净水机运行噪声的改善研究

蒋勇刚 马富春 贺雷

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

1 引言

清澈干净的水、清洁的空气在我国的许多地区已经成为生活的奢侈品[1]。随着人们对环境问题的认识不断加深和对身体健康的重视程度的提升，净水机和空气净化器被越来越多的人所关注。同时，由于我国大多数自来水厂的常规水处理工艺尚不能满足不同人群对饮水质量安全的需求[2]，家庭净水器的使用逐渐得到普及。与此同时，净水器的工作噪声问题也引起越来越多消费者的关注。

本文选取市场上价位相近的A、B、C品牌净水机，使用Brüel&Kjær的3050-A-060型噪声振动分析系统进行噪声测试，使用LINI-T的UTD2102CEX型示波器测量电流波形，使用YTP-100BF压力表测试管路压力用于净水机的噪声分析。

2 实验结果

2.1 行业净水机噪声对比

净水机在冲洗及制水时均会产生较明显的噪声。针对选取的A、B和C品牌全新净水机，分别测量其冲洗和制水时的噪声值，测量数值如表1所示。

由表1测试数据可以看出，净水机制水状态噪声值比冲洗状态下噪声值大，且音质体验较差。A和B净水机噪声值大小接近，均小于C净水机。但B净水机音质体验较差，存在壳体振动严重的现象。冲洗和制水状态的噪声差别主要是由于冲洗时RO膜前压力小，水泵功率小。而制水状态下RO膜前阻力大，水泵功率大。

2.2 新旧滤芯噪声对比

对A公司的净水机，选取使用1年的旧滤芯进行噪声测量，用来判断滤芯使用情况对净水机噪声的影响，测量数据如表2所示。

由表2测量数据可以看出，滤芯长时间使用出现脏污以后，净水机噪音状况会恶化，一般比新滤芯高出约3～4 dB。分析为滤芯脏污后进水量减小，稳压泵腔体内存在空气导致噪音值大。

3 讨论分析

3.1 净水机噪声来源

通过对净水机结构及运行原理的排查分析[3]，净水机产生噪声的原因主要有两方面：

（1）电磁阀异响：泵内困气异常时会导致抽吸不连续，使得与泵相邻的电磁阀，受到泵不连续抽吸而产生的压力波动影响，进而产生异响。电磁阀异响问题具有一定的概率性，在滤芯脏堵或者断水后重新来水的情况下更容易出现。此问题可以通过在电磁阀与稳压泵之间增加PP绵滤芯解决，PP棉滤芯可以有效抵消水压的波动，使电磁阀不会产生异响现象。

（2）稳压泵噪音：净水机噪声的另一来源主要为稳压泵本身的噪音。大流量净水机膜前压力较大，稳压泵电机运行负载也较大，产生的噪声也相应比较大，小流量净水机稳压泵电机运行则无明显噪声。

3.2 净水机噪声优化措施

3.2.1 冲洗程序优化

针对夜间用水量少但频繁冲洗的问题，A公司净水机新产品将自然6h冲洗一次更改为待机24h冲洗一次（注：每次取水或手动选择冲洗模式后，冲洗系统会自动重置，重新计算24h），也就是说，只有在24h都没取水的情况下才会出现冲洗。这样既能大大减少夜间冲洗运行带来的噪声影响，又能保证RO膜的质量。

3.2.2 电磁阀噪声整改

针对电磁阀异响问题，可对电磁阀位置进行调整，用滤芯将电磁阀和稳压泵隔开。对于电磁阀的位置，通过实验验证选取出既能保证消除异响，又能确保电磁阀不会出现脏堵的最优位置。

3.2.3 稳压泵噪声整改

针对稳压泵噪声问题，可对大流量稳压泵采取隔音措施，如增加隔音棉、减震结构等。

（1）增加隔音棉：如图1所示，在净水机结构中给出足够的安装隔音和吸音片材的空间，使用各片材的复合来组成需要的隔音材质。常用的隔音片材有氯化丁基橡胶、TS橡塑、NT棉毡及聚酯（PET）纤维毡片材等，实际生产时需根据其隔音特性进行组合使用。

（2）增加减震结构：稳压泵由竖直安装形式调整为水平安装形式，并进行双层减震结构设计，类似图2结构，能有效降低整机的震动。

3.3 异响智能检测

系统内部存在空气导致噪声的问题，通过监测稳压泵工作电流波形，发现系统进空气之后电流波形会出现明显畸变，按下冲洗按键进行冲洗后波形和噪声都恢复正常。目前许多净水机产品中均设计有上电冲洗、累积流量冲洗和累积时间冲洗等形式，如果在系统存在空气的情况下能够实现智能检测并自动进行冲洗，则可以有效解决该问题。智能检测异响作为新的研究课题，初步研究出通过监控稳压泵电流波形和泵前压力变化来自动判断系统吸入空气并自动进行冲洗排出。研究方向主要有以下两点：

（1）电流差值检测控制：根据图3实测的3种状态下电流的差值或平均值，明显可以看出，在不同状态下稳压泵电流存在较为明显的变化。因此后续在电路板上增加电流检测功能，通过检测不同电流差值或平均值来判断系统是否发生异响，当出现异响时，启动冲洗，消除异响现象。

（2）压差检测控制：测试发现正常工况下压力值稳定，异响工况下，压力值波动在0.05Mpa左右。可在稳压泵进水口和电磁阀支路上增加1个压力传感器，如图4所示。通过对压力值的检测，判断系统中是否出现异响的情况，进而控制系统自动进行冲洗排除。

图1 净水机中增加隔音棉的位置

图2 一种稳压泵减震结构

图3 正常制水(a)、冲洗(b)、异响(c)状态下的电流波形

图4 压力传感器位置图示

表1 A、B和C净水机噪声测试结果

表2 A公司新旧滤芯的噪声测试结果

4 结论

通过对比市场上主流净水机的噪声，及对A公司净水机新旧滤芯的噪声分析，得出净水机的噪声主要由净水机电磁阀异响和稳压泵电机异响两部分组成，断水后重新来水及滤芯脏堵进水量减少时，造成系统内部有空气是引起电磁阀异响的根本原因。通过优化净水机的自动冲洗程序、增加隔音棉或隔音结构都是有效减小净水机噪声的途径，同时，对净水机控制系统的电流差值和电压差的智能检测，使净水机准确判断出系统内部是否存在空气，并执行冲洗动作，对净水机产品的设计开发具有一定的借鉴意义。

[1] 2014年3月及第一季度京津冀、长三角、珠三角区域及直辖市、省会城市和计划单列市. 空气质量报告, 中国环境监测总站, 2014.4.5.

[2] 陈明吉. 城市供水管网水质二次污染与防治对策[J]. 净水技术, 2008, 27(5):5-9.

[3] 王重, 周彬. 双RO膜净水机原理及应用[J]. 2016年中国家用电器技术大会, 2016, 847-849.