一种轻型商用压缩机气动噪声分析与控制

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随着人们生活水平的提高,制冷产品在日常生活中已不可或缺。降低产品的噪声对改善人们生活及工作环境具有重要的意义。本文针对一种商场超市食品柜配套的轻型商用压缩机减振降噪问题,研究了压缩机进气和排气结构引发的气动噪声,为提高制冷产品的综合性能提供参考依据。首先,在分析活塞式轻型商用压缩机发展现状与噪声控制技术的基础上,对压缩机进行多种工况下的整机噪声测试与频谱分析,包括标准工况、拆除气动元件、拆除气动与运动元件、拆除吸气消声器和拆除内排气管工况测试,明确了该压缩机的主要噪声源及频段分布。其中,气动噪声为主要噪声源,分布在160~12500Hz全频段,机械噪声的影响次之,主要分布在630~4000Hz中高频段,电磁噪声对整机噪声影响较小。气动噪声中,占比重较大的进气噪声强于排气噪声。其次,根据噪声测试分析结果,对压缩机管道传声的基本理论,常用消声器的原理、分类、使用环境及适应频带范围进行了综合阐述。同时,对消声器声学性能和空气动力性能的评价指标,消声器性能的常用分析方法进行了详细的说明。再次,基于噪声测试与消声理论,对排气管采取安装消声器与弯管减振弹簧的降噪措施。采用四端网络法建立排气管消声器的传递矩阵方程,应用有限元法验证了传递矩阵模型的准确性,采用传递矩阵法分析排气管消声器结构参数影响。以消声器传递矩阵为目标函数,以1500~2600Hz平均传递损失值最大为优化目标,空间结构参数为约束条件,以消声器结构参数为优化变量,采用Matlab遗传算法优化结构参数。将消声器优化前后结果进行对比,在1500~4000Hz频段消声量有所提高,平均传递损失由34.8dB变为55.4dB,消声效果明显。将设计的新内排气管加工制作并装机测试,与标准状况噪声值进行对比,整机声功率级降低1.83dB(A),制冷量平均降低4W对应COP值降低0.01,性能损失0.73%,新内排气管的降噪效果较好,制冷性能影响不大。最后,为降低吸气端的气动噪声,根据消声器声学理论,对吸气消声器结构进行优化。采用声学分析软件Lms Virtual.Lab和计算流体动力学软件Fluent,对消声器结构进行声学和阻力性能的参数影响分析。针对噪声测试吸气端需改善频段600~1200Hz,确定新吸气消声器方案,并数值分析了消声器壳体结构模态及内部空腔声学模态。将新吸气消声器3D打印并进行样机测试,与标准状况噪声值进行对比,声功率级降低2.87dB(A),占整机噪声的5.1%,降噪效果比较明显。制冷量降低13W对应COP值降低0.02,性能损失为1.5%,小于5%设计值,满足与之配套的商超食品柜设备制冷量的需求,但结构设计仍需进一步优化。
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