管路設計分析

敬文博 董奇奇 周強

摘 要：空調(diào)管路是空調(diào)系統(tǒng)變動最頻繁的部件，管路的合理設計可以顯著提升空調(diào)系統(tǒng)性能。文章主要從減少能量損失、NVH性能提升的角度，對空調(diào)管路的設計進行分析和總結。

關鍵詞：空調(diào)管路;能量損失;傳遞路徑降噪

中圖分類號：U463.85+1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-52-03

Abstract： The pipelines are one part of components in air conditioners that prefer to continuous change. The rational design of pipelines of air conditioners can significantly improve their system performance. On the perspectives of the reduction of energy loss and promotion of NHV performance， this paper analysed and summarised the design of pipelines of air conditioners.

Keywords： Air conditioning pipeline; Energy loss; Transfer path noise reduction

CLC NO.： U463.85+1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-52-03

引言

在整車空調(diào)系統(tǒng)研發(fā)中，空調(diào)管路是最容易發(fā)生變更的部件。這是由空調(diào)管路的變更成本低、時間周期短、易于布置所決定的。在發(fā)艙布置中，空調(diào)管路一般在其余部件布置完成后，在有限的發(fā)艙空間內(nèi)完成最后的設計工作。在空調(diào)系統(tǒng)部件變更時，管路走向也需要進行重新匹配走向。在整車開空調(diào)降噪措施中，空調(diào)管路傳遞路徑的降噪也是經(jīng)常運用的方法。本文主要從減少能量損失、NVH性能提升的角度，對空調(diào)管路的設計進行分析和總結。

1 空調(diào)管路內(nèi)的能量損失

空調(diào)管內(nèi)部流動冷媒的狀態(tài)各不相同，吸液管路內(nèi)部是低溫低壓氣體，排氣管路內(nèi)部是高溫高壓氣體，液體管內(nèi)部是高溫高壓液體。上述流體流動，均按照在高熱負荷運行工況下進行分析，因此可以看做是不可壓縮黏性流體定常管流。其能量損失主要有沿程能量損失和局部能量損失。

1.1 沿程能量損失

由上式可知，擴大或者收縮的幅度越小，局部損失系數(shù)越小，局部能量損失也越小。

1.2.2 彎管

冷媒在彎管中流動，容易形成雙螺旋流動并產(chǎn)生損失。因此，在發(fā)艙布置中應盡量避免管路走向有過多的折彎。其局部損失系數(shù)隨彎管的總彎角、彎管管徑與彎管中心線的曲率半徑之比而變。總彎角越小、彎管管徑與彎管中心線的曲率半徑之比越小，局部能量損失越小。

2 空調(diào)管路傳遞路徑降噪

怠速開空調(diào)噪音是空調(diào)系統(tǒng)核心指標之一。在整車試制階段，壓縮機的選型布置工作都已經(jīng)完成，若此階段出現(xiàn)實車開空調(diào)噪音不達標的情況，鑒于壓縮機變更的長周期和高成本，通常都會在管路端增加消音器和管路支架上增加隔振墊的方案，試驗驗證壓縮機噪音的改善效果。

2.1 消音器

消音器的種類很多，鑒于成本及布置空間，空調(diào)管路一般采用外置消音器和內(nèi)置消音器。

2.1.1 外置消音器

外置消音器指單腔擴張式消音器，由一個進氣管路、擴張空腔、排氣管路組成，又分同軸消音器、側面出口消音器、同進同出消音器等（圖1），在吸氣管路和排氣管路均有布置。其主要原理都是借助管路截面突然擴張或者收縮引起管路內(nèi)的聲波反射作用達到消聲目的。同軸消音器的傳遞損失公式為：

由上式可知，同軸消音器的傳遞損失跟聲波頻率、擴張空腔長度、擴張比相關。聲波頻率由壓縮機噪音決定，是消音器可以過濾的中低頻噪音。擴張空腔的長度、聲波頻率與正弦函數(shù)相關，擴張空腔長度1/4聲波波長奇數(shù)倍時，消聲量最大。1/2聲波波長整數(shù)倍時，消聲量為零。擴張比越大，消聲量最大。因此，擴張空腔需要根據(jù)聲波頻率選擇合適的長度，擴張比越大越好。另外，側面出口消音器、同進同出消音器消音效果要優(yōu)于同軸線消音器，在布置空間允許的情況下，優(yōu)先選擇前者。

2.1.2 內(nèi)置消音器

內(nèi)置消音器用于吸氣管路端壓縮機噪音的消音。內(nèi)置消音器從結構上又分竹節(jié)型消音器、喇叭口型消音器、螺旋管型消音器。內(nèi)置于靠近壓縮機端的吸液管路軟管內(nèi)。內(nèi)置消音器的原理都是一樣的，都是在聲波通過消音器時，將其分解成正波和負波，在消音器末端匯合抵消。內(nèi)置消音器的消音頻率范圍窄，具體的消音頻率范圍需要試驗驗證確認。

2.2 隔振結構

由于壓縮機本體的機械振動、吸排氣脈動壓力引起的管路振動、以及與車內(nèi)其他部件的共振，在空調(diào)管路上增加隔振結構是常見的措施。常用的隔振結構有管路支架雙級隔振、將部分鋁管變更為軟管、壓縮機端吸排氣軟管增加配重塊。

3 結論

空調(diào)管路設計中，應盡量減少管路的長度，有利于沿程能量損失的減小。盡量減小管路截面突然擴大或者收縮的幅度，盡量減小彎管總彎角角度、彎管管徑與彎管中心線的曲率半徑之比，有利于局部能量損失的減少。

在傳遞路徑的降噪整改中，需要根據(jù)壓縮機噪音的頻率范圍，設計匹配合適的外置消音器、內(nèi)置消音器。在振動明顯部位可以通過增加相應的隔振結構，以達到有效解決噪音問題的目的。

參考文獻

[1] 孔瓏.工程流體力學（第四版）[M].北京：中國電力出版社，2014，7.

[2] 侯艷芳.汽車空調(diào)系統(tǒng)消聲器的聲學性能優(yōu)化[J].聲學技術，2014.

[3] 張良，李忠華，吳彥東，馮錦平，趙帥. 側面出口消聲器消聲機理及在空調(diào)管路的應用[C].2018年中國家用電器技術大會.論文集.

[4] 刁安娜，王宇，馮健美，等.天然氣壓縮機管路系統(tǒng)氣流脈動及管路振動分析[J].流體機械，2008，5：39-42.