淺析城鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)噪聲

李超 中車長春軌道客車股份有限公司

噪聲是影響乘客舒適性的重要因素之一。城鐵車輛的噪聲主要包括輪軌噪聲、空調(diào)系統(tǒng)噪聲、車門系統(tǒng)噪聲、空氣傳聲路徑噪聲等。對于空調(diào)系統(tǒng)而言，噪聲主要有空調(diào)機(jī)組的氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲；空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道氣動(dòng)噪聲以及司機(jī)室送風(fēng)單元?dú)鈩?dòng)噪聲和機(jī)械噪聲。空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲主要會(huì)沿著風(fēng)道經(jīng)送風(fēng)格柵傳入客室內(nèi)。降低空調(diào)系統(tǒng)噪聲對乘客舒適性的影響至關(guān)重要。空調(diào)系統(tǒng)的降噪主要是控制噪聲源以及在主要傳播路徑上采取降噪措施。

一、空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析

（一）氣動(dòng)噪聲

1.風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲。城鐵車輛空調(diào)機(jī)組的冷凝風(fēng)機(jī)多采用軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)噪聲主要是由葉片上紊流而引起的氣流噪聲以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)噪聲；送風(fēng)機(jī)多采用離心式風(fēng)機(jī)，離心式風(fēng)機(jī)由于葉輪出口的尾跡氣流與蝸殼存在著強(qiáng)烈的非定常干涉，使得離心風(fēng)機(jī)蝸殼為風(fēng)機(jī)的主要噪聲源。司機(jī)室新風(fēng)單元內(nèi)風(fēng)機(jī)也有同樣噪聲產(chǎn)生。

2.空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道氣動(dòng)噪聲。空調(diào)機(jī)組內(nèi)部空氣通道、司機(jī)室單元結(jié)構(gòu)風(fēng)道、以及客室送風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及風(fēng)口大小會(huì)引起送風(fēng)道內(nèi)氣流壓力變化導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生。如空調(diào)機(jī)組新風(fēng)門、回風(fēng)門的風(fēng)量調(diào)節(jié)，司機(jī)室送風(fēng)口風(fēng)量調(diào)節(jié)以及送風(fēng)道為保證客室內(nèi)送風(fēng)均勻性采用導(dǎo)流板、孔板、特殊車型變截面風(fēng)道等。

3.壓縮機(jī)氣動(dòng)噪聲。由壓縮機(jī)引起氣動(dòng)噪聲通常包含進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲，此外還有制冷機(jī)組冷媒介質(zhì)的循環(huán)產(chǎn)生的管路內(nèi)噪聲。

（二）機(jī)械噪聲

1.壓縮機(jī)機(jī)械噪聲。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)可能由于安裝結(jié)構(gòu)不當(dāng)?shù)绕渌驎?huì)引起壓縮機(jī)振動(dòng)傳給車體鋼結(jié)構(gòu)，其振動(dòng)噪聲間接傳入客室內(nèi)。

2.風(fēng)機(jī)機(jī)械噪聲。冷凝風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)（包括司機(jī)室單元風(fēng)機(jī)）機(jī)械噪聲是由于風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中振動(dòng)產(chǎn)生的高頻噪聲。冷凝風(fēng)機(jī)是空調(diào)機(jī)組室外機(jī)，對客室內(nèi)噪聲影響送風(fēng)機(jī)小，但風(fēng)機(jī)振動(dòng)同樣有可能傳遞給車體引起二次噪聲。

（三）其他噪聲

送風(fēng)機(jī)及冷凝風(fēng)機(jī)還包括其他噪聲。電磁性噪聲是由于磁場脈動(dòng)引起電氣部件振動(dòng)而發(fā)生的噪聲，如風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所引起的低頻噪聲。結(jié)構(gòu)噪聲包括零件變形或葉輪磨損導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的動(dòng)不平衡噪聲，長時(shí)間使用磨損的軸承與軸摩擦噪聲；由于聯(lián)接松動(dòng)或裝配精度低而產(chǎn)生的噪聲以及機(jī)體某部分共振而產(chǎn)生的噪聲等。

二、空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制原理和措施

控制空調(diào)系統(tǒng)噪音，主要是控制壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)這兩個(gè)主要噪聲源。控制途徑有兩種：

（一）降低噪聲源的噪聲量。

1.壓縮機(jī)噪聲優(yōu)化。由于受城鐵車輛空調(diào)機(jī)組空間限制壓縮機(jī)多采用臥式渦旋壓縮機(jī)，為減小壓縮機(jī)噪聲對客室內(nèi)的影響，可合理安排壓縮機(jī)安裝位置或增加隔斷避免噪聲從送、回風(fēng)口傳入風(fēng)道內(nèi)。同時(shí)為避免運(yùn)行振動(dòng)帶來的機(jī)械噪聲，壓縮機(jī)安裝時(shí)可采用減震器或空調(diào)機(jī)組整體安裝時(shí)與車體間增加減震器。

2.風(fēng)機(jī)噪聲優(yōu)化。優(yōu)化冷凝器、蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和流場，降低風(fēng)道阻力，降低風(fēng)機(jī)功率。受限于城鐵空調(diào)機(jī)組空間要求，合理設(shè)計(jì)冷凝器、蒸發(fā)器選材、翅片形式、管徑、制冷劑流路及空氣側(cè)腔體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相對最大換熱效率最小阻力最大換熱面積，同時(shí)可間接降低風(fēng)機(jī)的壓頭和功率，減小氣動(dòng)和機(jī)械噪聲。離心風(fēng)機(jī)的選擇適用風(fēng)量要求的同時(shí)，增加蝸殼寬度、離心風(fēng)機(jī)全壓、效率略下降，靜壓升高；蝸舌的合理設(shè)計(jì)也會(huì)有效降低離心風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)噪聲。

3.空調(diào)整機(jī)噪聲優(yōu)化。合理設(shè)計(jì)空調(diào)機(jī)組殼體結(jié)構(gòu)，與車體機(jī)組安裝座連接增加減振器，避免共振及傳振。機(jī)組內(nèi)或是機(jī)組下部可粘貼性能優(yōu)良的吸音材降低傳入客室內(nèi)部的噪聲量。

（二）控制噪聲傳播途徑

即送風(fēng)道設(shè)計(jì)優(yōu)化。空調(diào)機(jī)組送風(fēng)口為下送風(fēng)時(shí)普遍存在風(fēng)速高，噪聲大，合理的設(shè)計(jì)過渡區(qū)域風(fēng)量分配器結(jié)構(gòu)并內(nèi)置消聲器衰減風(fēng)機(jī)空調(diào)機(jī)組內(nèi)噪聲傳遞，消聲器的有效降噪頻率應(yīng)與風(fēng)道內(nèi)噪聲主要頻率吻合，否則會(huì)影響其降噪效果。風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速過大會(huì)導(dǎo)致噪聲量增加，但在低速系統(tǒng)風(fēng)道中，管道內(nèi)風(fēng)速的選定已考慮聲學(xué)因素，合理的風(fēng)道斷界面設(shè)計(jì)保證風(fēng)速符合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求送風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速5m/s～8m/s。為保證客室送風(fēng)均勻性，風(fēng)道內(nèi)需設(shè)置導(dǎo)流板及孔板，導(dǎo)致風(fēng)阻加大噪聲增加。需優(yōu)化導(dǎo)流板形式、孔板的孔大小和開孔率。風(fēng)道體一般包括兩種材質(zhì)：隔熱復(fù)合非金屬材料和鋁板。隔熱復(fù)合非金屬材料如鋁箔復(fù)合板、Artboard板等材料自身抑制振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲同時(shí)具有衰減傳遞噪聲的作用。鋁板風(fēng)道體需粘貼對中高頻降噪效果比較明顯的吸音輔材，達(dá)到降噪效果。

三、結(jié)論

地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)的噪聲主要是：氣動(dòng)噪聲和機(jī)械噪聲。主要來源于空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)及風(fēng)道結(jié)構(gòu)布置導(dǎo)致的噪聲。為保證乘客舒適性，針對空調(diào)系統(tǒng)噪聲，可根據(jù)控制噪聲源和傳播路徑兩種方式降低噪聲傳入客室內(nèi)。具體方法包括：壓縮機(jī)安裝位置、結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化，風(fēng)機(jī)選型及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，空調(diào)機(jī)組整機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及粘貼隔音材；風(fēng)道內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及粘貼隔音材或選用復(fù)合材料來衰減噪聲量。