电力机车冷却塔噪声测试及其分析.pdf
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1、2023 年 9 月(总第 443 期)23第 51 卷Vol.51第 9 期No.9铁 道 技 术 监 督RAILWAY QUALITY CONTROL检验与认证INSPECTION AND CERTIFICATION收稿日期:2023-06-12作者简介:曹幼红,工程师;谭华容,工程师;胡敏,工程师;周紫燕,工程师0引言电力机车牵引变压器、牵引变流器等电气设备运行时,会产生大量热量,导致这些设备温度升高,影响设备正常运行。为此,利用冷却塔,采用强迫风冷方式,帮助牵引变压器、牵引变流器等设备散热,保障电气部件正常工作。冷却过程中,冷却塔会产生噪声,主要有机械通风用风机产生的噪声、循环水产生的
2、落水噪声和共振引起的塔体噪声等。这些噪声辐射面大、声功率强,直接影响铁路沿线居民的生活。为此,采用声强法1-4在电力机车冷却塔表面进行噪声测试,并分析测试结果,获取冷却塔表面噪声分布情况,识别冷却塔噪声源,为优化控制冷却塔表面噪声,提升电力机车的噪声控制水平提供参考。1冷却塔组成及其工作原理1.1组成冷却塔组成如图 1 所示。散热器水泵风机水箱(a)主视图电力机车冷却塔噪声测试及其分析曹幼红,谭华容,胡敏,周紫燕(湖南联诚轨道装备有限公司,湖南 株洲 412001)摘要:为了研究电力机车冷却塔表面的噪声分布和噪声源,介绍冷却塔组成和工作原理,以及声强测试方法。采用声强测试方法,在冷却塔电机稳定
3、工作状态下,在冷却塔表面测试噪声,并利用测试结果分析噪声在冷却塔表面的分布和频谱。结果表明,在冷却塔各表面测得的噪声中,顶面噪声声功率级最大,为 109.6 dB(A);冷却塔风机产生的噪声占比最大,达到 92.5%;噪声出现峰值时,对应的频率为 498 Hz 和 498 Hz 的整数倍。经分析可得,冷却塔噪声主要能量来源于风机。这为冷却塔噪声优化控制提供参考。关键词:电力机车;冷却塔;噪声;声强法;测试;分析中图分类号:U264.55文献标识码:B文章编号:1006-9178(2023)09-0023-05Abstract:In order to study the noise distri
4、bution and noise source on the surface of the cooling tower of electric locomotive,the composition and working principle of the cooling tower and the testing method of sound intensity are introduced.The sound intensity test method is used to test the noise on the surface of cooling tower when the mo
5、tor is working stably,and the distribution and spectrum of the noise on the surface of cooling tower are analyzed by using the testresults.The results show that the top noise has the highest sound power level,which is 109.6 dB(A);the noise ratiogenerated by cooling tower fan is the largest,reaching
6、92.5%;the frequency corresponding to the peak noise is 498 Hzand an integer multiple of 498 Hz when the noise spikes.The analysis shows that the main energy of cooling towernoise comes from the fan.This provides a reference for the cooling tower noise optimization control.Keywords:Electric Locomotiv
7、e;Cooling Tower;Noise;Sound Intensity Method;Test;Analysis24电力机车冷却塔噪声测试及其分析检验与认证水箱风机散热器水泵水泵(b)侧视图图 1冷却塔组成冷却塔由底座、机架、风机、水箱、水泵、散热器等组成。其中,1 台风机安装在冷却塔顶部,居中布置;2 台水泵左右对称布置;2 个散热器前后对称布置。冷却塔采用顶部进风、底部排风结构。冷却塔中,冷却风机采用变频风机,由电压为380 V、频率为 50 Hz 的三相交流电源供电。变频风机采用金属叶片,叶片数量为 17 片。冷却风机电机工作电压为 80 V440 V,工作频率为 10 Hz60 H
8、z。工作频率为 60 Hz 时,电机功率不大于28 kW,功率因数不小于 0.88,电机效率不小于0.88,最大转速为 1 800 r/min,风流量为 11 m3/s。1.2工作原理冷却塔中水循环路径如图 2 所示。风机水泵 1水泵 2散热器 1散热器 2牵引电机 1牵引电机 2牵引电机 3牵引电机 4通径20 mm通径36 mm图 2冷却塔中水循环路径冷却塔配套 2 套水循环支路,分别通过水泵 1和水泵 2,对牵引电机 1、牵引电机 2 和牵引电机3、牵引电机 4 进行冷却。考虑到散热器中部风量最大,散热效率最高,水循环时,“热水”直接进入散热器中部,再从外侧回流到牵引电机中,最大限度提高
9、冷却系统散热效率。2声强测试方法2.1测试原理声强是指单位时间 T 内通过垂直于声波传播方向上的单位面积的平均声能,单位为 W/m2。声强计算公式为I=1T0TP(t)u(t)dt。(1)式(1)中:I 为声强;P(t)为某点的瞬时声压;t 为时间;u(t)为质点振动瞬时速度矢量。2.2质点振动瞬时速度测试对式(1)而言,通过测量,可得声压值,但得到质点振动瞬时速度较为困难。为此,通过间接测量,获得质点振动瞬时速度,具体如下。首先,采用 P-P 探头(双传声器)测量声强。P-P 探头测量声强如图 3 所示。r传感器 A传感器 B图 3P-P 探头测量声强传感器 A 和传感器 B 的灵敏度和相位
10、一致,用一块长度为 r 的间隔器将传感器 A 和传感器 B分离。在声波传播方向上,计算声压梯度变化可得质点振动速度 u(t),即u(t)=-1Prdt。(2)式(2)中:为空气密度;P 为声压。依据文献 1,由于间隔器长度 r 很小,将式(2)简化可得质点振动速度,为u(t)=-1PB-PArdt。(3)2.3平均声强和声功率级计算因间隔器长度 r 很小,则某点的瞬时声压为P(t)=PB+PA2。(4)因此,结合式(1)和式(2),可得测量点处的声强。I 为1I=-PA+PB2PB-PArdt。(5)25铁道技术监督第 51 卷第 9 期5 0004 0003 1502 5002 0001 6
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