魏 兴 白皆松 崔元虎

(西安中车永电捷通电气有限公司 陕西 西安 710016)

0 概述

辅助电源系统作为地铁车辆的重要设备之一，通常安装于车厢底部。其工作产生的噪声会直接辐射到车外，或以绕射、透射等方式传播到车内，严重影响乘客的舒适性体验[1-2]。

辅助充电装置采用离心风机强迫风冷方式为功率模块、变压器及滤波电抗器等部件进行散热冷却。辅助充电装置内部噪声主要可以分为以下几个部分：冷却风机叶片旋转产生的切风噪声，三相变压器、滤波电抗器等产生的电磁噪声，箱体风道内气体流动产生的气动噪声以及箱体振动产生的振动噪声。本文结合噪声特性与箱体结构提出了噪声控制方案，并通过噪声测试验证了控制方案的有效性。通过优化，最终将辅助充电装置噪声降至噪声要求限值以内[3-4]。

辅助充电装置采用分段式结构设计。箱体外形尺寸(L×W×H)为2 100 mm×1 770 mm×590 mm，采用强迫风冷方式进行散热。风道进风口位于辅助功率模块和充电机功率模块上方，冷却风从顶部进风口进入，分别流经两个模块的散热器翅片，经过风机后在水平方向对变压器和滤波电抗器进行冷却，最终从箱体底部出风口流出。图1为辅助充电装置的布局示意图。

1—滤波电抗器；2—控制单元；3—三相变压器；4—充电机功率模块；5—离心风机；6—辅助功率模块。图1 辅助充电装置布局图

1 噪声测试结果及分析

为得到辅助充电装置的噪声及空间分布特性，了解各噪声源的噪声贡献量，对其进行噪声测试。测试过程中,分别选取距该辅助充电装置四周各面中心1 m处为噪声测评点，每个面布置3个测试点。测试点布置如图2所示。

图2 测试点布置示意图

每个测试点的噪声数据分别采集三组、每组持续时间10 s，取相对较稳定的一组作为测试结果。

(1)

(2)

环境修正值K根据式(3)计算得出：

(3)

S=(h+1)lm

(4)

A=αSv

(5)

其中：A为试验环境吸声面积，m2；S为测量表面面积，m2；h为测试箱体的高度，m；lm为轮廓线周长，m；α为平均吸声系数；Sv为测试环境的总表面积，m2。

通过噪声分析仪对负载满载工况时背景噪声及箱体周围各测点噪声值进行采集，所得到背景噪声为65.7 dB(A)，各测点的等效A计权声压级测试结果如图3所示。

图3 辅助充电装置满载各测点

结合图3对辅助充电装置满载时各测点噪声值进行分析，可以看出在箱体一周各测点中N1点的噪声值最大，N2、N7、N9几点噪声贡献值较大。从空间位置上来看，N1、N2两点位于辅助充电装置的出风口侧，内部布置有三相变压器及滤波电抗器；N7、N9两点位于箱体入风口旁，内部安装离心冷却风机。初步分析N1、N2两点的噪声值受三相变压器、滤波电抗器的电磁噪声以及箱体出风口气动噪声的影响较大。而N7、N9主要受箱体入风口气动噪声的影响，冷却风机、三相变压器以及滤波电抗器可能为主要噪声源。

为了有效降低辅助充电装置噪声值，需进一步确认主要噪声源，从而有的放矢地进行降噪优化[5]。首先，为了衡量电磁噪声对整机噪声的贡献量，仅对三相变压器和滤波电抗器进行通电，分别测量空载和满载两种工况下，辅助充电装置四周各测点的等效A计权声压级。两种工况下各测点等效A计权声压级测量结果如图4所示。

图4 空载、满载两种工况下各测点

将滤波电抗器、三相变压器满载时电磁噪声测试值与图3辅助充电装置满载各测点噪声测试值进行对比，可发现，滤波电抗器、三相变压器满载时各测点A计权声压级噪声值均低于辅助充电装置整机测试噪声10 dB(A)以上，通过这两组数据分析判断：滤波电抗器、三相变压器工作时产生的电磁噪声对整机噪声贡献值较小，可以忽略其影响。

结合以上分析，排除掉电磁噪声的影响，认为冷却风机为主要噪声源，进出风口产生的气动噪声对整机噪声的贡献量较大。需对箱体结构进行优化，减小气动噪声的影响。

2 降噪方案分析

通过对整机噪声测试结果的分析，气动噪声的贡献量最大，首先应对风道结构进行适当优化。

2.1 结构优化

关于辅助充电装置箱结构的优化主要针对进出风口以及风道内部进行。气动噪声的产生是由于局部障碍物前后压差所引起，所以主要考虑通过特定结构来降低局部障碍物前后压强差以及后部涡流。

从噪声测试结果来看，N1、N2点噪声值较高，主要是出风口距离监测点较近，声波压力直接传递至检测设备。将最外侧出风口尺寸调整为原先的一半，间接使出风口位置远离监测点。为梳理出风口气流流向，减少气流直接撞击风道末端的侧板，在风道末端增加弧形导流板使气流能够平滑向下排出。具体结构如图5所示。由于顶进风的结构设计，气流自顶向下经过散热器翅片后流向变换90°进入风机下方风室，且两侧散热器流出的气流在风机下部进风室存在明显的碰撞，为降低这部分影响，在散热器正下方布置弧形导流板，在风机正下方布置弧型导流板对气流进行梳理，具体结构如图6所示。为减少风机周围涡流，在风机叶轮四周增加圆弧过渡导流板，具体结构如图7所示。

图5 风道中导流板结构

图6 散热器出风口导流板结构

图7 风机四周导流板结构

2.2 风道优化后噪声测试

根据上述优化方案，在相同测试环境下对新结构进行噪声测试。通过仪器测得背景噪声为63 dB，满载工况下各测点等效A计权声压级测量结果如图8所示。

图8 结构优化后各测点噪声测试结果

2.3 风道消声措施

除了风道结构优化外，采用在风道侧壁上粘贴吸音棉、喷涂阻尼胶等措施从吸声、隔声角度进行噪声治理。

在风道的内壁、出风口上下以及风机四周粘贴吸音棉，三相变压器、滤波电抗器四周壁面喷涂阻尼胶，对箱体进行降噪减振处理。并且选用高质量聚氨酯SIKAFLEX-221密封胶对风道内各安装板连接缝隙、 孔洞等部位进行密封，减少声波的泄漏。

2.4 试验验证

为验证风道消声措施的降噪效果，在相同测试环境下对粘贴吸音棉、喷涂阻尼胶以及涂抹密封胶后的箱体重新进行噪声测试。背景噪声为61.7 dB，负载空载以及满载两种工况下各测点等效A计权声压级测量结果如图9所示。

图9 空载、满载工况下各测点噪声测试结果

3 结束语

本文以某地铁车辆辅助充电装置为研究对象，对其进行噪声测试及分析，结合噪声特性以及箱体内部结构提出箱体内风道结构优化以及风道内粘贴吸音棉配合喷涂阻尼胶等措施，最终通过试验验证了降噪措施的效果。根据试验结果可以看出，优化后的辅助充电装置整机平均噪声值降低7.6 dB(A)。目前，这些优化措施已应用在该辅助充电装置产品中并通过型式试验开始批量交付，治理经验已推广应用于多条城市地铁线路中。后续将对风机本体进行优化研究，从噪声源方面进行治理，进一步降低产品的噪声水平。