论文部分内容阅读
[摘 要]空调系统已经广泛应用于各类建筑中，给人类的生活条件带来明显的改善，与此同时空调降噪被日益重视，是提高产品竞争力的一个重要内容，开展空调室内机风道流场优化和降噪研究具有重要的现实意义。
[关键词]空调 送风系统 风量 噪声 压横
中图分类号：TM925.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0098-01
作为调节室内温度和湿度的设备，家用空调处于运行状态时，室内风扇和部件会产生运转声，如何使运转声音降低，令听觉舒适，是空调开发过程中需要改进的地方。本文对此进行了如下分析。
一、异常噪声的机理诊断
一个完整的空调系统主要由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。这四大件通过管道（一般是铜管）连接起来。制冷剂在这一封闭的管道系统中循环流动，发生热交换，调节室内温度。压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器、管道及其支承架和与之相连接的各种设备或装置构成一个复杂的机械结构系统，在有激励力的情况下，这个系统就要产生振动。从力学的角度来看，管道振动是一类特殊的机械运动，是典型的力学现象。制冷剂在管道内流动时一般为非定常流动，这是由于压缩机吸气排气的周期性使管内流体的压力、速度、密度等参数，随时间和空间而发生变化。管内流体的压力、速度、密度等参数随时间周期性变化的现象称为流体压力脉动，它是引起管道及其附属设备振动的一个主要原因。空调器管道振动的机理是：压缩机对管道内的制冷剂提供一定的激励，按激励的特点以及管道和流体的动力特性，管内流体处于脉动状态。脉动状态的流体遇到弯管头、异径管、控制阀、盲板等管道元件，产生一定随时间变化的激振力，在这种激振力作用下管道和附属设备产生振动。在管道振动的研究中，要遇到两个振动系统：一是流体系统，即从流体的角度来确定流动的规律和它对结构的激发作用；另一个是管道结构系统，即从结构的角度来确定结构对流体激发的响应。严格来说，两个系统的运动是相互影响、相互耦合的。但从工程观点看，在很多情况下，可以将两个系统分离开来进行研究。压缩机由于自身工作原理使然，在工作时进行周期性的吸气排气，使管内制冷剂呈现脉动状态。管道结构接受脉动流体的激励，呈现复杂的振动。当流体压力脉动频率与管道结构的固有频率相重合时，管道将发生结构共振，此时将发生剧烈的管道振动。因此，对于管道振动的控制，首先须对压力脉动进行研究。根据引起压力脉动的不同机理，减少流体压力脉动、避免机械共振是消减管道振动首先要解决的问题。其次要减小振动的传递，尽可能的衰减振动能量。
二、异常噪声的控制方法探索
1、消声器的介绍
消声器的种类主要有抗式、阻式和阻抗复合式三类。但由于水管路系统自身的特点，一般使用的是抗性消声器。在这一章节里主要对抗式消声器进行研究。
抗式消声器是借助管道截面的突然扩张或收缩，或旁接共振腔，使沿管道传播的噪声在突变处向声源反射回去，而不通过消声器，达到消声的目的。它构造简单、耐高温、耐水腐蚀和冲击腐蚀。抗性消声器适用于消除低、中频噪声。按消声原理抗性消声器可分为：扩张型消声器、共振型消声器和干涉型消声器。对一个好的消声器要有三个方面的基本要求：
（1）在消声器性能上的要求：要求在较宽的消声频率范围内有足够大的消声量；
（2）流体动力性能上的要求：消声器对流体的阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失要控制在实际允许的范围内；
（3）结构性能上的要求：消声器的各部件要有足够的刚度和强度，体积小，重量轻，结构简单，便于加工，并且要坚固耐用使用寿命长等特点。
上述三方面的要求是缺一不可的，是相互联系的，相互制约的。当然根据具体情况可以有所侧重，但不能偏废。
2、安装挠性管
管路的振动可在管内流体介质和管壁金属介质两种不同的介质中形成并传播。因此，管路中振动能量的传递，除了流体中的声波外，还有通过管壁传播的纵波和弯曲波。对于弯曲波而言，减小管路某处的刚度，就可以隔离振动的传递。假设在管路的某处安装一段挠性管， y （t ）为管路一端的弯曲波， x （t ）为经挠性管传递到另一段的弯曲波，挠性管用弹性元件和阻尼元件代替。
据此，如果把普通的扩张消声器的刚性管壁替换为挠性材料，则可形成挠性液动消声器。挠性材料可以选择粘弹性材料。粘弹性材料是一种高分子聚合物，既有弹性固体性质又表现出粘性流体特性。由于粘弹性材料可以吸收一部分流体脉动的能量，从而增强消声器的消声效果。同时正如挠性管一样，采用粘弹性材料壁的液动消声器可以阻隔通过管传播的横波的纵波，增强吸声效果。
3、扩张式消声器
扩张式消声器也称为膨胀室消声器，它是由管和室组成的。它有多种结构形式，常见的有单节扩张室、带内接管的扩张室等形式。扩张式消声器的消声原理主要有两点：其一是利用管道的截面突变引起的声阻抗变化，使沿管道传播的声波朝声源方向反射回去；其二是通过改变扩张室和内接管的长度，使前进的声波与在管子不同界面上的反射波之间位相相差180度，使二者振幅相等，相位相反，相互抵消，从而达到消声的目的。在扩张式消声器中，管道中传播的声波在声学特性突变处由于声阻抗失配而发生反射，声波只是改变传播方向而并没有被吸收掉。由于本方案在该科技项目中的可行性较大，故对本方案进行了进一步的设计和计算。
三、室内机送风机系统降噪思路
壁挂式空调室内机送风机系统降噪思路如图1所示。 对于壁挂式空调送风机系统而言，采用降低整机压损或者提高风扇压力上升以及二者相结合的设计方法降噪精确度高、开发周期短，具有很强的可行性。
降低整机送风系统的噪声，一般可以从两个方向考虑：一是降低整机的压损，二是提高风扇的压力上升。这两种方法都是在转速一定、风量变化对噪声影响较小的情况下，通过提高送风系统的风量，保证在原风量不变的情况下降低转速，从而达到降低整机噪声的目的。
结语：
总之，壁挂式空调送风机系统的降噪设计需要将理论与实践经验结合在一起，只有不断的从理论的高度和深度上分析研究，再通过细致地实验观察和分析，才能设计出更好的壁挂式空调送风系统。
参考文献
[1]陈晓林. 空调室内机噪声数值模拟及实验研究[D].青岛理工大学，2014.
[2]董志钢，关婷婷，唐波. 壁挂式空调室内机降噪方案设计[A]. 中国家用电器协会.2013年中国家用电器技术大会论文集[C].中国家用电器协会：，2013：4.
[3]董志钢，关婷婷，唐波. 壁挂式空调室内机降噪方案设计[J]. 电器，2013，S1：262-265.
[关键词]空调 送风系统 风量 噪声 压横
中图分类号：TM925.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0098-01
作为调节室内温度和湿度的设备，家用空调处于运行状态时，室内风扇和部件会产生运转声，如何使运转声音降低，令听觉舒适，是空调开发过程中需要改进的地方。本文对此进行了如下分析。
一、异常噪声的机理诊断
一个完整的空调系统主要由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。这四大件通过管道（一般是铜管）连接起来。制冷剂在这一封闭的管道系统中循环流动，发生热交换，调节室内温度。压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器、管道及其支承架和与之相连接的各种设备或装置构成一个复杂的机械结构系统，在有激励力的情况下，这个系统就要产生振动。从力学的角度来看，管道振动是一类特殊的机械运动，是典型的力学现象。制冷剂在管道内流动时一般为非定常流动，这是由于压缩机吸气排气的周期性使管内流体的压力、速度、密度等参数，随时间和空间而发生变化。管内流体的压力、速度、密度等参数随时间周期性变化的现象称为流体压力脉动，它是引起管道及其附属设备振动的一个主要原因。空调器管道振动的机理是：压缩机对管道内的制冷剂提供一定的激励，按激励的特点以及管道和流体的动力特性，管内流体处于脉动状态。脉动状态的流体遇到弯管头、异径管、控制阀、盲板等管道元件，产生一定随时间变化的激振力，在这种激振力作用下管道和附属设备产生振动。在管道振动的研究中，要遇到两个振动系统：一是流体系统，即从流体的角度来确定流动的规律和它对结构的激发作用；另一个是管道结构系统，即从结构的角度来确定结构对流体激发的响应。严格来说，两个系统的运动是相互影响、相互耦合的。但从工程观点看，在很多情况下，可以将两个系统分离开来进行研究。压缩机由于自身工作原理使然，在工作时进行周期性的吸气排气，使管内制冷剂呈现脉动状态。管道结构接受脉动流体的激励，呈现复杂的振动。当流体压力脉动频率与管道结构的固有频率相重合时，管道将发生结构共振，此时将发生剧烈的管道振动。因此，对于管道振动的控制，首先须对压力脉动进行研究。根据引起压力脉动的不同机理，减少流体压力脉动、避免机械共振是消减管道振动首先要解决的问题。其次要减小振动的传递，尽可能的衰减振动能量。
二、异常噪声的控制方法探索
1、消声器的介绍
消声器的种类主要有抗式、阻式和阻抗复合式三类。但由于水管路系统自身的特点，一般使用的是抗性消声器。在这一章节里主要对抗式消声器进行研究。
抗式消声器是借助管道截面的突然扩张或收缩，或旁接共振腔，使沿管道传播的噪声在突变处向声源反射回去，而不通过消声器，达到消声的目的。它构造简单、耐高温、耐水腐蚀和冲击腐蚀。抗性消声器适用于消除低、中频噪声。按消声原理抗性消声器可分为：扩张型消声器、共振型消声器和干涉型消声器。对一个好的消声器要有三个方面的基本要求：
（1）在消声器性能上的要求：要求在较宽的消声频率范围内有足够大的消声量；
（2）流体动力性能上的要求：消声器对流体的阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失要控制在实际允许的范围内；
（3）结构性能上的要求：消声器的各部件要有足够的刚度和强度，体积小，重量轻，结构简单，便于加工，并且要坚固耐用使用寿命长等特点。
上述三方面的要求是缺一不可的，是相互联系的，相互制约的。当然根据具体情况可以有所侧重，但不能偏废。
2、安装挠性管
管路的振动可在管内流体介质和管壁金属介质两种不同的介质中形成并传播。因此，管路中振动能量的传递，除了流体中的声波外，还有通过管壁传播的纵波和弯曲波。对于弯曲波而言，减小管路某处的刚度，就可以隔离振动的传递。假设在管路的某处安装一段挠性管， y （t ）为管路一端的弯曲波， x （t ）为经挠性管传递到另一段的弯曲波，挠性管用弹性元件和阻尼元件代替。
据此，如果把普通的扩张消声器的刚性管壁替换为挠性材料，则可形成挠性液动消声器。挠性材料可以选择粘弹性材料。粘弹性材料是一种高分子聚合物，既有弹性固体性质又表现出粘性流体特性。由于粘弹性材料可以吸收一部分流体脉动的能量，从而增强消声器的消声效果。同时正如挠性管一样，采用粘弹性材料壁的液动消声器可以阻隔通过管传播的横波的纵波，增强吸声效果。
3、扩张式消声器
扩张式消声器也称为膨胀室消声器，它是由管和室组成的。它有多种结构形式，常见的有单节扩张室、带内接管的扩张室等形式。扩张式消声器的消声原理主要有两点：其一是利用管道的截面突变引起的声阻抗变化，使沿管道传播的声波朝声源方向反射回去；其二是通过改变扩张室和内接管的长度，使前进的声波与在管子不同界面上的反射波之间位相相差180度，使二者振幅相等，相位相反，相互抵消，从而达到消声的目的。在扩张式消声器中，管道中传播的声波在声学特性突变处由于声阻抗失配而发生反射，声波只是改变传播方向而并没有被吸收掉。由于本方案在该科技项目中的可行性较大，故对本方案进行了进一步的设计和计算。
三、室内机送风机系统降噪思路
壁挂式空调室内机送风机系统降噪思路如图1所示。 对于壁挂式空调送风机系统而言，采用降低整机压损或者提高风扇压力上升以及二者相结合的设计方法降噪精确度高、开发周期短，具有很强的可行性。
降低整机送风系统的噪声，一般可以从两个方向考虑：一是降低整机的压损，二是提高风扇的压力上升。这两种方法都是在转速一定、风量变化对噪声影响较小的情况下，通过提高送风系统的风量，保证在原风量不变的情况下降低转速，从而达到降低整机噪声的目的。
结语：
总之，壁挂式空调送风机系统的降噪设计需要将理论与实践经验结合在一起，只有不断的从理论的高度和深度上分析研究，再通过细致地实验观察和分析，才能设计出更好的壁挂式空调送风系统。
参考文献
[1]陈晓林. 空调室内机噪声数值模拟及实验研究[D].青岛理工大学，2014.
[2]董志钢，关婷婷，唐波. 壁挂式空调室内机降噪方案设计[A]. 中国家用电器协会.2013年中国家用电器技术大会论文集[C].中国家用电器协会：，2013：4.
[3]董志钢，关婷婷，唐波. 壁挂式空调室内机降噪方案设计[J]. 电器，2013，S1：262-265.