空调系统噪音振动性能分析及优化设计

空调系统噪音振动性能分析及优化设计

李华章

广东美的制冷设备有限公司 广东佛山 528311

摘要：当代人民群众对于生活质量的要求越来越高，有关于空调系统的各方面性能也就越来越受到重视，一直以来，空调系统中存在噪音问题，在一定程度上导致正常的生活受到影响，应该及时对该问题进行有效处理，所以，本文对空调系统噪音振动性能进行分析，并提出合理的优化设计措施，以供参考。

关键词：空调系统；噪音；振动性能；优化设计

当代空调的普及率已经越来越高，但其中一直存在噪音问题，导致用户生活质量的提升因此受到限制。一般来说，其中的噪音类型主要为电磁、气动和结构三个类型，不同类型的噪音问题需要采用各自相应的方式进行处理，方可从空调系统的角度有效控制噪音，并提升用户的生活质量。由此可见，针对空调系统噪音振动性能进行分析，并提出优化设计措施，具有重要意义。

一、空调系统噪音现状

空调系统的组成部分主要包括蒸发器部件、冷凝器部件、压缩机和节流部件，结构噪音主要在四通阀部件以及压缩机位置进行集中。在空调系统进行运行时，受到设计缺陷影响，或是集其中存在连接不当问题，各个部件即能够出现噪音。气动噪音出现的原因在于，系统冷媒受到不同压力影响，导致制冷剂脉动声出现，机械振动噪音出现的原因在于压缩机自身运动部件不具有良好的平衡性，或是其中存在管路设计不合理情况，由此，管路固有频率与压缩机运行频率处于一致状态，能够引起低频噪音，该类型的噪音还可借助空调管路及制冷剂进入到室内，从而引起低频的噪音，另外，系统设计缺陷也能够导致低频噪音出现。还有少部分噪音出现的原因在于空调系统使用场景具有一定的特殊性。因为空调系统噪音能够呈现出显著的多元化特点，所以导致噪音出现变量的因素相对较多，对其进行控制的难度也就较大。

二、空调振动噪音与配管模台

（一）空调振动噪音简析

分体空调的噪音主要来自于室外机和室内机两个部分，其中属性包含应品质和噪音值两个类型。

从室内机的角度来看，能够对其噪音值产生影响的主要模块为灌流风道，其中风噪水平决定室内机运行噪音程度，但是如果其中存在配管消音器应用不合理或是压缩机运行不稳定的情况，室内机的音品质将会受到影响，出现异音情况，包括低频压缩机的共振声、高频的啸叫声等。另外，除常见的高频异音、地频异音、正常风噪以外，空调处于正常运行状态时，可能随冷媒流动发出噪音，此即为“冷媒音”。一般来说，系统压力能够导致冷媒音受到影响，在同一变频空调之中，处于不同运行频率时，若同时出现分配器分流不合理情况，即能够导致冷媒流路出现不均匀情况，进而能够引起了冷媒音增加情况。对室内机的噪音问题进行解决，主要方法为两种，分别是“优化灌流风道”和“优化消声器”^[1]。

从室外机的角度来看，能够对其噪音值产生影响的主要模块，包括隔音棉、配管、压缩机以及外机钣金等多种。在开展压缩机设计制造工作时，若未充分保障动平衡状态，或是消声腔设计不够合理，压缩机本体则会出现振动噪声异常情况，也就是空调外机之中出现振动源增加情况，由此，外机噪声值整体增加，同时音品质受到严重影响。配管则属于空调系统整体的振动噪声源核心部分，若该部分设计不完善，室外机的噪音值将无法得到有效控制，也就极易出现异音严重情况，甚至可能导致室外机协同室内机共振。隔音棉属于对压缩机噪音进行隔绝的部件，若隔音棉质量优良，则可对压缩机腔体中产生的空气噪音基本全面的吸收和隔绝，但是若隔音棉包裹效果不良或是发生错位，将能够导致钣金等位置出现异音情况，进而导致室外机整体噪音值增加。室外机的钣金则为对噪音进行隔绝的最后屏障，若其中密封性良好，则可降低噪音值，但若钣金厚度过小，将有可能出现壳体共振情况^[2]。

由此可见，导致空调振动噪音受到影响的主要模块，在于风道、压缩机以及配管三个部分，其中前两者与系统换热性能具有密切关联，所以为了有效解决空调振动噪音问题，必须针对配管进行充分优化。

（二）配管结构模态分析

压缩机属于主要振动源之一，其中的不平衡状态能够导致本体出现摆动情况或是扭转情况，该情况所引起的噪音能够借助底盘或者配管向壳体传递，之后壳体对噪音进行辐射。另外，噪音能够直接采用空气振动的方式进行传递，无论辐射噪音属于哪一类型，均与配管存在密切关联。如果配管具有良好的柔性或是固有频率与压缩机运行频率不同，压缩机能够向壳体进行传递的振动相对较小，也就可以对噪音辐射进行有效控制，由此，不仅外机的噪音值可以得到充分优化，其中的音品质也可得到改善^[3]。

一般来说，空调系统中的配管模态能够被管路状态影响，且影响因素包括管路的长度、空间角以及形态，借助ANSYS开展建模分析工作，可以从中获取不同长度状态下长U铜管的不同模态，管路长度越大，固有频率就越小，并且在配管处于可控程度的状态之下，其中固有频率能够与管路长度的平方构成反比例关系，并且在对配管进行设计时，还需对投入成本以及实际使用效果进行考虑。也就是说，单一采用延长管路的方式，并非是对于问题进行解决的最优方式，特别是在管路长度已经达到一定数值时，需要注重调整其中的空间形态以及空间角，如果空间角数量较多，其中结构立体性更强，也就能够对低阶固有频率进行有效控制，并且管路的柔性随之增加，也就能够更加有效的控制其中的振动噪音。

除管路形态、长度等多方面因素能够对其中的模态产生影响，空间角也是能够影响其模态的主要因素，如果两条管路的形态以及长度均相同，而空间角存在差异，则空间角较大的管路之中，两个U型间存在一定程度的夹角，不具有空间脚的管路之中，全部路径均处于同一平面，所以含有空间角的管路，固有频率相对更低，同时柔性较大。另外，因为管路自身的形态、长度以及空间角对其在系统中的整体模态能够起到决定性作用，所以保障管路的形态、长度以及空间角以可以对其中的配管柔性起到促进作用，同时有利于控制固有频率，也就可以对系统振动噪音起到有效的控制作用^[4]。

三、优化分析

应用数台35定频单冷机开展测试工作，其中出现断管情况，与此同时，同一型号、同一批次的外机噪音控制效果不理想，因为断管位置正处于排气下U位置。根据观察可以了解到，排气管振动幅度过大，导致外机噪音过大，同时受到定频机的频繁启停影响，断管情况出现。根据建模分析结果，原型机的排气管在一阶的固有频率为50.2Hz，定频机在此状态下的运行频率处于约48.5Hz的状态，且固有频率越是处于低阶状态，其中能量就越大，其中一阶固有频率以及与之相应的压缩机运行频率较为接近，所以极有可能出现共振现象，进而导致异音出现甚至断管情况出现，所以需要对排气管实施优化处理，控制其中的固有频率，将共振情况消除，也就可以避免出现异音情况以及断管情况。

结束语：

根据上文可以了解到，在空调系统之中，内部管道的运行情况能够对振动情况产生直接影响，进而能够影响其中的噪音情况，所以需要针对空调在运行过程中的内部管道情况进行分析，并根据分析结果提出改进措施，以对其中的振动进行有效控制，进而实现对于噪声的控制，由此，空调系统的性能得到充分优化，其中的应用价值也显著提升。

参考文献：

[1] 谭雨点, 汪跃中, 丁润江,等. 某纯电动乘用车的空调压缩机振动噪声优化分析[J]. 2022(5).

[2] 梁冬冬, 万腾, 王文静. 变排量汽车空调压缩机技术特点与振动噪声特性研究[J]. 压缩机技术, 2020(4):4.

[3] 王晓宏, 于友明, 杨超起,等. 某轻型客车开启空调后车内异常振动噪声现象研究[J]. 专用汽车, 2021(12):3.

[4] 段雅楠. 浅析建筑暖通空调设计中噪声与振动的问题[J]. 建材与装饰, 2020(9):2.