城市軌道交通車輛空調(diào)系統(tǒng)噪聲試驗(yàn)研究

王翠艷 張耕寧 曹學(xué)峰 李 彥

(石家莊鐵道大學(xué),050043,石家莊∥第一作者,助教)

城市軌道交通車輛運(yùn)行時(shí)處于全封閉狀態(tài),空調(diào)系統(tǒng)成為其必不可少的組成部分。然而,空調(diào)系統(tǒng)在提供“冬暖夏涼”舒適環(huán)境的同時(shí),其噪聲問題卻未能得到較好解決。如何有效地控制空調(diào)系統(tǒng)輻射噪聲,需依賴于對(duì)噪聲源的準(zhǔn)確評(píng)定與識(shí)別,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),才能把噪聲污染限制在可允許的范圍內(nèi)。常用的噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)有聲壓、聲強(qiáng)和聲功率。聲壓或聲強(qiáng)表示的是聲場(chǎng)小振幅的點(diǎn)強(qiáng)度,對(duì)于非平面波一般聲場(chǎng),其隨測(cè)點(diǎn)至聲源距離的增加而減小;聲功率表示聲源輻射的總強(qiáng)度,它與測(cè)量距離及測(cè)點(diǎn)的具體位置無關(guān),已成為機(jī)械噪聲源噪聲輻射強(qiáng)度評(píng)定的一個(gè)重要指標(biāo)。一直以來,軌道交通車輛空調(diào)系統(tǒng)噪聲輻射聲功率級(jí)的測(cè)定多運(yùn)用聲壓測(cè)量法。但該方法易受環(huán)境的影響而要進(jìn)行數(shù)值修正,甚至需要消聲室、半消聲室或混響室等特殊的聲學(xué)環(huán)境,可操作性較差。聲強(qiáng)測(cè)量法因其對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較低,可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,已成為軌道交通空調(diào)噪聲輻射聲功率級(jí)評(píng)定中最有效的手段之一。本文采用的聲強(qiáng)測(cè)量法的基本原理見文獻(xiàn)[1]。

1 機(jī)車空調(diào)噪聲試驗(yàn)與分析

1.1 試驗(yàn)設(shè)定

本試驗(yàn)采用德國MuellerBBM-Type PAK便攜式振動(dòng)與噪聲測(cè)試系統(tǒng)聲強(qiáng)測(cè)試模塊。測(cè)試系統(tǒng)的主要部件有Gefell-Type SIS91聲強(qiáng)儀(配有12 mm話筒間隔裝置)、NL-22聲級(jí)計(jì)、MKII多通道數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)等設(shè)備。在進(jìn)行測(cè)試之前,用CASELLA-Type CEL110/194 dB at 1 kHz聲級(jí)校準(zhǔn)器對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

為得到較為真實(shí)、可靠的試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)選在廠房外露天空曠場(chǎng)地(近似于自由場(chǎng))中進(jìn)行。試驗(yàn)場(chǎng)溫度t0=26℃,靜壓P0=105Pa,風(fēng)速小于2 m/s,背景噪聲為43.8 dB(A)。

試驗(yàn)時(shí),將被測(cè)的空調(diào)機(jī)組作為聲源,安裝在固定試驗(yàn)架上。這里僅考慮一個(gè)地面反射面,假設(shè)它被一個(gè)矩形包絡(luò)面s所包圍,位置如圖1所示。測(cè)試以標(biāo)定工況下(冷凝風(fēng)機(jī)2個(gè)風(fēng)機(jī)速度,壓縮機(jī)全負(fù)荷工作,送風(fēng)機(jī)1個(gè)風(fēng)機(jī)速度)空調(diào)機(jī)組整機(jī)表面輻射噪聲的測(cè)試為主。在測(cè)試期間,測(cè)試環(huán)境及空調(diào)機(jī)組工況均穩(wěn)定在相應(yīng)狀態(tài)保持不變。

圖1 矩形包絡(luò)面面元的位置描述

1.2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

1.2.1 聲壓法測(cè)定

聲壓法測(cè)定聲功率級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量是簡易測(cè)量,僅測(cè)量噪聲源的A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)。按圖1所示在平行六面體的5個(gè)測(cè)量表面選取17個(gè)測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)分布見圖2)。各測(cè)點(diǎn)距被測(cè)空調(diào)表面1 m。其中測(cè)點(diǎn)1～8在距地面高度為1 000 mm的平面上;測(cè)點(diǎn)9～16在距地面高度為2 000 mm的平面上;測(cè)點(diǎn)17在空調(diào)機(jī)組中心正上方,距機(jī)組表面1 m處。測(cè)試結(jié)果見表1。

圖2 測(cè)量點(diǎn)布置圖

表1 各測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果

對(duì)于噪聲測(cè)試結(jié)果的修正,由于空調(diào)機(jī)組輻射噪聲與平均背景噪聲相差15 dB(A)以上,故K1(背景噪聲修正)取0;因在廠房外露天測(cè)試,10 m內(nèi)無大的反射物,故K2(環(huán)境修正)也取0。因此,該空調(diào)機(jī)組整機(jī)噪聲聲壓級(jí)為76.3 dB(A),計(jì)算可得聲功率級(jí)為93.9 dB(A)。

1.2.2 聲強(qiáng)法測(cè)定

本試驗(yàn)依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9614—2掃描部分要求,如圖1所示,將被測(cè)空調(diào)機(jī)組用一個(gè)長×寬×高=3 000 mm×1 750 mm×1 000 mm的假想矩形包絡(luò)面包圍。試驗(yàn)人員手持聲強(qiáng)探頭,身體盡量離開探頭軸線位置,按規(guī)定路線連續(xù)移動(dòng)聲強(qiáng)探頭,沿初始測(cè)量表面依次掃描記錄空調(diào)機(jī)組包絡(luò)面上5個(gè)側(cè)面及其它進(jìn)/出風(fēng)口處的聲強(qiáng)信號(hào);每次測(cè)量時(shí)間為30 s,并以連續(xù)兩次掃描平均值作為測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)完畢,將記錄的信號(hào)進(jìn)行分析處理,得到每個(gè)測(cè)量面元每個(gè)頻帶的局部聲功率;進(jìn)一步計(jì)算可得到每個(gè)頻帶的噪聲源聲功率總量值,如表2所示。

表2 各個(gè)側(cè)面及整機(jī)的聲功率測(cè)試結(jié)果

為便于分析,利用PAK 5.4聲強(qiáng)分析軟件做出了空調(diào)機(jī)組的A計(jì)權(quán)聲功率1/3倍頻譜圖(見圖3、圖4)。由此得出整個(gè)機(jī)組和各風(fēng)口輻射噪聲的主要頻率成分,有利于噪聲的控制。

圖3 整個(gè)機(jī)組的聲功率1/3倍頻程頻譜分析

圖4 其它進(jìn)/出風(fēng)口的聲功率1/3倍頻程頻譜分析

從圖3可以看出,整個(gè)空調(diào)機(jī)組噪聲穩(wěn)定,分布面寬;當(dāng)頻率在250 Hz時(shí)聲功率級(jí)值較大,存在尖峰,試驗(yàn)結(jié)果為88.5 dB(A);頻率在1 kHz時(shí)聲功率級(jí)也較大,試驗(yàn)結(jié)果為87.8 dB(A)。這主要是受風(fēng)機(jī)噪聲影響,其次是空調(diào)機(jī)組罩殼受激振動(dòng)輻射以及機(jī)座振動(dòng)引起的機(jī)械噪聲的影響;另外,空調(diào)機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)工況對(duì)噪聲輻射也存在一定的影響。

從圖4可以看出,送風(fēng)口、回風(fēng)口、新風(fēng)口輻射噪聲主要以中高頻為主,送風(fēng)口聲功率級(jí)最高達(dá)78.2 dB(A),比其它兩個(gè)風(fēng)口平均要大16 dB(A)。這主要是受由空氣動(dòng)力性、機(jī)械和管路等噪聲組成的制冷機(jī)組噪聲的影響。空氣動(dòng)力性噪聲主要由冷凝風(fēng)機(jī)引起,包括進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)葉噪聲;機(jī)械噪聲是由壓縮機(jī)缸體及曲軸的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的;管道噪聲則是由制冷機(jī)組的制冷液在管道內(nèi)流動(dòng)引起的,為脈動(dòng)噪聲。

2 結(jié)語

本文利用聲壓法、聲強(qiáng)法對(duì)城市軌道交通車輛空調(diào)機(jī)組噪聲輻射情況進(jìn)行了試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了在機(jī)械噪聲源的聲學(xué)特性參數(shù)聲功率測(cè)定中聲強(qiáng)法具有更好的可操作性與可靠性,得到了空調(diào)系統(tǒng)噪聲輻射聲功率的大小及其頻率特性,分析了影響空調(diào)系統(tǒng)噪聲的主要因素。然而,噪聲問題是一個(gè)比較復(fù)雜的問題,我國對(duì)于軌道交通車輛空調(diào)噪聲的研究及防治尚處于初級(jí)階段,有待于不斷加以研究和改進(jìn)。

[1] 王孚懋,任勇生,韓寶坤.機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2006.

[2] 黃璞,蔣偉康.聲強(qiáng)法在磁懸浮列車車廂聲源識(shí)別中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2005(5)：5.

[3] 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二編輯室.中國標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)匯編?噪聲控制[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

[4] 馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

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