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1、引言

隨著人們生活質量的不斷提高，用戶對空調舒適性的要求和關注度也日益加強，其噪聲越來越受到人們的重視。如何降低空調噪聲已經成為各大空調企業及研究機構的研究熱點。筆者匯總了空調中容易出現的幾種異常噪音，對這幾種異常噪音產生的機理進行研究，提出解決措施。

2、分流器發出嘯叫聲

2018年5月，實驗室反饋送測的某熱泵熱水器，噪音測試過程中發現開機時有嘯叫聲，發生嘯叫聲的部位在熱水器的分流器位置。

在開機制熱時，系統循環建立前有短暫的抽空現象，此時壓縮機排出的冷媒未達到分流器的進口處，制冷系統高低壓未正常建立，分流器進出存在較大壓差，因分流器內部為帶喇叭狀結構，在喇叭口處產生輕微的嘯叫聲，稍后分流器進出的壓差減小，聲音就會消失。發生嘯叫聲的分流器結構如圖1，在圖1中紅框處冷媒流速突然增加，當冷媒到達分流器空腔中時，冷媒流速降低，變徑部位因渦流、渦阻、紊流現象嚴重，引發劇烈振動而引發異常噪聲。

圖1 發生嘯叫聲的分流器結構剖視圖

將原有的分流器更換為空腔的分流器（圖2）后，實驗驗證開機噪音未出現原分流器存在的嘯叫聲，異常噪音消失。

圖2 空腔的分流器結構剖視圖

總結：熱水器在制熱水時，壓縮機的低壓腔與分流器的空腔距離較近，壓縮機一旦啟動后分流器的空腔被抽空，噴嘴處的壓力差突然增加。而普通空調開制熱時先開制冷，延時后再通過四通閥換向，實現制熱，不存在噴嘴處的壓力差突然增加現象。所以在空氣能熱水器上不能使用帶噴嘴的分流器。

3、電子膨脹閥異常噪音

2017年11月，某空調廠生產抽測多聯內機(用不二工機電子膨脹閥)發現名義制熱模式存在輕微嘯叫噪音，后噪音抽測實驗再次發現兩臺多聯內機制熱嘯叫聲明顯問題。經現場分析和驗證確認為電子膨脹閥本體異響。

通過對電子膨脹閥中的流動特征進行模擬仿真分析研究，發現形成大渦結構比較明顯。閥腔內強烈的自由剪切和流動漩渦與壁面的剪切碰撞等流動過程與流體動力偶極子噪聲類型中的流體自激振蕩模型流動機理是較為吻合的。由于流體的自激振蕩行為振動能量主要集中于1～10kHz范圍內，由此引起的振動頻率存在多個模態，模態數一般隨平均流速的增加而增加，頻譜范圍和多模態的屬性與實驗測試情況吻合。該渦會導致閥針振動從而產生噪音。

當冷媒流向為下進橫出時，若進出閥體的冷媒為存液狀態，會在閥腔處產生渦，該渦會激勵閥針振動，如果閥桿與孔配合間隙稍大(＞0.065mm)就會因閥針振動產生噪音。該閥體在加工精度無法保證的情況下制熱模式冷媒下進橫出方式裝配即有產生噪音的風險，若反向安裝則可以規避該風險。

通過分析噪音為渦旋結構造成，而且閥體間隙較大容易造成共振，擬從兩方面入手解決這個問題：

（1）通過改變閥針頭形狀為平頭，改變流體入射角度，把之前的大渦流結構分解成兩個較小的渦流結構。

（2）通過減小閥桿和閥桿軌道之間的間隙，減小閥針振幅空間，減小振動消除噪音。

通過當前的間隙分析，要想控制噪音，必須把最大間隙控制在0.065mm以內，加上廠家生產波動上下公差，則間隙的下偏差可能在0.045mm或者更小，這樣的間隙容易造成卡死（雜質和同軸度控制都是大問題）。最終通過制熱模式冷媒橫進下出方式裝配安裝可解決此問題。

4、旁插管過深產生異常噪音

設計員在某5匹空調樣機噪聲測試時，發現壓縮機在某些頻率運行時，空調室外機會出現一種特別刺耳的嘯叫噪聲，而且隨著壓縮機運轉頻率的不同其聲音大小也有所不同。

借助工具對每一段管路進行傾聽，最終將聲源鎖定在壓縮機排氣口到油分離器入口處。發現該段管路共有四處焊接處，分別在壓縮機排氣口、分流器入口、工藝口和壓力傳感器插入口。借鑒簫笛發聲原理及破風成音原理，推測在該段管路上可能形成了如圖3所示旁插管過深或焊瘤過大的現象。為了驗證前面的推論，在空調停機后，將問題段管路焊下，經仔細檢查管道，發現管道焊接處并無焊瘤，繼續檢查發現工藝管插入過深，與圖3推測吻合。因此，初步認定工藝管插入過深是導致空調運轉時產生刺耳的嘯叫聲原因。將工藝管插入深度減小后嘯叫聲消失。

圖3 旁插管過深和焊瘤過大

嘯叫聲發聲機理: 從流體的角度而言，當流體流經結構表面開口時，導邊脫出自由剪切層撞擊腔口隨邊產生壓力反饋形成剪切層自持振蕩現象，這是流體力學中的經典問題。孔穴自持振蕩可以分為三種類型：流體—動力振蕩；流體—共振振蕩；流體—彈性振蕩。自持振蕩不但在腔內產生很強的振蕩壓力，還能發出很強的單頻音。在某些情況下，流體動力振蕩可能與腔體的某階聲駐波共振的固有頻率相吻合，從而導致聲駐波的耦合共振，進而引發強烈的聲輻射。

總結：控制工藝管等旁插管插入大管的插入深度，保證旁插管插入大管的深度不要過深，管路設計上要設置必要的限位來保證插入的深度。另外要避免空調管路系統焊接時在管接頭內部形成焊瘤。

5、板式換熱器異常噪音

2018年1月某多聯機組噪音測試，發現機組在名義制冷模式下存在輕微氣流嘯叫噪音，產生噪音的條件為：壓縮機運行頻率范圍為49～65Hz，過冷閥開度范圍為40～110Pls，外界環境溫度條件30℃以上。經過查找噪音聲源，發現發出噪音的零件是板式換熱器。

根據噪聲理論中噪聲源機械特點，在冷媒經過板式換熱器的過程中存在三種噪聲：固體振動噪聲、氣體擾動噪聲和液體撞擊噪聲。固體振動引起的結構噪聲頻率相對較低，一般在1000Hz以內，達不到噪聲源的頻率范圍，可以排除。液體撞擊均屬于流激勵噪聲是能夠達到此頻率范圍的，根據液壓系統中流激勵聲源按其發聲機理可劃分為空化噪聲、流體脈動聲源和自由湍流噪聲，其中能夠形成峰狀頻譜分布特征的為空化噪聲和流體脈動噪聲，而空化噪聲一般考慮為隨機的空泡潰滅事件，不考慮其諧頻特性（只會產生單峰值頻譜），故通過板式換熱器嘯叫噪聲頻率分布范圍和諧頻特征，判斷應為流體脈動聲源。

當流體高速流入相對緩慢的流場環境中，形成流動速度上較大的差異，進而形成具有較大速度梯度的自由剪切層，剪切層一般是不穩定的，剪切分離處的微小擾動在剪切層內傳播過程中受剪切層不穩定性影響，形成放大，剪切層對擾動的放大作用是具有頻率選擇性的，此種行為往往因反饋的作用而得到加強形成大渦結構。渦旋周期性的產生和消失，不斷變化的過程中形成振蕩，作用于換熱壁面產生的激勵引發嘯叫噪音。嘯叫噪音產生跟板式換熱器內部蒸發側的冷媒狀態和冷媒流速有關，即：只有當板式換熱器內部蒸發側冷媒為純氣態，形成對稱渦流情況且渦流能量達到一定條件下時才會激勵換熱壁面振動產生嘯叫噪聲。跟過冷閥步數、壓縮機頻率、外側環境溫度等外部條件都有關系。

將機組原使用的4片板式換熱器更改為6片的板式換熱器，實驗測試后沒有出現異常嘯叫聲。

總結：板式換熱器的結構設計必須能滿足不同冷媒狀態下的噪音要求，完善內部匹配測試標準，噪音測試不能只在名義制冷、名義制熱工況下進行，在匹配時應對涉及的工況、不同冷媒流速狀態的情況進行充分驗證。

6、多聯機組停機后電子膨脹閥發出異常噪音

2018年5月，生產線首次批量生產某多聯機組，制熱停機出現高頻噪音異響。初步排查，室外機制熱停機后，電子膨脹閥（主閥）發出異常噪音。

此機組收到停機指令后，同時下達電子膨脹閥關閉與壓縮機停止運行指令，由于該壓縮機是變頻壓縮機，壓縮機從運行頻率(60Hz以上)降低到零頻率需要一定時間（每秒下降8Hz），節流電子膨脹閥從當前開度關閉到零步（1步/30毫秒），壓縮機的運行最高頻率是90Hz，電子膨脹閥的最大開度是480步，往往在電子膨脹閥關閉后壓縮機還未完全停止運行，此時空調系統內的冷媒仍然在流動，而此時電子膨脹閥已經關閉，高壓流動液體冷媒會在電子膨脹閥閥針處產生強烈的沖擊，引起閥針的震動并發出異常金屬聲音。

更改停機控制邏輯，機組收到停機指令后，壓縮機降低頻率，當壓縮機運行頻率實際到零，延時30秒再開始關電子膨脹閥。按照這種控制方式，壓縮機停止運行后，再經過30秒，空調系統內高、低壓力基本平衡，冷媒流動基本停止，此時再關閉電子膨脹閥就不會存在流動冷媒沖擊閥針的情況發生。控制邏輯更改后異常噪音消失。

總結：關機時，先給壓縮機發關機命令，并持續檢測壓縮機實際運行頻率，當壓縮機停機后再延時關閉電子膨脹閥。另外要增加測試機組開、關機時的噪音異響判定。

7、總結

空調在運行時產生噪聲、異音的情況很多, 原因各異。本文只是粗略列舉了幾個常見的噪聲, 提供了一般性的解決措施, 希望能對空調新品的開發設計有所幫助。

參考文獻

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