地铁车辆空调机组降噪试验研究

齐玉文，王森林，孟胜军，金甜甜

(1. 中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062；2. 山东朗进科技股份有限公司，山东 青岛 266071)

近年来，随着我国城市轨道交通行业的蓬勃发展，开通地铁的城市逐年增多，车内噪声作为影响乘客舒适性的重要指标，愈发受到人们的关注。研究能够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。

1 地铁车辆空调机组噪声源分析

根据声学原理，空调机组的噪声可分为两大类，一类是气体动力噪声，另一类是机械振动噪声。其中气体动力噪声是影响轨道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。当通风机与冷凝风机工作时会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流噪声。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。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。

2 轨道车辆空调机组的降噪方法研究

有研究表明，对于离心风机而言，声波在风机蜗壳内连续反射，形成一个混声场，噪声声压级较高。采用吸音蜗壳可吸收声能，减少反射的声能，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，国内外学者做了很多的研究工作，周志勇等[2]研究了在蜗壳的不同部位加装吸音材料对后向式离心风机噪声的影响，使改进后的风机A计权声压级(以下简称“A声级”)降低5～7 dB。Bartenwerfer等[3]将蜗板外侧吸音部分的外壳做成方形，里面填充吸音材料，对离心风机进行降噪试验研究，使改进后的风机A声级降低了9～12 dB[3]。对于轴流风机而言，吸音导流圈对于降低轴流风机噪声的影响鲜有相关研究。

本文以吸音蜗壳、吸音导流圈为切入点，在某A型地铁车辆空调机组上进行对比测试，研究其对于地铁车辆空调机组的噪声的影响。

3 轨道车辆空调机组的降噪试验验证

3.1 吸音蜗壳对于通风机噪声的影响

地铁车辆空调系统要求室内送风量较大，每节车厢送风量一般为8 000～10 000 m3/h，故轨道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，以满足车辆内部的通风要求。本文以选用的空调机组内部的前向式离心风机为研究对象，对4种组合方式的吸音蜗壳进行试验验证，研究每一种组合方式的降噪效果，以及对风机性能的影响。

3.1.1 通风机性能、结构参数

本文研究的通风机主要性能、结构参数见表1。

表1 通风机主要性能、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，内层蜗壳与外层蜗壳之间填充吸音棉，形成吸音蜗壳。以此形成4种组合(表2)，其中组合1为单层蜗壳，无吸音层，作为对照组。

图1 通风机结构简图

表2 通风机吸音蜗壳4种组合参数配置 mm

3.1.2 通风机性能及噪声测试

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

表3 通风机性能及噪声对比测试结果

通过表3可以看出，增加内层蜗壳孔板后，使得通风机的风量及风压稍有降低，风量影响约为0.5%，风压影响约为0.5%，此影响基本可以忽略。当内层蜗壳孔板孔径为5 mm，孔距10 mm时，内层粘贴吸音棉对于降噪有较为明显的效果，其中又以内部粘贴40 mm吸音棉降噪效果最为明显，噪声降低1.5 dB；而当加大内层蜗壳孔板的开孔孔径和孔距时，通风机噪声有所升高，出现此类情况的原因可能为开孔率加大时，风机内部形成小型涡流，促使噪声增加。

3.2 吸音导流圈对于冷凝风机噪声的影响

本文以选用的空调机组内部轴流风机为研究对象，对4种组合方式的吸音导流圈进行试验验证，研究每一种组合方式的降噪效果以及对风机性能的影响。

3.2.1 冷凝风机性能、结构参数

选用的冷凝风机的主要性能、结构参数见表4。

表4 冷凝风机主要性能、结构参数

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。同样的，设置4种组合进行对比测试，4种组合的配置参数详见表5，其中组合1为单层导流圈，无吸音层，作为对照组。

表5 冷凝风机吸音导流圈4种组合参数配置 mm

图2 冷凝风机

3.2.2 冷凝风机性能及噪声测试

冷凝风机试验装置及测试方法与通风机的测试装置一致。其性能及噪声对比测试结果见表6。

表6 冷凝风机性能及噪声对比测试结果

通过表6可以看出，增加吸音导流圈后，额定风量及静压稍有波动，风量波动范围在0.6%以内，可看为基本保持不变；组合2及组合4静压分别下降5.9 Pa

和4.4 Pa，组合3静压提高1.4 Pa，静压波动范围在6%以内，影响较小；组合2、3、4的噪声值皆有提高，约为1.4 dB。由此说明，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。

4 结论与展望

本文对吸音蜗壳、吸音导流圈对于轨道交通车辆空调用离心风机、轴流风机的降噪效果进行了研究。通过对比试验发现：

(1) 吸音蜗壳对于离心风机具有较好的降噪效果，在额定工况下，可降低离心风机A声级噪声1.5 dB；

(2) 吸音导流圈对于轴流风机而言，无降噪作用，相反还会引起轴流风机噪声的增加。

但吸音蜗壳对于离心风机降噪的效果受到内层蜗壳孔板开孔率及吸音棉厚度的影响，本文并未进行详尽研究探讨，可作为后续地铁车辆空调机组降噪研究的方向继续深入。