雙離心風輪在離心風道中的研究及應用

摘要：本文提出雙離心風輪結(jié)構在離心風道系統(tǒng)中的研究及應用，通過對雙層離心風輪中內(nèi)風輪葉形漸開角度、內(nèi)外風輪的設計間距大小，以及內(nèi)風輪葉片多少的對比試驗，探索雙層離心風輪在外層離心風輪不變的情況下，內(nèi)風輪葉形漸開角度，內(nèi)風輪與外風輪間距及葉片多少對單層離心風輪的影響，寄希望通過離心風輪結(jié)構的創(chuàng)新設計，提升整機的舒適性及性能指標。

關鍵詞：雙離心風輪；風道；外風輪；內(nèi)風輪

Research and Application of Double Centrifugal Rotor Structure in Centrifugal Air Duct System

Fashen Liu（Guangdong Midea refrigeration equipment Co.， Ltd. Household air-conditioning division. Fushan Guangdong 528311）

Abstract：In this paper， the double centrifugal rotor structure in the research and application of centrifugal air duct system， based on the double centrifugal rotor in the leaf shape gradually open Angle， distance between inner and outer wind wheel design size， and the number of the wind wheel blade in contrast test， explore double centrifugal rotor under the condition of invariable in outer centrifugal wind wheel， the wind wheel blade shape gradually open Angle， inner wind wheel and outer wind wheel spacing and the number of the wind wheel blade impact on single centrifugal wind wheel blade， hope that through the innovative design of the centrifugal rotor structure， improve comfort and performance index of the engine.

Keywords：Double centrifugal rotor； Air duct； Outer wind wheel； Inner wind wheel

1、引言

家用空調(diào)產(chǎn)品常用的送風系統(tǒng)，主要有離心風道系統(tǒng)、貫流風道系統(tǒng)和軸流風道系統(tǒng)，但三者的應用場景、風道特性各有優(yōu)異，軸流風道風量大，噪音高，風機效率高，多用于分體掛壁式空調(diào)室外機、窗式空調(diào)器室外側(cè)部分；貫流風道，風聲柔和、噪音低，但貫流風輪結(jié)構一般比較長，多用于分體掛壁式空調(diào)室內(nèi)機和落地式空調(diào)室內(nèi)機（圓型柜機）；相比離心風道基本介于前兩者之間，多用于落地式空調(diào)室內(nèi)機（傳統(tǒng)柜機）、整體式窗機室內(nèi)側(cè)部分，以及移動空調(diào)等產(chǎn)品，部分空調(diào)產(chǎn)品風輪采用有雙吸風葉結(jié)構的風輪[1]。本課題以離心風道為研究對象，在風道系統(tǒng)不變、無需新開?；蚋哪５那闆r下，通過優(yōu)化離心風輪的結(jié)構設計，提升整機的風量，從而優(yōu)化整機的性能。

為此提出一種雙離心風輪的結(jié)構形式，為減少設計變量的分析與研究，從現(xiàn)有比較成熟的離心風道系統(tǒng)中挑選一款相對較好的風道系統(tǒng)（已應用靜音風道技術的離心風道，其風道采用斜蝸舌+偏心進氣口結(jié)構設計）[2][3][4]作為研究對象，風道曲線和雙離心風輪的外風輪保持與原風道一致，不考慮外風輪材質(zhì)、重量偏差、注塑工藝等對其本身的影響。

本文研究對象重點聚焦在雙離心風輪的內(nèi)風輪，從內(nèi)風輪葉形漸開角度、內(nèi)外風輪的設計間距，以及內(nèi)風輪的葉片數(shù)三個方面進行對比實驗研究。

2、實驗結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)風輪葉形漸開角度優(yōu)化設計

離心風輪的工作原理，利用葉片90度的換向產(chǎn)生背壓，氣流從中間的進氣口流入，經(jīng)過蝸殼聚集后從葉片輸送，但在這過程中，由于各組件的配合尺寸及設計不足，會出現(xiàn)渦流和回流，影響風量和噪音，這就需要設計合理的風道系統(tǒng)。本課題研究對象重點聚焦在雙離心風輪的內(nèi)風輪，假定雙離心風輪所配合的風道曲線及外風輪已選定為現(xiàn)有最優(yōu)的風道曲線和風輪，不考慮風道曲線的偏差及風輪材質(zhì)、重量偏差、注塑工藝等對其的影響。為此，依據(jù)離心風輪的工作原理及離心風輪在離心風道中的特性分析，從離心風道的速度矢量圖及流線圖不難理解，內(nèi)風輪葉形漸開角度對雙離心風輪的在離心風道中的流速和方向有較大的影響。從模擬數(shù)據(jù)實驗表明，內(nèi)風輪葉片切線方向與外風輪葉片入口切線一致或近似時，風量和噪音優(yōu)于其他結(jié)構形式（如圖表1）。

2.2 內(nèi)外風輪葉片間距及內(nèi)風輪葉片數(shù)對比測試

為方便研究建模，基于離心風道的相關特性，內(nèi)外風輪葉片間距過小或過大都不利于風道系統(tǒng)的輸出，初步設定內(nèi)外風輪葉片間距L1=23mm，L2=15mm，葉片數(shù)N1=25片，N2=32片。

通過組合分析，有4種組合形式，如圖表2所示，且編號為1#、2#、3#、4#，分別與原單層離心風輪組合為雙離心風輪，組合后雙離心風輪編號為方便記錄仍延用原有編號。

2.2.1 原單層離心風輪風道摸底數(shù)據(jù)

為方便對比研究，首先將原單層離心風輪在原風道系統(tǒng)中進行摸底測試，通過改變整機電壓和風檔調(diào)整風輪的轉(zhuǎn)速，測試數(shù)據(jù)如圖表3所示。

2.2.2 組合雙離心風輪測試數(shù)據(jù)

分別針對1#、2#、3#、4#雙離心風輪在原風道系統(tǒng)中進行對比測試，測試方法如同原單層離心風輪一樣，測試數(shù)據(jù)如圖表4-7所示。

2.2.3 組合雙離心風輪數(shù)據(jù)分析

（1）新組合雙離心風輪對送風風量的影響

組合后新風輪的送風風量，分別與原單層離心風輪的送風風量做對比，記為：Δ1=1#-原，Δ2=2#-原，Δ3=3#-原，Δ4=4#-原，如圖表8，為新組合的雙離心風輪對送風風量的影響情況。

不難看出Δ2#>Δ4#>Δ1#>Δ3#，針對送風風量而言，4種組合的雙離心風輪中，對整機送風風量均有不同程度的提升，其中2#最優(yōu)，其次4#，1#次之，最差是3#，因而4種方案中優(yōu)選選擇為2#和4#。

（2）新組合雙離心風輪對送風功率的影響

組合后新風輪的送風功率，分別與原單層離心風輪的送風功率做對比，記為：Δ1=1#-原，Δ2=2#-原，Δ3=3#-原，Δ4=4#-原，如圖表9，為新組合的雙離心風輪對送風功率的影響情況。

不難看出直線的斜率K4#（3）新組合雙離心風輪對前側(cè)制冷噪音的影響

組合后新風輪的前側(cè)制冷噪音，分別與原單層離心風輪的前側(cè)制冷噪音做對比，記為：δ1=1#-原，δ2=2#-原，δ3=3#-原，δ4=4#-原，如圖表10，為新組合的雙離心風輪對前側(cè)制冷噪音的影響情況。

不難辨出直線的斜率δ2#>δ4#>δ3#>0>δ1#，針對前側(cè)制冷噪音而言，噪音當然越小越好，顯然4種組合的雙離心風輪中，經(jīng)組合比較2#風輪對整機前側(cè)噪音影響較小，還有降低的趨勢，故而優(yōu)選2#風輪。

（4）新增加的內(nèi)風輪重量分析及對整機風量和功率的影響

新增加的內(nèi)風輪，首先對風輪本體的重量有較大影響，按照常規(guī)離心風輪設計，往往通過減輕風輪的重量來降低風機的輸出功率，從而提升產(chǎn)品能效，如圖表3中原單層離心風輪結(jié)構示意圖中的單層離心風輪安裝部位6塊切除的部分，即為減輕風輪本體重量而設計的。基于此原因，對風輪的重量及送風風量和送風功率進行對比分析，如下表11-13。

從圖表11-13數(shù)據(jù)顯示，新增內(nèi)風輪本體重量同比增加了15%～20%，但送風風量同比增加了2～3%，而送風功率卻下降了2.5～3%，為此送風風量的增加對提升整機能力、能效具有直接的積極作用，而功率下降對提升能效和降耗有直接的作用。因而，通過實驗數(shù)據(jù)對比分析研究，可以清楚認知，雙離心風輪結(jié)構在現(xiàn)有外風輪和風道曲線不變的情況下，新設計的雙離心風輪對離心風道系統(tǒng)的風量、噪音和功率都具有積極的意義和作用。

3、結(jié)語

通過對原有單層離心風輪的結(jié)構優(yōu)化設計，在原有外風輪和風道曲線不變的情況，雙離心風輪的研究與應用結(jié)論如下：

（1）在原有離心風道曲線不變的情況下，通過新設計風輪可以優(yōu)化風機風道效率和噪音指標，而創(chuàng)新設計的雙離心風輪為新設計風輪提供了另一個優(yōu)化設計方向，對提升整機風量、降低噪音和功率都具有積極的意義和非凡作用。

（2）雙離心風輪結(jié)構設計時，內(nèi)風輪葉片切線方向與外風輪葉片入口切線一致或近似時，風量和噪音優(yōu)于其他結(jié)構形式。

（3）雙離心風輪結(jié)構設計時，內(nèi)外風輪葉片間距過小或過大都不利于整個風道系統(tǒng)的輸出，風量、噪音和功率輸出與內(nèi)外風輪葉片間距大小及內(nèi)風輪的葉片數(shù)量有一定關系。其上述案例中4種組合方案，通過實驗對比分析研究，最終優(yōu)選2#風輪，若需要進一步得到最優(yōu)的設計，可以通過健壯設計來優(yōu)化內(nèi)外風輪葉片間距及合理的葉片數(shù)量。

（4）應用雙離心風輪，在渦流聯(lián)動的作用下，風輪本體重量同比增加了15%～20%，但送風風量同比增加了2～3%，而送風功率卻下降了2.5～3%，為此送風風量的增加對提升整機能力、能效具有直接積極的作用，同時功率的降低也為設計新的高效風輪提供了優(yōu)化方向，也為降噪降耗提供了另一優(yōu)化方向。

參考文獻

[1]張燕燕，王增勝.基于CFD模擬的空調(diào)柜機室內(nèi)機風道系統(tǒng)的優(yōu)化.《機械與電氣》.2010年8月第8期（總第141期）.

[2]任剛，楊子善，楊子江，祁大同.傾斜蝸舌前向離心風機配置簡易消聲器降噪的試驗研究.《流體機械》，2010年03期.

[3]王嘉冰，區(qū)穎達，吳克啟.空調(diào)風機葉道內(nèi)旋渦流動分析及進氣口偏心的影響.《工程熱物理學報》.2005年11月第26卷第6期.

[4]劉發(fā)申，靜音風道技術在移動空調(diào)產(chǎn)品中的應用.《家用電器》2017年第5期.