空调室外机的导风圈结构对风量噪音的影响研究

庞丰

广东美的制冷设备有限公司 广东佛山 528311

1 引言

随着人们生活水平的提高，空调已经进入千家万户，而室外机噪音大是一个普遍的用户痛点，如何有效的降低空调室外机的运行噪音，一直以来都是人们研究的热点课题[1]。

与众多轴流风机风道相比，空调室外机内部结构相对紧凑复杂[2]。室外机的运行噪声主要包括3个方面：气动噪声、高频噪声和振动噪声[3]。国内外学者基于空调室外机噪声进行了诸多实验和数值分析的研究。欧阳华[4]应用PIV和CFD相结合的方法，研究室外机的上下并联轴流风机系统的气动及声学特性，结果表明尾缘涡脱落噪声是主要的噪声源，并采用噪声预测模型预测了室外机的噪声，研究结果满足实际工程所需。丁国良[5]等通过研究导流罩对空调器室外机噪声的影响，提出可优化设计导流罩的方案。Jiang Tian[6]等通过采用PIV法测量空调室外机的流场，建立了流场与噪声的辐射关系，并捕捉到了室外机轴流风机叶顶涡结构以及其运动轨迹。Jang[7]等采用LDV法详细测量了叶片顶部与导风罩间的复杂流场，为风机叶片及导风罩优化设计提供了理论依据。Caro[8]等研究了类似空调器室外机结构的车载制冷系统，表明进气紊流和尾缘涡脱落会增加轴流风机系统的宽频噪声。游斌等[9]采用数值分析和PIV实验研究相结合的方法，深入研究了空调轴流风机的旋涡流动现象。田杰等[10]采用PIV技术研究了空调器室外机轴流风机的内部流场，分析了叶尖涡及尾缘涡的流动特性。Yasuhiko[11]为提高气动性能和降低噪声特性，通过研究修改叶片扩压器的外形，并用丹麦B&K4133型声压传感器测量了不同外形扩压器对离心叶轮噪声频谱的影响。

本文通过实验研究了空调室外机前面板导风圈的高度、长度和弧形段对风量噪音的影响，以期为室外机的开发设计提供实验依据。空调室外机前面板和导风圈结构如图1所示。

2 实验

以2匹定速室外机为实验箱体，采用交流电机调节电压改变风轮转速方案，研究了不同电压下不同转速的送风风量及制热工况下的送风噪音。其中送风风量于常温下测试，制热工况为外机制冷7℃环境工况，交流电机配4uF电容。实验电压及对应转速如表1所示。（出于技术保护需求，具体的机型和有关设备型号未示出，核心实验数据用字母代替。）

3 结果与讨论

空调室外机的导风圈位于面板出风口处，对由轴流风轮驱动的空气流体起导风效果，其结构长度、高度及弧形段对送风风量和噪音起到举足轻重的作用。

3.1 导风圈的长度对风量噪音的影响

通过制作不同长度导风圈的前面板，装配替换初始长度导风圈的面板，导风圈长度如图2所示。测试了不同长度的导风圈送风风量及噪音，结果如表2、图3和图4所示。

由表2数据和图3可知，同一导风圈随着转速提高，风量增加。同一转速下，不同导风圈风量不同，不同的导风圈随导风圈长度增加风量增加。当导风圈长度增加为a时，同转速下风量增加35～65方，当导风圈长度增加为b时，同转速下风量增加60～85方，当导风圈长度增加为c时，同转速下风量增加65～100方。表明加长导风圈有利于提升室外机的送风风量。

由表2数据和图4可知，同一长度导风圈随着风量增加，噪音增大。不同长度的导风圈，同风量下噪音不同，随着导风圈的长度增加，噪音依次减小，当导风圈长度由a增加至b、c至d时，噪音下降0.5～1dB，表明加长导风圈具有提风量降噪音的效果。

3.2 导风圈的弧形段对风量噪音的影响

通过制作不同弧形段结构导风圈的前面板，导风圈弧形段如图5所示，测试了不同弧形段的导风圈送风风量及噪音，结果如表3、图6和图7所示。

由表3数据和图6可知，同一弧形段导风圈随着转速提高，室外机的送风风量增加。同一转速下，不同弧形段的导风圈风量不同，不同的导风圈随导风圈弧形段增加风量先增加，后减小。当导风圈弧形段由r增加至R时，风量增加30～140方，当导风圈弧形段由R增加至RR时，风量下降30～80方。表明室外机的送风风量随导风圈弧形段的增加先增加、后下降，导风圈的弧形段等于R时最佳。

由表3数据和图7可知，同一弧形段导风圈随着风量增加，噪音增大。不同弧形段的导风圈，同风量下噪音不同，随着导风圈弧形段的增加，噪音先减小后增大。当导风圈弧形段由r增加至R时，噪音下降0.5～1dB，当弧形段由R增加至RR时，噪音上升0.5dB，表明当导风圈弧形段为R时，对室外机提风量降噪音最有利。

表1 实验条件

图1 室外机前面板及导风圈示意图

图2 导风圈的长度(图中截面标黄段)

图3 导风圈长度对室外机风量的影响

图4 导风圈的长度对室外机噪音的影响

图5 导风圈的弧形段(图中截面标黄段)

图6 弧形段对室外机风量的影响

图7 弧形段对室外机噪音的影响

表2 导风圈长度对室外机风量噪音的影响

3.3 导风圈的高度对风量噪音的影响

通过制作不同高度导风圈的前面板，装配替换初始高度导风圈的面板，导风圈高度如图8所示。测试了不同高度导风圈的送风风量及噪音，结果如表4、图9和图10所示。

由表4数据和图9可知，同一高度导风圈随着转速提高，室外机的送风风量增加。同一转速下，不同高度的导风圈风量不同，不同的导风圈随导风圈高度增加风量增加。当导风圈高度由h增加至H时，风量增加50方，表明增加导风圈高度有利于提升室外机的送风风量。

由表4数据和图10可知，同一高度导风圈随着风量增加，噪音增大。不同高度的导风圈，同风量下噪音不同，随着导风圈高度的增加，同风量下噪音减小。当导风圈高度由h增加至H时，同风量下噪音下降0.3～0.5dB，表明增加导风圈高度有利于室外机提风量降噪音。

3.4 钣金材质及加工工艺对导风圈结构的影响

通过前文的分析讨论可知，导风圈的长度和高度对室外机的风量和噪音均有正向作用，导风圈的弧形段R也会影响室外机的风量和噪音，然而导风圈的长度、高度和弧形段均受到所用钣金的材质和加工工艺的限制。

空调室外机常用的热镀锌板型号主要有DX51D、DX52D、DX53D和DX54D，它们软硬程度不同。通常情况下，钣材型号从51D～60D，硬度依次减小，板材中Cr含量逐渐增加，随着Cr含量增加，材料越来越软，可冲压拉伸性能越来越好，但经济成本也越来越高。前面板的加工工艺主要包括拉伸、冲压、折弯、卷曲和表面喷涂，其中决定导风圈参数（长度、高度和弧形段）最重要的工序为拉伸和卷曲，钣材中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗破坏的方面发展，若选用低Cr含量的钣金，导风圈在拉伸工序时，极易导致开裂现象。综合考虑经济性和可加工性，2匹定速室外机的前面板选择了DX54D钣材（低匹数小外机前面板对拉伸性能要求低，可优选经济性更好的DX53D钣材）。

表3 弧形段对室外机风量噪音的影响

表4 导风圈高度对室外机风量噪音的影响

图8 导风圈的高度

图9 导风圈高度对室外机风量的影响

图10 导风圈高度对室外机噪音的影响

4 结论

（1）随着导风圈长度的增加，风量增加，当导风圈长度由a增加至c时，风量可增加35～100方。随着风量的增加，噪音增大，当导风圈长度由a增加至c时，同风量下噪音减小0.5-1dB。表明加长导风圈具有提风量降噪音的作用；

（2）随着导风圈弧形段的增加，风量先增加后下降，当导风圈弧形段由r增加至R时，风量可增加30～140方，当弧形段由R增加至RR后，风量下降30～80方。随着风量的增加，噪音增大，当导风圈弧形段由r增加至RR时，同风量下噪音先减小0.5～1dB，后上升0.5dB。表明导风圈弧形段为R时最有利于室外机提风量降噪音；

（3）随着导风圈高度的增加，风量增加，当导风圈高度由h增加至H时，风量可增加50方。随着风量的增加，噪音增大，当导风圈高度由h增加至H时，同风量下噪音减小0.3～0.5dB。表明加高导风圈具有提风量降噪音的作用；

（4）导风圈的长度和高度对室外机提风量降噪音有正向作用，但这种正向作用受到钣金材质和加工工艺的限制。

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[5] 丁国良, 胡俊伟. 导流罩对空调器室外机噪声的影响[J]. 机械工程学报, 2006.42(3):136-141.

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