探讨风管机的风叶和蜗壳优化

探讨风管机的风叶和蜗壳优化

莫志成

关键词：风管机；风叶优化；蜗壳优化

引言

目前市面上的户式中央空调主要有三种，风冷热泵冷热水机组；多联机；风管送风式空调热泵机组，俗称风管机。在目前家用中央空调市场日趋增长的情况下，风管机因其价格较低、较高的机组能效比、便于引入新风等优点受到广大消费者的青睐。但由于风管机采用的是离心风叶，产生的噪声较大，经常受到用户的投诉，是现阶段亟需解决的问题之一。

一、风管机的工作原理

风管式空调机，俗称风管机。空调联接风管向室内送风，小型的全空气系统，其一般包括室内机和室外机两部分，两者之间通过铜线而实现相互连接。风管机运作首先由室外机将风抽进送风管，送风管连接各房间，然后抽进的风经过降温后通过送风管送出去。另外室内机也可以将室内风抽进送风管经过冷却在混合送出。这种简单运作方式也是风管机较便宜的方式，因此在一般家庭中可以常看到这样的风管机。

空调联接风管向室内送风，所谓高静压风管机就是风管式空调机采用的送风机是高静压风机，空调静压相当于机外余压，这是空调送风能力的一个参数，静压越大，送风扬程越长.因为风管式空调送风需通过风管，所以送风过程中会增加风压的损失，若不采用高静压风机的话，送到室内的风就很小。

二、风管机噪声产生机理

2.1噪声形成机理

风管机的噪声来源可分为三部分：风管机的风机机械噪声、电机噪声及离心风机噪声。其中离心风机所产生的噪声为风管机的主要噪声来源，降低离心风机噪声的产生有助于改善风管机的噪声较大问题。

离心风机噪声包括风叶旋转噪声和涡旋噪声。

旋转噪声又称为离散频率噪声。风叶在转动的过程中，通过窄面的蜗舌时挤压空气产生周期性的压力及速度脉动并向四周辐射产生噪声。在给定空间位置产生的压力，并不按正弦规律随时间变化，而是按脉冲形式。除基频外还有许多谐波成分，其频率为基频的整数倍。若压力脉冲很尖锐，在声频范围内有许多谐波成分。

涡旋噪声又称为紊流噪声。风叶在旋转过程中，空气受到风叶的阻挡在其背面形成一个相对静止的阴影区域。气流受到切向粘滞力的卷吸作用下逐渐形成涡旋胚并沿着风叶背面滑脱，经过不断发展后形成空气旋涡。在这一过程中，风叶要不断向周围空气施加一个周期性的反向作用力，造成空气的压缩和稀疏的过程，从而向四周辐射声波，产生涡旋噪声。

2.2离心风机的噪声控制

绝大部分的离心风机降噪的研究在于控制叶片通过频率噪声。而基频的产生来源在风叶和蜗壳四周集中区域，其噪声是由空气流与风叶和蜗壳的蜗舌之间的相互作用产生。其中风管机风机降噪的研究方法表现在以下方面：（1）增加蜗舌处间距；（2）增加蜗舌边缘的曲率半径；（3）使风叶和蜗舌边缘形成倾斜角；（4）在进、出口周围安装金属网格；（5）不规则的叶片间距；（6）在蜗壳内部装声学衬料；（7）离心风机的声学优化等。

本文从改变蜗舌间距、增加风叶叶片倒角、改变风叶径向长度及蜗壳增加导流圈这四个方面进行改进风叶和蜗壳。包括改变蜗舌间距、风叶叶片倒角及径向长度旨在改变风叶蜗壳区域内空气流场分布从而降低叶片通过频率的基频和其谐波的影响，减少有效的声辐射；在蜗壳增加导流圈，是通过改变风叶通道中的流动特性，使出口处的流动条件更均匀，降低所产生的噪声。

三、实验方法

本文通过使用改进后的风叶和蜗壳组合与某成熟风管机3.5kW机型进行对比测试，并分别比较不同方案下（不同的风叶和蜗壳组合）在风量、制冷能力及噪声的变化值。其中风叶和蜗壳的改进体现在蜗舌间距的大小、风叶叶片的倒角、风叶径向长度及蜗壳是否增加导流圈

四、结果分析

4.1风量对比

首先对某风管机3.5kW机型测试不同电机档位下的风量大小，调节电机档位（不同的电机档位电机转速不同），风量稳定后，每10min记录一组数据。同时记录风管机在不同的静压P下，风量Q的变化情况。

4.2性能对比

在确定最优风叶和蜗壳组合，在同一实验台进行性能测试，工况稳定后，开机运行一段时间后，在能力稳定1h后记录实验数据。3.5kW机型高风档及最优方案的三个电机档位都能满足该机型下的3.5kW的制冷量，且最优方案的三个档位下的能效比都要比成熟的3.5kW机型高。说明在相同转速下，最优方案的风管机的制冷能力要优于该成熟机型，同时提高其能效比。

4.3噪声对比

本文的目的是通过改进风叶和蜗壳的组合，在达到相同能力的情况降低风管机的噪声值大小。因此，将成熟的3.5kW机型与最优方案的风管机在半消音实验室进行噪声测试。比较风管机在不同档位下的噪声值大小，得出噪声与电机转速曲线。

在相同转速的情况下，最优方案的噪声值还要大于3.5kW成熟机型的噪声值，是由于最优方案在相同转速下风量值增大的缘故。最优方案的中高档（电机转速800rpm）的风量，性能能够达到成熟3.5kW机型高风档的同一水平，甚至更优。因此可以得出此时最优方案的中高档噪声值大小为30.67分贝，要优于该成熟机型高风档的噪声值32.85分贝，噪声值降低2.18分贝。说明在达到相同风量和制冷能力的前提下，改进后的风叶蜗壳组合要优于该成熟机型的风叶蜗壳组合，能降低风管机噪声值大小。

4.4具体结论

（1）在相同转速的情况下，最优风叶和蜗壳组合的方案下的风管机风量和制冷能力都有很大程度上的提高；

（2）在达到相同风量和制冷能力的情况下，最优的风叶和蜗壳组合的方案下的风管机能降低噪声2.18分贝。为研发新型的静音型风管机提供一定的实验依据。

结束语：本文设计改进风管机的风叶和蜗壳组合来解决当前风管机运行时噪声值较大的问题。通过与某成熟3.5kW机型在风量、制冷能力、噪声三方面的对比测试，得出一最优方案，并且该最优方案能够降低风管机的噪声值。

参考文献

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