窗式空调器贯流风机系统优化设计.pdf

2732023中国家电科技年会论文集0 引言随着技术的进步，生活电器的种类越来越丰富，人们对产品质量的要求也越来越高。同时，随着国家节能减排的要求，人们对空调器舒适性的要求也逐步提高。因此，对于空调器性能及舒适性，要求快速的制冷与制热，以及越来越小的噪声。针对这些要求新型静音窗机使用贯流风机系统，贯流风机流道的气动和声学特性值得深入研究，不少相关研究机构和企业很重视流道的优化设计工作，并且已在流体领域有深入的研究。贯流风扇因噪声水平低、风量稳定的特性，在室内壁挂机、柜机上得到较多的使用；在窗式空调器上应用较少。目前对壁挂式贯流风扇的风机风道研究较多，其中主要集中在贯流风扇上的研究：不等距叶轮、斜齿叶轮、叶轮蜗舌间隙、叶轮分布角等。张玉成等1在通风机的设计与选型中指出相同转速下，风叶的直径D1/D2与流量Q之间是幂次方的关系。舒朝晖、张强等2在贯流风机叶轮参数的模拟研究中指出通过优化叶轮后缘，叶片倾角等，流量提升4.04%；武晨、尚彬等3在柜式空调贯流风机的优化设计中通过蜗舌间隙、作者简介：汪其志，学士学位。研究方向：窗式空调器贯流风道结构设计。地址：广东省中山市南头镇 TCL空调器（中山）有限公司。E-mail：。窗式空调器贯流风机系统优化设计汪其志 李泳樺 卜昌波 骆海TCL空调器（中山）有限公司 广东中山 528400摘 要：窗式空调器室内侧大多采用离心风叶送风，风道结构导致目前的噪声普遍在60 dB以上。为了提升用户体验，新一代静音窗式空调室内侧多采用贯流风机系统。为了研究贯流风机系统对窗式空调器风量和噪声的影响，针对现有窗式空调器整机风量低、噪声大的问题，通过研究贯流风机系统提高风机系统性能，以提升风量、降低噪声，改善窗式空调器舒适性。通过优化整机风道进出口布局、流道阻力等，同时对贯流风叶的尺寸和叶型对整机系统匹配进行优化，以达到提高风量的目的。实验结果表明，合理的风道端部布局以及通过更改蜗舌加大风叶直径，窗式空调器风量提升明显。关键词：窗式空调器；贯流风机；蜗舌；风道；风量；噪声Optimized design of window air conditioner through-flow fan systemWANG Qizhi LI Yonghua BU Changbo LUO HaiTCL Air Conditioner(Zhongshan)Co.,Ltd.Zhongshan 528400Abstract:Most of the indoor side of window air conditioners use centrifugal blades to supply air,and the air duct structure leads to the current noise of more than 60 dB.In order to improve the user experience,the new generation of silent window air conditioners mostly adopts cross-flow fan systems on the indoor side.In order to study the influence of the cross-flow fan system on the air volume and noise of the window air conditioner,in view of the problems of low air volume and high noise of the existing window air conditioner,the performance of the fan system is improved by studying the cross-flow fan system,so as to improve the air volume,reduce noise and improve the comfort of the window air conditioner.By optimizing the layout of the air duct inlet and outlet and the resistance of the runner,the size and blade shape of the through-flow blade are optimized to match the system of the whole machine to achieve the purpose of improving the air volume.The experimental results show that the reasonable air duct end layout and the change of the worm tongue to increase the diameter of the blade increase the air volume of the cabinet machine significantly.Keywords:Window air conditioner;Cross-flow fan;Snail tongue;Air duct;Air volume;Noises 中图分类号：TB6 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.062274 2023中国家电科技年会论文集蜗壳间隙、风机叶片数等因素的研究实际验证将风量提升18%左右；张郭辉4在某壁挂式空调内机风量偏低问题的解决措施上通过优化风叶以及出风口导风板的主翼与副翼的夹角，风量有效提升9.1%，风量提升效果明显。蔡志超等5对立式柜机的贯流风叶的长度、节距、直径、叶型等风叶结构参数进行研究。但其对于窗式空调器的贯流风机风道的整体研究较少，因此研究整机风道性能的影响，实现新一代静音窗式空调器风道性能升级是非常有必要的。1 研究对象本次研究主要对象是窗式空调器贯流风机系统的风道实现系统升级，以达到提高性能和舒适性需求。通过分析各主要部件的风阻系数，通过降低流道阻力系数以及提高关键部件的效率提升风量。其主要结构如图1所示，其整体结构为长方形，主要组成部分为进风格栅、蒸发器、电加热、贯流风扇、蜗舌、风道、出风导风叶片等组成。其中主要参数为：贯流风扇直径为116 mm，贯流风扇长度为455 mm，叶片数为35片；蜗舌间隙为5.6 mm、蜗喉间隙5.7 mm。图1 静音窗式空调器贯流风机系统主要部件示意图2 风量提升方案分析静音窗式空调器贯流风机系统对整机风量影响的部件已进行验证，在1350 r/min风量740 m/h下，其中进风口格栅影响风量1.4%，进风口粗效过滤网影响5.2%。影响较大的粗效过滤网不能取消，目数为标准目数。因此通过静音窗式空调器零部件进风格栅、导风板优化提升风量效果有限。通过整机模型尺寸的对比分析，整机结构上能够满足对风道型线的更改；从而实现加大风叶直径，因此加大风叶直径进行风量提升验证。通过对比出风口位置结构，发现电器盒占据了出风口的设计长度；导致风叶只有455 mm长。不能全部发挥风叶应有的有效长度，测试发现出风口流速过快，送风距离足够远，因此加长风叶，加长出风口方向进行风量提升验证。2.1 贯流风机系统风叶直径的优化在风道系统中贯流风叶的选型、蜗舌间隙以及蜗壳型线的设计是影响风道系统的主要因素。张玉成等1在通风机的设计与选型中指出相同转速下，风叶的直径D1/D2与流量Q之间是幂次方的关系，因此加大风叶直径是一个有效提升风量的方式。通过核对三维模型发现风道蜗舌部分空间充足，可以将贯流风叶直径尺寸从116 mm增加到122 mm，通过蜗舌与蜗喉的改动实现该静音窗式空调器全新平台的舒适性升级，如图2所示。图2 风道更改平面图采用116 mm风叶的风道尺寸参数，如表1所示。表1 风道尺寸参数原机方案1风叶直径（mm）116122蜗舌间隙（mm）5.65.7蜗喉间隙（mm）5.75.1通过风叶直径加大提升风量，进行方案1风量噪声对比测试数据，如表2所示。表2 风叶直径加大对比数据原机方案1转速（r/min）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量变化率135074050.380052.78%115059747.064749.98.3%95046543.749847.17.1%75033734.737338.110.7%实验结果表明：将风叶直径由116 mm扩大至122 mm静音窗式空调器风量得到明显提升，在1350 r/min下风量由740 m/h提高到800 m/h，风量有效提高8%。进一步对风叶直径加大，采用144 mm进行风量对比测试，如表3所示。风叶直径的进一步加大，风量对比原机提升12%，但是风叶122 mm到144 mm风量提升不明显。2752023中国家电科技年会论文集通过叶轮直径加大提升风量在目前优化的122 mm贯流风叶窗式空调器风量提高是非常明显的，但加大风叶，噪声值也在明显提高。2.2 风道系统风道出风口的优化通过核对三维模型发现电器盒占据了出风口的设计长度；导致风叶只有455 mm长。现在将电器盒后置在室外侧；可以将贯流风叶长度尺寸455 mm增加到519 mm，通过加长贯流风叶尺寸的改动实现该静音窗式空调器风量增大的舒适性升级，尺寸加长对比数据如表4所示。表4 贯流风叶尺寸加长对比数据原机方案2+3转速（r/min）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量变化率135074050.398656.833.2%115059747.082852.338.6%95046543.764747.039.1%75033734.749839.947.7%按以上方案调整后现有静音窗式空调器平台下的风道出风口长度499 mm，贯流风叶长度519 mm，风道两端设置有挡筋，高度10 mm。因此，风叶有效出风长度要比风叶长度519 mm要短。如图3所示，挡筋沿蜗舌R角位置延伸而出，风道两端的风叶性能受到严重的抑制。将风道挡筋移除后，出风口的长度得到加长。图3 风道两侧挡筋部分（左右相同）示意图选用122 mm风叶，在方案1的基础上进行手板验证，手板切除风道两端的挡筋在同一参数蒸发器进行方案3风量噪声测试，如表5所示。实验结果表明：通过加大风叶直径以及加长贯流风叶长度和出风口长度，即表4中的方案2+3风量得到明显提升。在1350 r/min下，风量由740 m/h提高到986 m/h，风量提升达到33.2%；对比原方案噪声增大6.5 dB(A)。2.3 风道系统风叶叶型的优化选用116 mm风叶不同叶型A、B，在同一整机状态进行风量噪声测试，如表6所示。在噪声测试后进行体验，以确认音质的可行性。表6 不同风叶叶型对比数据叶型A叶型B转速（r/min）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量（m/h）噪声（dB(A)）135090851.989451.4115075249.373148.695060045.858045.375044536.442035.6在1350 r/min下，叶型B风量比叶型A偏小14 m/h，噪声总值偏小0.5 dB(A)。但是在噪声测试数据上，叶型A噪声尖峰差值较小。如图4所示为1350 r/min叶型A、B的频谱图。实验表明：叶型B的尖峰差值比叶型A的尖峰差值大，叶型B的尖峰差值20 dB(A)。实际体验叶型A沿出风口右侧存在轻微的“啸叫声”，通过比对频率确认是风叶的旋转噪声。在低转速区间650 r/min750 r/min存在涡流噪声，低沉的“箱体声”。实际体验叶型B各风挡均是以纯风声为主，无其他明显异音。3 抗风阻性能方案对比分析在空调风道验证指标除了风量、噪声以外，还需验证风机风道的抗风阻能力。对于抗风阻性能，在进风口覆盖滤网直到风道发生喘振为止，滤网层数衡量风道的抗风阻性能。选用122 mm风叶叶型A、B两款风叶，在优化后风道同一整机状态送风模式进行验证，如表7所示。表7 不同风叶叶型抗风阻性能对比数据叶型A叶型B转速（r/min）滤网层数（n）滤网层数（n）650711600610550510表3 风叶直径加大对比数据原机方案2转速(r/min)风量（m/h）风量（m/h）风量变化率135074082912%115059766511.4%95046551410.5%7503373565.6%表5 风道出风口加长对比数据原机方案4转速（r/min）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量（m/h）噪声（dB(A)）风量变化率135074050.383652.613%11505974768749.715%95046543.754346.616.8%75033734.782344732.5%276 2023中国家电科技年会论文集实验数据表明：叶型B的抗风阻能力要明显优于叶型A。4 结论综上所述通过对现有风道的优化提升风量，实现系统性能升级提高整机舒适性是可行的。主要通过贯流风叶尺寸优化、风道出风口的长度与宽度的优化，实现风量的提升。实验结果表明：（1）整机风道增加贯流风叶长度和出风口长度优化提升风量最有效，提升25.2%；相同整机尺寸，贯流风叶尺寸优化，风量提升8%。（2）通过优化风道系统的优化，在同等风量下，噪声降低；b)叶型B图4 贯流风叶频谱图（3）通过优化风叶叶型能有效改善低转速区间的涡流噪声和抗风阻能力，以及高转速区间的旋转噪声也得到明显改善。参考文献1 张玉成,仪登利,冯殿义.通风机设计与选型M.北京:化学工业出版社,2011.2 舒朝晖,张强,段亚雄.贯流风机叶轮参数的模拟研究J.流体机械,2017,45(11):22-28.3 武晨,尚彬,王杰杰.柜式空调贯流风机的优化设计A/2021年中国家用电器技术大会论文集.2021年中国家用电器技术大会论文集C.电器杂志社,2021:517-521.4 张郭辉.某壁挂式空调内机风量偏低问题的解决措施J.家电科技,2019(05):64-67.5 蔡志超,徐啟华,丁愫,等.空调室内机贯流风叶优化设计A/中国家用电器协会.2021年中国家用电器技术大会论文集C.中国家用电器协会:电器杂志社,2021:4.a)叶型A