船用冷却水泵中中中央空调减振降噪技术的应用

船用冷却水泵中中中央空调减振降噪技术的应用

关 ,帅1 ,路海晋1 ,李泰华2

（

1.海军装备部驻沈阳地区军事代表局驻沈阳地区第四军事代表室，辽宁，沈阳，110031；2.辽沈工业集团有限公司，辽宁，沈阳，110045）

【摘要】。船用冷冻冷却水泵主要用于输送冷冻冷却水，对运行过程中的振动和噪音有很高的要求，同时对设备的可靠性要求也很高。中央空调的压缩机对减震和降噪有类似的要求。本文介绍了永磁同步电机的技术，压缩机的减振方法，并讨论了该技术在船用冷却水泵[1]中的前景。

【关键词】船用冷却水泵；中[2]中中央空调；减振降噪技术

船舶是可以独立运行的个体，由多个系统组成，其中冷却系统是最重要的子系统之一，主要为设备提供冷却水，解决散热问题[1]。目前，水泵通常被用作输送冷却水的动力设备。冷却水泵需要高可靠性，并且具有高振动和高噪音的特点。尽管多年的发展和技术进步使冷冻冷却水泵[3]的可靠性和性能满足了使用要求，但由于近年来对振动和噪声的要求越来越高，振动和噪声逐渐成为其主要技术瓶颈[2-3]。与旋转机械一样，中央空调压缩机的振动和噪声要求很高，几种关键技术的振动前后写法不一致，有的叫冷却，有的叫冷冻冷却。和噪声降低设计可以应用于冷冻冷却水泵。本文回顾了中央空调压缩机的减振和降噪技术，并评估了其在船用冷冻冷却水泵[4]中应用的可行性和潜力。

1.永磁同步电机技术

三相异步电动机通常用于冷冻冷却水泵，其主要缺点是无法在大范围内经济有效地实现平滑调速，而且需要从电网吸收无功功率[4]，这限制了三相异步电动机的效率提升。永磁同步变频电机已经在离心式压缩机中得到采用，其核心技术已经成熟，并且在大量的实际运行中已经证明了其可靠性。与广泛使用的三相感应电机相比，永磁同步电机的优势相当明显，主要体现在：（1）电机效率高，发热量低。永磁同步电机的单位体积功率密度更高，比传统的三相异步电动机更有效率。对空调条件下离心式压缩机的测试报告分析表明，永磁同步电机在60%~90%的转速范围内高效运行，电机的最大效率达到97.5%以上，远远超过传统的三相异步电动机。以转速为3000转/分、输出功率为30千瓦的电机为例，永磁同步电机的效率约为96.7%，而超高效三相异步电动机的效率仅为93.3%，两者相差甚远。(2)轻微的冷却干扰。由于永磁同步电机本身发热量低，外壳可以采用液冷、水冷或自然冷却，而且没有冷却风扇产生的噪音或振动。与相同输出的三相异步离心式压缩机相比，噪音可以减少8分贝（A）以上，腿部振动也相应减少。(3)结构紧凑，重量轻，与相同输出的三相异步电动机相比，永磁同步电机结构紧凑，重量轻。例如，配备永磁同步电机的离心式压缩机重量为1200公斤，结构尺寸为1400mm×宽×高700mm×720mm，而配备三相异步电机的相同输出的离心式压缩机重量可达2980公斤，结构尺寸为2300mm×宽×高1100mm×1000mm。因此，在冷冻冷却水泵中使用永磁同步电机可以有效地进一步降低泵的重心，使其更接近设备的高度，提高整体稳定性，减少连接处的振动永磁同步电机独特的内置结构可以更好地保护永磁体，简化磁体安装过程，增加安装高效率。获得专利的电机螺旋式（蜿蜒式）环境冷却系统确保电机冷却更彻底，内部温度场均匀，电机运行高效可靠[5-6]。因此，永磁电机适用于船用冷冻冷却水泵，并可望产生某些效果，如提高泵的效率和缩小泵的体积，同时减少泵的整体振动和噪音。

2.压缩机减振技术

舰船上的螺杆式压缩机螺杆式紧固机[5]具有较高的振动等级指数，在开发阶段提出的一些有效的减振措施在理论上适用于冷却水泵，举个例子，在鉴定的早期阶段涉及到的螺杆式压缩机模型。双螺杆制冷压缩机属于容积式压缩机，具有设计简单、易损件少、可靠性高、运行平稳等优点[7-8]，广泛应用于中央空调、冷冻冷却冷藏机组、船用制冷机组等制冷设备。一个典型的双轴压缩机由相互连接的转子、驱动电机、公差装置、轴承和外壳组成。正极转子直接与电机转子相连，如图1所示。

在运行过程中，由于转子的启动、动态平衡和气流的脉动，螺杆压缩机会产生振动噪音。在制冷压缩机中，振动主要通过安装腿和进口和排放连接处的法兰向外传递，其中安装腿是主要的传递路径。因此，螺杆式压缩机的振动主要是以压缩机安装腿处的振动加速度来评估的，为此需要在20Hz和10kHz之间的总体数值和1/3倍频程的频谱[9]。由三相异步电动机驱动的螺杆压缩机的额定电机转速为2940rpm，旋转频率为49Hz，压缩机齿数为5，压缩机开机频率为245Hz（开机频率=旋转频率x压缩机齿数）。对压缩机模型的四个安装腿处的加速度进行了测试，四个测量点的结果一致。图2中显示了加速度的1/3倍频程频谱。

主要原因是：50Hz：由于动态不平衡导致的电机旋转频率；100Hz：由于电机不对中；250Hz：由于阴极螺杆转子的相互啮合而导致的螺杆接通频率；500Hz。由于阴极螺杆转子的相互啮合而产生的拧转频率，即500Hz：2个螺丝钉；1250赫兹：5个螺丝钉，电机转子齿槽；基本频率；（6）2500

赫Hz兹[6]：电机转子齿槽频率的两倍；（7）6300赫Hz兹[7]：电机转子齿槽频率的五倍。基于对上述原因的分析，应采取以下改进措施。(1）)①提高动平衡水平，对电机转子和驱动转子进行动平衡测试。②(2）提高电机定子和转子的加工精度，保证同轴度、同心度和电机气隙的均匀性。③(3)提高转子加工精度，调整转子啮合间隙，优化网顶间隙。④(4)优化排气口和排气流道，增加阻尼腔，减少气流脉动。⑤(5)调整电机转子的槽数和螺杆抓取的频率，使它们不相联系[11]。

3.底座减震降噪技术[8]

冷却水泵与中央空调压缩机类似，在液体机的振动过程中，主要由电机、机器和液体三部分组成，与液体机相同的是其振动噪声，由电机、叶轮、轴承、泵体、安装支架等主要部件组成，为普通液体机。电机的振动噪声主要来自于电机外壳，电机的类型与电磁结构密切相关。现有的中央空调压缩机通常应用永磁同步电机，这大大减少了相同的体验。现有的船用冷却水泵以三相异步电动机为主，其振动噪声水平较高，为了降低其振动噪声值，应该利用已经成熟的永磁同步电机技术。机械振动主要是由轴系的刚性设计、转子的动平衡设计、机壳的模态设计和间隙设计引起的，这需要非常精确的加工和制造以及严格的装配过程。

4.结论[9]

（逻辑）本文论述船用中央空调的一般减振降噪技术及其应用意义做出探讨，重点是其对船用冷冻冷却水泵的适用性进行探讨，[10]结论是：永磁同步电机技术适用于中央空调压缩机，与类似输出的三相异步电机相比，整体噪音降低约8dB（A）。船用冷却水泵和中央空调压缩机是类似的振动和噪音来源。 用于中央空调压缩机的永磁同步电机的技术、设计、加工和装配优化方法可以应用于船用冷却水泵。(1)压缩机的设计、制造和装配。(2)设计、制造和装配过程的优化使螺杆压缩机支腿的加速度降低了8dB(A)，并且在50、250和6300Hz三个中心频率上有明显的降低。(3)船用冷冻水泵的振动和噪声源与中央空调压缩机相似，中央空调压缩机中使用的永磁同步电机技术、设计和装配优化技术也可应用于船用冷冻水泵。这项申请的影响将在稍后阶段具体考虑。[11]

【参考文献】

[1]王体涛,田立群,马维良.声子晶体在船舶海工减振降噪领域的研究进展[J].船舶标准化工程师,2022,55(04):22-26.

[2]徐成.船舶空调通风系统减振降噪分析[J].中国水运,2022(03):110-112.

[3]刘泽松,高建建.船舶用电机定子减振降噪优化设计[J].内燃机与配件,2021(17):24-25.

[4]李辉.大功率舰船用齿轮箱箱体结构的减振降噪方法研究[D].哈尔滨工业大学,2020.

[5]郭旭.基于声子晶体带隙特性的船舶减振降噪研究[D].大连理工大学,2019.

[6]万忠.船舶舱室噪声分析与降噪设计研究[D].上海交通大学,2018.

[7]熊小林,杜阅.海上某采油平台制冷系统降噪研究及改造[J].石化技术,2018,25(06):273+261.

[8]杨焕弟.中静压风管机减振降噪应用研究[D].华南理工大学,2015.

[9]SchiavoniS,D'AlessandroF,BorelliD,etal.AirborneSoundPowerLevelsandSpectraofNoiseSourcesinPortAreas.IntJEnvironResPublicHealth.2022,19(17):10996.

[10]陶海锋.中央空调机组减振降噪实例在油田的应用[J].中国高新技术企业,2015(13):87-88.

[11]PřibilJ,PřibilováA,FrolloI.VibrationandNoiseinMagneticResonanceImagingoftheVocalTract:DifferencesbetweenWhole-BodyandOpen-AirDevices.Sensors(Basel).2018,18(4):1112.

[1]冷却水泵，少一字

[2]多一字

[3]前后写法不一致，有的叫冷却，有的叫冷冻。

[4]前后写法不一致，有的叫冷却，有的叫冷冻。

[5]千后不一致，理解应该为螺杆式压缩机。

[6]单位不统一

[7]单位不统一

[8]原文2部分有些单薄，建议再加上一部分，底座减振降噪技术作为论述。

[9]第4部分做结论，整个结论部分总体感觉没说清楚此篇文章要表达的意义。

[10]不通顺

[11]这一部分用在结论里面是否恰当，是否应该放在过程结论当中。