在ANSYS相关模块支撑下的导流圈设计

2015-11-30李军华刘腾举王敏

家电科技 2015年10期

关键词：风叶轴流导流

李军华刘腾举王敏

（珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070）

在ANSYS相关模块支撑下的导流圈设计

李军华刘腾举王敏

（珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070）

导流圈是空调结构中的关键零件，合理的导流圈结构可以有效提高整机风量，改善整机噪音。在设计阶段，借用ANSYS相关软件辅助分析，可以提高设计效率，避免不必要的实验资源浪费。

导流圈；ANSYS；设计效率

0 引言

导流圈组件由导流圈、电机、轴流风叶组成。此组件的振动是整机振动噪音主要来源，振动噪音产生的原因有很多种，通常考虑的是气流的涡流声与组件的共振。其中共振对整机振动的影响最大。组件的运动部分为轴流风叶，轴流风叶设计转动的频率与整个组件设计固有频率接近或者相同时，就容易产生共振现象，从而产生振动大问题。图1为整机室外侧风道模型示意图。

1 导流圈主要设计思路

针对振动大问题，主要从结构角度出发为避免共振作出改进，导流圈作为组件的支撑零件，其设计的合理性尤为关键。

（1）在零件大小一定的前提下，通过选择不同的材料设计合理的零件重量；同时要求满足零件强度刚度的要求。

（2）对导流圈的薄弱部位通过加筋、对容易产生应力集中部位进行倒圆角等方式进行结构优化。

（3）由于轴流风叶与导流圈构成悬臂结构，为最大限度避免弯矩带来的负面影响，对导流圈电机座部分及与底盘固定部分增加筋条等特征加固处理。

（4）合理布局导流圈约束。尽可能减少螺钉的前提下，设计合适数量的螺钉固定导流圈与周围的零件。

（5）在保证轴流风叶与零件间隙的情况下，尽可能将导流圈直径减小(此零件为Φ332mm)，以达到提高流量的目的。

（6）通过软件分析，设计合理的形状来保证导流圈的效率达到最优，同时改善室外侧轴流风的流动，使整机的噪音值控制在合理的范围。

2 模型频率分析

通过模态分析提取组件固有频率，通过与风叶转动激振频率比较，确定固有频率是否在合理的范围以及作出更改结构的判断，通过ANSYS提取此组件固有频率如表1。

激振频率计算：风叶转速为1040r/min，叶片数为3片：

电机带动风叶转动激励对整个部件的振动影响最大，电源频率的影响次之。一般情况下，只需考虑基频及前几阶频率，其他的影响相对较小，由

此主要看52Hz、60Hz附近及3倍频之前的影响。由表1中提取的振动频率可知，没有处于52Hz和60Hz附近的固有频率，前20阶都不存在激振频率倍频的情况，导流圈组件不存在在风叶转动激励下的共振情况。前两阶振型图如图2、3所示，可见，导流圈的在前两阶稳定性较好，模态无明显情况，经初步分析导流圈组件振动情况符合设计要求。

图1 整机室外侧风道模型示意图

图2 20Hz振型图

图3 31Hz振型图

图4 第一种设计方案，简称模型1

3 模型对比分析

通过流体分析，选取另外两种设计模型与此模型对比，选取最优设计方案。设计初期，主要设计了三款模型，如图4、5、6所示，其中图5为某客户提供的优化模型。

通过ANSYS流体分析模块对此三种模型进行分析，分析结果如表2所示。三个导流圈在计算的时候不考虑换热，只计算了流场及流量，通过对比可以看出，流量大小顺序是：模型3＞模型2

＞模型1。

表1 软件提取的前10阶固有频率

表2 三种模型出口流量对比

表3 冷凝器三部分流量分布

表4 整机噪音测试结果

图7为冷凝器模型1、2、3部分示意图，用ANSYS fluent将模型2与模型3对应的冷凝器图示3个点处的风量比例进行对比，数据如表3所示。根据表3可以看出，改善后的模型3对于2处的流量提升作用最为显著。三处相加起来，模型3的流量要高于其他两款模型。由此，确定模型3为最优设计方案。

4 实验验证

对此组件所应用的整机进行噪音测试，测试结果如表4。

由实际测试结果看，噪音在可接受范围之内，经过实际体验，不存在“嗡嗡声”等音质问题。

将三种模型用于所要开发的机型上验证性能等参数，结果如表5。

由表5可以看出，模型3在能力、能效上都要明显优于其他两种模型，模型3较之于模型1，能效高达3.8个百分点，与模拟的结果基本保持一致。

5 结论

（1）在设计新产品时，将开发设计与理论分析及其他先进设计手段相结合使用，可以达到精确设计，节省人力成本与实验成本的目的；

（2）设计此类型零件时，将折弯侧的坡度减缓，增强了轴流侧出风的流动，利于折弯侧的散热，降低消耗功率；

（3）在满足间隙要求的前提下，将导流圈直径设计尽量设计的越小，这有利于提高流量；

（4）以上所提及导流圈在噪音方面仍有提升空间，可对导流圈高度进行评估细化，以使室外侧风量及噪音得到更进一步优化。

[1] 刘中杰等. 基于CFD的空调用轴流风叶设计选型. 制冷与空调. 2010年11月第10卷增刊: 278-280

[2] 赵亮等. 家用空调器室外机导流圈对内流场影响分析.制冷与空调. 2010年10月第5期: 35-38

[3] 张新华，天新浩，刘达德. 噪声与振动控制[M]. 北京:中国铁道出版社. 1999

[4] 许本文，焦群英. 机械振动与模态分析基础. 机械工业出版社. 1998

The design of Flow Guide based on correlative ANSYS module

LI Junhua LIU Tengju WANG Ming
（Gree Electric Appliances.Inc.of Zhuhai Zhuhai 519070）

Flow Guide is the key part of air-conditioner, Flow Guide with logical structure can advance air flow and noise of machine. Analyse the structure by relevant ANSYS software in design period may improve design efficiency and avoid needless waste of experiment resource.

Flow guide; ANSYS; Design efficiency