在ANSYS相關模塊支撐下的導流圈設計

李軍華 劉騰舉 王敏

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

在ANSYS相關模塊支撐下的導流圈設計

李軍華 劉騰舉 王敏

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

導流圈是空調結構中的關鍵零件，合理的導流圈結構可以有效提高整機風量，改善整機噪音。在設計階段，借用ANSYS相關軟件輔助分析，可以提高設計效率，避免不必要的實驗資源浪費。

導流圈；ANSYS；設計效率

0 引言

導流圈組件由導流圈、電機、軸流風葉組成。此組件的振動是整機振動噪音主要來源，振動噪音產生的原因有很多種，通常考慮的是氣流的渦流聲與組件的共振。其中共振對整機振動的影響最大。組件的運動部分為軸流風葉，軸流風葉設計轉動的頻率與整個組件設計固有頻率接近或者相同時，就容易產生共振現象，從而產生振動大問題。圖1為整機室外側風道模型示意圖。

1 導流圈主要設計思路

針對振動大問題，主要從結構角度出發為避免共振作出改進，導流圈作為組件的支撐零件，其設計的合理性尤為關鍵。

（1）在零件大小一定的前提下，通過選擇不同的材料設計合理的零件重量；同時要求滿足零件強度剛度的要求。

（2）對導流圈的薄弱部位通過加筋、對容易產生應力集中部位進行倒圓角等方式進行結構優化。

（3）由于軸流風葉與導流圈構成懸臂結構，為最大限度避免彎矩帶來的負面影響，對導流圈電機座部分及與底盤固定部分增加筋條等特征加固處理。

（4）合理布局導流圈約束。盡可能減少螺釘的前提下，設計合適數量的螺釘固定導流圈與周圍的零件。

（5）在保證軸流風葉與零件間隙的情況下，盡可能將導流圈直徑減小(此零件為Φ332mm)，以達到提高流量的目的。

（6）通過軟件分析，設計合理的形狀來保證導流圈的效率達到最優，同時改善室外側軸流風的流動，使整機的噪音值控制在合理的范圍。

2 模型頻率分析

通過模態分析提取組件固有頻率，通過與風葉轉動激振頻率比較，確定固有頻率是否在合理的范圍以及作出更改結構的判斷，通過ANSYS提取此組件固有頻率如表1。

激振頻率計算：風葉轉速為1040r/min，葉片數為3片：

電機帶動風葉轉動激勵對整個部件的振動影響最大，電源頻率的影響次之。一般情況下，只需考慮基頻及前幾階頻率，其他的影響相對較小，由

此主要看52Hz、60Hz附近及3倍頻之前的影響。由表1中提取的振動頻率可知，沒有處于52Hz和60Hz附近的固有頻率，前20階都不存在激振頻率倍頻的情況，導流圈組件不存在在風葉轉動激勵下的共振情況。前兩階振型圖如圖2、3所示，可見，導流圈的在前兩階穩定性較好，模態無明顯情況，經初步分析導流圈組件振動情況符合設計要求。

圖1 整機室外側風道模型示意圖

圖2 20Hz振型圖

圖3 31Hz振型圖

圖4 第一種設計方案，簡稱模型1

3 模型對比分析

通過流體分析，選取另外兩種設計模型與此模型對比，選取最優設計方案。設計初期，主要設計了三款模型，如圖4、5、6所示，其中圖5為某客戶提供的優化模型。

通過ANSYS流體分析模塊對此三種模型進行分析，分析結果如表2所示。三個導流圈在計算的時候不考慮換熱，只計算了流場及流量，通過對比可以看出，流量大小順序是：模型3＞模型2

＞模型1。

表1 軟件提取的前10階固有頻率

表2 三種模型出口流量對比

表3 冷凝器三部分流量分布

表4 整機噪音測試結果

圖7為冷凝器模型1、2、3部分示意圖，用ANSYS fluent將模型2與模型3對應的冷凝器圖示3個點處的風量比例進行對比，數據如表3所示。根據表3可以看出，改善后的模型3對于2處的流量提升作用最為顯著。三處相加起來，模型3的流量要高于其他兩款模型。由此，確定模型3為最優設計方案。

4 實驗驗證

對此組件所應用的整機進行噪音測試，測試結果如表4。

由實際測試結果看，噪音在可接受范圍之內，經過實際體驗，不存在“嗡嗡聲”等音質問題。

將三種模型用于所要開發的機型上驗證性能等參數，結果如表5。

由表5可以看出，模型3在能力、能效上都要明顯優于其他兩種模型，模型3較之于模型1，能效高達3.8個百分點，與模擬的結果基本保持一致。

5 結論

（1）在設計新產品時，將開發設計與理論分析及其他先進設計手段相結合使用，可以達到精確設計，節省人力成本與實驗成本的目的；

（2）設計此類型零件時，將折彎側的坡度減緩，增強了軸流側出風的流動，利于折彎側的散熱，降低消耗功率；

（3）在滿足間隙要求的前提下，將導流圈直徑設計盡量設計的越小，這有利于提高流量；

（4）以上所提及導流圈在噪音方面仍有提升空間，可對導流圈高度進行評估細化，以使室外側風量及噪音得到更進一步優化。

[1] 劉中杰等. 基于CFD的空調用軸流風葉設計選型. 制冷與空調. 2010年11月第10卷增刊: 278-280

[2] 趙亮等. 家用空調器室外機導流圈對內流場影響分析.制冷與空調. 2010年10月第5期: 35-38

[3] 張新華，天新浩，劉達德. 噪聲與振動控制[M]. 北京:中國鐵道出版社. 1999

[4] 許本文，焦群英. 機械振動與模態分析基礎. 機械工業出版社. 1998

The design of Flow Guide based on correlative ANSYS module

LI Junhua LIU Tengju WANG Ming
（Gree Electric Appliances.Inc.of Zhuhai Zhuhai 519070）

Flow Guide is the key part of air-conditioner, Flow Guide with logical structure can advance air flow and noise of machine. Analyse the structure by relevant ANSYS software in design period may improve design efficiency and avoid needless waste of experiment resource.

Flow guide; ANSYS; Design efficiency

表5 三種模型裝機狀態下的性能對比

圖5 第二種設計方案，簡稱模型2

圖6 確定設計方案，簡稱模型3

圖7 冷凝器模型1、2、3部分示意圖