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浅析降低CR300BF动车组牵引电机冷却风机噪音方法
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摘要:本文依托于CR300BF系列动车组技术,分析牵引电机冷却风机噪音产生原因,并提出降低噪音的合理性方案
关键词:动车组牵引电机冷却风机噪音
一、概述
牵引电机是影响动车组安全平稳运行的关键部件。牵引电机在运行过程中会产生大量的热,为防止热损伤,动车组列车专门为牵引电机配置强迫风冷装置——牵引电机冷却风机。
牵引电机冷却风机主要由过滤器、导风筒、软风道、集流器、叶轮、蜗壳、电动机、减振器、悬挂架等组成。
牵引电机冷却风机通过电动机输出轴带动风机叶轮旋转,旋转叶片带动流道内的气体跟随转动,并迫使气体沿着叶轮流道向外流出。叶轮流道为扩压式流道,气体流经叶轮后压力升高。具有一定压力的气体流出叶轮后,被包围在外围的蜗壳收集,并在等环量设计的蜗壳中进一步增压,达到设计需要的压力,最终排出蜗壳,通过软风道、牵引电机风道送往牵引电机,实现对牵引电机的冷却。集流器具有缩放式流道,在叶轮给牵引电机输送气体时,能够在集流器喉部形成负压区,确保风机能够持续稳定地吸入新鲜空气。
风机在工作时不可避免产生噪音,严重时会影响动车组舒适性。本文以CR300BF牵引电机冷却风机工作时产生的明显的单频噪音为例,浅析问题产生原理和解决办法。
二、单频噪音产生原因
CS11-38FNo.4.9A型牵引风机是带蜗壳的离心式风机。该类型风机在蜗舌处存在一个最小间隙,空气在该位置进行分流,部分空气沿着蜗壳型线流动,绕一圈后再从软风道排出进入风道;另一部分直接被蜗舌隔离,从软风道排出进入风道。
叶轮每个叶片出口位置,存在一个气流低速区(甚至分离区),而叶片间为气流高速区。在叶轮运转期间,高低速气流周期性地作用在蜗舌上,气流周期性扰动而产生噪音,该噪音的频率与叶片数和风机转速成正比(势流和尾迹的动静干涉产生的噪音频率,其中fBPF是噪音频率,Z为叶轮叶片数,为旋转频率,n为风机转速)。
该噪音是带蜗壳的离心式风机特性之一,不易消除。
三、低频噪音解决方案
方案一:叶轮叶片调整方案及试验结果
调整方案:把叶轮叶片数增加到16片,同时减小叶轮外径,降低风压和风机功率。
调整原理:把基频噪音的频率提升,降低噪音对人的影响,即把315Hz频段的噪音降下来。
试验结果:在315Hz频段的噪音降低了11.9dB(A),效果显著。
表3.1更改前后性能及噪音实测数据
项目
原叶轮
新叶轮
备注
叶片数量
7
16
叶轮直径/mm
490
473
额定流量/m3/s
1.2
1.2
折合静压/Pa
3113
3240
折合功率/kW
5.47
5.65
总声功率噪声/dB(A)
96.1
96.3
315Hz频段声功率噪声/dB(A)
91.7
79.8
降低11.9
最高噪音倍频程频率段/Hz
315
800
最高倍频程噪音/dB(A)
91.7
90.9
新叶轮(直径更小、叶片数更多的小叶轮)实测噪音倍频程如下:
方案二:消音器调整方案及试验结果
调整方案:把导风筒更换成消音器。
调整原理:风机噪音主要在风道中传递,在风道中增加消音器能够有效降低噪音。另外,消音器还能起到导流作用,降低气流在叶轮中的分离趋势。
对原叶轮风机和新叶轮风机分别加装消音器进行试验,试验结果:
表3.2装消音器前后性能及噪音实测数据
项目
原风机
原叶轮+消音器
新叶轮+消音器
备注
叶片数量
7
7
16
叶轮直径/mm
490
490
473
额定流量/m3/s
1.2
1.2
1.2
折合静压/Pa
3113
3096
3217
折合功率/kW
5.47
5.48
5.65
总声功率噪声/dB(A)
96.1
94.2
94.6
315Hz频段声功率噪声/dB(A)
91.7
90
78.1
分别降低1.7和13.6
最高噪音倍频程频率段/Hz
315
315
800
最高倍频程噪音/dB(A)
91.7
90
89.5
带消音器实测噪音倍频程如下:
从原叶轮加消音器试验结果看,CR300BF动车组牵引风机装消音器后总声功率噪音降低1.9dB(A),在315Hz倍频程声功率噪音也降低了1.7dB(A),达到技术规范对风机高速噪音限值要求。但在315Hz频率下的单频噪音还是能够听到,分析原因是该频率下的噪音比周围频率噪音凸出明显,很容易分辨。
从新叶轮加消音器试验结果看,CR300BF动车组牵引风机装消音器后总声功率噪音降低1.7dB(A),在800Hz倍频程声功率噪音也降低了1.4dB(A),并使全倍频程噪音都达到技术规范对风机高速噪音限值要求。
四、调整方案试验结果比较
CR300BF动车组三个牵引风机调整方案的总噪音都满足技术条件要求,但在
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