地鐵車輛空調(diào)機(jī)組降噪效果的試驗(yàn)研究

齊玉文 孟勝軍 王森林 金甜甜

(1.中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，130062，長(zhǎng)春；2.山東朗進(jìn)科技股份有限公司，276800，青島∥第一作者，正高級(jí)工程師)

地鐵車輛的車內(nèi)噪聲是影響乘客舒適性的重要指標(biāo)，日益受到關(guān)注。在最近的新建項(xiàng)目中，運(yùn)營(yíng)公司對(duì)于地鐵車輛靜止?fàn)顟B(tài)下的空調(diào)噪聲要求日趨嚴(yán)格。尋找能有效降低地鐵車輛空調(diào)機(jī)組噪聲的措施，對(duì)于降低地鐵車輛內(nèi)部噪聲有著重要意義。本文將分析地鐵車輛空調(diào)機(jī)組的噪聲源及降噪方法，以某A型地鐵車輛空調(diào)機(jī)組為例，對(duì)降噪措施的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 地鐵車輛空調(diào)機(jī)組的噪聲源及降噪方法

根據(jù)聲學(xué)原理，空調(diào)機(jī)組的噪聲可分為氣體動(dòng)力噪聲和機(jī)械振動(dòng)噪聲兩大類，其中氣體動(dòng)力噪聲是影響地鐵車輛空調(diào)機(jī)組噪聲的主要影響因素。

地鐵車輛空調(diào)機(jī)組內(nèi)部的通風(fēng)機(jī)及冷凝風(fēng)機(jī)是輸送空氣與換熱器進(jìn)行強(qiáng)制換熱的旋轉(zhuǎn)部件。通風(fēng)機(jī)與冷凝風(fēng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣體動(dòng)力噪聲。氣體動(dòng)力噪聲包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦旋噪聲。

1.1 噪聲源

1)旋轉(zhuǎn)噪聲。當(dāng)風(fēng)機(jī)以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣受到葉片及其壓力場(chǎng)的激勵(lì)而引起壓力波動(dòng)變化，進(jìn)而形成周期性的旋轉(zhuǎn)噪聲。

2)渦流噪聲。當(dāng)風(fēng)機(jī)以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在葉片表面會(huì)形成氣體渦流。渦流在葉片表面不斷形成，成長(zhǎng)到一定程度便從葉片滑脫，形成渦流噪聲。

1.2 降噪方法

根據(jù)地鐵車輛空調(diào)通風(fēng)要求，每節(jié)車廂送風(fēng)量一般為8 000～10 000 m3/h。為滿足該送風(fēng)量較大的要求，地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)一般選用性能較高的前向式離心風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)機(jī)。

相關(guān)研究表明，對(duì)于離心風(fēng)機(jī)而言，聲波會(huì)在風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)連續(xù)反射，形成一個(gè)混聲場(chǎng)，其噪聲聲壓級(jí)較高。吸音蝸殼可吸收聲能、減少反射聲能，從而使聲場(chǎng)的聲壓級(jí)降低[1]。對(duì)于離心風(fēng)機(jī)吸音蝸殼降噪的影響，已有諸多研究：文獻(xiàn)[2]研究在蝸殼的不同部位加裝吸音材料對(duì)于后向式離心風(fēng)機(jī)噪聲的影響，可使改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)噪聲降低5～7 dB(A)；文獻(xiàn)[3]將蝸板外側(cè)吸音部分的外殼做成方形并填充吸音材料，使改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)噪聲降低了9～12 dB(A)。

地鐵冷凝機(jī)常用的軸流風(fēng)機(jī)多使用吸音導(dǎo)流圈來(lái)降低噪聲。但相關(guān)降噪影響的研究較少。

2 地鐵車輛空調(diào)機(jī)組的降噪試驗(yàn)驗(yàn)證

本文以吸音蝸殼及吸音導(dǎo)流圈為切入點(diǎn)，在地鐵車輛空調(diào)機(jī)組上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

2.1 吸音蝸殼對(duì)于通風(fēng)機(jī)噪聲的影響

本文采用4種配置組合方式的吸音蝸殼用于通風(fēng)機(jī)降噪試驗(yàn)，研究了每種配置組合方式的降噪效果，以及吸音蝸殼對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。

2.1.1 通風(fēng)機(jī)性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

采用前向式離心風(fēng)機(jī)的通風(fēng)機(jī)主要性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 采用前向式離心風(fēng)機(jī)的通風(fēng)機(jī)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1為本試驗(yàn)通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。風(fēng)機(jī)的內(nèi)層蝸殼為孔板，并在內(nèi)層蝸殼與外層蝸殼之間填充吸音棉，進(jìn)而形成吸音蝸殼。吸音蝸殼的4種組合配置見(jiàn)表2。其中1#組合為單層蝸殼、無(wú)吸音層配置，為對(duì)照組。

表2 通風(fēng)機(jī)吸音蝸殼的4種配置組合參數(shù)

圖1 通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.1.2 通風(fēng)機(jī)性能及噪聲測(cè)試

試驗(yàn)裝置和測(cè)試系統(tǒng)按照GB/T 1236—2000《工業(yè)通風(fēng)機(jī) 用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)》[5]和GB/T 2888—1991《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》[6]的要求來(lái)設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 通風(fēng)機(jī)性能及噪聲對(duì)比測(cè)試結(jié)果

由表3可知，增加內(nèi)層孔板后，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓稍有降低，風(fēng)量及風(fēng)壓均降低僅約0.5%。此影響基本可以忽略。

由表3還可看出，當(dāng)內(nèi)層蝸殼孔板孔徑為5 mm、孔距10 mm(2#組合和3#組合)時(shí)，內(nèi)層粘貼吸音棉的降噪效果較明顯。其中采用40 mm吸音棉(2#組合)的降噪效果最為明顯，與1#組合相比，其噪聲降低了1.5 dB(A)。此外，當(dāng)加大內(nèi)層蝸殼孔板的開(kāi)孔孔徑和孔間距時(shí)，通風(fēng)機(jī)噪聲有所升高。經(jīng)分析，當(dāng)開(kāi)孔率加大時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部可能會(huì)形成小型渦流，進(jìn)而使得噪聲增大。

2.2 吸音導(dǎo)流圈對(duì)于冷凝風(fēng)機(jī)噪聲的影響

本文以空調(diào)機(jī)組內(nèi)部軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)4種組合配置方式的吸音導(dǎo)流圈進(jìn)行了試驗(yàn)，研究每種組合配置方式的降噪效果，以及對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。

2.2.1 冷凝風(fēng)機(jī)性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

試驗(yàn)所用冷凝風(fēng)機(jī)的主要性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表4。圖2為本試驗(yàn)冷凝風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。風(fēng)機(jī)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。4種配置組合的參數(shù)見(jiàn)表5。其中組合A為單層導(dǎo)流圈、無(wú)吸音層，作為對(duì)照組。

表4 試驗(yàn)所用冷凝風(fēng)機(jī)的性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2 冷凝風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表5 冷凝風(fēng)機(jī)4種配置組合參數(shù)

2.2.2 冷凝風(fēng)機(jī)性能及噪聲測(cè)試

參照通風(fēng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試裝置及方法，進(jìn)行冷凝風(fēng)機(jī)性能及噪聲測(cè)試，結(jié)果如表6所示。

表6 冷凝風(fēng)機(jī)性能及噪聲對(duì)比測(cè)試結(jié)果

由表6可見(jiàn)：增加吸音導(dǎo)流圈后，額定風(fēng)量及靜壓稍有波動(dòng)，且風(fēng)量波動(dòng)范圍在0.6%以內(nèi)，可看為基本保持不變；組合B及組合D的靜壓下降了5.9 Pa和4.4 Pa，組合C靜壓稍提高了1.4 Pa，靜壓波動(dòng)小于6%，影響較??；組合B、C、D的噪聲值均增大了約1.4 dB(A)。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，吸音導(dǎo)流圈的降噪方案對(duì)于冷凝風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)起到了相反的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

將吸音蝸殼及吸音導(dǎo)流圈分別用于地鐵車輛空調(diào)機(jī)組的離心風(fēng)機(jī)及軸流風(fēng)機(jī)，并對(duì)降噪效果試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：

1)吸音蝸殼對(duì)于離心風(fēng)機(jī)具有較好的降噪效果，其在額定工況下可以降低離心風(fēng)機(jī)噪聲約1.5 dB(A)；吸音蝸殼對(duì)離心風(fēng)機(jī)的降噪效果受到內(nèi)層孔板開(kāi)孔率及吸音棉厚度的影響。

2)軸流風(fēng)機(jī)使用吸音導(dǎo)流圈無(wú)降噪作用，反而會(huì)引起軸流風(fēng)機(jī)噪聲的增加。