微压IH饭煲的降噪研究

微压IH饭煲的降噪研究

黎文彬

珠海格力电器股份有限公司   广东珠海 519000

[摘 要]随着科学技术的发展，电饭煲的附加功能越来越多，结构越来越复杂。同时，随着人们生活水平的提高，人们对饭煲的要求也越来越高，例如对煮饭效果、煮饭速度、静音体验等方面的要求，也越来越高。为提升煮饭效果，市场上出现了微压IH饭煲。微压IH饭煲具有加热均匀、烹饪压力大、沸腾温度高的特点，煮出的米饭软硬适中，口感均匀。但是，微压IH饭煲又有排气噪音大的缺点，经常收到售后投诉。因此，需要研究微压IH饭煲的噪声成因以及降噪方案。

[关键词]微压钢球；出气孔；加热占空比；消音盖

[Abstract] With the development of science and technology, the additional function of rice cookers is more and more and the structure is more and more complex. Meanwhile,with the improvement of living condition, people's requirements for rice cookers are getting higher and higher, such as the requirements for cooking effect、 cooking speed、quiet experience and so on. In order to improve the cooking effect, micro-pressure IH rice cookers have appeared on the market. The micro-pressure IH rice cooker has the characteristics of uniform heating, high cooking pressure and high boiling temperature. The rice which they cooked is moderately soft and hard, and the taste is uniform. However, the micro-pressure IH rice cooker has the disadvantage of large exhaust noise and often receives after-sales complaints. Therefore, it is necessary to study the causes of noise and the solutions to reduce noise.

Keywords: micro-pressure steel ball; air outlet; heating duty ratio; silencer cover

1引言

微压IH饭煲是利用电磁线切割内锅，内锅锅体直接发热烹饪食材。其加热功率能达到1500W,且米饭受热均匀。微压IH煲的出气孔设置有微压钢球。微压钢球阻止锅里的蒸汽及时排出，使内锅里的烹饪压力高于大气压，让大米糊化更彻底，给用户带来了口感均匀、香气浓郁的良好体验。但微压IH饭煲达到额定压力进行排气时，又会产生较大的排气噪声。有部分微压IH饭煲，其排气噪声甚至高达55dB，因此收到了用户的投诉。经大量的用户调研，人们普遍只能接受50dB以下的排气噪音。为提升产品竞争力，本文重点从微压IH饭煲的结构特征、排气噪声的产生原理来分析饭煲排气噪声的来源，并根据微压IH饭煲的加热原理、结构特点制定实用性强的降噪方案。

2. 排气噪声产生的原因

2.1微压IH饭煲的结构

微压IH饭煲的主要零件有：面盖、电磁阀、内盖、微压钢球、保温盖板组件、支撑环、内锅、绕线盘、底座等。微压IH煲的整体布局如图1所示。

图1 微压IH饭煲结构图

其中，保温盖板组件盖设在内锅上，用以密封内锅。保温盖板组件固定在内盖里。微压钢球安装在保温盖板组件里，可以封堵保温盖板组件的出气孔。电磁阀安装在内盖上，用以控制微压钢球的位置。当饭煲进入无压模式时，电磁阀会推开微压钢球，此时微压钢球离开保温盖板组件的出气孔；当饭煲进入压力模式时，电磁阀会远离微压钢球，此时微压钢球会落下，封堵保温盖板组件出气孔。

当饭煲进入压力模式时，微压钢球封堵保温盖板组件的出气孔，随着锅内蒸汽不断产生，锅内气压逐渐变大，直至锅内气压达到额定压力，推开微压钢球并进行排气。

当饭煲进入无压状态或泄压状态时，电磁阀会推开微压钢球，此时微压钢球会远离保温盖板组件的出气孔，锅内蒸汽可以无阻碍地排出饭煲外，此时锅内的气压与外界大气压一致。

2.2微压IH饭煲排气噪声的成因

微压IH饭煲的加热功率高达1500W，当饭煲进行大功率持续加热时，随着蒸汽越来越多，内部气压会上升。当锅内压力达到额定压力时，蒸汽推开微压钢球，此时大量的蒸汽需要从出气孔高速喷出，如图2所示。喷出气流的起伏运动，产生具有明显峰值的宽频带排气噪声。同时蒸汽在蒸汽通道里也会形成一定的冷凝水，高速蒸汽撞击冷凝水，也会产生噪声。经实际测试，整机声功率级在55dB以上，给用户带来了困扰。

图2 排气示意图

3降低排气噪声的方法

3.1降低微压IH饭煲的加热占空比

微压IH饭煲加热时，绕线盘是采用占空比的方式加热的。占空比是指，绕线盘启动加热一段时间后，则停止加热一段时间。例如，当加热占空比为16:4时，表示绕线盘每加热16秒，就停止加热4秒。加热占空比，决定IH饭煲的平均加热功率。IH饭煲煮饭，大致分为四个阶段：泡米阶段、加热升温阶段、沸腾阶段、焖饭阶段。每个阶段对应的加热占空比不同。在沸腾阶段，内锅里会产生大量的水蒸汽，达到额定工作压力后，水蒸汽顶开微压钢球进行排气，形成排气噪声。有些IH饭煲，为了追求烹饪速度，在沸腾阶段也继续使用平均功率较大的占空比来加热。由于排气噪声是大量的蒸汽高速地从出气孔排出产生的，因此通过调低IH饭煲沸腾阶段的加热占空比，减少单位时间内蒸汽的产生量，降低蒸汽的产生速度，可以在一定程度下降低气流的紊乱程度和起伏运动幅度，从而降低微压IH饭煲的排气噪声。但是，沸腾阶段的加热占空比不能调得过低，避免导致煮饭时间过长和米饭口感过软。实验证明，要在40分钟内把1500克以下的大米煮成口感较佳的米饭，饭煲沸腾阶段的平均功率不能低于800W. 所以，为了兼顾煮饭效果和降噪要求，在沸腾阶段，IH饭煲的加热占空比可以设定为12:8（绕线盘每加热12秒，就停止8秒），此时的加热平均功率为P=(1500*12)/(12+8)=900W.

3.2增加消音部件

在出气孔位置增加一个带有十字出气缝的消音盖，如图3所示，也可以降低排气噪音。人耳能听到的声音频率范围为20Hz-20KHz，其中，人耳比较敏感的声音频率带为1000-3000Hz。如果将排气噪声的峰值频率移到可听声频率之外，就可使人耳感受到的干扰噪音大大降低。按小孔消声理论，当气流经过小孔或者小缝时，排气噪声的频谱就会移向高频或超高频，使可听声频成分降低，从而降低主观感觉响度。同时十字缝还可阻挡米浆的偶尔喷溅，防止米浆溢出。因此，可以考虑在出气孔的入口处加装图3所示的十字缝消音盖，让蒸汽先通过十字小缝，然后才进入出气孔。

图3 十字缝消音盖

4实验验证

4.1实验方案

为验证加热占空比、消音盖对噪声的影响，设计了4个实验方案，分别对这4个方案的噪声值进行对比。

方案一：沸腾阶段的加热占空比是16:4，即平均功率为1200W;不安装消音盖。

方案二：沸腾阶段的加热占空比是12:8，即平均功率为900W;不安装消音盖。

方案三：沸腾阶段的加热占空比是16:4，即平均功率为1200W;安装消音盖。

方案四：沸腾阶段的加热占空比是12:8，即平均功率为900W;安装消音盖。

4.2实验方法

器具以额定电压供电，往容器中加入额定容积40%的水，选择最不利的功能档使器具工作直到程序结束。按国标GB/T 4214.1的规定进行测试，测量表面采用半球包络面，半径R取1 m，在测量表面上设置10个测量点，测量点位置见图4，测量整个工作期间的噪声（取整个工作期间的最大值作为判定结果）。

图4 噪音测试点位置图

测得图4所示10个测试点的声压级后,先根据公式（1）计算各测点的平均声压级，然后再根据公式（2）计算饭煲的声功率级噪声。

--------------------公式（1)

----各测点平均声压级，单位为分贝（dB）；

----从第i个测点测得的声压级，单位为分贝（dB）；

    --------------------公式（2）

----饭煲的声功率级噪声，单位为分贝（dB）；

R----半球包络面的半径，单位为米(m);

4.3实验数据

四个方案的实验测试数据如下:

表1  噪音测试数据

4.4实验总结：

方案一与方案二的实验对比表明，降低沸腾阶段的加热占空比，有利于降低排气噪声。方案一与方案三的实验对比表明，增加十字缝消音盖，也可以降低排气噪声。方案四的实验结果则表明，微压IH饭煲的排气噪声是可以控制在50dB以下的。

5结束语

根据用户体验的调研结果，大部分用户只能接受低于50dB的排气噪声。为把微压IH饭煲排气噪声的声功率级控制在50dB以下，本文通过分析微压IH饭煲的结构特征、排气噪声的成因，重点从加热占空比选择、加装消音部件两个方面来设计降噪方案。经过理论分析及不同方案的实验对比，证明通过选择较低的加热占空比或者增加消音部件，都可以降低微压IH饭煲的排气噪声。增加十字缝消音盖，同时搭配适度的加热占空比（特别是沸腾阶段的加热占空比），是完全可以把微压IH饭煲排气噪声的声功率级控制在50dB以下的。

［参考文献］

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