滚动转子式压缩机降噪技术进展

陈朝波

摘 要：根据目前空调等制冷行业中广泛应用的滚动转子式压缩机内部的气流特点，对流体在压缩机内的整个流动路径分析了各种不同的降噪结构及其降噪效果，为滚动转子式压缩机降噪结构设计提供一定的参考。

关键词：压缩机;噪音;气流脉动;消音腔

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.09.094

0 引言

空调、冰箱等制冷行业的快速发展，极大地推动了压缩机技术的发展，而压缩机的振动、噪音作为压缩机的重要性能指标越来越引起压缩机制造企业的重视;在不影响压缩机制冷性能和成本的前提下，有效降低压缩机的振动、噪音水平，对提高企业压缩机产品综合竞争力具有十分重要的意义。

1 滚动转子式压缩机降噪技术进展

图1为滚动转子式压缩机结构剖面图，其在一个密闭容器内设置有电机和压缩机构，压缩机构通过吸气管连通外部储液器，并通过壳体上部设置的排气管将压缩后的高压流体排出，电机位于压缩机构上部，通过电机驱动曲轴带动压缩机构内部的偏心活塞旋转，并通过压缩机构的气缸内部设置的滑片的配合实现对气体的吸入和压缩，压缩机构排出的高压流体经过消音器后排出电机腔，并通过电机内部的气流通道进入到壳体上部的腔室内，最后通过排气管排出压缩机，完成压缩机流体的压缩过程。

目前，空调市场上使用的滚动转子式压缩机，其噪声水平以声功率计大约为54-64dB。根据转子式制冷压缩机的结构进行分析，其噪声源大约有以下三方面。（1）电磁噪声;（2）机械噪声;（3）气流脉动产生的噪声。其中：500-4000Hz噪声主要是气体的压力脉动引起的;对于500Hz以上的高频噪声，可采用亥姆霍兹共振腔进行降噪处理。

以下根据近年来压缩机降噪方面的专利申请情况，对滚动转子式压缩机内气流脉动产生的噪音涉及的相关降噪技术介绍滚动转子式压缩机降噪技术进展。

滚动转子式压缩机对吸入的气体进行压缩，达到排气压力后打开排气阀，最后将压缩后的高压气体排出压缩机外部，完成整个压缩过程。整个压缩过程中，流体路径上的流体流动都有可能产生压力脉动进而引起气流脉动噪音。因此，在整个流体流动路径上均可以进行压缩机降噪处理：

首先，在吸气管路方面，一般而言，在压缩机的进气口外侧一般设置有储液器，储液器对气体形成了缓冲可以降低吸气噪音;合理设计储液器的扩张比以及采用内插管使得消声室入口插入管长度等于1/2或1/4消声腔的长度可以提高整个消声器的消声量。同时，为了解决吸气通道内由于气体流速、流向均不稳定产生的吸气噪音以及吸气脉动降低压缩机的有效吸气量的问题，在吸气通道的壁部设置消声腔结构形成的吸气消声部，并通过一个或多个通孔将吸气通道与消声腔连通，实现降低吸气噪音的效果，如图2所示。

其次，吸氣结束后，进入压缩阶段，压缩阶段的气流噪音主要是通过在气缸上设置共振腔进行消音，简单方式为直接设置与压缩腔连通的消音腔实现降噪，如图3所示。然而，图3（a）的消音结构存在余隙容积较大的问题，在排气刚结束吸气刚开始时，消音腔内的高压气体易于膨胀从而降低吸气效率;为了克服这一技术问题，提出了一种新的消音腔结构，如图3（b）和图3（c）所示，将消音腔设置在滑片槽侧壁或与滑片槽连通的上下法兰上，并在滑片上设置将压缩腔和消音腔连通的连接通道，或者将连通通道和消音腔均设置在滑片上，从而可以通过滑片在滑片槽内的往复运动实现消音腔与压缩腔的间歇连通，解决了图3（a）存在余隙容积较大的技术问题，较好地适应了滚动转子式压缩机的工作过程。

压缩阶段完成后，高压气体从压缩腔排出后进入排气通道，对于这一阶段的消音技术，主要是在排气流道上设置扩张室或亥姆霍兹共振腔来实现。如图4所示，图4（a）和（b）均为扩张室消声结构，该消声结构为一种抗性消声器，其利用流体通道上突变的截面或旁通共振腔，使沿通道传播的某些频率声波，在突变的界面处发生反射、干涉等，从而达到消声的目的，其具有良好的中、低频消声特性;图4（a）为单扩张室消音结构，直接在流体通道中设置界面突变的扩张室结构用于消音;而图4（b）为双扩张室消音结构，在上法兰和下法兰与缸体抵接的表面上均设置有扩张室，双扩张室结构可以有效降低排气压力脉动降低气流噪音，并且降噪频率范围拓宽有效改善整机的噪音水平;图4（c）为亥姆霍兹共振腔消音结构，通过在排气流道附近区域设置亥姆霍兹共振腔并设置连接通道将高压气体流道与共振腔连通，其消声原理是形成连接通道的小孔和体积较大的消音腔组成一个弹性振动系统，流体通道管壁的孔颈中空气柱类似活塞，当外来的声波频率与消声器弹性系统的固有频率相同时，发生共振，这时消音量最大，从而实现对高压气流的消音，降低压缩机的噪音水平。

另外，在高压气体排出泵体后，一般的转子式压缩机在上下法兰处均设置有消音器实现对高压气流的进一步消音;常用的消音器是通过截面突变在声传播过程中引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉，从而降低由消声器向外辐射的声能，以达到消声目的。同时，针对常规的消音器结构，近年来也对常规的消音器进行了优化和完善以更好地适应压缩机消音的需要;例如，采用双层消音器;或者改变常规消音器通过直孔排气的结构，改变排气气流的方向，通过诸如斜向下的引流通道、设置导流片引导气流流向以及将消音器内的气流通过消音器与曲轴间隙排出等结构，另外也提出了在消音器的排气孔中设置有切割角等结构以对涡流进行切割实现降噪等目的，这些都对消音器固有结构的优化有效降低排气噪音。

2 结束语

在转子式压缩机中，气流脉动引起的噪音是压缩机噪音的一个重要组成部分，目前现有的降噪技术虽然可以有效降低压缩机的噪音，但压缩机的运行仍存在较为明显的噪音。同时，由于滚动转子式压缩机的泵体结构发展相对成熟稳定，今后如何进一步深入挖掘压缩机噪音改进点，并进行相应的降噪设计将是压缩机企业面临的一个重点和难点。

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