不同参数对压缩机壳体噪声辐射的数值分析

前言 

    冰箱压缩机的噪声是衡量压缩机品质的主要指标之一，而压缩机主要是通过壳体的振动辐射噪声的，因此研究壳体的振动特性以及噪声辐射具有较大的意义。

    目前冰箱压缩机壳体降噪的方法主要采用试验研究的方法，且最常采用的降噪措施为增加壳体的厚度，归振华利用试验研究的方法研究了两种不同钢材和厚度壳体的隔声效果，但是增加厚度会显著增加产品成本且试验的方法具有一定盲目性。李洪亮从圆柱壳振动理论入手，将压缩机壳体简化为无限长圆柱壳，并利用形状系数进行修正，讨论了壳体不同参数对壳体噪声辐射的影响，但是对于复杂形状的压缩机壳体分析结果与实际偏差较大。因此，数值模拟对于分析复杂形状壳体振动特性是一种很有效的方法。

    本文以某往复式冰箱压缩机的壳体为研究对象，基于有限元分析方法，采用ANSYS软件建立壳体的有限元模型，SYSNOISE软件进行声学分析。提取了壳体的振动模态；然后模态分析的基础上，分析了壳体的厚度，阻尼，形状，压缩机泵体与壳体的连接方式以及力的作用方向对壳体噪声辐射的影响。

1 模态分析

    1.1 有限元模型

     本文主要分析不同壳体参数下的噪声辐射，因此将压缩机的泵体简化为集中质量，以集中力的形式作用于壳体，仅建立压缩机壳体及机脚的模型，几何模型和有限元网格模型如图1所示。边界条件为约束壳体的刚体位移，载荷为压缩机泵体的重力。

(a) 几何模型      (b) 有限元模型

图1 壳体的几何模型和网格模型

    1.2壳体模态分析

    为分析壳体的噪声辐射特性，首先提取了壳体的前10阶固有频率，见表1所示，图2为壳体的前 8阶固有振型。可以看出，前四阶固有频率较低，反映的支座的刚度，从第五阶开始反映的是壳体本身的振动特性，其中第8阶模态为非对称模态。

表1 壳体前10阶固有频率

图2 壳体的前8阶模态示意图

2 壳体的噪声辐射分析

    2.1 泵体支撑方式的影响

    往复式冰箱压缩机泵体常采用的支撑方式有两种，即悬挂方式和底部支撑方式，如图3所示，两种连接方式的受力情况如图4所示，悬挂方式下壳体作用力在三个方向具有分量，而支撑方式下壳体仅受轴向力。

图3 泵体两种连接方式示意图

图4 悬挂方式壳体受力示意图