李軍華 劉騰舉 王敏

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

在ANSYS相關(guān)模塊支撐下的導(dǎo)流圈設(shè)計(jì)

李軍華 劉騰舉 王敏

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

導(dǎo)流圈是空調(diào)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件，合理的導(dǎo)流圈結(jié)構(gòu)可以有效提高整機(jī)風(fēng)量，改善整機(jī)噪音。在設(shè)計(jì)階段，借用ANSYS相關(guān)軟件輔助分析，可以提高設(shè)計(jì)效率，避免不必要的實(shí)驗(yàn)資源浪費(fèi)。

導(dǎo)流圈；ANSYS；設(shè)計(jì)效率

0 引言

導(dǎo)流圈組件由導(dǎo)流圈、電機(jī)、軸流風(fēng)葉組成。此組件的振動(dòng)是整機(jī)振動(dòng)噪音主要來(lái)源，振動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因有很多種，通?？紤]的是氣流的渦流聲與組件的共振。其中共振對(duì)整機(jī)振動(dòng)的影響最大。組件的運(yùn)動(dòng)部分為軸流風(fēng)葉，軸流風(fēng)葉設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與整個(gè)組件設(shè)計(jì)固有頻率接近或者相同時(shí)，就容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而產(chǎn)生振動(dòng)大問(wèn)題。圖1為整機(jī)室外側(cè)風(fēng)道模型示意圖。

1 導(dǎo)流圈主要設(shè)計(jì)思路

針對(duì)振動(dòng)大問(wèn)題，主要從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)為避免共振作出改進(jìn)，導(dǎo)流圈作為組件的支撐零件，其設(shè)計(jì)的合理性尤為關(guān)鍵。

（1）在零件大小一定的前提下，通過(guò)選擇不同的材料設(shè)計(jì)合理的零件重量；同時(shí)要求滿足零件強(qiáng)度剛度的要求。

（2）對(duì)導(dǎo)流圈的薄弱部位通過(guò)加筋、對(duì)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中部位進(jìn)行倒圓角等方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）由于軸流風(fēng)葉與導(dǎo)流圈構(gòu)成懸臂結(jié)構(gòu)，為最大限度避免彎矩帶來(lái)的負(fù)面影響，對(duì)導(dǎo)流圈電機(jī)座部分及與底盤固定部分增加筋條等特征加固處理。

（4）合理布局導(dǎo)流圈約束。盡可能減少螺釘?shù)那疤嵯拢O(shè)計(jì)合適數(shù)量的螺釘固定導(dǎo)流圈與周圍的零件。

（5）在保證軸流風(fēng)葉與零件間隙的情況下，盡可能將導(dǎo)流圈直徑減小(此零件為Φ332mm)，以達(dá)到提高流量的目的。

（6）通過(guò)軟件分析，設(shè)計(jì)合理的形狀來(lái)保證導(dǎo)流圈的效率達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)改善室外側(cè)軸流風(fēng)的流動(dòng)，使整機(jī)的噪音值控制在合理的范圍。

2 模型頻率分析

通過(guò)模態(tài)分析提取組件固有頻率，通過(guò)與風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)激振頻率比較，確定固有頻率是否在合理的范圍以及作出更改結(jié)構(gòu)的判斷，通過(guò)ANSYS提取此組件固有頻率如表1。

激振頻率計(jì)算：風(fēng)葉轉(zhuǎn)速為1040r/min，葉片數(shù)為3片：

電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)對(duì)整個(gè)部件的振動(dòng)影響最大，電源頻率的影響次之。一般情況下，只需考慮基頻及前幾階頻率，其他的影響相對(duì)較小，由

此主要看52Hz、60Hz附近及3倍頻之前的影響。由表1中提取的振動(dòng)頻率可知，沒(méi)有處于52Hz和60Hz附近的固有頻率，前20階都不存在激振頻率倍頻的情況，導(dǎo)流圈組件不存在在風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)下的共振情況。前兩階振型圖如圖2、3所示，可見(jiàn)，導(dǎo)流圈的在前兩階穩(wěn)定性較好，模態(tài)無(wú)明顯情況，經(jīng)初步分析導(dǎo)流圈組件振動(dòng)情況符合設(shè)計(jì)要求。

圖1 整機(jī)室外側(cè)風(fēng)道模型示意圖

圖2 20Hz振型圖

圖3 31Hz振型圖

圖4 第一種設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)稱模型1

3 模型對(duì)比分析

通過(guò)流體分析，選取另外兩種設(shè)計(jì)模型與此模型對(duì)比，選取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)初期，主要設(shè)計(jì)了三款模型，如圖4、5、6所示，其中圖5為某客戶提供的優(yōu)化模型。

通過(guò)ANSYS流體分析模塊對(duì)此三種模型進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表2所示。三個(gè)導(dǎo)流圈在計(jì)算的時(shí)候不考慮換熱，只計(jì)算了流場(chǎng)及流量，通過(guò)對(duì)比可以看出，流量大小順序是：模型3＞模型2

＞模型1。

表1 軟件提取的前10階固有頻率

表2 三種模型出口流量對(duì)比

表3 冷凝器三部分流量分布

表4 整機(jī)噪音測(cè)試結(jié)果

圖7為冷凝器模型1、2、3部分示意圖，用ANSYS fluent將模型2與模型3對(duì)應(yīng)的冷凝器圖示3個(gè)點(diǎn)處的風(fēng)量比例進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)如表3所示。根據(jù)表3可以看出，改善后的模型3對(duì)于2處的流量提升作用最為顯著。三處相加起來(lái)，模型3的流量要高于其他兩款模型。由此，確定模型3為最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)此組件所應(yīng)用的整機(jī)進(jìn)行噪音測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4。

由實(shí)際測(cè)試結(jié)果看，噪音在可接受范圍之內(nèi)，經(jīng)過(guò)實(shí)際體驗(yàn)，不存在“嗡嗡聲”等音質(zhì)問(wèn)題。

將三種模型用于所要開(kāi)發(fā)的機(jī)型上驗(yàn)證性能等參數(shù)，結(jié)果如表5。

由表5可以看出，模型3在能力、能效上都要明顯優(yōu)于其他兩種模型，模型3較之于模型1，能效高達(dá)3.8個(gè)百分點(diǎn)，與模擬的結(jié)果基本保持一致。

5 結(jié)論

（1）在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，將開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與理論分析及其他先進(jìn)設(shè)計(jì)手段相結(jié)合使用，可以達(dá)到精確設(shè)計(jì)，節(jié)省人力成本與實(shí)驗(yàn)成本的目的；

（2）設(shè)計(jì)此類型零件時(shí)，將折彎側(cè)的坡度減緩，增強(qiáng)了軸流側(cè)出風(fēng)的流動(dòng)，利于折彎側(cè)的散熱，降低消耗功率；

（3）在滿足間隙要求的前提下，將導(dǎo)流圈直徑設(shè)計(jì)盡量設(shè)計(jì)的越小，這有利于提高流量；

（4）以上所提及導(dǎo)流圈在噪音方面仍有提升空間，可對(duì)導(dǎo)流圈高度進(jìn)行評(píng)估細(xì)化，以使室外側(cè)風(fēng)量及噪音得到更進(jìn)一步優(yōu)化。

[1] 劉中杰等. 基于CFD的空調(diào)用軸流風(fēng)葉設(shè)計(jì)選型. 制冷與空調(diào). 2010年11月第10卷增刊: 278-280

[2] 趙亮等. 家用空調(diào)器室外機(jī)導(dǎo)流圈對(duì)內(nèi)流場(chǎng)影響分析.制冷與空調(diào). 2010年10月第5期: 35-38

[3] 張新華，天新浩，劉達(dá)德. 噪聲與振動(dòng)控制[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社. 1999

[4] 許本文，焦群英. 機(jī)械振動(dòng)與模態(tài)分析基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社. 1998

The design of Flow Guide based on correlative ANSYS module

LI Junhua LIU Tengju WANG Ming
（Gree Electric Appliances.Inc.of Zhuhai Zhuhai 519070）

Flow Guide is the key part of air-conditioner, Flow Guide with logical structure can advance air flow and noise of machine. Analyse the structure by relevant ANSYS software in design period may improve design efficiency and avoid needless waste of experiment resource.

Flow guide; ANSYS; Design efficiency

表5 三種模型裝機(jī)狀態(tài)下的性能對(duì)比

圖5 第二種設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)稱模型2

圖6 確定設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)稱模型3

圖7 冷凝器模型1、2、3部分示意圖