凈水機(jī)運(yùn)行噪聲的改善研究

蔣勇剛 馬富春 賀雷

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

清澈干凈的水、清潔的空氣在我國的許多地區(qū)已經(jīng)成為生活的奢侈品[1]。隨著人們對環(huán)境問題的認(rèn)識不斷加深和對身體健康的重視程度的提升，凈水機(jī)和空氣凈化器被越來越多的人所關(guān)注。同時，由于我國大多數(shù)自來水廠的常規(guī)水處理工藝尚不能滿足不同人群對飲水質(zhì)量安全的需求[2]，家庭凈水器的使用逐漸得到普及。與此同時，凈水器的工作噪聲問題也引起越來越多消費(fèi)者的關(guān)注。

本文選取市場上價位相近的A、B、C品牌凈水機(jī)，使用Brüel&Kj?r的3050-A-060型噪聲振動分析系統(tǒng)進(jìn)行噪聲測試，使用LINI-T的UTD2102CEX型示波器測量電流波形，使用YTP-100BF壓力表測試管路壓力用于凈水機(jī)的噪聲分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 行業(yè)凈水機(jī)噪聲對比

凈水機(jī)在沖洗及制水時均會產(chǎn)生較明顯的噪聲。針對選取的A、B和C品牌全新凈水機(jī)，分別測量其沖洗和制水時的噪聲值，測量數(shù)值如表1所示。

由表1測試數(shù)據(jù)可以看出，凈水機(jī)制水狀態(tài)噪聲值比沖洗狀態(tài)下噪聲值大，且音質(zhì)體驗(yàn)較差。A和B凈水機(jī)噪聲值大小接近，均小于C凈水機(jī)。但B凈水機(jī)音質(zhì)體驗(yàn)較差，存在殼體振動嚴(yán)重的現(xiàn)象。沖洗和制水狀態(tài)的噪聲差別主要是由于沖洗時RO膜前壓力小，水泵功率小。而制水狀態(tài)下RO膜前阻力大，水泵功率大。

2.2 新舊濾芯噪聲對比

對A公司的凈水機(jī)，選取使用1年的舊濾芯進(jìn)行噪聲測量，用來判斷濾芯使用情況對凈水機(jī)噪聲的影響，測量數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2測量數(shù)據(jù)可以看出，濾芯長時間使用出現(xiàn)臟污以后，凈水機(jī)噪音狀況會惡化，一般比新濾芯高出約3～4 dB。分析為濾芯臟污后進(jìn)水量減小，穩(wěn)壓泵腔體內(nèi)存在空氣導(dǎo)致噪音值大。

3 討論分析

3.1 凈水機(jī)噪聲來源

通過對凈水機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理的排查分析[3]，凈水機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因主要有兩方面：

（1）電磁閥異響：泵內(nèi)困氣異常時會導(dǎo)致抽吸不連續(xù)，使得與泵相鄰的電磁閥，受到泵不連續(xù)抽吸而產(chǎn)生的壓力波動影響，進(jìn)而產(chǎn)生異響。電磁閥異響問題具有一定的概率性，在濾芯臟堵或者斷水后重新來水的情況下更容易出現(xiàn)。此問題可以通過在電磁閥與穩(wěn)壓泵之間增加PP綿濾芯解決，PP棉濾芯可以有效抵消水壓的波動，使電磁閥不會產(chǎn)生異響現(xiàn)象。

（2）穩(wěn)壓泵噪音：凈水機(jī)噪聲的另一來源主要為穩(wěn)壓泵本身的噪音。大流量凈水機(jī)膜前壓力較大，穩(wěn)壓泵電機(jī)運(yùn)行負(fù)載也較大，產(chǎn)生的噪聲也相應(yīng)比較大，小流量凈水機(jī)穩(wěn)壓泵電機(jī)運(yùn)行則無明顯噪聲。

3.2 凈水機(jī)噪聲優(yōu)化措施

3.2.1 沖洗程序優(yōu)化

針對夜間用水量少但頻繁沖洗的問題，A公司凈水機(jī)新產(chǎn)品將自然6h沖洗一次更改為待機(jī)24h沖洗一次（注：每次取水或手動選擇沖洗模式后，沖洗系統(tǒng)會自動重置，重新計(jì)算24h），也就是說，只有在24h都沒取水的情況下才會出現(xiàn)沖洗。這樣既能大大減少夜間沖洗運(yùn)行帶來的噪聲影響，又能保證RO膜的質(zhì)量。

3.2.2 電磁閥噪聲整改

針對電磁閥異響問題，可對電磁閥位置進(jìn)行調(diào)整，用濾芯將電磁閥和穩(wěn)壓泵隔開。對于電磁閥的位置，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證選取出既能保證消除異響，又能確保電磁閥不會出現(xiàn)臟堵的最優(yōu)位置。

3.2.3 穩(wěn)壓泵噪聲整改

針對穩(wěn)壓泵噪聲問題，可對大流量穩(wěn)壓泵采取隔音措施，如增加隔音棉、減震結(jié)構(gòu)等。

（1）增加隔音棉：如圖1所示，在凈水機(jī)結(jié)構(gòu)中給出足夠的安裝隔音和吸音片材的空間，使用各片材的復(fù)合來組成需要的隔音材質(zhì)。常用的隔音片材有氯化丁基橡膠、TS橡塑、NT棉氈及聚酯（PET）纖維氈片材等，實(shí)際生產(chǎn)時需根據(jù)其隔音特性進(jìn)行組合使用。

（2）增加減震結(jié)構(gòu)：穩(wěn)壓泵由豎直安裝形式調(diào)整為水平安裝形式，并進(jìn)行雙層減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，類似圖2結(jié)構(gòu)，能有效降低整機(jī)的震動。

3.3 異響智能檢測

系統(tǒng)內(nèi)部存在空氣導(dǎo)致噪聲的問題，通過監(jiān)測穩(wěn)壓泵工作電流波形，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)空氣之后電流波形會出現(xiàn)明顯畸變，按下沖洗按鍵進(jìn)行沖洗后波形和噪聲都恢復(fù)正常。目前許多凈水機(jī)產(chǎn)品中均設(shè)計(jì)有上電沖洗、累積流量沖洗和累積時間沖洗等形式，如果在系統(tǒng)存在空氣的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)智能檢測并自動進(jìn)行沖洗，則可以有效解決該問題。智能檢測異響作為新的研究課題，初步研究出通過監(jiān)控穩(wěn)壓泵電流波形和泵前壓力變化來自動判斷系統(tǒng)吸入空氣并自動進(jìn)行沖洗排出。研究方向主要有以下兩點(diǎn)：

（1）電流差值檢測控制：根據(jù)圖3實(shí)測的3種狀態(tài)下電流的差值或平均值，明顯可以看出，在不同狀態(tài)下穩(wěn)壓泵電流存在較為明顯的變化。因此后續(xù)在電路板上增加電流檢測功能，通過檢測不同電流差值或平均值來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生異響，當(dāng)出現(xiàn)異響時，啟動沖洗，消除異響現(xiàn)象。

（2）壓差檢測控制：測試發(fā)現(xiàn)正常工況下壓力值穩(wěn)定，異響工況下，壓力值波動在0.05Mpa左右?？稍诜€(wěn)壓泵進(jìn)水口和電磁閥支路上增加1個壓力傳感器，如圖4所示。通過對壓力值的檢測，判斷系統(tǒng)中是否出現(xiàn)異響的情況，進(jìn)而控制系統(tǒng)自動進(jìn)行沖洗排除。

圖1 凈水機(jī)中增加隔音棉的位置

圖2 一種穩(wěn)壓泵減震結(jié)構(gòu)

圖3 正常制水(a)、沖洗(b)、異響(c)狀態(tài)下的電流波形

圖4 壓力傳感器位置圖示

表1 A、B和C凈水機(jī)噪聲測試結(jié)果

表2 A公司新舊濾芯的噪聲測試結(jié)果

4 結(jié)論

通過對比市場上主流凈水機(jī)的噪聲，及對A公司凈水機(jī)新舊濾芯的噪聲分析，得出凈水機(jī)的噪聲主要由凈水機(jī)電磁閥異響和穩(wěn)壓泵電機(jī)異響兩部分組成，斷水后重新來水及濾芯臟堵進(jìn)水量減少時，造成系統(tǒng)內(nèi)部有空氣是引起電磁閥異響的根本原因。通過優(yōu)化凈水機(jī)的自動沖洗程序、增加隔音棉或隔音結(jié)構(gòu)都是有效減小凈水機(jī)噪聲的途徑，同時，對凈水機(jī)控制系統(tǒng)的電流差值和電壓差的智能檢測，使凈水機(jī)準(zhǔn)確判斷出系統(tǒng)內(nèi)部是否存在空氣，并執(zhí)行沖洗動作，對凈水機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)具有一定的借鑒意義。

[1] 2014年3月及第一季度京津冀、長三角、珠三角區(qū)域及直轄市、省會城市和計(jì)劃單列市. 空氣質(zhì)量報(bào)告, 中國環(huán)境監(jiān)測總站, 2014.4.5.

[2] 陳明吉. 城市供水管網(wǎng)水質(zhì)二次污染與防治對策[J]. 凈水技術(shù), 2008, 27(5):5-9.

[3] 王重, 周彬. 雙RO膜凈水機(jī)原理及應(yīng)用[J]. 2016年中國家用電器技術(shù)大會, 2016, 847-849.