空调室内机的冷媒传递异音改善研究

赵帅 薛玮飞 梁健巧

(广东美的制冷设备有限公司广东 佛山528311)

空调室内机的冷媒传递异音改善研究

赵帅 薛玮飞 梁健巧

(广东美的制冷设备有限公司广东 佛山528311)

针对制热工况下空调室内机出现的压缩机冷媒传递异音，通过对排气管的消声器进行重新优化设计，实现对室内机声品质的改善。利用声学有限元分析软件对空调室外机的排气管路进行仿真建模，对原机方案和优化方案的传递损失进行了对比分析。仿真结果表明优化方案的消声性能优于原机方案。此外，对消声器优化方案进行了试验验证，试验结果表明室内机的声品质优于原机，进而证明了优化方案的有效性。

室内机；异音；消声器；优化

1 、前言

随着生活水平的提高，空调已逐渐在居民生活中普及起来。然而空调在给人们带来舒适的同时也造成了噪声污染。近年来随着人们对生活质量的要求越来越高，空调的声品质也逐渐引起广大用户的关注[1-2]。

对于空调室内机来说，由于其直接安装在室内，其声音的质量会给用户带来最直接的影响。一方面，其会影响居民的工作和休息，对生活质量造成较大的损害；另一方面，其对企业本身而言，用户的满意度会直接影响企业的可持续发展。因此对于空调室内机的声品质研究很有必要。

压缩机作为空调系统的重要组成部分，其高速运转本身就会给室外机带来电磁噪声、机械噪声以及冷媒脉动噪声[3-4]。不仅如此，压缩机的冷媒脉动还会传递到室内机，引起室内机零件的共振，进而产生室内异音。目前关于压缩机冷媒传递异音主要通过在室外机配管上加消声器来减弱或消除。

本文以某型号空调的室外机为研究对象，针对其传递到室内机的压缩机冷媒异音进行改善，对原机方案采用的消声器进行了优化，通过声学有限元软件对其优化前后的消声器的声学性能进行了仿真分析和对比，并通过整机试验对优化方案的异音改善效果进行验证。

2 、传递损失的计算方法

众所周知，消声器的声学性能决定了室内冷媒传递音的消除效果。消声器的声学性能是指消声器能够在特定的频率范围内，满足一定的消声量。消声器声学性能的评价指标通常为传递损失或插入损失。在空调中一般用传递损失来表征其消声性能。传递损失是指消声器的入口与出口声能量的比值，即入射与透射声功率级之差[5]。其主要表征的是消声器自身所独有的一种属性，与声源以及环境等因素没有关系。其计算公式如式(1)：

对于一维声波方程，在入口端的声压和质点速度为

3 、原机方案的试验分析

图1所示为某型号空调的室外机原机，其在进行制热工况下的噪声测试试验时，发现室内侧出现轻微的低频“嗡嗡”声。通过在室内侧进行噪声数据测试分析发现，在FFT曲线上发现其在95Hz和143Hz处出现较大的噪声值。通过对室外机上配管管路施加额外的配重，进而改变配管固有频率，发现室内侧的异音并未消失，故基本判断该异音为室外侧压缩机传递至室内的冷媒传递音。

4 、传递特性的仿真分析

为了了解原机室外机方案的消声器性能，采用Virtual.Lab软件对原机室外机的排气管路的传递特性进行了分析。软件分析时，对于冷媒的参数属性设置，参考其在制热工况下排气管中的温度和压力，根据冷媒属性表和一定的换算可得到相应的声学参数。本型号空调压缩机管路中采用冷媒R22，仿真时根据消声器所在的管路及相应工况，管内冷媒的密度和声速分别为80.46kg.m-3、168m.s-1。

表1 材料参数（单位mm）

图1 原机方案的室外机示意图

图2 原机方案消声器及排气管路

图2 原机方案消声器及排气管路

图3 优化方案消声器及排气管路

图3 优化方案消声器及排气管路

图5 优化方案的室外机示意图

图4 优化前后的排气管路的传递损失对比

图6 原机和优化方案下的室内机噪音数据对比

图6 原机和优化方案下的室内机噪音数据对比

对于声场计算时的声学边界条件的设置如下：假设入射声场为平面波，即排气管路中靠压缩机的一端设置为单位速度边界；而对于出口端的位置，则将其假设为无反射的平面波声场，即在靠近低压阀的端面的声阻抗设置成与管路的声阻抗值一致。此外，计算时假设管壁为刚性壁面。

原机方案的排气管路的传递损失曲线如图2所示。根据消声器的传递损失理论可知，对于抗性消声器而言，在消声器长度一定时，其膨胀腔的截面积会决定消声器的消声量。本型号的空调室内机的异音频率较低，为了增加低频的消声量，重新设计了一款消声器，增大了消声器的膨胀腔直径。原机和优化方案的消声器模型结构如图3所示，消声器尺寸如表1所示。

如图4所示，将消声器优化后的方案重新采用声学有限元软件进行仿真分析，得到其传递特性。图2中显示了优化后的传递损失曲线。从图中可以观察到，优化方案的消声频率在异音处的消声量优于原机方案，而且在其他频率处也优于原机方案。图4为优化前后的排气管路的传递损失对比

5 、优化方案的试验测试

将采用优化方案的室外机进行制热工况下的噪声试验，根据主观评价发现，此时室内侧的异音基本消除，人耳未能察觉。为了进一步验证，对室内侧的噪音值进行数据采集，根据CPB分析仪得到对应的1/3倍频程的A计权声压级频谱。

测试时声传感器布置在与室内机正前方的距离及高度都为1m的位置，标记为室内机“前面”位置，同时测量与前面位置相差45度角的“左前”和“右前”位置。图5表示的为室内机低风制热运行时，原机方案和优化方案两种状态下，前述的三个方向上的室内机噪音试验数据对比。从室外噪音值对比图，可以发现优化方案的室内机噪声值优于原机，室内未出现异声。

6 、结论

本文对某型号空调的室外传至室内的压缩机冷媒异音进行了分析，对室外机的排气管上的消声器进行了改进设计及仿真分析，仿真分析结果表明优化后的消声器的消声性能优于原方案。通过试验对比室内机的噪音数据，发现室内机异音得到较大的改善，同时噪音值好于原机。

[1]包振球,杨泽周.空调器音质的故障诊断以及减振降噪研究[J].流体机械，2001,29(9):41-43．

[2]薛玮飞,陈俊,陈进,等.基于变频空调声品质的理论分析与实验研究[J]．机械强度,2016,38(4):716-720．

[3]陈绍林,吴俊鸿,段亮,等.空调系统制冷剂压力脉动产生的噪声分析及对策[J],制冷与空调,2011,11(2):49-52 .

[4]缪道平,吴业正.制冷压缩机[M].北京,机械工业出版社, 2002.

[5]Ricardo P．L,Stephan P,Samir N．Y．Gerges,A sound quality-based investigation of the HVAC system noise [J].Applied Acoustics,2009(70):636-645．

Investigation on the reduction of abnormal noise transmitting by refrigerant of the indoor unit of air conditioner

ZHAO Shuai,XUE Weifei, LIANG Jianqiao
(Guangdong Midea Air-Conditioning Equipment Co.,Guangdong Ltd. Foshan 528311)

This paper investigated the abnormal noise of indoor unit of air conditioner transmitting from refrigerant, improved the sound quality by optimizing the muffler, established the model of suction pipe of outdoor unit of air conditioner and analyzed the transfer loss of the original machine and optimized machine. The simulation results showed that the character of noise elimination of the optimized machine is better than the original machine. Moreover, an experimental verification is conducted. The testing results showed that the sound quality of the optimized machine is better than the original machine and the noise elimination effect is obvious.

indoor unit；abnormal noise；muffler；optimization