汽车空调压缩机脉动噪声产生的原因分析与解决方案

徐鑫莉，张心明，李秋曼

（1.长春理工大学，吉林长春 130022;2.上海理工大学，上海 201611）

0 引言

如今汽车业发生了翻天覆地的变化，随着人们对生活品质的追求和提高，对汽车的要求也越来越高，安全、漂亮、空间大、配置高、通过性高、适应性强是目前顾客对汽车的需求［1］，因此研究脉动噪声就显得尤为必要，文中以变排量压缩机为例来研究汽车空调压缩机的脉动噪声及解决方案［2］。

1 压缩机的噪声源

（1）气流噪声:进、排气通道，排气管，单向阀冲气，风扇，缸内压力脉动声;

（2）机械噪声:阀片振动、敲击，气缸、活塞摩擦和冲击声，轴承、偏心轮旋转，转子旋转，机体、外壳、管道振动声;

（3）电磁噪声:电机电磁声［3］。

2 压缩机的工作原理

空调压缩机是空调制冷系统的心脏，其作用是维持制冷剂在制冷系统中的循环流动，吸入来自蒸发器的低温低压气态制冷剂，压缩成高温高压状态并送往冷凝器。变排量活塞式压缩机一个工作循环由4个过程组成，即压缩、排气、膨胀、进气［4］。

压缩:制冷剂气体在气缸内从进气时的低压升高到排气时压力的过程;

排气:制冷剂气体从气缸向排气管输出的过程;

膨胀:活塞从上止点向下移动到进气阀打开位置的过程称为膨胀过程;

进气:进气阀打开，低压制冷剂气体不断由蒸发器经进气管和进气阀进入气缸，直到活塞运动到下止点为止的过程［5］。

当主轴旋转时，斜盘也随着旋转，斜盘同时驱动所有的活塞作轴向往复运动，部分活塞向左运动，部分活塞向右运动。当其中一活塞向左运动时，活塞左侧的空间缩小，制冷剂被压缩，压力升高，排气阀打开，制冷剂排出，与此同时，活塞右侧空间增大，压力减小，进气阀开启，制冷剂进入气缸。当主轴旋转一周，双向活塞的前后两端各自完成进气、压缩、排气、膨胀过程，相当于2个气缸工作，工作原理同摆盘式，如图1所示。

由于吸进气过程是有间隔的，这种不连续就产生了气流的波动，高速气流喷射时与空气激烈混合产生了噪声，并且高速气流喷出方向有大量气体又被吸入，从而产生气体涡旋，制冷剂粘滞摩擦力影响，气流与障碍物背后静止气流作用，在障碍物下游形成涡旋气流，产生了噪声。

对变排量活塞式压缩机进行分析可知，其进、排气噪声最强烈，零件的碰撞以及摩擦机械噪声带有随机性，容易被其他因素激发，电磁噪声相对前两者是比较弱的，其实际噪声也是由三者合成的，因此，为了减少脉动噪声最主要的是要降低其气流噪声［6］。

3 产生噪声的原因分析与解决方案

噪声控制的方法主要有以下几方面:

（1）减少机器振动，减小惯性力

①进行性能试验时要校静平衡与动平衡，否则会造成先天性的振动因素;

②压缩机与发动机的同心度要校正确;

③压缩机的基础要严格按照设计图纸加工与装配，与机架的任何结构之间不得有刚性连接;

④由于气流脉动引起的振动必须使附属设备和管道应有牢固的支架，悬臂架要用加强托架，并用垫铁塞紧;

⑤地脚螺钉扭紧力要一致;

⑥机架 （机座）要有足够的刚度。

（2）进、排气阀片弹力、升程设计合理

通过对排气腔进行改进，即排气口位置的优化设计，如图2所示，从试验数据可以得出结论，针对排气口位置进行的优化设计，使其脉动噪声达到合适的范围［7］。

（3）加消声器

压缩机排气消声器使用中不仅具备一定的消声能力，更能保证使用中压缩机压力不升高，压缩机排气消声器是建立在通孔菱形阻声流原理上制造，消声进口管孔为通孔型，以穿孔板为阻性声片，阻声片为声流式结构，是利用菱形弯曲吸声及通道吸声层厚度变化来改善消声性能，不仅消声较高，适应频带宽，气流阻力小，更能保证消声效果。因此正确地选用消声器可以有效降低噪声影响［8］。

（4）整机隔声罩

隔声罩是用隔声构件将噪声源罩在一个较小的空间，使噪声很少传出来的一种噪声控制措施。隔声罩的形状常设计成接近声源的外廓，并且尽量紧靠声源安装，使其体积缩小，降低造价。它需要根据现场声源情况设计加工生产。为保证足够的隔声量，隔声罩一般会采用0.5～2 mm的镀锌钢板、铝板等金属材料，有时在内壁也会要求涂覆3～5 mm的阻尼涂层材料以减少这些金属外壁的共振或驻波现象;而在隔声罩的壁内层多是冲孔板内覆吸声材料等的结构，或直接粘贴一些聚脂类的吸音材料。

隔声罩降噪效果好，在噪声控制工程中广为应用，在设计和选用隔声罩时应注意以下几方面:

（1）罩壁必须有足够的隔声量，且为了便于制造安装维修，宜采用0.5～2 mm厚的钢板或铝板等轻薄密实的材料制作;

（2）用钢或铝板等轻薄型材料作罩壁时，须在壁面上加筋，涂贴阻尼层，以抑制与减弱共振和吻合造成的影响;

（3）罩体与声源设备及其座之间不能有刚性接触，以免形成“声桥”，导致隔声量降低。同时，隔声罩与地面之间形成隔振，以降低固体声;

（4）开有隔声门窗、通风与电缆等管线时，缝隙处必须密封，并且管线周围应有减振、密封措施;

（5）罩内要加吸声处理，使用多孔松散材料时，应有牢固的护面层;

（6）罩壳形式恰当，尽量少用方形平行罩壁，以防止罩内空气声的驻波效应，同时，罩内壁与设备之间应留有较大的空间，一般为设备所占空间的1/3以上，各内壁面与设备的空间距离不得小于10 cm，以免耦合共振，使隔声量减小;

（7）当被罩的机器设备有温升需要采取通风冷却措施时，应增加消声器等措施，其消声器要与隔声罩的插入损失匹配。

通过加隔声罩，降噪量在18～25 dB（A）以上，可以很好地降低噪声。

4 结论

通过对变排量活塞式压缩机工作原理的阐述，分析了噪声源的产生、压缩机工作原理，在优化压缩机结构基础上进行了前后对比，通过加消音器、隔声罩等，可进一步达到降低噪声的良好效果。

【1】马大猷.噪声与振动控制工程手册［M］.北京:机械工业出版社，2002:107－110.

【2】马大猷.现代声学理论基础［M］.北京:科学出版社，2004.

【3】王久生.汽车空调原理与维修［J］.广东轻工职业技术学院学报，2010（9）:25－27.

【4】郑淳允.汽车空调压缩机引起车内噪声的解决方案［J］.机电工程技术，2010，39（7）:160 －162.

【5】马国远，郁永章.摆动斜盘压缩机的力学分析［J］.压缩机技术，1994（1）:1－7.

【6】熊慧英.活塞式压缩机的管道振动原因及防振措施［J］.通用机械，2006（9）:48－51.

【7】张瑞琳.活塞式压缩机管道系统振动分析及改进［J］.流体机械，2006（6）:40－42.

【8】尤祥胜.往复式空气压缩机振动故障诊断［J］.有色设备，2006（4）:32－34.