带20英寸轴流风机的风冷式冷凝换热装置

　　做制冷系统配套结构设计快十二年，经手的风冷冷凝单元少说也有七八十套，这次建模的这款带20英寸轴流风机的冷凝装置，是针对中小型商用制冷场景做的标准化适配结构，先从实际落地的场景说起，这类结构最常出现在3-5匹的冷藏库外机、商超冷柜集中制冷外机、小型工业冷水机组的散热端，还有部分恒温恒湿试验箱的排热单元里，不像大型蒸发冷或者水冷壳管需要配水塔、循环管路，风冷式的结构只要预留通风间隙就能落地安装，对安装场地的配套要求极低，街边便利店的冷柜外机挂墙、小型生鲜仓的外机落地安装都能用，甚至部分移动制冷设备上也能看到同结构的变体。

　　从实际用途来说，这个单元的核心作用就是把制冷回路里压缩机排出的高温高压气态制冷剂，通过翅片管束的换热过程，把热量强制排到外界空气里，让制冷剂冷凝成中温高压的液态，为后续节流蒸发环节提供状态合格的冷媒，整个换热过程的效率直接决定整套制冷系统的COP值，要是换热能力不足，会直接导致压缩机排气压力过高，轻则制冷效率下降耗电飙升，重则触发高压保护停机，甚至长期过载烧毁压缩机绕组。

　　说回结构本身的设计思路，首先是换热芯体的排布，采用的是铜管串铝翅片的常规成熟结构，铜管走冷媒，铝翅片扩展空气侧的换热面积，毕竟空气侧的换热系数远低于冷媒侧，必须通过扩展换热面来拉平两侧的换热能力差，翅片采用的是开窗式结构，比平翅片的换热效率高近三成，当然风阻也会相应提升，这也是匹配大直径轴流风机的原因之一。风机选用20英寸的轴流风轮，相比小直径高转速风机，同风量下转速更低，运行噪音更小，很适合商用场景对噪音控制的要求，毕竟便利店、商超周边如果外机噪音太大很容易引发投诉，大直径风轮的送风覆盖范围也更均匀，不会出现芯体局部风速过高、局部无风区的问题，能让整个换热芯体的换热面积都得到充分利用。风罩采用的是深拉伸的导风圈结构，和风机叶片的间隙控制在5mm以内，减少叶尖漏风损失，提升风机的实际送风效率，前端的金属防护网采用密筋焊接结构，既可以避免杂物被吸入风机打坏叶片，也能防止运维人员误触转动部件造成工伤，网罩的筋条做了圆弧钝化处理，不会割伤安装人员的手。

　　安装边界这块是做结构设计最需要注意的，首先是进出风方向，这款结构采用的是侧进风、正面出风的布局？不对，是轴流风机正面吸风，风从芯体后侧的翅片间隙穿过，把翅片上的热量带走从风机侧排出，所以安装的时候，芯体后侧离墙面或者遮挡物的距离至少要留够300mm的进风空间，风机出风侧不能有遮挡，要是多台外机并排安装，两台之间的间距至少要留400mm，避免排出的热风被旁边的机组重新吸入造成热短路，也就是业内常说的“回风短路”，一旦出现这种情况，进风温度比环境温度高个三五度，换热效率直接掉15%以上。接口部分，上下伸出的两个铜管接头分别是冷媒的进气口和出液口，进气口接压缩机排气端的高压管，出液口接节流装置前的液管，接头采用的是承插焊接结构，安装的时候直接和系统管路焊接就行，焊接的时候要注意充氮保护，避免铜管内壁产生氧化皮堵塞节流阀或者干燥过滤器。整个单元的安装固定脚在芯体底部，四个安装孔的孔位是按照行业通用的安装尺寸做的，适配市面上绝大多数的外机安装支架，不用重新打孔改支架，能大幅降低现场安装的工作量。

　　结构细节上，芯体的端板采用镀锌钢板冲压成型，厚度1.5mm，足够支撑整个芯体和风机的重量，不会因为长期运行震动出现变形，风机的电机支架直接固定在端板上，支架做了加强筋冲压，避免风机运行的时候产生共振，共振不仅会带来额外的噪音，长期震动还会导致铜管焊接处疲劳开裂，造成冷媒泄漏，这是风冷冷凝器最常见的故障点之一，所以建模的时候特意把电机支架的固定点做了三个方向的约束，减少悬臂结构带来的震动放大。另外，整个芯体的侧边做了密封海绵条的安装槽，安装的时候贴上海绵条，避免风从芯体和外壳的间隙旁通，保证所有进风都能穿过翅片间隙参与换热，这点很多小厂做的产品都会忽略，旁通风量如果占到总风量的10%，换热效率就会掉8%左右，看似不起眼的细节对实际性能影响很大。

　　做三维建模的时候，特意把翅片的开窗角度、铜管的排布间距、风机叶片的安装角都按照实际量产的参数做了还原，不是那种只做外形的示意模型，不管是做整套制冷机组的装配干涉检查，还是做安装布局的模拟，或者是做产品的结构改进，这个模型都能直接用，不用再重新调整核心结构参数。之前有个客户做便利店冷柜外机的时候，一开始选了小直径风机的冷凝器，结果现场测试的时候噪音超标，换热能力还差一点，换了这款20英寸风机的结构之后，噪音降了6分贝，换热能力还富余了10%，哪怕夏天环境温度到38度的时候，高压压力也能稳定在安全范围内，不会出现高压保护的情况。其实做这类换热设备的结构设计，没有什么太玄乎的黑科技，就是把每个影响换热效率、运行可靠性、安装便利性的细节都抠到位，平衡好性能、成本、噪音、安装难度这几个维度的需求，做出来的产品就不会差。