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管路噪音优化

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：舒志君

[导读] 摘要：管路噪音是机械噪音的主要来源，其主要由管路共振噪音引起。通常会通过增加减震垫来降低管路固频，而这种方式局限性比较大。

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        摘要：管路噪音是机械噪音的主要来源，其主要由管路共振噪音引起。通常会通过增加减震垫来降低管路固频，而这种方式局限性比较大。以空调为例，本文通过改变回气管路的形状，综合运用实验分析和仿真优化等方法比较在不同形状设计下的回气管固频变化特征，得出了解决管路共振问题的改善方案。
        关键词：管路；噪音；共振
        1引言
        管路噪音问是影响舒适家居生活品质的要因，张[1]等人通过对通海系统管路敷设阻尼胶带的插入损失进行了理论分析和试验研究，结果表明，管路表面敷设阻尼胶带能有效降低沿管路传递的振动；马坚[2]基于有限元仿真软件对空调管路进行了仿真优化设计，模态仿真和实验结果表明，优化管路走向会改变其固有频率，进而避开压机共振区；郝春哲通过对压缩机管路振动系统进行分析，发现在管路中增加支架系统可以改变管路的固有频率并使其避开压缩机激振频率的共振频率范围。上述研究通过固频改变从而避开压缩机的激振频率，本文通过比较不同回气管设计形状下的固频特征，发现改变回气管的形状可以有效合理的避开了压缩机激振频率，降低管路噪音。
        2管路共振分析
        在管路系统中共振的幅值大小主要管路的刚度决定，具体表现形式为管路的固有频率。解决管路共振噪音问题从根本上就是优化管路的固有频率与压缩机激振频率差值。因此，本文通过优化设计管路的结构来改善管路的共振，主要针对回气管进行相应的模拟分析，回气管结构简单，材料是由铜管制成，操作过程形状易受到外力的挤压而发生改变。
        3实验测试与仿真模拟
        针对空调管路共振问题，结合实验操作平台对管路进行实验分析，获取回气管路的的相关参数。本文主要采用锤击激励法对回气管进行测试，对回气管路进行实验数据采集通过加速度传感器获得输出响应曲线，经过整理可得回气管管路的固频变化曲线如图1所示：

                                图1回气管频响函数曲线

                                     图2回气管设计
        按照管路实际特征，采用模拟仿真软件建立回气管有限元模型，如图2原回气管所示，由计算结果可得回气管路前三阶固频，与实验结果整理如表1所示：
                           表1回气管实验和仿真固频

        由表中数据可得，实验所测结果与模拟仿真极其接近，由此证明了所建模型的准确性，同时一阶固频38Hz与压缩机的基频接近，造成共振的主要原因，考虑对对回气管的结构形状进行优化。回气管与压缩机相连，整体形状以直线为主，刚度差，设计成竖弯形状和螺旋形状，如图2所示。
        优化后数据见表2，可得回气管管路一次优化采用竖弯和螺旋设计，回气管的固频发生了明显程度的变化，采用螺旋管设计管路时，回气管低阶固频相比原管路最大减小了47.68%，采用竖弯状设计的回气管固频最大降低了29.2%，相比而言，采用螺旋状设计管路对管路避开共振频率，同时也说明了在设计回气管时尽可能避免采用直输式设计。
                                                                        表2管路优化设计仿真固频

        二次优化后，螺旋状管路固频主要集中在35Hz以下，完美的避开共振频率范围，竖弯状的管路随着竖弯个数的增加固频逐渐控制在90Hz以下，低阶固频发生一定的程度的减小，最大降低38.06%。由此说明对管路进行深层次的结构设计，尤其是增加管路的扭曲程度和沿程阻力会很大程度改变管路原有的固频，从而为解决共振问题指明方向。
        4结论
        本文通过对某型号空调进行管路共振研究，得到以下结论：
        （1）改变管路的形状，在竖弯状与螺旋状两种设计工况下所得到的低阶固频分布结果较原有管路有明显降低，螺旋状管路固频最大降低了73.2%，竖弯状管路固频最大减小了38.06%，两种设计方式下管路固频避开了共振频率；
        （2）通过增加管路上竖弯和螺旋个数对比发现：随着竖弯和螺旋个数的增加，管路固频在逐渐减小，螺旋状管路低阶固频集中在35Hz以下，竖弯状管路固频控制在90Hz之内，可为后续管路固频研究提供参考。
        参考文献
        [1]王育平，张丹才，余永丰. Research on Damping Material Used in Sea Pipeline Systems通海系统管路阻尼处理降噪技术研究[J].噪声与振动控制,2010,030(004):40-43.
        [2]马坚.冰箱管路振动噪声优化设计研究[J].日用电器,2018,No.150(06): 103-106.