市域快軌車輛冷卻風(fēng)機(jī)降噪方案研究

關(guān)超 莊曦 張澤琦

摘要：分析了風(fēng)卻風(fēng)機(jī)的噪音產(chǎn)生機(jī)理，并針對(duì)市域快軌車輛冷卻風(fēng)機(jī)的噪聲問題提出降噪方案，為其它項(xiàng)目用冷卻風(fēng)機(jī)降噪提供參考。

引言

市域快軌車輛是為市域內(nèi)快速鐵路而研發(fā)的新型軌道運(yùn)輸產(chǎn)品，具有快速啟停、運(yùn)載能力強(qiáng)、安全可靠和綠色節(jié)能等特點(diǎn)，近些年逐漸被大中城市所接受，后續(xù)將得到廣泛應(yīng)用。而牽引變壓器作為車輛高壓系統(tǒng)的重要部件，具有功率大、熱量高的特點(diǎn)，為防止?fàn)恳儔浩鬟^熱，配備了油冷卻系統(tǒng)，通過冷卻風(fēng)扇對(duì)冷卻油進(jìn)行熱交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)牽引變壓器的冷卻。牽引變壓器的主要噪聲來源于冷卻風(fēng)機(jī)，因而冷卻風(fēng)機(jī)的降噪舉措尤為重要，是提高環(huán)境質(zhì)量和生活品質(zhì)產(chǎn)生重要因素。

1 冷卻風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理

冷卻風(fēng)機(jī)工作后，噪聲的主要來源為機(jī)械噪聲、氣固耦合噪聲及空氣動(dòng)力噪聲。因不同類型的噪聲產(chǎn)生的機(jī)理不盡相同，現(xiàn)對(duì)每類噪聲進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1.1 機(jī)械噪聲

機(jī)械噪聲的產(chǎn)生主要是在生產(chǎn)、制造過程中造成，可盡量降低但不可完全避免，例如皮帶傳動(dòng)、齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)、軸承損耗、風(fēng)扇震動(dòng)等，均屬于機(jī)械噪聲，此類噪聲約占風(fēng)機(jī)總噪聲的1/3左右。

1.2 氣固耦合噪聲

此類噪聲較為復(fù)雜，造成的原因較多，與氣體的繞流、流動(dòng)分離和渦流引起的壓力脈動(dòng)關(guān)系緊密。葉輪在動(dòng)作過程中，葉片的出口處沿著軸向氣流的速度和壓力分布不均勻，作用在渦殼上形成壓力產(chǎn)生周期性的噪聲。此類噪聲約占風(fēng)機(jī)總噪聲的1/4左右。

1.3 空氣動(dòng)力噪聲

空氣動(dòng)力噪聲是風(fēng)扇噪聲的主要來源，由旋渦噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲兩部分疊加形成。旋渦噪聲造成的主要原因?yàn)檫吔鐚用擉w、氣流脫體等造成的；造成旋轉(zhuǎn)噪聲的主要原因?yàn)楫?dāng)蝸舌與葉片邊緣間的間隙較小時(shí)，葉片通道經(jīng)過蝸舌處造成的周期性速度脈沖和壓力。

2 市域快軌車輛牽引變壓器冷卻風(fēng)機(jī)噪聲情況

市域快軌車輛較高速動(dòng)車組在噪聲方面的控制更為嚴(yán)苛，以滿足在市域范圍內(nèi)行駛過程中不對(duì)人們的日常生活和工作帶來較大影響和傷害。配備的牽引變壓器冷卻風(fēng)機(jī)具有高低速調(diào)速功能，對(duì)高速風(fēng)機(jī)噪聲進(jìn)行了測(cè)試，數(shù)值為100.8dB（A），冷卻風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3 降噪措施及效果

通過分析，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲主要為空氣動(dòng)力噪聲偏高引起的，由于風(fēng)機(jī)整體已完成設(shè)計(jì)工作，并已完成樣機(jī)制造，如需在葉柵的氣動(dòng)力載荷、蝸舌前端半徑、葉輪外緣與蝸舌的間隙、蝸舌結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行改進(jìn)，需要經(jīng)歷設(shè)計(jì)-制造-驗(yàn)證周期，時(shí)間、人力成本巨大，故無法通過以上方面進(jìn)行優(yōu)化。通過權(quán)衡和討論，擬通過采用降噪材料進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 降噪材料降噪機(jī)理

降噪材料主要分為隔聲材料和吸聲材料，隔聲材料具有密度大，沒有空隙的特點(diǎn)。當(dāng)聲音傳入隔聲材料后，透射出的聲能量被減弱，達(dá)到降低外部噪聲的目的；而吸聲材料內(nèi)部有大量的相互連通的敞開的微小開孔，當(dāng)聲音傳入吸聲材料時(shí)，引起材料內(nèi)間隙中的空氣振動(dòng)，通過摩擦和空氣的黏滯阻力使得聲能量衰減。

目前多為隔聲和吸聲兩種材料組合使用，聲能量先通過吸聲材料，部分能量被吸收，剩余能量經(jīng)隔聲材料反射后再次進(jìn)入吸聲材料，使得能量被二次吸收，進(jìn)一步降低聲能量，進(jìn)而達(dá)到降噪的效果。

3.2 降噪方案

市域快軌車輛牽引變壓器冷卻風(fēng)機(jī)內(nèi)腔一側(cè)用于散熱，一側(cè)用于固定電機(jī)，剩余四個(gè)平面內(nèi)腔均增加降噪材料。前期高速動(dòng)車組項(xiàng)目曾應(yīng)用過30mm厚度的降噪材料，對(duì)比后可降噪1.5～2dB（A）左右。鑒于市域快軌車輛箱體尺寸小，空間有限，新研發(fā)18mm厚度的降噪材料，增加降噪材料的風(fēng)機(jī)箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示：

4 降噪措施后的影響

因增加降噪材料后，風(fēng)機(jī)整體重量增加約10kg，重心有少許改變，對(duì)風(fēng)機(jī)吊裝位置進(jìn)行調(diào)整，整體外形尺寸無變化，經(jīng)計(jì)算，冷卻風(fēng)機(jī)可降噪1～1.5dB（A）。

5 結(jié)語

隨著各種新型軌道車輛的不斷增加，噪音問題逐漸變?yōu)闃I(yè)內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的問題，成為影響人們生產(chǎn)生活的重大問題。通過深入分析研究，提供了既有冷卻風(fēng)機(jī)的降噪可行性方案，在有限的空間范圍內(nèi)進(jìn)行降噪。若需進(jìn)一步降低風(fēng)機(jī)噪聲，可從葉片、受流方式、電機(jī)等風(fēng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)出發(fā)，有針對(duì)性的研究降噪的優(yōu)化方案。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1.中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司；

2.大同ABB牽引變壓器有限公司）