一种轻型商用压缩机气动噪声分析与控制

摘要

随着人们生活水平的提高，制冷产品在日常生活中已不可或缺。降低产品的噪声对改善人们生活及工作环境具有重要的意义。本文针对一种商超食品柜配套的轻型商用压缩机减振降噪问题，研究了压缩机进气和排气结构引发的气动噪声，为提高制冷产品的综合性能提供参考依据。　　首先，在分析活塞式轻型商用压缩机发展现状与噪声控制技术的基础上，对压缩机进行多种工况下的整机噪声测试与频谱分析，包括标准工况、拆除气动元件、拆除气动与运动元件、拆除吸气消声器和拆除内排气管工况测试，明确了该压缩机的主要噪声源及频段分布。其中，气动噪声为主要噪声源，分布在160～12500Hz全频段，机械噪声的影响次之，主要分布在630～4000Hz中高频段，电磁噪声对整机噪声影响较小。气动噪声中，占比重较大的进气噪声强于排气噪声。　　其次，根据噪声测试分析结果，对压缩机管道传声的基本理论，常用消声器的原理、分类、使用环境及适应频带范围进行了综合阐述。同时，对消声器声学性能和空气动力性能的评价指标，消声器性能的常用分析方法进行了详细的说明。　　再次，基于噪声测试与消声理论，对排气管采取安装消声器与弯管减振弹簧的降噪措施。采用四端网络法建立排气管消声器的传递矩阵方程，应用有限元法验证了传递矩阵模型的准确性，采用传递矩阵法分析排气管消声器结构参数影响。以消声器传递矩阵为目标函数，以1500～2600Hz平均传递损失值最大为优化目标，空间结构参数为约束条件，以消声器结构参数为优化变量，采用Matlab遗传算法优化结构参数。将消声器优化前后结果进行对比，在1500～4000Hz频段消声量有所提高，平均传递损失由34.8dB变为55.4dB，消声效果明显。将设计的新内排气管加工制作并装机测试，与标准状况噪声值进行对比，整机声功率级降低1.83dB(A)，制冷量平均降低4W对应COP值降低0.01，性能损失0.73%，新内排气管的降噪效果较好，制冷性能影响不大。　　最后，为降低吸气端的气动噪声，根据消声器声学理论，对吸气消声器结构进行优化。采用声学分析软件LmsVirtual.Lab和计算流体动力学软件Fluent，对消声器结构进行声学和阻力性能的参数影响分析。针对噪声测试吸气端需改善频段600～1200Hz，确定新吸气消声器方案，并数值分析消声器壳体结构模态及内部空腔声学模态。将新吸气消声器3D打印并进行样机测试，与标准状况噪声值进行对比，声功率级降低2.87dB(A)，占整机噪声的5.1%，降噪效果比较明显。制冷量降低13W对应COP值降低0.02，性能损失为1.5%，小于5%设计值，满足与之配套的商超食品柜设备制冷量的需求，但结构设计仍需进一步优化。

目录

声明

变量注释表

1 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2轻型商用压缩机介绍及发展现状

1.2.1 轻型商用压缩机定义

1.2.2 轻型商用设备制冷原理

1.2.3 轻型商用压缩机发展现状

1.3 压缩机噪声控制技术现状

1.3.1 消声器的优化研究

1.3.2 气阀的优化设计

1.3.3 壳体优化技术

1.3.4 电机的优化技术

1.4优化方法在压缩机降噪系统中的应用

1.4.1 遗传算法在压缩机降噪系统中的应用

1.4.2 数值分析方法在压缩机降噪系统中的应用

1.5本文主要研究内容

2 轻型商用压缩机噪声源识别与分析

2.1 轻型商用压缩机结构特征

2.1.1 结构组成

2.1.2 工作原理

2.1.3 振动与噪声源

2.2整机辐射噪声测试方法

2.2.1 整机噪声测试试验台

2.2.2 压缩机噪声测试工况

2.2.3 压缩机稳定工况辐射噪声测试计算

2.3整机辐射噪声测试结果

2.4 拆除零件法测试运行工况下的气动噪声源

2.4.1 拆除气动元件的辐射噪声测试分析

2.4.2 拆除气动和运动元件的辐射噪声测试分析

2.4.3 拆除吸气消声器的辐射噪声测试分析

2.4.4 拆除内排气管的辐射噪声测试分析

2.5本章小结

3 声学基本理论及消声器分析方法

3.1管道传声波动方程

3.2管道消声器原理与分类

3.2.1 阻性消声器

3.2.2 抗性消声器

3.2.3 阻抗复合式消声器

3.3管道消声器声学性能评价

3.3.1 传递损失

3.3.2 插入损失

3.3.3 声衰减量

3.3.4 末端减噪量

3.4管道消声器空气动力性能评价

3.4.2 局部阻力损失△Hξ

3.5管道消声器的性能分析方法

3.5.1 传递矩阵法计算传递损失

3.5.2 三维有限元计算传递损失

3.5.3 Fluent计算阻力损失基本理论

3.6本章小结

4 排气消声器结构设计与优化

4.1排气消声器结构设计

4.2排气消声器传递损失理论建模与验证

4.2.1 传递矩阵声学模型的建立

4.2.2 传递损失理论模型的有限元验证

4.3排气消声器结构参数影响分析

4.3.1 隔板位置对消声器传递损失的影响

4.3.2 隔板孔径对消声器传递损失的影响

4.3.3插入管长度对消声器传递损失的影响

4.4基于遗传算法的抗性消声器结构优化设计

4.4.1 Matlab遗传算法工具箱介绍

4.4.2 优化目标

4.4.3 优化变量及约束条件

4.4.4 遗传算法优化流程

4.4.5 优化结果及分析

4.5.1 排气消声器试验测试

4.5.2 排气管消声器效果分析

4.6本章小结

5 吸气消声器数值分析及性能优化

5.1吸气消声器结构分析及设计

5.1.1 吸气消声器消声频率分析

5.1.2 吸气消声器结构参数设计

5.2吸气消声器的CFD仿真计算分析

5.2.1 吸气消声器的仿真模型及边界条件

5.2.2 吸气消声器的结果分析

5.3吸气消声器结构优化设计

5.3.1 吸气消声器声学性能分析

5.3.2 吸气消声器阻力特性分析

5.4吸气消声器的模态分析

5.4.1 消声器固有频率计算数学模型

5.4.2 壳体的结构模态分析

5.4.3 壳内制冷剂的声学模态分析

5.5.1 吸气消声器试验测试

5.5.2 吸气消声器效果分析

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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