消音器在冰箱降噪中的研究

陈澎钰 江俊

（美的制冷集团冰箱事业部研发中心 安徽合肥 230000）

消音器在冰箱降噪中的研究

陈澎钰 江俊

（美的制冷集团冰箱事业部研发中心 安徽合肥 230000）

冰箱系统中冷媒高速流动产生的气动噪声是主要噪声源之一。本文通过对某款冰箱进行测试、分析，并采用理论计算和仿真分析手段提出增加消音器的降噪方案。经试验验证，取得了明显的降噪效果。

冰箱；冷媒噪音；消音器

1 引言

随着人们生活水平的不断提高，产品噪音水平逐渐成为客户关注的重点之一，是衡量产品品质的重要指标。冰箱噪音主要包括压缩机噪音、风机噪音、冷媒噪音及振动辐射噪音等。由于存在冷媒流动速度高，压力大及制冷系统结构限制较多等特点，所以冷媒噪音改善难度相对较大，成为制约整机噪音改善的瓶颈之一。本文将研究如何在不影响制冷系统性能前提下降低冷媒噪音。

2 噪音频谱特性分析

根据声学理论可知，任何噪音都是伴随某种振动产生。对于冰箱制冷系统来说，冷媒在制冷系统中的流速高、紊流现象严重，其所产生的压力脉动是产生冷媒噪音的主要原因。由于冷媒在制冷系统中的脉动压力会冲击管路，激发管壁振动，向外辐射噪音。因此为了了解冷媒噪音的频率特性，及冷媒压力脉动频谱特性，在冰箱机械室管路附件布置传声器，进行噪音测试。传声器位置示意图如图1。

实测频谱如图2、图3所示。从实测频谱可以看出，该机型在300Hz～400Hz左右低频段、800Hz～1kHz左右中低频段和3kHz～4kHz左右高频段噪音相对较高，而该测点处300Hz～400Hz左右低频段噪音主要为压缩机噪音和结构件振动辐射噪音，所以冷媒音降噪目标频段设定为800Hz～1kHz左右中低频段和3kHz～4kHz左右高频段。

3 消音器的设计

消音器根据其原理、形式、规格、材料及用途的不同可分为不同种类，常见的各种消音器可分为阻性、抗性、复合式和排气放空式四种类型。其中抗性消音器是通过管道内声学特性的突变处将部分声波反射回声源方向，以实现消音目的。

针对冰箱系统结构特点及冷媒噪音特性，考虑在排气管路上增加扩张式消音器进行改善。扩张式消音器消音量可按下式计算：

L——扩张腔长度（m）。

由（1）式可见，消音量ΔL与sin（kl）值有关，而sin（kl）是频率的周期性函数，因此扩张式消音器的消音量也将随频率而周期性的变化。

相对于消音量最大值的频率称为峰值频率。

可见扩张式消音器具有很强的频率选择性，设计消音器应使消音器的峰值频率与所消除噪音的目标频率相一致，以实现最佳消音效果。

本文中消音器设计流程为：（1）依据系统管路直径和安装空间大小，对消音结构尺寸进行初步设计；（2）计算设计方案传递损失；（3）根据目标频率对设计方案进行修改；（4）核算修改方案传递损失；（5）必要时重复2、3步骤，直至满足设计要求。

消音器传递损失计算采用声学有限元方法进行仿真计算。该方法主要基于以下基本物理方程：

声波的连续性方程：

声学运动方程：

声波的物态方程：

式中： ―拉格朗日算子

将式（3）、（4）、（5）的高阶量去掉后按傅里叶变换分解为频域，得到Helmholtz方程为：

式中：ω——声波角频率；ω=2πf；f——声波频率。

通过定义边界条件并求解Helmholtz方程，即可得到消声器的声场分布。再通过进出口声压计算消音器的传递损失。

本次所设计消音器的目标频率根据噪音频谱分析结果设定为800Hz～1kHz左右中低频段和3kHz～4kHz左右高频段。经过数次方案修改，最终设计方案传递损失计算结果如图6所示。该方案在1kHz、3.5kHz左右频段消音量较大，同时结构尺寸满足装配要求，符合设计要求。

表1 对比试验结果

图1 传声器位置示意图

图2 实测噪音FFT频谱

4 实验验证

按照设计方案试制样件并在冰箱系统中进行对比验证，试验结果如表1所示。增加消音器方案测点位置噪音改善1.2dB左右，降噪效果明显。

同时对两方案噪音频谱进行对比分析，结果如图7所示。增加消音器后在630Hz～1kHz、3.15kHz～4kHz频段噪音降幅较大，个别频段噪音降幅达8dB左右。实际消音频段与设计目标消音频率基本吻合。

5 结论

本文通过对某款冰箱噪音进行测试、分析，得出冷媒噪音相对较大的频段范围，并针对该频段噪音设计消音器，经试验验证取得良好的降噪效果，证明扩张式消音器对消除冰箱冷媒噪音具有一定效果，可采用该方法对冰箱冷媒噪音进行改善。

图3 实测噪音CPB频谱

图4 消音器结构示意图

图5 消音器计算模型

图6 传递损失曲线

图7 CPB频谱分析

[1]马大猷.噪声与振动控制工程手册.机械工业出版社，2002

[2]王军，毛开智，张海峰，袁浩.家用变频空调内机异常音的研究和消除.中国家电大会论文集，2013

[3]李增刚，詹福良.声学仿真高级应用实例.国防工业出版社，2010

The muffler research in reducing the noise of refrigerator

CHEN Pengyu JIANG Jun
(Refrigeration Division, Midea Group Hefei 230000)

The aerodynamic noise issuing from high-speed refrigerant in the system was one of the major refrigerator noise. The article offer a reducing noise method of increasing a muffler by testing, analysis, and theoretical simulation analysis. The program achieved significant effect according to the test.

Refrigerator; Refrigerant noise; Muffler