地铁车辆空调机组降噪效果的试验研究

齐玉文 孟胜军 王森林 金甜甜

(1.中车长春轨道客车股份有限公司，130062，长春；2.山东朗进科技股份有限公司，276800，青岛∥第一作者，正高级工程师)

地铁车辆的车内噪声是影响乘客舒适性的重要指标，日益受到关注。在最近的新建项目中，运营公司对于地铁车辆静止状态下的空调噪声要求日趋严格。寻找能有效降低地铁车辆空调机组噪声的措施，对于降低地铁车辆内部噪声有着重要意义。本文将分析地铁车辆空调机组的噪声源及降噪方法，以某A型地铁车辆空调机组为例，对降噪措施的影响进行试验研究。

1 地铁车辆空调机组的噪声源及降噪方法

根据声学原理，空调机组的噪声可分为气体动力噪声和机械振动噪声两大类，其中气体动力噪声是影响地铁车辆空调机组噪声的主要影响因素。

地铁车辆空调机组内部的通风机及冷凝风机是输送空气与换热器进行强制换热的旋转部件。通风机与冷凝风机在工作时产生强烈的气体动力噪声。气体动力噪声包括旋转噪声和涡旋噪声。

1.1 噪声源

1)旋转噪声。当风机以一定转速运转时，空气受到叶片及其压力场的激励而引起压力波动变化，进而形成周期性的旋转噪声。

2)涡流噪声。当风机以一定转速运转时，在叶片表面会形成气体涡流。涡流在叶片表面不断形成，成长到一定程度便从叶片滑脱，形成涡流噪声。

1.2 降噪方法

根据地铁车辆空调通风要求，每节车厢送风量一般为8 000～10 000 m3/h。为满足该送风量较大的要求，地铁车辆空调系统一般选用性能较高的前向式离心风机作为通风机。

相关研究表明，对于离心风机而言，声波会在风机蜗壳内连续反射，形成一个混声场，其噪声声压级较高。吸音蜗壳可吸收声能、减少反射声能，从而使声场的声压级降低[1]。对于离心风机吸音蜗壳降噪的影响，已有诸多研究：文献[2]研究在蜗壳的不同部位加装吸音材料对于后向式离心风机噪声的影响，可使改进后的风机噪声降低5～7 dB(A)；文献[3]将蜗板外侧吸音部分的外壳做成方形并填充吸音材料，使改进后的风机噪声降低了9～12 dB(A)。

地铁冷凝机常用的轴流风机多使用吸音导流圈来降低噪声。但相关降噪影响的研究较少。

2 地铁车辆空调机组的降噪试验验证

本文以吸音蜗壳及吸音导流圈为切入点，在地铁车辆空调机组上进行对比测试。

2.1 吸音蜗壳对于通风机噪声的影响

本文采用4种配置组合方式的吸音蜗壳用于通风机降噪试验，研究了每种配置组合方式的降噪效果，以及吸音蜗壳对风机性能的影响。

2.1.1 通风机性能、结构参数

采用前向式离心风机的通风机主要性能及结构参数见表1。

表1 采用前向式离心风机的通风机性能及结构参数

图1为本试验通风机的结构简图。风机的内层蜗壳为孔板，并在内层蜗壳与外层蜗壳之间填充吸音棉，进而形成吸音蜗壳。吸音蜗壳的4种组合配置见表2。其中1#组合为单层蜗壳、无吸音层配置，为对照组。

表2 通风机吸音蜗壳的4种配置组合参数

图1 通风机结构简图

2.1.2 通风机性能及噪声测试

试验装置和测试系统按照GB/T 1236—2000《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》[5]和GB/T 2888—1991《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》[6]的要求来设计、制造及测试。试验结果见表3。

表3 通风机性能及噪声对比测试结果

由表3可知，增加内层孔板后，风机的风量及风压稍有降低，风量及风压均降低仅约0.5%。此影响基本可以忽略。

由表3还可看出，当内层蜗壳孔板孔径为5 mm、孔距10 mm(2#组合和3#组合)时，内层粘贴吸音棉的降噪效果较明显。其中采用40 mm吸音棉(2#组合)的降噪效果最为明显，与1#组合相比，其噪声降低了1.5 dB(A)。此外，当加大内层蜗壳孔板的开孔孔径和孔间距时，通风机噪声有所升高。经分析，当开孔率加大时，风机内部可能会形成小型涡流，进而使得噪声增大。

2.2 吸音导流圈对于冷凝风机噪声的影响

本文以空调机组内部轴流风机为研究对象，对4种组合配置方式的吸音导流圈进行了试验，研究每种组合配置方式的降噪效果，以及对风机性能的影响。

2.2.1 冷凝风机性能、结构参数

试验所用冷凝风机的主要性能及结构参数见表4。图2为本试验冷凝风机的结构简图。风机的内层导流圈为孔板，内层导流圈与外层导流圈之间填充吸音棉，形成吸音导流圈。4种配置组合的参数见表5。其中组合A为单层导流圈、无吸音层，作为对照组。

表4 试验所用冷凝风机的性能及结构参数

图2 冷凝风机结构简图

表5 冷凝风机4种配置组合参数

2.2.2 冷凝风机性能及噪声测试

参照通风机试验测试装置及方法，进行冷凝风机性能及噪声测试，结果如表6所示。

表6 冷凝风机性能及噪声对比测试结果

由表6可见：增加吸音导流圈后，额定风量及静压稍有波动，且风量波动范围在0.6%以内，可看为基本保持不变；组合B及组合D的静压下降了5.9 Pa和4.4 Pa，组合C静压稍提高了1.4 Pa，静压波动小于6%，影响较小；组合B、C、D的噪声值均增大了约1.4 dB(A)。由试验结果可见，吸音导流圈的降噪方案对于冷凝风机来说起到了相反的作用。

3 结语

将吸音蜗壳及吸音导流圈分别用于地铁车辆空调机组的离心风机及轴流风机，并对降噪效果试验研究。研究结果表明：

1)吸音蜗壳对于离心风机具有较好的降噪效果，其在额定工况下可以降低离心风机噪声约1.5 dB(A)；吸音蜗壳对离心风机的降噪效果受到内层孔板开孔率及吸音棉厚度的影响。

2)轴流风机使用吸音导流圈无降噪作用，反而会引起轴流风机噪声的增加。