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摘 要：风管机的噪声问题一直是消费者关心的地方。本文通过优化风管机的风叶和蜗壳组合，利用实验测试的方法比较分析了优化前后风管机的风量、制冷能力、噪声三个方面的变化量，得出了经过优化后的风叶蜗壳能够降低风管机的噪声值大小。
关键词：风管机 风叶 蜗壳 噪声
The Study on the optimizing of Ducted Type Air Conditioner Blades and Volute
Huang Qiang
Abstract. The customers always pay close attention to the noise of the ducted type air conditioner. In this paper， by optimizing the ducted type air conditioner blades and volute， it analyses the change of the air flow， cooling capacity and noise in three aspects after optimizing the blades and volute. It is obtained that the noise level can be reduced through a combination of the optimized blades and volute in ducted type air conditioner.
Keywords： Ducted Type Air Conditioner， Blades， Volute， Noise
1 引言
目前市面上的户式中央空调主要有三种，风冷热泵冷热水机组；多联机；风管送风式空调热泵机组，俗称风管机[1，2]。在目前家用中央空调市场日趋增长的情况下，风管机因其价格较低、较高的机组能效比、便于引入新风等优点受到广大消费者的青睐。但由于风管机采用的是离心风叶，产生的噪声较大，经常受到用户的投诉，是现阶段亟需解决的问题之一。
本文针对某系列风管机噪声较大的问题，改进风管机的离心风叶和蜗壳组合，通过实验测试解决了噪声较大难题。为研发新型的风管机提供实验数据及参考意见。
2 风管机噪声产生机理
2.1噪声形成机理
风管机的噪声来源[3，4]主要可以分为三个部分：风管机的风机机械噪声、电机噪声以及离心风机噪声。其中离心风机所产生的噪声为风管机的主要噪声来源，降低离心风机噪声的产生有助于改善风管机的噪声较大问题。
离心风机噪声包括风叶旋转噪声和涡旋噪声。
旋转噪声又称之为离散频率噪声。风叶在转动的过程中，通过窄面的蜗舌时挤压空气从而产生周期性的压力以及速度脉动并向四周辐射产生噪声。在给定空间位置产生的压力，并不按正弦规律随时间变化，而是按脉冲形式。除基频外还有许多谐波成分，其频率为基频的整数倍。如果压力脉冲很尖锐，在声频范围内可以有许多谐波成分。旋转噪声的频率为
涡旋噪声又称为紊流噪声。风叶在旋转的过程中，空气受到风叶的阻挡在其背面形成一个相对静止的阴影区域。气流受到切向粘滞力的卷吸作用下逐渐形成涡旋胚并且沿着风葉背面滑脱，经过不断的发展后形成了空气旋涡。在这一过程中，风叶要不断向周围空气施加一个周期性的反向作用力，造成了空气的压缩和稀疏的过程，从而向四周辐射声波，产生了涡旋噪声。涡旋噪声的频率为
2.2离心风机的噪声控制
从文献[5，6，7]中可知，绝大部分的离心风机降噪的研究在于控制叶片通过频率噪声。而基频的产生来源在风叶和蜗壳四周集中区域，其噪声是由空气流与风叶和蜗壳的蜗舌之间的相互作用产生的。其中风管机风机降噪的研究方法表现在以下几个方面：（1）增加蜗舌处间距；（2）增加蜗舌边缘的曲率半径；（3）使风叶和蜗舌边缘形成倾斜角；（4）在进、出口周围安装金属网格；（5）不规则的叶片间距；（6）在蜗壳内部装声学衬料；（7）离心风机的声学优化等。
本文从改变蜗舌间距、增加风叶叶片倒角、改变风叶径向长度以及蜗壳增加导流圈这四个方面进行改进风叶和蜗壳。其中包括改变蜗舌间距、风叶叶片倒角以及径向长度旨在改变风叶蜗壳区域内空气流场分布从而降低叶片通过频率的基频和其谐波的影响，减少有效的声辐射；在蜗壳增加导流圈，是通过改变风叶通道中的流动特性，使出口处的流动条件更加均匀，从而降低所产生的噪声。
3 实验方法
本文通过使用改进之后的风叶和蜗壳组合与某成熟风管机3.5kW机型进行对比测试，并分别比较不同方案下（不同的风叶和蜗壳组合）在风量、制冷能力以及噪声的变化值。其中风叶和蜗壳的改进体现在蜗舌间距的大小、风叶叶片的倒角、风叶径向长度以及蜗壳是否增加导流圈
4 结果分析
本文通过测试不同的改进方案选出一最优方案，比较分析风量大小，能力，噪声大小，最终与某成熟机型的各个参数进行对比。
4.1 风量对比
首先对某风管机3.5kW机型测试不同电机档位下的风量大小，调节电机档位（不同的电机档位电机转速不同），风量稳定后，每10min记录一组数据。同时记录风管机在不同的静压P下，风量Q的变化情况。结果如下
4.2 性能对比
在确定最优风叶和蜗壳组合，我们在同一焓差实验台进行性能测试，工况稳定后，开机运行一段时间后，在能力稳定1h后记录实验数据。结果如下
可以看出3.5kW机型高风档以及最优方案的三个电机档位都能满足该机型下的3.5kW的制冷量。且最优方案的三个档位下的能效比都要比成熟的3.5kW机型高。说明，在相同转速下，最优方案的风管机的制冷能力要优于该成熟机型，同时提高了其能效比。 4.3 噪声对比
本文的目的是通过改进风叶和蜗壳的组合，在达到相同能力的情况降低风管机的噪声值大小。因此，我们将成熟的3.5kW机型与最优方案的风管机在半消音实验室进行噪声测试。比较风管机在不同档位下的噪声值大小，得出噪声与电机转速曲线。
从上图可以看出，在相同转速的情况下，最优方案的噪声值还要大于3.5kW成熟机型的噪声值，是由于最优方案在相同转速下风量值增大的缘故。但由前文性能比较分析可知，最优方案的中高档（电机转速800rpm）的风量，性能能够达到成熟3.5kW机型高风档的同一水平，甚至更优。因此，可以得出此时最优方案的中高档噪声值大小为30.67分贝，要优于该成熟机型高风档的噪声值32.85分贝，噪声值降低了2.18分贝。说明在达到相同风量和制冷能力的前提下，改进后的风叶蜗壳组合要优于该成熟机型的风叶蜗壳组合， 能够降低风管机噪声值大小。
5 总结
本文设计改进了风管机的风叶和蜗壳组合来解决当前风管机运行时噪声值较大的问题。通过与某成熟3.5kW机型在风量、制冷能力、噪声三个方面的对比测试，得出一最优方案，并且该最优方案能够降低风管机的噪声值。具体的结论为：
（1）在相同转速的情况下，最优风叶和蜗壳组合的方案下的风管机风量和制冷能力都有了很大程度上的提高；
（2）在达到相同风量和制冷能力的情況下，最优的风叶和蜗壳组合的方案下的风管机能够降低噪声2.18分贝。为研发新型的静音型风管机提供了一定的实验依据。
参考文献
[1] 饶荣水. 风管机系统设计中的问题探讨. 中国建设信息供热制冷专刊，2004，10：45-49.
[2] 付望锋. 多翼离心风机内部流场分析、参数优化及噪声预测[M].华中科技大学，2012.
[3] 袁旻忞. 风机封闭系统内噪声模拟分析. 科学技术与工程，2012，20（13）：5920-5927.
[4] 刘桥梁. 空调风机噪声的产生机理及控制途径. 风机技术，2004，4：56-60.
[5] 刘国丹. 多翼离心风机噪声控制方案的优化研究. 噪声与振动控制，2007，4（2）：123-127.
[6] 钟芳源.叶片机械风机和压气机气动声学.
[7] 刘路. 多翼离心风机叶轮的结构优化研究[M]. 浙江工业大学，2011.
关键词：风管机 风叶 蜗壳 噪声
The Study on the optimizing of Ducted Type Air Conditioner Blades and Volute
Huang Qiang
Abstract. The customers always pay close attention to the noise of the ducted type air conditioner. In this paper， by optimizing the ducted type air conditioner blades and volute， it analyses the change of the air flow， cooling capacity and noise in three aspects after optimizing the blades and volute. It is obtained that the noise level can be reduced through a combination of the optimized blades and volute in ducted type air conditioner.
Keywords： Ducted Type Air Conditioner， Blades， Volute， Noise
1 引言
目前市面上的户式中央空调主要有三种，风冷热泵冷热水机组；多联机；风管送风式空调热泵机组，俗称风管机[1，2]。在目前家用中央空调市场日趋增长的情况下，风管机因其价格较低、较高的机组能效比、便于引入新风等优点受到广大消费者的青睐。但由于风管机采用的是离心风叶，产生的噪声较大，经常受到用户的投诉，是现阶段亟需解决的问题之一。
本文针对某系列风管机噪声较大的问题，改进风管机的离心风叶和蜗壳组合，通过实验测试解决了噪声较大难题。为研发新型的风管机提供实验数据及参考意见。
2 风管机噪声产生机理
2.1噪声形成机理
风管机的噪声来源[3，4]主要可以分为三个部分：风管机的风机机械噪声、电机噪声以及离心风机噪声。其中离心风机所产生的噪声为风管机的主要噪声来源，降低离心风机噪声的产生有助于改善风管机的噪声较大问题。
离心风机噪声包括风叶旋转噪声和涡旋噪声。
旋转噪声又称之为离散频率噪声。风叶在转动的过程中，通过窄面的蜗舌时挤压空气从而产生周期性的压力以及速度脉动并向四周辐射产生噪声。在给定空间位置产生的压力，并不按正弦规律随时间变化，而是按脉冲形式。除基频外还有许多谐波成分，其频率为基频的整数倍。如果压力脉冲很尖锐，在声频范围内可以有许多谐波成分。旋转噪声的频率为
涡旋噪声又称为紊流噪声。风叶在旋转的过程中，空气受到风叶的阻挡在其背面形成一个相对静止的阴影区域。气流受到切向粘滞力的卷吸作用下逐渐形成涡旋胚并且沿着风葉背面滑脱，经过不断的发展后形成了空气旋涡。在这一过程中，风叶要不断向周围空气施加一个周期性的反向作用力，造成了空气的压缩和稀疏的过程，从而向四周辐射声波，产生了涡旋噪声。涡旋噪声的频率为
2.2离心风机的噪声控制
从文献[5，6，7]中可知，绝大部分的离心风机降噪的研究在于控制叶片通过频率噪声。而基频的产生来源在风叶和蜗壳四周集中区域，其噪声是由空气流与风叶和蜗壳的蜗舌之间的相互作用产生的。其中风管机风机降噪的研究方法表现在以下几个方面：（1）增加蜗舌处间距；（2）增加蜗舌边缘的曲率半径；（3）使风叶和蜗舌边缘形成倾斜角；（4）在进、出口周围安装金属网格；（5）不规则的叶片间距；（6）在蜗壳内部装声学衬料；（7）离心风机的声学优化等。
本文从改变蜗舌间距、增加风叶叶片倒角、改变风叶径向长度以及蜗壳增加导流圈这四个方面进行改进风叶和蜗壳。其中包括改变蜗舌间距、风叶叶片倒角以及径向长度旨在改变风叶蜗壳区域内空气流场分布从而降低叶片通过频率的基频和其谐波的影响，减少有效的声辐射；在蜗壳增加导流圈，是通过改变风叶通道中的流动特性，使出口处的流动条件更加均匀，从而降低所产生的噪声。
3 实验方法
本文通过使用改进之后的风叶和蜗壳组合与某成熟风管机3.5kW机型进行对比测试，并分别比较不同方案下（不同的风叶和蜗壳组合）在风量、制冷能力以及噪声的变化值。其中风叶和蜗壳的改进体现在蜗舌间距的大小、风叶叶片的倒角、风叶径向长度以及蜗壳是否增加导流圈
4 结果分析
本文通过测试不同的改进方案选出一最优方案，比较分析风量大小，能力，噪声大小，最终与某成熟机型的各个参数进行对比。
4.1 风量对比
首先对某风管机3.5kW机型测试不同电机档位下的风量大小，调节电机档位（不同的电机档位电机转速不同），风量稳定后，每10min记录一组数据。同时记录风管机在不同的静压P下，风量Q的变化情况。结果如下
4.2 性能对比
在确定最优风叶和蜗壳组合，我们在同一焓差实验台进行性能测试，工况稳定后，开机运行一段时间后，在能力稳定1h后记录实验数据。结果如下
可以看出3.5kW机型高风档以及最优方案的三个电机档位都能满足该机型下的3.5kW的制冷量。且最优方案的三个档位下的能效比都要比成熟的3.5kW机型高。说明，在相同转速下，最优方案的风管机的制冷能力要优于该成熟机型，同时提高了其能效比。 4.3 噪声对比
本文的目的是通过改进风叶和蜗壳的组合，在达到相同能力的情况降低风管机的噪声值大小。因此，我们将成熟的3.5kW机型与最优方案的风管机在半消音实验室进行噪声测试。比较风管机在不同档位下的噪声值大小，得出噪声与电机转速曲线。
从上图可以看出，在相同转速的情况下，最优方案的噪声值还要大于3.5kW成熟机型的噪声值，是由于最优方案在相同转速下风量值增大的缘故。但由前文性能比较分析可知，最优方案的中高档（电机转速800rpm）的风量，性能能够达到成熟3.5kW机型高风档的同一水平，甚至更优。因此，可以得出此时最优方案的中高档噪声值大小为30.67分贝，要优于该成熟机型高风档的噪声值32.85分贝，噪声值降低了2.18分贝。说明在达到相同风量和制冷能力的前提下，改进后的风叶蜗壳组合要优于该成熟机型的风叶蜗壳组合， 能够降低风管机噪声值大小。
5 总结
本文设计改进了风管机的风叶和蜗壳组合来解决当前风管机运行时噪声值较大的问题。通过与某成熟3.5kW机型在风量、制冷能力、噪声三个方面的对比测试，得出一最优方案，并且该最优方案能够降低风管机的噪声值。具体的结论为：
（1）在相同转速的情况下，最优风叶和蜗壳组合的方案下的风管机风量和制冷能力都有了很大程度上的提高；
（2）在达到相同风量和制冷能力的情況下，最优的风叶和蜗壳组合的方案下的风管机能够降低噪声2.18分贝。为研发新型的静音型风管机提供了一定的实验依据。
参考文献
[1] 饶荣水. 风管机系统设计中的问题探讨. 中国建设信息供热制冷专刊，2004，10：45-49.
[2] 付望锋. 多翼离心风机内部流场分析、参数优化及噪声预测[M].华中科技大学，2012.
[3] 袁旻忞. 风机封闭系统内噪声模拟分析. 科学技术与工程，2012，20（13）：5920-5927.
[4] 刘桥梁. 空调风机噪声的产生机理及控制途径. 风机技术，2004，4：56-60.
[5] 刘国丹. 多翼离心风机噪声控制方案的优化研究. 噪声与振动控制，2007，4（2）：123-127.
[6] 钟芳源.叶片机械风机和压气机气动声学.
[7] 刘路. 多翼离心风机叶轮的结构优化研究[M]. 浙江工业大学，2011.