阻尼减振原理在吹胀蒸发器噪音改善中的应用

张亚虎 方忠诚 彭勇 任伟 徐德林

(美的冰箱技术研发中心 安徽合肥 230601)

1 引言

噪声已成为衡量冰箱品质的一个重要指标，已受到生产厂家和消费者的日益重视，2004年12月颁布的GB 19606-2004《家用和类似用途电器噪声限值》对冰箱的噪声值作了限定：容积小于250L的直冷冰箱噪声声功率级应小于45dB（A），风冷冰箱应小于47dB（A）；容积大于250L的直冷冰箱声功率级应小于48dB(A)，风冷冰箱应小于50dB（A）[1]。然而由于消费者生活质量的不断提高，这一标准受到严重的挑战，消费者对噪声问题的投诉率日益上升。

一般来说，冰箱的三大主要噪声源包括压缩机噪声、制冷剂在管路的流动噪声以及制冷管路的振动噪声[2]。压缩机噪声主要包括进排气的气流脉动、电机电磁声及机械振动等引起的噪声，由于压缩机噪声产生机理较为复杂，控制难度较大，降噪成本较大，一直是困扰生产厂家的难题。制冷剂在管路的流动噪声主要是由于制冷剂在系统中不断循环，在压力、温度等因素变化的情况下所引起的噪声。管路振动噪声则是由于压缩机进气管和回气管受到压缩机的激振和冷媒的压迫，产生振动继而引发相关管路连带振动以致产生噪声。而吹胀式冰箱的管路振动噪声因其自身的结构特性，相比其他冰箱尤其明显。本文就吹胀式冰箱管路振动噪声大的原因，深入分析，运用阻尼减振原理，提出了加载阻尼胶块的方案，降噪效果明显。

2 阻尼减振原理

现有的吹胀式冰箱的毛细管大多采用如图1所示的缠绕方式，毛细管与回气管的紧密缠绕，使得两管能够充分的换热，不仅可以有效防止管路凝露，还可以减少毛细管出口气态制冷剂比例，从而在一定程度上降低压缩机的能耗。但是，由于毛细管和回气管内冷媒的流动方向相反，导致两管内流体运动产生剧烈振动，发出低频噪声，另外毛细管的流量一般低于压缩机的排气量，从而引起回气管有吸气脉动，导致周期性的发声。

针对此种管路振动引发的噪声问题，本文采用在毛细管与回气管缠绕的管路部位添加阻尼胶块的方法，减弱管路的强迫振动，降低噪声。阻尼胶块减振原理如图2所示，将毛细管与回气管缠绕部位的管路看作整个振动系统的主振系K1—m1，即质量为m1的物块（管路），作用在刚度为K1的弹性元件上，m2和k2表示附加在主振系K1—m1上的弹簧质量系统（阻尼胶块），主振系K1—m1在激励力F=F0sinωt的作用下做强迫运动。

由此，根据牛顿运动定律，可建立系统的振动微分方程[3]：

转化为矩阵形式如下：

由式（3）可以得出，系统在激励力F的作用下做强迫振动时，阻尼胶块以做与激振力方向相反的运动，从而阻碍管路m1的运动，达到减振的目的，也就是说阻尼胶块在整个振动系统中充当减振器的作用。在理想状态下，当激励频率ω等于阻尼胶块的固有频率时，管路m1此时保持静止不动。这就是阻尼胶块在管路减振中的基本原理。

3 实验验证

将尺寸为0.47m×0.43m×0.48m的某小型冰箱放置于背景噪声为18dB的半消声室内，如图3所示，前测点距离冰箱正面中心1m处，高度为冰箱高度的一半，后测点正对压缩机0.1m，高度为0.15m。冰箱稳定运行后，连续采集冰箱一段时间的声压数据，声压历程曲线如图4所示，平均处理后，得到冰箱这段时间内的前点平均声压级为34.5dB，后点平均声压级为55.4dB。随后导出冰箱前后测点的声压频谱图，如图5所示。

由图5可以看出，冰箱的噪声值在频带315Hz、400Hz、500Hz处最大，分别达到50dB、49.9dB、43.2dB，这是整机噪声大的主要原因，降低这几个频带的声压级，就能显著降低整机的总声压级。经分析，这三个频带正处于管路振动的频率范围内，考虑用阻尼胶块将毛细管与回气管紧密包裹，如图6所示，测试此时冰箱前后测点的声压值。

稳定运行后，连续采集冰箱一段时间的声压数据，前、后点声压历程曲线如图7所示，经平均处理后，得出改善后的冰箱前点平均声压级为29.2 dB，后点平均声压级为47.4dB。

由此，通过在毛细管与回气管缠绕处加载阻尼胶块的方法，使冰箱前点噪声降低了5.3dB，后点噪声降低了8dB，降噪效果明显。导出改善前后冰箱前、后点的频谱对比图如图8、图9所示。

由图8、图9可以清楚地看到，前点和后点的声压均在315Hz、400Hz、500Hz三个频带处得到明显改善，而其他频带声压值变化不明显，从而进一步说明了阻尼胶块对管路减振降噪的效果。

4 结论

吹胀式冰箱毛细管与回气管的紧密缠绕可以有效实现其充分换热，减少毛细管出口气态制冷剂比例，但由于两管内冷媒流动方向相反产生振动，导致冰箱噪声加大。本文从减振原理出发，在两管的缠绕处加载阻尼胶块，有效地降低了管路的振动，冰箱整机噪声明显下降。这种方法简便易行、效果明显且成本低廉，在冰箱的设计和生产中可大力推广。

[1]GB 19606-2004《家用和类似用途电器噪声限值》

[2]李康.家用电冰箱降低噪声技术研究[J].工业技术.2012,8 (3):15-18

[3]杜功焕.声学基础[M].南京大学出版社.2001