网罩、风轮、导风圈对空调室外机风量噪音的影响研究

1 引言

科技产品一直以来都受到人类的青睐，它在提升人们生活水平的同时，也时刻改变着我们的生活和思维方式[1]。随着人们对物质生活的不断追求，空调逐渐进入千家万户，然而空调室外机噪音大的问题严重影响了人们的使用体验感。因此，如何有效降低空调室外机的运行噪音成为了诸多研发者的热点课题[2]。

空调室外机与众多轴流风机风道相比，其内部结构相对紧凑复杂[3]。室外机的运行噪音主要由气动噪声、高频噪声和振动噪声3个方面组成[4]。合理高效解决空调室外机NVH（Noise Vibration Harshness）问题的关键在于对噪声源和空气或结构传递路径的识别[5]。Sawai[6]研究了涡旋式压缩机的噪音与压力的关系，结果表明噪声随压力增大而变大，随压力减小而变小，即表现出正相关关系。Julier[7]将双频旋转技术应用于高效检验压缩机管路的破损等缺陷程度。Shunya Hisashima和Kazoniro Tomimasu等[8]研究了噪音音质问题，表明噪音的频谱频率分布状况和声压级及声功率级的大小均对人耳的感受舒适性产生重大影响。Tatsumi Kanno等[9]深入研究了两相流的定性原理和定量噪声的评估。风轮的偏心程度及风轮与导风圈的距离会显著影响电机支架的振动噪音[10]。

本文通过实验研究了空调室外机前面板的导风圈结构、风轮位置及网罩疏密对风量噪音的影响，以期为室外机的开发设计提供实验依据。空调室外机的前面板导风圈、风轮位置及网罩如图1所示。

2 实验

以3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（187V～242V）下的送风风量及送风噪音。实验基本条件包括：75交流电机，配3uF电容，2排φ9冷凝器，1.4mm片距的翅片。实验基本条件如表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

3.1 网罩疏密性对空调室外机风量噪音的影响

通过制造不同疏密性的出风网罩，考察了网罩的疏密性对空调室外机风量噪音的影响，结果如表2、图2和图3所示。

由表2数据和图2可知，同一疏密性出风网罩随电压提高，风轮转速和室外机风量增加。相同电压下，不同疏密性的出风网罩外机风量不同，疏网罩比密网罩风量大。同电压下，疏网罩风量增加约10方，表明疏网罩有利于提升室外机的送风风量。由表2数据和图3可知，同一疏密性出风网罩随着风量增加，噪音增大。不同疏密性的出风网罩，同风量下噪音不同，同风量下疏网罩较密网罩噪音下降约0.5dB。表明增加室外机出风网罩的稀疏性有利于室外机提风量降噪音。

3.2 风轮位置对空调室外机风量噪音的影响

通过在风轮与电机轴之间增加垫片的方案，考察了风轮位置对空调室外机风量噪音的影响，结果如表3、图4和图5所示。

由表3数据和图4可知，同一风轮位置随电压提高，电机功率和室外机风量增加。相同电压下，风轮位置不同时的外机风量不同，风轮前移X后风量增大。同电压下，风轮前移风量增加20～30方，表明风轮前移有利于提升室外机的送风风量。由表3数据和图5可知，同一风轮位置随着风量增加，噪音增大。不同风轮位置，同风量下噪音不同，同风量下风轮前移室外机的噪音下降约0.5dB。表明前移风轮有利于室外机提风量降噪音。

3.3 导风圈长度对空调室外机风量噪音的影响

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，测试了不同长度的导风圈送风风量及噪音，结果如表4、图6和图7所示。

由表4数据和图6可知，同一导风圈结构随电压提高，电机功率和室外机风量增加。相同电压下，导风圈结构不同时的外机风量不同，导风圈长度加长到Y后风量增大。同电压下，导风圈加长风量增加85～100方，表明导风圈加长有利于提升室外机的送风风量。由表4数据和图7可知，同一导风圈结构随着风量增加，噪音增大；不同导风圈结构，同风量下噪音不同，同风量下，导风圈加长，室外机的噪音下降约1dB。表明加长导风圈有利于室外机提风量降噪音。

图1 空调室外机前面板导风圈、风轮位置和网罩

图2 网罩疏密性对室外机风量的影响

图3 网罩疏密性对室外机噪音的影响

图4风轮位置对室外机风量的影响

图5 风轮位置对室外机噪音的影响

表1 实验基本条件

表2 网罩疏密对外机风量噪音的影响

表3 风轮位置对外机风量噪音的影响

表4 导风圈结构对外机风量噪音的影响

3.4 设计规范对网罩疏密性/风轮位置/导风圈长度的影响

通过前文分析讨论可知，增加网罩的稀疏性和风轮前移均对室外机有提风量降噪音的效果。然而增加网罩的稀疏性和风轮前移不是无限制的，需要满足外机设计的安全规范（安规要求），即实验指从网罩插入不能触碰到内部风轮运动件（模拟手指插入网罩对人身安全的伤害），且一般指定风轮前端到网罩的最小设计间隙不低于20mm。

同样的，加长导风圈也是有限制的，导风圈的长度受到所选择的钣金材质和加工工艺的影响。导风圈过长，在模具冲压拉伸卷曲加工时会出现开裂的情况，且需要选用更高Cr含量的板材，成本上升、经济性下降。钣材中加入Cr有利于钣金内部的矛盾运动向有利于抵抗破坏的方向发展，即提升拉伸卷曲等性能。综合考虑经济性和加工工艺，3匹定速室外机的前面板选择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）。

4 结论

（1）随着出风网罩稀疏性增加，室外机风量增加，同风量下噪音降低0.5dB，增加出风网罩的稀疏性有利于室外机提风量降噪音。

（2）随着风轮前移，室外机风量增加20～30方，同风量下噪音下降0.5dB，风轮前移有利于室外机提风量降噪音。

（3）随着导风圈长度增加，室外机风量增加85～100方，同风量下噪音下降1dB，加长导风圈有利于室外机提风量降噪音。

（4）增加网罩稀疏性、风轮前移和加长导风圈均有利于室外机提风量降噪音，然而增加网罩稀疏性和风轮前移受到设计规范的限制，加长导风圈受到钣金材质和加工工艺的限制。

参考文献

[1] 毛义军, 祁大同. 叶轮机械气动噪声的研究进展[J]. 力学进展,2009,39(2):189-202.

[2] 陈佩雯. 家电销售渠道及未来发展[J]. 家电科技, 2010,(7):24-25.

[3] 周拨. 空调风扇系统结构设计与离散声辐射关联机制的研究[D]. 湖北:华中科技大学, 2009.

[4] 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.

[5] 李嘉通, 向宇, 靳江涛. 某车型空调压缩机支架NVH性能分析与优化.机械设计与制造, 2015,(3):58-61.

[6] Sawai K, Yamamoto S, Muramatsu S. Low-pressure type scroll compressor for air conditioners, National Technical Report(Matsushita Electric Industry Company), 2009,35(6),80-86.

[7] Juliar, Kazuhiro S. Measurement of vibration Energy-Flow in piping system of Air-Conditioner, Technical Review-Mitsubishi Heavy Industries,2008:25(3).

[8] Shunya Hisashima. Study on the vibration and stress of copper tubes in refrigerators and air conditioners, Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, C Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C,2007, 63(611),2201-2205.

[9] Tatsumi Kanno. Development of Noise Reduction Technique in Room Air Conditioner, Technical Review-Mitsubishi Heavy Industries,2008,35(2),92-95.

[10] 招伟. 空调室外机噪声源的系统分析与确定. 制冷与空调,2007,7(2):24-28.

图6 导风圈结构对室外机风量的影响

图7 导风圈结构对室外机噪音的影响