Povaha hluku vetra: symfónia aerodynamiky a mechanických vibrácií
Hluk vetra od Motory ventilátora klimatizácie je jedným z najvýznamnejších zdrojov hluku počas prevádzky klimatizačného systému. Nie je to iba „hluk vetra“, ale skôr zložitý hluk generovaný zložitou interakciou aerodynamiky a mechanických vibrácií. Z technického hľadiska možno hluk vetra definovať ako zvukové vlny generované vysokorýchlostnou rotáciou obežného kolesa ventilátora, ktoré interaguje so vzduchom, čo spôsobuje nestabilitu prúdenia vzduchu, turbulencie, víry a výkyvy tlaku. Tento hluk je zvyčajne širokopásmové, čo znamená, že energia je distribuovaná v širokom frekvenčnom rozsahu, ale vrcholy sa vyskytujú pri špecifických frekvenciách (ako je frekvencia priečnej čepele a jej harmonické).
Zdroje hluku vetra: štyri hlavné mechanizmy výroby
1. Frekvenčný hluk z prenosu čepele:
Toto je najreprezentatívnejšia zložka hluku vetra. Keď sa lopatky ventilátora otáčajú pri vysokej rýchlosti, periodicky „rezanie“ vzduchom alebo pevnými štruktúrami (ako je držiak motora a volutový jazyk), vytvárajú periodické pulzácie prúdenia vzduchu. Táto pulzácia generuje špecifický frekvenčný šum, známy ako frekvencia prenosu čepele (BPF). Vzorec výpočtu je: BPF = počet čepelí × Rýchlosť otáčania (RPM). Napríklad ventilátor so siedmimi lopatkami a rýchlosť rotačnej rýchlosti 1200 ot./min. Má BPF 7 × (1200/60) = 140 Hz. Vzhľadom na meniacu sa citlivosť na špecifické frekvencie môžu byť BPF v rozsahu 1-4 kHz obzvlášť dráždivé.
2. Hluk vírenia Vortex:
Keď vzduch tečie cez nepravidelné povrchy, ako sú lopatky ventilátora, konzoly a voluty, vytvárajú sa nestabilné víry. Keď sa tieto víry odtrhnú od povrchu, generujú výkyvy náhodného tlaku a vytvárajú neperiodický širokopásmový hluk. Hluk Vortexa vylučovania sa často prejavuje ako syčiaci alebo vírivý zvuk. Nemusí to byť viditeľné pri nízkych rýchlostiach vetra, ale výrazne sa zvyšuje pri vyšších rýchlostiach vetra. Ovládanie tohto hluku vyžaduje optimalizáciu návrhu dráhy prúdenia vzduchu, aby sa znížilo zbytočné povrchy ťahania a ostré zákruty.
3. Hluk turbulencie:
Rotácia obežného kolesa ventilátora vytvára vysoko turbulentný prúd vzduchu. Samotná turbulencia je náhodný, neusporiadaný pohyb tekutín obsahujúcich víry s rôznou veľkosťou. Náhodný pohyb a interakcia týchto vírov tiež generujú širokopásmový šum. Hluk turbulencie je úmerný šiestej sile rýchlosti vetra, čo znamená, že pri každom zdvojnásobení rýchlosti vetra sa úroveň zvukového tlaku hluku turbulencie zvyšuje takmer o 18 decibelov. To je hlavný dôvod, prečo klimatizačné zariadenia zažívajú prudké zvýšenie hluku v režime „napájania“.
4. Rezonančný hluk:
Rezonancia sa vyskytuje, keď je prirodzená frekvencia lopatiek ventilátora, volute alebo celej štruktúry klimatizácie blízko k frekvencii hluku generovanej ventilátorom (napríklad BPF). Rezonancia spôsobuje, že amplitúda vibrácií sa dramaticky zvýši a zosilní pôvodne jemný vibračný hluk do hlasného zvuku. Tento hluk sa často prejavuje ako „bzučiaci“ alebo „hučiaci“ zvuk, niekedy sprevádzaný vnímavými vibráciami. Ovládanie rezonančného hluku vyžaduje optimalizáciu štrukturálnych materiálov, pridávanie tlmených materiálov alebo úpravu konštrukčného návrhu na posun rezonančnej frekvencie.
Stratégie riadenia hluku vetra: komplexná optimalizácia od návrhu po aplikáciu
Na efektívne zníženie hluku vetra v klimatizovaných motoroch ventilátorov, priemysel prijal rôzne technické opatrenia, ktoré sú integrované do celého procesu návrhu, výroby a inštalácie výrobkov.
1. Optimalizácia obežného a aerodynamického dizajnu:
Toto je kľúč k zásadnému riešeniu hluku vetra. Prostredníctvom simulácií výpočtovej dynamiky tekutín (CFD) môžu inžinieri optimalizovať tvar čepele, zakrivenie, uhol výšky tónu a hrúbku na zníženie separácie prúdu vzduchu a turbulencie, čím sa zníži šum víru. Ďalej, použitie nerovnakého rozstupu alebo dĺžky čepele môže účinne narušiť harmonické ventilátor dúchadlového ventilátora (BPF), rozptýliť jeho energiu a znížiť ostrosť hluku.
2. Optimalizácia štruktúry volutu a vzduchového kanálika:
Dizajn Volute je rozhodujúci pre jeho vplyv na hluk vetra. Optimalizácia rozstupu medzi volutovým jazykom a obežníkom môže znížiť pulzáciu prúdenia vzduchu počas rezania čepele. Zjednodušená konštrukcia vnútornej steny a vzduchového kanálika volute môže znížiť odpor prúdu vzduchu, turbulencie a víry, čím sa znižuje hluk. Niektoré špičkové klimatizácie dokonca používajú obojsmerný príjem vzduchu alebo viacvrstvové konštrukcie kanálov na dosiahnutie plynulejšieho prúdenia vzduchu.
3. Materiály a vibrácie a technológie znižovania hluku:
Použitie polymérnych kompozitných materiálov alebo materiálov absorbujúcich zvuky na výrobu volutu a kanála efektívne absorbuje a zoslabuje zvukové vlny. Pomocou elastických vankúšikov nabláňajúcich vibrácie alebo tlmenia lepidla pri spojení medzi motorom ventilátora a klimatizačným krytom môže izolovať vibrácie motora, čím sa zabráni jeho vysielaniu cez štruktúru na panel klimatizácie, čím sa znižuje šum prenášaný štruktúrou.
4. Technológia riadenia motora:
Použitie technológií variabilnej frekvencie a bez kefiek DC (BLDC) je trendom v moderných motoroch ventilátora klimatizačného zariadenia. Pretože motory BLDC nemajú kefy, fungujú plynulejšie a ticho a ich rýchlosť môže byť presne a nepretržite upravená ovládačom premenlivej frekvencie. To umožňuje klimatizácii upraviť rýchlosť vzduchu podľa skutočných potrieb. Pri nízkych rýchlostiach je možné hladiny hluku výrazne znížiť, čo efektívne zlepší komfort používateľov.
Meranie a hodnotenie hluku vetra
Profesionálne sa merania šumu vetra zvyčajne vykonávajú v anechoickej komore, aby sa zabezpečilo, že výsledky merania nie sú ovplyvnené vonkajším hlukom. Kľúčové metriky merania zahŕňajú:
Úroveň zvukového tlaku (DB): Odráža to hlasitosť hluku. Zvyčajne sa používa úroveň zvukového tlaku (DBA), pretože sa viac podobá vnímaniu hlasitosti ľudského ucha.
Úroveň zvukového výkonu (DB): Odráža to hlukovú energiu samotného zdroja. Je nezávislý od testovacieho prostredia a je základnou metrikou na hodnotenie akustického výkonu produktu.
Spektrálna analýza: Analýzou distribúcie šumu v rôznych frekvenciách je možné identifikovať špičkové hladiny hluku, ako sú frekvencie rezania čepele, čo poskytuje základ pre následný návrh redukcie šumu.
