王 奇，周 信，李志輝，肖新標(biāo)，詹雪燕

（西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031）

混合動(dòng)力燃料電池低地板車是一種新型城市軌道交通車輛，它采用氫燃料電池為清潔能源，具有污染低、能源可再生等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)城市軌道交通的發(fā)展方向之一。由于混合動(dòng)力電池箱工作溫度限制[1]，需要冷卻風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備對(duì)電池箱進(jìn)行降溫，但冷卻風(fēng)機(jī)引發(fā)了較大的噪聲污染。相關(guān)測(cè)試表明，關(guān)閉冷卻風(fēng)機(jī)后，其車外靜置噪聲最高可降低15 dB(A)。同時(shí)，車外聲源也會(huì)影響車內(nèi)噪聲。張捷等[2]通過(guò)測(cè)試指出控制車外聲源噪聲能有效降低車內(nèi)噪聲水平。冷卻風(fēng)機(jī)噪聲作為混合動(dòng)力低地板車靜置乃至低速運(yùn)行時(shí)的主導(dǎo)聲源，是混合動(dòng)力低地板車噪聲控制的關(guān)鍵所在。對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備進(jìn)行降噪處理，能有效降低混合動(dòng)力燃料電池車的噪聲水平。

冷卻風(fēng)機(jī)的核心部件是電機(jī)，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)于電機(jī)噪聲的機(jī)理和控制已經(jīng)做了大量試驗(yàn)研究。前蘇聯(lián)И.Г.舒波夫[3]指出，在有通風(fēng)裝置的電機(jī)中，氣流產(chǎn)生的噪聲會(huì)超過(guò)其他所有噪聲源，產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪聲的主要原因有：風(fēng)扇噪聲、旋轉(zhuǎn)噪聲、氣流噪聲以及笛聲（純音）等，不同類型噪聲的控制方法并不相同；Anders FRID等進(jìn)行了一系列的測(cè)試考察了風(fēng)機(jī)組件對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的影響，發(fā)現(xiàn)了兩種結(jié)構(gòu)處理方式能夠降低噪聲值[4]。國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)研究：陳永校、劉橋梁等針對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲的控制，分別提出在風(fēng)道口附近、風(fēng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)側(cè)放置降噪材料[5–6]。但是以上的試驗(yàn)研究并沒(méi)有具體考慮粘貼降噪材料類型以及粘貼位置對(duì)降低噪聲值的影響。本文以燃料電池低地板車?yán)鋮s風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，基于試驗(yàn)測(cè)試，系統(tǒng)研究和對(duì)比分析冷卻風(fēng)機(jī)在不同運(yùn)行工況和減振降噪控制措施下的輻射噪聲響應(yīng)特性，探尋其低噪聲設(shè)計(jì)方法或高效降噪措施方案。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 冷卻風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)-電機(jī)

研究冷卻風(fēng)機(jī)的降噪措施，首先要了解冷卻風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，在冷卻風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)降噪的目的。如圖1為冷卻風(fēng)機(jī)實(shí)物結(jié)構(gòu)。

圖1 冷卻風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試

由圖1可知，冷卻風(fēng)機(jī)包含兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)，其中每個(gè)電機(jī)固定放置在內(nèi)腔中，內(nèi)腔一側(cè)與散熱片相連，其余三面和底部均保持光滑、封閉，頂部通過(guò)柵格實(shí)現(xiàn)氣體流通。冷卻風(fēng)機(jī)工作時(shí)，電機(jī)周圍的冷空氣與散熱片進(jìn)行熱交換，然后通過(guò)柵格流出，從而實(shí)現(xiàn)降溫目的。綜合冷卻風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)以及國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)論可知，可能影響冷卻風(fēng)機(jī)噪聲的因素有：箱體振動(dòng)聲輻射、氣流在內(nèi)腔流通引起的氣動(dòng)噪聲以及氣流經(jīng)過(guò)頂部的柵格引起的氣流噪聲。

箱體振動(dòng)聲輻射和內(nèi)腔氣動(dòng)噪聲可能與光滑側(cè)壁和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且電機(jī)的轉(zhuǎn)速和個(gè)數(shù)均會(huì)影響到兩種噪聲的水平；氣流噪聲可能與柵格結(jié)構(gòu)有關(guān)。考慮到這些因素的影響，本文采用B&K振動(dòng)噪聲采集系統(tǒng)，測(cè)試風(fēng)機(jī)在不同運(yùn)行工況（轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)數(shù)量、柵格影響）和減振降噪控制措施（不同降噪處理方案）下的輻射噪聲響應(yīng)特性，探尋其低噪聲設(shè)計(jì)方法或高效降噪措施方案。

1.2 測(cè)試概況

如圖2所示，將聲學(xué)傳感器布置在距風(fēng)機(jī)中心為1 m的位置，測(cè)點(diǎn)高度為1 m。分別在風(fēng)機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)條件下、加減速運(yùn)行條件測(cè)試60 s。

圖2 冷卻風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)試示意圖

2 影響因素調(diào)查

2.1 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，引發(fā)的箱體振動(dòng)將越大，箱體振動(dòng)聲輻射也會(huì)隨之越大；同時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，氣流速度越大，引起的氣動(dòng)噪聲會(huì)越大。因此，本文首先研究冷卻風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的噪聲特性以及變化規(guī)律。圖3給出了風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的A計(jì)權(quán)噪聲總聲壓級(jí)。

由圖3可知，冷卻風(fēng)機(jī)的A計(jì)權(quán)總聲壓級(jí)隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而接近于線性地增大，最低為77.5 dB(A)，最高為101.1 dB(A)。噪聲總聲壓級(jí)在轉(zhuǎn)速為2433 r/min時(shí)突然增大，其原因可能是風(fēng)機(jī)箱體在該轉(zhuǎn)速產(chǎn)生了模態(tài)共振，導(dǎo)致振動(dòng)聲輻射噪聲突然增大。

為了了解噪聲的聲能量分布，從而進(jìn)一步了解風(fēng)機(jī)內(nèi)各噪聲能量的分布情況。選取3種典型轉(zhuǎn)速（低速、中速、高速）的噪聲作為代表進(jìn)行1/3倍頻程頻譜特性分析，如圖4所示。

定義頻率聲壓級(jí)最大值以下10 dB(A)范圍內(nèi)的頻段區(qū)域?yàn)樵肼曪@著頻段，由圖4可知：當(dāng)轉(zhuǎn)速為1156 r/min時(shí)，聲能量主要集中在160 Hz～6300 Hz；當(dāng)轉(zhuǎn)速為2898 r/min時(shí)，聲能量主要集中在中心頻率315 Hz～3150 Hz的1/3倍頻帶。在1/3倍頻程的各個(gè)頻段內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，聲壓級(jí)幅值加大，且頻率越高差距越大；轉(zhuǎn)速越高，聲能量分布顯著頻段越集中且趨向于高頻。

考慮冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)噪聲，其產(chǎn)生原因?yàn)椋猴L(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)受到風(fēng)葉周期性力的作用，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，從而產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)噪聲，其頻率是葉片每秒打擊空氣質(zhì)點(diǎn)的次數(shù)，如下式

圖3 冷卻風(fēng)機(jī)噪聲總聲壓級(jí)

圖4 1/3倍頻程頻譜特性

其中：Zb是葉片數(shù)，取值為9，n為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，單位為r/min。k為階數(shù)，取值1、2、3…[5]。

為了解其旋轉(zhuǎn)噪聲的階次特性，對(duì)其窄帶頻譜進(jìn)行分析。圖5給出了風(fēng)機(jī)以1156 r/min和2898 r/min勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)的A計(jì)權(quán)頻譜圖（上圖）和0～2898 r/min加速運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)頻特性圖（下圖），階次圖中，橫軸為頻率（單位：Hz），縱軸為轉(zhuǎn)速（單位：r/min），色標(biāo)為加速度幅值（單位：dB re 1 m/s2），斜線亮帶代表階次，對(duì)應(yīng)頻率隨著速度變化。

由圖5可知，風(fēng)機(jī)前3階旋轉(zhuǎn)頻率產(chǎn)生的噪聲最為明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1156 r/min時(shí)，基頻為169 Hz，前3階頻率分別為：169 Hz、339 Hz和508 Hz，其對(duì)應(yīng)的頻率噪聲聲壓級(jí)分別為64.4 dB(A)、63.8 dB(A)和47.0 dB(A)；當(dāng)轉(zhuǎn)速為2898 r/min時(shí)，基頻增加至428 Hz，前3 階頻率增大為：429 Hz、857 Hz、1286 Hz，其對(duì)應(yīng)的頻率噪聲聲壓級(jí)分別為92.0 dB(A)、89.9 dB(A)和 79.6 dB(A)。

圖5 噪聲頻譜及時(shí)頻特性

總體來(lái)看，隨著速度的增加，旋轉(zhuǎn)基頻增加；由風(fēng)機(jī)前3階旋轉(zhuǎn)頻率產(chǎn)生的噪聲在整個(gè)頻譜分布圖上最為明顯。且隨著階次的增加，各階次對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)幅值有所下降，3階以后的高階次旋轉(zhuǎn)頻率產(chǎn)生的噪聲不明顯。

綜合圖4的聲能量分布和圖5的噪聲窄帶頻譜特性可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速為1156 r/min時(shí)，以160 Hz和315 Hz為中心頻率的頻段聲能量較高的原因是包含了前兩階旋轉(zhuǎn)噪聲。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，仍具有這種現(xiàn)象，說(shuō)明旋轉(zhuǎn)噪聲對(duì)低頻區(qū)域影響較大。

通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)的噪聲特性進(jìn)行分析可知，冷卻風(fēng)機(jī)噪聲呈現(xiàn)為顯著的純音加寬中頻頻譜特性，純音成分由旋轉(zhuǎn)基頻在內(nèi)的前3階旋轉(zhuǎn)頻率主導(dǎo)，寬中頻噪聲由風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲和箱體振動(dòng)聲輻射噪聲組合而成；降低噪聲水平，主要從降低寬中頻噪聲和純音兩個(gè)方面考慮。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)的減振降噪措施，以降低顯著頻段噪聲和前3階次旋轉(zhuǎn)噪聲為主。

2.2 風(fēng)機(jī)個(gè)數(shù)影響

冷卻風(fēng)機(jī)包含兩個(gè)獨(dú)立的電機(jī)，當(dāng)只運(yùn)行其中1個(gè)電機(jī)時(shí)，噪聲水平將會(huì)下降。本節(jié)探討風(fēng)機(jī)個(gè)數(shù)對(duì)噪聲的影響。車輛運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速一般為1140 r/min～1160 r/min左右[7]，當(dāng)降溫需求較大時(shí)，轉(zhuǎn)速可達(dá)到2900 r/min左右。因此分別測(cè)試轉(zhuǎn)速為1156 r/min時(shí)，單風(fēng)機(jī)運(yùn)行、雙風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲水平，并將噪聲差值進(jìn)行分析對(duì)比。

與雙風(fēng)機(jī)運(yùn)行方案相比，單機(jī)運(yùn)行時(shí)的冷卻風(fēng)機(jī)A計(jì)權(quán)總聲壓級(jí)降低2.0 dB(A)。根據(jù)獨(dú)立聲源疊加原理，聲源數(shù)量減半，噪聲級(jí)將降低3 dB(A)，但是，測(cè)試結(jié)果顯示降低量?jī)H有2 dB(A)，這說(shuō)明箱體的振動(dòng)聲輻射對(duì)總輻射噪聲貢獻(xiàn)較大，對(duì)箱體粘貼降噪復(fù)合材料將能起到較好的降噪效果。

根據(jù)單、雙機(jī)運(yùn)行工況的頻譜差異，圖6給出了1/3倍頻程噪聲降低量。

圖6 1/3倍頻程頻譜特性噪聲降低量

由圖6可知，在以160 Hz～6300 Hz為中心頻率的噪聲顯著頻段范圍內(nèi)，噪聲降低值最大的前3個(gè)頻段的中心頻率依次是：160 Hz（降噪量6.7 dB(A)）、4000 Hz（4.1 dB(A)）、315 Hz（3.9 dB(A)）。在顯著頻段范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)噪聲的降低值在中心頻率為400 Hz以下的低頻和2000 Hz以上的高頻區(qū)較大，中間頻段較低。

表1給出了前3階頻率對(duì)應(yīng)的噪聲峰值水平。

表1 風(fēng)機(jī)個(gè)數(shù)對(duì)階次噪聲影響/(dB(A))

由表1可知，單個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲總聲壓級(jí)分別為49.6 dBA、49.2 dB(A)和47.5 dB(A)，相對(duì)于雙機(jī)方案分別降低了14.8 dB(A)、14.6 dB(A)和–0.5 dB(A)。前2階頻率對(duì)應(yīng)噪聲降低幅度較大。

由于前兩階頻率分別為169 Hz、339 Hz，這導(dǎo)致了噪聲1/3倍頻程在中心頻率400 Hz以下的低頻區(qū)降低幅度較大。但噪聲是寬中頻噪聲，其顯著頻帶的中心頻率是160 Hz～6300 Hz，前兩階旋轉(zhuǎn)噪音所影響的頻段為400 Hz以下的低頻，對(duì)400 Hz以上高頻段影響不大。因此，雖然前兩階旋轉(zhuǎn)噪聲顯著降低，但噪聲總值變化并不顯著。

2.3 柵格對(duì)噪聲的影響

當(dāng)氣流遇到出風(fēng)口的柵格障礙時(shí)，會(huì)在障礙附近產(chǎn)生紊流，由此引發(fā)氣流噪聲。在去掉柵格后，柵格附近的紊流消失，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)噪聲降低。本節(jié)主要研究由柵格引起氣流噪聲的影響。分別測(cè)試轉(zhuǎn)速為1156 r/min，有、無(wú)柵格時(shí)的噪聲水平，并將噪聲差值進(jìn)行分析對(duì)比。

與有柵格方案相比，無(wú)柵格的冷卻風(fēng)機(jī)A計(jì)權(quán)總聲壓級(jí)降低0.4 dB(A)；根據(jù)有、無(wú)柵格運(yùn)行工況的頻譜差異，圖7給出了1/3倍頻程噪聲降低量。

由圖7可知，在以160 Hz～6300 Hz為中心頻率的噪聲顯著頻段范圍內(nèi)，噪聲降低值最大的前3個(gè)頻段的中心頻率依次是：4000 Hz（降噪量2.8 dB(A)）、160 Hz（1.4 dB(A)）、1600 Hz（0.8 dB(A)）。在顯著頻段范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)噪聲的降低值在中心頻率為160 Hz的低頻段和4000 Hz的高頻段較大，其余頻段較低。

表2給出了前3階頻率對(duì)應(yīng)的噪聲峰值水平。

表2 柵格對(duì)階次噪聲影響/(dB(A))

由表2可知，去掉柵格后，前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲總聲壓級(jí)分別為63.3 dB(A)、63.5 dB(A)和47.5 dB(A)，相對(duì)于有柵格分別降低了1.1 dB(A)、0.3 dB(A)和–0.5 dB(A)。第1階頻率噪聲降低值相對(duì)較大，導(dǎo)致在中心頻率160 Hz處降低幅度相對(duì)其他頻率較大。顯著頻率段噪聲降低值在0附近波動(dòng)，說(shuō)明柵格對(duì)寬中頻的氣動(dòng)噪聲和箱體振動(dòng)聲輻射影響較小，主要影響第1階旋轉(zhuǎn)噪聲。

2.4 風(fēng)機(jī)箱體振動(dòng)響應(yīng)

箱體振動(dòng)聲輻射主要是由機(jī)箱的振動(dòng)引起的，減少風(fēng)機(jī)個(gè)數(shù)和去掉柵格都會(huì)對(duì)箱體振動(dòng)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致箱體振動(dòng)聲輻射發(fā)生變化。本節(jié)分析風(fēng)機(jī)個(gè)數(shù)和柵格對(duì)箱體振動(dòng)的影響，從而探究箱體振動(dòng)聲輻射變化規(guī)律。

表3和圖8分別給出了不同工況下風(fēng)機(jī)箱體振動(dòng)有效值和1/3倍頻程振動(dòng)值。

表3 風(fēng)機(jī)箱體振動(dòng)水平/(m·s-2)

圖8 1/3倍頻程振動(dòng)特性

由表3和圖8可知，與雙機(jī)工況相比，單機(jī)運(yùn)行時(shí)，箱體的縱、橫、垂向振動(dòng)有效值分別降低0.37 m/s2、–0.08 m/s2、0.04 m/s2。在顯著頻率段內(nèi)，縱向振動(dòng)在160 Hz～200 Hz減小，橫向振動(dòng)在160 Hz～200 Hz頻段略微增大，垂向振動(dòng)在315 Hz～630 Hz頻段減小。雙機(jī)與單機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)水平相當(dāng)，說(shuō)明箱體振動(dòng)聲輻射變化不大。由此得出：減少風(fēng)機(jī)個(gè)數(shù)對(duì)箱體輻射噪聲影響較小。

與有柵格工況相比，去掉柵格后，箱體的縱、橫、垂向振動(dòng)有效值分別降低1.11 m/s2、0.03 m/s2、0.02 m/s2。在顯著頻率段內(nèi)，縱向振動(dòng)在160 Hz～200 Hz頻段減小，橫向振動(dòng)略微減小，垂向振動(dòng)在315 Hz～630 Hz頻段減小，其余頻段振動(dòng)相當(dāng)。去除柵格后，箱體縱向振動(dòng)降低較大，橫向和垂向振動(dòng)水平變化較小，說(shuō)明箱體振動(dòng)聲輻射略微減小。由此得出：去掉柵格對(duì)箱體輻射噪聲影響較小，進(jìn)一步驗(yàn)證了上一節(jié)柵格對(duì)箱體聲輻射影響較小的結(jié)論。

3 噪聲控制措施調(diào)查

3.1 降噪材料降噪機(jī)理

冷卻風(fēng)機(jī)的噪聲主要是空氣噪聲，由于改變結(jié)構(gòu)的方式需要經(jīng)歷設(shè)計(jì)-制造-驗(yàn)證的周期，時(shí)間成本較高，考慮使用降噪材料進(jìn)行降噪處理，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)寬頻帶噪聲均有降噪效果，因此能有效降低風(fēng)機(jī)噪聲中不同成分，如氣動(dòng)噪聲、箱體聲輻射等。

降噪材料分為吸聲材料和隔聲材料，其中，吸聲材料內(nèi)部有大量的互相連通的向外敞開(kāi)的微孔，當(dāng)聲音傳入吸聲材料時(shí)，引起空隙中的空氣振動(dòng)。由于摩擦和空氣的黏滯阻力，使得聲能量衰減。隔聲材料是密實(shí)無(wú)孔隙，有較大的質(zhì)量。當(dāng)聲音傳入隔聲材料時(shí)，透射出的聲能量減弱，從而降低外部噪聲。試驗(yàn)證明，綜合兩種材料可以更有效的保證降噪效果。典型的吸聲、隔聲材料組合使用的降噪原理如圖9所示。

圖9 降噪機(jī)理示意圖

當(dāng)聲音先通過(guò)吸聲材料時(shí)，被吸收一部分，然后聲音被隔聲材料反射回來(lái)導(dǎo)致能量進(jìn)一步被吸收，最終只有部分能量投射出去，從而實(shí)現(xiàn)降噪目的。

3.2 降噪材料粘貼位置

由于風(fēng)機(jī)內(nèi)腔一側(cè)需要與散熱片連通，其余3面以及底面處于密閉狀態(tài)，因此可以考慮在底板、邊板和側(cè)板不同位置附加降噪材料，用以控制噪聲。但這些位置是否都能有效降低噪聲，可以進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。選擇14.8 mm厚的復(fù)合隔聲吸音材料作為降噪材料，分別測(cè)試降噪材料不同粘貼位置時(shí)的噪聲水平，并將噪聲差值進(jìn)行分析對(duì)比。測(cè)試方案見(jiàn)表4。

表4 降噪材料位置對(duì)噪聲影響試驗(yàn)

實(shí)際工作中，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)隨著工作需求改變，因此對(duì)其他轉(zhuǎn)速下的降噪材料不同粘貼位置的A計(jì)權(quán)噪聲總聲壓級(jí)降低值進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，不同轉(zhuǎn)速下A計(jì)權(quán)噪聲總聲壓級(jí)降低值最高可達(dá)2.0 dB(A)，說(shuō)明粘貼降噪材料對(duì)降低噪聲有效果。但噪聲降低值并不隨轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)線性變化，其原因在于降噪材料主要抑制箱體的振動(dòng)聲輻射，當(dāng)轉(zhuǎn)速不同，電機(jī)激發(fā)的箱體振動(dòng)聲輻射主頻段存在差異，導(dǎo)致降噪材料降噪情況存在變化。

綜合來(lái)看，方案3的噪聲降低值不如其他兩種方案，其原因可能是通過(guò)底殼反射路徑的聲能量與通過(guò)其他途徑傳播的聲能量相比較小。方案4的噪聲降低值最大，說(shuō)明在側(cè)、邊和底板粘貼降噪材料最優(yōu)。

選取轉(zhuǎn)速為1156 r/min時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，根據(jù)方案2、3、4與標(biāo)準(zhǔn)方案（方案1）的頻譜差異，圖10給出了1/3倍頻程噪聲降低量。

表5 不同轉(zhuǎn)速下粘貼位置影響/dB(A)

圖10 1/3倍頻程噪聲降低值

由圖10可知，在以160 Hz～6300 Hz為中心頻率的噪聲顯著頻段范圍內(nèi)，方案2中噪聲降低值最大的前3個(gè)頻段的中心頻率依次是：4000 Hz（降噪量 2.8 dB(A)）、160 Hz（2.0 dB(A)）、315 Hz（1.8 dB(A)）。方案3降低值最大的前3依次是：4000 Hz（2.8 dB(A)）、3150 Hz（1.3 dB(A)）、315 Hz（1.0 dB(A)）。方案4降低值最大的前3依次是：4000 Hz（3.1 dB(A)）、3150 Hz（1.4 dB(A)）、5000 Hz（1.5 dB(A)）。

對(duì)比方案2和方案4在噪聲能量顯著的頻段內(nèi)的降噪效果可知，方案2在400 Hz以下的低頻區(qū)表現(xiàn)較好，方案4在高頻區(qū)尤其是中心頻率為5000 Hz的頻段表現(xiàn)較好。說(shuō)明在底板附加降噪材料對(duì)低頻區(qū)影響不大；側(cè)、邊、底板組合使用對(duì)中心頻率為5000 Hz處的噪聲抑制效果明顯影響大于單獨(dú)粘貼側(cè)、邊板或底板，其原因可能是材料質(zhì)量抑制了箱體振動(dòng)聲輻射噪聲。

表6給出了不同粘貼位置前3階頻率對(duì)應(yīng)的噪聲峰值水平。

表6 不同粘貼位置對(duì)階次噪聲影響/dB(A)

由表6可知，方案2的前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲總聲壓級(jí)分別為 62.4 dB(A)、59 dB(A)和 51.3 dB(A)，相對(duì)于方案1分別降低了2 dB(A)、4.8 dB(A)和–4.3 dB(A)；方案3的前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲總聲壓級(jí)分別為64.3 dB(A)、59.4 dB(A)和43.7 dB(A)，相對(duì)于方案1分別降低了0.1 dB(A)、4.4 dB(A)和3.3 dB(A)；方案4的前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲總聲壓級(jí)分別為63.6 dB(A)、60.8 dB(A)和52.9 dB(A)，相對(duì)于方案1分別降低了0.8 dB(A)、3 dB(A)和–5.9 dB(A)。方案2的前兩階頻率噪聲降低值均高于方案4，這是方案2的1/3倍頻程噪聲降低值在400 Hz以下低頻區(qū)表現(xiàn)優(yōu)于方案4的原因。

3.3 不同降噪材料

不同降噪材料的降噪原理和降噪效果各不相同。目前普遍認(rèn)為使用不同降噪材料的組合或者復(fù)合材料在降噪方面表現(xiàn)更為優(yōu)秀。因此，本節(jié)比較在側(cè)、邊、底板粘貼不同降噪材料后的冷卻風(fēng)機(jī)的噪聲水平。測(cè)試方案見(jiàn)表7。

表7 不同降噪材料對(duì)噪聲影響

對(duì)不同轉(zhuǎn)速下粘貼不同降噪材料的噪聲總值差值進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 不同轉(zhuǎn)速下降噪材料的噪聲總值差值/dB(A)

由表8可知，不同轉(zhuǎn)速下，A計(jì)權(quán)噪聲總聲壓級(jí)降低值不同，最高可達(dá)2.6 dB(A)（轉(zhuǎn)速為2434 r/min），說(shuō)明降噪材料能夠有效抑制噪聲，綜合來(lái)看，降噪材料3（降噪材料5.0 mm+吸聲材料10 mm）最優(yōu)。

選取轉(zhuǎn)速為1156 r/min時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，根據(jù)不同附加材料方案與無(wú)附加材料方案的頻譜差異，圖11給出了1/3倍頻程噪聲降低量。

由圖11可知：在以160 Hz～6300 Hz為中心頻率的噪聲顯著頻段范圍內(nèi)，附加降噪材料1中噪聲降低值最大的前3個(gè)頻段的中心頻率依次是：4000 Hz（3.14.7 dB(A)）、5000 Hz（1.5 dB(A)）、315 Hz（1.2 dB(A)）。附加降噪材料2降低值最大的前3依次是：160 Hz（2.8 dB(A)）、4000 Hz（2.1 dB(A)）、315 Hz（1.9 dB(A)）。附加降噪材料3降低值最大的前3依次是 ：4000 Hz（3.4 dB(A)）、800 Hz（1.4 dB(A)）、1000 Hz（1.9 dB(A)）。

在噪聲能量顯著的頻段內(nèi)，附加材料1和附加材料3后噪聲降低值分布基本一致，附加材料2后噪聲降低值在160 Hz～315 Hz的低頻區(qū)表現(xiàn)較其他兩種材料更優(yōu)。而在630 Hz以上的高頻區(qū)，附加材料2的表現(xiàn)不如附加其余兩種材料。

表9給出了不同降噪材料前3階頻率對(duì)應(yīng)的噪聲峰值水平。

圖11 1/3倍頻程噪聲降低值

表9 降噪材料對(duì)階次噪聲影響

由表9可知，附加材料1后，前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲聲壓級(jí)分別為63.6 dB(A)、60.8 dB(A)和52.9 dB(A)，相對(duì)于無(wú)降噪材料方案分別降低了0.8 dB(A)、3 dB(A)和–5.9 dB(A)；附加材料2后，前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲聲壓級(jí)分別為61.0 dB(A)、58.2 dB(A)和47.5 dB(A)，相對(duì)于無(wú)降噪材料方案分別降低了3.4 dB(A)、5.6 dB(A)和–0.5 dB(A)；附加材料3后，前3階頻率對(duì)應(yīng)噪聲聲壓級(jí)分別為63.5 dB(A)、61.0 dB(A)和49.5 dB(A)，相對(duì)于無(wú)降噪材料方案分別降低了0.9 dB(A)、2.8 dB(A)和–2.5 dB(A)。降噪材料2的前兩階頻率噪聲降低值均高于其余兩種材料，這是降噪材料2的1/3倍頻程噪聲降低值在400 Hz以下低頻區(qū)表現(xiàn)優(yōu)于其余兩種材料的原因。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于試驗(yàn)測(cè)試方法，系統(tǒng)研究和對(duì)比分析冷卻風(fēng)機(jī)在不同運(yùn)行工況（轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)數(shù)量、柵格影響）和減振降噪控制措施（不同降噪處理方案）下的輻射噪聲響應(yīng)特性，探尋其低噪聲設(shè)計(jì)方法或高效降噪措施方案。主要結(jié)論如下：

（1）冷卻風(fēng)機(jī)噪聲呈現(xiàn)為顯著的純音加寬中頻頻譜特性，純音成分由旋轉(zhuǎn)基頻在內(nèi)的前3階旋轉(zhuǎn)頻率主導(dǎo)，寬中頻噪聲由風(fēng)機(jī)氣動(dòng)和箱體振動(dòng)聲輻射噪聲組合而成；隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，旋轉(zhuǎn)基頻和A計(jì)權(quán)總聲壓級(jí)線性增長(zhǎng)。在保證冷卻效果的前提下，盡量降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是控制其噪聲響應(yīng)的有效手段。

（2）風(fēng)機(jī)數(shù)量減半，輻射噪聲僅下降2 dB(A)，說(shuō)明箱體振動(dòng)聲輻射對(duì)總輻射噪聲影響顯著；柵格對(duì)輻射噪聲影響很小，去掉柵格，輻射噪聲降低0.4 dB(A)；

（3）最佳的降噪方案為在底板、側(cè)板和邊板粘貼降噪材料5.0 mm和吸聲材料10 mm，可降低噪聲2.6 dB(A)。

鑒于冷卻風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從測(cè)試結(jié)果看來(lái)，在不改變風(fēng)機(jī)和箱體整體結(jié)構(gòu)的情況下，可實(shí)現(xiàn)約3 dB(A)的降噪效果，這與國(guó)外同行研究結(jié)論基本一致。若想進(jìn)一步控制冷卻風(fēng)機(jī)噪聲，必須對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)本身做針對(duì)性的低噪聲優(yōu)化，尤其是葉片、受流方式和電機(jī)。

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