齊玉文，王森林，孟勝軍，金甜甜

(1. 中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062；2. 山東朗進(jìn)科技股份有限公司，山東 青島 266071)

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，開(kāi)通地鐵的城市逐年增多，車(chē)內(nèi)噪聲作為影響乘客舒適性的重要指標(biāo)，愈發(fā)受到人們的關(guān)注。研究能夠有效降低地鐵車(chē)輛空調(diào)機(jī)組噪聲的措施，對(duì)于降低地鐵車(chē)輛內(nèi)部噪聲有著重要意義。

1 地鐵車(chē)輛空調(diào)機(jī)組噪聲源分析

根據(jù)聲學(xué)原理，空調(diào)機(jī)組的噪聲可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是氣體動(dòng)力噪聲，另一類(lèi)是機(jī)械振動(dòng)噪聲。其中氣體動(dòng)力噪聲是影響軌道車(chē)輛空調(diào)機(jī)組噪聲的主要影響因素。

地鐵車(chē)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。當(dāng)通風(fēng)機(jī)與冷凝風(fēng)機(jī)工作時(shí)會(huì)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)噪聲和渦流噪聲。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。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。

2 軌道車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的降噪方法研究

有研究表明，對(duì)于離心風(fēng)機(jī)而言，聲波在風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)連續(xù)反射，形成一個(gè)混聲場(chǎng)，噪聲聲壓級(jí)較高。采用吸音蝸殼可吸收聲能，減少反射的聲能，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，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了很多的研究工作，周志勇等[2]研究了在蝸殼的不同部位加裝吸音材料對(duì)后向式離心風(fēng)機(jī)噪聲的影響，使改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“A聲級(jí)”)降低5～7 dB。Bartenwerfer等[3]將蝸板外側(cè)吸音部分的外殼做成方形，里面填充吸音材料，對(duì)離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行降噪試驗(yàn)研究，使改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)A聲級(jí)降低了9～12 dB[3]。對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)而言，吸音導(dǎo)流圈對(duì)于降低軸流風(fēng)機(jī)噪聲的影響鮮有相關(guān)研究。

本文以吸音蝸殼、吸音導(dǎo)流圈為切入點(diǎn)，在某A型地鐵車(chē)輛空調(diào)機(jī)組上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，研究其對(duì)于地鐵車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的噪聲的影響。

3 軌道車(chē)輛空調(diào)機(jī)組的降噪試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 吸音蝸殼對(duì)于通風(fēng)機(jī)噪聲的影響

地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)要求室內(nèi)送風(fēng)量較大，每節(jié)車(chē)廂送風(fēng)量一般為8 000～10 000 m3/h，故軌道車(chē)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)，以滿(mǎn)足車(chē)輛內(nèi)部的通風(fēng)要求。本文以選用的空調(diào)機(jī)組內(nèi)部的前向式離心風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)4種組合方式的吸音蝸殼進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，研究每一種組合方式的降噪效果，以及對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。

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

本文研究的通風(fēng)機(jī)主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 通風(fēng)機(jī)主要性能、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，內(nèi)層蝸殼與外層蝸殼之間填充吸音棉，形成吸音蝸殼。以此形成4種組合(表2)，其中組合1為單層蝸殼，無(wú)吸音層，作為對(duì)照組。

圖1 通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表2 通風(fēng)機(jī)吸音蝸殼4種組合參數(shù)配置 mm

3.1.2 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)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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)》和GB/T 2888—1991《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測(cè)量方法》的要求設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試[5-6]。試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

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

通過(guò)表3可以看出，增加內(nèi)層蝸殼孔板后，使得通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓稍有降低，風(fēng)量影響約為0.5%，風(fēng)壓影響約為0.5%，此影響基本可以忽略。當(dāng)內(nèi)層蝸殼孔板孔徑為5 mm，孔距10 mm時(shí)，內(nèi)層粘貼吸音棉對(duì)于降噪有較為明顯的效果，其中又以?xún)?nèi)部粘貼40 mm吸音棉降噪效果最為明顯，噪聲降低1.5 dB；而當(dāng)加大內(nèi)層蝸殼孔板的開(kāi)孔孔徑和孔距時(shí)，通風(fēng)機(jī)噪聲有所升高，出現(xiàn)此類(lèi)情況的原因可能為開(kāi)孔率加大時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部形成小型渦流，促使噪聲增加。

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

本文以選用的空調(diào)機(jī)組內(nèi)部軸流風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)4種組合方式的吸音導(dǎo)流圈進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，研究每一種組合方式的降噪效果以及對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。

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

選用的冷凝風(fēng)機(jī)的主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 冷凝風(fēng)機(jī)主要性能、結(jié)構(gòu)參數(shù)

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。同樣的，設(shè)置4種組合進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，4種組合的配置參數(shù)詳見(jiàn)表5，其中組合1為單層導(dǎo)流圈，無(wú)吸音層，作為對(duì)照組。

表5 冷凝風(fēng)機(jī)吸音導(dǎo)流圈4種組合參數(shù)配置 mm

圖2 冷凝風(fēng)機(jī)

3.2.2 冷凝風(fēng)機(jī)性能及噪聲測(cè)試

冷凝風(fēng)機(jī)試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法與通風(fēng)機(jī)的測(cè)試裝置一致。其性能及噪聲對(duì)比測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

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

通過(guò)表6可以看出，增加吸音導(dǎo)流圈后，額定風(fēng)量及靜壓稍有波動(dòng)，風(fēng)量波動(dòng)范圍在0.6%以?xún)?nèi)，可看為基本保持不變；組合2及組合4靜壓分別下降5.9 Pa

和4.4 Pa，組合3靜壓提高1.4 Pa，靜壓波動(dòng)范圍在6%以?xún)?nèi)，影響較小；組合2、3、4的噪聲值皆有提高，約為1.4 dB。由此說(shuō)明，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。

4 結(jié)論與展望

本文對(duì)吸音蝸殼、吸音導(dǎo)流圈對(duì)于軌道交通車(chē)輛空調(diào)用離心風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)的降噪效果進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

(1) 吸音蝸殼對(duì)于離心風(fēng)機(jī)具有較好的降噪效果，在額定工況下，可降低離心風(fēng)機(jī)A聲級(jí)噪聲1.5 dB；

(2) 吸音導(dǎo)流圈對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)而言，無(wú)降噪作用，相反還會(huì)引起軸流風(fēng)機(jī)噪聲的增加。

但吸音蝸殼對(duì)于離心風(fēng)機(jī)降噪的效果受到內(nèi)層蝸殼孔板開(kāi)孔率及吸音棉厚度的影響，本文并未進(jìn)行詳盡研究探討，可作為后續(xù)地鐵車(chē)輛空調(diào)機(jī)組降噪研究的方向繼續(xù)深入。