涡旋压缩机振动噪声分析

肩♦ f 寶销

65-68

REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING

涡旋压缩机振动噪声分析

林江波孟兆华

(丹佛斯（天津)有限

％

摘要本文以笔者所在企业生产的R290涡旋压缩机为测试分析样本，介绍了涡旋压缩机的振动和噪声 产生机理,研究了涡旋压缩机振动频谱和噪声频谱的相关性，然后对涡旋压缩机曲轴装配体进行了动平衡 计算，最后利用有限元分析对涡旋压缩机及其主要组成零部件进行了模态计算，并通过模态试验进行了验 证。综合以上措施对R290涡旋压缩机振动和噪声特性进行了综合比较分析，给出了涡旋压缩机减振降噪 的设计建议，为涡旋压缩机振动噪声水平的改善提供了参考方案。关键词涡旋压缩机;频谱分析;动平衡计算；模态分析

Scroll compressor noise and vibration resource analysis

Lin Jiangbo Meng Zhaohua (Danfoss (Tianjin) Ltd.)

ABSTRACT

In this paper， Danfoss R290 scroll compressor for the test sample，

introduces the vibration and noise generation mechanism of scroll compressor， the rela­tionship of scroll compressor vibration spectrum and noise spectrum，and then the scroll compressor crankshatt assembly for the dynamic balance calculation，the finite element a­nalysis of scroll compressor and its main components are modal calculation，and is verified by modal test. Based on the above measures conducted a comprehensive comparative anal­ysis of the vibration and noise characteristics of R290 scroll compressor are suggested for the design of scroll compressor vibration and noise reduction，which provides reference for the improvement of scroll compressor vibration and noise level.

KEY WORDS scroll compressor ； spectrum analysis ； dynamic balance calculation ； modal analysis

涡旋压缩机作为制冷设备的动力源和心脏，其 振动和

平直接

备的使用寿命，同时，也

定 接 效益）]。

。因产品的

平

及

会对人们的身心健康和工作效率 此，涡旋压缩机的

年来,

率，关系着生产厂家的

模拟等方法对涡旋压缩机 进行了系统、深入的分析，为改

供一定的参考。

1

的产生及传递压缩机的振

涡旋压缩机振动

产生机

型的 利

源分析

1. 1

备厂家的需求，涡

压

压缩机结构如图1所示，主要工作、

盘的相对

密闭容

「

旋压缩机生产企业纷纷开始改善产品的 平。笔者所在企业已于十几年前开始对 缩机进行 合数值模拟对 研究分析。

本文以笔者所在企业专为中国市场开发的

R290

的连续变化，实现压缩气体的目的，振动和 也相应的产生。

研究，在试验分析的基础上，结压缩机

进行了系统的

压缩机噪声主要包括机械噪声、电磁噪

声、气

及液体 中，机

及机 电磁

等。

轴转动不平衡，滑动摩擦

，并通过轴、轴承、壳体 机内的气隙磁场作

传播（铁芯而

压缩机 试、分析样本，介绍了 ！

压缩机 产生的机理，通过试 试、数值

收稿日期！018-04!1

作者简介：林江波，硕士，工程师，从事压缩机及空调领域振动噪声、有限元分析研究。

•66 ,

竭泠上盖组件 髙低压分隔板十字滑环 偏心套 定子 转子下支撑环 下支撑轴承

图1涡旋压缩机结构示意图

产生的电磁力激发的电磁振动，并通过定子、壳体

传播；气体 间歇性的吸排气动作

而产生的压力脉动，形成脉动气流，并通过空气、

壳体 传播;液体

、润滑油射流和气穴 ，并通过液体、壳体 传播[1]。

1.2! 和

频谱分析

频谱是描述 、

的重要工具之一，是研究 、噪声强度随频率分布的必要条件。

频谱描述的

频率、幅值、相位之间的关

系，显7K了 分量的频率及

值；噪声频

谱是指 音（频率不同的简谐成分合成的声波) 的 强 随 频 率 而 分 布 的 图 。

的

频谱，，

频谱。从

频谱中，分析了解的成分和性质，称为频谱分析[2]。利用丹麦B & K数据 仪，对正常运转工

况下工作的R290 压缩机的

和 信号进行了米样，工作频率为50 Hz，，

气口处，

笔者所在企业标

试

，采

样频率为25.6 kHz(分析频率为10 kHz)，信号的 功率谱如图2所示。

从振动噪声的水平来看，该型压缩机振

动最大幅值80 8m，噪声声功率为80 dB(A)。

从频谱分析的角 看，振动频谱的峰值出现

在压缩机的 频率（50 H2和它的整数次谐波附

，符合

压缩机的

，除此之外，没有看的峰值，说明该压缩机 异

产生，对于

频谱，

献

的主要频率

800〜

1 000 Hz、3 150〜4 000 Hz、6 300〜8 000 Hz，从 整个频谱来看，峰值频

平跟周围的频段

差别不大，说明 在各个频

比较平稳。

1.3

和

相关性分析压缩机始

全封闭状态，噪声#寶續

第！8卷

8o7o(6ov5i4o/3o2o®1

o5o

NNN

V<〇 ^0^0^

频率/Hz

(a)

(b)

图2 (b)振动信号谱

主要由壳体振动产生声辐射引起。因此，可通过 对

压缩机的壳体

进行

和

试，进行相关性分析，通过相关性分析，可以了 1哪些频段的 的，对后续

了噪

的改

供必要的参考。

利用丹麦B & K数据采集仪，对正常运转工 况下工作的R290 压缩机壳体 和 信号进行双通 样， 试

壳体中

，

离

$cm处，

信号的功

率谱如图3所示。

通过对图3(a)和（b)分析比较可知，在低频 段，该

压缩机

信号

信号频率成分具有很强的相关性，造成这 象的主要]是

在低频段，压缩机 基频及其谐波频率的能量比

，这

压缩机自

定的，这从另

方面也说明，如果想改善对

^

的频段，必须改善相对应频段的

b

水平。

1.4曲轴装配体动平衡特性分析

惯性力和

惯性力 压缩机振动的主要 。对 压缩机

，的 计，不平衡的

惯性力

产生

J

的主要

，这种周期性的不平衡力可以激发较

频率的振动， 零 的固有频率等于周

期性不平衡力频率的整数倍时，就会使零

产

生强烈的

，从而产生

，惯性力可以通

第7期林江波等：涡旋压缩机振动噪声分析

•67 •

0.001 -0.0001

100

200

300 400

频率/Hz(b)

图3 (b)振动信号谱

图4 R290涡旋压缩机曲轴装配结构

过平衡块设计来平衡[3]。

R290

压缩机曲轴装配体如图4所示。在平 计过程中，不但要平衡零部件旋

转过程中产生的离心力，

要考虑平衡零部

的 力矩，离心力和力矩不

全平衡，但是

平

的设计可以尽可能平衡掉不同方向的离心

力和力矩，从而整体上降

的能量。

'F轴

系统动平衡计

！

'M = 0：$! +$3-$2=0

⑴

= 0 ：Mi + M3 - M2 = 0

对R290涡旋压缩机进行动平衡计算，离心力

和力矩结果如表⑴所示。

从

看，R290压缩机不平衡力和力矩已

经接近最小值，这说明 分不平衡的离心力和

力矩互相抵消了，曲轴

平衡的状

态，由不平衡的离心力和力矩产生的振动已经降到最低。

表1

动平

算结果

平计心 ■

0.0406

转矩 XZ(lxz)/(kg • mm2)

3.261总质量/kg

10.200上轴承距离/mm-93.71下轴承距离/mm-360.000合力/N-12合力矩/NXm

0.463

1.5压缩机及主要零部件固有频率分析

模态是机

的固 ， 模态都具 定的固有频率'比和模态振型。通过模态分析可以预知在此频率范

在

丨或

者

作用下的

情况。

通过有限元分析软件，可以快速得到结构的 固有频率、振型等模态参数，使人们比

了模态

的

情况，并从中找出产

品结构刚度的薄弱环节及

计的不合 ，

从而

的动态

改进提供参考[4]。

通过对R290压缩机曲轴有限元模态计算结 果和曲轴的模态测试 进行对比，发

者误

差在 范 ，再通过有限元计算对R290压缩机 主要零 进行有限元计算，获得关注频

率范 的固 频率和 型，

压缩机主要零

的

力学分析和

改进提供依据。

限元模型如图5所示，有限元计 图6

所示。

图5

曲轴装配及网格模型

在 对曲轴进行了模态测试，获取其各

阶固有频率，采用单

、多点拾振的方法，试试

和 限 计

对比 表2 所 。

•68 ,

20.36 18.103Max

15.84613.511.3319.07416.81684.5596B

2.30240.045161

图G曲轴固有频率有限元分析结果

表2

曲轴模态测试和有限元分析结果对比

数

12345轴模态测试结 569.7577.21 386.5 1 545.1 2108 8

轴有限元分析

572.88583.81 392.21 554.32 122.5从表2可以看出，模态测试和有限元分析结果 误差在5 N以内，证明了有限元计算模型的准确 ，为确定

'

、壳体、装配体等

零

\"的固有频率，对各零

分别进行有限元计

固有频率。表3

了主要零

前5阶固有频率。计

表明，丹佛斯R290压缩机主要零

的固

表3

主要零部件固有频率（Hz)

数

12

345

动涡旋18 51568191 6252 463静涡旋253#51 08214#52 212壳体

12 528# 51 437.51 7752 500体

1 344

18#5

2 381

36#5

4 869

第！8卷

有频率均不在压缩机运行频率范围内$0 Hz)，不 在零

的 。

2减振降噪建议根据

压缩机振动和噪声特性，振动噪声

分布情况，对

压缩机的减振降

供如下

1) 压缩机低频噪声中，振动贡献值较大，因此改善压缩机的

平

效降低压缩机低频噪平，特别是压缩机

频率及

频率的谐

频（如 50 Hz，100 Hz，150 Hz);

2) 振动和噪声中转频特征较为突出，这是压缩机运行中的动平

。因此，改

轴动平

效降 不 平 对 、

的 ， 对频 的某些频段，可以有3〜5 dB(A)的改善；

3) 改进 压缩机主要零

材料，使它们的

固有频率尽量避开对压缩机 和

献

的频率段；

4) 改进壳体与上、下盖的装配方式，加强壳体与上、下盖的连接强度，可有效减少 及

泄

露，特别是对中高频的气动和电磁 ，总体上可

以有2〜3 dB(A)的改善；3

结束语

研究表明，试验测试结合有限元分析的手段， 能够准确的发现涡旋压缩机

的水平及

。

通过有针对性的结构改进，能够改善涡旋压 缩机的主要

峰值，从而达到降

压

缩机

的目的。

通过对R290 压缩机振动噪声频谱特性

的分析，该型号压缩机低频

值 ，在中高频

明显的尖峰，另

零

的设计

避 了 压 缩 机 的 频 率，

了 该 型 号 压 缩

机具有良好的

。

参考文献

[1]王珍，赵之海，杨春立，等.涡旋压缩机振动噪声特性

的应用研究）].压缩机技术，2005$) 17-19.

)]范少稳，沈慧，谢利昌.涡旋压缩机异响声分析与机理

研究）].家电科技，2016 (3)65-67.[3]

王珍.基于振动信号的涡旋压缩机噪声测量方法的究）].压缩机技术，2008(4)4-6.

[4] 杨猛,徐新喜，白松，等.涡旋压缩机模态试验与有限

元分析）].噪声与振动控制，2013,33$) 15-17 + 39.

研