的电磁振动，并通过定子和壳体向外扩散;
（3）气体噪声发生的原因如下：间歇吸气和排气动作产生的压力脉动，形成脉动气流引发噪声，并通过空气和壳体向外扩散;
（4）液体噪音发生的原因如下：由制冷剂，润滑剂喷射和气蚀引起的，并通过液体和外壳向外传播。

3、汽车空调涡旋压缩机降噪结构设计
3.1 消声器选择
空调系统具有许多降噪方法，消音器降噪具有很好的效果。

根据空调系统中消音器的合理选择，将其降噪效果发挥至最大。

排气口属于压缩机噪音的来源之一，因此在排气口的管路上增加消音器，以抑制来自气源的噪音的产生。

当注入气体时，产生压缩机排出口处的噪音。

由气体注入产生的噪声与注入孔的孔径成反比。

如果注入孔径减小，则噪声将增加，但是如果孔径减小到毫米级别，则注入的噪声频率将降低到对人耳不敏感的范围。

因此，将大喷口改变为相同区域的小喷口可以降低噪音。

消声器可用于减少来自各种空气动力装置的入口和排气口或沿着管道的噪音。

根据消噪原理的不同消声器大致可分为以下几种：
阻性消声器：它是由消声器布置在管道内壁上或以某种方式布置在管道中的电阻材料的吸音效果。

沿管道传输的声能部分转换为热能，从而达到消除声音的目的。

声学性能主要取决于吸声材料的类型，吸音层的厚度和密度，气流通道横截面的形状和尺寸，气流速度和消声器的长度。

电阻消声器适用于消除中高频噪声，消声频带宽，对低频噪声的消声效果差。

因此，通常使用电阻消音器来控制风扇的进气和排气噪音。

抗性消声器：主要是利用声波具有传播特点，将声波进行阻止或者干涉，防止声能向外传播。

它主要适用于消除低频和中频的窄带噪声。

因此，它通常用于消除诸如内燃机的排气噪声，并且目前不常用于空调系统。

阻抗复合型消声器：考虑到电阻消声器和电阻消声器的各自特性，它们通常组合成阻抗复合消音器，以同时获得高，中和低频范围内的消声效果。

3.3 膨胀阀的降噪分析
在空调系统中，膨胀阀位于冷凝器和蒸发器之间，主要作用是将制冷剂从液态变为气态。

在空调压缩机中，各种频率的振动噪音，将在膨胀阀的出口处以不同声音模式进行表达。

空调系统膨胀阀出口处的典型噪音类型有喇叭，鸟尖，啸声，气体喷射或流动声音。

在膨胀阀出口处产生的喇叭声音频率为400至600Hz，噪音很大，并且可能出现在任何空调中。

这种噪音可能在压缩机开启和关闭阶段以及平稳运行期间发生。

它是由通过膨胀阀内的各种开闭部分的制冷剂的振动引起的。

当系统在高负载下工作时，这种现象更频繁地发生。

原因是膨胀阀在垂直方向上的共振。

解决方案是在膨胀阀内增加一个阻尼夹，减小钢球的直径。

在胎圈座上添加一个星形阻尼夹。

增加阻尼夹增加了摩擦并减小了振幅，从而防止了膨胀阀的自然共振。

使系统产生非线性变化并消除共振。

钢球的直径减小，接触压力振动的面积减小，从而减少了系统的干扰。

在膨胀阀出口处产生的鸟鸣声是中頻噪声，峰值为900至1000Hz。

原因是在空调系统的高温高湿环境中制冷剂的运动和膨胀阀的水平方向的共振。

膨胀阀内的双喷射器结构变为单个顶针结构，增加了顶出套管，可提高顶针的刚性。

防止气流对冲头的直接影响，达到减少共振的效果。

啸叫的频率在2000Hz和5000Hz之间，这可以在任何空调系统中发生。

啸叫一般发生在压缩机的启动阶段，并且由于制冷剂气体撞击在膨胀阀的低压侧的顶针上而引起，尤其是在高负荷时间段，更容易发生啸叫。

通过增加顶出套筒并增加膨胀阀套管的直径，能够很好的减少甚至消除气流对顶杆的冲击，提高顶针刚度，在一定程度上降低膨胀阀的初始容量，改善膨胀阀的制冷剂供应，降低噪音分贝。

在配备有固定排量压缩机的空调系统中，气体喷射或流动的声音发生在压缩机停止或开始运转阶段。

这是因为在膨胀阀快速打开/关闭期间，压力会突然改变，但是温度没有突变。

制冷剂在膨胀阀入口处的过冷却不足以产生气液两相混合物，当气液混合物通过膨胀阀节流时，气体注入或流动声响。

最好的方法就是减小膨胀阀的容量，其目的是为了减小膨胀阀孔的横截面积。

通过增加或减小压头的直径来实现改变膨胀阀的容量。

当容量为2T时，选择直径1.5毫米的顶杆横截面，当容量为1.5T时，选择直径1.8-2.0毫米的顶杆横截面。

通过减小膨胀阀的容量，确保膨胀阀入口处的压力缓慢降低，而不是发生突变，使液体制冷剂不会蒸发确保通过膨胀阀的制冷剂处于液态，从而不会产生气体注入或流动声音。

结语
总之，汽车空调涡旋压缩机的噪音影响了行车舒适度，通过降噪设计，能够很好的解决这一问题，本文在分析噪音来源的基础上，对涡旋压缩机进行降噪结构设计，可以很好的完善汽车空调的性能，对国内汽车空调的研究具有一定的借鉴意义。

参考文献
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