制冷压缩机减振降噪技术专题调研

制冷压缩机减震降噪技术研究

——专题调研

摘要：制冷压缩机是冰箱、空调，等众多家用设备的主要噪声源，它的振动与噪声也影响到它作为家用设备的舒适性。其减振除噪的重要性不言而喻。本文介绍了制冷压缩机振动与噪声的产生原因与机理。介绍了一些传统的减震降噪的措施与手段，同时着重介绍了一些最新的减震降噪技术。

关键词：制冷压缩机；减振；降噪；

随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，环境保护意识大大增强，制冷压缩机是冰箱、空调，等众多家用设备的主要噪声源，其性能直接影响到人们的生活和工作，在噪声控制方面取得了较大的进步。本文主要根据国内外发表的文献，对这一问题进行了详细总结，分为制冷压缩机振动噪声的主要原因、振动噪声产生和传播机理研究进展和减振降噪措施。总结了制冷压缩机常用的噪声控制方法，并介绍了噪声控制方面的新技术，包括有源声控技术，包括源噪声控制技术压电智能材料的应用，形状记忆合金的应用等最新技术及其他尚未在制冷压缩机领域应用但很有前景可以拿来借鉴的技术。

1、制冷压缩机噪声原因与机理

制冷压缩机系统产生的噪声主要由机械性噪声、电磁噪声和压缩机产生的流体动力特性噪声构成，以及其他各种噪声的耦合噪声。

（1）机械性噪声：

机械性噪声主要由摩擦、磨损以及机构间的力传递不均匀产生的。转子及其装配件的不平衡：制冷压缩机 机械噪声： 1. 机械不平衡引起的振动； 2. 机械碰撞，滑动引起的噪声： 电磁噪声： 1. 基波磁通引起的振动； 2. 高次谐波磁通引

起的振动； 流体动力噪声:

1. 气流噪声;

2. 油流噪声； 轴承 定子 制冷剂 外壳 噪声

转子啮合、转子转速波动引起的冲击噪声；开启式螺杆制冷压缩机的电机与连轴器不对中引起的振动与噪声；轴承振动与噪声。机体外部包括机壳、支承结构、底座的振动与噪声。油分离器，蒸发器、冷却系统的振动与噪声。电机轴和轴承之间的相互作用形成电机的机械噪声。

（2）流体动力特性噪声：

流体动力特性噪声包括气流噪声和油流噪声。气流噪声主要是吸、排气噪声，包括气体进、出排气腔及转子槽基元容积时形成的涡流噪声，排气过程中回流和膨胀产生的喷流噪声；气流管道脉动及弯头振动、噪声；吸、排气止回阀噪声。油流噪声包括：喷油噪声；油流管道噪声；油泵气穴、困油噪声等。

（3）电磁噪声：

电磁噪声时电动机中特有的噪声，其属于机械性噪声，在电动机中，电磁噪声是由交变磁场对定、转子作用，产生周期性的交变力引起的振动和噪声。当电源电压不稳定时，最容易产生电磁振动和噪声。

2 压缩机噪声振动传递路径

根据全封闭压缩机的结构，我们可以把传递路径分为三类：1.固体路径(弹簧、管、机体总成)；2.液体通道(冷冻油)；3.气体通道即制冷气。

2.1 固体通道

我们知道，声波的传递大小与媒质的特性阻抗(密度与声速的乘积)有关。Binder 认为固体通道是压缩机最重要的传输通道。Thomton 也认为压缩机噪声主要的传递路径是固体通道。他首先企图找出压缩机某阶振动模态与其噪声级的联系。因为这一模态假若存在的话，就可以通过调整电机与主机的相互运动关系使振动匹配破坏，从而噪声降低。但他们的企图没有实现。接着他用改变传输性来降低噪声。具体采用措施如下：隔振选用固有频率尽量低的弹簧；阻抗失配即弹簧与机体连接处尽量选用特性阻抗低的材料。Jenkins 利用计算机仿真技术来研究通过弹簧传递的振动。他发现若将活塞和连杆的质量减少30％，即可减少40％的传递力。他同时发现，通过仅仅优化平衡块的质量和位置对弹簧的变形影响很小，而通过优化弹簧与机体的连接点的位置，可大幅度降低水平位移。除弹簧外，吸排气管也同样是重要的传递通道，Soedel 将吸排气管建立了一个数学模型来求得各管参数对振动的影响。他得出如下结论：压缩增加时，管路的刚度增加，从而固有频率有所增加，当质量流量增加时，管路自振频率将下降。随后Toio用有限元法对排气管进行修改，也可使管路刚度下降，从而避开压缩机旋转频率及其谐波。另外，Sinpson简单采用了一个汽车空调软管代替现行的铜管，也取得了很好的效果。

2.2 液体通道

关于该类通道对噪声的影响，文献资料较少。Simpson 用铜管弯曲成螺旋状并在其表面钻上小孔(直径0.010″)称作起泡器。然后将这一起动器浸在压机油中并与排气腔相连，这一措施连同其它方法使噪声降低了5dB，这种起动器对1000Hz 以上的噪声似乎很有效，但文献没有提及对性能有何影响。

2.3 气体通道

Thomton 做过实验，证实对于刚性连接的旋转压缩机固体通道是主要的传输通道。但改为弹簧连接后，气体通道即成为主要的传输通道。全封闭压缩机腔内充满了制冷气体，当机体振动时，制冷剂被激励，一方面将振动传输出去，另一方面有可能产生共振，将振动放大，从而使外壳产生更大噪声。在这一领域值得一提的是Johnson 和Hamilton，他们是第一次进行并发现气体在腔内共振实验的人。他们首先发现压缩机噪声谱中460Hz 处有一个高峰，这个高峰随着温度的改变来回移动，通过测量声功率，发现460Hz 有很强的方向性，与偶极子源特性类似。通过计算可知是压缩机腔内的轴向气体共振。这些推论又用如下实验

得到了证明：更换制冷剂，对激励源共振进行激励用抗性滤波器进行滤波消声。他随后又进行了严格的计算，得出一系列的自振频率。基于以上工作，他们指出一个压缩机如果其吸排气频率及其谐波与腔内某阶自振频率相重合的话，极易发生气体共振。并指出高背压压缩机与低背压相比，由于压力及脉动较大，更易发生共振，另外，除气体脉动外，机体本身的振动也有可能成为共振激励源。继Johnson 实验之后，许多人如ThomtonFeldmaier 等也发现了同样的共振现象。Jojo在低背压的压缩机中也发现了多体共振现象并进行了实验验证和理论计算。他用一根管直接与吸气腔相连后，由于消除了气体共振使噪声下降了

15dB。随后又有人采用了一些新的实验方法来研究气体共振现象，如Matsnzaka，他用白噪声激励气体在腔内不同位置测量压力变化，从而求得腔内气体振动模态。V etsuji 用同样的方法修改了一个压缩机外壳的形状，得出了如下实验结果：噪声谱形状有新的变化时，1k 和1.25kHz 频段内又出现了三个新的共振。更为精确的是Lee 和Kin他们用有限元法对腔内气体进行三维计算，并成功地用压缩机进行了气体共振仿真模拟。

3、减振降噪措施

（1）传统措施

解决电机噪声。首先，即解决不平衡问题，一般总是通过平衡计算在转子上下端两部分增加不同重量平衡块进行平衡，其不足之处是在减小振动同时也增加压缩机的负荷使压缩机效率有一定的降低。目前最有效解决这一问题的方法是使用双气缸化。

降低压缩机所产生的低频振动及共振，从以下几个方面入手。首先，改进加强系统配管材料刚性，在允许使用的范围内选用强度、刚性大的材质的管，这样可减小共振。第二，对制冷压缩机加附阻尼材料。第三，根据不同的制冷需要和不同压缩机，改进配管结构。

改善排气口形状降噪。排气时在三角形排气口顶部产生局部气流，形成局部激波，产生噪声，可以通过三角形顶部用圆弧过渡来克服局部激波噪声。国内一些制冷压缩机生产企业在进油的排气口形状作了一定的改进，如将平口改为斜口或在出口部安装合适的排气消声器。

吸声隔声材料的使用。近来国内外空调压缩机普遍采用一种隔声套，对压缩机进行处理。隔声套是控制制冷压缩机机组噪声传播的一种有效措施。

（2）制冷压缩机减振除噪的最新技术

1）有源噪声控制技术

在振动控制中，降低低频噪声和低频振动一直是一项困难的工程。一般吸频带非常窄，构件的低频吸声量很小。有源噪声控制方法是近年来发展起来的一种全新的噪声控制方法。与传统的降噪技术相比，优势在于对低频噪声控制效果好以及对原系统的附加质量小，因此近年来有源噪声控制在降低低频噪声中得到了广泛的应用。

有源噪声控制是在指定区域人为地、有目的地产生一个次级声信号去控制初级声信号，以达到降噪目的的技术方法。根据两列声波相消性干涉或声辐射抑制的原理，通过次级声源产生与初级声源的声波大小相等、相位相反的声波辐射，使二者相互抵消，从而达到降噪的目的。

此种技术是率先在汽车中应用的，英国Lotus汽车公司与ISVR合作，将自适应有源降躁技术应用于噪声控制。控制的核心是电脑模块，采用发动机转速信号分频方法，分离出多阶正弦波参考信号。在发动机转速为3000～5000r/min范围内明显降低了车内低频发动机噪声，可降低车内轰鸣声(对应发动机点火频率噪声)10dB左右。由于采用了多个监测传声器和次级声源，降噪区域较大，能快速跟随车内低频发动机噪声的变化。

2）压电智能材料的应用