风管式空调内机水泵噪音产生机理分析与优化

庄子宝，吴彦东，龙旦风，刘喜岳

（广东美的暖通设备有限公司，广东佛山，528311）

风管式空调内机水泵噪音产生机理分析与优化

庄子宝，吴彦东，龙旦风，刘喜岳

（广东美的暖通设备有限公司，广东佛山，528311）

风管式空调水泵噪音主要是100Hz电磁噪音，是由水泵电机振动通过水泵支架传递到外壳钣金并通过外壳钣金向外辐射产生的。根据噪音产生的机理及目前水泵结构缺陷分析结果，优化设计一种新的水泵隔振胶垫，有效降低了水泵噪音。

风管式空调；水泵噪音；噪音源定位；噪音辐射；隔振胶垫

0 前言

随着人们生活水平的日益提高，对生活环境的舒适性的要求也越来越高。空调内机噪音作为空调舒适性的一个重要指标，被越来越多的用户关注[1]。排水泵作为风管式空调重要运动部件，其结构设计优良直接影响空调噪音数值及音质。本文针对我司风管式空调水泵噪音大、音质差问题。通过实验测试空调各个结构部件固有频率及振动噪音特性，从本质上分析了水泵噪音产生的机理，并根据分析结果设计一种新的隔振胶垫结构用于空调水泵隔振，成功的降低了水泵噪音。

1 水泵噪音机理分析

1.1 水泵噪音源定位

试验通过BK采集风管机正下方0.2m、出风口正前方0.2m处单开水泵时的噪音数据，具体采集方式。FFT、CPB频谱如下图1。

图1 机器正下方0.2m噪音频谱

通过频谱分析可以看出，水泵整体噪音为30.3dB（A），而100Hz处的噪音28.1dB（A），可以判定100Hz的噪音为水泵辐射噪音的主要噪音频段。另外从FFT线性谱上看100Hz为单频噪音，与水泵电机2倍电磁谐波频率吻合，因此可以判定产生水泵噪音主要为水泵电机的电磁噪音引起的。

1.2 水泵噪音传递路径分析

由上述分析，水泵电机电磁噪音是主要噪音源。鉴于水泵的安装结构可以判断水泵电机电磁噪音传播路径主要有两种。

(1)噪音辐射即水泵电机的电磁噪音透过结构件在空气中传播。

(2)振动辐射即水泵电机电磁振动通过结构件向外辐射振动噪音。

1.2.1 水泵单体振动噪音测试分析

实验随机挑选5个样品进行振动、噪音测试。测试过程中防止安装约束对水泵振动噪音产生影响，故采用悬挂的方式采集水泵单体的振动噪音。

表1 振动噪音数据

通过表1分析，水泵电机本身的噪音很小，当声波透过结构件能量一定会衰减，向外辐射的噪音值应该小于噪音源的噪音值[2]。而实际在整机测试过程中，单开水泵噪音也有30.3dB（A），远大于水泵单体噪音，因此可以判定水泵电磁噪音透过结构件向外辐射不是产生整机噪音大的主要因素。

1.2.2 水泵对整机结构振动、噪音分析

实验根据水泵在空调内机装配关系，从水泵到外钣金传递路径上分别测试了结构件上的振动数据及固频。

表2 钣金件固频表

表3 空调结构件100Hz振动数据

如表2 所示，水泵支架在100Hz附近没有相应固有频率不会引起共振。虽然水泵与支架不会产生共振。但水泵振动会以强迫振动形式通过支架向外钣金传递。当水泵电机的振动传递到钣金件上，引起钣金强烈的受迫振动而辐射噪音。由辐射声功率与辐射面积成正比，同样的振动，辐射面积越大噪音也越大。目前风管式空调外壳钣金多是大面积的薄板结构，具有刚度小，灵敏度大的特点，即使振动不大传递到钣金上依然可以辐射出较大噪音。另外空调的左侧钣金和尾板存在与100Hz相近的固频，会产生局部共振使振动放大，会加大向外辐射噪音能量，产生更大的噪音。

如表3振动数据所示，水泵电机振动通过支架向外传递过程中振动没有得到有效衰减，水泵上振动几乎1:1传递到外壳钣金上。在左侧板与后尾板由于共振原因，振动被放大5倍。因此通过上述分析可以判定水泵电机电磁振动通过结构件向外辐射振动噪音是造成水泵噪音大的主要因素。

通过上述分析，整机水泵噪音主要是水泵电机100Hz电磁噪音，其传播方式为电机振动以强迫振动形式通过支架传递到钣金上，并通过钣金面向外辐射噪音。局部钣金结构存在共振现象，造成钣金向外辐射噪音增大，进而造成水泵噪音增大。

2 水泵噪音优化

水泵噪音是水泵振动传递到外壳钣金上辐射出的噪音。控制手段有可以从三个方面进行。（1）降低激励源振动即降低水泵电机振动。（2）从传递路径上衰减振动向外传递。（3）降低末端相应度即降低外壳钣金的响应。降低电机振动可以通过优化电机电磁场、电机加工工艺等手段进行。在传递路径上衰减振动可以通过增加隔震器、阻尼器等进行隔振、减振措施[3]。降低外壳钣金响应度可以通过增加外钣金刚度如加筋、增加钣金厚度等，也可以采用阻尼胶降低钣金响应系数。然而对于空调而言方案1、方案3可能会涉及更多的模具、工艺变更造成成本增加，不易实施。本文重点介绍一种从传递路径上降低振动方案，其涉及变更的项目较少且成本增加不多降噪效果好。

2.1 隔振胶垫结构设计

目前产品排水泵虽然采用橡胶垫进行隔振，但由于安装方式、隔振胶垫结构、硬度等因素设计不合理。没有达到较好隔振效果。因此设计合理的隔振胶垫结构、硬度和材质直接影响排水泵振动噪声传递及噪声的放大。

根据目前产品存在问题优化设计一款新的隔振胶垫，新隔振胶垫结构为中间开槽柱状结构，配合使用限位螺栓连接。实现了水泵上、下支架柔性连接，保证胶垫安装后不会被压缩变形。从而使胶垫发挥出最大的隔振效果。

2.2 隔振胶垫的硬度设计

橡胶的硬度也是影响胶垫隔振效果的另一个重要因素。试验过程中在使用图9结构的基础上测试不同硬度（邵氏硬度）的胶垫，数据如表4。

表4 不同硬度胶垫机器正下方0.2m噪音测试数据

从试验数据中可以看出，随着橡胶垫硬度增大，其隔振能力降低[4]。因此选择硬度小的胶垫更有利于水泵隔振。鉴于供应商技术、工艺水平，目前新设计的水泵胶垫硬度选择35±5邵氏硬度。

2.3 隔振胶垫材质的设计

由于橡胶件易老化，若橡胶老化严重，硬度会大幅增加，严重影响其隔振的效果。设计时参考橡胶手册关于橡胶老化性、水泵使用环境等因素最终选用耐候性能较好的三元乙丙橡胶[5]。

3 优化方案的成果

为验证优化方案的效果，在1匹的风管机上同时测试了优化前后单开水泵的噪音、振动。测试优化前、优化后的水泵组件噪音，频谱如下图2。

图2 优化前、后水泵组件噪音频谱

钣金振动数据如表5。

表5 优化后空调结构件100Hz振动数据

前面板0.051 0.063 0.015左侧板0.152 0.137 0.107尾板0.132 0.24 0.136

如表4、图10所示优化后的水泵组件传递到钣金上100HZ的振动有明显的衰减。从噪音测试结果可以看出100HZ处的噪音值从28.1dB（A）降低到16.3 dB（A），降低了11.8 dB（A）；0.2m处整体噪音值降低5.5 dB（A），异常音改善明显，测试现场近距离监听机器单开水泵噪音，已经无明显的嗡嗡声。

4 结论

水泵噪音问题主要是100Hz水泵电机电磁噪音引起的。电磁噪音是水泵电机振动通过水泵支架传递到外壳钣金并通过外壳钣金向外辐射产生的。

风管式空调水泵电磁噪音控制手段有可以从三个方面进行：

（1）降低激励源振动及降低水泵电机振动。

（2）从传递路径上衰减振动向外传递。

（3）降低末端相应度即降低外壳钣金的响应。

参考分析结果、空调生产工艺、成本控制要求，本文优化设计一种新的水泵隔振橡胶垫，有效的降低现有水泵噪音。

[1] 黄其柏.工程噪声控制学[M].武汉:华中理工大学出版社,1999.

[2] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3] 项端祈.空调系统消声与隔振设计[M].北京:机械工业出版社,2005.

[4]Stallings R L, Wilcox F J. Experimental cavity pressure distributions at supersonic speeds[R].USA:NASA Tech Pap, 1987:165-162

[5] 吕百龄.橡胶实用手册[M].北京:化学工业出版社,1999.

Mechanism Analysis and Optimization of Noise Caused byWaterPumpofDuct Indoor Unit of Air Conditioner

Zhuang Zibao, Wu Yandong, Long Danfeng, Liu Xiyue
(GD Midea Heating & Ventilating Equipment Co., LTD, Foshan Guangdong, 528311)

The noise caused by water pump withinduct indoor unit of air conditioner is mainly 100 Hz electromagnetic type, which originates from the motor vibration and then transfer to the sheet metal of the cabinet through bump support and radiated by the sheet metal. Basis on the analysis of the noise generation mechanism and the drawbacks of the present bump structure, a new type of rubber vibration-isolation pad is designed, and in consequence the noise is reduced effectively.

duct air conditioner;water-bump noise;noise source identification;noise radiation;rubber vibration-isolation pad