【论文】冰箱压缩机管路减振结构设计及优化（上）

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冰箱压缩机振动通过管路的振动传递是冰箱振动噪声的重要传递路径之一。冰箱机械室管路主要包括吸气管和排气管，管路对噪声的影响主要体现在管路共振，以及管路中流体产生的流固耦合问题等，而研究管路的共振是解决噪声问题的重点方向。张奎、朱小兵等开展了冰箱管路减振研究，通过对排气管进行吸振器设计，排气管低频振动噪声明显降低 [1] ；鲍敏、李乾坤等通过模态仿真并结合振动实验，研究了管路振动的原因，通过对管路及配重块的优化，实现了管路振动噪声的降低 [2] ；周更生、张磊等进行了压缩机配管研究，优化配管结构，共振频率声压级降低 [3] 。

本文针对我司某款冰箱机械室管路进行研究，通过固有频率测试实验建立了管路仿真分析模型，根据管路的模态仿真分析结果，确定了减震垫布置的最优实施方案，并将该方案应用于产品上。较之于其他方案，冰箱管路振动响应明显较小，有效解决了冰箱管路共振问题，从而验证了通过仿真手段进行冰箱管路减振降噪的可行性。

1

分析模型描述

冰箱机械室是冰箱的主要结构组件，压缩机管路连接冰箱箱体与压缩机，其结构振动问题是冰箱机械室的主要结构振动问题 [4] ，下面以压缩机排气管为例说明压缩机管路分析模型的建立过程。

冰箱机械室包括压缩机、橡胶垫、压缩机底板、冷凝器、吸排气管等，其中压缩机为制冷系统的能量输入部件，为冰箱振动的主要激励源，压缩机排气管路一端与压缩机壳体相连，一端与冰箱箱体相连，为降低压缩机排气管振动，在排气管上布置减震垫，现有排气管减震垫布置方案及相关部件连接关系，如图1所示。经市场反馈，此款压缩机排气管路投诉较多，表现为排气管路共振问题，为解决管路共振问题，降低管路振动水平，进行管路仿真分析模型研究。

图1 机械室结构部件

2

有限元模型建立

根据冰箱机械室部件连接状态，建立冰箱机械室排气管仿真分析模型。

其中排气管路为不锈钢材质，且实际工作过程不涉及失效问题，所以排气管仿真分析过程中，可将其视为线弹性材质。但由于排气管路结构刚度较低，易在使用中发生变形等问题，在排气管固频、阵型仿真分析过程中，应保证仿真分析模型与实物模型的结构尺寸精度，以提高模型仿真分析精度。

考虑到排气管路的连接状态，可采用两种简化分析方法建立排气管路仿真分析模型：

（1）模型1：压缩机-底板-橡胶垫-排气管-回气管等全部件仿真分析模型，如图2所示。

图2 模型1全部件仿真分析模型

（2）模型2：单排气管部件仿真分析模型，如图3所示。

图3 模型2单排气管部件仿真分析模型

将压缩机排气管作为研究对象，适当简化边界条件，考虑排气管与左侧压缩机壳体的连接，简化为固定约束5，考虑排气管与右侧与箱体的连接，简化为固定约束6，管路采用壳单元，减震垫采用实体单元，单元总数32861个。

对上述简化排气管分析模型进行仿真分析及实验验证，确定各仿真分析模型的准确性。

3

实验验证

采用传函判别法，利用力锤为激励输入端，排气管加速度信号为激励响应端，测试压缩机排气管固有频率。 [5]

图4 管路固频测试实验

考虑到管路实际共振问题主要为上下方向振动，选取管路中间位置布置加速度传感器作为加速度拾振点，布置三向加速度传感器，其中传感器重量5g，排气管总重量75g，压缩机减震垫重量15g，加速度传感器重量对整体结构振动状态影响较小。为有效测试排气管路固有频率，在管路适当位置共设置18个激振点，激振点位置布置如图4所示，在激振点位置分别进行三向激励，测试拾振点响应，得到排气管振动传递函数及固有频率。

由于排气管路为三维空间管路结构，相关模态数据测试复杂且精度较低，且考虑排气管路为线弹性材料，为提高管路分析效率，将固频测试实验与模态仿真分析相结合，通过固频测试数据与仿真分析模型对标，在保证分析精度的基础上，利用仿真分析结果确定结构模态数据，排气管固有频率相关测试结果见表1所列。

结合实验及仿真分析结果，可得结论如下：

（1）模型1、模型2固频仿真分析结果与实验结果均较为接近，模型1固频分析最大误差为2.8Hz，模型2固频分析最大误差为2.9Hz；

（2）压缩机排气管简化分析模型1及模型2设置较为合理，可在一定程度上反映机械室管路固频特性；

（3）模型1、模型2固频仿真分析精度相近，但模型2网格总数约为模型1网格总数的1/10，模型处理快捷，计算简便，且仿真分析误差相对较小。

综合考虑计算误差、计算成本、模型处理复杂程度，最终确定模型2为排气管振动分析主要仿真模型。

（未完待续）

本文作者

美的集团冰箱事业部 王利亚 黄文才 江俊 李语亭 钟泽

参考文献

[1] 张奎, 朱小兵等. 用于冰箱压缩机管路减振的动力吸振器设计[J].电器, 2013(S1): 721-726.

[2] 鲍敏, 李乾坤等. 冰箱管路系统的振动分析及优化设计[J]. 日用电器, 2019.

[3] 周更生, 张磊. 冰箱压缩机配管振动噪声仿真及结构优化[J]. 中国家用电器技术大会, 2013.

[4] 张亚虎, 方忠诚, 彭勇,等. 阻尼减振原理在吹胀蒸发器噪音改善中的应用[J]. 家电科技, 2015(01):65-67.

[5] 杜功焕. 声学基础[M]. 第二版. 南京：南京大学出版社, 2001:19-26.

来源：《家电科技》2020年第五期

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