1、引言

随着家用净水器的日益普及，净水器正在走入千家万户，反渗透（RO）净水器的流量由较早50G有桶机型提升到现在400G及400G以上无桶大流量型。反渗透（RO）净水器是通过水泵在反渗透膜表面增压实现净化水功能，水泵运行过程中会产生噪声。出水流量400G的机器噪声达50dB(A)以上。出水流量越大，水泵功率越高，机器产生的噪声就越大。随着反渗透（RO）净水器的技术进步，出水流量会越做越高，市场上已有厂家推出流量在1000G以上的产品，从而带来的噪声问题就越发突出。通过入户调研和用户回访，大流量反渗透（RO）净水器已成为室内新的噪声源，直接影响人们的日常生活。如何在较低成本下有效降低大流量反渗透（RO）净水器的噪声,解决用户痛点，笔者通过产品实践进行了不同实施方案的研究。

2、反渗透净水器的噪声特点

反渗透净水器的噪声来源主要包括：水泵、废水阀、水管路振动等。通过噪声测试分析，机器最大噪声来自于水泵，水泵在制水时电机高速运转，水泵壳体内抽水腔室和排水腔室体积变化交替进行，实现抽水和排水功能。电机转速越高，腔室体积变化越快，产生的噪声就越高；当水泵与其它部件连接时，水泵的振动会通过连接水管传递到另外一个部件上，在这个过程中，水管和别的接触部件都会产生新的振动噪声；废水阀的噪声也不容忽视，通常废水流量是通过阀体内部小孔实现节流功能，由于水流经过小孔时，流速提高，以喷射状水流与周围空气激烈混合而发出很强的啸叫声。这些不同地方产生噪声相互叠加，形成净水器的整体噪声。

3、噪声分析与降噪方法

噪声控制一般从噪声源、噪声传播路径和噪声接受者三方面入手。噪声控制主要以噪声的声学控制方法为主，具体技术一般包括隔声处理、吸声处理、振动隔离等［1］。反渗透净水器降噪声主要从噪声源和噪声传播路径两方面，对水泵、废水阀、水管路振动进行降噪方法验证。签于净水器噪声接受者是用户，无法实施，本文对此不作讨论。

3.1 水泵噪声分析和降噪方法

以反渗透净水器的流量400G为例，水泵型号是400G水泵，带负载运行转速为1600rpm，出水流量为2.5L/min，半消音室测试噪音为50dB(A)，电机高转速必然会带来较大的噪声。通过测试分析，把电机转速下降到1200rpm时，水泵噪音明显降低4～5dB(A)，但是电机转速的降低会导致流量的减少，这样水泵流量性能就达不到要求。此水泵是隔膜型增压泵，水泵头与电机之间有一个可调节流量的偏心轮，偏心轮的偏心角度改进前是2.5度，为了补偿水泵转速降低带来的流量损失，把偏心轮角度增加到3.5度，这样水泵流量即可提高，与原来流量保持一致。偏心轮角度增大会带来隔膜等其它部件的寿命问题，可以通过设计优化进行改善，使水泵整体寿命不降低。

电机在运转的过程中会产生振动，为了减小振动向水泵头传递，在电机与水泵头之间增加一定厚度的橡胶减振垫，用来降低电机的振动传递。另外，电机振动也会通过橡胶脚垫向固定底板传递。橡胶脚垫通常是柱状结构，材料为橡胶，其邵氏硬度60度，用普通螺栓固定在安装底板上，隔振效果不理想。改进后橡胶脚垫，由柱状结构设计为多层弹性结构，材料调整为硅胶，邵氏硬度降至30度，以增加弹性。用限位螺钉固定，螺钉锁紧后，其平面与脚垫端面保留1.5mm间隙，使脚垫不受螺钉约束，充分吸收振动，从而起到很好的隔振作用，橡胶脚垫改进结构示意如图1。电机隔振脚垫改善后，振动噪声可以降低2dB(A)左右。

图1 橡胶脚垫改进前后结构示意图

通过对水泵电机转速降低、电机与泵头隔振、电机与固定底板隔振等降噪方法的实施，由表1测试噪声数据可以看出，水泵噪声下降6dB(A)左右，由原来的高噪声水泵变成低噪声水泵，对比测试噪声值见表1。

3.2 水管路振动分析和减振方法

在制水过程中，水泵壳体里流动的水，其压力和速度随时间而变化，这种变化是周期性的，由于周期性地吸进和排出液体，激发了液体脉动，而脉动的水流形成了对水泵壳体的激振力，产生壳体的机械振动。水泵带负载时工作压力有90～100PSI，这种机械振动在水泵进、出水口位置比较强，由于出水口压力高，振动更明显，这些会通过水管传递给机器其它部件，产生新的振动噪声。水管本身虽有一定韧性，但是不能起到有效隔振降噪的作用，需要在水泵进水口和出水口设计一个消声装置。

在产品实践过程中，消声装置使用过两种方案，方案一是鼓膜式消声装置，结构示意如图2，具体为：把直径稍大的壳体分成左右两部分，在两壳体之间设计一个橡胶鼓膜，鼓膜与左、右壳体分别密封。鼓膜左侧密封有空气，类似气囊，起储能作用；鼓膜右侧与带有进、出水口的壳体形成水通道。当带有振动的水流进入右侧壳体后，激振能量被左侧气囊吸收，水从壳体出来后，激振力会衰减或基本消除，从而起到降噪作用。方案二是横流穿孔管式消声装置，结构示意如图3，壳体内有中间带隔板的中心管，中心管圆周方向交错分布小孔，具有消声特性［2］。壳体内侧壁有弹性泡棉，弹性泡棉自带许多微孔，可以吸收噪声的激振能量。水进行入前段中心管，遇到隔板阻挡后从中心管圆周小孔流出，经过弹性泡棉后再次从小孔进入后段中心管，从壳体流出。在此过程中，噪声被多次衰减，振动大部分被消除。

图2 鼓膜式消音装置

图3 横流穿孔管式消音装置

通过样品测试，不管是鼓膜式消声装置，还是横流穿孔管式消声装置，对降低水路振动都有很大帮助，可以改善振动噪声2～3dB(A)。

3.3 废水阀的噪声分析和降噪方法

废水阀是起调节废水流量的作用，在反渗透净水器里使用非常普遍。阀体内有一个小孔，小孔直径通常在0.3～0.6mm，不同的废水流量对应不同孔径。阀体小孔前后与进出水口相通，小孔处孔径最小，当低速水流经过小孔后，形成一股高速水流，高速水流与周围吸进的气体剧烈混合，形成一段湍化程度极高的水流，水流内各处的压强和流速迅速变化，从而发出较强的噪声。只要能降低经过小孔后的高速水流，并避免与气体混合，就可以改善噪声。废水阀限流小孔改进前后结构示意如图4，在小孔后面设计一个体积较大的缓冲腔体，细小高速水流进入缓冲腔体后，速度迅速降低，噪声能量减小；另外，缓冲腔体被水充满的同时空气也被赶走，声能在水介质里会进一步衰减，从而降低噪声。通过改进，低噪声废水阀噪音值比改进前下降了约4dB(A)，对比测试噪声值见表2。

图4 废水阀限流小孔改进前后结构示意图

4、整机降噪声前后效果对比

噪声测定场所为半消音室，被测试机器的噪声与半消音室噪声之差在10dB(A)以上。噪声测试仪器使用GB/T 3785中规定的Ⅰ型或Ⅰ型以上声级计［3］。将整机置于半消声室地面几何中心处，净水器全部功能置于开启状态，在净水器运行过程中噪声最大的时刻，用噪声测试仪测试。测试时噪声测试仪距离净水器表面1m处分别测试五个面噪声（前面、后面、左面、右面、上方），取其平均值。水泵、废水阀等部件噪声测试方法与净水器整机测试类似。整机经过降噪声处理后平均噪声值为42dB(A)，未降噪处理之前是50.1dB(A)，降噪效果明显，具体噪声测试数值见表3。

5、结束语

通过实践验证：反渗透大流量净水器，采用隔振、消声等方法，如橡胶脚垫结构设计、消声装置应用，以及噪声源设计优化，如：水泵转速降低、废水阀小孔结构优化等降噪措施，实现成本增加较少，降噪效果明显，经济性好，可以在净水器产品或其它类似产品降噪设计中推广使用。

参考文献

[1] 马大猷．噪声与振动控制工程手册[M]. 北京：机械工业出版社,2002,773-775.

[2] 季振林．消声器声学理论与设计[M]. 北京：科学出版社,2015,243-248.

[3] QB/T 4144-2010, 家用和类似用途反渗透净水机[S].