朱云广
中山市恒乐电器有限公司 广东中山528400
摘要：本文主要对强排式燃气热水器噪声的来源及降低优化设计对策进行了分析与探讨，以供同仁参考。
关键词：强排式燃气热水器；噪声来源；优化设计
一、前言
随着人们生活水平的提高，家用热水器的应用越来越普及。在太阳能热水器、电热水器和燃气热水器构成的热水器市场中，快速燃气热水器因其热效率高、出热水快、水量大、可连续使用、体积小、安装方便等优势占据了一定的市场份额。求。而强排式燃气热水器由于使用安全性高、安装相对简得到了广泛使用。但由
于强排式燃气热水器使用了排风机，采用了强化燃烧技术，使用时不可避免地发出噪声。GB6932—2015《家用燃气快速热水器》新国标规定，整机噪声在65dB以下(含65dB)为合格产品。在满足其他指标的前提下，产品噪声越低，越具有市场竞争力。因此，降低噪声是燃气热水器改进的一个重要方向。基于此，本文主要对强排式燃气热水器噪声的来源及降低优化设计对策进行了分析与探讨，以供同仁参考。
二、强排式燃气热水器的噪声来源
（1）燃烧噪声。燃烧噪声是火焰波动引起局部区域流速和压力变化产生的。燃烧噪声与燃烧器的火孔热强度、一次空气系数有关，火孔热强度越大或一次空气系数越大，则噪声越大。噪声还与燃烧器的热负荷有关，燃烧器的热负荷可以减少噪声，当一个燃烧器的热负荷为Φ时，其声功率W为：W=kΦ2；式中 k 为系数。若将增加为n，每个燃烧器的热负荷Φ/n，则整个声功率为W′= k(Φ/n)2=W/n
可见，增加燃烧器的数目可以降低噪声功率。此外，合理选择燃烧器设计参数和 注意况的调整使燃烧器稳定工作。目前燃气热水器生产厂家主要是通过降低火孔热强度来降低燃气热水器噪声，即增加火排数目，但是成本也随之增加。
（2）风机噪声。风机运转时产生的噪声主要是周期性的排气噪声和涡流噪声。排气噪声是叶轮在一定压力下运转时，周期性地挤压气体并撞击气体分子，导致叶轮周围气体产生速度和压力脉冲，并以声波的形式向叶轮辐射而产生的。涡流噪声是叶轮高速旋转时，在其表面形成大量的气体涡流，这些气体涡流在叶轮
界面上分离时产生的。风机转速越高，噪声越大。
（3）气流噪声。燃烧系统中的气流形成湍流时，出现了速度和压力的脉动，即产生噪声。由于这种波动具有随机性，所以气流噪声是宽频带噪声。喷嘴流出的燃气向相对静止的气体中扩散时，气流方向和流速截面突然变化，会引起很大噪声，喷嘴有毛刺或孔口粗糙不圆时，气流经喷嘴收缩便产生了偏位噪声，燃气压力越高，偏位噪声越大。燃气流出喷嘴后，在与周围空气进行强烈混合的过程中还产生射流噪声，其强度正比于v2A(v为喷嘴出口速度，A是喷口截面积。引射器工作时，如果混合管粗糙或有毛刺，气流通过时会产生噪声。此外喷嘴到喉
部的距离不合适，一次空气吸入口的形状和尺寸不合适也会产生噪声。并且燃气压力越高，气流噪声越大。
（4）水流噪声。在有压力的管道上，横截面变化时，会造成流速的变化，从而动量发生变化，作用在液体上的压强就会局部突变，这种压强的变化以压强波的形式在管内迅速传播和往返，不断冲击管壁，造成管道的振动和轰鸣，这就是管中水击现象。任何液体在静止或运动的过程中因受到环境(温度、压力、扰动等)和气体分子运动的影响，不可避免地会有一些空气的掺混和溶入，因此在液体中就悬浮着一批微小气泡。当流动的液体把它们带到低压区时，微小气泡体积胀大和相互聚合会形成可见的气泡，这些气泡随着液流流到高压区时，蒸汽就高速度凝结和气泡溃灭，于是在气泡闭合的区域内产生强烈的冲击噪声，称为气蚀。管内壁加工得越光洁，管壁受气蚀作用的损坏越小，噪声也越低。燃气热水器的水路由水阀、热交换器、出水阀组成，管路中不可避免地会有管径变化。由于管径的变化，会造成压强的变化，管路中就会有轻微的水击和气蚀现象而产生噪声。如在管道中加上蓄能器，减少水击波传播距离，也能降低水流噪声。
三、强排式燃气热水器噪声降低优化设计对策
（1）改变风机的电机形式。传统强排式燃气热水器(以下简称传统热水器)的内部结构见图1，低噪声强排式燃气热水器(以下简称低噪声热水器) 的内部结构见图2。与传统热水器相比，低噪声热水器的风机采用直流无刷电机，可以实现无级变速。调速方式为PWM(电源脉冲宽度调节控制方法)低噪声调速，弥补了以往交流电机档位调速产生低频噪声的不足。由于采用直流无刷电机，主控制板可以接收风机的反馈电流信号，以此判断烟道是否堵塞，解决了运行监控问题。因此相比传统热水器，低噪声热水器省去了风压开关。
.png)
图1、传统强排式燃气热水器的内部结构 图2、噪声优化过的强排式燃气热水器的内部结构
（2）改变风机的安装、散热方式。为了降低噪声，对风机的安装、散热方式等进行了创新设计。为了减小系统阻力，风机突破传统的竖置安装，创新性地采用了横置安装。通过整机实验，在相同的燃烧工况下，横置风机比竖置风机转速
低300～400r/min。高温烟气作为工作介质，对于直流风机来说是一个很大的挑战。通过不断地创新研究，设计出一款耐高温风机，是在蜗壳和电机之间增加散热风扇和隔热板，电机中的控制板安装在远离蜗壳侧。
（3）优化控制程序。a.为了减少传火时发出的噪声，点火时，程序会根据当前负荷选择1段或3段点火，减少传火。b.每段的最大负荷点是噪声的峰值点，为了尽量降低此处的噪声，程序上采取了两个措施: 在满足烟气排放的前提下降低风机转速；在满足段间重合区的前提下，优先在下一分段下工作。c．为了在烟道堵塞时确保热水器的安全性，程序上采取了四重保护措施: 前清扫烟道堵塞检测；具有运行过程中的抗风压功能；后清扫烟道堵塞检测；快速响应停机，即当检测到风机电流突然小于某临界值时(出现火焰外溢、黄焰等不良燃烧状态)，直
接关闭燃气阀门，热水器停止运行。通过检测可知，低噪声热水器(采取四重保护措施)的烟道堵塞保护功能比传统热水器(采用风压开关)更智能、更可靠。
四、不同型号的强排式燃气热水器噪声降低后的对比分析
我们选取市场上主流容量(11L/min、13L/min、16L/min)的强排式燃气热水器主流机型与低噪声热水器进行噪声对比测试，测试结果见图3～5。由图3可知，当热负荷在18kW以下时，11L/min的低噪声热水器的噪声比主流机型低7dB以上；最大热负荷时，低4dB以上。由图4可知，当热负荷在21 kW以下时，13 L /min的低噪声热水器的噪声比主流机型低10dB以上；最大热负荷时，低6dB以上。由图5可知，当热负荷在24kW以下时，16L/min的低噪声热水器的噪声比主流机型低10dB以上；最大热负荷时，低4dB以上。
.png)
五、结语
综上所述，通过改良传统强排式燃气热水器，优化设计方案，把强排式燃气热水器运转过程中所产生的噪声降到最佳；通过改变风机电机形式、改变风机安装及散热方式、优化控制程序，达到降低噪声的目的。低噪声强排式燃气热水器的噪声比市场上的传统强排式燃气热水器主流机型低4～10dB以上，且烟道堵塞保护功能更智能、更可靠。