CN110875031B - 一种轨道交通变流器噪声的预测方法 - Google Patents

一种轨道交通变流器噪声的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通变流器噪声的预测方法，包括：获取变流器内部各噪声源位置和性能、变流器进出风口位置以及变流器内部结构；确定噪声源产生的噪声在变流器进出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值；确定噪声传递路径；对噪声传递路径进行区间划分；确定在每个区间产生和/或损耗的噪声各频段声功率值；针对每条噪声传递路径，将噪声源辐射的噪声各频段声功率值与在各区间产生的噪声各频段声功率值对应相加，并将相加的结果与在各区间损耗的噪声各频段声功率值对应相减，得到该噪声源的噪声辐射到进风口或出风口外部的噪声各频段声功率值；确定各噪声源传递到变流器外部的总噪声声功率值。本发明能够快速预测评估轨道交通变流器噪声性能。

Description

一种轨道交通变流器噪声的预测方法
技术领域
本本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通变流器噪声的预测方法。
背景技术
随着轨道交通产业的发展，人们对乘车舒适性和环保的要求越来越高，动车和城轨等轨道车辆的噪声问题越来越受到关注。变流器作为轨道交通车辆的关键设备，其内在变压器和冷却风机等旋转部件产生的噪声一方面传递到车内影响乘车舒适性，另一方面在停站时成为主要噪声源影响车站环境。这类问题在以往的动车、地铁等项目中已经出现，变流器噪声超标而受到客户投诉，从而影响公司品牌声誉。因此，轨道交通变流器产品的噪声性能研究及预测评估逐步开始受到重视。
目前噪声预测评估基本都是通过仿真计算完成，即通过仿真软件对主要声源进行模拟，然后利用有限元、边界元或统计能量法等方法进行声传播计算得到变流器声场分布。
该方法对变流器噪声能够较准确地进行预测和评估，但由于仿真建模及计算过程较繁琐，所需时间较长，而项目周期往往较紧，难以满足变流器噪声设计及优化的需求。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种轨道交通变流器噪声的预测方法，包括以下步骤：
获取变流器内部各个噪声源的位置和性能、变流器的进风口和出风口的位置以及变流器内部结构；
根据每个噪声源的性能确定该噪声源产生的噪声分别在变流器的进风口和出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值；
确定每个噪声源产生的噪声分别从该噪声源的位置经过所述变流器内部结构形成的噪声传递通道辐射到所述进风口和出风口的位置所形成的噪声传递路径；
对形成的多条噪声传递路径分别进行区间划分；
确定在每个区间产生和/或损耗的噪声各频段声功率值；
针对每条噪声传递路径，将其对应的噪声源在该噪声传递路径方向上辐射的噪声各频段声功率值与在各个区间产生的噪声各频段声功率值对应相加，并将相加的结果与在各个区间损耗的噪声各频段声功率值对应相减，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述进风口或出风口外部的噪声各频段声功率值；
根据各个噪声源产生的噪声辐射到所述进风口和出风口外部的噪声各频段声功率值确定变流器内部各个噪声源传递到所述变流器外部的总噪声声功率值。
在一个实施例中，噪声源的性能包括该噪声源的噪声各频段声功率值和噪声源声传播特性，所述噪声源声传播特性包括该噪声源向所述进风口和出风口辐射噪声能量的比例。
在一个实施例中，根据噪声源的噪声各频段声功率值与该噪声源向所述进风口和出风口辐射噪声能量的比例，确定该噪声源产生的噪声分别在变流器的进风口和出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值。
在一个实施例中，将噪声声学特性的相似程度大于第一预设值、噪声性能的改变程度大于第二预设值的连续传递路径划分为一个区间。
在一个实施例中，所述各个噪声源包括变流器内部风机和/或变流器内部变压器。
在一个实施例中，所述变流器内部风机到所述进风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第一进风通道衰减量、第一进风通道气流噪声、第一进风口滤网噪声衰减量和第一进风口滤网气流噪声；所述变流器内部风机到所述出风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第一出风通道衰减量、第一出风通道气流噪声、第一出风口滤网噪声衰减量和第一出风口滤网气流噪声。
在一个实施例中，所述变流器内部变压器到所述进风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第二进风通道衰减量、第二进风通道气流噪声、第二进风口滤网噪声衰减量和第二进风口滤网气流噪声；所述变流器内部变压器到所述出风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第二出风通道衰减量、第二出风通道气流噪声、第二出风口滤网噪声衰减量和第二出风口滤网气流噪声。
在一个实施例中，将每个噪声源产生的噪声辐射到所述进风口外部的噪声各频段声功率值进行加权叠加，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述进风口外部的总噪声声功率值；
将每个噪声源产生的噪声辐射到所述出风口外部的噪声各频段声功率值进行加权叠加，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述出风口外部的总噪声声功率值；
将每个噪声源产生的噪声辐射到所述进风口和出风口外部的总噪声声功率值相加，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述变流器外部的总噪声声功率值；
将各个噪声源产生的噪声辐射到所述变流器外部的总噪声声功率值相加，得到变流器内部各个噪声源传递到所述变流器外部的总噪声声功率值。
在一个实施例中，还包括以下步骤：根据预测的变流器内部各个噪声源传递到所述变流器外部的总噪声声功率值和噪声各频段声功率值进行噪声评估。
在一个实施例中，还包括以下步骤：若噪声性能未达到预设目标，则对变流器各个噪声源和/或噪声传递路径进行降噪优化。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
采用本发明的轨道交通变流器噪声的预测方法，能够快速预测评估轨道交通变流器噪声性能，且操作简单、准确性较高，能够很快地响应产品设计需求，及时评估噪声性能并提出优化方法，适用于轨道交通变流器产品开发过程中的声学性能评估及优化。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的轨道交通变流器噪声的预测方法的流程图；
图2为本发明实施例的轨道交通变流器噪声设计计算程序表。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
发明人通过噪声能量守恒原理发现，变流器辐射的噪声能量等于内部所有噪声源辐射的噪声能量之和减去噪声传播过程中消耗的噪声能量。假设某声源A辐射的声功率为Lw1，声源B辐射的声功率为Lw2，则两个声源相加的声功率为：
假设在变流器噪声传播过程中某区间对噪声的衰减为ΔLw，则经过该区间后噪声声功率变为：
L’w＝Lw-ΔLw (2)
根据上述轨道交通变流器噪声性能及传播的特征，提出了一种轨道交通变流器噪声的预测方法。下面进行具体说明。
图1为本发明实施例的轨道交通变流器噪声的预测方法的流程图。如图1所示，可以包括步骤S110至S170。
在步骤S110中，获取变流器内部各个噪声源的位置和性能、变流器的进风口和出风口的位置以及变流器内部结构。
噪声源作为噪声传递的起点，对噪声传递及变流器噪声性能具有重要影响，如变流器的进风口和出风口是变流器内部噪声向外辐射的主要通道，噪声源位置靠近和远离进风口和出风口时变流器噪声会有明显差异(靠近进风口和出风口，变流器辐射噪声会更大)。
具体地，对轨道交通变流器的主要噪声源进行梳理，轨道交通变流器的主要噪声源为变流器内部风机和/或变流器内部变压器。获取变流器内部风机和/或变流器内部变压器的位置和性能。噪声源的性能包括该噪声源的噪声各频段声功率值和噪声源声传播特性，噪声源声传播特性包括该噪声源向进风口和出风口辐射噪声能量的比例。
在步骤S120中，根据每个噪声源的性能确定该噪声源产生的噪声分别在变流器的进风口和出风口方向上辐射的噪声各频段(三分之一倍频程)声功率值。具体地，根据噪声源的噪声各频段声功率值与该噪声源向进风口和出风口辐射噪声能量的比例，确定该噪声源产生的噪声分别在变流器的进风口和出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值。
在步骤S130中，确定每个噪声源产生的噪声分别从该噪声源的位置经过变流器内部结构形成的噪声传递通道辐射到进风口和出风口的位置所形成的噪声传递路径。假设变流器主要噪声源包括变流器内部风机和变流器内部变压器，则获取风机-进风口、风机-出风口、变压器-进风口、变压器-出风口这四条噪声传递路径。
在步骤S140中，对形成的多条噪声传递路径分别进行区间划分。具体地，将噪声声学特性的相似程度大于第一预设值、噪声性能的改变程度大于第二预设值的连续传递路径划分为一个区间。也即，根据声学知识及以往实际经验对噪声传递路径进行区间划分，将对声学特性相近及噪声性能改变较大的连续传递路径划分为一个区间。噪声性能的改变程度可以为噪声性能的增幅或降幅。
在步骤S150中，确定在每个区间产生和/或损耗的噪声各频段声功率值。
具体地，风机-进风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第一进风通道衰减量、第一进风通道气流噪声、第一进风口滤网噪声衰减量和第一进风口滤网气流噪声。
风机-出风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第一出风通道衰减量、第一出风通道气流噪声、第一出风口滤网噪声衰减量和第一出风口滤网气流噪声。
变压器-进风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第二进风通道衰减量、第二进风通道气流噪声、第二进风口滤网噪声衰减量和第二进风口滤网气流噪声；
变压器-出风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第二出风通道衰减量、第二出风通道气流噪声、第二出风口滤网噪声衰减量和第二出风口滤网气流噪声。
在步骤S160中，针对每条噪声传递路径，将其对应的噪声源在该噪声传递路径方向上辐射的噪声各频段声功率值与在各个区间产生的噪声各频段声功率值对应相加，并将相加的结果与在各个区间损耗的噪声各频段声功率值对应相减，得到该噪声源产生的噪声辐射到进风口或出风口外部的噪声各频段声功率值。
假设变流器主要噪声源包括变流器内部风机和变流器内部变压器，针对风机-进风口的噪声传递路径，将风机在进风口方向上辐射的噪声各频段声功率值与第一进风通道气流噪声和第一进风口滤网气流噪声的噪声各频段声功率值对应相加，并与第一进风通道衰减量和第一进风口滤网噪声衰减量的噪声各频段声功率值对应相减，得到风机产生的噪声辐射到进风口外部的噪声各频段声功率值。
针对风机-出风口的噪声传递路径，将风机在出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值与第一出风通道气流噪声和第一出风口滤网气流噪声的噪声各频段声功率值对应相加，并与第一出风通道衰减量和第一出风口滤网噪声衰减量的噪声各频段声功率值对应相减，得到风机产生的噪声辐射到出风口外部的噪声各频段声功率值。
针对变压器-进风口的噪声传递路径，将变压器在进风口方向上辐射的噪声各频段声功率值与第二进风通道气流噪声和第二进风口滤网气流噪声的噪声各频段声功率值对应相加，并与第二进风通道衰减量和第二进风口滤网噪声衰减量的噪声各频段声功率值对应相减，得到变压器产生的噪声辐射到进风口外部的噪声各频段声功率值。
针对变压器-出风口的噪声传递路径，将变压器在出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值与第二出风通道气流噪声和第二出风口滤网气流噪声的噪声各频段声功率值对应相加，并与第二出风通道衰减量和第二出风口滤网噪声衰减量的噪声各频段声功率值对应相减，得到变压器产生的噪声辐射到出风口外部的噪声各频段声功率值。
在步骤S170中，根据各个噪声源产生的噪声辐射到进风口和出风口外部的噪声各频段声功率值确定变流器内部各个噪声源传递到变流器外部的总噪声声功率值。
具体地，将每个噪声源产生的噪声辐射到进风口外部的噪声各频段声功率值进行加权叠加，得到该噪声源产生的噪声辐射到进风口外部的总噪声声功率值；
将每个噪声源产生的噪声辐射到出风口外部的噪声各频段声功率值进行加权叠加，得到该噪声源产生的噪声辐射到出风口外部的总噪声声功率值；
将每个噪声源产生的噪声辐射到进风口和出风口外部的总噪声声功率值相加，得到该噪声源产生的噪声辐射到变流器外部的总噪声声功率值；
将各个噪声源产生的噪声辐射到变流器外部的总噪声声功率值相加，得到变流器内部各个噪声源传递到变流器外部的总噪声声功率值。
根据上述步骤预测了变流器内部各个噪声源传递到变流器外部的总噪声声功率值和噪声各频段声功率值，然后对其进行评估。根据用户提出的产品设计需求设定噪声性能需要达到的预设目标。若评估结果显示噪声性能达到预设目标，则输出变流器噪声设计最终方案。若评估结果显示噪声性能未达到预设目标，则需对变流器各个噪声源和/或噪声传递路径进行降噪优化。如根据噪声超标频段选择更合适的吸声材料，或对吸声材料进行布置优化，提高噪声传递过程中变流器内部的吸声性能；另外还可以通过设计***、共振腔、流道优化等方式开展降噪设计，降低变流器辐射出去的噪声。
图2为本发明实施例的轨道交通变流器噪声设计计算程序表。如图2所示，为风机-进风口和风机-出风口这两条路径所划分区间内容及其产生和/或损耗噪声声功率值的计算方法。下面进行具体说明。
进风口方向传递声功率，即风机产生的噪声在进风口方向上辐射的噪声各频段声功率值，其计算方法为风机本体噪声升功率减去风机安装室消声量减去3dB。在具体实施中，可根据实际情况减去3dB或者其他数据。
其中，风机本体噪声升功率通过试验数据库获取，风机安装室消声量通过经验公式、仿真或试验得到。
进风口内部噪声总和的计算方法为进风口方向传递声功率加上进风通道气流噪声减去进风通道噪声衰减量。
其中，进风通道气流噪声通过经验公式、仿真或试验得到，进风通道噪声衰减量通过经验公式、仿真或试验得到。
进风通道噪声衰减量，即噪声在变流器内部风道传递遇到风道突变处所引起的自然衰减量可由下试计算：
式中，s1突变前的截面积(m2)；s2突变后的截面积(m2)。
进风通道气流噪声，即风机气流在变流器内流道传递会产生再生噪声，直流道再生的噪声计算公式如下：
Lw＝Lwc+501gv+101gS (4)
式中，Lwc，直流道的比声功率级，一般可取10dB；v，气流速度(m/s2)；S，流道截面积(m2)。
进风口辐射声功率的计算方法为进风口内部噪声总和加上进风口滤网气流噪声减去进风口滤网噪声衰减量。
其中，进风口滤网气流噪声通过经验公式、仿真或试验得到，进风口滤网噪声衰减量通过经验公式、仿真或试验得到。
出风口方向传递声功率，即风机产生的噪声在出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值，其计算方法为风机本体噪声升功率减去风机安装室消声量减去3dB。在具体实施中，可根据实际情况减去3dB或者其他数据。
其中，风机本体噪声升功率通过试验数据库获取，风机安装室消声量通过经验公式、仿真或试验得到。
出风口内部噪声总和的计算方法为出风口方向传递声功率加上出风通道气流噪声减去出风通道噪声衰减量。
其中，出风通道气流噪声通过经验公式、仿真或试验得到，出风通道噪声衰减量通过经验公式、仿真或试验得到。
出风口辐射声功率的计算方法为出风口内部噪声总和加上出风口滤网气流噪声减去出风口滤网噪声衰减量。
其中，出风口滤网气流噪声通过经验公式、仿真或试验得到，出风口滤网噪声衰减量通过经验公式、仿真或试验得到。
变压器-进风口和变压器-出风口这两条路径所划分区间内容及其产生和/或损耗噪声声功率值的计算方法与上述风机的计算方法类似，下面不再赘述。
综上，采用本发明实施例的轨道交通变流器噪声的预测方法，能够快速预测评估轨道交通变流器噪声性能，且操作简单、准确性较高，能够很快地响应产品设计需求，及时评估噪声性能并提出优化方法，适用于轨道交通变流器产品开发过程中的声学性能评估及优化。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种轨道交通变流器噪声的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取变流器内部各个噪声源的位置和性能、变流器的进风口和出风口的位置以及变流器内部结构；
根据每个噪声源的性能确定该噪声源产生的噪声分别在变流器的进风口和出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值；
确定每个噪声源产生的噪声分别从该噪声源的位置经过所述变流器内部结构形成的噪声传递通道辐射到所述进风口和出风口的位置所形成的噪声传递路径；
对形成的多条噪声传递路径分别进行区间划分，将噪声声学特性的相似程度大于第一预设值、噪声性能的改变程度大于第二预设值的连续传递路径划分为一个区间；
确定在每个区间产生和/或损耗的噪声各频段声功率值；
针对每条噪声传递路径，将其对应的噪声源在该噪声传递路径方向上辐射的噪声各频段声功率值与在各个区间产生的噪声各频段声功率值对应相加，并将相加的结果与在各个区间损耗的噪声各频段声功率值对应相减，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述进风口或出风口外部的噪声各频段声功率值；
根据各个噪声源产生的噪声辐射到所述进风口和出风口外部的噪声各频段声功率值确定变流器内部各个噪声源传递到变流器外部的总噪声声功率值。
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，噪声源的性能包括该噪声源的噪声各频段声功率值和噪声源声传播特性，所述噪声源声传播特性包括该噪声源向所述进风口和出风口辐射噪声能量的比例。
3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，根据噪声源的噪声各频段声功率值与该噪声源向所述进风口和出风口辐射噪声能量的比例，确定该噪声源产生的噪声分别在变流器的进风口和出风口方向上辐射的噪声各频段声功率值。
4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述各个噪声源包括变流器内部风机和/或变流器内部变压器。
5.根据权利要求4所述的预测方法，其特征在于，
所述变流器内部风机到所述进风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第一进风通道衰减量、第一进风通道气流噪声、第一进风口滤网噪声衰减量和第一进风口滤网气流噪声；
所述变流器内部风机到所述出风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第一出风通道衰减量、第一出风通道气流噪声、第一出风口滤网噪声衰减量和第一出风口滤网气流噪声。
6.根据权利要求4所述的预测方法，其特征在于，
所述变流器内部变压器到所述进风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第二进风通道衰减量、第二进风通道气流噪声、第二进风口滤网噪声衰减量和第二进风口滤网气流噪声；
所述变流器内部变压器到所述出风口的噪声传递路径所划分的区间产生和损耗的噪声包括：第二出风通道衰减量、第二出风通道气流噪声、第二出风口滤网噪声衰减量和第二出风口滤网气流噪声。
7.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，
将每个噪声源产生的噪声辐射到所述进风口外部的噪声各频段声功率值进行加权叠加，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述进风口外部的总噪声声功率值；
将每个噪声源产生的噪声辐射到所述出风口外部的噪声各频段声功率值进行加权叠加，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述出风口外部的总噪声声功率值；
将每个噪声源产生的噪声辐射到所述进风口和出风口外部的总噪声声功率值相加，得到该噪声源产生的噪声辐射到所述变流器外部的总噪声声功率值；
将各个噪声源产生的噪声辐射到所述变流器外部的总噪声声功率值相加，得到变流器内部各个噪声源传递到所述变流器外部的总噪声声功率值。
8.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
根据预测的变流器内部各个噪声源传递到所述变流器外部的总噪声声功率值和噪声各频段声功率值进行噪声评估。
9.根据权利要求8所述的预测方法，其特征在于，还包括以下步骤：
若噪声性能未达到预设目标，则对变流器各个噪声源和/或噪声传递路径进行降噪优化。
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