关于壁挂式空调器室内机旋转噪音问题研究分析

关于壁挂式空调器室内机旋转噪音问题研究分析

周文伟 ,刘慧

珠海格力电器股份有限公司家用空调技术开发部  广东珠海  519070

摘要  

本文针对在壁挂式空调器室内机噪音测试时在高风档和超强档转速运行下出现的噪音值较高，且旋转噪音较为明显的问题进行研究分析，得出相应的解决方案，并进行实验验证，得出后续的预防措施。

关键词    壁挂式空调器；旋转噪音；

1  引言

壁挂式空调器的应用越来越广泛，且用户对于空调器的整体使用性能也越来越重视，其中用户较为关注的一个问题就是空调器在运行状态下的噪音问题，壁挂式空调器室内机旋转噪音大会直接影响的生活作息，严重的情况下会造成用户的投诉，影响产品品牌形象。而壁挂式空调器室内机的噪音问题主要体现在贯流风机噪声问题，也即贯流风机的气动噪声问题，气动噪声主要是由气流运动过程中的压力脉动引起的，和贯流风机的结构形式以及湍流状态相关。因此，本文针对壁挂式空调器室内机旋转噪音问题进行研究分析，为后续的产品开发提供一定的预防性措施。

2 原因分析

贯流风机由于结构较简单、送风均匀、动压高、噪音低等特点在空调末端换

热送风装置上得到了广泛应用。蜗舌作为贯流风机进风侧和送风侧的转折分界对风机的内流特性有重要影响, 同时也是决定风机旋转噪声的一个主要部件。通过查阅相关文献得知贯流风机的噪声源主要可以分为两个部分, 其一是宽频低幅的湍流噪声（部分文献称为涡流噪声）, 其二是窄频带高幅值的通道噪声（旋转噪声）。

贯流风机湍流噪声形成的原因包括: ①沿不同流线的气流,预旋系数各不相同,因而对叶片而言,攻角的变化范围很大,在叶轮内被强制折转时也是如此,由此引起叶片前缘处的干扰噪声。②叶片表面边界层充分发展后形成附着湍流边界层引起的噪声。③叶片表面边界层分离,因分离点的不稳定性引起的分离流噪声。风机的流量增大,相应的动压头也增大,湍流噪声也增强。

旋转噪音产生的原因是：当气流流过叶片时, 在叶片表面形成附面层,特别是吸力边的附面层容易加厚, 并产生许多漩涡。在叶片尾缘处,吸力边与压力边的附面层汇合形成尾迹区。在尾迹区内,气流的压力与速度都大大低于主气流区。由于尾迹区的存在,气流的速度和压力都不均匀。这种不均匀的气流作用在蜗壳上,于是在蜗壳上形成了压力随时间的脉动。尤其在蜗舌处,由于该处与叶轮的间隙较小,这将产生更强的压力脉动,因而形成了叶片通过频率和其谐波的声波辐射。贯流风机的气动噪声的最大值通常在风机基频f1 附近, 在频谱上基频f1 及其整数倍(即谐频)处,噪声声强级明显比其它频率处高得多,峰值最高。等距叶轮旋转噪声的基频f1 和谐频计算公式为:

其中：n—叶轮转速( r/m in) ; Z —叶片数；i—谐波序号1,2,3……（i

为1时为基频）

对测试样机的噪音测试频谱进行分析，超强风档制冷情况下，噪声总值为43.9dB(A),超过企标规定值，峰值为24.7dB（A），峰值频率为732Hz，如（图1）。高风档噪音总值38.5 dB(A)，峰值为22.6 dB(A)，峰值频率为620Hz，如图2.

图1

图2

通过基频公式计算本贯流风叶在超强风挡的基频：

=1250*35/60=729.16Hz

频谱显示，峰值频率为732Hz，在风叶基频附近。由此可知，超高风挡噪音总值超标，旋转噪音占有很大的比例。

通过基频公式计算贯流风叶在高风档的基频：

=1060*35/60=618.3Hz

高风档的噪音峰值处频率为620Hz，在基频附近。

由两风挡的频谱计算分析，噪音峰值均出现在基频附近，相对湍流噪声

的声压等级来说，旋转噪音声压影响更大，旋转噪声明显，与体验结果一致。

要改善噪音品质，降低噪音等级，解决改善旋转噪音是有效且必须的一环。

3解决方案

通过贯流风机的气动噪音来源分析，贯流风机的气动噪音包含两大类即湍流噪音和旋转噪音。改善噪音品质和减小噪音值可以通过两个方面入手：

1.减小湍流噪声；2、减小旋转噪声。

3.1减小湍流噪音措施

湍流噪音是由贯流风机的增压原理所产生，由于运行机理的限制，在贯流风机运行过程中必然产生湍流噪声且无法被消除。相关研究文献表明：湍流噪音与

贯流风机的流量存在正向关系，即贯流风机的流量增大,相应的动压头也增大,湍流噪声也增强。故小贯流风机的流量可以减小湍流噪声的强度。

对整机的风量进行测试，在1250rpm情况下，风量可达到682.2m3/h，与对标机型进行对比后评估，整体的风量比对标机型高，风量可适当减小，可以将风机转速适当降低。控制器更改程序，将贯流风机的驱动电机的超高风挡和高风档转速降低50转，由1250、1060降低至1200、1010 r/min，降低风机转速从而

减小送风系统的空气流量，从而减小风机压头，减低湍流噪声。

3.2减小旋转噪音措施

降低旋转噪声的方法，就是破坏贯流风叶运行时尾迹区周期性扫过底壳蜗舌产生的脉动的在相位上的叠加。实现方式通常为改变贯流风叶的错位角、对蜗舌进行不等间距调制、对后蜗舌进行不等间距调制等。使空气在经过贯流风机加速后同一节风叶内流出的空气撞到蜗舌的时间不一致，撞击的强度也不一致，导致空气脉动产生的机械波的相位不一致，相邻两个叶片撞击蜗舌的相位差也各不相同,传播过程中谐波相干后在基频f1处的峰值被消弱为数值较小的分布值,并使

贯流风叶的总噪声级明显下降。

我们对后蜗舌进行不等间距调制处理（如图3），具体为后蜗参考贯流风叶中节长度进行调制，横向和纵向同时进行渐变，每一段渐变长度与贯流风叶的中

节长度相等，同一中间段内任意两点的空间位置均不一致（如图4）。

图3

图4

4验证结果

按照如上的解决方案绘制模型，利用ansys软件对风道进行CDF仿真分析，对更改前后的风道流场进行分析，对比风量、噪音的变化。

如图5、图6所示，更改前、后内机宽频噪音分布如图

图5

图6

按照后蜗舌调制的模型制作手板，将手板装机后送实验室进行噪声测试。在噪音实验室测试制冷、制热、送风模式下内机侧的噪声总值和峰值。

制冷模式下超强档和高风档噪声数值如下：

超强档下噪声测试频谱如图7，高风档噪声频谱如图8：

图7

图8

从频谱上看，超强档的总值下降了1.7dB，峰值下降了0.8dB。改善效果明显；高风档总值下降2.1dB，峰值2.3dB，改善效果明显。且频谱上载峰值附近无特别凸出峰值，未出现较强的离散噪声。现场体验亦没有明显的旋转噪音，频谱结果和体验结论一致。

按照上述验证方案对室内机底壳进行改模，改模后的样件装机进行噪音测试，经过多次噪声测试，测试结果均满足企标要求，且体验良好，无旋转噪音等异常噪音问题。

5预防措施

针对湍流噪音的措施是确定合理的风机转速，在满足风量的要求的情况下首先确定风机的最低转速，从而降低噪音的总值。

针对旋转噪音的措施有如下方案：

蜗舌由平滑改为锯齿形，锯齿可根据需要设计为左右倾斜分布式或者垂直分布式；

蜗舌调制处理，即蜗舌峰顶位置上下按照一定的系数周期性的变化，使同一贯流风叶中节长度的气流扫过蜗舌的口部位置的时间皆不同；

蜗喉位置加高或者减短，改变气流进入风道系统的切入点；

对蜗喉位置进行调制处理。

参考文献

[1].徐勇  影响分体挂壁空调贯流风机旋转噪音的因素   硅谷 2014-02

[2].刘飞; 王嘉冰; 胡亚涛; 刘敏; 甘加业; 吴克启  贯流风机涡结构与噪声特性的数值研究  工程热物理学报  2009-01

[3]. 陈安邦; 李嵩; 黄东涛  贯流风机气动噪声数值预估  清华大学学报(自然科学版)  2007-02