分体壁挂式房间空调器风道系统对风量和噪声的影响分析

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  【摘要】空调器的风道系统是影响空调器性能和设计成本的关键,是考核空调器优劣的重要参数。以前研究人员往往对风系统中风道蜗舌、风扇也进行了研究,但都是比较分散的,没有从整机角度出发来进行比较全面的完整的研究。本文以分体挂壁式房间空调器风道原理为依据,通过计算及试验验证,确定最佳风道系统,并从机组的整体角度出发,进行比较全面的研究和总结,为以后在分体空调器的整机设计中起到借鉴作用。
  【关键词】风道;风量;噪音
  0.前言
  对于分体壁挂式房间空调器而言,空调器内机的风道是内机的重要组成部分,它直接影响空调器内机循环风量的大小、机组的噪音高低,从而对机组的性能有重要的影响。
  房间空调器风系统由底座上9的风道,贯流风扇3、导风门12等零部件组成,其中贯流风扇3是风道是其重要组成部分,风道是贯流风扇将气流从进口到出口所经过的轨道。
  风道主要包括(分)负压区、旋转区、正压区等部分组成。
  所谓的负压区是蜗舌上方,除贯流风扇部分3,还有面板6、中框8或者底座9上的进风格栅,蒸发器器组件7及过滤网组件4等零件组成(见图1),对分体壁挂机而言,进风面积大小和中框8上进风格栅的形状直接决定进风方向以及机组的性能。
  旋转区域就是贯流风扇3叶片部分,是风道组成的重要组成部分。
  正压区主要是底座9与导风门12及积水盘1上的蜗舌部分型线组成的一个区域。
  对机组而言,贯流风扇和风道形状在直接影响风量大小和噪音高低。
  1接水盘、2正压区上导风壁、3贯流风扇、4过滤网组件、5风道负压区、6面板、7蒸发器组件、8中框、9底座、10风道正压区、11正压区下导风壁
  图(1)
  1.主要参数设计计算:
  下面就风道上风道的风量进行计算和试验数据比较(对应我司KFR-35G/VB机型):
  在开发中有4个主要性能评价参数[1]分别为:流量系数Φ、总压系数ψ、功率系数λ、效率
  流量系数(1) ¢=Q/πND2L
  总压系数(2) ψ=2P/ρπ2ND2
  功率系数(3)λ=2L/ρπ3N3D 4L
  效率(4 )η= ¢ψ/λ=QPN/L
  Q:风机的体积流量,单位m3/s;
  L:叶轮的长度,单位为m;
  PT:风机系统的全压升,单位为mmAq;
  D2:叶轮外径,单位为m;
  N:叶轮转速,单位为r/s;
  ρ:气体密度,单位Kg/m3;
  T:作用于风机上的力矩,单位为N*m。
  将涡壳和L值进行变化:计算如表(1)
  表(1)
  系数变化曲线如下
  根据上述结算,对应我司的KFR-35G/VB机型,进行了如下实验,数据见表(2)
  表(2)
  從实验数据来看,L增加20是风量最大,与计算结果相同。
  下面就蜗舌上面高度H变化对风量的影响进行计算和试验分析
  计算数据计算见下表(3):
  表(3)
  试验数据见表(4)
  表(4)
  从上述试验结果来看,H增加,风量明显降低。与计算结构相同。
  2.蜗舌与贯流风扇及底座蜗壳与贯流风扇的间隙进行分析:见(图2)
  图2
  从图2可以看出,在底座蜗壳与轴流之间形成涡流区,俗称阻断区,在蜗舌与轴流之间也形成涡流区,俗称偏心区,这两个区是影响机组风量和噪声的重要因素,一般而言,阻断区影响风量,偏心区影响噪声。
  贯流风机的主要几何参数有:蜗舌与叶轮的最小间隙E;蜗壳与叶轮的最小间隙E2;叶轮内径为D1,叶轮外径D2;直径比D1/D2。
  叶轮内速度场分布取决于涡心的位置和循环流的范围。实践中发现,不同的舌部位置和壳体形状、风机的进出口压差等,对于涡流位置有明显的影响。因此,叶轮内的气流运动情况复杂。属于二元流动,计算都有很大的近似性,根据具体的实验数据,大致可以确定相关参数的最佳范围。叙述如下:
  直径比D1/D2=0.8~0.86;间隙E1=(4%~5%)D2;间隙E2=(4%~6%D2
  (1)蜗舌间隙对风机性能影响较大,蜗舌间隙应尽可能的小,但蜗舌间隙太小会引起较大的噪声,综合工艺以及性能考虑,蜗舌间隙一般取3.5-5mm;在设计和制造产品是一定要保证蜗舌的直线度,防止蜗舌与贯流风扇的间隙不均。
  (2)进口处蜗舌安装角在低流量时对性能基本没有影响,但中等流量时性能会随着安装角的改变而改变,并在一定范围内使得全压系数达到最大值;
  (3)蜗壳间隙的大小对性能有一定影响,适当增大蜗壳间隙可使流量提高,间隙处的过流面积增大,因而引起的气动噪声也相应较小,风机的整体性能提高,但是蜗壳间隙过大,气体更多从蜗壳间隙流出,经叶轮的气流减少,使得风机的效率降低;在设计时要求充分工艺参数对该间隙的应影响,如我司的KFR-35G/VB底座,必须考虑防止底座由于变形将此间隙变大,出风量减小。
  3.实用举例
  对于我司开发了KFR-35GW/VB空调器的设计任务,根据实际要求的外观尺寸为850×280×195,我们选择了采用直径为95、92和98等多种不同直径、不同叶型(直叶、等距、不等距等)的风叶以及不同风道型线的风道进行CNC手板试验,在相同噪声要求的情况下,风量数据见(表5)。
  表(5)
  如上所示,我们最终选定采用95叶型直叶的风叶(D1/D2=0.85)以及风道系统,蜗舌间隙3.5mm,后经实际开模出零件验证,该风道系统性能较稳定,噪声声质量较好,能够满足整机的设计和评价需求。
  以上实例证明,不同的风道系统对于整机的风量以及噪声都有很大影响,实际开发中应先进行初步的理论计算,然后再安排制作多个手板验证,最终确认具体开模方式,能够较好的完成开发任务。
  4.结论
  (1)在通过计算和试验,说明蜗壳顶部结构的高度对风量的影响。
  (2)通过分析和试验,说明蜗壳和蜗舌间隙对噪声和风量的影响。
  (3)通过试验和验证数据的正确性。[科]
  
  【参考文献】
  [1]游斌,区颖达.影响横流风机性能的各几何因素[J].风机技术,1997(6):22-25.
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