靜音風道技術在移動空調產品中的應用

劉發申

(廣東美的制冷設備有限公司 廣東 佛山 528311)

靜音風道技術在移動空調產品中的應用

劉發申

(廣東美的制冷設備有限公司 廣東 佛山 528311)

本文提出靜音風道技術應用于移動空調產品的風道設計，通過對風道曲線和相應風輪的優化設計，針對蝸舌導流部分優化設計，以及改進風道進風口的位置，改善氣流場分布等，在轉速不變的情況下提升整機風量，提高整機的性能及能效，同時為整機降噪提供可行性方案。

移動空調;風道曲線;蝸舌;風道進風口

1、前言

移動空調是一種集室內與室外側于一體的整體式空調器，因其使用的便利性而廣泛應用與歐美、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，對整機的噪音問題也日益突出，現階段移動空調運行時的整機噪音一般在53～56分貝，整體高于現有環境噪聲基本標準（城市1類環境標準：白天為55分貝，夜間為45分貝）的要求。

為此提出低噪音移動空調的需求，結合移動空調產品的風道特點，一般采用離心風道設計，而針對離心風道的風道曲線和相輔配的離心風輪結構設計方面，已有相當成熟的技術沉淀和經驗，本文僅就分析方法和技巧做簡要分析，而重點介紹靜音風道技術中蝸舌的結構形式及進風口位置對離心風道系統的影響，以及在移動空調產品風道設計中的應用與測試情況。

2 、實驗結果與討論

2.1 風道曲線和風輪優化設計

針對風道曲線和風輪的優化設計，我司已有專職的風道研究人員，已有相當成熟技術沉淀和經驗，本文不做贅述，僅將優化方案做簡單介紹?；诂F有移動空調內外側風道系統進行摸底測試，由于室內外側風道一般以離心風道為主，以其中一個離心風道的風道曲線做研究對象，進行對比分析，一般分為兩步走，逐步來分析。

第一步，以現有同一個離心風輪，在不同風道曲線中的比較，如圖1。通過對比測試，同一風輪在不用風道曲線中測試結果如表1。從結果不難看出，在風量一定的情況下，新設計的M曲線在前、后測試聲壓級噪音，功率及轉速方面均優于現有P曲線和新設計的N曲線，故而優選新設計的M曲線作為下一步進行優化研究的對象。

第二步，以同一風道曲線，對不同葉形相同直徑風輪做對比分析，如圖2。

表1 同一直徑風輪在不同風道曲線中的表現

通過對比測試，同直徑不同葉型風輪在同一風道曲線中的測試結果，如表2。

從測試結果不難看出，兩個不同的風輪，在同一風道曲線中測試，前側噪音均降低為1.0dB左右，但采用現有K風輪時的功率較低，優選現有K風輪。

2.2 蝸舌結構形式的優化設計

風道蝸舌，可以說是一個風道系統的咽喉，對系統的風量和噪音有直接的關聯和影響，由于葉輪出口氣流對蝸舌的沖擊非常劇烈，使得蝸舌區域成為主要的噪聲源。蝸舌部位對葉輪機械氣動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就會引起風機性能及噪聲的很大變化[1][2]，據國內外相關文獻，采用斜蝸舌[3][4]對離心風道噪音改善有較為顯著的影響，為此特在移動空調產品離心風道上應用傾斜蝸舌結構形式進行實驗研究。

結合上述風道曲線和風輪的優化設計，優選新設計的M曲線和現有的K風輪，在此基礎上將M曲線的風道蝸殼設計成斜蝸舌，與常規蝸舌做對比測試，如圖3所示。

采用斜蝸舌后，進行對比測試，測試結構如表3。

經頻譜分析發現，斜蝸舌使噪音頻率錯開，避免相互干涉，起到降噪和改善音質的作用，同時斜蝸舌設計關鍵在于風輪與蝸舌等間隙設計（區別于常規斜蝸舌設計），增加蝸舌傾角，有利于錯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。為此應用斜蝸舌后，同比噪音降低了約1dB。

表2 同直徑不同葉型風輪在同一風道曲線中的表現

表3 斜蝸舌與直蝸舌對比測試，及斜蝸舌噪音頻譜

圖1 同一風輪在不同風道曲線中的比較

圖2 同一風道曲線配同直徑不同葉型或葉片數的比較

圖3 斜蝸舌與直蝸舌設計比較

圖4 進氣口偏心30°與偏心180°比較

圖5 離心風道仿真分析

2.3 偏心進氣口結構設計

進氣口的大小及分布對風道的出風量和噪音有較大影響，有文獻5]分析，針對離心風道的進風口偏心設計對改善風道內氣流分布具有一定的影響，為此結合移動空調風道特點，特選進氣口30°偏心和180°偏心各10mm進行對比測試，進氣口偏心示意圖如圖4所示。

經過對比測試結果如表4，兩種偏心設計的進氣孔形式均對降噪有利，可能與結構布局和風道流場特征有關，為此接下來將結合斜蝸舌與進氣口偏心設計綜合考慮。

表4 進氣口偏心對比測試

2.4 斜蝸舌+偏心進氣口結構設計

為進一步探究離心風道斜蝸舌和偏心進氣口對整機風量和噪音的影響，在2.3的研究基礎上增加斜蝸舌設計，同樣選取進氣口30°偏心和180°偏心各10mm進行對比測試，測試結果如表5。

通過實驗結果，顯而易見偏心進氣孔和斜蝸舌的降噪效果疊加，其中偏心180°進氣口與斜蝸舌結構的結構效果更佳，優先偏心180°進氣口與斜蝸舌結構的結構，對比優化前聲壓級噪音，同比優化后前后側聲壓級噪音降低約4.5～5.0dB。

2.5 仿真分析

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

表5 斜蝸舌+進氣口偏心對比測試

3.結語

通過對風道曲線和相應風輪的優化設計，并對蝸舌導流及風道進風口偏心的研究測試，靜音風道技術應用與研究結論如下：

3.1 風道曲線和相應風輪的優化設計，是離心風道降噪的常用技術與應用手段；

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

3.3 如果風量足夠的情況下，從降噪的角度考慮，進風口偏心應向噪聲源反方向偏心；

3.4 如果風道蝸殼結構空間允許的情況下，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，前向離心風機基頻噪聲產生及傳播特性的初步研究 西安交通大學,2011

[2]趙婷，傾斜蝸舌對離心風機降噪影響的試驗研究 西安交通大學,2014

[3]周撥、游斌、吳克啟，斜蝸舌對貫流風機內流的影響及降噪機制研究 《工程熱物理學報》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機配置簡易消聲器降噪的試驗研究 《流體機械》2010年03期；

[5]王嘉冰、區穎達、吳克啟，空調風機葉道內旋渦流動分析及進氣口偏心的影響 工程熱物理學報 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