靜音風(fēng)道技術(shù)在移動(dòng)空調(diào)產(chǎn)品中的應(yīng)用

劉發(fā)申

(廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東 佛山 528311)

靜音風(fēng)道技術(shù)在移動(dòng)空調(diào)產(chǎn)品中的應(yīng)用

劉發(fā)申

(廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東 佛山 528311)

本文提出靜音風(fēng)道技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)空調(diào)產(chǎn)品的風(fēng)道設(shè)計(jì)，通過對風(fēng)道曲線和相應(yīng)風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對蝸舌導(dǎo)流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及改進(jìn)風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口的位置，改善氣流場分布等，在轉(zhuǎn)速不變的情況下提升整機(jī)風(fēng)量，提高整機(jī)的性能及能效，同時(shí)為整機(jī)降噪提供可行性方案。

移動(dòng)空調(diào);風(fēng)道曲線;蝸舌;風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口

1、前言

移動(dòng)空調(diào)是一種集室內(nèi)與室外側(cè)于一體的整體式空調(diào)器，因其使用的便利性而廣泛應(yīng)用與歐美、東南亞等家庭，主要用作局部制冷的家用電器。伴隨人們生活水平的提升，對整機(jī)的噪音問題也日益突出，現(xiàn)階段移動(dòng)空調(diào)運(yùn)行時(shí)的整機(jī)噪音一般在53～56分貝，整體高于現(xiàn)有環(huán)境噪聲基本標(biāo)準(zhǔn)（城市1類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：白天為55分貝，夜間為45分貝）的要求。

為此提出低噪音移動(dòng)空調(diào)的需求，結(jié)合移動(dòng)空調(diào)產(chǎn)品的風(fēng)道特點(diǎn)，一般采用離心風(fēng)道設(shè)計(jì)，而針對離心風(fēng)道的風(fēng)道曲線和相輔配的離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，已有相當(dāng)成熟的技術(shù)沉淀和經(jīng)驗(yàn)，本文僅就分析方法和技巧做簡要分析，而重點(diǎn)介紹靜音風(fēng)道技術(shù)中蝸舌的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)風(fēng)口位置對離心風(fēng)道系統(tǒng)的影響，以及在移動(dòng)空調(diào)產(chǎn)品風(fēng)道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與測試情況。

2 、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 風(fēng)道曲線和風(fēng)輪優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對風(fēng)道曲線和風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，我司已有專職的風(fēng)道研究人員，已有相當(dāng)成熟技術(shù)沉淀和經(jīng)驗(yàn)，本文不做贅述，僅將優(yōu)化方案做簡單介紹。基于現(xiàn)有移動(dòng)空調(diào)內(nèi)外側(cè)風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行摸底測試，由于室內(nèi)外側(cè)風(fēng)道一般以離心風(fēng)道為主，以其中一個(gè)離心風(fēng)道的風(fēng)道曲線做研究對象，進(jìn)行對比分析，一般分為兩步走，逐步來分析。

第一步，以現(xiàn)有同一個(gè)離心風(fēng)輪，在不同風(fēng)道曲線中的比較，如圖1。通過對比測試，同一風(fēng)輪在不用風(fēng)道曲線中測試結(jié)果如表1。從結(jié)果不難看出，在風(fēng)量一定的情況下，新設(shè)計(jì)的M曲線在前、后測試聲壓級噪音，功率及轉(zhuǎn)速方面均優(yōu)于現(xiàn)有P曲線和新設(shè)計(jì)的N曲線，故而優(yōu)選新設(shè)計(jì)的M曲線作為下一步進(jìn)行優(yōu)化研究的對象。

第二步，以同一風(fēng)道曲線，對不同葉形相同直徑風(fēng)輪做對比分析，如圖2。

表1 同一直徑風(fēng)輪在不同風(fēng)道曲線中的表現(xiàn)

通過對比測試，同直徑不同葉型風(fēng)輪在同一風(fēng)道曲線中的測試結(jié)果，如表2。

從測試結(jié)果不難看出，兩個(gè)不同的風(fēng)輪，在同一風(fēng)道曲線中測試，前側(cè)噪音均降低為1.0dB左右，但采用現(xiàn)有K風(fēng)輪時(shí)的功率較低，優(yōu)選現(xiàn)有K風(fēng)輪。

2.2 蝸舌結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

風(fēng)道蝸舌，可以說是一個(gè)風(fēng)道系統(tǒng)的咽喉，對系統(tǒng)的風(fēng)量和噪音有直接的關(guān)聯(lián)和影響，由于葉輪出口氣流對蝸舌的沖擊非常劇烈，使得蝸舌區(qū)域成為主要的噪聲源。蝸舌部位對葉輪機(jī)械氣動(dòng)性能及噪聲特性影響非常明顯，蝸舌形狀和安裝間距的微小變動(dòng)就會引起風(fēng)機(jī)性能及噪聲的很大變化[1][2]，據(jù)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，采用斜蝸舌[3][4]對離心風(fēng)道噪音改善有較為顯著的影響，為此特在移動(dòng)空調(diào)產(chǎn)品離心風(fēng)道上應(yīng)用傾斜蝸舌結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

結(jié)合上述風(fēng)道曲線和風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)選新設(shè)計(jì)的M曲線和現(xiàn)有的K風(fēng)輪，在此基礎(chǔ)上將M曲線的風(fēng)道蝸殼設(shè)計(jì)成斜蝸舌，與常規(guī)蝸舌做對比測試，如圖3所示。

采用斜蝸舌后，進(jìn)行對比測試，測試結(jié)構(gòu)如表3。

經(jīng)頻譜分析發(fā)現(xiàn)，斜蝸舌使噪音頻率錯(cuò)開，避免相互干涉，起到降噪和改善音質(zhì)的作用，同時(shí)斜蝸舌設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于風(fēng)輪與蝸舌等間隙設(shè)計(jì)（區(qū)別于常規(guī)斜蝸舌設(shè)計(jì)），增加蝸舌傾角，有利于錯(cuò)開噪音頻率降低噪音，增加蝸舌間距，有利于減小了氣流對蝸舌的沖擊，從而降低了噪音。為此應(yīng)用斜蝸舌后，同比噪音降低了約1dB。

表2 同直徑不同葉型風(fēng)輪在同一風(fēng)道曲線中的表現(xiàn)

表3 斜蝸舌與直蝸舌對比測試，及斜蝸舌噪音頻譜

圖1 同一風(fēng)輪在不同風(fēng)道曲線中的比較

圖2 同一風(fēng)道曲線配同直徑不同葉型或葉片數(shù)的比較

圖3 斜蝸舌與直蝸舌設(shè)計(jì)比較

圖4 進(jìn)氣口偏心30°與偏心180°比較

圖5 離心風(fēng)道仿真分析

2.3 偏心進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)氣口的大小及分布對風(fēng)道的出風(fēng)量和噪音有較大影響，有文獻(xiàn)5]分析，針對離心風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口偏心設(shè)計(jì)對改善風(fēng)道內(nèi)氣流分布具有一定的影響，為此結(jié)合移動(dòng)空調(diào)風(fēng)道特點(diǎn)，特選進(jìn)氣口30°偏心和180°偏心各10mm進(jìn)行對比測試，進(jìn)氣口偏心示意圖如圖4所示。

經(jīng)過對比測試結(jié)果如表4，兩種偏心設(shè)計(jì)的進(jìn)氣孔形式均對降噪有利，可能與結(jié)構(gòu)布局和風(fēng)道流場特征有關(guān)，為此接下來將結(jié)合斜蝸舌與進(jìn)氣口偏心設(shè)計(jì)綜合考慮。

表4 進(jìn)氣口偏心對比測試

2.4 斜蝸舌+偏心進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步探究離心風(fēng)道斜蝸舌和偏心進(jìn)氣口對整機(jī)風(fēng)量和噪音的影響，在2.3的研究基礎(chǔ)上增加斜蝸舌設(shè)計(jì)，同樣選取進(jìn)氣口30°偏心和180°偏心各10mm進(jìn)行對比測試，測試結(jié)果如表5。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，顯而易見偏心進(jìn)氣孔和斜蝸舌的降噪效果疊加，其中偏心180°進(jìn)氣口與斜蝸舌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)效果更佳，優(yōu)先偏心180°進(jìn)氣口與斜蝸舌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，對比優(yōu)化前聲壓級噪音，同比優(yōu)化后前后側(cè)聲壓級噪音降低約4.5～5.0dB。

2.5 仿真分析

通過離心風(fēng)道的模擬仿真分析，如圖5所示。離心風(fēng)道蝸殼的主要噪聲位置集中在一、四象限的漸擴(kuò)段，如果風(fēng)道蝸殼結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，建議蝸殼在軸向做漸變的倒圓角處理，從出風(fēng)口蝸舌處逐漸加大圓角，有利風(fēng)道內(nèi)氣流排出，從而達(dá)到消音降噪的效果。

表5 斜蝸舌+進(jìn)氣口偏心對比測試

3.結(jié)語

通過對風(fēng)道曲線和相應(yīng)風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對蝸舌導(dǎo)流及風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口偏心的研究測試，靜音風(fēng)道技術(shù)應(yīng)用與研究結(jié)論如下：

3.1 風(fēng)道曲線和相應(yīng)風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是離心風(fēng)道降噪的常用技術(shù)與應(yīng)用手段；

3.2 斜蝸舌和偏心進(jìn)氣口對離心風(fēng)道的降噪具有顯著效果，兩者疊加效果更明顯，此技術(shù)應(yīng)用不僅對風(fēng)道風(fēng)量有所提高，而且成本保持不變；

3.3 如果風(fēng)量足夠的情況下，從降噪的角度考慮，進(jìn)風(fēng)口偏心應(yīng)向噪聲源反方向偏心；

3.4 如果風(fēng)道蝸殼結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，建議蝸殼在軸向做漸變的倒圓角處理，從出風(fēng)口蝸舌處逐漸加大圓角，有利于消音降噪。

[1]蔡建程，前向離心風(fēng)機(jī)基頻噪聲產(chǎn)生及傳播特性的初步研究 西安交通大學(xué),2011

[2]趙婷，傾斜蝸舌對離心風(fēng)機(jī)降噪影響的試驗(yàn)研究 西安交通大學(xué),2014

[3]周撥、游斌、吳克啟，斜蝸舌對貫流風(fēng)機(jī)內(nèi)流的影響及降噪機(jī)制研究 《工程熱物理學(xué)報(bào)》2008年12期；

[4]任剛、楊子善、楊子江、祁大同，傾斜蝸舌前向離心風(fēng)機(jī)配置簡易消聲器降噪的試驗(yàn)研究 《流體機(jī)械》2010年03期；

[5]王嘉冰、區(qū)穎達(dá)、吳克啟，空調(diào)風(fēng)機(jī)葉道內(nèi)旋渦流動(dòng)分析及進(jìn)氣口偏心的影響 工程熱物理學(xué)報(bào) 2005年11月第26卷第6期

Mute duct technology in the application of the portable air conditioning products

Fashen Liu
(Guangdong Midea refrigeration equipment Co., Ltd. Household air-conditioning division. Fushan Guangdong 528311)

The paper put forward the mute duct technology applied in the portable air conditioner of air duct design, through the optimization design of air duct curve and corresponding wind turbines, in view of the volute tongue diverting part of optimization design, and improving air duct inlet position, improve the flow field distribution, etc. ,in the case of rotating speed is constant improve the whole machine volume, improve the performance of the whole machine and energy efficiency, at the same time to provide the engine noise reduction.

Portable air conditioner; Air duct curve; Volute tongue; Air duct inlet