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摘 要：从分析空调制冷剂系统气流脉动产生的周期性压力出发，从理论和实验两个方面阐述了空调系统制冷剂压力脉动的根本原因，提出了抑制噪声的措施，为噪声研究提供了新的思路和方向。
关键词：空调；压缩机；压力脉动；噪声；压缩波
引言
对于住宅空调空调系统而言，低噪音操作是日益重要的设计要求。人们生活质量的提高，使空调的生产量和普及量越来越高，空调系统的噪声控制也越来越重要。此外，冷凝装置是房屋AC-HP系统中的主要噪声源。冷凝装置通常暴露在屋外，产生的噪声会对邻居的生活产生影响。在城市环境和其他的生活环境中，冷凝机组产生的过量噪音已成为社区问题。典型的住宅冷凝机组由一组冷凝器盘管，金属板柜和机架，底盘，风扇和制冷压缩机组成。因为压缩机供应制冷剂流体动力以驱动其在制冷回路中运动。在选取可能造成噪声的系统变量并将其作为单独来源进行噪音评估时，通常将压缩机从冷凝装置中取出，使用远程噪声计进行操作。使用独立于压缩机的声音和压缩机振动的数据来进行压缩机噪声量化的方法完全忽略了系统交互。没有考虑到冷凝装置将放大或衰减压缩机产生的声音和振动。因此，最有效的降噪解决方案必须考虑系统交互。
1空调系统噪声产生原理
制冷剂的压力脉动会对空调系统产生较大的噪声，其原因主要为，制冷剂流体为从压缩机到冷凝单元的噪声能量提供了两条传输路径，动态压力脉动可以从压缩机的排放口向下游传播，也可以从压缩机进气口（吸力）的上游传播。尽管吸入气体中的动态压力脉动很少表现源自于冷凝单元。另一方面，从压缩机排出到换向阀或冷凝器盘管的制冷剂压力脉动可能导致声音从冷凝装置中发出。声压驻波（共振）可以在压缩机排气下游的制冷剂中形成。驻波最有可能发生在以急转弯终止的直管中。如果声学共振频率与压缩机旋转的谐波频率一致，则将导致管中的高频率动态压力。这些高频率动态压力可能会导致冷凝单元发出高水平的音调。
2 基于空调结构的噪声分析
当容量需求较小时，气缸分离式压缩机在较少的气缸上运行。例如，仅在一个气缸上运行的双缸往复式压缩机在低系统需求下提供更高的能源效率和用户舒适度。这些类型的压缩机通常安装在具有成熟设计和现有硬件的冷凝装置中。但是，使用这种技术的系统会产生不同的音质。单缸运行期间，压缩机产生50/60 Hz的排气压力脉动，而不是两缸运行时常见的100/120 Hz脉动。不幸的是，如果考虑到50/60Hz频率范围内的压缩机（冷凝装置耦合不足），可能会发生不希望的声音或振动。空调系统包括制冷和制热功能，并在该装置中安装了气缸分离压缩机。冷凝装置包括一个三层盘管和一个叶片风扇，并具有低剖面几何形状，可安装在建筑物的侧面。在现场测试装置中，该装置产生难以让人接受的声音和振动，特别是在单缸模式下运行时。由于安装配置，外置压缩机的声音和振动都会侵入建筑物的生活空间。在压缩机上进行的实验模态分析的结果揭示了48Hz频率时会发生共振。当由单缸50Hz脉动频率驱动时，结构共振产生了在整个周围结构中传播的高水平振动。与谐振有关的模态可以通过柜体的顶部和压缩机侧面板的位移来描述。
3 流体脉动产生噪声的解决思路
认识到上述规律，可以通过优化系统设计和控制逻辑来优化系统的运行，以消除或减弱由流体脉动所产生的噪声。
3.1膨胀阀合理控制有利于消除低频噪声
电子膨胀阀由于其流量调节的快速性和准确性，被广泛用作变频空调系统的节流装置。一般来说，为了节约更多的能量，电子膨胀阀的开度随着变频器工作频率的上升和下降而增大或减小。如果压缩机频率先增加，电子膨胀阀移动，那么根据以往的理论，空调压缩机的压缩比增加得更快，并且在节流阀处会产生强压缩波，从而导致低频噪声或尖叫声。在室内机中，如果电子膨胀阀先移动，则不会发生这种现象。因此，需要注意电子膨胀阀的控制逻辑设计：如果压缩机需要增加频率，首先要打开大的电子膨胀阀，压缩机的频率会降低，电子膨胀也会变小。当压缩机需要减少时，首先降低阀。这种控制逻辑是在“避免空调系统的过压缩比，防止系统产生强压缩波”的基础上设计的。
3.2 在电子膨胀阀节流前增加毛细管
系统在高压缩比下容易产生噪声。为了解决这个问题，可以在电子膨胀阀中加入小毛细管，然后将制冷剂节流2次以实现低压。这样就避免了空调制冷剂对节气门的影响，在电子膨胀阀前后压缩比减小，振动和噪声会明显改善。
3.3采用抗性消声器
为了减少压缩机排放下游管道中的动态压力脉动，研究了各种在线消声器设计。搜索可用的制冷剂消声器不会产生对50Hz脉动频率有效的现成消声器。宣称解决低频脉动的消声器通过窒息流动来牺牲系统性能。因此，设计并制造了具有足够容量以衰减50Hz脉冲的反应消声器。然后将消声器安装在压缩机和换向阀之间冷凝单元的位置。消声器用于将峰峰值压力脉动降低至原始水平的一半。尽管消声器减少了制冷剂管中的压力脉动，但是在单缸操作期间，压缩机继续传递结构振动。
3.4缩短换热器流路的长度
制冷剂压力脉动的强度与其的流速有关，这是由于产生的瞬时压强Δp随着流速越小而减小。在一些情况下，为了减弱因流体脉动产生的噪声，可以尝试采用减少分支流路的长度的方案，即增加换热器分路数。通过改变制冷剂在管路中的流体脉动频率，避开管路本身的固有频率以及压缩机产生的激发频率，从而避免发生共振。
4 结论
室内空调系统产生低频气流噪声的原因是制冷剂在节流装置后产生较强的压缩波。通过理论分析和实验验证，提出了能够有效解决制冷剂脉动产生噪声的方法，通过控制电子膨胀阀的作用，增加毛细管的节流，增加消声器，改善系统的流动路径来降低和抑制噪声。
参考文献
[1]杨智辉.冰箱毛细管流动噪声的实验研究[J].制冷与空调，2006，6（4）：74-76.
[2]于萍.工程流体力学[M].北京：科学出版社，2008.
[3]周新祥.噪聲控制及应用实例[ M].北京：海洋出版社，1999.
作者简介
刘涛（1988.10）；性别：男；民族：汉；籍贯：湖北荆州人；学历：硕士，毕业于华中科技大学；现有职称：无；研究方向：热能与动力工程。
（作者单位：TCL德龙家用电器（中山公司））
关键词：空调；压缩机；压力脉动；噪声；压缩波
引言
对于住宅空调空调系统而言，低噪音操作是日益重要的设计要求。人们生活质量的提高，使空调的生产量和普及量越来越高，空调系统的噪声控制也越来越重要。此外，冷凝装置是房屋AC-HP系统中的主要噪声源。冷凝装置通常暴露在屋外，产生的噪声会对邻居的生活产生影响。在城市环境和其他的生活环境中，冷凝机组产生的过量噪音已成为社区问题。典型的住宅冷凝机组由一组冷凝器盘管，金属板柜和机架，底盘，风扇和制冷压缩机组成。因为压缩机供应制冷剂流体动力以驱动其在制冷回路中运动。在选取可能造成噪声的系统变量并将其作为单独来源进行噪音评估时，通常将压缩机从冷凝装置中取出，使用远程噪声计进行操作。使用独立于压缩机的声音和压缩机振动的数据来进行压缩机噪声量化的方法完全忽略了系统交互。没有考虑到冷凝装置将放大或衰减压缩机产生的声音和振动。因此，最有效的降噪解决方案必须考虑系统交互。
1空调系统噪声产生原理
制冷剂的压力脉动会对空调系统产生较大的噪声，其原因主要为，制冷剂流体为从压缩机到冷凝单元的噪声能量提供了两条传输路径，动态压力脉动可以从压缩机的排放口向下游传播，也可以从压缩机进气口（吸力）的上游传播。尽管吸入气体中的动态压力脉动很少表现源自于冷凝单元。另一方面，从压缩机排出到换向阀或冷凝器盘管的制冷剂压力脉动可能导致声音从冷凝装置中发出。声压驻波（共振）可以在压缩机排气下游的制冷剂中形成。驻波最有可能发生在以急转弯终止的直管中。如果声学共振频率与压缩机旋转的谐波频率一致，则将导致管中的高频率动态压力。这些高频率动态压力可能会导致冷凝单元发出高水平的音调。
2 基于空调结构的噪声分析
当容量需求较小时，气缸分离式压缩机在较少的气缸上运行。例如，仅在一个气缸上运行的双缸往复式压缩机在低系统需求下提供更高的能源效率和用户舒适度。这些类型的压缩机通常安装在具有成熟设计和现有硬件的冷凝装置中。但是，使用这种技术的系统会产生不同的音质。单缸运行期间，压缩机产生50/60 Hz的排气压力脉动，而不是两缸运行时常见的100/120 Hz脉动。不幸的是，如果考虑到50/60Hz频率范围内的压缩机（冷凝装置耦合不足），可能会发生不希望的声音或振动。空调系统包括制冷和制热功能，并在该装置中安装了气缸分离压缩机。冷凝装置包括一个三层盘管和一个叶片风扇，并具有低剖面几何形状，可安装在建筑物的侧面。在现场测试装置中，该装置产生难以让人接受的声音和振动，特别是在单缸模式下运行时。由于安装配置，外置压缩机的声音和振动都会侵入建筑物的生活空间。在压缩机上进行的实验模态分析的结果揭示了48Hz频率时会发生共振。当由单缸50Hz脉动频率驱动时，结构共振产生了在整个周围结构中传播的高水平振动。与谐振有关的模态可以通过柜体的顶部和压缩机侧面板的位移来描述。
3 流体脉动产生噪声的解决思路
认识到上述规律，可以通过优化系统设计和控制逻辑来优化系统的运行，以消除或减弱由流体脉动所产生的噪声。
3.1膨胀阀合理控制有利于消除低频噪声
电子膨胀阀由于其流量调节的快速性和准确性，被广泛用作变频空调系统的节流装置。一般来说，为了节约更多的能量，电子膨胀阀的开度随着变频器工作频率的上升和下降而增大或减小。如果压缩机频率先增加，电子膨胀阀移动，那么根据以往的理论，空调压缩机的压缩比增加得更快，并且在节流阀处会产生强压缩波，从而导致低频噪声或尖叫声。在室内机中，如果电子膨胀阀先移动，则不会发生这种现象。因此，需要注意电子膨胀阀的控制逻辑设计：如果压缩机需要增加频率，首先要打开大的电子膨胀阀，压缩机的频率会降低，电子膨胀也会变小。当压缩机需要减少时，首先降低阀。这种控制逻辑是在“避免空调系统的过压缩比，防止系统产生强压缩波”的基础上设计的。
3.2 在电子膨胀阀节流前增加毛细管
系统在高压缩比下容易产生噪声。为了解决这个问题，可以在电子膨胀阀中加入小毛细管，然后将制冷剂节流2次以实现低压。这样就避免了空调制冷剂对节气门的影响，在电子膨胀阀前后压缩比减小，振动和噪声会明显改善。
3.3采用抗性消声器
为了减少压缩机排放下游管道中的动态压力脉动，研究了各种在线消声器设计。搜索可用的制冷剂消声器不会产生对50Hz脉动频率有效的现成消声器。宣称解决低频脉动的消声器通过窒息流动来牺牲系统性能。因此，设计并制造了具有足够容量以衰减50Hz脉冲的反应消声器。然后将消声器安装在压缩机和换向阀之间冷凝单元的位置。消声器用于将峰峰值压力脉动降低至原始水平的一半。尽管消声器减少了制冷剂管中的压力脉动，但是在单缸操作期间，压缩机继续传递结构振动。
3.4缩短换热器流路的长度
制冷剂压力脉动的强度与其的流速有关，这是由于产生的瞬时压强Δp随着流速越小而减小。在一些情况下，为了减弱因流体脉动产生的噪声，可以尝试采用减少分支流路的长度的方案，即增加换热器分路数。通过改变制冷剂在管路中的流体脉动频率，避开管路本身的固有频率以及压缩机产生的激发频率，从而避免发生共振。
4 结论
室内空调系统产生低频气流噪声的原因是制冷剂在节流装置后产生较强的压缩波。通过理论分析和实验验证，提出了能够有效解决制冷剂脉动产生噪声的方法，通过控制电子膨胀阀的作用，增加毛细管的节流，增加消声器，改善系统的流动路径来降低和抑制噪声。
参考文献
[1]杨智辉.冰箱毛细管流动噪声的实验研究[J].制冷与空调，2006，6（4）：74-76.
[2]于萍.工程流体力学[M].北京：科学出版社，2008.
[3]周新祥.噪聲控制及应用实例[ M].北京：海洋出版社，1999.
作者简介
刘涛（1988.10）；性别：男；民族：汉；籍贯：湖北荆州人；学历：硕士，毕业于华中科技大学；现有职称：无；研究方向：热能与动力工程。
（作者单位：TCL德龙家用电器（中山公司））