Natura hałasu wiatru: symfonia aerodynamiki i wibracji mechaniczne
Hałas wiatru z Silniki wentylatora klimatyzacji jest jednym z najważniejszych źródeł hałasu podczas działania systemu klimatyzacji. To nie tylko „szum wiatru”, ale raczej złożony hałas generowany przez złożoną interakcję aerodynamiki i wibracje mechaniczne. Z technicznego punktu widzenia hałas wiatru można zdefiniować jako fale dźwiękowe generowane przez szybką obrót wirnika wentylatora, który oddziałuje z powietrzem, powodując niestabilność przepływu powietrza, turbulencje, wiry i fluktuacje ciśnienia. Hałas ten jest zazwyczaj szerokopasmowy, co oznacza, że energia jest rozmieszczona w szerokim zakresie częstotliwości, ale piki występują przy określonych częstotliwościach (takich jak częstotliwość przejmowania ostrza i jego harmoniczne).
Źródła szumu wiatru: cztery główne mechanizmy generowania
1. Hałas częstotliwości ostrzy:
Jest to najbardziej reprezentatywny element szumu wiatru. Gdy łopatki wentylatora obracają się z dużą prędkością, okresowe „cięcie” przez powietrze lub stałe konstrukcje (takie jak wspornik silnika i język objętościowy), generują okresowe pulsacje przepływu powietrza. Ta pulsacja generuje określony szum częstotliwości, znany jako częstotliwość pasma ostrza (BPF). Wzór obliczeń to: BPF = liczba ostrzy × prędkość obrotowa (RPM). Na przykład wentylator z siedmioma ostrzami i prędkość obrotowa 1200 obr/min ma BPF 7 × (1200/60) = 140 Hz. Ze względu na różną wrażliwość na określone częstotliwości BPF w zakresie 1-4 kHz mogą być szczególnie irytujące.
2. Hałas wiru zrzucający:
Gdy powietrze przepływa po nieregularnych powierzchniach, takich jak ostrza wentylatora, wsporniki i objętości, powstają niestabilne wiry. Kiedy te wiry odrywają się od powierzchni, generują losowe fluktuacje ciśnienia, tworząc nieodprawny, szerokopasmowy szum. Hałas zrzucający wir często objawia się jako syk lub śrubujący dźwięk. Może to nie być zauważalne przy niskich prędkościach wiatru, ale znacznie wzrasta przy wyższych prędkościach wiatru. Kontrolowanie tego szumu wymaga optymalizacji konstrukcji ścieżki przepływu powietrza w celu zmniejszenia niepotrzebnych powierzchni oporu i ostrych zakrętów.
3. Hałas turbulencji:
Obrót wirnika wentylatora tworzy wysoce burzliwy przepływ powietrza. Sama turbulencja jest losowym, nieuporządkowanym ruchem płynu zawierającym wiry o różnych rozmiarach. Losowy ruch i interakcja tych wirów generują również szum szerokopasmowy. Hałas turbulencji jest proporcjonalny do szóstej mocy prędkości wiatru, co oznacza, że dla każdego podwojenia prędkości wiatru poziom ciśnienia dźwięku hałasu turbulencji wzrasta o prawie 18 decybeli. Jest to główny powód, dla którego klimatyzatorzy odczuwają gwałtowny wzrost hałasu w trybie „mocy”.
4. Hałas rezonansowy:
Rezonans występuje, gdy częstotliwość naturalna ostrzy wentylatorów, objętości lub cała struktura klimatyzatora jest zbliżona do częstotliwości szumu generowanej przez wentylator (np. BPF). Rezonans powoduje, że amplituda wibracji wzrasta dramatycznie, wzmacniając pierwotnie subtelny szum wibracji w głośny dźwięk. Hałas ten często przejawia się jako dźwięk „brzęczących” lub „ryk”, czasem towarzyszących dostrzegalnymi wibracjami. Kontrola szumu rezonansu wymaga optymalizacji materiałów konstrukcyjnych, dodawania materiałów tłumiących lub modyfikowania konstrukcji strukturalnej w celu przesunięcia częstotliwości rezonansowej.
Strategie kontroli hałasu wiatru: kompleksowa optymalizacja od projektowania do aplikacji
Aby skutecznie zmniejszyć hałas wiatru w klimatyzowanych silnikach wentylatorów, branża przyjęła różnorodne środki techniczne, które są zintegrowane w całym procesie projektowania, produkcji i instalacji produktu.
1. Optymalizacja projektowania wirnika i aerodynamicznego:
Jest to klucz do zasadniczego rozwiązania hałasu wiatru. Poprzez symulacje obliczeniowe dynamiki płynów (CFD) inżynierowie mogą zoptymalizować kształt ostrza, krzywiznę, kąt skoku i grubość w celu zmniejszenia separacji i turbulencji przepływu powietrza, zmniejszając w ten sposób hałas wiru. Ponadto stosowanie nierównych odstępów lub długości ostrzy może skutecznie zakłócać harmoniczne wentylatora dmuchawy (BPF), rozpraszając jego energię i zmniejszając ostrość hałasu.
2. Optymalizacja struktury objętościowej i przewodu powietrznego:
Projekt objętościowy ma kluczowe znaczenie dla jego wpływu na hałas wiatru. Optymalizacja odstępów między językiem objętościowym a wirnikiem może zmniejszyć pulsowanie przepływu powietrza podczas cięcia ostrzy. Usprawiedliwiona konstrukcja wewnętrznej ściany i kanałów powietrza może zmniejszyć odporność przepływu powietrza, turbulencje i wiry, zmniejszając w ten sposób hałas. Niektóre wysokiej klasy klimatyzatory wykorzystują nawet dwukierunkowe wlot powietrza lub wielowarstwowe projekty kanałów, aby osiągnąć gładszy przepływ powietrza.
3. Materiały i wibracje i redukcja hałasu:
Zastosowanie materiałów kompozytowych polimerowych lub materiałów dźwiękowych do produkcji objętości i kanału skutecznie pochłania i osłabia fale dźwiękowe. Używanie elastycznych podkładek tłumiących wibracje lub klej tłumiący przy połączeniu między silnikiem wentylatora a obudową klimatyzacją może izolować wibracje silnika, uniemożliwiając przenoszenie go przez konstrukcję do panelu klimatyzatora, zmniejszając w ten sposób szum wodny.
4. Technologia kontroli silnika:
Zastosowanie technologii DC o zmiennej częstotliwości i bezszczotkowania (BLDC) jest trendem nowoczesnych silników wentylatora klimatyzacji. Ponieważ silniki BLDC nie mają szczotek, działają płynniej i cicho, a ich prędkość może być dokładnie i stale dostosowywana przez kontroler o zmiennej częstotliwości. Pozwala to klimatyzatorowi dostosować prędkość powietrza zgodnie z rzeczywistymi potrzebami. Przy niskich prędkościach poziomy hałasu można znacznie obniżyć, skutecznie poprawiając komfort użytkownika.
Pomiar i ocena szumu wiatru
Profesjonalnie pomiary hałasu wiatrowego są zwykle przeprowadzane w komorze bezechowej, aby upewnić się, że hałas zewnętrzny nie wpływa na wyniki pomiaru. Kluczowe wskaźniki pomiaru obejmują:
Poziom ciśnienia dźwięku (DB): Odzwierciedla to głośność hałasu. Zwykle stosowany jest poziom ciśnienia dźwięku (DBA), ponieważ bardziej przypomina postrzeganie głośności przez ludzkie ucho.
Poziom mocy dźwięku (DB): Odzwierciedla to energię hałasu samego źródła. Jest niezależny od środowiska testowego i jest podstawową metryką oceny wydajności akustycznej produktu.
Analiza spektralna: analizując rozkład szumu na różnych częstotliwościach, można zidentyfikować szczytowe poziomy hałasu, takie jak częstotliwości cięcia ostrzy, zapewniając podstawę do późniejszego projektu redukcji szumów.
