一种基于抗性消声的动车变流器降噪声设计方法与流程

本发明涉及一种基于抗性消声的动车变流器降噪声设计方法，属于轨道交通领域。

背景技术：

现有的轨道交通车辆用变流器中，通常集成了变流器、控制箱和变压器等电气部件组成。但是，由于变压器的重量较大，且变压器工作时产生的交变磁致伸缩力会传递至变流器柜体，因此，振动过大时会严重影响到变流器、控制箱等电气部件的疲劳寿命以及变流器柜体的结构强度。

目前，变压器在变流器柜体中的固定方式较为简单，通过螺栓直接固定于变流器柜体上，或在变压器与变流器柜体之间安装减振垫。然而，由于现有技术对减振垫的刚度和安装位置等参数的研究还很少，因此，其结果极有可能导致减振垫性能不匹配而产生损坏。随着现代轨道交通行业的快速发展，高铁、地铁、城际、机车等轨道交通产品日渐拉近人们之间的距离。变流器作为轨道交通动车产品的核心部件之一，其设备噪声水平直接关系到整车噪声大小，从而影响到乘客的舒适性。研究表明，动车变流器风机等部件工作时，会产生较大的低频噪声(介于100～300hz之间)，导致吊挂于车体底部的变流器辐射噪声过大，超出噪声控制要求。同时，变流器风机等设备产生的低频噪声，通常也较难用吸声海棉等方式进行大幅消除。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于抗性消声的动车变流器降噪声设计方法，其能够有效降低风机产生的中低频噪声，实现变流器主动降噪。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于抗性消声的动车变流器降噪声设计方法，包括：1)获取变流器的噪声频率和噪声值；2)确定最大抗性消声频率；3)根据最大抗性消声频率确定目标抗性消声器的扩张室的长度，根据消声量确定目标抗性消声器的扩张比；4)根据目标抗性消声器的扩张比和扩张室的长度确定目标抗性消声器，并将目标抗性消声器安装在变流器的风道内。

在一个具体实施例中，所述变流器设置有进风口和出风口，所述变流器风道形成在所述进风口和所述出风口之间的位置。

在一个具体实施例中，在所述步骤1)中，选择变流器的正常工作模式，对其所述进风口和所述出风口处的噪音进行频谱测试，分析频谱后，获取变流器的噪声频率和噪声值，确定中低频噪声频率，以及变流器的噪声来源。

在一个具体实施例中，在所述步骤2)中，最大抗性消声频率大于等于变流器的噪声频率的1.2倍。

在一个具体实施例中，在所述步骤3)中，根据目标噪声值和所述步骤1)获得的噪声值，确定目标抗性消声器的消声量。

在一个具体实施例中，在所述步骤3)中，根据所述目标抗性消声器的消声量确定扩张比所依据的公式为：

式中，l为所述目标抗性消声器的消声量，m为所述目标抗性消声器的所述扩张室的扩张比，l为所述目标抗性消声器的所述扩张室的长度，s1为所述目标抗性消声器连接管的截面积，s2为所述目标抗性消声器的所述扩张室的截面积；

所述扩张室的始端位置满足的公式为：

所述扩张室的末端位置满足的公式为：

式中，pi为所述目标抗性消声器入口端的入射声波声压，pr为所述目标抗性消声器入口端的反射声波声压，pt为噪声穿过所述目标抗性消声器透射出去的声波声压，其中，入射和透射的声波向前传播，反射的声波向后传播，p1为所述扩张室中向前传播的声波，p2为所述扩张室中向后传播的声波，ρ0为所述扩张室始端位置的空气密度，c为声波长度。

在一个具体实施例中，在所述步骤3)中，根据所述扩张室的最大消声频率确定所述扩张室的长度所依据的公式为：

式中，fmax为所述扩张室的最大值消声频率，n为正整数，所述扩张室的长度等于声波的1/4波长的奇数倍时，所述目标抗性消声器的消声量达到最大值，当sin(kl)＝0时，即kl为π/2的偶数倍时，所述目标抗性消声器的消声量达到最小值。

在一个具体实施例中，所述目标抗性消声器的消声量最大的对应频率为所述扩张室的最大消声频率。

在一个具体实施例中，确定所述目标抗性消声器的消声量达到最小值时相应的频率为通过频率，确定所述通过频率所依据的公式为：

sin(kl)＝0(7)

lmin＝0(8)

式中，ft为所述通过频率，所述扩张室的长度等于1/2声波波长的整数倍时，通过频率相应频率的声波会无衰减地通过，所述目标抗性消声器起不到消声作用。

在一个具体实施例中，确定所述扩张室的有效消声的下限频率所依据的公式为：

式中，flow为所述扩张室的有效消声的下限频率，v为所述扩张室的容积。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1.本发明目标抗性消声器能够有效降低变流器柜体噪声，从而能够提升变流器的品质。2.本发明目标抗性消声器在降噪时无需增加吸音材料，能够有效降噪且成本低。3.本发明可以只需对变流器进行局部结构修改以起到消声器的消声作用，能够降低变流器降噪成本。4.本发明目标抗性消声器的扩张室能够避开通过频率和下限频率，从而能够提高目标抗性消声器的消声效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的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

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明进行降噪的流程结构示意图；

图2是本发明的变流器的结构示意图；

图3是本发明的目标抗性消声器进行抗性消声的原理示意图；

图4是本发明的变流器内风机流道的结构示意图。

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。

如图1～3所示，本发明提出的基于抗性消声的动车变流器降噪声设计方法，包括：

1)获取变流器1的噪声频率和噪声值；

2)确定最大抗性消声频率；

3)根据最大抗性消声频率确定目标抗性消声器2的扩张室21的长度，根据消声量确定目标抗性消声器2的扩张比；

4)根据目标抗性消声器2的扩张比和扩张室21的长度确定目标抗性消声器2，并将目标抗性消声器2安装在变流器1的风道11内。

在一个具体实施例中，如图2所示，变流器1包括进风口12和出风口13。变流器1风道11形成在进风口12和出风口13之间的位置。可以根据实际需要设置进风口12和出风口13的数目。优选地，进风口12的数目为多个，多个进风口12间隔设置在变流器1的两侧。出风口13设置在变流器1中部的边缘位置。

在一个具体实施例中，如图3所示，目标抗性消声器2包括扩张室21和连接在扩张室21两端的两连接管22。

在一个具体实施例中，在步骤1)中，选择变流器1的正常工作模式，对变流器1进风口12和出风口13处的噪音进行频谱测试，分析频谱后，获取变流器1的噪声频率和噪声值，确定中低频噪声频率，以及变流器1的噪声来源。

在一个具体实施例中，确定变流器1噪声来源于风机3(如图2、图4所示)的工作频率，风机3设置在变流器1的内部。风机3的工作频率f＝286hz。其中，变流器1内部的风流经风机3的流道31并从变流器1的出风口13流出。

在一个具体实施例中，在步骤2)中，最大抗性消声频率大于等于步骤1)中变流器的噪声频率的1.2倍。

在一个具体实施例中，在步骤3)中，根据目标噪声值和步骤1)获得的噪声值，确定目标抗性消声器2的消声量。

在一个具体实施例中，在步骤3)中，目标抗性消声器2的消声量可以由在目标抗性消声器2入口端的入射声强与在目标抗性消声器2出口端的透射声强二者之间的衰减量决定。声强与声压的平方成正比，根据目标抗性消声器2的消声量确定扩张比所依据的公式为：

式中，l为目标抗性消声器2的消声量，m为目标抗性消声器2的扩张比，l为目标抗性消声器2的扩张室21的长度，s1为目标抗性消声器连接管2的截面积，s2为目标抗性消声器2的扩张室21的截面积。其中，目标抗性消声器2的消声量大小由扩张比m决定，消声频率特性由扩张室21的长度决定，sinkl为周期函数，目标抗性消声器2的消声量也随频率作周期性变化。

抗性消声是利用连接管22管道截面的突然扩张(或收缩)造成通道内声阻抗突变，使沿连接管22管道传播的某些频率的声波通不多目标抗性消声器2而反射回生源去。由于声波通不过目标抗性消声器2，也就传不出来，从而达到消声的目的。扩张室21是由两个突变截面连接管22反相对接起来而成的(如图3所示)。

如图3所示，扩张室21的始端位置(定义始端端面x＝0)满足的公式条件为：

扩张室21的末端位置(定义末端端面x＝1)满足的公式条件为：

式中，pi为目标抗性消声器2入口端的入射声波声压，pr为目标抗性消声器2入口端的反射声波声压，pt为噪声穿过目标抗性消声器2透射出去的声波声压，其中，入射和透射的声波向前传播，反射的声波向后传播，p1为扩张室21中向前传播的声波，p2为扩张室21中向后传播的声波，ρ0为扩张室21始端位置的空气密度，c为声波长度。

在一个具体实施例中，在步骤3)中，根据扩张室21的最大消声频率确定扩张室21的长度所依据的公式为：

式中，fmax为扩张室21的最大值消声频率，n为正整数，扩张室21的长度等于声波的1/4波长的奇数倍时，目标抗性消声器2的消声量达到最大值，当sin(kl)＝0时，即kl为π/2的偶数倍时，目标抗性消声器2的消声量达到最小值。

在一个具体实施例中，目标抗性消声器2的消声量最大的对应频率为扩张室21的最大消声频率。

在一个具体实施例中，确定目标抗性消声器2的消声量达到最小值时相应的频率为通过频率，确定通过频率所依据的公式为：

sin(kl)＝0(7)

lmin＝0(8)

式中，ft为通过频率，扩张室21的长度等于1/2声波波长的整数倍时，通过频率相应频率的声波会无衰减地通过，目标抗性消声器2起不到消声作用。

在一个具体实施例中，目标抗性消声器2在低频范围，当波长比扩张室21或连接管22长度大的较多时，可以把扩张室21和连接管22看作是集中参数系统。当外来声波频率在这个系统的共振频率附近时，目标抗性消声器2不仅不能消声，反而会对声音起到放大作用。此时，外来声波频率在这个系统的共振频率为扩张室21的有效消声的下线频率。

确定扩张室21的有效消声的下限频率所依据的公式为：

式中，flow为扩张室21的有效消声的下限频率，v为扩张室21的容积。

在一个具体实施例中，在对变流器1风道11进行优化时，可以根据实际需要，确定目标抗性消声器2的数目为一个或多个。目标抗性消声器2的数目为多个时，多个目标抗性消声器2之间串联连接进行消声。其中，受空间限制的风道11可以在其局部位置进行扩张，能够起到消声的作用。

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，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。