地铁车辆空调风道设计及噪声分析

地铁车辆空调风道设计及噪声分析

齐龙

中车唐山机车车辆有限公司

摘要：本文介绍了B型地铁空调风道的设计，同时对比分析变截面风道在风量均匀性方面的优势，最后通过试验解决风道噪声问题。

关键词：B型地铁 风道 噪声

0 引言

随着我国地铁城轨空调列车应用的迅速发展，地铁城轨车辆已经成为现代化城市交通极为重要的运输工具，为乘客提供舒适的内部乘车环境是对地铁城轨车辆的基本要求和重要指标。空调风道是当前地铁城轨车辆环境控制的重要组成部分，地铁城轨车辆客室内人体舒适性在很大程度上取决于风道的设计。

1 空调系统设计

空调系统由空调机组、送风装置、排风装置、司机室送风单元（仅头车）组成；每车客室内设有两台顶置单元式空调机组，空调采用两端下送风下回风型式，按回风口布置在车顶1/4处对称布置。

每台车的2台空调机组配置4台变频器，每个变频器驱动一个压缩机。

车辆空调系统设备布置如图1-1。

1.1 机组选型

依据热工计算报告，车辆夏季空调制冷量需求最大约为71kW，总风量为8000 m3/h，新风量为2600m3/h。考虑到保留一定的余量，每节车拟采用两台额定制冷量为37 kW的空调机组，每节车辆额定制冷量不小于74 kW，完全可以满足车辆空调制冷的要求并留有充分的余量。

图1-1 TC车空调系统设备布置图

根据司机室的制冷负荷计算结果可知，71.09+2.82=73.91kW，小于74kW。与司机室相邻的客室空调机组足以为司机室提供冷量，因此司机室设置通风单元，最大通风量650m3/h，可以满足需求。

1.2 送风及回风风速计算

1.2.1 送风风速

机组送风口处的风速：

每台机组的风量为4000m³/h，每台送风机的风量为2000m³/h，每个机组送风口的面积为800mmX280mm，所以每个送风口的风速为2000÷（0.8X0.28)=8929m/h=2.5m/s。

送风道内最大风速：

每台送风机的风量进入风道后，沿车长方向分两路送入风道，每路风量为1000m³/h，机组送风口下方风道的净截面为968mmX120mm，所以此处送风风速为1000÷（0.968X0.12）=8609m/h=2.4m/s。

送风风速远小于TB/T1951《客车空调设计参数》推荐的送风风速5～8m/s。

1.2.2 回风风速

机组回风口处的风速：

每台机组的回风量为2750m³/h，每台机组有4个回风口，每个回风口的面积为380mmX210mm，所以每个回风口的风速为2750÷（0.38X0.21X4)=8615m/h=2.4m/s。

回风风速也小于TB/T1951《客车空调设计参数》推荐的送风风速3～5m/s。

2 风道设计

2.1 普通地铁风道

一般地铁风道选用截面相同的风道来实现整车送风，送风道通过顶板格栅风口将空调机组处理过的空气送到客室，回风道通过内装顶板缝隙和回风口将客室内空气吸入空调机组，风道布置见图2-1。

图2-1 普通地铁风道布置图

这种风道因为通长截面相同，结构相对简单，所以便于生产和安装。但是这种结构风道送风距离较长，空调送风口处风量与风道末端风量具有较大差异。

风道一位端送风口所测风量与该风口理论风量值对比，多个送风口风量偏差值较大，并且距离空调送风口较近处实测风量基本都比理论风量大，相反距离空调送风口较远处实测风量偏小于理论风量。这种情况下在风道静压腔增加挡板不能满足送风均匀性要求，需要在风道动压腔增加挡板。这样就会导致风道改动较大，增加人力成本。

2.2 变截面地铁风道

研究一种变截面静压风道送风道共有4个进风口，分散式布置，分别在车长方向上的约1/8、3/8、5/8、7/8处，风道末端距进风口只有车长的约1/8，风道内风速比传统的下送下回风型式降低50%以上，大大降低了沿程阻力，这样就会使得空调送风口处与风道末端风量相差不大。

对于风道送风口所测风量与该风口理论风量值对比，仍有多个送风口风量具有偏差。但是实测风量与理论风量的大小是随机的，说明送风口送风量与送风口的位置无关。在这种情况下仅仅在静压腔内增加挡板导流就可解决送风不均匀的现象。

仅通过在静压腔内增加挡板就可以使风量均匀，操作相对比在动压腔增加挡板简单许多，省时省力。

通过对比分析可以知道变截面风道比相同截面风道在均匀性方面有更好的效果，对于以后的风道设计有更好的借鉴意义。

3 风道噪声分析

噪声作为舒适度重要的一项指标。严重的影响了车辆的舒适度和客室乘客广播等乘客信息系统的服务质量。空调系统的噪声主要有空气动力噪声、机械噪声、电磁噪声等。这些地铁车辆空调系统的噪声主要来自空调机组和风道及风口等系统中设备的振动、空气的流动。风道对于噪声的控制有着重要的作用。通过试验的方法地铁空调风道噪声的分析及降噪研究。

3.1 风道噪声控制的方式

根据噪声控制的原理，风道噪声控制的因素主要包括噪声源和噪声传播两个方面。

(1)噪声源控制：

空调风道的噪声主要由于气流压力变化引起风道体振动而产生的噪声。尤其当气流在风量分配装置、变向导流等障碍物发生流向变化时产生的噪声较大。而风道中人字板的形式对于风道内气流压力变化会产生较大影响，选用一种优化的人字板会使风道内气流压力变化较小引起风道体振动较小，从而通过噪声源控制达到降噪的目的。

(2)噪声传播控制：

噪声传播途径的控制主要为噪声途径上采取吸音措施，吸音材是多孔吸音材料，当声波在空气中引起振动时，吸音材的物理特性会使得噪声通过反射、吸收、转化等能量损耗形式达到降低噪声的目的。

3.2 客室降噪方案效果的测试试验

针对两种不同的噪声影响因素，现分别进行测试试验。测试选用车辆1/2（即一个空调机组，两节风道）作为测试对象测量噪声采用噪声测试仪，在通风机额定电压、额定功率下，按图3-1的测点位置进行噪声测试。

图3-1 噪声测点布置图

3.3 小结

噪声测试试验表明，B型地铁空调风道噪声的产生部位和传播对于客室内噪声都有较大的影响，为了更好的控制客室内噪声，增强乘客舒适度，我们可采取不同的方式进行有效的降噪。人字板的形式对于噪声的产生具有较大的影响，采用网孔板内部填满吸音材形状的人字板可以有效地抑制噪声的产生；而在噪声的传播路径上粘贴吸音材也会对噪声有一定的抑制作用，达到降噪的效果。

4 结论

本B型地铁空调风道的设计首先通过热工计算对于空调机组进行选型，然后通过风量验证风速满足设计要求；并通过试验验证变截面风道再风量均匀性方面比等截面风道具有一定的优势；最后通过噪声分析说明可以使用一种网孔板人字板来降低噪声，同时在噪声的传播路径上粘贴吸音材也会对噪声有一定的抑制作用。这些对以后的风道有很大的指导意义。

对地铁列车风道的研究和优化设计是一个长期复杂的工程，本文也还存在着一些不足，比如说可以在设计和后续过程中增加流体仿真来验证风道的优越，这样就可以在设计初期做有效的针对，这方面本文还有所欠缺，需要以后在这方面多下功夫。

参考文献：

1. TB/T1957-91,铁路空调客车热工计算方法[S]

2．王书傲，谈越明.空调客车均匀送风风道的研制[J].铁道车辆，1992(8)：11-14

3．周生存，车城剑.国产地铁A型车空调系统风道的设计分析[J].城市轨道交通研究，2008(9)：36-39

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