雙離心風(fēng)輪在離心風(fēng)道中的研究及應(yīng)用

摘要：本文提出雙離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)在離心風(fēng)道系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用，通過對雙層離心風(fēng)輪中內(nèi)風(fēng)輪葉形漸開角度、內(nèi)外風(fēng)輪的設(shè)計間距大小，以及內(nèi)風(fēng)輪葉片多少的對比試驗，探索雙層離心風(fēng)輪在外層離心風(fēng)輪不變的情況下，內(nèi)風(fēng)輪葉形漸開角度，內(nèi)風(fēng)輪與外風(fēng)輪間距及葉片多少對單層離心風(fēng)輪的影響，寄希望通過離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，提升整機的舒適性及性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：雙離心風(fēng)輪；風(fēng)道；外風(fēng)輪；內(nèi)風(fēng)輪

Research and Application of Double Centrifugal Rotor Structure in Centrifugal Air Duct System

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

Abstract：In this paper， the double centrifugal rotor structure in the research and application of centrifugal air duct system， based on the double centrifugal rotor in the leaf shape gradually open Angle， distance between inner and outer wind wheel design size， and the number of the wind wheel blade in contrast test， explore double centrifugal rotor under the condition of invariable in outer centrifugal wind wheel， the wind wheel blade shape gradually open Angle， inner wind wheel and outer wind wheel spacing and the number of the wind wheel blade impact on single centrifugal wind wheel blade， hope that through the innovative design of the centrifugal rotor structure， improve comfort and performance index of the engine.

Keywords：Double centrifugal rotor； Air duct； Outer wind wheel； Inner wind wheel

1、引言

家用空調(diào)產(chǎn)品常用的送風(fēng)系統(tǒng)，主要有離心風(fēng)道系統(tǒng)、貫流風(fēng)道系統(tǒng)和軸流風(fēng)道系統(tǒng)，但三者的應(yīng)用場景、風(fēng)道特性各有優(yōu)異，軸流風(fēng)道風(fēng)量大，噪音高，風(fēng)機效率高，多用于分體掛壁式空調(diào)室外機、窗式空調(diào)器室外側(cè)部分；貫流風(fēng)道，風(fēng)聲柔和、噪音低，但貫流風(fēng)輪結(jié)構(gòu)一般比較長，多用于分體掛壁式空調(diào)室內(nèi)機和落地式空調(diào)室內(nèi)機（圓型柜機）；相比離心風(fēng)道基本介于前兩者之間，多用于落地式空調(diào)室內(nèi)機（傳統(tǒng)柜機）、整體式窗機室內(nèi)側(cè)部分，以及移動空調(diào)等產(chǎn)品，部分空調(diào)產(chǎn)品風(fēng)輪采用有雙吸風(fēng)葉結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪[1]。本課題以離心風(fēng)道為研究對象，在風(fēng)道系統(tǒng)不變、無需新開模或改模的情況下，通過優(yōu)化離心風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提升整機的風(fēng)量，從而優(yōu)化整機的性能。

為此提出一種雙離心風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)形式，為減少設(shè)計變量的分析與研究，從現(xiàn)有比較成熟的離心風(fēng)道系統(tǒng)中挑選一款相對較好的風(fēng)道系統(tǒng)（已應(yīng)用靜音風(fēng)道技術(shù)的離心風(fēng)道，其風(fēng)道采用斜蝸舌+偏心進氣口結(jié)構(gòu)設(shè)計）[2][3][4]作為研究對象，風(fēng)道曲線和雙離心風(fēng)輪的外風(fēng)輪保持與原風(fēng)道一致，不考慮外風(fēng)輪材質(zhì)、重量偏差、注塑工藝等對其本身的影響。

本文研究對象重點聚焦在雙離心風(fēng)輪的內(nèi)風(fēng)輪，從內(nèi)風(fēng)輪葉形漸開角度、內(nèi)外風(fēng)輪的設(shè)計間距，以及內(nèi)風(fēng)輪的葉片數(shù)三個方面進行對比實驗研究。

2、實驗結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)風(fēng)輪葉形漸開角度優(yōu)化設(shè)計

離心風(fēng)輪的工作原理，利用葉片90度的換向產(chǎn)生背壓，氣流從中間的進氣口流入，經(jīng)過蝸殼聚集后從葉片輸送，但在這過程中，由于各組件的配合尺寸及設(shè)計不足，會出現(xiàn)渦流和回流，影響風(fēng)量和噪音，這就需要設(shè)計合理的風(fēng)道系統(tǒng)。本課題研究對象重點聚焦在雙離心風(fēng)輪的內(nèi)風(fēng)輪，假定雙離心風(fēng)輪所配合的風(fēng)道曲線及外風(fēng)輪已選定為現(xiàn)有最優(yōu)的風(fēng)道曲線和風(fēng)輪，不考慮風(fēng)道曲線的偏差及風(fēng)輪材質(zhì)、重量偏差、注塑工藝等對其的影響。為此，依據(jù)離心風(fēng)輪的工作原理及離心風(fēng)輪在離心風(fēng)道中的特性分析，從離心風(fēng)道的速度矢量圖及流線圖不難理解，內(nèi)風(fēng)輪葉形漸開角度對雙離心風(fēng)輪的在離心風(fēng)道中的流速和方向有較大的影響。從模擬數(shù)據(jù)實驗表明，內(nèi)風(fēng)輪葉片切線方向與外風(fēng)輪葉片入口切線一致或近似時，風(fēng)量和噪音優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式（如圖表1）。

2.2 內(nèi)外風(fēng)輪葉片間距及內(nèi)風(fēng)輪葉片數(shù)對比測試

為方便研究建模，基于離心風(fēng)道的相關(guān)特性，內(nèi)外風(fēng)輪葉片間距過小或過大都不利于風(fēng)道系統(tǒng)的輸出，初步設(shè)定內(nèi)外風(fēng)輪葉片間距L1=23mm，L2=15mm，葉片數(shù)N1=25片，N2=32片。

通過組合分析，有4種組合形式，如圖表2所示，且編號為1#、2#、3#、4#，分別與原單層離心風(fēng)輪組合為雙離心風(fēng)輪，組合后雙離心風(fēng)輪編號為方便記錄仍延用原有編號。

2.2.1 原單層離心風(fēng)輪風(fēng)道摸底數(shù)據(jù)

為方便對比研究，首先將原單層離心風(fēng)輪在原風(fēng)道系統(tǒng)中進行摸底測試，通過改變整機電壓和風(fēng)檔調(diào)整風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，測試數(shù)據(jù)如圖表3所示。

2.2.2 組合雙離心風(fēng)輪測試數(shù)據(jù)

分別針對1#、2#、3#、4#雙離心風(fēng)輪在原風(fēng)道系統(tǒng)中進行對比測試，測試方法如同原單層離心風(fēng)輪一樣，測試數(shù)據(jù)如圖表4-7所示。

2.2.3 組合雙離心風(fēng)輪數(shù)據(jù)分析

（1）新組合雙離心風(fēng)輪對送風(fēng)風(fēng)量的影響

組合后新風(fēng)輪的送風(fēng)風(fēng)量，分別與原單層離心風(fēng)輪的送風(fēng)風(fēng)量做對比，記為：Δ1=1#-原，Δ2=2#-原，Δ3=3#-原，Δ4=4#-原，如圖表8，為新組合的雙離心風(fēng)輪對送風(fēng)風(fēng)量的影響情況。

不難看出Δ2#>Δ4#>Δ1#>Δ3#，針對送風(fēng)風(fēng)量而言，4種組合的雙離心風(fēng)輪中，對整機送風(fēng)風(fēng)量均有不同程度的提升，其中2#最優(yōu)，其次4#，1#次之，最差是3#，因而4種方案中優(yōu)選選擇為2#和4#。

（2）新組合雙離心風(fēng)輪對送風(fēng)功率的影響

組合后新風(fēng)輪的送風(fēng)功率，分別與原單層離心風(fēng)輪的送風(fēng)功率做對比，記為：Δ1=1#-原，Δ2=2#-原，Δ3=3#-原，Δ4=4#-原，如圖表9，為新組合的雙離心風(fēng)輪對送風(fēng)功率的影響情況。

不難看出直線的斜率K4#（3）新組合雙離心風(fēng)輪對前側(cè)制冷噪音的影響

組合后新風(fēng)輪的前側(cè)制冷噪音，分別與原單層離心風(fēng)輪的前側(cè)制冷噪音做對比，記為：δ1=1#-原，δ2=2#-原，δ3=3#-原，δ4=4#-原，如圖表10，為新組合的雙離心風(fēng)輪對前側(cè)制冷噪音的影響情況。

不難辨出直線的斜率δ2#>δ4#>δ3#>0>δ1#，針對前側(cè)制冷噪音而言，噪音當(dāng)然越小越好，顯然4種組合的雙離心風(fēng)輪中，經(jīng)組合比較2#風(fēng)輪對整機前側(cè)噪音影響較小，還有降低的趨勢，故而優(yōu)選2#風(fēng)輪。

（4）新增加的內(nèi)風(fēng)輪重量分析及對整機風(fēng)量和功率的影響

新增加的內(nèi)風(fēng)輪，首先對風(fēng)輪本體的重量有較大影響，按照常規(guī)離心風(fēng)輪設(shè)計，往往通過減輕風(fēng)輪的重量來降低風(fēng)機的輸出功率，從而提升產(chǎn)品能效，如圖表3中原單層離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)示意圖中的單層離心風(fēng)輪安裝部位6塊切除的部分，即為減輕風(fēng)輪本體重量而設(shè)計的。基于此原因，對風(fēng)輪的重量及送風(fēng)風(fēng)量和送風(fēng)功率進行對比分析，如下表11-13。

從圖表11-13數(shù)據(jù)顯示，新增內(nèi)風(fēng)輪本體重量同比增加了15%～20%，但送風(fēng)風(fēng)量同比增加了2～3%，而送風(fēng)功率卻下降了2.5～3%，為此送風(fēng)風(fēng)量的增加對提升整機能力、能效具有直接的積極作用，而功率下降對提升能效和降耗有直接的作用。因而，通過實驗數(shù)據(jù)對比分析研究，可以清楚認知，雙離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有外風(fēng)輪和風(fēng)道曲線不變的情況下，新設(shè)計的雙離心風(fēng)輪對離心風(fēng)道系統(tǒng)的風(fēng)量、噪音和功率都具有積極的意義和作用。

3、結(jié)語

通過對原有單層離心風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在原有外風(fēng)輪和風(fēng)道曲線不變的情況，雙離心風(fēng)輪的研究與應(yīng)用結(jié)論如下：

（1）在原有離心風(fēng)道曲線不變的情況下，通過新設(shè)計風(fēng)輪可以優(yōu)化風(fēng)機風(fēng)道效率和噪音指標(biāo)，而創(chuàng)新設(shè)計的雙離心風(fēng)輪為新設(shè)計風(fēng)輪提供了另一個優(yōu)化設(shè)計方向，對提升整機風(fēng)量、降低噪音和功率都具有積極的意義和非凡作用。

（2）雙離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，內(nèi)風(fēng)輪葉片切線方向與外風(fēng)輪葉片入口切線一致或近似時，風(fēng)量和噪音優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式。

（3）雙離心風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，內(nèi)外風(fēng)輪葉片間距過小或過大都不利于整個風(fēng)道系統(tǒng)的輸出，風(fēng)量、噪音和功率輸出與內(nèi)外風(fēng)輪葉片間距大小及內(nèi)風(fēng)輪的葉片數(shù)量有一定關(guān)系。其上述案例中4種組合方案，通過實驗對比分析研究，最終優(yōu)選2#風(fēng)輪，若需要進一步得到最優(yōu)的設(shè)計，可以通過健壯設(shè)計來優(yōu)化內(nèi)外風(fēng)輪葉片間距及合理的葉片數(shù)量。

（4）應(yīng)用雙離心風(fēng)輪，在渦流聯(lián)動的作用下，風(fēng)輪本體重量同比增加了15%～20%，但送風(fēng)風(fēng)量同比增加了2～3%，而送風(fēng)功率卻下降了2.5～3%，為此送風(fēng)風(fēng)量的增加對提升整機能力、能效具有直接積極的作用，同時功率的降低也為設(shè)計新的高效風(fēng)輪提供了優(yōu)化方向，也為降噪降耗提供了另一優(yōu)化方向。

參考文獻

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