地鐵車輛空調(diào)機組降噪試驗研究

齊玉文，王森林，孟勝軍，金甜甜

(1. 中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062；2. 山東朗進科技股份有限公司，山東 青島 266071)

近年來，隨著我國城市軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，開通地鐵的城市逐年增多，車內(nèi)噪聲作為影響乘客舒適性的重要指標，愈發(fā)受到人們的關(guān)注。研究能夠有效降低地鐵車輛空調(diào)機組噪聲的措施，對于降低地鐵車輛內(nèi)部噪聲有著重要意義。

1 地鐵車輛空調(diào)機組噪聲源分析

根據(jù)聲學(xué)原理，空調(diào)機組的噪聲可分為兩大類，一類是氣體動力噪聲，另一類是機械振動噪聲。其中氣體動力噪聲是影響軌道車輛空調(diào)機組噪聲的主要影響因素。

地鐵車輛空調(diào)機組內(nèi)部的通風(fēng)機及冷凝風(fēng)機是輸送空氣與換熱器進行強制換熱的旋轉(zhuǎn)部件。當(dāng)通風(fēng)機與冷凝風(fēng)機工作時會產(chǎn)生強烈的氣體動力噪聲，氣體動力噪聲包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。當(dāng)風(fēng)機以一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，空氣受到葉片及其壓力場的激勵而引起壓力波動變化，進而形成周期性的旋轉(zhuǎn)噪聲。當(dāng)風(fēng)機以一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，在葉片表面會形成氣體渦流，渦流在葉片表面不斷形成，成長到一定程度便從葉片滑脫，形成渦流噪聲。

2 軌道車輛空調(diào)機組的降噪方法研究

有研究表明，對于離心風(fēng)機而言，聲波在風(fēng)機蝸殼內(nèi)連續(xù)反射，形成一個混聲場，噪聲聲壓級較高。采用吸音蝸殼可吸收聲能，減少反射的聲能，使聲場的聲壓級降低[1]。

對于離心風(fēng)機吸音蝸殼降噪的影響，國內(nèi)外學(xué)者做了很多的研究工作，周志勇等[2]研究了在蝸殼的不同部位加裝吸音材料對后向式離心風(fēng)機噪聲的影響，使改進后的風(fēng)機A計權(quán)聲壓級(以下簡稱“A聲級”)降低5～7 dB。Bartenwerfer等[3]將蝸板外側(cè)吸音部分的外殼做成方形，里面填充吸音材料，對離心風(fēng)機進行降噪試驗研究，使改進后的風(fēng)機A聲級降低了9～12 dB[3]。對于軸流風(fēng)機而言，吸音導(dǎo)流圈對于降低軸流風(fēng)機噪聲的影響鮮有相關(guān)研究。

本文以吸音蝸殼、吸音導(dǎo)流圈為切入點，在某A型地鐵車輛空調(diào)機組上進行對比測試，研究其對于地鐵車輛空調(diào)機組的噪聲的影響。

3 軌道車輛空調(diào)機組的降噪試驗驗證

3.1 吸音蝸殼對于通風(fēng)機噪聲的影響

地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)要求室內(nèi)送風(fēng)量較大，每節(jié)車廂送風(fēng)量一般為8 000～10 000 m3/h，故軌道車輛空調(diào)系統(tǒng)一般選用性能較高的前向式離心風(fēng)機作為通風(fēng)機，以滿足車輛內(nèi)部的通風(fēng)要求。本文以選用的空調(diào)機組內(nèi)部的前向式離心風(fēng)機為研究對象，對4種組合方式的吸音蝸殼進行試驗驗證，研究每一種組合方式的降噪效果，以及對風(fēng)機性能的影響。

3.1.1 通風(fēng)機性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

本文研究的通風(fēng)機主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 通風(fēng)機主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1為本試驗通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)簡圖，風(fēng)機的內(nèi)層蝸殼為孔板，內(nèi)層蝸殼與外層蝸殼之間填充吸音棉，形成吸音蝸殼。以此形成4種組合(表2)，其中組合1為單層蝸殼，無吸音層，作為對照組。

圖1 通風(fēng)機結(jié)構(gòu)簡圖

表2 通風(fēng)機吸音蝸殼4種組合參數(shù)配置 mm

3.1.2 通風(fēng)機性能及噪聲測試

試驗裝置和測試系統(tǒng)按照國家標準GB/T 1236—2000《工業(yè)通風(fēng)機用標準化風(fēng)道進行性能試驗》和GB/T 2888—1991《風(fēng)機和羅茨鼓風(fēng)機噪聲測量方法》的要求設(shè)計、制造、測試[5-6]。試驗結(jié)果詳見表3。

表3 通風(fēng)機性能及噪聲對比測試結(jié)果

通過表3可以看出，增加內(nèi)層蝸殼孔板后，使得通風(fēng)機的風(fēng)量及風(fēng)壓稍有降低，風(fēng)量影響約為0.5%，風(fēng)壓影響約為0.5%，此影響基本可以忽略。當(dāng)內(nèi)層蝸殼孔板孔徑為5 mm，孔距10 mm時，內(nèi)層粘貼吸音棉對于降噪有較為明顯的效果，其中又以內(nèi)部粘貼40 mm吸音棉降噪效果最為明顯，噪聲降低1.5 dB；而當(dāng)加大內(nèi)層蝸殼孔板的開孔孔徑和孔距時，通風(fēng)機噪聲有所升高，出現(xiàn)此類情況的原因可能為開孔率加大時，風(fēng)機內(nèi)部形成小型渦流，促使噪聲增加。

3.2 吸音導(dǎo)流圈對于冷凝風(fēng)機噪聲的影響

本文以選用的空調(diào)機組內(nèi)部軸流風(fēng)機為研究對象，對4種組合方式的吸音導(dǎo)流圈進行試驗驗證，研究每一種組合方式的降噪效果以及對風(fēng)機性能的影響。

3.2.1 冷凝風(fēng)機性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

選用的冷凝風(fēng)機的主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)見表4。

表4 冷凝風(fēng)機主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2為本試驗冷凝風(fēng)機的結(jié)構(gòu)簡圖，風(fēng)機的內(nèi)層導(dǎo)流圈為孔板，內(nèi)層導(dǎo)流圈與外層導(dǎo)流圈之間填充吸音棉，形成吸音導(dǎo)流圈。同樣的，設(shè)置4種組合進行對比測試，4種組合的配置參數(shù)詳見表5，其中組合1為單層導(dǎo)流圈，無吸音層，作為對照組。

表5 冷凝風(fēng)機吸音導(dǎo)流圈4種組合參數(shù)配置 mm

圖2 冷凝風(fēng)機

3.2.2 冷凝風(fēng)機性能及噪聲測試

冷凝風(fēng)機試驗裝置及測試方法與通風(fēng)機的測試裝置一致。其性能及噪聲對比測試結(jié)果見表6。

表6 冷凝風(fēng)機性能及噪聲對比測試結(jié)果

通過表6可以看出，增加吸音導(dǎo)流圈后，額定風(fēng)量及靜壓稍有波動，風(fēng)量波動范圍在0.6%以內(nèi)，可看為基本保持不變；組合2及組合4靜壓分別下降5.9 Pa

和4.4 Pa，組合3靜壓提高1.4 Pa，靜壓波動范圍在6%以內(nèi)，影響較?。唤M合2、3、4的噪聲值皆有提高，約為1.4 dB。由此說明，吸音導(dǎo)流圈的降噪方案對于冷凝風(fēng)機來說起到了相反的作用。

4 結(jié)論與展望

本文對吸音蝸殼、吸音導(dǎo)流圈對于軌道交通車輛空調(diào)用離心風(fēng)機、軸流風(fēng)機的降噪效果進行了研究。通過對比試驗發(fā)現(xiàn)：

(1) 吸音蝸殼對于離心風(fēng)機具有較好的降噪效果，在額定工況下，可降低離心風(fēng)機A聲級噪聲1.5 dB；

(2) 吸音導(dǎo)流圈對于軸流風(fēng)機而言，無降噪作用，相反還會引起軸流風(fēng)機噪聲的增加。

但吸音蝸殼對于離心風(fēng)機降噪的效果受到內(nèi)層蝸殼孔板開孔率及吸音棉厚度的影響，本文并未進行詳盡研究探討，可作為后續(xù)地鐵車輛空調(diào)機組降噪研究的方向繼續(xù)深入。