空調室外機的導風圈結構對風量噪音的影響研究

龐豐

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1 引言

隨著人們生活水平的提高，空調已經進入千家萬戶，而室外機噪音大是一個普遍的用戶痛點，如何有效的降低空調室外機的運行噪音，一直以來都是人們研究的熱點課題[1]。

與眾多軸流風機風道相比，空調室外機內部結構相對緊湊復雜[2]。室外機的運行噪聲主要包括3個方面：氣動噪聲、高頻噪聲和振動噪聲[3]。國內外學者基于空調室外機噪聲進行了諸多實驗和數值分析的研究。歐陽華[4]應用PIV和CFD相結合的方法，研究室外機的上下并聯軸流風機系統的氣動及聲學特性，結果表明尾緣渦脫落噪聲是主要的噪聲源，并采用噪聲預測模型預測了室外機的噪聲，研究結果滿足實際工程所需。丁國良[5]等通過研究導流罩對空調器室外機噪聲的影響，提出可優化設計導流罩的方案。Jiang Tian[6]等通過采用PIV法測量空調室外機的流場，建立了流場與噪聲的輻射關系，并捕捉到了室外機軸流風機葉頂渦結構以及其運動軌跡。Jang[7]等采用LDV法詳細測量了葉片頂部與導風罩間的復雜流場，為風機葉片及導風罩優化設計提供了理論依據。Caro[8]等研究了類似空調器室外機結構的車載制冷系統，表明進氣紊流和尾緣渦脫落會增加軸流風機系統的寬頻噪聲。游斌等[9]采用數值分析和PIV實驗研究相結合的方法，深入研究了空調軸流風機的旋渦流動現象。田杰等[10]采用PIV技術研究了空調器室外機軸流風機的內部流場，分析了葉尖渦及尾緣渦的流動特性。Yasuhiko[11]為提高氣動性能和降低噪聲特性，通過研究修改葉片擴壓器的外形，并用丹麥B&K4133型聲壓傳感器測量了不同外形擴壓器對離心葉輪噪聲頻譜的影響。

本文通過實驗研究了空調室外機前面板導風圈的高度、長度和弧形段對風量噪音的影響，以期為室外機的開發設計提供實驗依據。空調室外機前面板和導風圈結構如圖1所示。

2 實驗

以2匹定速室外機為實驗箱體，采用交流電機調節電壓改變風輪轉速方案，研究了不同電壓下不同轉速的送風風量及制熱工況下的送風噪音。其中送風風量于常溫下測試，制熱工況為外機制冷7℃環境工況，交流電機配4uF電容。實驗電壓及對應轉速如表1所示。（出于技術保護需求，具體的機型和有關設備型號未示出，核心實驗數據用字母代替。）

3 結果與討論

空調室外機的導風圈位于面板出風口處，對由軸流風輪驅動的空氣流體起導風效果，其結構長度、高度及弧形段對送風風量和噪音起到舉足輕重的作用。

3.1 導風圈的長度對風量噪音的影響

通過制作不同長度導風圈的前面板，裝配替換初始長度導風圈的面板，導風圈長度如圖2所示。測試了不同長度的導風圈送風風量及噪音，結果如表2、圖3和圖4所示。

由表2數據和圖3可知，同一導風圈隨著轉速提高，風量增加。同一轉速下，不同導風圈風量不同，不同的導風圈隨導風圈長度增加風量增加。當導風圈長度增加為a時，同轉速下風量增加35～65方，當導風圈長度增加為b時，同轉速下風量增加60～85方，當導風圈長度增加為c時，同轉速下風量增加65～100方。表明加長導風圈有利于提升室外機的送風風量。

由表2數據和圖4可知，同一長度導風圈隨著風量增加，噪音增大。不同長度的導風圈，同風量下噪音不同，隨著導風圈的長度增加，噪音依次減小，當導風圈長度由a增加至b、c至d時，噪音下降0.5～1dB，表明加長導風圈具有提風量降噪音的效果。

3.2 導風圈的弧形段對風量噪音的影響

通過制作不同弧形段結構導風圈的前面板，導風圈弧形段如圖5所示，測試了不同弧形段的導風圈送風風量及噪音，結果如表3、圖6和圖7所示。

由表3數據和圖6可知，同一弧形段導風圈隨著轉速提高，室外機的送風風量增加。同一轉速下，不同弧形段的導風圈風量不同，不同的導風圈隨導風圈弧形段增加風量先增加，后減小。當導風圈弧形段由r增加至R時，風量增加30～140方，當導風圈弧形段由R增加至RR時，風量下降30～80方。表明室外機的送風風量隨導風圈弧形段的增加先增加、后下降，導風圈的弧形段等于R時最佳。

由表3數據和圖7可知，同一弧形段導風圈隨著風量增加，噪音增大。不同弧形段的導風圈，同風量下噪音不同，隨著導風圈弧形段的增加，噪音先減小后增大。當導風圈弧形段由r增加至R時，噪音下降0.5～1dB，當弧形段由R增加至RR時，噪音上升0.5dB，表明當導風圈弧形段為R時，對室外機提風量降噪音最有利。

表1 實驗條件

圖1 室外機前面板及導風圈示意圖

圖2 導風圈的長度(圖中截面標黃段)

圖3 導風圈長度對室外機風量的影響

圖4 導風圈的長度對室外機噪音的影響

圖5 導風圈的弧形段(圖中截面標黃段)

圖6 弧形段對室外機風量的影響

圖7 弧形段對室外機噪音的影響

表2 導風圈長度對室外機風量噪音的影響

3.3 導風圈的高度對風量噪音的影響

通過制作不同高度導風圈的前面板，裝配替換初始高度導風圈的面板，導風圈高度如圖8所示。測試了不同高度導風圈的送風風量及噪音，結果如表4、圖9和圖10所示。

由表4數據和圖9可知，同一高度導風圈隨著轉速提高，室外機的送風風量增加。同一轉速下，不同高度的導風圈風量不同，不同的導風圈隨導風圈高度增加風量增加。當導風圈高度由h增加至H時，風量增加50方，表明增加導風圈高度有利于提升室外機的送風風量。

由表4數據和圖10可知，同一高度導風圈隨著風量增加，噪音增大。不同高度的導風圈，同風量下噪音不同，隨著導風圈高度的增加，同風量下噪音減小。當導風圈高度由h增加至H時，同風量下噪音下降0.3～0.5dB，表明增加導風圈高度有利于室外機提風量降噪音。

3.4 鈑金材質及加工工藝對導風圈結構的影響

通過前文的分析討論可知，導風圈的長度和高度對室外機的風量和噪音均有正向作用，導風圈的弧形段R也會影響室外機的風量和噪音，然而導風圈的長度、高度和弧形段均受到所用鈑金的材質和加工工藝的限制。

空調室外機常用的熱鍍鋅板型號主要有DX51D、DX52D、DX53D和DX54D，它們軟硬程度不同。通常情況下，鈑材型號從51D～60D，硬度依次減小，板材中Cr含量逐漸增加，隨著Cr含量增加，材料越來越軟，可沖壓拉伸性能越來越好，但經濟成本也越來越高。前面板的加工工藝主要包括拉伸、沖壓、折彎、卷曲和表面噴涂，其中決定導風圈參數（長度、高度和弧形段）最重要的工序為拉伸和卷曲，鈑材中添加鉻作為合金元素以后，促使其內部的矛盾運動向有利于抵抗破壞的方面發展，若選用低Cr含量的鈑金，導風圈在拉伸工序時，極易導致開裂現象。綜合考慮經濟性和可加工性，2匹定速室外機的前面板選擇了DX54D鈑材（低匹數小外機前面板對拉伸性能要求低，可優選經濟性更好的DX53D鈑材）。

表3 弧形段對室外機風量噪音的影響

表4 導風圈高度對室外機風量噪音的影響

圖8 導風圈的高度

圖9 導風圈高度對室外機風量的影響

圖10 導風圈高度對室外機噪音的影響

4 結論

（1）隨著導風圈長度的增加，風量增加，當導風圈長度由a增加至c時，風量可增加35～100方。隨著風量的增加，噪音增大，當導風圈長度由a增加至c時，同風量下噪音減小0.5-1dB。表明加長導風圈具有提風量降噪音的作用；

（2）隨著導風圈弧形段的增加，風量先增加后下降，當導風圈弧形段由r增加至R時，風量可增加30～140方，當弧形段由R增加至RR后，風量下降30～80方。隨著風量的增加，噪音增大，當導風圈弧形段由r增加至RR時，同風量下噪音先減小0.5～1dB，后上升0.5dB。表明導風圈弧形段為R時最有利于室外機提風量降噪音；

（3）隨著導風圈高度的增加，風量增加，當導風圈高度由h增加至H時，風量可增加50方。隨著風量的增加，噪音增大，當導風圈高度由h增加至H時，同風量下噪音減小0.3～0.5dB。表明加高導風圈具有提風量降噪音的作用；

（4）導風圈的長度和高度對室外機提風量降噪音有正向作用，但這種正向作用受到鈑金材質和加工工藝的限制。

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[5] 丁國良, 胡俊偉. 導流罩對空調器室外機噪聲的影響[J]. 機械工程學報, 2006.42(3):136-141.

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