城市軌道交通車輛空調(diào)系統(tǒng)噪聲試驗研究

王翠艷 張耕寧 曹學(xué)峰 李 彥

(石家莊鐵道大學(xué),050043,石家莊∥第一作者,助教)

城市軌道交通車輛運行時處于全封閉狀態(tài),空調(diào)系統(tǒng)成為其必不可少的組成部分。然而,空調(diào)系統(tǒng)在提供“冬暖夏涼”舒適環(huán)境的同時,其噪聲問題卻未能得到較好解決。如何有效地控制空調(diào)系統(tǒng)輻射噪聲,需依賴于對噪聲源的準(zhǔn)確評定與識別,并在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計,才能把噪聲污染限制在可允許的范圍內(nèi)。常用的噪聲評價指標(biāo)有聲壓、聲強和聲功率。聲壓或聲強表示的是聲場小振幅的點強度,對于非平面波一般聲場,其隨測點至聲源距離的增加而減小;聲功率表示聲源輻射的總強度,它與測量距離及測點的具體位置無關(guān),已成為機械噪聲源噪聲輻射強度評定的一個重要指標(biāo)。一直以來,軌道交通車輛空調(diào)系統(tǒng)噪聲輻射聲功率級的測定多運用聲壓測量法。但該方法易受環(huán)境的影響而要進行數(shù)值修正,甚至需要消聲室、半消聲室或混響室等特殊的聲學(xué)環(huán)境,可操作性較差。聲強測量法因其對測試環(huán)境要求較低,可進行現(xiàn)場測試,已成為軌道交通空調(diào)噪聲輻射聲功率級評定中最有效的手段之一。本文采用的聲強測量法的基本原理見文獻[1]。

1 機車空調(diào)噪聲試驗與分析

1.1 試驗設(shè)定

本試驗采用德國MuellerBBM-Type PAK便攜式振動與噪聲測試系統(tǒng)聲強測試模塊。測試系統(tǒng)的主要部件有Gefell-Type SIS91聲強儀(配有12 mm話筒間隔裝置)、NL-22聲級計、MKII多通道數(shù)據(jù)采集儀、計算機等設(shè)備。在進行測試之前,用CASELLA-Type CEL110/194 dB at 1 kHz聲級校準(zhǔn)器對整個測量系統(tǒng)進行校準(zhǔn)。

為得到較為真實、可靠的試驗結(jié)果,試驗選在廠房外露天空曠場地(近似于自由場)中進行。試驗場溫度t0=26℃,靜壓P0=105Pa,風(fēng)速小于2 m/s,背景噪聲為43.8 dB(A)。

試驗時,將被測的空調(diào)機組作為聲源,安裝在固定試驗架上。這里僅考慮一個地面反射面,假設(shè)它被一個矩形包絡(luò)面s所包圍,位置如圖1所示。測試以標(biāo)定工況下(冷凝風(fēng)機2個風(fēng)機速度,壓縮機全負(fù)荷工作,送風(fēng)機1個風(fēng)機速度)空調(diào)機組整機表面輻射噪聲的測試為主。在測試期間,測試環(huán)境及空調(diào)機組工況均穩(wěn)定在相應(yīng)狀態(tài)保持不變。

圖1 矩形包絡(luò)面面元的位置描述

1.2 試驗與結(jié)果分析

1.2.1 聲壓法測定

聲壓法測定聲功率級的現(xiàn)場測量是簡易測量,僅測量噪聲源的A計權(quán)聲功率級。按圖1所示在平行六面體的5個測量表面選取17個測點(測點分布見圖2)。各測點距被測空調(diào)表面1 m。其中測點1～8在距地面高度為1 000 mm的平面上;測點9～16在距地面高度為2 000 mm的平面上;測點17在空調(diào)機組中心正上方,距機組表面1 m處。測試結(jié)果見表1。

圖2 測量點布置圖

表1 各測點聲壓級測試結(jié)果

對于噪聲測試結(jié)果的修正,由于空調(diào)機組輻射噪聲與平均背景噪聲相差15 dB(A)以上,故K1(背景噪聲修正)取0;因在廠房外露天測試,10 m內(nèi)無大的反射物,故K2(環(huán)境修正)也取0。因此,該空調(diào)機組整機噪聲聲壓級為76.3 dB(A),計算可得聲功率級為93.9 dB(A)。

1.2.2 聲強法測定

本試驗依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9614—2掃描部分要求,如圖1所示,將被測空調(diào)機組用一個長×寬×高=3 000 mm×1 750 mm×1 000 mm的假想矩形包絡(luò)面包圍。試驗人員手持聲強探頭,身體盡量離開探頭軸線位置,按規(guī)定路線連續(xù)移動聲強探頭,沿初始測量表面依次掃描記錄空調(diào)機組包絡(luò)面上5個側(cè)面及其它進/出風(fēng)口處的聲強信號;每次測量時間為30 s,并以連續(xù)兩次掃描平均值作為測試結(jié)果。試驗完畢,將記錄的信號進行分析處理,得到每個測量面元每個頻帶的局部聲功率;進一步計算可得到每個頻帶的噪聲源聲功率總量值,如表2所示。

表2 各個側(cè)面及整機的聲功率測試結(jié)果

為便于分析,利用PAK 5.4聲強分析軟件做出了空調(diào)機組的A計權(quán)聲功率1/3倍頻譜圖(見圖3、圖4)。由此得出整個機組和各風(fēng)口輻射噪聲的主要頻率成分,有利于噪聲的控制。

圖3 整個機組的聲功率1/3倍頻程頻譜分析

圖4 其它進/出風(fēng)口的聲功率1/3倍頻程頻譜分析

從圖3可以看出,整個空調(diào)機組噪聲穩(wěn)定,分布面寬;當(dāng)頻率在250 Hz時聲功率級值較大,存在尖峰,試驗結(jié)果為88.5 dB(A);頻率在1 kHz時聲功率級也較大,試驗結(jié)果為87.8 dB(A)。這主要是受風(fēng)機噪聲影響,其次是空調(diào)機組罩殼受激振動輻射以及機座振動引起的機械噪聲的影響;另外,空調(diào)機組的運轉(zhuǎn)工況對噪聲輻射也存在一定的影響。

從圖4可以看出,送風(fēng)口、回風(fēng)口、新風(fēng)口輻射噪聲主要以中高頻為主,送風(fēng)口聲功率級最高達78.2 dB(A),比其它兩個風(fēng)口平均要大16 dB(A)。這主要是受由空氣動力性、機械和管路等噪聲組成的制冷機組噪聲的影響?？諝鈩恿π栽肼曋饕衫淠L(fēng)機引起,包括進氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)葉噪聲;機械噪聲是由壓縮機缸體及曲軸的高速往復(fù)運動引起的;管道噪聲則是由制冷機組的制冷液在管道內(nèi)流動引起的,為脈動噪聲。

2 結(jié)語

本文利用聲壓法、聲強法對城市軌道交通車輛空調(diào)機組噪聲輻射情況進行了試驗研究,驗證了在機械噪聲源的聲學(xué)特性參數(shù)聲功率測定中聲強法具有更好的可操作性與可靠性,得到了空調(diào)系統(tǒng)噪聲輻射聲功率的大小及其頻率特性,分析了影響空調(diào)系統(tǒng)噪聲的主要因素。然而,噪聲問題是一個比較復(fù)雜的問題,我國對于軌道交通車輛空調(diào)噪聲的研究及防治尚處于初級階段,有待于不斷加以研究和改進。

[1] 王孚懋,任勇生,韓寶坤.機械振動與噪聲分析基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2006.

[2] 黃璞,蔣偉康.聲強法在磁懸浮列車車廂聲源識別中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報,2005(5)：5.

[3] 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二編輯室.中國標(biāo)準(zhǔn)保護標(biāo)準(zhǔn)匯編?噪聲控制[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

[4] 馬大猷.噪聲與振動控制工程[M].北京：機械工業(yè)出版社,2002.

[5] 洪宗輝.環(huán)境噪聲控制工程[M].北京：高等教育出版社,2002.[6] 龔林正,張明哲.大容量空調(diào)噪聲研究及防治[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2006,18(1)：114.