地鐵車輛空調機組降噪效果的試驗研究

齊玉文 孟勝軍 王森林 金甜甜

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

地鐵車輛的車內噪聲是影響乘客舒適性的重要指標，日益受到關注。在最近的新建項目中，運營公司對于地鐵車輛靜止狀態(tài)下的空調噪聲要求日趨嚴格。尋找能有效降低地鐵車輛空調機組噪聲的措施，對于降低地鐵車輛內部噪聲有著重要意義。本文將分析地鐵車輛空調機組的噪聲源及降噪方法，以某A型地鐵車輛空調機組為例，對降噪措施的影響進行試驗研究。

1 地鐵車輛空調機組的噪聲源及降噪方法

根據(jù)聲學原理，空調機組的噪聲可分為氣體動力噪聲和機械振動噪聲兩大類，其中氣體動力噪聲是影響地鐵車輛空調機組噪聲的主要影響因素。

地鐵車輛空調機組內部的通風機及冷凝風機是輸送空氣與換熱器進行強制換熱的旋轉部件。通風機與冷凝風機在工作時產生強烈的氣體動力噪聲。氣體動力噪聲包括旋轉噪聲和渦旋噪聲。

1.1 噪聲源

1)旋轉噪聲。當風機以一定轉速運轉時，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噪聲。

2)渦流噪聲。當風機以一定轉速運轉時，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。

1.2 降噪方法

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

相關研究表明，對于離心風機而言，聲波會在風機蝸殼內連續(xù)反射，形成一個混聲場，其噪聲聲壓級較高。吸音蝸殼可吸收聲能、減少反射聲能，從而使聲場的聲壓級降低[1]。對于離心風機吸音蝸殼降噪的影響，已有諸多研究：文獻[2]研究在蝸殼的不同部位加裝吸音材料對于后向式離心風機噪聲的影響，可使改進后的風機噪聲降低5～7 dB(A)；文獻[3]將蝸板外側吸音部分的外殼做成方形并填充吸音材料，使改進后的風機噪聲降低了9～12 dB(A)。

地鐵冷凝機常用的軸流風機多使用吸音導流圈來降低噪聲。但相關降噪影響的研究較少。

2 地鐵車輛空調機組的降噪試驗驗證

本文以吸音蝸殼及吸音導流圈為切入點，在地鐵車輛空調機組上進行對比測試。

2.1 吸音蝸殼對于通風機噪聲的影響

本文采用4種配置組合方式的吸音蝸殼用于通風機降噪試驗，研究了每種配置組合方式的降噪效果，以及吸音蝸殼對風機性能的影響。

2.1.1 通風機性能、結構參數(shù)

采用前向式離心風機的通風機主要性能及結構參數(shù)見表1。

表1 采用前向式離心風機的通風機性能及結構參數(shù)

圖1為本試驗通風機的結構簡圖。風機的內層蝸殼為孔板，并在內層蝸殼與外層蝸殼之間填充吸音棉，進而形成吸音蝸殼。吸音蝸殼的4種組合配置見表2。其中1#組合為單層蝸殼、無吸音層配置，為對照組。

表2 通風機吸音蝸殼的4種配置組合參數(shù)

圖1 通風機結構簡圖

2.1.2 通風機性能及噪聲測試

試驗裝置和測試系統(tǒng)按照GB/T 1236—2000《工業(yè)通風機 用標準化風道進行性能試驗》[5]和GB/T 2888—1991《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》[6]的要求來設計、制造及測試。試驗結果見表3。

表3 通風機性能及噪聲對比測試結果

由表3可知，增加內層孔板后，風機的風量及風壓稍有降低，風量及風壓均降低僅約0.5%。此影響基本可以忽略。

由表3還可看出，當內層蝸殼孔板孔徑為5 mm、孔距10 mm(2#組合和3#組合)時，內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，當加大內層蝸殼孔板的開孔孔徑和孔間距時，通風機噪聲有所升高。經分析，當開孔率加大時，風機內部可能會形成小型渦流，進而使得噪聲增大。

2.2 吸音導流圈對于冷凝風機噪聲的影響

本文以空調機組內部軸流風機為研究對象，對4種組合配置方式的吸音導流圈進行了試驗，研究每種組合配置方式的降噪效果，以及對風機性能的影響。

2.2.1 冷凝風機性能、結構參數(shù)

試驗所用冷凝風機的主要性能及結構參數(shù)見表4。圖2為本試驗冷凝風機的結構簡圖。風機的內層導流圈為孔板，內層導流圈與外層導流圈之間填充吸音棉，形成吸音導流圈。4種配置組合的參數(shù)見表5。其中組合A為單層導流圈、無吸音層，作為對照組。

表4 試驗所用冷凝風機的性能及結構參數(shù)

圖2 冷凝風機結構簡圖

表5 冷凝風機4種配置組合參數(shù)

2.2.2 冷凝風機性能及噪聲測試

參照通風機試驗測試裝置及方法，進行冷凝風機性能及噪聲測試，結果如表6所示。

表6 冷凝風機性能及噪聲對比測試結果

由表6可見：增加吸音導流圈后，額定風量及靜壓稍有波動，且風量波動范圍在0.6%以內，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)。由試驗結果可見，吸音導流圈的降噪方案對于冷凝風機來說起到了相反的作用。

3 結語

將吸音蝸殼及吸音導流圈分別用于地鐵車輛空調機組的離心風機及軸流風機，并對降噪效果試驗研究。研究結果表明：

1)吸音蝸殼對于離心風機具有較好的降噪效果，其在額定工況下可以降低離心風機噪聲約1.5 dB(A)；吸音蝸殼對離心風機的降噪效果受到內層孔板開孔率及吸音棉厚度的影響。

2)軸流風機使用吸音導流圈無降噪作用，反而會引起軸流風機噪聲的增加。