CN103047182B - 一种低噪声冷却风扇导流罩 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低噪声冷却风扇导流罩，包括导风罩、电机固定部，以及支脚，所述导风罩为上下开口的圆筒型，电机固定部呈上开口的框型，电机固定部的四个外端面分别固定一L型支脚，L型支脚一端固定在电机固定部的外端面，另一端向下垂直弯折，四个L型支脚的下端面平齐，其中两个相对的L型支脚的拐角处与导风罩的下端之间由弯折连接部连接。本发明的优点在于：适用于现有冰箱压缩机室结构，满足压缩机散热需求的前提下，能有效降低风扇流场区域的湍流强度以及风扇及其支撑结构的振动，从整体上降低了风扇流场湍流引起的气动噪声和导流罩及其连接件的结构振动辐射噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冰箱压缩机冷却风扇的导风罩，尤其涉及一种适宜用于安静环境下气流噪声干扰小、尺寸受到限制且风量要求较大的场合的冰箱压缩机冷却风扇导流罩。
背景技术
目前，冰箱压缩机冷却风扇导流罩的设计，主要是从风向、风量、成本、安装等方面的需求来设计。
一般来说，现有冰箱压缩机冷却风扇导流罩与风扇电机支架直接设计在一块，电机直接固定在支架上，这种设计具有结构简单、易于制造、成本低廉等特点，但往往因为风量的需求，会要求电机转速较高，转速高则会导致风扇叶片噪声增大；而电机转速提高，导致结构振动增加，也会导致噪声的增大。
在一些特殊场合，比如说压缩机等处的冷却风扇的导风罩。这种导风罩既要满足压缩机室内部结构的要求，又要满足风量的需求。往往为了风量的增加不得不提高风机转速，以至于噪声难以控制。加之为了安装或强度的需要，需设计一些连接件和加强筋，其容易导致局部湍流强度增加，也会产生附加噪声。
而家用冰箱越来越普及，其具有24小时连续通电使用的特点，其噪声水平直接影响环境舒适性，因此，在冰箱制造业中，冰箱的噪声水平越来越受到用户和制造商的重视。尤其夜晚休息期间，噪声使人极易产生抱怨，甚至投诉，影响产品的销售和市场占有率。
因此设计一种低噪声冷却风扇成为一个亟待解决的问题，而导风罩的设计则是其重要方面。现有导流罩基本上都是从引导气流流向，解决散热需求入手，而几乎没有考虑导流罩的结构振动辐射噪声以及由气流引起的气动噪声问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于现有冰箱压缩机室结构，满足压缩机散热需求，同时能减小气流噪声的冷却风扇导流罩。
申请人进行了噪声CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）分析，对现有冰箱机械室流场进行分析，目的是找出湍流区域，并根据分析结果，改进结构模型，对降噪提供指导。
首先需要建立几何模型，包括：机械室模型，压缩机模型，蛇形管模型，垫片模型、风扇模5。并建立直角坐标系，以风扇叶片圆柱形基座上表面的圆心为原点，风扇的旋转中心下游方向为Z+轴，机械室向外方向为X+轴，垂直向上方向为Y+轴。
然后计算模型，为了方便网格划分和计算边界条件设置，将计算域的几何模型划分为两个区域：旋转流体区和通流区。流场内空间结构比较复杂，均采用四面体网格划分。因旋转流体区为研究重点，故区域的网格密度较高，单元尺寸相对较小，整体单元尺寸为1mm。四面体网格划分采用标准控制方式，单元网格共 1553067个。
计算模型的边界条件设置为：进口平面设为压力入边界，出口平面设为压力出口边界，其它壁面均设为固定壁面边界。计算采用多重参考系(MRF)耦合动静部件的计算模型进行计算域的稳态流场分析，即风扇及旋转流体区域采用固结其上的旋转坐标系，而其他区域采用绝对静止坐标系，分别进行稳态计算。旋转流体区转速为1600rpm/min。计算采用标准k-ε模型，标准壁面函数，SIMPLE算法。动量、湍动能及湍流耗散率采用二阶迎风格式。
分析结果如下：在冰箱机械室内，风扇流体旋转区的气流流动速度较高，和实际情况一致，风扇的转动带动了气流的运动。在风扇叶片迎风面中部及中部叶轮外缘处的气流速度幅值较大。风扇下游区域，气流流速较高的地方主要集中叶片轮缘与风扇导流罩外沿附近，叶轮中间下游区域，流速很低，而叶轮区下游，气流有一定的流速。蛇形管对气流的影响不是很大，风扇叶轮固定基座对气流也有一定的影响。由于现有导风罩出口内缘的凸台的存在，导致了叶轮外缘处气流溢出受到阻碍。导流罩内表面出风口的凸台的存在使得风扇下游区域的湍流强度分布不均。在风扇上游区内速度较高的涡流存在，容易导致电机的能耗增加及涡流噪声的产生，同时风扇下游的流速分布不合理，出风量受到影响。
基于以上分析结果，本发明采用以下技术方案解决散热及气流噪声的技术问题的：一种低噪声冷却风扇导流罩，包括导风罩、电机固定部，以及支脚，所述导风罩为上下开口的圆筒型，电机固定部呈上开口的框型，电机固定部的四个外端面分别固定一L型支脚，L型支脚一端固定在电机固定部的外端面，另一端向下垂直弯折，四个L型支脚的下端面平齐，其中两个相对的L型支脚的拐角处与导风罩的下端之间由弯折连接部连接。
作为本发明优化的方案，低噪声冷却风扇导流罩的振动固有频率避开冷却风扇的叶片的通过频率。叶片的通过频率由风扇电机的转速、叶片数目决定，如果导风罩的固有频率与叶片通过频率相同，即会引起结构共振。所以在设计时，要通过CAE模态分析和实验模态分析设计导风罩的结构，通过优化其拓扑结构，避开通过频率，以避免结构共振。
作为本发明优化的方案，电机固定部呈方框型，且电机固定部的两个相邻拐角具有斜倒角。
作为本发明优化的方案，四个L型支脚的拐角处在一个圆周上。更优化的，导风罩的直径小于四个L型支脚的拐角处所在圆周的直径。
作为本发明优化的方案，其中两个相对的L型支脚的水平段的厚度大于另两个L型支脚的水平段的厚度，较厚水平段的两个L型支脚的拐角处与导风罩的下端之间由弯折连接部连接。使用加强结构，可有效降低振动噪声的辐射效率，在一些振动难以避免的情况下，降低结构振动的辐射噪声。
作为本发明优化的方案，电机的边缘与导风罩之间安装有减振胶垫。在电机实际运行过程中，风扇振动不可避免，即便是导风罩的固有频率已避开风扇通过频率，这时，在风扇电机和电机固定部即导风罩之间增加减振胶垫来降低风扇及其电机振动向导流罩振动的传递。
作为本发明优化的方案，导风罩、电机固定部、支脚，以及弯折连接部之间是一体成型的结构。
本发明的优点在于：适用于现有冰箱压缩机室结构，满足压缩机散热需求的前提下，能有效降低风扇流场区域的湍流强度以及风扇及其支撑结构的振动，从整体上降低了风扇流场湍流引起的气动噪声和导流罩及其连接件的结构振动辐射噪声。
附图说明
图1是本发明一种低噪声冷却风扇导流罩的立体结构图。
图2是本发明一种低噪声冷却风扇导流罩的俯视图。
图3是本发明一种低噪声冷却风扇导流罩的侧视图。
图4是本发明一种低噪声冷却风扇导流罩的另一个角度的侧视图。
图5是对冰箱机械室内各组件的简化几何模型分解图。
图6是对冰箱机械室内各组件的简化几何模型组合图。
具体实施方式
请参阅图2所示，是本发明一种低噪声冷却风扇导流罩的立体结构图，该低噪声冷却风扇导流罩包括导风罩10、电机固定部20，以及支脚30。
导风罩10为上下开口的圆筒型，导风罩10须有一定厚度和宽度，具体的厚度和宽度需根据冷却风扇的选择以及压缩机室的尺寸结构来确定，并通过CAE分析，保证低噪声冷却风扇导流罩的振动固有频率避开冷却风扇的叶片的通过频率，在保证导流的前提下，降低导流罩体振动辐射噪声以及由导流罩形成的流道内的湍流强度。
电机固定部20呈上开口的方框型，且方框型电机固定部20的两个相邻拐角具有斜倒角。电机即安装在该电机固定部20内。
电机固定部20的四个外端面分别固定一L型支脚30。所述L型支脚30共四个，L型支脚30一端固定在电机固定部20的外端面，另一端向下垂直弯折，四个L型支脚30的拐角处在一个圆周上，且导风罩10的直径小于该圆的直径。四个L型支脚30的下端面平齐。其中两个L型支脚30的水平段的厚度大于另两个L型支脚30的水平段的厚度，较厚水平段的两个L型支脚30的拐角处与导风罩10的下端之间由弯折连接部13连接。导风罩10通过四个L型支脚30固定于冰箱机械室的相关部件上。
优化的，电机的边缘与导风罩10安装有减振胶垫，以降低电机振动引起的结构振动。
上述各零部件之间可以是焊接结构，优选的，上述各零部件之间是一体成型的结构。
本申请人对使用本发明低噪声冷却风扇导风罩的冰箱机械室流场进行了分析，分析过程如下。
首先建立几何模型，如图5所示，为机械室内各组件的简化几何模型，包括：机械室模型1，压缩机模型2，蛇形管模型3，垫片模型4、导流罩模型5。
然后计算模型，为了方便网格划分和计算边界条件设置，将计算域的几何模型划分为两个区域：旋转流体区和通流区。流场内空间结构比较复杂，均采用四面体网格划分。因旋转流体区为研究重点，故区域的网格密度较高，单元尺寸相对较小，整体单元尺寸为1mm。四面体网格划分采用标准控制方式，单元网格共 1553067个。
计算模型的边界条件设置为：进口平面设为压力入边界，出口平面设为压力出口边界，其它壁面均设为固定壁面边界。计算采用多重参考系(MRF)耦合动静部件的计算模型进行计算域的稳态流场分析，即风扇及旋转流体区域采用固结其上的旋转坐标系，而其他区域采用绝对静止坐标系，分别进行稳态计算。旋转流体区转速为1600rpm/min。计算采用标准k-ε模型，标准壁面函数，SIMPLE算法。动量、湍动能及湍流耗散率采用二阶迎风格式。
分析结果如下：为降低湍流强度，将现有风扇导流罩内表面出风口的凸台去除，为保证结构的强度，可以将凸台设计在外表面。为验证改善后的情况，对此进行了分析。分析结果显示，将风扇导流罩内边缘的凸台去除后，风扇上游区的速度降低。导流罩出口处流速分布合理，出流速度得到加强。压缩机附近区域气流速度增强，散热的效果得以改善。将风扇导流罩内边缘的凸台去除后，风扇上游区的湍流强度分布比较均匀，风扇的叶片轮缘处湍流强度最高。风扇下游的湍流强度也得到改善，分布更加均匀。改善后，速度较高的涡流区得以消除。由于压缩机的存在，在风扇和压缩机之间存在着回旋速度为0.5-1m/s的涡流区。具体影响应结合实验测试判断分析。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：包括导风罩、电机固定部，以及支脚，所述导风罩为上下开口的圆筒型，电机固定部呈上开口的框型，电机固定部的四个外端面分别固定一L型支脚，L型支脚一端固定在电机固定部的外端面，另一端向下垂直弯折，四个L型支脚的下端面平齐，其中两个相对的L型支脚的水平段的厚度大于另两个L型支脚的水平段的厚度，较厚水平段的两个L型支脚的拐角处与导风罩的下端之间由弯折连接部连接。
2.如权利要求1所述的一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：低噪声冷却风扇导流罩的振动固有频率避开冷却风扇的叶片的通过频率。
3.如权利要求1所述的一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：电机固定部呈方框型，且电机固定部的两个相邻拐角具有斜倒角。
4.如权利要求1所述的一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：四个L型支脚的拐角处在一个圆周上。
5.如权利要求4所述的一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：导风罩的直径小于四个L型支脚的拐角处所在圆周的直径。
6.如权利要求1所述的一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：电机的边缘与导风罩之间安装有减振胶垫。
7.如权利要求1所述的一种低噪声冷却风扇导流罩，其特征在于：导风罩、电机固定部、L型支脚，以及弯折连接部之间是一体成型的结构。
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