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降低家用电冰箱的旋转噪声
摘要：这篇文章描述了降低风机噪声的方法，尤其是家用电冰箱风扇叶轮上的噪音。被测试冰箱中的风扇是一个螺旋桨式风扇，风机拥有一个具有四个叶片的叶轮，一个覆盖在蒸发器上方的后板，和一个具有若干开口的前板。气流通过开口冷却冰箱里面的食物。通过用一个激光多普勒速度仪测量风扇的内部流场，发现通过叶轮的气流相对于叶轮轴线不对称。不对称的气流似乎是由受到了气流通道的限制而产生的，而且这可能是产生旋转噪声的原因。虽然为了防止气流变得不对称研究了很多措施，但是都很难用来解决这个案例，因为在改变设计方面有困难。通过声强法寻找噪声源后发现噪声是通过前板上的开口辐射出来的。在风机的后板上安装导流器引导通过开口的气流。结果是，叶轮上的噪声被降低了，同时流量几乎没有改变。
关键词：电冰箱风机噪声导流器

简介：最近，住宅内的声舒适度和热舒适度变得很重要。所以，降低电冰箱的噪声很有必要。家用电冰箱的噪声来自压缩机和风扇。很多公司和研究机构对压缩机的降噪进行过研究。然而，几乎没有人做过旋转噪声的研究。
本文研究了家用电冰箱风扇系统的降噪方法，尤其是风扇叶轮的噪声。本文测试的电冰箱的技术参数如表格1所示。

图1显示了被测冰箱的横截面。空气再被处于冰箱后部的蒸发器冷却以后被风机送入冷藏室和冷冻室。通过蒸发器的气体通过设计好的通道最终会回到蒸发器。图2显示了风机的前视图和横截面。冰箱中的风扇是一个螺旋桨式风扇，风机包括一个直径90mm的叶轮，叶轮拥有四个叶片，被称作“蒸发器盖板”的后板覆盖着蒸发器，在被称作“风扇遮板”的前板上有若干个开口，叶轮被装在蒸发器盖板上部的孔（直径100mm）的中间。前板上的开口如图2上的实线所示。通过叶轮的一部分气流，通过开口进入冰箱冷冻食物。图2中虚线所示的开口，位于蒸发器盖板上，通过这部分的气流被引导进入冰箱的冷藏室。在蒸发器盖板上装有肋板，以引导气流更有效的到达各个开口。风扇电机的电压固定，所以叶轮在整个实验中保持3000r/min的旋转速度。

速度和噪音的测量
测试用的风机被做成来测量流场。它和之前的风机有一样的形状，而且风扇遮板由透明的丙烯酸板制成。
流场测量使用激光多普勒速度仪，激光多普勒速度仪的技术参数如表2所示，装置如图3所示。用来为激光多普勒速度仪测量播撒微粒的气雾剂，由一个常规的超声波气雾器产生。激光束垂直照射在风扇遮板上。测量平面选定在距离风扇遮板后的6,12,18,24mm处。

冰箱的噪声在一个隔音室中测量。房间的尺寸是2.7m宽、3.0m深、2.2m高，背景噪声等级是18.2dBA)。冰箱的压缩机在整个测试过程中是被关闭的，所以测量到的只是风扇的噪音。使用的声级计是常规型号，频率的分析通过FFT完成。测量面位于冰箱或者风机的前方1m处。当风机的噪声被测量时，风机位于冷冻室内，并且冷冻室的门保持开启。用声强装备寻找风扇系统的噪声源。它包括两个电容式传声器和一个声强分析仪，声强是由一台个人电脑由频率分析的结果算出的。装备的轮廓线如图四所示，技术参数如表3所示。声强由两个传声器的声压计算出。当被测单元周围的声强被测量出并且画出特定频率的等值线时，上述声强等值线的峰值处就是这个频率声音的声源所在，降低这个频率的噪声对降低整体的噪声很有必要。在这个案例中，声强在风机前方60mm的平面里以50mm的间隔测量。

来自冰箱和风机的噪声
对冰箱噪声的测量是为了掌握噪声等级的现状。图5显示了1kHz以下的频谱图。整体噪声等级是29.8DB(A).由图所示，在50、200、400Hz处存在峰值，在大约500Hz处有一个宽峰。由于叶轮的旋转速度是3000r/min，50Hz的峰值来自叶轮旋转自身，其他峰值的频率来自叶轮噪声，它的频率是风扇转速和叶片数乘积的倍数，三分之一倍频程分析的结果显示50、200、400和500Hz的噪声等级分别是13.3、27.2、23.7和21.4DB(A)。很明显，频率是200Hz的噪声比其他的强。

若仅仅测量风机的噪声等级。则频谱如图6所示。基频是200Hz的叶片噪声很明显。频率是50Hz的峰值在这张图中不明显，并且500Hz周围的宽峰已经不见。这是因为风机被装在冰箱内部形成的冰箱的声学特性导致只有整体噪声的一部分被辐射出来。
因此，降低风扇的噪声，尤其是例如200Hz这样的一些频率与风扇的转速和叶片数的乘积成比例的噪声是主要的。

风机里的流场
叶轮的噪声是由于当一个叶片切割空气时导致的压力波动引起的流体噪声。引起来自螺旋桨式风扇的叶轮噪声大的一个原因是气流相对于叶轮的旋转轴不对称。另一个原因是由于叶轮的吸气测有漩涡。
用LDV测量风机的流场来寻找引起叶轮噪声的原因，图7显示了内部流场的速度矢量图。尽管在叶轮的周围有气流沿圆形和放射形的运动，但是气流的中心不是叶