減振降噪技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

減振降噪技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1聲音品質(zhì)的挑戰(zhàn)由于家用電器的噪聲，用戶除了性能之外的另一個焦點。而噪聲本身,對使用者的身體健康來說,也是一種環(huán)境污染。國際居室噪聲標準規(guī)定家用電器的噪聲應(yīng)低于42dB(A),而這一標準在國內(nèi)市場遭到了嚴重的挑戰(zhàn),用戶對噪聲的反饋率正呈現(xiàn)逐年增高的趨勢,對噪聲的要求也不再僅限于限值的要求,聲音的品質(zhì)正成為一種流行元素,在不斷升溫。目前冰箱降噪的主要方法是采用試驗研究的方法,且最常用的降噪措施為采用低噪聲零部件、振動緩沖技術(shù)、消聲器、膠泥使用等,主要方法是試驗-測試-試驗-再測試的方法,來達到降噪的目的。2現(xiàn)有抗衰減技術(shù)2.1優(yōu)化冰箱噪音和噪聲的方法2.1.1振動噪聲由于冰箱體積小,使用的壓縮機大多是密閉型旋轉(zhuǎn)式壓縮機。在壓縮機工作過程中,噪聲來源比較復(fù)雜,主要來自三大類:機械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁噪聲。(1)機械噪聲。往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力是引起壓縮機振動和噪聲的主要表現(xiàn)。一階慣性力可以通過設(shè)計平衡塊來平衡,但是二階慣性力不能。因此,這種周期性的不平衡里可以激發(fā)較高頻率的振動,當受振零部件的固有頻率等于周期性不平衡力的整數(shù)倍時,則會使零部件產(chǎn)生強烈的共振,從而產(chǎn)生強噪聲;其次為摩擦激發(fā)和沖擊,一般往復(fù)式壓縮機有4個以上的摩擦副。摩擦激發(fā)是因潤滑不良引起的,由于摩擦面快速而斷續(xù)的接觸引起高頻激發(fā),摩擦表面的光潔度和載荷直接影響激發(fā)的頻率。此外,活塞撞擊氣缸壁和閥板、閥片撞擊閥片限位器都會產(chǎn)生撞擊噪聲。制冷劑和冷凍機油也有可能成為振動和噪聲的激勵源。(2)空氣動力性噪聲?？諝鈩恿π栽肼暿菤怏w的流動或物體在氣體中運動引起空氣振動產(chǎn)生的。在冰箱壓縮機中,由于間歇性地吸氣、排氣,產(chǎn)生壓力波動,激起閥片和管路振動,從而產(chǎn)生噪聲。此外,壓縮機機體的振動激起課題中的制冷劑氣體共振,也會產(chǎn)生噪聲。(3)電磁噪聲。電磁噪聲是由交變磁場對定子和轉(zhuǎn)子作用,產(chǎn)生周期性的交變力,引起振動產(chǎn)生的。這個交變力與磁通密度的平方成正比。它的切向分量形成的轉(zhuǎn)矩有助于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,徑向分量引起噪聲。電機的電磁振動一般在100～4000Hz頻率范圍內(nèi)。主要降噪方法有以下幾種。(1)降低聲源噪聲源。降低聲源噪聲源,是噪聲控制的最根本、最直接和最有效的途徑,也是技術(shù)難度最大的途徑。想要降低聲源噪聲,首先必須識別出噪聲源,弄清楚其產(chǎn)生噪聲的規(guī)律和機理,然后改進機器設(shè)計方案和結(jié)構(gòu),以降低產(chǎn)生噪聲的激振力,從而達到降低噪聲的目的。常見的降低激振力的措施有提高旋轉(zhuǎn)部件的動平衡精度、改善運動副的潤滑、提高裝配精度、避免湍流、振動件隔離等。其次可降低發(fā)聲部件對激振力的響應(yīng),包含兩層意思,一是分辨機器主要輻射噪聲的部件或表面,改善激振力源到該部位的傳遞特性,使之對激振力具有較小的響應(yīng),例如把發(fā)聲系統(tǒng)的固有頻率降低到激振力頻率的1/3以下或提高到遠離激振力的頻率,則發(fā)聲部位的振動響應(yīng)將明顯降低;二是低噪聲輻射表面的聲輻射系數(shù),即同樣大小的振動所輻射的噪聲能量更小,常用措施是改善輻射表面的結(jié)構(gòu)形狀和附加一些內(nèi)耗損系數(shù)較大的阻尼材料。(2)減少振動源的不平衡力。雖然振動來源不同,但振動的主要來源是振動源本身的不平衡力引起的對設(shè)備的激勵。減少或消除振動源本身的不平衡力即激勵力,從振動源來控制,改進振動設(shè)備的設(shè)計和提高制造加工精度,以減少其產(chǎn)生的振動,是最有效的控制方法。(3)防止共振。振動機械的激勵力的振動頻率,若與設(shè)備的固有頻率一致,就會引起共振。共振放大了設(shè)備振動的效果,而且其破壞力遠大于一般的振動,因此防止共振的發(fā)生成為降噪的一項關(guān)鍵問題。壓縮機控制共振的主要方法是改變機器的轉(zhuǎn)速或改變機型,以改變振動源的擾動頻率;改變設(shè)施的結(jié)構(gòu)和總體尺寸,或采用局部加強法以改變機械結(jié)構(gòu)的固有頻率;將振動源安裝在非剛性的基礎(chǔ)上,降低共振頻率;對于一些薄殼機體,用粘貼彈性高阻尼結(jié)構(gòu)材料增加阻尼,以增加能量逸散,減低振幅。(4)采用隔振技術(shù)。隔振就是在振動源與地基、地基與需要防振的機器設(shè)備之間,安裝具有一定彈性的裝置,使得振動源與地基之間或設(shè)備與地基之間的近剛性連接成為彈性連接,以隔離或減少振動能量的傳遞,從而達到減振降噪的目的。隔振分為積極隔振和消極隔振兩類。其中,積極隔振用來減小振動設(shè)備傳入地基的擾動力,使振動源的振動擾動不能傳播到其他任何地方;消極隔振指的是利用彈性裝置減少來自地基的擾動位移,使需要仿真的儀器設(shè)備不受影響,當設(shè)計合理時,擾動力的傳遞率會相應(yīng)地降低。值得注意的是,不合理的隔振設(shè)計不但不能減少振動的傳遞率,反而可能增大振動的傳遞率。而橡膠隔振器是工程中最常用的隔振元件,主要優(yōu)點是具有一定的阻尼,在共振點附近能較好的抑制共振,并適合垂直、水平、旋轉(zhuǎn)三個方向的隔振。橡膠隔振器一般采用硬度和阻尼相當?shù)南鹉z材料制成,常用橡膠材料的主要參數(shù)如表1所示:2.1.2結(jié)構(gòu)聲輻射阻尼振動和聲輻射之間有著密切的關(guān)系,振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷芰康男?yīng)是由結(jié)構(gòu)與介質(zhì)之間的相互作用所決定,即結(jié)構(gòu)聲輻射取決于結(jié)構(gòu)表面振動和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移振動能量到它周圍介質(zhì)的能力。當一個振動輻射噪聲如果沒有其他能量的損耗,振動機械能主要通過轉(zhuǎn)化為聲能向周圍介質(zhì)空間輻射出去,但是由于結(jié)構(gòu)損耗阻尼的存在,一部分機械能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?所以,實際機械系統(tǒng)對聲場的響應(yīng)依賴于結(jié)構(gòu)阻尼也依賴于聲輻射阻尼。在冰箱應(yīng)用過程中,結(jié)構(gòu)聲輻射阻尼可以忽略不計,而結(jié)構(gòu)阻尼對振動和噪聲的控制具有重要的影響,不可忽略。從結(jié)構(gòu)聲輻射理論可知,彎曲波是板結(jié)構(gòu)聲輻射的主要原因,為抑制彎曲振動的產(chǎn)生和減少彎曲波能量的傳遞,對結(jié)構(gòu)加筋處理,可以在低頻內(nèi)有效提高結(jié)構(gòu)的隔聲效果;但同時,剛度增加,使結(jié)構(gòu)的固有頻率向高頻段移動,從而增加了結(jié)構(gòu)高頻的聲輻射。根據(jù)加筋原則,筋條應(yīng)盡量處于結(jié)構(gòu)振型的節(jié)線位置附近,然而應(yīng)用阻尼技術(shù)時,阻尼材料應(yīng)盡量位于結(jié)構(gòu)振型最大振幅處,因而需兩者兼顧。傳統(tǒng)的方法是通過加筋來提高板的剛度,但不能增加結(jié)構(gòu)的阻尼和耗能特性,減少振動能量的傳輸,因此減振效果有限。阻尼材料由于減振效果好,價格低廉,便于使用和實施等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用,不同種類的阻尼材料有不同的性能曲線,并適用于不同的使用環(huán)境。(1)整理劑的成分及結(jié)構(gòu)粘彈性阻尼材料是目前應(yīng)用最為廣泛的一種阻尼材料,可以在相當大的范圍內(nèi)調(diào)整材料的成分及結(jié)構(gòu),從而滿足特定溫度及頻率的要求,并有足夠的阻尼耗損因子。粘彈性阻尼材料主要分為橡膠類、瀝青類和塑料類,一般是以片狀結(jié)構(gòu)形式使用,而且現(xiàn)在的阻尼膠泥一般都帶有粘結(jié)劑,可直接貼覆在需要減振的結(jié)構(gòu)上。(2)特殊效益雙環(huán)涂層阻尼涂料由高分子樹脂加入適量的填料以及輔助材料配制而成,是一種可涂敷在各種金屬板狀結(jié)構(gòu)表面上,具有減振、絕熱和一定密封性能的特種涂料,應(yīng)用廣泛,可直接涂敷在金屬板表面上,也可與環(huán)氧類底漆配合使用。(3)阻尼合金的減振特性為克服粘彈性阻尼材料本身剛性小的缺點,人們研制出大阻尼合金。阻尼合金具有良好的減振性能,既是結(jié)構(gòu)材料又有高阻尼性能。例如,雙晶型錳-銅系合金,具有振動衰減特性好、機械強度高、耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點,缺點是機械性能有所降低,價格昂貴。(4)高分子材料增強解決方案在兩塊鋼板和鋁板之間夾有非常薄的粘彈性高分子材料,就構(gòu)成復(fù)合金屬板材。金屬板彎曲時,通過高分子材料的剪切變形發(fā)揮其阻尼特性,它不僅損耗因子大,而且在常溫或高溫下均能保持良好的減振性能。此材料的強度由基體材料的強度保證,阻尼性能由粘彈性材料和約束層結(jié)構(gòu)保證。常用工程材料的損耗因子,如表2所示。2.2阻性式消聲器消聲器主要用于消除管道中的噪聲,一般可以分為抗性消聲器和阻性式消聲器兩大類。抗性消聲器主要以聲抗性原理,使原在管道中行進的噪聲遇到加裝的消聲器后,被反射回去,消聲器起到濾波作用,而不是將傳播中的噪聲能量耗散掉。抗性消聲器的消聲作用一般具有共振性質(zhì),因為它具有明顯的頻率選擇特性,所以特別適應(yīng)于在管道噪聲的頻譜中具有明顯的峰值特征的情況,一般更適合于低中頻段;阻性式消聲器主要是利用在管道壁上或在其通道中鋪設(shè)吸聲材料,使噪聲能量在管道中傳播時不斷被吸聲材料所吸收,從而導(dǎo)致噪聲逐漸減弱。(1)擴展管式消聲器,即在主傳聲管道中加裝一節(jié)具有一定長度,面積比主管道大的管子。從原理上講,中間加接的管子,截面積應(yīng)與主管道不同,擴張或收縮的都可以。然而一般管道傳聲常伴有氣流,為了不影響氣流的傳送,一般總是采用擴張截面。(2)共振式消聲器,是另一類抗性消聲裝置。如果在傳聲管道壁上裝有一霍姆赫茲消聲器,當共鳴器的共振頻率與傳聲頻率一致時,共鳴器旁支將使該頻率的聲波產(chǎn)生旁路,從而阻擋該聲波繼續(xù)向前傳去,這一共鳴器起到了管道中濾波的作用。然而在實際上往往沒那么簡單,一般是在主管道上采用穿孔結(jié)構(gòu)。(3)阻性式消聲器是在剛性管道壁上鋪有吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的一段消聲管道,它是以吸收消耗聲波能量的原理使聲波在傳播過程中強度逐漸減弱的一種降噪措施。2.3振動控制部分有源噪聲控制技術(shù)不同于傳統(tǒng)的噪聲控制技術(shù),即人為地引入一個可控制的聲源或振動源,調(diào)整其幅值和相位使其與原來的噪聲源或振動源相互作用,達到降低原始噪聲或振動源輻射和傳播的目的。主要控制場合有管道內(nèi)噪聲的有源控制、密閉空間內(nèi)噪聲的有源控制,對振動的有有源隔振、有源減振以及對振動結(jié)構(gòu)中的彎曲波的直接有源控制,對結(jié)構(gòu)聲的有源控制等。在設(shè)計過程中,主要包括三部分,即傳感器部分、控制器部分和致動器部分。傳感器部分是整個有源控制系統(tǒng)的眼睛,它用來直接或間接的拾取要被控制的物理量,如聲壓、聲強或振動速度、加速度等;控制器部分一般由數(shù)值信號處理機和信號條件器等電子部分組成,它通過對傳感器傳來的物理場信息進行分析計算,實時產(chǎn)生輸出信號去驅(qū)動致動器部分,常見的致動器有揚聲器、激振器和液壓裝置。有源結(jié)構(gòu)聲控制是直接在結(jié)構(gòu)上使用振動源來降低結(jié)構(gòu)的輻射噪聲,控制目標是聲輻射功率,好處是能用較小的代價得到較大的控制效果。2.4多孔材料的使用由毛細孔或縫隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多空材料,具有吸聲的基本性能。這種材料具有比一般密實材料低得多的聲速與密度以及與傳聲空氣介質(zhì)相趨近的特性阻抗;此外,它還具有很高的吸聲性能。因此,一方面能使空氣中的聲波能量容易進入多孔材料,在材料中傳播時,又能被大量吸收掉,所以在冰箱應(yīng)用中主要使用在壓縮機周圍,能夠極大地滿足壓縮機低頻機械噪聲和高頻電磁噪聲的吸聲要求,達到降低冰箱工作噪聲的目的。具體的貼覆方式和使用的位置,根據(jù)不同壓縮機的型號和使用的頻率而不同。工作中常用的集中多孔材料的吸聲性能如表3所示。阻尼技術(shù)和多孔吸聲材料共同應(yīng)用時降噪結(jié)果對比顯示,見表4。阻尼材料用于壓縮機支撐板和連接管路,吸聲材料貼在壓機倉內(nèi)靠近壓縮機處,以不影響散熱為佳。3降聲源噪聲的集中性能本文