浅析降低 CR300BF动车组牵引电机冷却风机噪音方法

浅析降低 CR300BF动车组牵引电机冷却风机噪音方法

王野

国家轨道客车工程研究中心电气研发部，吉林 长春 130062

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

CS11-38F No.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f_BPF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

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

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315Hz频段声功率噪声只有调整叶片数的方案比CR400BF低。

表4.1 风机噪音对比

五、结论

1. 两种方案试验结果确认，调整叶片数更能够有效地解决单频噪音问题。

2. 增加消音器可以降低风机整体噪音。

3. CR300BF动车组牵引风机可采用新叶轮方案（16片叶片，叶轮外径φ473）。也可以采用新叶轮并配上消音器方案。

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