壓縮機(jī)支撐結(jié)構(gòu)減振降噪分析研究

駱春勇 羅 健 周 剛

（中山長虹電器有限公司 中山 528427）

前言

隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)升級的需求，采用變頻壓縮機(jī)的白電產(chǎn)品（空調(diào)/冰箱）因其可變的運(yùn)行工況，低功耗、快速制冷以及實(shí)時動態(tài)調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，越來越受到消費(fèi)者的青睞，也成為高端白電產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。一般來講，變頻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速范圍從 10-75 Hz。

相較于定頻壓縮機(jī)，采用變頻壓縮機(jī)的白電產(chǎn)品一般運(yùn)行時間更長，以變頻空調(diào)為例，當(dāng)房間溫度達(dá)到要求后，會將壓縮機(jī)調(diào)至低轉(zhuǎn)速連續(xù)不斷的運(yùn)行，若房間溫度較高，又會以較高的轉(zhuǎn)速快速拉低溫，因此，變頻壓縮機(jī)對其支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了持續(xù)的、寬幅變化的激勵，因而更易產(chǎn)生共振，進(jìn)而產(chǎn)生較大的噪聲或者影響零部件的使用壽命。

因此，本文針對變頻壓縮機(jī)寬幅的運(yùn)行頻率，對其支撐結(jié)構(gòu)開展研究，研究其受到的激勵與響應(yīng)的關(guān)系，并運(yùn)用模態(tài)仿真的分析方法，分析其產(chǎn)品較大振動的原因，驗(yàn)證設(shè)計優(yōu)化的方法和方案。

1 某白電產(chǎn)品振動分析研究

白電產(chǎn)品的變頻壓縮機(jī)通過橡膠底角安裝在支撐底板上，支撐底板與外箱殼連接，部分制冷管路也與外箱殼有接觸，接觸部位均包裹有減振的橡膠綿。因此，壓縮機(jī)振動的主要傳遞路徑有兩條，分別為：①壓縮機(jī)-底角-支撐底板-箱外殼，②壓縮機(jī)-管路-箱外殼。

本文以某款白電產(chǎn)品的壓縮機(jī)支撐底板為例，分析振動/噪聲的產(chǎn)生原因。

1.1 噪聲測試分析

首先，先對該款白電產(chǎn)品進(jìn)行噪聲測試，將其置于半消聲室中，在其四周布置多個聲級計，記錄其穩(wěn)定運(yùn)行噪聲，每次采集30 s，取其平均值。

由圖1噪聲測試數(shù)據(jù)可以看出，該產(chǎn)品在低頻帶存在較大噪聲，分析其可能與壓縮機(jī)振動較大有關(guān)。因此進(jìn)行掃頻測試，確定各運(yùn)行頻率噪聲大小，如圖2、圖3所示。

測試結(jié)果顯示，壓縮機(jī)在65-68 Hz范圍產(chǎn)生共振，噪聲較大。

1.2 壓縮機(jī)振動測試

在壓縮機(jī)頂部和側(cè)壁粘貼振動加速度計，測量壓縮機(jī)豎直方向和水平方向振動，具體如圖4 。

振動加速度測試結(jié)果與噪聲測試結(jié)果相吻合，壓縮機(jī)在65-68 Hz存在較大振動，因此，需要對壓縮機(jī)支撐底板展開測試分析。

1.3 壓縮機(jī)支撐底板測試

在壓縮機(jī)支撐底板和箱外殼側(cè)壁面中心位置布置振動加速度計，測量結(jié)果如圖5 。

壓縮機(jī)支撐底板振動頻率與壓縮機(jī)振動、噪聲的主要頻率吻合，而箱外殼側(cè)壁面振動相對較小，因此可以判斷，壓縮機(jī)在65-68 Hz的振動傳遞至壓縮機(jī)支撐底板，引發(fā)較大的振動，致使該頻率運(yùn)行時，整機(jī)噪聲較大。

2 仿真分析研究

2.1 基本原理

模態(tài)分析的實(shí)質(zhì)，是一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即以系統(tǒng)的各階主振型所對應(yīng)的模態(tài)坐標(biāo)來代替物理坐標(biāo)。該仿真模型是以壓縮機(jī)支撐底板為研究對象，建立其自由振動的運(yùn)動方程如下：

式中[M]為質(zhì)量矩陣，[C]為剛度矩陣，[K]為剛度矩陣。{x(t)}、{x&(t)}、{&x&(t)}和{f(t)}分別為位移、速度、加速度和激振力列向量。方程（1）傅里葉變換后系統(tǒng)動力學(xué)方程如公式（2）所示。

圖3 掃頻測試結(jié)果2

圖4 壓縮機(jī)振動加速度測試

圖5 壓縮機(jī)支撐底板測試

將物理坐標(biāo)換成模態(tài)坐標(biāo)，即{X}=[ψ]{q}，由振動理論知，對線性時不變系統(tǒng)即線性定常系統(tǒng)，系統(tǒng)任一點(diǎn)響應(yīng)均可表示為各階模態(tài)響應(yīng)的線性組合。對第l測點(diǎn)的響應(yīng)如式（3）所示。

式（4）中[φr] 為第r階模態(tài)向量，反應(yīng)該階模態(tài)的振動形態(tài)，由各階模態(tài)向量組成的矩陣稱為模態(tài)振型矩陣，記為[]：

用模態(tài)坐標(biāo)替代物理坐標(biāo)后，剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣都已經(jīng)對角化了，即解耦了，對應(yīng)r階有：

圖6 某型號壓縮機(jī)支撐底板模型

圖7 一階陣型

圖8 二階陣型

2.2 仿真模型及結(jié)果

仿真模型采用實(shí)際的壓縮機(jī)支撐底板為模型，通過網(wǎng)格劃分、輸入物性參數(shù)、約束條件等進(jìn)行仿真，仿真模型如圖6，計算結(jié)果如圖7-9所示。

由仿真結(jié)果可知，該壓縮機(jī)支撐底板在二階模態(tài)與實(shí)際測試情況吻合，存在共振的可能。

2.3 壓縮機(jī)支撐底板模態(tài)試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)B(tài)是通過力錘激勵，比較測試點(diǎn)與激勵源的振動頻率，以確定零部件的模態(tài)，對于該型號壓縮機(jī)支撐底板，其試驗(yàn)?zāi)B(tài)結(jié)果如圖10。

壓縮機(jī)支撐底板的第一階和第二階固有頻率分別為29 Hz、62.1 Hz，與仿真結(jié)果接近，可由于實(shí)際模態(tài)試驗(yàn)時，部分位置因裝配零部件的原因，無法進(jìn)行有效的激勵，因此，存在一定的實(shí)驗(yàn)誤差。

3 優(yōu)化改進(jìn)及測試

3.1 優(yōu)化改進(jìn)方案

由前文所述，壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率最高值為75 Hz，因此，需要壓縮機(jī)支撐底板的低階次固有頻率高于75 Hz，因此必須改變支撐結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和約束等參數(shù)，具體方案為：增加底板厚度、增加凹槽深度、縮減寬度、底部增加支撐點(diǎn)，具體方案如圖11。

3.2 仿真分析

圖9 模態(tài)階次表

圖10 模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

圖11 優(yōu)化改進(jìn)方案

圖12 優(yōu)化方案第1、第2階陣型

圖13 優(yōu)化方案模態(tài)階次表

優(yōu)化后壓縮機(jī)支撐底板第一階固有頻率為115 Hz，遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行最高頻率，避免了共振。

3.3 實(shí)驗(yàn)測試

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，新壓縮機(jī)支撐底板振動幅值遠(yuǎn)小于原壓縮機(jī)支撐底板，隨著壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的提高，壓縮機(jī)支撐底板振動緩慢增加，無共振點(diǎn)，減振效果明顯。整機(jī)聲功率降低約1.2 dB（A）。

4 總結(jié)

壓縮機(jī)的振動主要由底角傳遞至壓縮機(jī)支撐底板，并由支撐底板傳遞至其他位置，產(chǎn)生噪聲。變頻壓縮機(jī)因其寬幅的運(yùn)行頻率，導(dǎo)致了原有的支撐底板設(shè)計會導(dǎo)致運(yùn)行過程中產(chǎn)生底板共振現(xiàn)象，顯著增加了產(chǎn)品的運(yùn)行噪聲，因此，需要通過改變約束、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)剛度，使壓縮機(jī)支撐底板的一階頻率高于壓縮機(jī)的最大運(yùn)行頻率。

本文通過該方法，將一款白電產(chǎn)品運(yùn)行時振動降低，消除原結(jié)構(gòu)的共振頻率，降低整機(jī)運(yùn)行噪聲1.2 dB(A)。