某車型汽車空調系統鼓風機噪音的診斷及改善

董奇奇

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

某車型汽車空調系統鼓風機噪音的診斷及改善

董奇奇

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

文章介紹了針對某車型空調系統鼓風機噪音大的問題進行的分析研究；通過理論計算及實驗和CFD分析，提出解決措施，確認修改鼓風機蝸殼、葉片來達到降噪的目的，使問題得到解決。

鼓風機；噪音；CFD分析

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-15-03

前言

近年來汽車行業發展越來越快，整車舒適性也越來越被車企和車主們所重視，而車內噪音是影響整車舒適性的一大重要因素。為進一步改善室內舒適性，降低空調通風噪聲變得越來越重要。在通風空調系統中，鼓風機運轉時產生的氣流流動是主要的噪聲源；本論文主要是針對某車型開鼓風機時噪音大的問題進行分析研究并提出整改方案。

1、空調系統鼓風機噪音特性

通常汽車上的鼓風機為離心式鼓風機，離心式鼓風機的工作原理 與離心式通風機相似，只是空氣的壓縮過程通常是經過幾個工作葉輪（或稱幾級）在離心力的作用下進行的。鼓風機有一個高速轉動的轉子，轉子上的葉片帶動空氣高速運動，離心力使空氣在漸開線形狀的機殼內，沿著漸開線流向風機出口，高速的氣流具有一定的風壓。新空氣由機殼的中心進入補充。

在通風系統中，鼓風機是最大的噪音源。風機轉速的變化造成壓力的變化，氣流從風機葉輪的壓出、蝸殼內產生的渦流、進出風口氣流的紊流等都是噪聲源。特別是在進行氣體循環時，風機把從空調內吹出來的氣流又通過進風口直接送回空調箱內，由于聲音被輻射，致使進氣噪音增大。

鼓風機運轉時產生的噪聲噪聲主要包括氣動噪聲和機械噪聲兩部風，前者強度大，是鼓風機的主要噪聲。機械噪聲很容易識別，主要是鼓風機動不平衡或者摩擦等造成；鼓風機的氣動噪聲本質上是離散噪聲和寬帶噪聲的疊加，由葉輪旋轉形成，并最終通過前后風道傳播，其噪聲頻譜是由葉片通過頻率BPF的基頻和諧波疊加在寬帶噪聲頻譜上而組成。寬帶噪聲主要是湍流引起的噪聲，主要來源包括A）邊界層中的湍流；B）來自固體表面的渦流脫落；C）湍流來流和固體表面的撞擊。而離散噪聲（BPF噪聲）則是葉輪葉片的旋轉壓力場和壓力脈動與固體壁面的相互作用產生的噪聲。

聲源特性主要包括以下三種：

圖1 聲源特性

鼓風機的蝸殼壁面的壓力脈動呈現偶極子特性；所以鼓風機的噪聲源主要是偶極子聲源。

圖2 蝸殼壁面的壓力脈動

2、空調系統鼓風機降噪方案描述

用戶反饋某車型在空調開啟狀態下車內鼓風機處產生嗡嗡聲，嚴重影響了室內舒適度，通過噪音測試發現噪音較標桿車輛高2dB左右，故針對此上市車型做鼓風機降噪整改。

表1 實車與標桿車噪音測試數據對比

2.1 整改原則及目標

A）葉輪外徑不變；

B）蝸殼外輪廓基本不超出原設計尺寸；

C）適當考慮蒸發器進風的氣流優化需求；

D）風量和壓力滿足的前提下轉速下降200轉/分；

E）空調箱總成A權重聲壓級下降2分貝。

2.2 整改措施

影響鼓風機噪音的因素主要包括風量大小、葉型、葉片數目直徑等選型，鼓風機動態平衡、蝸殼設計以及磁場噪聲等。由于是實車整改只能從蝸殼和葉型做整改提升。

2.2.1 蝸殼優化方案

圖3 典型的蝸殼

采用標準對數螺旋方程：

r(t)=R*exp(ln(1+2*pi*tan(α))*t)α=8度

蝸舌間隙從5.8提升至7.5mm

輪廓基本沒有超出原設計，僅在靠近蝸舌的一側超出約2.5mm，而該側不存在和其它部件的干涉問題。

圖4 蝸殼修改示意圖

2.2.2 葉型優化方案

圖5 典型的葉型

采用設計軟件對葉型進行優化；

新設計改進主要包括：葉輪高度73.2mm→75.2mm；單圓弧等厚度葉型→多圓弧變厚度葉型；入口角 90度→75度；出口角 152度→160度。

圖6 葉片參數修改圖

3、方案驗證及整改結果

3.1 理論計算結果

表2 原設計2729rpm定轉速的性能參數

表3 新整改2500rpm定轉速的性能參數

新整改在2500rpm下的性能已經超越了原設計2729rpm的性能，尤其是中高風量。但從結果中也可以發現，該新設計扭矩會增加，意味著可能需要對電機進行改進，尤其在中風量區域，電機效率需要提高。

3.2 CFD計算結果

表4 優化前后CFD計算結果

圖7 計算結果線性圖

圖8 CFD計算結果（聲源場）

該結果與之前理論計算的結果一致，即優化方案在中高風量工況下可以有效降低葉輪轉速。

3.3 整改快件測試結果

從理論分析，快件測試結果可以看出，整改件在轉速和電流上均優于量產件，噪音下降2dB左右。

表5 快件與原件測試結果對比表

4、結論

本文主要介紹了某車型空調系統中的鼓風機的噪音及降噪整改方案，從噪音源出發，結合理論計算和CFD分析得出整改方案，修改完善葉型和蝸殼從而達到降噪的目標值。

[1] 鄧巧玲.噪聲分析基本方法介紹.9-10.

[2] 顧燦松,鄧國勇,何森東,汽車空調異響引起的車內噪聲研究與解決【J】.汽車技術,2008（11）：21-22.

Diagnosis and improvement of blower noise in a vehicle air conditioning system

Dong Qiqi
( The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230022 )

This paper introduces the needle of a vehicle air conditioning system blower noise problem for the analysis of the research; through the theoretical calculation and experiment and CFD analysis, puts forward the measures to confirm the modified fan volute and blade to achieve noise reduction, the problem is resolved.

Blower; noise; CFD analysis

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-15-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.006

董奇奇，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。