市域快轨车辆冷却风机降噪方案研究

关超 庄曦 张泽琦

摘要：分析了风却风机的噪音产生机理，并针对市域快轨车辆冷却风机的噪声问题提出降噪方案，为其它项目用冷却风机降噪提供参考。

引言

市域快轨车辆是为市域内快速铁路而研发的新型轨道运输产品，具有快速启停、运载能力强、安全可靠和绿色节能等特点，近些年逐渐被大中城市所接受，后续将得到广泛应用。而牵引变压器作为车辆高压系统的重要部件，具有功率大、热量高的特点，为防止牵引变压器过热，配备了油冷却系统，通过冷却风扇对冷却油进行热交换，进而实现牵引变压器的冷却。牵引变压器的主要噪声来源于冷却风机，因而冷却风机的降噪举措尤为重要，是提高环境质量和生活品质产生重要因素。

1 冷却风机噪声产生机理

冷却风机工作后，噪声的主要来源为机械噪声、气固耦合噪声及空气动力噪声。因不同类型的噪声产生的机理不尽相同，现对每类噪声进行简要介绍。

1.1 机械噪声

机械噪声的产生主要是在生产、制造过程中造成，可尽量降低但不可完全避免，例如皮带传动、齿轮转动、轴承损耗、风扇震动等，均属于机械噪声，此类噪声约占风机总噪声的1/3左右。

1.2 气固耦合噪声

此类噪声较为复杂，造成的原因较多，与气体的绕流、流动分离和涡流引起的压力脉动关系紧密。叶轮在动作过程中，叶片的出口处沿着轴向气流的速度和压力分布不均匀，作用在涡壳上形成压力产生周期性的噪声。此类噪声约占风机总噪声的1/4左右。

1.3 空气动力噪声

空气动力噪声是风扇噪声的主要来源，由旋涡噪声和旋转噪声两部分叠加形成。旋涡噪声造成的主要原因为边界层脱体、气流脱体等造成的；造成旋转噪声的主要原因为当蜗舌与叶片边缘间的间隙较小时，叶片通道经过蜗舌处造成的周期性速度脉冲和压力。

2 市域快轨车辆牵引变压器冷却风机噪声情况

市域快轨车辆较高速动车组在噪声方面的控制更为严苛，以满足在市域范围内行驶过程中不对人们的日常生活和工作带来较大影响和伤害。配备的牵引变压器冷却风机具有高低速调速功能，对高速风机噪声进行了测试，数值为100.8dB（A），冷却风机结构如图1所示：

3 降噪措施及效果

通过分析，风机产生的噪声主要为空气动力噪声偏高引起的，由于风机整体已完成设计工作，并已完成样机制造，如需在叶栅的气动力载荷、蜗舌前端半径、叶轮外缘与蜗舌的间隙、蜗舌结构等方面进行改进，需要经历设计-制造-验证周期，时间、人力成本巨大，故无法通过以上方面进行优化。通过权衡和讨论，拟通过采用降噪材料进行优化。

3.1 降噪材料降噪机理

降噪材料主要分为隔声材料和吸声材料，隔声材料具有密度大，没有空隙的特点。当声音传入隔声材料后，透射出的聲能量被减弱，达到降低外部噪声的目的；而吸声材料内部有大量的相互连通的敞开的微小开孔，当声音传入吸声材料时，引起材料内间隙中的空气振动，通过摩擦和空气的黏滞阻力使得声能量衰减。

目前多为隔声和吸声两种材料组合使用，声能量先通过吸声材料，部分能量被吸收，剩余能量经隔声材料反射后再次进入吸声材料，使得能量被二次吸收，进一步降低声能量，进而达到降噪的效果。

3.2 降噪方案

市域快轨车辆牵引变压器冷却风机内腔一侧用于散热，一侧用于固定电机，剩余四个平面内腔均增加降噪材料。前期高速动车组项目曾应用过30mm厚度的降噪材料，对比后可降噪1.5～2dB（A）左右。鉴于市域快轨车辆箱体尺寸小，空间有限，新研发18mm厚度的降噪材料，增加降噪材料的风机箱体内部结构如图2所示：

4 降噪措施后的影响

因增加降噪材料后，风机整体重量增加约10kg，重心有少许改变，对风机吊装位置进行调整，整体外形尺寸无变化，经计算，冷却风机可降噪1～1.5dB（A）。

5 结语

随着各种新型轨道车辆的不断增加，噪音问题逐渐变为业内外重点关注的问题，成为影响人们生产生活的重大问题。通过深入分析研究，提供了既有冷却风机的降噪可行性方案，在有限的空间范围内进行降噪。若需进一步降低风机噪声，可从叶片、受流方式、电机等风机本身结构出发，有针对性的研究降噪的优化方案。

参考文献

[1] 蔺国民 蔡红专. 离心式通风机降噪设计研究[J].机械设计与制造，2009，（3）：140-142.

[2] 王奇 周信等.混合动力低地板车冷却风机降噪试验研究[J].噪声与振动控制.：2018，（3）：42-48.

（作者单位：1.中车长春轨道客车股份有限公司；

2.大同ABB牵引变压器有限公司）