空调系统传递音解决方案的研究与分析

杨伟奇 王晖 熊硕

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

1 引言

随着人们生活质量的提升，消费者对空调的需求不再仅限于制冷量、制热量的要求，对空调器带来的噪音问题也越来越关注。特别是内机噪音直接影响人们的睡眠质量，所以内机音质的改善以及异常噪音的消除是噪音研究中的重点。内机异常噪音主要分为：机械噪音、电磁噪音、液流声和气流噪音等[1]。其中气流噪音中的传递音问题是比较常见的异常噪音，多数是从外机通过冷媒、壳体及管路传递到室内[2]，耳感尖锐，在低风档时尤为明显，对内机音质影响较大。本文从理论和实验验证两方面分别对空调系统传递音的解决方案进行研究与分析，并对相关问题提出了切实可行的解决方案，对今后空调器传递音的快速解决具有一定的指导作用。

2 转子压缩机空调系统传递音解决方案的研究与分析

2.1 转子压缩机空调系统传递音产生的原因

根据转子式压缩机的内部结构（如图1）及工作原理：在每个工作周期内，低压制冷剂从吸气口进入气缸，当冷媒被压缩到一定的压力后，排气阀打开，高压气体排出压缩机[3]。在转子运转的周期内，为了确保制冷效果，排气阀对于打开压力有一定的要求。所以随着转子的高速转运，冷媒的排气过程是间歇性的。此种间歇性的过程导致了排气流速和流量的不稳定，这是排气压力脉动的主要原因。而对于压缩机的吸气侧，由于吸气压力低、吸气密度小，所以随着吸气空间的不断变化也导致了吸气流量的变化，最终导致吸气脉动。

排气脉动和吸气脉动通过冷媒及连接管可以把压缩机运转过程中的机械噪音传递到内机，这是导致内机有传递音的主要原因。

2.2 空调系统在制热运行过程中传递音的解决方案及分析

空调器在运行过程中，排气压力远远高于吸气压力。且根据转子压缩机的运行原理，排气比吸气周期性的变化更加剧烈，所以排气脉动要比吸气脉动更大。空调系统在制热运行时，压缩机排出的高温高压的冷媒直接通向内机，与内机蒸发器相连，排气压力脉动导致蒸发器内压力周期性变化，在内机产生传递音。

图1 转子式制冷压缩机横截面示意图

图2 22K机型制热运行噪音频谱

图3 22K机型在排气管上增加消音后制热运行噪音频谱

图4 空调器制冷运行原理图

图5 46机型制冷运行噪音频谱

图6 46机型增加消音器后制冷运行噪音频谱

此时在压缩机排气和蒸发器之间的通路上增加消音器，通过使用抗性消音器来降低压力脉动及噪声水平，利用流动方向上管道的截面面积的突变，使得声波发生反射或者干涉来解决传递音的问题[4]，是比较有效的解决方案。

对一款制热低风档存在传递音的机型进行频谱分析，从图2的频谱图中可以发现内机存在峰值，频率为434 Hz，接近于压缩机的倍频。在排气管上增加合适的消音器后重新进行频谱分析如图3，峰值消失，噪音音质得到良好改善。

2.3 空调系统在制冷运行过程中传递音的解决方案及分析

空调器在制冷运行时，根据图4的运行原理图：排气端与冷凝器相连，经过毛细管后与内机蒸发器相连。由于蒸发器内的压力是背压，且毛细管内冷媒的流速达到声速后，高压压力的变化对蒸发压力无影响。所以尽管排气压力脉动比吸气脉动更大，但是在制冷模式下排气脉动由于受到毛细管的阻隔对蒸发器内的冷媒压力影响不大，声波传递路径中断。相反压缩机的吸气与蒸发器相连，吸气脉动可以把声波反向传播到内机，导致内机传递音的产生。故在此种情况下抗性消音器位置放置在压缩机吸气和蒸发器之间的通路上可以有效解决异常噪音。

选取一款制冷模式下低风档存在传递音的46机型进行分析。改善前频谱如图5所示，在408 Hz处存在峰值，峰值频率接近于压缩机的倍频，确认为压缩机运转过程中的噪音被传递到了内机。对样机进行调整，在声波的传递路径吸气管上增加消音器后重新进行音质评估，峰值消失，噪音音质得到良好改善。对图6所示的频谱图进行分析，408 Hz处的峰值消失，确认改善方案切实有效。

3 往复式压缩机空调系统传递音解决方案的研究与分析

往复式压缩机与转子压缩机的内部结构（如图7）有较大差异：转子压缩机的吸气腔是储液罐，排气腔是压缩机缸体。而往复式压缩机的吸气腔是压缩机缸体，相当于大型消音器，排气通过内部排气管直接连接到空调系统。这种内部结构的差异决定了两种压缩机系统传递音产生的原因是不同的。

对于往复式压缩机而言吸气腔足够大，吸气脉动较小，即使在制冷模式下也不会因为吸气脉动导致传递音。而在排气侧气缸周期性排出的高温高压冷媒仅经过内部消音器通过排气管排出压缩机，接入空调系统。排气管在压力高、流速快的冷媒冲击下振动较大[5]。排气管的振动导致外机噪音大，甚至与壳体发生共振噪音。声波通过壳体及连接管把声音传递到内机，导致内机存在高频噪音。所以往复式压缩机空调系统的传递音主要是由排气管的振动导致的。

对于此类问题降低排气管的振动和冷媒的流速是比较有效的方案。在压缩机的排气管上增加消音器可以降低冷媒的流速。以24K往复式压缩机单冷机为例，原始机型的内机频谱如图8所示，从频谱可以看出音质较差，存在1130 Hz的高频噪音。根据频谱进行计算，在排气管上增加合适长度的消音器后，实际测试的频谱如图9所示。试听内机传递音问题解决，同时外机噪音也得到了改善。从频谱来看：高频噪音大幅降低；低频噪音虽然略有增大，但是有效值与峰值差值较大，低频噪音的增幅在可接受的范围内。

4 结论

空调系统内机音质的好坏直接影响消费者对产品的评价，传递音问题是必须要杜绝或者减弱的异常噪音问题。解决方案通常都是采用抗性消音器，但是消音器放置位置的正确选择在问题解决的过程中起到了至关重要的作用。本文从转子压缩机和往复式压缩机的内部结构进行分析，得出不同类型压缩机传递音产生的根本原因，并对传播路径进行了详细分析。根据理论分析的结果进行实验验证，得出如下结论：

（1）转子压缩机传递音产生的主要原因是吸气脉动和排气脉动导致的。

图7 转子压缩机和活塞压缩机内部结构简图

图8 24K往复式压缩机单冷机噪音频谱

图9 24K往复式压缩机单冷机加消音器后噪音频谱

（2）使用转子压缩机的空调器：不同的模式下传递音的解决方案存在差异。制热条件下在排气管上加消音器，制冷条件下在吸气管上加消音器可以有效隔断声波的传递路径。

（3）往复式压缩机由于其内部结构不同，导致传递音的原因也不同，主要是排气管振动导致的。

（4）往复式压缩机降低排气管振动是解决传递音的关键，通过更改管路形状或者增加消音器均可解决。