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高速动车组用车下空调机组降噪技术研究

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2021年8月下作者：姜宁

[导读] 高速动车组运行速度越高，车内低频段噪声就越显著，乘坐的舒适性也会越差。为了提高高速动车组乘坐的舒适性，降低噪音对乘客的影响，高速动车组在设计过程中采用各种降噪技术来满足相关标准的要求，满足乘客对舒适坐乘环境的要求。

身份证号（37068719******0031）姜宁山东青岛 266000

摘要：高速动车组运行速度越高，车内低频段噪声就越显著，乘坐的舒适性也会越差。为了提高高速动车组乘坐的舒适性，降低噪音对乘客的影响，高速动车组在设计过程中采用各种降噪技术来满足相关标准的要求，满足乘客对舒适坐乘环境的要求。
关键词：空调机组；高频噪声；原因；降噪措施
        引言
        随着我国城市人口的大量增加，城市交通的堵塞、噪声以及空气污染等问题已开始极大地影响着人们的工作及生活。有轨电车作为城市公共交通，其车内噪声是影响乘客及司机舒适性的重要参数，同时也是综合评价车辆品质优劣的重要指标之一。当车内噪声超过一定限值时，将会对乘客的身心健康造成损害同时还会影响到司机的正常工作，因此，严格控制车辆噪声在当今铁路行业显得尤为重要。然而，空调系统产生的噪声是静态工况下车辆噪声主要来源。
        1车内声环境的构成
        车内声环境指的是车内环境里的各种声波，包括：信息交流以及人们互相沟通时的必要声波、多媒体影音设备产生的声波以及车内外各种有害无益的噪声。动车组在高速运行时产生的各种外部噪声通过车体传到车内，这些外部噪声主要由空气与车体的摩擦声、受电弓与接触网的摩擦声及弧光放电声、轮轨噪声和动车组进出隧道产生的压缩波及反射波等组成。动车组运行时自身设备也会产生一些噪声，例如，空调机组、废排机组、空气压缩机、变压器等设备运行时会产生噪声，甚至真空集便器在使用时都会产生很刺耳的噪声。只有在设计动车组过程中更加有效地降低各种噪声对乘客的影响，才能提高动车组的乘坐品质。
        2高速动车组用车下空调机组降噪技术
        2.1气流平顺化处理
        冷凝出风通道是噪声向外传递的另一途径，若冷凝风机出风受阻，将引发次生噪声。气流平顺化处理是对空调机组冷凝出风通道结构进行优化，使冷凝出风气流平顺，以降低次生噪声。本文采用计算流体力学（ＣＦＤ）软件进行气流仿真，对空调机组冷凝出风通道结构进行仿真分析，查找气流阻碍点，并进行平顺化处理，以减小由于湍流产生的噪声。冷凝腔中间截面气流速度分布，由于风机出口存在阻挡（红色圆圈处），该处的速度矢量大而且比较集中。冷凝腔中间截面气流压力分布，同样由于风机出口存在阻挡（红色圆圈处），气流流通不畅，造成阻力过大。受空间限制，冷凝出风通道结构无进一步优化空间，因此，采用冷凝风机斜置方案使气流更加平顺。
        2.2系统低噪声配置
        系统低噪声配置是管路系统噪声控制的重要途径，旨在解决系统阻力特性与风机流量压力之间的匹配关系，最大程度地减小设备功率冗余与噪声水平，实现系统节能降噪的目的。风机在管路中实际工作点由风机的水力性能和管路的阻力损失共同决定，研究表明不同风机的振动噪声受水力性能影响的敏感性不同，但都符合在最佳工作点附近振动噪声最小这一规律，且其轴频、叶频、倍叶频等主要分量都符合这一规律，并且风机在不同转速下都有最佳工作点。因此风机与管路系统低噪声匹配的原理是通过通过水力性能匹配，使风机工作在各转速下的最佳工作点，降低管路系统的振动噪声。可通过设计尽量增加管路的阻力损失曲线与风机的最佳工作区相交的区间，在这种匹配设计下通过调节转速实现需要的流量压力要求，风机即运行在该转速的最佳工作点附近，实现低噪声运行。
        2.3高速动车组空调系统降噪
        空调系统处理不好的话，会对乘客的舒适性影响很大，另外，空调机组也会产生噪声，因此要采取很多措施来降噪。

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例如，空调机组与车体固定时，采用空心橡胶条与车体隔开，避免硬碰硬的接触，降低噪音的固体媒质传播；空调机组在车体上的凸出部分，通过安装扰流板使通过空调机组的气流更加顺畅，降低高速动车组运行时气流产生的噪音；固定空调的连接件也采用相对较软的非金属垫片来减少噪音的传播；空调机组的周边与车体搭接处用密封胶密封，起到防水降噪的作用。空调系统在车内也采用了很多降噪措施，例如，如图7所示，空调机组与客室风道通过柔性过渡风道连接；风道的第一节被设计成消音风道，在消音风道内部设置了气流的导向板；风道和风道之间采用柔性过渡连接；新风入口和空调机组出风口第一节风道粘贴吸音棉；出风口避免太狭窄以免引起哨音等。
        2.4车体结构隔声设计
        对于空气传声而言，提高车体结构的隔声水平是降低车内噪声的有效方法。对卧铺动车组车内噪声进行仿真计算，计算结果表明，当车体结构的隔声水平提高之后车内噪声降低了２～３　ｄＢ（Ａ）。因此，对于卧铺动车组整车低噪声设计而言，提高车体结构的隔声水平具有重要作用，特别是车辆的声源暴露处和车体结构隔声薄弱处，如转向架区域地板、受电弓平顶、端部侧墙、顶板、端墙等关键位置的隔声优化设计尤为重要。
        2.5车体的降噪措施
        高速动车组车体相当于动车的皮肤和骨骼，是隔绝噪音的第一道屏障，因此也采用了很多降噪措施。例如，采用隔热隔音、密封性好的铝型材结构；采用连续焊缝来保证车体的气密性；车体涂装具有吸音和减振功能的阻尼材料和油漆；对不能施焊的部位，用密封胶密封等。这些措施都能有效地减少车外噪音向车内传播。
        2.6车体气动外形上的降噪措施
       在设计车体外形时，高速动车组会对优选的几种外形设计进行气动外形的相关试验，通过制作的小比例车模进行多种风速的风洞噪声试验，对优选出的方案进行样车试制，最终确定高速动车组的头型方案。图10为 300km/h 车体表面声功率级分布云图。为进一步降低车体表面气动噪声，高速动车组对外露在车体表面的天线座进行了平顺化结构优化，车顶天线处气动噪声可降低 3 ～ 5dB（A）。
        2.7吸声、隔声处理
        吸声处理可通过制作声学覆盖件，以被动降噪的方式改变噪声性能。隔声处理可采用隔声材料降低直接辐射噪声。根据目前应用经验，吸声、隔声处理主要是在空调机组内部、外部喷涂或粘贴吸声、隔声材料，吸收并阻隔噪声，具体措施如下：（１）在冷凝腔箱体及盖板的内表面喷涂防撞胶；（２）在冷凝腔箱体外侧、盖板和冷凝出风侧过渡风道外表面喷涂阻尼胶浆；（３）在冷凝腔箱体内侧、盖板和冷凝出风侧过渡风道内表面粘贴吸音棉。
        2.8底架开孔的密封设计
        车体的密封对车内的中高频噪声有着显著的影响，尤其是孔隙在车厢两端的转向架区域，将显著增加车内最大噪声级。因此，转向架区域地板的密封设计尤为重要。针对新型高速卧铺动车组，使用堵块填充底架开孔处型腔和用密封胶密封所有开口能起到明显效果。通过对以上转向架区域的组合方案进行评估，隔声量可达５４ｄＢ（Ａ）。而时速３５０ｋｍ中国标准动车组线路实测值为５１．７ｄＢ（Ａ），可见，隔声量提高了约２．３ｄＢ（Ａ）。
        结语
        我国高速动车组技术的水平不断提高，日趋成熟，新技术也不断被应用，同时人们对高速动车组车内的声环境也有了更高的要求。节能降噪是一个永远不变的课题，科研和工程技术人员要不断攻克难关，使中国高速动车组技术领先世界。
参考文献
[1]吴李丽.出口格鲁吉亚动车组空调噪声问题与改进方案［J］.铁道车辆,2014,52（1）:11-12.
[2]黄勇.风管送风式空调机组高频噪声分析及降噪措施探讨[J].绿色环保建材，2019(07):233+235.