浅析城铁车辆空调系统噪声

李超 中车长春轨道客车股份有限公司

噪声是影响乘客舒适性的重要因素之一。城铁车辆的噪声主要包括轮轨噪声、空调系统噪声、车门系统噪声、空气传声路径噪声等。对于空调系统而言，噪声主要有空调机组的气动噪声、机械噪声；空调系统风道气动噪声以及司机室送风单元气动噪声和机械噪声。空调系统运行产生的噪声主要会沿着风道经送风格栅传入客室内。降低空调系统噪声对乘客舒适性的影响至关重要。空调系统的降噪主要是控制噪声源以及在主要传播路径上采取降噪措施。

一、空调系统噪声分析

（一）气动噪声

1.风机气动噪声。城铁车辆空调机组的冷凝风机多采用轴流风机，风机噪声主要是由叶片上紊流而引起的气流噪声以及相应的旋转噪声；送风机多采用离心式风机，离心式风机由于叶轮出口的尾迹气流与蜗壳存在着强烈的非定常干涉，使得离心风机蜗壳为风机的主要噪声源。司机室新风单元内风机也有同样噪声产生。

2.空调系统风道气动噪声。空调机组内部空气通道、司机室单元结构风道、以及客室送风道内部结构复杂性及风口大小会引起送风道内气流压力变化导致噪声产生。如空调机组新风门、回风门的风量调节，司机室送风口风量调节以及送风道为保证客室内送风均匀性采用导流板、孔板、特殊车型变截面风道等。

3.压缩机气动噪声。由压缩机引起气动噪声通常包含进气噪声、排气噪声，此外还有制冷机组冷媒介质的循环产生的管路内噪声。

（二）机械噪声

1.压缩机机械噪声。压缩机运行时可能由于安装结构不当等其他原因会引起压缩机振动传给车体钢结构，其振动噪声间接传入客室内。

2.风机机械噪声。冷凝风机与送风机（包括司机室单元风机）机械噪声是由于风机正常运转过程中振动产生的高频噪声。冷凝风机是空调机组室外机，对客室内噪声影响送风机小，但风机振动同样有可能传递给车体引起二次噪声。

（三）其他噪声

送风机及冷凝风机还包括其他噪声。电磁性噪声是由于磁场脉动引起电气部件振动而发生的噪声，如风机驱动电机所引起的低频噪声。结构噪声包括零件变形或叶轮磨损导致整个转子产生的动不平衡噪声，长时间使用磨损的轴承与轴摩擦噪声；由于联接松动或装配精度低而产生的噪声以及机体某部分共振而产生的噪声等。

二、空调系统噪声控制原理和措施

控制空调系统噪音，主要是控制压缩机和风机这两个主要噪声源。控制途径有两种：

（一）降低噪声源的噪声量。

1.压缩机噪声优化。由于受城铁车辆空调机组空间限制压缩机多采用卧式涡旋压缩机，为减小压缩机噪声对客室内的影响，可合理安排压缩机安装位置或增加隔断避免噪声从送、回风口传入风道内。同时为避免运行振动带来的机械噪声，压缩机安装时可采用减震器或空调机组整体安装时与车体间增加减震器。

2.风机噪声优化。优化冷凝器、蒸发器的结构和流场，降低风道阻力，降低风机功率。受限于城铁空调机组空间要求，合理设计冷凝器、蒸发器选材、翅片形式、管径、制冷剂流路及空气侧腔体结构实现相对最大换热效率最小阻力最大换热面积，同时可间接降低风机的压头和功率，减小气动和机械噪声。离心风机的选择适用风量要求的同时，增加蜗壳宽度、离心风机全压、效率略下降，静压升高；蜗舌的合理设计也会有效降低离心风机的气动噪声。

3.空调整机噪声优化。合理设计空调机组壳体结构，与车体机组安装座连接增加减振器，避免共振及传振。机组内或是机组下部可粘贴性能优良的吸音材降低传入客室内部的噪声量。

（二）控制噪声传播途径

即送风道设计优化。空调机组送风口为下送风时普遍存在风速高，噪声大，合理的设计过渡区域风量分配器结构并内置消声器衰减风机空调机组内噪声传递，消声器的有效降噪频率应与风道内噪声主要频率吻合，否则会影响其降噪效果。风道内风速过大会导致噪声量增加，但在低速系统风道中，管道内风速的选定已考虑声学因素，合理的风道断界面设计保证风速符合设计准则要求送风道内风速5m/s～8m/s。为保证客室送风均匀性，风道内需设置导流板及孔板，导致风阻加大噪声增加。需优化导流板形式、孔板的孔大小和开孔率。风道体一般包括两种材质：隔热复合非金属材料和铝板。隔热复合非金属材料如铝箔复合板、Artboard板等材料自身抑制振动产生的噪声同时具有衰减传递噪声的作用。铝板风道体需粘贴对中高频降噪效果比较明显的吸音辅材，达到降噪效果。

三、结论

地铁车辆空调系统的噪声主要是：气动噪声和机械噪声。主要来源于空调机组运行时压缩机、冷凝风机、送风机及风道结构布置导致的噪声。为保证乘客舒适性，针对空调系统噪声，可根据控制噪声源和传播路径两种方式降低噪声传入客室内。具体方法包括：压缩机安装位置、结构合理优化，风机选型及结构的优化，空调机组整机结构优化及粘贴隔音材；风道内结构优化及粘贴隔音材或选用复合材料来衰减噪声量。