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1、引言

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，用戶對空調(diào)舒適性的要求和關(guān)注度也日益加強(qiáng)，其噪聲越來越受到人們的重視。如何降低空調(diào)噪聲已經(jīng)成為各大空調(diào)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。筆者匯總了空調(diào)中容易出現(xiàn)的幾種異常噪音，對這幾種異常噪音產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行研究，提出解決措施。

2、分流器發(fā)出嘯叫聲

2018年5月，實(shí)驗(yàn)室反饋送測的某熱泵熱水器，噪音測試過程中發(fā)現(xiàn)開機(jī)時有嘯叫聲，發(fā)生嘯叫聲的部位在熱水器的分流器位置。

在開機(jī)制熱時，系統(tǒng)循環(huán)建立前有短暫的抽空現(xiàn)象，此時壓縮機(jī)排出的冷媒未達(dá)到分流器的進(jìn)口處，制冷系統(tǒng)高低壓未正常建立，分流器進(jìn)出存在較大壓差，因分流器內(nèi)部為帶喇叭狀結(jié)構(gòu)，在喇叭口處產(chǎn)生輕微的嘯叫聲，稍后分流器進(jìn)出的壓差減小，聲音就會消失。發(fā)生嘯叫聲的分流器結(jié)構(gòu)如圖1，在圖1中紅框處冷媒流速突然增加，當(dāng)冷媒到達(dá)分流器空腔中時，冷媒流速降低，變徑部位因渦流、渦阻、紊流現(xiàn)象嚴(yán)重，引發(fā)劇烈振動而引發(fā)異常噪聲。

圖1 發(fā)生嘯叫聲的分流器結(jié)構(gòu)剖視圖

將原有的分流器更換為空腔的分流器（圖2）后，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證開機(jī)噪音未出現(xiàn)原分流器存在的嘯叫聲，異常噪音消失。

圖2 空腔的分流器結(jié)構(gòu)剖視圖

總結(jié)：熱水器在制熱水時，壓縮機(jī)的低壓腔與分流器的空腔距離較近，壓縮機(jī)一旦啟動后分流器的空腔被抽空，噴嘴處的壓力差突然增加。而普通空調(diào)開制熱時先開制冷，延時后再通過四通閥換向，實(shí)現(xiàn)制熱，不存在噴嘴處的壓力差突然增加現(xiàn)象。所以在空氣能熱水器上不能使用帶噴嘴的分流器。

3、電子膨脹閥異常噪音

2017年11月，某空調(diào)廠生產(chǎn)抽測多聯(lián)內(nèi)機(jī)(用不二工機(jī)電子膨脹閥)發(fā)現(xiàn)名義制熱模式存在輕微嘯叫噪音，后噪音抽測實(shí)驗(yàn)再次發(fā)現(xiàn)兩臺多聯(lián)內(nèi)機(jī)制熱嘯叫聲明顯問題。經(jīng)現(xiàn)場分析和驗(yàn)證確認(rèn)為電子膨脹閥本體異響。

通過對電子膨脹閥中的流動特征進(jìn)行模擬仿真分析研究，發(fā)現(xiàn)形成大渦結(jié)構(gòu)比較明顯。閥腔內(nèi)強(qiáng)烈的自由剪切和流動漩渦與壁面的剪切碰撞等流動過程與流體動力偶極子噪聲類型中的流體自激振蕩模型流動機(jī)理是較為吻合的。由于流體的自激振蕩行為振動能量主要集中于1～10kHz范圍內(nèi)，由此引起的振動頻率存在多個模態(tài)，模態(tài)數(shù)一般隨平均流速的增加而增加，頻譜范圍和多模態(tài)的屬性與實(shí)驗(yàn)測試情況吻合。該渦會導(dǎo)致閥針振動從而產(chǎn)生噪音。

當(dāng)冷媒流向?yàn)橄逻M(jìn)橫出時，若進(jìn)出閥體的冷媒為存液狀態(tài)，會在閥腔處產(chǎn)生渦，該渦會激勵閥針振動，如果閥桿與孔配合間隙稍大(＞0.065mm)就會因閥針振動產(chǎn)生噪音。該閥體在加工精度無法保證的情況下制熱模式冷媒下進(jìn)橫出方式裝配即有產(chǎn)生噪音的風(fēng)險，若反向安裝則可以規(guī)避該風(fēng)險。

通過分析噪音為渦旋結(jié)構(gòu)造成，而且閥體間隙較大容易造成共振，擬從兩方面入手解決這個問題：

（1）通過改變閥針頭形狀為平頭，改變流體入射角度，把之前的大渦流結(jié)構(gòu)分解成兩個較小的渦流結(jié)構(gòu)。

（2）通過減小閥桿和閥桿軌道之間的間隙，減小閥針振幅空間，減小振動消除噪音。

通過當(dāng)前的間隙分析，要想控制噪音，必須把最大間隙控制在0.065mm以內(nèi)，加上廠家生產(chǎn)波動上下公差，則間隙的下偏差可能在0.045mm或者更小，這樣的間隙容易造成卡死（雜質(zhì)和同軸度控制都是大問題）。最終通過制熱模式冷媒橫進(jìn)下出方式裝配安裝可解決此問題。

4、旁插管過深產(chǎn)生異常噪音

設(shè)計(jì)員在某5匹空調(diào)樣機(jī)噪聲測試時，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)在某些頻率運(yùn)行時，空調(diào)室外機(jī)會出現(xiàn)一種特別刺耳的嘯叫噪聲，而且隨著壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的不同其聲音大小也有所不同。

借助工具對每一段管路進(jìn)行傾聽，最終將聲源鎖定在壓縮機(jī)排氣口到油分離器入口處。發(fā)現(xiàn)該段管路共有四處焊接處，分別在壓縮機(jī)排氣口、分流器入口、工藝口和壓力傳感器插入口。借鑒簫笛發(fā)聲原理及破風(fēng)成音原理，推測在該段管路上可能形成了如圖3所示旁插管過深或焊瘤過大的現(xiàn)象。為了驗(yàn)證前面的推論，在空調(diào)停機(jī)后，將問題段管路焊下，經(jīng)仔細(xì)檢查管道，發(fā)現(xiàn)管道焊接處并無焊瘤，繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)工藝管插入過深，與圖3推測吻合。因此，初步認(rèn)定工藝管插入過深是導(dǎo)致空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生刺耳的嘯叫聲原因。將工藝管插入深度減小后嘯叫聲消失。

圖3 旁插管過深和焊瘤過大

嘯叫聲發(fā)聲機(jī)理: 從流體的角度而言，當(dāng)流體流經(jīng)結(jié)構(gòu)表面開口時，導(dǎo)邊脫出自由剪切層撞擊腔口隨邊產(chǎn)生壓力反饋形成剪切層自持振蕩現(xiàn)象，這是流體力學(xué)中的經(jīng)典問題?？籽ㄗ猿终袷幙梢苑譃槿N類型：流體—動力振蕩；流體—共振振蕩；流體—彈性振蕩。自持振蕩不但在腔內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩壓力，還能發(fā)出很強(qiáng)的單頻音。在某些情況下，流體動力振蕩可能與腔體的某階聲駐波共振的固有頻率相吻合，從而導(dǎo)致聲駐波的耦合共振，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)烈的聲輻射。

總結(jié)：控制工藝管等旁插管插入大管的插入深度，保證旁插管插入大管的深度不要過深，管路設(shè)計(jì)上要設(shè)置必要的限位來保證插入的深度。另外要避免空調(diào)管路系統(tǒng)焊接時在管接頭內(nèi)部形成焊瘤。

5、板式換熱器異常噪音

2018年1月某多聯(lián)機(jī)組噪音測試，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在名義制冷模式下存在輕微氣流嘯叫噪音，產(chǎn)生噪音的條件為：壓縮機(jī)運(yùn)行頻率范圍為49～65Hz，過冷閥開度范圍為40～110Pls，外界環(huán)境溫度條件30℃以上。經(jīng)過查找噪音聲源，發(fā)現(xiàn)發(fā)出噪音的零件是板式換熱器。

根據(jù)噪聲理論中噪聲源機(jī)械特點(diǎn)，在冷媒經(jīng)過板式換熱器的過程中存在三種噪聲：固體振動噪聲、氣體擾動噪聲和液體撞擊噪聲。固體振動引起的結(jié)構(gòu)噪聲頻率相對較低，一般在1000Hz以內(nèi)，達(dá)不到噪聲源的頻率范圍，可以排除。液體撞擊均屬于流激勵噪聲是能夠達(dá)到此頻率范圍的，根據(jù)液壓系統(tǒng)中流激勵聲源按其發(fā)聲機(jī)理可劃分為空化噪聲、流體脈動聲源和自由湍流噪聲，其中能夠形成峰狀頻譜分布特征的為空化噪聲和流體脈動噪聲，而空化噪聲一般考慮為隨機(jī)的空泡潰滅事件，不考慮其諧頻特性（只會產(chǎn)生單峰值頻譜），故通過板式換熱器嘯叫噪聲頻率分布范圍和諧頻特征，判斷應(yīng)為流體脈動聲源。

當(dāng)流體高速流入相對緩慢的流場環(huán)境中，形成流動速度上較大的差異，進(jìn)而形成具有較大速度梯度的自由剪切層，剪切層一般是不穩(wěn)定的，剪切分離處的微小擾動在剪切層內(nèi)傳播過程中受剪切層不穩(wěn)定性影響，形成放大，剪切層對擾動的放大作用是具有頻率選擇性的，此種行為往往因反饋的作用而得到加強(qiáng)形成大渦結(jié)構(gòu)。渦旋周期性的產(chǎn)生和消失，不斷變化的過程中形成振蕩，作用于換熱壁面產(chǎn)生的激勵引發(fā)嘯叫噪音。嘯叫噪音產(chǎn)生跟板式換熱器內(nèi)部蒸發(fā)側(cè)的冷媒狀態(tài)和冷媒流速有關(guān)，即：只有當(dāng)板式換熱器內(nèi)部蒸發(fā)側(cè)冷媒為純氣態(tài)，形成對稱渦流情況且渦流能量達(dá)到一定條件下時才會激勵換熱壁面振動產(chǎn)生嘯叫噪聲。跟過冷閥步數(shù)、壓縮機(jī)頻率、外側(cè)環(huán)境溫度等外部條件都有關(guān)系。

將機(jī)組原使用的4片板式換熱器更改為6片的板式換熱器，實(shí)驗(yàn)測試后沒有出現(xiàn)異常嘯叫聲。

總結(jié)：板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須能滿足不同冷媒狀態(tài)下的噪音要求，完善內(nèi)部匹配測試標(biāo)準(zhǔn)，噪音測試不能只在名義制冷、名義制熱工況下進(jìn)行，在匹配時應(yīng)對涉及的工況、不同冷媒流速狀態(tài)的情況進(jìn)行充分驗(yàn)證。

6、多聯(lián)機(jī)組停機(jī)后電子膨脹閥發(fā)出異常噪音

2018年5月，生產(chǎn)線首次批量生產(chǎn)某多聯(lián)機(jī)組，制熱停機(jī)出現(xiàn)高頻噪音異響。初步排查，室外機(jī)制熱停機(jī)后，電子膨脹閥（主閥）發(fā)出異常噪音。

此機(jī)組收到停機(jī)指令后，同時下達(dá)電子膨脹閥關(guān)閉與壓縮機(jī)停止運(yùn)行指令，由于該壓縮機(jī)是變頻壓縮機(jī)，壓縮機(jī)從運(yùn)行頻率(60Hz以上)降低到零頻率需要一定時間（每秒下降8Hz），節(jié)流電子膨脹閥從當(dāng)前開度關(guān)閉到零步（1步/30毫秒），壓縮機(jī)的運(yùn)行最高頻率是90Hz，電子膨脹閥的最大開度是480步，往往在電子膨脹閥關(guān)閉后壓縮機(jī)還未完全停止運(yùn)行，此時空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的冷媒仍然在流動，而此時電子膨脹閥已經(jīng)關(guān)閉，高壓流動液體冷媒會在電子膨脹閥閥針處產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，引起閥針的震動并發(fā)出異常金屬聲音。

更改停機(jī)控制邏輯，機(jī)組收到停機(jī)指令后，壓縮機(jī)降低頻率，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行頻率實(shí)際到零，延時30秒再開始關(guān)電子膨脹閥。按照這種控制方式，壓縮機(jī)停止運(yùn)行后，再經(jīng)過30秒，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)高、低壓力基本平衡，冷媒流動基本停止，此時再關(guān)閉電子膨脹閥就不會存在流動冷媒?jīng)_擊閥針的情況發(fā)生?？刂七壿嫺暮螽惓Ｔ胍粝?。

總結(jié)：關(guān)機(jī)時，先給壓縮機(jī)發(fā)關(guān)機(jī)命令，并持續(xù)檢測壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行頻率，當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后再延時關(guān)閉電子膨脹閥。另外要增加測試機(jī)組開、關(guān)機(jī)時的噪音異響判定。

7、總結(jié)

空調(diào)在運(yùn)行時產(chǎn)生噪聲、異音的情況很多, 原因各異。本文只是粗略列舉了幾個常見的噪聲, 提供了一般性的解決措施, 希望能對空調(diào)新品的開發(fā)設(shè)計(jì)有所幫助。

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