汽车空调噪音分析及处理方法

以此类推,涡旋在叶片上侧不断地形成、发展和滑脱,产生一系列顺流而 下的旋涡。由于涡旋的中心与边缘的压力是不相同的,因此在涡旋脱体的 过程中,涡流分裂,使气体发生扰动,叶片受到交变气体扰动作用力。上述过 程中,叶片要不断地向气体施加周期性的反作用力,形成气流的压缩与稀疏 过,从而向周围辐射声波,产生涡旋噪声。涡旋噪声的频率为 f m = i β v/ L (2) 式中 β ———斯特劳哈尔( St rouhal)系数,β =0. 14 ～ 0. 2 , 一般随雷诺数 的增加 而缓慢地增加,计算中一般可取β= 0. 185 v ———气流与叶片的相对速度 L ———叶片正表面的宽度在垂直于速度平面上的投影 i ———频率谐波序号 由式(2)可知,涡旋噪声的频率取决于叶片与气体的相对速度,而旋转叶 片的圆周速度则随着与圆心的距离而变化。从圆心到圆周,速度连续变化。 叶片旋转所产生的涡旋噪声就具有连续的噪声频谱,频带宽度也将随雷诺 数的提高而缓慢地增大。从声源特性上说,涡旋噪声属偶极子源,声功率与 偶极子源振速幅值v m的平方成正比,与波数k的4次方成正比,因此,涡旋噪 声的声功率按流速v的6次方规律变化。 实际空调中使用的各种系列 离心风机,旋转噪声与涡旋噪声总是同时存在。若叶片尖端的圆周速度相 应的马赫数小于0.4,涡旋噪声则占主导地位 , 若叶片尖端的圆周速度相应 的马赫数大于 0.4,旋转噪声则占主导地位。
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(2) 涡旋噪声产生的机理 涡旋噪声又称涡流噪声,或称紊流噪声。风机叶 片相对于气流运动时，气流受到叶片阻挡即绕流时, 沿叶片表面的流线会在背面脱体，从而形成一个阴 影区。在该区内的气体一般处于相对静止的状态,并 不随气流向下游方向运动,而该区与气流间的边界是 不稳定的,气流通过切向粘滞力而产生卷吸作用,带 动静止的气体运动,在背面的分叉点附近形成了涡旋 胚,并逐渐成长,涡流的范围越来越大,到一定程度后 涡旋胚就从叶片背面滑脱,而随气流向下游运动。当 涡旋胚滑脱时,在该区另一侧分叉点附近形成一个新 的涡旋胚,从而开始同上相似的过程,见图1。
354 –707
1000
2000 1414 – 2828
4000
8000 5656 11212
16000 11212 22424
707 -1414
2828 -5656
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以中心频率（Hz）为横坐标，以声压级(dB)为纵坐 标，作出噪声按倍频带或1/3倍频带的声压分布图， 就一目了然地通观噪声的特性。这个方法称为噪声 的倍频带或1/3倍频带频谱分析。 图1.2和图1.3分别画出两种机器的倍频带和1/3倍 频带噪声频谱。
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噪声的主要特点是： 具备一定强度，用声压表示； 具有不同频率成分，用频谱表示。 机器噪声之所以可以区分就是它们具备了这两个 特点的缘故。但是把每一部机器的所有频率成分的 声音的声压一一分析出来，虽然技术上可以办得到 ，但太不现实了。为了方便，并根据人耳对声音频 率变化的反应，人们把可听到的频率范围分成数段 ，按每段内的声音强度进行分析
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噪声是一种声音，声音是由物体的机械振动 而产生的，振动的物体称为声源，它可以是固体、 气体或液体。声音可以通过介质（空气、固体或液 体）进行传播，形成声波。当声波到达人耳，人们 就听到声音，声波在传播过程中可能会产生反射、 绕射、折射和干涉。 声波的幅值随时间的变化图称为声波的波形。如 果波形是正弦波，则称为纯音，如1000Hz声音就是 指频率为1000Hz的纯音。如果波形是不规则的，或 随机的，则称为噪声。
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表1.1 倍围 （Hz） 中心频率 （Hz） 频率范围 （Hz） 31.5 63 125 250 500
22.5 -45
45 -90
90 -180
180 -354
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图1.2 空气压缩机噪声频谱（倍频程）
图1.3离心鼓风机噪声频谱（1/3倍频程）
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２.１ 空调风机的机械噪声 一般说来 , 空调风机大部分采用双进风型式，风机的轴及轴上的叶轮等零件 都较重,各生产厂家事先均经过较严格的平衡(静平衡和动平衡)试验后才投入使用。 但风机转速一般较高,经过一段时间的运转后 , 会产生多种机械噪声。 (1) 叶轮磨损不均匀或因风压导致零件的变形 , 使整个转子不平衡而产生的噪 声。 (2) 轴承在运行后由于磨损 , 与轴相互产生的噪声。 (3) 由于安装不良或各零件联接松动而产生的噪声。 (4) 叶轮高速旋转产生振动 , 导致机体某一部分共振而产生的噪声。 2.2 电机噪声 在空调的整个通风系统中,电机是其中一个重要组成部分,但一般风机的生产厂 家采用的电机均由电机生产厂家提供,风机生产厂家一般不作电机内部处理,但电机 的噪声种类繁多,本文简述如下: (1) 轴承本身精度不够而产生的轴承噪声; (2) 径向交变的电磁力激发的电磁噪声; (3) 换向器整流子碳刷摩擦导电环而产生的摩擦噪声; (4) 整流子的打击噪声; (5) 由于某些部件振动使自己的固有频率与激励频率产生共振 , 形成很强的窄 带噪声; (6) 转子不平衡或电磁力轴向分量产生的轴向串动声; (7) 电机冷却风扇产生的空气动力噪声。
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按照噪声的时间变化特性，可分为四种情况： 噪声的强度随时间变化不显著，称为稳定噪声（见 图1.1a），如电机、织布机的噪声。 噪声的强度随时间有规律地起伏，周期性地时大时 小的出现，称为周期性变化噪声（见图1.1b），如 蒸汽机车的噪声。 噪声随时间起伏变化无一定的规律，称为无规噪声 （图1.1c），如街道交通噪声。 如果噪声突然爆发又很快消失，持续时间不超过1s， 并且两个连续爆发声之间间隔大于1s，则称为脉冲 声（图1.1d），如冲床噪声、枪炮噪声等。
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２.３ 风机噪声产生的机理 当多个叶片的风机叶轮绕轴旋转时,旋转的叶片对气流不断施加作用力,作用力 的平均部分对应于维持气流运动的推力,而其交变部分则对应于产生气流噪声的激 发力。 (1)旋转噪声产生的机理旋转噪声又称叶片噪声,或称离散频率噪声。叶片绕轴 旋转时,风机叶片相对于气流运动,迎风侧与背风侧所受压力不同。在旋转叶轮的叶 片通道出口处沿周向的气动压力与气流速度都有很大变化,旋转的叶片通道掠过较 窄的蜗舌处,就会出现周期性的压力和速度脉动,从而产生噪声。叶片在自由空间旋 转时,对于叶片邻近的某固定空间位置来说,每当一个叶片通过时,空气受到叶片及 其压力场的激励,压力就会起伏变化一次,旋转的叶片不断地逐个通过,相应逐个地 产生脉冲 , 向周围辐射噪声。 在给定空间位置产生的压力,并不按正弦规律随时间变化,而是按脉冲形式。除 基频外还有许多谐波成分 , 其频率为基频的整数倍。如果压力脉冲很尖锐,在声频 范围内可以有许多谐波成分。旋转噪声的频率为 f = inz / 60 ---（1） 式中 n ———每分钟的转速 z ———叶片数 i ———频率谐波序号,i = 1 时的频率为基频 由式(1)可以看出,若将叶片数增加1倍而转速保持不变时,由于基频增加1倍,原 来的奇次谐波成分被取消,假定各谐波成分的强度近似相同,理论上旋转噪声的强度 将降低一半。即使压力脉冲不很尖税,叶片数的增多对降低噪声也是有利的。 旋转噪声的声压与风机的功率成正比,而与叶轮的半径成反比。所以,当功率与 叶片尖端的圆周速度给定时,从降低噪声的角度应尽量使叶轮半径大一些。叶片尖 端的圆周速度对旋转噪声的声压非常敏感,随圆周速度的提高 ,旋转噪声的声功率 迅速地增加。
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图 1a 表示气流在叶道 中的径向流动
图 1b 表示气流在叶 片通道中形成的环流胚
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图1.1 噪声的时间特性
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噪声的频谱
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实际上，任何机器运转时的噪声都是不止一个频 率的声音，它们是从低频到高频无数频率成分的声 音的大合奏。有的机器高频率的声音多一些，听起 来高亢刺耳，如电锯、铆钉枪，它们辐射的主要噪 声成分在1000Hz以上，这种噪声我们称之为高频噪 声；有的机器低频率的声音多一些，如空压机、汽 车辐射的噪声低沉有力，其主要噪声频率多在 500Hz以下，我们称之为低频噪声；而8-18型，9-27 型高压风机的噪声主要频率成分多分布在5001000Hz范围内，我们称这种噪声为中频噪声。有的 机器较为均匀地辐射从低频到高频的噪声，如纺织 机噪声，我们称之为宽频带噪声。
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在噪声测量中常用的是倍频程和1/3倍频程分段法。 所谓一个倍频程，就是上限频率比下限频率高一倍， 例如从707-1414Hz就是一个倍频程。在音乐乐谱中1 与 ，2与 之间均差一个倍频程。所以倍频程又叫音 程，在音乐中又叫高八度。但是1/3倍频程并不是 上限频率比下限频率高1/3倍，而是上限频率为下 限频率的21/3==1.26倍。 一般说来，f2/f1=2n，式中n可以是整数，也可以是 分数；既可以是正数也可以是负数。 当n是正数时表示f2比f1高，当n是负数时表示f2比f1 低。n=1即为1倍频程，n=1/3即为1/3倍频程。 知道了f2和f1就可以知道其中心频率f0：f0= f1*f2