網(wǎng)罩、風(fēng)輪、導(dǎo)風(fēng)圈對空調(diào)室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響研究

1 引言

科技產(chǎn)品一直以來都受到人類的青睞，它在提升人們生活水平的同時(shí)，也時(shí)刻改變著我們的生活和思維方式[1]。隨著人們對物質(zhì)生活的不斷追求，空調(diào)逐漸進(jìn)入千家萬戶，然而空調(diào)室外機(jī)噪音大的問題嚴(yán)重影響了人們的使用體驗(yàn)感。因此，如何有效降低空調(diào)室外機(jī)的運(yùn)行噪音成為了諸多研發(fā)者的熱點(diǎn)課題[2]。

空調(diào)室外機(jī)與眾多軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)道相比，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對緊湊復(fù)雜[3]。室外機(jī)的運(yùn)行噪音主要由氣動噪聲、高頻噪聲和振動噪聲3個(gè)方面組成[4]。合理高效解決空調(diào)室外機(jī)NVH（Noise Vibration Harshness）問題的關(guān)鍵在于對噪聲源和空氣或結(jié)構(gòu)傳遞路徑的識別[5]。Sawai[6]研究了渦旋式壓縮機(jī)的噪音與壓力的關(guān)系，結(jié)果表明噪聲隨壓力增大而變大，隨壓力減小而變小，即表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。Julier[7]將雙頻旋轉(zhuǎn)技術(shù)應(yīng)用于高效檢驗(yàn)壓縮機(jī)管路的破損等缺陷程度。Shunya Hisashima和Kazoniro Tomimasu等[8]研究了噪音音質(zhì)問題，表明噪音的頻譜頻率分布狀況和聲壓級及聲功率級的大小均對人耳的感受舒適性產(chǎn)生重大影響。Tatsumi Kanno等[9]深入研究了兩相流的定性原理和定量噪聲的評估。風(fēng)輪的偏心程度及風(fēng)輪與導(dǎo)風(fēng)圈的距離會顯著影響電機(jī)支架的振動噪音[10]。

本文通過實(shí)驗(yàn)研究了空調(diào)室外機(jī)前面板的導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)、風(fēng)輪位置及網(wǎng)罩疏密對風(fēng)量噪音的影響，以期為室外機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。空調(diào)室外機(jī)的前面板導(dǎo)風(fēng)圈、風(fēng)輪位置及網(wǎng)罩如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)

以3匹定速室外機(jī)為實(shí)驗(yàn)箱體，采用交流電機(jī)調(diào)節(jié)電壓改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速方案，研究了不同電壓（187V～242V）下的送風(fēng)風(fēng)量及送風(fēng)噪音。實(shí)驗(yàn)基本條件包括：75交流電機(jī)，配3uF電容，2排φ9冷凝器，1.4mm片距的翅片。實(shí)驗(yàn)基本條件如表1所示。（出于技術(shù)保護(hù)需求，具體的機(jī)型和有關(guān)設(shè)備型號未示出，核心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用字母代替。）

3 結(jié)果與討論

3.1 網(wǎng)罩疏密性對空調(diào)室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

通過制造不同疏密性的出風(fēng)網(wǎng)罩，考察了網(wǎng)罩的疏密性對空調(diào)室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響，結(jié)果如表2、圖2和圖3所示。

由表2數(shù)據(jù)和圖2可知，同一疏密性出風(fēng)網(wǎng)罩隨電壓提高，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和室外機(jī)風(fēng)量增加。相同電壓下，不同疏密性的出風(fēng)網(wǎng)罩外機(jī)風(fēng)量不同，疏網(wǎng)罩比密網(wǎng)罩風(fēng)量大。同電壓下，疏網(wǎng)罩風(fēng)量增加約10方，表明疏網(wǎng)罩有利于提升室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量。由表2數(shù)據(jù)和圖3可知，同一疏密性出風(fēng)網(wǎng)罩隨著風(fēng)量增加，噪音增大。不同疏密性的出風(fēng)網(wǎng)罩，同風(fēng)量下噪音不同，同風(fēng)量下疏網(wǎng)罩較密網(wǎng)罩噪音下降約0.5dB。表明增加室外機(jī)出風(fēng)網(wǎng)罩的稀疏性有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

3.2 風(fēng)輪位置對空調(diào)室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

通過在風(fēng)輪與電機(jī)軸之間增加墊片的方案，考察了風(fēng)輪位置對空調(diào)室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響，結(jié)果如表3、圖4和圖5所示。

由表3數(shù)據(jù)和圖4可知，同一風(fēng)輪位置隨電壓提高，電機(jī)功率和室外機(jī)風(fēng)量增加。相同電壓下，風(fēng)輪位置不同時(shí)的外機(jī)風(fēng)量不同，風(fēng)輪前移X后風(fēng)量增大。同電壓下，風(fēng)輪前移風(fēng)量增加20～30方，表明風(fēng)輪前移有利于提升室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量。由表3數(shù)據(jù)和圖5可知，同一風(fēng)輪位置隨著風(fēng)量增加，噪音增大。不同風(fēng)輪位置，同風(fēng)量下噪音不同，同風(fēng)量下風(fēng)輪前移室外機(jī)的噪音下降約0.5dB。表明前移風(fēng)輪有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

3.3 導(dǎo)風(fēng)圈長度對空調(diào)室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

通過制作不同長度導(dǎo)風(fēng)圈的前面板，裝配替換初始長度導(dǎo)風(fēng)圈的面板，測試了不同長度的導(dǎo)風(fēng)圈送風(fēng)風(fēng)量及噪音，結(jié)果如表4、圖6和圖7所示。

由表4數(shù)據(jù)和圖6可知，同一導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)隨電壓提高，電機(jī)功率和室外機(jī)風(fēng)量增加。相同電壓下，導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)不同時(shí)的外機(jī)風(fēng)量不同，導(dǎo)風(fēng)圈長度加長到Y(jié)后風(fēng)量增大。同電壓下，導(dǎo)風(fēng)圈加長風(fēng)量增加85～100方，表明導(dǎo)風(fēng)圈加長有利于提升室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量。由表4數(shù)據(jù)和圖7可知，同一導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)隨著風(fēng)量增加，噪音增大；不同導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)，同風(fēng)量下噪音不同，同風(fēng)量下，導(dǎo)風(fēng)圈加長，室外機(jī)的噪音下降約1dB。表明加長導(dǎo)風(fēng)圈有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

圖1 空調(diào)室外機(jī)前面板導(dǎo)風(fēng)圈、風(fēng)輪位置和網(wǎng)罩

圖2 網(wǎng)罩疏密性對室外機(jī)風(fēng)量的影響

圖3 網(wǎng)罩疏密性對室外機(jī)噪音的影響

圖4風(fēng)輪位置對室外機(jī)風(fēng)量的影響

圖5 風(fēng)輪位置對室外機(jī)噪音的影響

表1 實(shí)驗(yàn)基本條件

表2 網(wǎng)罩疏密對外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

表3 風(fēng)輪位置對外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

表4 導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)對外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

3.4 設(shè)計(jì)規(guī)范對網(wǎng)罩疏密性/風(fēng)輪位置/導(dǎo)風(fēng)圈長度的影響

通過前文分析討論可知，增加網(wǎng)罩的稀疏性和風(fēng)輪前移均對室外機(jī)有提風(fēng)量降噪音的效果。然而增加網(wǎng)罩的稀疏性和風(fēng)輪前移不是無限制的，需要滿足外機(jī)設(shè)計(jì)的安全規(guī)范（安規(guī)要求），即實(shí)驗(yàn)指從網(wǎng)罩插入不能觸碰到內(nèi)部風(fēng)輪運(yùn)動件（模擬手指插入網(wǎng)罩對人身安全的傷害），且一般指定風(fēng)輪前端到網(wǎng)罩的最小設(shè)計(jì)間隙不低于20mm。

同樣的，加長導(dǎo)風(fēng)圈也是有限制的，導(dǎo)風(fēng)圈的長度受到所選擇的鈑金材質(zhì)和加工工藝的影響。導(dǎo)風(fēng)圈過長，在模具沖壓拉伸卷曲加工時(shí)會出現(xiàn)開裂的情況，且需要選用更高Cr含量的板材，成本上升、經(jīng)濟(jì)性下降。鈑材中加入Cr有利于鈑金內(nèi)部的矛盾運(yùn)動向有利于抵抗破壞的方向發(fā)展，即提升拉伸卷曲等性能。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和加工工藝，3匹定速室外機(jī)的前面板選擇DX54D鈑材（低匹數(shù)小外機(jī)前面板對拉伸性能要求低，可優(yōu)選經(jīng)濟(jì)性更好的DX53D鈑材）。

4 結(jié)論

（1）隨著出風(fēng)網(wǎng)罩稀疏性增加，室外機(jī)風(fēng)量增加，同風(fēng)量下噪音降低0.5dB，增加出風(fēng)網(wǎng)罩的稀疏性有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

（2）隨著風(fēng)輪前移，室外機(jī)風(fēng)量增加20～30方，同風(fēng)量下噪音下降0.5dB，風(fēng)輪前移有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

（3）隨著導(dǎo)風(fēng)圈長度增加，室外機(jī)風(fēng)量增加85～100方，同風(fēng)量下噪音下降1dB，加長導(dǎo)風(fēng)圈有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

（4）增加網(wǎng)罩稀疏性、風(fēng)輪前移和加長導(dǎo)風(fēng)圈均有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音，然而增加網(wǎng)罩稀疏性和風(fēng)輪前移受到設(shè)計(jì)規(guī)范的限制，加長導(dǎo)風(fēng)圈受到鈑金材質(zhì)和加工工藝的限制。

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圖6 導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)對室外機(jī)風(fēng)量的影響

圖7 導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)對室外機(jī)噪音的影響