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摘 要：动车组车内噪声指标严格，设计人员对一种安装在车内机械间的变流器进行减振降噪研究。结合已有的减振降噪研究工作经验，通过理论分析、数值计算和现场试验相结合方法，我们对牵引变流器从系统方案、部件方案、结构方案进行降噪研究，并对整车降噪工作提出建议。
关键词：牵引变流器；辅助冷却柜；冷却系统；振动；噪声；吸音降噪材料
0 引言
一种自主化动车组的牵引系统置于车内机械间，分为牵引变流器和辅助冷却柜，通过车内装饰门进行密封。由于牵引系统置于车内，减振降噪工作尤为突出，我们在变流器设计阶段前期也对减振降噪工作开展相关研究。
既有项目中设计人员一直在开展变流器相关的减振降噪研究工作。通过对既有变流器的振动噪声测试数据积累和分析、振动噪声源特性的深入研究分析，获取了变流器的主要振动和噪声源特性，并对不同类型振动和噪声源、选择合适的减振降噪技术方案改进变流器的振动噪声性能，目前已成功运用于多个变流器产品项目。本次变流器噪声控制的思路是在已有变流器振动噪声控制水平上采用理论分析、数值计算和现场试验相结合方法从系统方案、部件方案、结构方案进行优化研究。
1 系统优化方案
变流器系统的主要噪声来源是来自辅助冷却柜。冷却柜进出风口布局方案与车体设计沟通确认采用风向“侧进下出”方式。
1.1 冷却柜压力损失计算
辅助冷却柜冷却风从车体侧墙窗口进入，经过过滤装置（△P1）、热交换器（△P2）、辅助变压器等器件（△P3），再从底部出风（△P4），再考虑车外运行负压（△P5）以及风道损失压力（△P6），得到冷却系统压力损失：
△P=△P1+△P2+△P3+△P4+△P5+△P6=200+200+200+50+200+50
=900Pa
通过计算，风机静压选取900Pa～1000Pa，根据设计经验，静压水平相近情况下，离心风机噪聲水平比轴流风机噪声水平低很多，所以冷却风机选用离心风机。
1.2 冷却系统设计
冷却风机作为变流器系统最大噪声源，我们选取合适的风机对降噪至关重要。图1是某变流器风机风量-风压曲线及风量-噪声曲线。
从图1看出风机流量及静压对既定风机噪声有直接影响，减小风机流量可相应降低噪声值，同时根据前面计算还需保证风机静压900Pa～1000Pa。
另一方面，变流器冷却系统对热交换器散热功率也有要求。根据计算，变流器整体散热功率为40KW，则热交换器需保证40KW以上散热功率。参考某热交换器性能曲线如图2可知，热交换器散热能力与风量直接相关。
根据既有动车项目设计经验，热交换器厂家评估40KW以上散热功率需要3.5的风量，风机厂家评估风机电机功率要4KW以上，噪声指标很难满足项目要求。
从系统降噪考虑，首先变流器冷却系统参数在裕量减少情况下选取合理。变流器整体散热功率定为40KW，风机静压选为900Pa～950Pa。其次热交换器重新设计，提高换热效率，降低风量要求。再者重新设计风机，以噪声指标优选风机方案。
2 部件优化方案
部件优化主要是针对噪声源、传递途径等方面进行噪声的隔离和吸收。
2.1 热交换器优化
热交换器需重新设计并提高换热效率。主要措施为更改热交换器翅片形式和在一定范围内增加芯体体积，但也带来热交换器重量增加和风阻增大的不利影响。
2.2 风机优化
冷却风机的合理选择决定了变流器的噪音水平。具体降噪措施有：
1）准确计算冷却系统损耗，合理选择风机参数，配合专业仿真设计，确定风机设计参数。
2）风机调速功能实现降噪。整车低速或静态工作时风机低速运行，整车高速或满载工作时风机高速运行，以满足不同工况客室噪声要求。
3）风机减振措施。采取振动隔离措施，风机安装减振器，风道对接处采用柔性胶条对接，减少风机振动传递给柜体，避免引起结构噪声。
4）风机结构优化设计。优化设计风机叶轮及安装框架，离心风机可采用自带蜗壳结构。
5）优选风机方案。风机多家开发，以噪声指标来优选风机。
2.3 辅助变压器降噪
辅助变压器作为噪声源之一，主要考虑电磁噪声和振动噪声，采取降噪措施有：
1）在现有成熟变压器产品基础上优化电气参数，多家开发对比电磁噪声，通过仿真和试验手段来选定装车产品。
2）降低辅助变压器振动传递给柜体。变压器安装方式定为座装方式，增加减振器隔绝与安装梁刚性传递振动。
3 结构优化方案
气流通过风道会引起振动噪声，风道设计不合理也容易引起涡流噪声。因此需对风道设计采取降噪措施。
3.1 风道流场数值分析
对风道进行流场仿真，得到空气速度云图及流动迹线图，作为参考可以对风道进行结构优化。图3为冷却柜初步布局的流场仿真，得到结论为：电抗器底部会产生局部涡流，需要设计倾斜导流结构减小噪声；风机后部与风道壁之间的腔体有涡流产生，通过采用带蜗壳风机取消该腔体；总体而言冷却柜风道较为简单，风道流场较为理想。
3.2 风道结构优化
通过流场仿真，可以指导风道结构设计。风道采用平顺化设计，避免截面突变，改善空气流动特性，降低气动噪声。主要措施为在涡流明显及风速差异较大处增加导流结构，然后再通过仿真手段进行验证。
另一方面，风道增加强度可以改变结构的固有频率，降低振动的同时也避开共振。通过结构仿真，对振动位移较大之处进行加强。
3.3 吸音降噪材料使用
另外一种主要降噪措施为采用吸音材料吸收气动噪声。减震吸音材料在变流器产品上已经广泛使用。 1）吸音棉
吸音棉贴附在风道内外表面，降噪水平约2～3dB。针对不同风道腔体，测试开发和使用新型吸音棉，吸音棉根据结构设计整体布局，不同腔体采用不同厚度。换气装置降噪研究最为典型，国产化换气装置采取吸音棉对比无降噪换气装置可降约10dB，进一步研究优选吸音材料后噪声水平继续下降5%左右。
2）吸音涂层材料
主要采用吸音涂层结构。在风道内壁和风机窝壳内壁较均匀地涂敷吸音材料，起到隔声和吸音效果。
3）蜂窝夹层结构
设计夹层结构或蜂窝夹层结构铆接或贴附在风道内，通过夹层结构起到隔声和吸音效果。该结构应用于换气装置及地铁辅变风道上。
4）新材料风道
直接把风道设计成吸声结构。CRH6F-160城际动车项目风道降噪研究我们开发一款新型风道，两层铝板中间夹一层吸音材料，单层铝板厚1mm，降噪水平约2～3dB。
3.4 整柜降噪设计
除了内部噪声源及风道要进行降噪设计以外，整柜也要考虑隔声降噪处理。
1）冷却柜密封处理。冷却柜柜体骨架采取更严格的整柜涂胶密封工艺；门板盖板密封达到IP54防护等级。
2）柜体门盖板及焊接封板采取降噪措施。首先保证强度，减小振动，其次采取风道类似的隔声和吸声处理手段。
3）进出风口作为车外噪声传递到车内最直接途径，重点对其进行降噪防护。采用结构加强、吸音涂层、空气夹层等多种方式综合处理。
4 变流器装车降噪工作
减振降噪工作一直是整车及部件的攻坚难点，动车组项目的特殊性更需要整车和变流器部件合作开展降噪工作。整车降噪也是降噪工作的关键环节，我们把我们的意见及建议提出：
1）减振降噪措施实施后，变流器的重量及安装空间评估会相应增加。
2）建议整车提供噪声数值仿真报告，尤其是变流器部件指标分配仿真计算，用来评估变流器噪声指标及装车后对系统的影响。
3）機械间内装门需做降噪处理。建议内装门板采用消隔音板结构，安装密封采用软连接密闭胶条，门板上不建议开孔与客室相通。
4）变流器安装位置下方正对着轮毂，轮毂噪声能量远高于冷却柜内风机噪声能量，冷却柜降噪措施无法隔挡，高速运行下出风口传递进来的轮毂噪声会很大。建议修改出风位置或调整出风形式，优先考虑出风口调整到车体侧墙，出风方式调整为侧进侧出，同时车体同冷却柜进出风口连接位置在整车上要重点做消隔音处理。
参考文献
[1] 倪振华，振动力学[M]，西安：西安交通大学出版社，108-111.
[2] 张曙光主编，CRH1型动车组[M]，北京：中国铁道出版社，50-53，75-77.
[3] 邢月红，降噪鼓风机[P]，CN201220083131.7.
关键词：牵引变流器；辅助冷却柜；冷却系统；振动；噪声；吸音降噪材料
0 引言
一种自主化动车组的牵引系统置于车内机械间，分为牵引变流器和辅助冷却柜，通过车内装饰门进行密封。由于牵引系统置于车内，减振降噪工作尤为突出，我们在变流器设计阶段前期也对减振降噪工作开展相关研究。
既有项目中设计人员一直在开展变流器相关的减振降噪研究工作。通过对既有变流器的振动噪声测试数据积累和分析、振动噪声源特性的深入研究分析，获取了变流器的主要振动和噪声源特性，并对不同类型振动和噪声源、选择合适的减振降噪技术方案改进变流器的振动噪声性能，目前已成功运用于多个变流器产品项目。本次变流器噪声控制的思路是在已有变流器振动噪声控制水平上采用理论分析、数值计算和现场试验相结合方法从系统方案、部件方案、结构方案进行优化研究。
1 系统优化方案
变流器系统的主要噪声来源是来自辅助冷却柜。冷却柜进出风口布局方案与车体设计沟通确认采用风向“侧进下出”方式。
1.1 冷却柜压力损失计算
辅助冷却柜冷却风从车体侧墙窗口进入，经过过滤装置（△P1）、热交换器（△P2）、辅助变压器等器件（△P3），再从底部出风（△P4），再考虑车外运行负压（△P5）以及风道损失压力（△P6），得到冷却系统压力损失：
△P=△P1+△P2+△P3+△P4+△P5+△P6=200+200+200+50+200+50
=900Pa
通过计算，风机静压选取900Pa～1000Pa，根据设计经验，静压水平相近情况下，离心风机噪聲水平比轴流风机噪声水平低很多，所以冷却风机选用离心风机。
1.2 冷却系统设计
冷却风机作为变流器系统最大噪声源，我们选取合适的风机对降噪至关重要。图1是某变流器风机风量-风压曲线及风量-噪声曲线。
从图1看出风机流量及静压对既定风机噪声有直接影响，减小风机流量可相应降低噪声值，同时根据前面计算还需保证风机静压900Pa～1000Pa。
另一方面，变流器冷却系统对热交换器散热功率也有要求。根据计算，变流器整体散热功率为40KW，则热交换器需保证40KW以上散热功率。参考某热交换器性能曲线如图2可知，热交换器散热能力与风量直接相关。
根据既有动车项目设计经验，热交换器厂家评估40KW以上散热功率需要3.5的风量，风机厂家评估风机电机功率要4KW以上，噪声指标很难满足项目要求。
从系统降噪考虑，首先变流器冷却系统参数在裕量减少情况下选取合理。变流器整体散热功率定为40KW，风机静压选为900Pa～950Pa。其次热交换器重新设计，提高换热效率，降低风量要求。再者重新设计风机，以噪声指标优选风机方案。
2 部件优化方案
部件优化主要是针对噪声源、传递途径等方面进行噪声的隔离和吸收。
2.1 热交换器优化
热交换器需重新设计并提高换热效率。主要措施为更改热交换器翅片形式和在一定范围内增加芯体体积，但也带来热交换器重量增加和风阻增大的不利影响。
2.2 风机优化
冷却风机的合理选择决定了变流器的噪音水平。具体降噪措施有：
1）准确计算冷却系统损耗，合理选择风机参数，配合专业仿真设计，确定风机设计参数。
2）风机调速功能实现降噪。整车低速或静态工作时风机低速运行，整车高速或满载工作时风机高速运行，以满足不同工况客室噪声要求。
3）风机减振措施。采取振动隔离措施，风机安装减振器，风道对接处采用柔性胶条对接，减少风机振动传递给柜体，避免引起结构噪声。
4）风机结构优化设计。优化设计风机叶轮及安装框架，离心风机可采用自带蜗壳结构。
5）优选风机方案。风机多家开发，以噪声指标来优选风机。
2.3 辅助变压器降噪
辅助变压器作为噪声源之一，主要考虑电磁噪声和振动噪声，采取降噪措施有：
1）在现有成熟变压器产品基础上优化电气参数，多家开发对比电磁噪声，通过仿真和试验手段来选定装车产品。
2）降低辅助变压器振动传递给柜体。变压器安装方式定为座装方式，增加减振器隔绝与安装梁刚性传递振动。
3 结构优化方案
气流通过风道会引起振动噪声，风道设计不合理也容易引起涡流噪声。因此需对风道设计采取降噪措施。
3.1 风道流场数值分析
对风道进行流场仿真，得到空气速度云图及流动迹线图，作为参考可以对风道进行结构优化。图3为冷却柜初步布局的流场仿真，得到结论为：电抗器底部会产生局部涡流，需要设计倾斜导流结构减小噪声；风机后部与风道壁之间的腔体有涡流产生，通过采用带蜗壳风机取消该腔体；总体而言冷却柜风道较为简单，风道流场较为理想。
3.2 风道结构优化
通过流场仿真，可以指导风道结构设计。风道采用平顺化设计，避免截面突变，改善空气流动特性，降低气动噪声。主要措施为在涡流明显及风速差异较大处增加导流结构，然后再通过仿真手段进行验证。
另一方面，风道增加强度可以改变结构的固有频率，降低振动的同时也避开共振。通过结构仿真，对振动位移较大之处进行加强。
3.3 吸音降噪材料使用
另外一种主要降噪措施为采用吸音材料吸收气动噪声。减震吸音材料在变流器产品上已经广泛使用。 1）吸音棉
吸音棉贴附在风道内外表面，降噪水平约2～3dB。针对不同风道腔体，测试开发和使用新型吸音棉，吸音棉根据结构设计整体布局，不同腔体采用不同厚度。换气装置降噪研究最为典型，国产化换气装置采取吸音棉对比无降噪换气装置可降约10dB，进一步研究优选吸音材料后噪声水平继续下降5%左右。
2）吸音涂层材料
主要采用吸音涂层结构。在风道内壁和风机窝壳内壁较均匀地涂敷吸音材料，起到隔声和吸音效果。
3）蜂窝夹层结构
设计夹层结构或蜂窝夹层结构铆接或贴附在风道内，通过夹层结构起到隔声和吸音效果。该结构应用于换气装置及地铁辅变风道上。
4）新材料风道
直接把风道设计成吸声结构。CRH6F-160城际动车项目风道降噪研究我们开发一款新型风道，两层铝板中间夹一层吸音材料，单层铝板厚1mm，降噪水平约2～3dB。
3.4 整柜降噪设计
除了内部噪声源及风道要进行降噪设计以外，整柜也要考虑隔声降噪处理。
1）冷却柜密封处理。冷却柜柜体骨架采取更严格的整柜涂胶密封工艺；门板盖板密封达到IP54防护等级。
2）柜体门盖板及焊接封板采取降噪措施。首先保证强度，减小振动，其次采取风道类似的隔声和吸声处理手段。
3）进出风口作为车外噪声传递到车内最直接途径，重点对其进行降噪防护。采用结构加强、吸音涂层、空气夹层等多种方式综合处理。
4 变流器装车降噪工作
减振降噪工作一直是整车及部件的攻坚难点，动车组项目的特殊性更需要整车和变流器部件合作开展降噪工作。整车降噪也是降噪工作的关键环节，我们把我们的意见及建议提出：
1）减振降噪措施实施后，变流器的重量及安装空间评估会相应增加。
2）建议整车提供噪声数值仿真报告，尤其是变流器部件指标分配仿真计算，用来评估变流器噪声指标及装车后对系统的影响。
3）機械间内装门需做降噪处理。建议内装门板采用消隔音板结构，安装密封采用软连接密闭胶条，门板上不建议开孔与客室相通。
4）变流器安装位置下方正对着轮毂，轮毂噪声能量远高于冷却柜内风机噪声能量，冷却柜降噪措施无法隔挡，高速运行下出风口传递进来的轮毂噪声会很大。建议修改出风位置或调整出风形式，优先考虑出风口调整到车体侧墙，出风方式调整为侧进侧出，同时车体同冷却柜进出风口连接位置在整车上要重点做消隔音处理。
参考文献
[1] 倪振华，振动力学[M]，西安：西安交通大学出版社，108-111.
[2] 张曙光主编，CRH1型动车组[M]，北京：中国铁道出版社，50-53，75-77.
[3] 邢月红，降噪鼓风机[P]，CN201220083131.7.