董奇奇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

某車型汽車空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)噪音的診斷及改善

董奇奇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

文章介紹了針對某車型空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)噪音大的問題進(jìn)行的分析研究；通過理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)和CFD分析，提出解決措施，確認(rèn)修改鼓風(fēng)機(jī)蝸殼、葉片來達(dá)到降噪的目的，使問題得到解決。

鼓風(fēng)機(jī)；噪音；CFD分析

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-15-03

前言

近年來汽車行業(yè)發(fā)展越來越快，整車舒適性也越來越被車企和車主們所重視，而車內(nèi)噪音是影響整車舒適性的一大重要因素。為進(jìn)一步改善室內(nèi)舒適性，降低空調(diào)通風(fēng)噪聲變得越來越重要。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣流流動(dòng)是主要的噪聲源；本論文主要是針對某車型開鼓風(fēng)機(jī)時(shí)噪音大的問題進(jìn)行分析研究并提出整改方案。

1、空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)噪音特性

通常汽車上的鼓風(fēng)機(jī)為離心式鼓風(fēng)機(jī)，離心式鼓風(fēng)機(jī)的工作原理 與離心式通風(fēng)機(jī)相似，只是空氣的壓縮過程通常是經(jīng)過幾個(gè)工作葉輪（或稱幾級）在離心力的作用下進(jìn)行的。鼓風(fēng)機(jī)有一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上的葉片帶動(dòng)空氣高速運(yùn)動(dòng)，離心力使空氣在漸開線形狀的機(jī)殼內(nèi)，沿著漸開線流向風(fēng)機(jī)出口，高速的氣流具有一定的風(fēng)壓。新空氣由機(jī)殼的中心進(jìn)入補(bǔ)充。

在通風(fēng)系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機(jī)是最大的噪音源。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化造成壓力的變化，氣流從風(fēng)機(jī)葉輪的壓出、蝸殼內(nèi)產(chǎn)生的渦流、進(jìn)出風(fēng)口氣流的紊流等都是噪聲源。特別是在進(jìn)行氣體循環(huán)時(shí)，風(fēng)機(jī)把從空調(diào)內(nèi)吹出來的氣流又通過進(jìn)風(fēng)口直接送回空調(diào)箱內(nèi)，由于聲音被輻射，致使進(jìn)氣噪音增大。

鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲噪聲主要包括氣動(dòng)噪聲和機(jī)械噪聲兩部風(fēng)，前者強(qiáng)度大，是鼓風(fēng)機(jī)的主要噪聲。機(jī)械噪聲很容易識別，主要是鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)不平衡或者摩擦等造成；鼓風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲本質(zhì)上是離散噪聲和寬帶噪聲的疊加，由葉輪旋轉(zhuǎn)形成，并最終通過前后風(fēng)道傳播，其噪聲頻譜是由葉片通過頻率BPF的基頻和諧波疊加在寬帶噪聲頻譜上而組成。寬帶噪聲主要是湍流引起的噪聲，主要來源包括A）邊界層中的湍流；B）來自固體表面的渦流脫落；C）湍流來流和固體表面的撞擊。而離散噪聲（BPF噪聲）則是葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)壓力場和壓力脈動(dòng)與固體壁面的相互作用產(chǎn)生的噪聲。

聲源特性主要包括以下三種：

圖1 聲源特性

鼓風(fēng)機(jī)的蝸殼壁面的壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)偶極子特性；所以鼓風(fēng)機(jī)的噪聲源主要是偶極子聲源。

圖2 蝸殼壁面的壓力脈動(dòng)

2、空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)降噪方案描述

用戶反饋某車型在空調(diào)開啟狀態(tài)下車內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)處產(chǎn)生嗡嗡聲，嚴(yán)重影響了室內(nèi)舒適度，通過噪音測試發(fā)現(xiàn)噪音較標(biāo)桿車輛高2dB左右，故針對此上市車型做鼓風(fēng)機(jī)降噪整改。

表1 實(shí)車與標(biāo)桿車噪音測試數(shù)據(jù)對比

2.1 整改原則及目標(biāo)

A）葉輪外徑不變；

B）蝸殼外輪廓基本不超出原設(shè)計(jì)尺寸；

C）適當(dāng)考慮蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)的氣流優(yōu)化需求；

D）風(fēng)量和壓力滿足的前提下轉(zhuǎn)速下降200轉(zhuǎn)/分；

E）空調(diào)箱總成A權(quán)重聲壓級下降2分貝。

2.2 整改措施

影響鼓風(fēng)機(jī)噪音的因素主要包括風(fēng)量大小、葉型、葉片數(shù)目直徑等選型，鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)平衡、蝸殼設(shè)計(jì)以及磁場噪聲等。由于是實(shí)車整改只能從蝸殼和葉型做整改提升。

2.2.1 蝸殼優(yōu)化方案

圖3 典型的蝸殼

采用標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)螺旋方程：

r(t)=R*exp(ln(1+2*pi*tan(α))*t)α=8度

蝸舌間隙從5.8提升至7.5mm

輪廓基本沒有超出原設(shè)計(jì)，僅在靠近蝸舌的一側(cè)超出約2.5mm，而該側(cè)不存在和其它部件的干涉問題。

圖4 蝸殼修改示意圖

2.2.2 葉型優(yōu)化方案

圖5 典型的葉型

采用設(shè)計(jì)軟件對葉型進(jìn)行優(yōu)化；

新設(shè)計(jì)改進(jìn)主要包括：葉輪高度73.2mm→75.2mm；單圓弧等厚度葉型→多圓弧變厚度葉型；入口角 90度→75度；出口角 152度→160度。

圖6 葉片參數(shù)修改圖

3、方案驗(yàn)證及整改結(jié)果

3.1 理論計(jì)算結(jié)果

表2 原設(shè)計(jì)2729rpm定轉(zhuǎn)速的性能參數(shù)

表3 新整改2500rpm定轉(zhuǎn)速的性能參數(shù)

新整改在2500rpm下的性能已經(jīng)超越了原設(shè)計(jì)2729rpm的性能，尤其是中高風(fēng)量。但從結(jié)果中也可以發(fā)現(xiàn)，該新設(shè)計(jì)扭矩會增加，意味著可能需要對電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，尤其在中風(fēng)量區(qū)域，電機(jī)效率需要提高。

3.2 CFD計(jì)算結(jié)果

表4 優(yōu)化前后CFD計(jì)算結(jié)果

圖7 計(jì)算結(jié)果線性圖

圖8 CFD計(jì)算結(jié)果（聲源場）

該結(jié)果與之前理論計(jì)算的結(jié)果一致，即優(yōu)化方案在中高風(fēng)量工況下可以有效降低葉輪轉(zhuǎn)速。

3.3 整改快件測試結(jié)果

從理論分析，快件測試結(jié)果可以看出，整改件在轉(zhuǎn)速和電流上均優(yōu)于量產(chǎn)件，噪音下降2dB左右。

表5 快件與原件測試結(jié)果對比表

4、結(jié)論

本文主要介紹了某車型空調(diào)系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)的噪音及降噪整改方案，從噪音源出發(fā)，結(jié)合理論計(jì)算和CFD分析得出整改方案，修改完善葉型和蝸殼從而達(dá)到降噪的目標(biāo)值。

[1] 鄧巧玲.噪聲分析基本方法介紹.9-10.

[2] 顧燦松,鄧國勇,何森東,汽車空調(diào)異響引起的車內(nèi)噪聲研究與解決【J】.汽車技術(shù),2008（11）：21-22.

Diagnosis and improvement of blower noise in a vehicle air conditioning system

Dong Qiqi
( The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230022 )

This paper introduces the needle of a vehicle air conditioning system blower noise problem for the analysis of the research; through the theoretical calculation and experiment and CFD analysis, puts forward the measures to confirm the modified fan volute and blade to achieve noise reduction, the problem is resolved.

Blower; noise; CFD analysis

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-15-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.006

董奇奇，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。