家用空调器离心风机系统的优化设计.doc

PAGE 1 PAGE 5 家用空调器离心风机系统的优化设计 前言 在家用窗式、柜式空调器中，制冷（热）量、能效比、噪声一直是设计者、消费者关注的三大基本指标。作为决定以上指标的一个关键部件—离心风机系统，如何对它进行合理优化设计，对空调器的整体性能的提高有着十分重要的意义。在设计中，我们追求较高的制冷（热）量、能效比和较低的运转噪声。但是噪声往往和另外两个指标形成矛盾关系，要想提高制冷（热）量和能效比，在一定程度上要提高风量，提高了风量意味着噪声要有所增加。因此通过对离心风机系统的优化设计，在满足低噪声、大风量的前提下，提高以上指标才能成为可能。家用空调器离心风机系统一般由多翼离心风扇、蜗壳、进风风道和出风风道组成。在本文中，我们就多翼离心风扇、蜗壳、进出风风道以及相互之间的优化设计和匹配进行了研究，并成功地应用于我公司某一型号的家用空调器的设计中。 优化设计措施 根据以往设计经验，我们首先选择高效的离心风扇，通过对离心风扇参数的优化选择，确认了一款离心风扇A作为优化设计的基本模型，其主要参数如表一所示： 表一 外径（D1）内径（D2）叶片型式及翼形进口安装角（β1）出口安装角（β2）风扇高度h前盘形式340mm285mm前弯翼形90°143.5°130mm平直前盘 一、增加风扇高度和蜗壳宽度 根据离心风扇的工作机理，气流在进入叶轮之前，由于负压效应和预旋效应的存在， 就家用空调器而言，气流一般存在2～8m/s范围内进入速度。由于惯性的存在，气流进入叶轮肯定会沿着叶片高度方向继续运行一段距离，才进入叶道，由叶轮做功，获得一定的动能和静压能流出风扇。因此增加风扇的高度，可以有效加长叶片的作功长度，叶片的负载得到较为均匀的分布，减少气流在叶片和后盘中的冲击和紊流损失。据此，我们设计了风扇B，与风扇A相比，只是风扇高度增加了22mm，其他参数完全一致。在相同的负载和输入功率的条件下，比较了相互的作功能力，结果如表二所示： 表二 序号风扇高度（mm2）???机输入功率（W）风量（m3/h）增加值风扇A1301108880风扇B152110942+6%由于风扇高度的增加，相应地蜗壳的宽度也有所增加。同时为了减少蜗壳前后壁与风扇前后盘之间的泄漏损失，对相互之间的安装间隙作了相应的调整。试验表明，缩短蜗壳后壁和风扇后盘的间隙，既可以降低风机系统的内泄漏，又可以有效地降低风扇运转时的紊流噪声，如果间隙大，一方面会造成泄漏损失，同时也会使从叶轮出流的气流产生突然的扩流，形成局部的紊流区，在家用空调离心风机系统该间隙通常限定在5～15mm之间。离心风扇和蜗壳前壁通过集流圈安装成对口的形式，导致一部分高压气流通过对口间隙回流到离心风扇的进口处，对主气流有所破坏，导致了较大的损失。通常设计较小的间隙来降低这种损失。为此，我们对蜗壳宽度只增加了20mm，使对口间隙进一步缩小。 优化蜗壳结构参数 加长蜗壳扩压区 就家用空调器离心风机系统而言，衡量其性能的指标是风量和噪声。从能量的角度来看，存在以下关系： N=P*Q； 其中N—电机输出功率；（W） P—风机全压；（Pa）P=Pst+P0，Pst为风机静压，P0为风机动压； Q—风机流量；（m3/s） 其中Pst表现为空调器换热器的风阻，如果风机运行的效率不高，风机系统提供的静压小于换热器风阻，必然要求风机系统提高转速，利用更多的动压能来转变成静压，同时在转速增加的同时，换热器对流体的阻力随速度的平方成正比增加，在一定程度上形成了恶性循环。而且从离心风机的噪声机理来看，风机运行噪声声功率与风机转速的6次方成正比。因此，要能够降低噪声，就必须提高离心风机系统的静压，提高风机的效率。在合适的动压下，以较低的全压来获得更大的流量。 但是，由于家用空调器结构的限制，蜗壳的设计往往不能按照理想的阿基米德螺旋线进行设计，只能采用近似型线设计，这就使得从离心风扇出来的高速、高压气流不能很好地在蜗壳中获得更多地静压能。在国内空调厂家空调风机系统的蜗壳设计中，蜗壳的型腔设计得都比较窄，而日本的松下、大金等厂家大都采用大的型腔设计，再配以合适的出口扩压区设计，使得离心风扇和蜗壳相互配合达到比较理想的程度，能够在较低的转速条件下，获得所需的风量，达到了低噪声、大风量的要求。为此，我们提出在窄型腔蜗壳的基础上，加长蜗壳的扩压器设计。分别制作了蜗壳I、蜗壳II，其中蜗壳I，基本没有扩压器，蜗壳整个长度比较短，蜗壳II，设计了一稍微向蜗舌方向偏斜（12°）长度为H（H≥150mm）的扩压器。在负载条件相同，风量恒定（750m3/h）的情况下比较噪声、转速的结果如表三所示： 表三 序号电机转速