一种空调外机轴流风机低频噪声评价方法

技术领域

本发明涉及轴流风机技术领域，尤其涉及一种空调外机轴流风机低频噪声评价方法。

背景技术

在空调外机中安装有轴流风机，且轴流风机是空调外机中非常重要的零部件，在空调外机运行时会带动轴流风机旋转，实现空调外机冷凝器热交换过程。在轴流风机工作过程中叶片高速旋转，其主要受到结构离心力和气体压力流固耦合作用，产生振动和噪声。其中轴流风机工作过程中产生低频噪声的问题是轴流风机研发过程中一大难题，轴流风机的结构模态也是影响风机低频噪声的重要指标，同时空调外机的轴流风机转速存在多个档位，低阶模态固有频率容易与风机转速倍频重合产生低频噪音，在空气介质中低频噪声不容易衰减，难以被其他物体吸收，传播距离较远，容易传入室内，严重影响用户感受。

目前对轴流风机低频噪声评估，都是在轴流风机开模前，通过制作手板样件来进行测试，由于加工工艺的限制，手板件采用的材料与最终模具生产采用的材料存在较大差异，所以在结构设计初期难以对风机噪声问题进行准确评估，这样导致后期一旦测试不通过，模具更改难度大、成本高且周期长。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种空调外机轴流风机低频噪声评价方法，其解决了现有技术中存在的问题。

根据本发明的实施例，一种空调外机轴流风机低频噪声评价方法装置，其包括：

S1、建立轴流风机流场模型，并对所述轴流风机流场模型进行划分流场网格和设置轴流风机的风扇旋转速度，基于所述轴流风机流场模型获取轴流风机叶片表面压力载荷数据；

S2、对所述轴流风机流场模型中的轴流风机风扇配置物理参数、约束风扇轮毂并进行模态分析计算来获取模态分析结果；

S3、基于所述轴流风机叶片表面压力载荷数据和所述模态分析结果在进行结构振动响应数值计算，获取轴流风机结构响应曲线；

S4、根据所述轴流风机结构响应曲线，进行噪声评价，判断轴流风机是否合格，若否，优化不合格的所述轴流风机的风扇叶片；

S5、对于优化后的所述轴流风机重复步骤S2-S5，直至轴流风机合格。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)采用软件进行空调外机轴流风机低频噪声评价，成本低，且目标频率数量大计算得到的数据也更加准确，在计算软件中进行效率更高，方法比较简单、易实施和应用；基于理论计算方法从风机设计初期判断低频噪声问题，可降低风机研发成本、缩短开发周期。同时提供了通过背风面结构优化调整风扇固有频率的方法；利用轴流风扇背风面对风扇送风效果、噪声影响不明显的原理，通过背风面细节结构变化，调整风扇固有频率远离激励源频率，消除或降低轴流风扇共振产生或轴流风扇与电机相互激励产生的低频噪声。

(2)通过实际搭建试验台的方式获取目标频率，目标频率包括机轴向振动频率、电机径向振动频率、电机轴向振动频率的倍频以及电机径向振动频率的倍频，其目标频率值比较全面，考虑到所有会和风扇震动频率发生共振的目标频率，通过此目标频率可将全部不合格的轴流风机选出，不会遗漏，输出数据(评价值)精确可靠。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

图2为本发明实施例3的轴流风机风扇扇叶示意图。

图3为本发明的轴流风机风扇Z轴响应曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

实施例1

如图1至3所示，一种空调外机轴流风机低频噪声评价方法，包括：

S1、建立轴流风机流场模型，并对所述轴流风机流场模型进行划分流场网格和设置轴流风机的风扇旋转速度，基于所述轴流风机流场模型获取轴流风机叶片表面压力载荷数据；

S2、对所述轴流风机流场模型中的轴流风机风扇配置物理参数、约束风扇轮毂并进行模态分析计算来获取模态分析结果；

也就是说，在所述计算软件中建立所述轴流风机流场模型，设置所述轴流风机旋转速度、给风扇划分流场，而后进行计算，通过计算软件可得到轴流风机风扇上的流场数据和所述轴流风机叶片表面压力载荷数据，所述流场数据越大的点说明所述轴流风机叶片表面压力越大，相反所述流场数据越小的点说明轴流风机的风机叶片表面压力越小。在轴流风机流场模型中还需设置边界面，将壁面设置为wall，旋转区域与精致区域设置为interface，湍流模型选择K-E，然后在进行设置旋转速度，进行模态分析。获得模态分析频率曲线。在所述轴流风机流场模型中忽略导风圈、电机和电机支架对所述轴流风机叶片表面压力载荷数据的影响。所述划分流场网格是为了使计算软件里的风机在旋转时更接近现实，使最后得到的所述轴流风机风扇响应曲线更真实，得到的数据更准确。

这里的所述模态分析是研究结构动力特性一种方法，为现有技术，此处不再过多赘述；在所述模态分析前还需对计算软件中的轴流风机配置物理参数和约束风扇轮毂，然后开始所述模态分析，得到所述模态分析结果，所述模态分析结果也就是一系列的频率数据，所述结构振动响应数值计算也就是判断所述模态分析结果会不会和激励源发生共振。

S3、基于所述轴流风机叶片表面压力载荷数据和所述模态分析结果在进行结构振动响应数值计算，获取轴流风机结构响应曲线；

在进行结构振动响应数值计算时，需对所述风机设置阻尼参数，设置响应计算频率范围，施加压力激励载荷和转速激励载荷，基于所述模态分析结果和所述轴流风机叶片表面压力载荷数据在计算软件中进行结构振动响应数值计算，获得所述轴流风机结构响应曲线。所述轴流风机结构响应曲线上有若干个峰值点，对轴流风机进行评价时根据出现所述峰值点的频率来对所述轴流风机结构响应曲线进行评价，看是否满足要求。

S4、根据所述轴流风机结构响应曲线，进行噪声评价，判断轴流风机是否合格，若否，优化不合格的所述轴流风机的风扇叶片。所述噪声评价是在所述计算软件中进行，将所达到的所有目标频率输入到计算模型中，对所述轴流风机结构响应曲线进行平价，判断所述轴流风机是否合格。

S5、对于优化后的所述轴流风机重复步骤S2-S5，直至轴流风机合格。

在使用时，先在所述计算软件中建立所述所述计算模型，从而得到所述轴流风机叶片表面压力载荷数据；然后进行所述模态分析，得到所述模态分析结果；利用所述轴流风机叶片表面压力载荷数据和所述模态分析结果进行结构振动响应数值计算，计算后得到所述轴流风机结构响应曲线，而后利用所述轴流风机风扇结构的响应曲线对风机进行噪声评价，输出合格的所述轴流风机就输出响应曲线，不合格的所述轴流风机就输出响应曲线就对所述轴流风机的风扇结构进行优化，优化后再对所述轴流风机进行所述模态分析，利用所述模态分析结果和所述轴流风机叶片表面压力载荷数据再次进行结构振动响应数值计算，若合格，则输出所述轴流风机结构响应曲线，若还是不合格，则继续重复上述过程，直至合格轴流风机为止；从上述可知利用所述计算软件对所述轴流风机进行所述噪声评价，可使计算得到的数据更加准确，效率更高，且其方法简单准确、易实施和应用，基于理论计算方法从风机设计初期判断低频噪声问题，降低风机研发成本、缩短开发周期。在进行所述模态分析时也可以将所述轴流风机叶片表面压力载荷数据考虑在内，可使最后得到的所述轴流风机就输出响应曲线更加准确，精度更高。

作为本发明的一种可选实施例，可选地：噪声评价的方法包括：选取所述轴流风机结构响应曲线上的峰值点，并通过以下公式获得评价值：

其中P

在本实施例中所述评价值P

作为本发明的一种可选实施例，可选地：所述目标频率的获取方法包括：

S101、搭建可检测轴流风机内电机的轴向振动频率和电机径向振动频率的试验台；所述试验台包括实验架、电机和安装在实验架上的震动传感器，所述震动传感器可以实时检测电机的轴向振动频率和电机径向振动频率，记录检测数据[f

S102、配置电机与风扇等效的工作负载；将此时的所述电机模拟工作时的电机，所得到的所述目标频率才会更加精确。

S103、在所述轴流风机上设置震动传感器，使所述震动传感器根据所述电机工作的档位获取相匹配的电机轴向振动频率和电机径向振动频率；在不同的档位下电机的轴向振动频率和电机径向振动频率是不同的，所记录的检测数据[f

其中，所述目标频率包括电机轴向振动频率、电机径向振动频率、电机轴向振动频率的倍频以及电机径向振动频率的倍频。

所述电机轴向振动频率、电机径向振动频率、电机轴向振动频率的倍频以及电机径向振动频率的倍频均为所述目标频率，当所述响应峰值频率等于所述电机工作时的振动频率(目标频率)时，两者就会产生共振，因此产生噪音，在对轴流风机进行评价时将检测数据[f

中，只要在任意一个目标频率下有一个评价值P

作为本发明的一种可选实施例，可选地：所述电机轴向振动频率的倍频和电机径向振动频率的倍频均包括一倍频、二倍频和三倍频。

对所述轴流风机噪声评价时，轴流风机结构响应峰值点避开轴流风机旋转频率及其风机旋转倍频(倍频主要考虑1倍频、2倍频、3倍频)才不会产生共振和噪声，如所述轴流风机转速三档分别为600r/min(60Hz)、800r/min(80Hz)、1000r/min(100Hz)，则所述噪声评价主要考察的目标频率点为600r/min对应的60Hz、120Hz、180Hz来对轴流风机进行噪声评价；800r/min对应的80Hz、160Hz、250Hz；1000r/min对应的100Hz、200Hz、300Hz来对轴流风机进行噪声评价；以及交流电源激励频率50Hz对应的频率50Hz、100Hz、150Hz来对轴流风机进行噪声评价。

作为本发明的一种可选实施例，可选地：所述轴流风机流场模型包括：导风圈模型、换热器模型和风扇模型。

在所述计算轴流风机的流场数据时还需要考虑所述导风圈的影响；所述导风圈固定于空调器室外机的壳体上，所述轴流风机的风扇主体设置于所述导风圈内，所述风扇的中轴线与所述导风圈的中轴线共线，所述风扇主体在旋转时，所述风扇主体的叶片的压力面与吸力面之间产生压力差，在此压力差的作用下，压力面的气流容易越过叶片的外边沿泄漏至吸力面，该泄漏气流与所述导风圈内的主气流之间产生卷吸后形成涡流，即为叶尖涡，该所述叶尖涡会堵塞主气流流道，而且该所述叶尖涡与所述主气流撞击容易产生噪声，由此降低了空调器室外机的出风风量，会增大噪声，由此在计算轴流风机的流场数据时需要考虑空调外机的导风圈的影响。

作为本发明的一种可选实施例，可选地：优化风扇结构包括：

降低轴流风机风扇背风面的物理强度；

在满足所述风扇总体刚度的前提下，通过削薄扇叶背风面局部结构，从而降低风扇削薄处固有频率，以此来拉开风扇相应频率与电机激励源频率的距离，适用于风扇迎风面不变、风扇响应频率比电机激励源频率略低或相当的场合。

作为本发明的一种可选实施例，可选地：所述物理参数包括：风扇叶片材料的密度、泊松比和弹性模量。

在设置所述风扇叶片材料的密度时，应贴近实际产品中风扇的密度，以保证得到的所述模态分析结果更加准确；所述泊松比为所述风扇的横向应变与纵向应变的比值，用以反映所述风扇材料横向变形的弹性常数。所述弹性模量为用于衡量所述风扇的变形难以程度。

实施例2

在轴流风机风扇的背风面局部加强物理强度；

在所述轴流风扇背风面局部加强，增加结构物理刚度，提升所述轴流风扇某阶固有频率，拉开所述轴流风机风扇响应频率与所述激励源频率的距离，适用于风扇迎风面不变、轴流风扇响应频率比激励源频率略高或相当的场合。

作为本发明的另一种可选实施例，可选地：在所述风扇的背风面局部加强物理强度包括：在风扇背风面设置加强筋。在所述风扇背风面的局部上增加所述加强筋，可以拉开所述轴流风机风扇响应频率与所述激励源频率的距离；所述加强筋的形状为矩形。

实施例3

在轴流风机风扇的边缘增加材料。

如图2所示，在轴流风机风扇背风面局部增加材料，也就是增加风扇局部质量，如风扇叶尖背风面、所述风扇外缘与后沿交叉部位背风面，以此来降低风扇优化处的固有频率，拉开所述轴流风机风扇响应频率与所述激励源频率的距离，适用于风扇迎风面不变、轴流风扇响应频率比激励源频率略低或相当的场合。

作为本发明的另一种可选实施例，可选地：在所述轴流风机风扇的边缘增加材料包括：在风扇背风面的边缘处设置配重块，来降低风扇背风面的边缘处的固有频率。所述配重块用于降低风扇优化处的固有频率。

实施例4

在轴流风机风扇的背风面同时加强物理强度和在局部减小物理强度；

在所述轴流风机的风扇背风面同时使用加强筋和局部减薄的方案，即调整所述风扇固有频率，又保证所述风扇结构强度，或降低风扇材料用量。当需要降低所述风扇固有频率时，为保证结构强度，对所述风扇结构刚度影响较大的区域做减薄处理，同时在对风扇结构刚度影响不大但对风扇结构强度影响较大的位置增加加强筋，确保在降低风扇固有频率的同时保持结构强度不变；同样的，当需要提升固有频率时，为保持材料用量不增加，在风扇结构刚度影响较大的位置增加所述加强筋，同时对所述风扇结构刚度和结构强度影响都不大的区域做材料减薄处理，确保在提升所述风扇固有频率的同时保持材料用量不增加或同比降低。

实施例5

在所述轴流风机风扇的背风面同时加强物理强度、局部减小物理强度和在所述轴流风机风扇的边缘增加材料。

采用在所述轴流风机风扇的背风面同时加强物理强度、局部减小物理强度和在轴流风机风扇的边缘增加材料，来达到拉开所述轴流风机风扇响应频率与所述激励源频率的距离的目的，适用于所述风扇迎风面不变、所述轴流风扇响应频率比所述激励源频率略低或相当的场合。

实施例2、实施例3、实施例4、实施例5与实施例1的区别在于对不合格的轴流风机风扇优化方式不同。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。