高速铁路的降噪措施ppt课件.ppt

1 高速铁路的降噪措施 2 1轮轨振动与噪声 轮轨噪声源可视为位于轨道中心线上方 高出轨面0 25m的由连续互不相干的偶极子组成的有限长线声源 其长度等于列车全长 影响轮轨噪声的因素除列车线路等级 构造和状态外 还有列车速度 牵引吨位和列车长度等运行参数 轮轨噪声是轮轨系统相互激励的一种响应 包括冲击噪声 滚动噪声和尖叫声 轮轨噪声主要以低中频成分为主 其峰值集中在125 2000Hz 许多研究也表明 车轮辐射高频噪声 对轮轨噪声 贡献 极小 而钢轨辐射低中频噪声 对轮轨噪声 贡献 大 所以对钢轨采取减振措施以此来降低轮轨噪声是非常现实的 3 2轮轨作用引起的桥梁振动和噪声 列车通过桥梁时 轮轨作用除了使车轮和轨道直接向外辐射噪声外 还要向桥梁的各个构件传递振动能量 激发桥梁的各个构件产生振动 并形成噪声的二次辐射 轮轨作用引起的桥梁振动和噪声与机车车辆的类型 车速 桥长 钢轨类型 短轨或焊接长轨 道床类型 有碴道床或无碴道床 桥梁类型 钢桥或混凝土桥 等很多因素有关 大量实测结果表明 一般情况下 铁路桥梁噪声要比普通线路上增加约0 20dB A 4 3牵引噪声 牵引噪声为机车所特有 指机车动车组 各种辅助装置 设备在运转时所产生的机械性噪声 电磁噪声和空气动力噪声 内燃机车 电力机车和蒸汽机车的牵引噪声声级和频谱不同 内燃机车牵引噪声主要来源于柴油机 冷却风扇 空压机和牵引电机的噪声 电力机车牵引噪声源为电机 整流器 变压器等 其电磁噪声和机械性噪声频带宽 声级为70 95dB A 蒸汽机车锅炉排气噪声为喷注噪声 以高频为主 距排气口5m处声级为120 130dB A 影响范围大 是强噪声源 烟囱排烟噪声以中 低频为主 声级达118dB A 距烟囱口5m处 5 4列车运行车体噪声 车体噪声包括两种部分 一是机车 车辆车体因振动而辐射的结构噪声以及牵引噪声经机车车体作二次辐射噪声 此类噪声呈中 低频特性 另一是列车表面与空气作用 气体粘滞性在列车表面引起附面层压力变化 激发表面振动 同时产生气流涡旋和摩擦冲击 形成高频气流噪声 车体噪声与轮轨噪声 牵引噪声均被视为列车运行稳态辐射噪声 6 机车鸣笛有风笛和汽笛两种 现今内燃 电力机车均鸣风笛 蒸汽机车同时装有汽笛和风笛 我国现用风笛噪声呈宽带特性 声频集中在0 5 4kHz范围内 在其轴向5m处声级高达115dB A 汽笛以高频成分为主 轴向10m处声级达130dB A 列车每次鸣笛时间虽然只有1 3s 但其对环境的干扰却极大 是等效声级超过规定限值的主要因素 5鸣笛噪声 7 制动噪声与机车 车辆采用的基础制动的型式关系很大 当前我国机车 车辆基础制动仍为闸瓦抵压车轮踏面实现 低速时 踏面的粗糙引起闸瓦压力振动 轮辐与闸瓦压力的激励使轮辐成为声辐射体 辐射窄带 4 5 5kHz 高频尖叫噪声 其声级可达90 105dB A 测点距车轮6 5m 6制动噪声 8 列车噪声的特点 噪声对的危害 高铁噪声污染 9 只有污染源 无污染物 即噪声在空中传播时并未给周围环境留下什么毒害的物质 对环境的影响不积累 不持久 传播的距离也有限 声源分散 污染是暂时的 一旦声源停止 噪声也就消失 因此 噪声无法集中处理 具有流动性 范围广 列车噪声的特点 10 心理效应 干扰休息和睡眠 影响工作效率 生理效应 损伤听觉 视觉器官 内分泌失调等 物理效应 高强度噪声能够损坏建筑物 噪声的危害 11 研究表明 30db睡眠质量良好 45db可以基本满足人类睡眠的需要 75db避免人的机体受到损伤70 75db造成人的听力损伤 导致听力下降90db长期工作或生活 可能导致耳聋 严重可能神经衰弱 头疼 高血压130db耳朵就会有疼痛的感觉160 170db几分钟内脏就会出血而出现致命危险国家规定疗养区 高级别墅区 高级宾馆区 昼间50dB 夜间40dB 以居住 文教机关为主的区域 昼间55dB 夜间45dB 居住 商业 工业混杂区 昼间60dB 夜间50dB 工业区 昼间65dB 夜间55dB 城市中的道路交通干线道路 内河航道 铁路主 次干线两侧区域 昼间70dB 夜间55dB 夜间指22点到次日晨6点 12 生活时报 2001年12月27日 报道致人死命的慢性毒药研究表明 噪声不仅对人的听力造成影响和损伤 而且也会对人的心血管系统 神经系统 内分泌系统造成不良影响 德国科学家最近研究证实 长期居住在噪音较大的环境下的人易患高血压 所以专家称噪音为 致人死命的慢性毒药 北京晚报 2001年12月25日 报道采石场机器轰鸣养殖场牲畜 发疯 房山一农民2000年承包了村里的十几亩荒山并办起了一个具有一定规模的养殖场 2001年11月 村里的养殖场边上又建起了一座石子厂 石子厂每天机器日夜轰鸣 噪声不断 结果养殖场内的牲畜出现各种异常情况 有的不进食 有的无睡眠 还有的牲畜到处乱窜 相互哄挤 造成部分小鸡骨折 许多小猪被踩死 眼看着损失与日俱增 养殖场主急在心头 一怒之下将石子厂告上了法院 要求消除噪音并赔偿经济损失60000元 13 高铁列车以300公里左右的时速通过时 其产生的噪声一般都在70 80分贝或者是平均值在80分贝左右 上海磁浮示范运营线则最高可达431公里的时速 沪宁高速铁路噪声高达85分贝 日本磁悬浮型高铁JR Maglev最高时速581km h 成为实验时速世界最快的高铁 铁三院 以铁路 公路 城市轨道交通等勘察设计为主的国家甲级大型综合设计院 表示 建议城市相关部门在土地利用 绿色通道建设的规划中 能将城镇建设规划与本工程建设有机地结合起来 并对噪声控制距离建议如下 沿线规划部门参照本报告书噪声预测结果 结合本线所处区域土地资源优势 合理规划铁路两侧土地功能 高铁噪音污染究竟有多大 14 高铁噪声污染视频 1 距铁路外轨中心线两侧30米内区域禁止新建居民住宅 学校和医院等噪声敏感建筑物 2 线路两侧无遮挡 距铁路外轨中心线两侧200米内区域不宜新建噪声敏感建筑物 3 铁路两侧土地如进行规划开发 宜合理规划铁路两侧土地功能 加强建筑布局和隔声降噪设计 15 降低噪声的方法 铁路减振 降噪可采用多种措施和方案 是一项涉及多个专业领域的较为复杂的综合技术 归纳而言 可选用的减振 降噪措施和方案不外乎两类 一类是针对振动和噪声源研究降低源强的办法 使其向外辐射的振波和声波能量尽可能低 另一类则是在噪声 振动的传播途径上采取措施 尽可能增大衰减 其中降低源强的措施对减振和降噪均有效果 16 降低噪声的措施 减小列车振动 降低噪源强度 加大噪声衰减 17 减小列车振动的措施 铁路振动一般以表面波形式传播 其振幅和能量随着地下深度增加而急剧减小 亦即振动能量主要集中于地表 因此 要减小铁路振动 使其尽快衰减 关键是阻断其地表传播途径 为降低振动或控制振动的不利影响 可从降低振源的激振强度 切断振动传播途径或在传播途径上削弱振动 合理规划设计使建筑物避开振动影响区等几个方面着手 1 设置地下隔振沟和隔振墙减振振波在地下遇不同介质时 介质间差异越大 则振波越容易反射而不易穿过介质分界面 由于此原理 地下隔振沟和隔振墙成为阻断地表振动传播 减小铁路振动影响的有效工程措施 地面天然沟渠 河道等也同样有很好的减振效果 18 减振墙也常用来作隔振使用 其效能与减振沟类似 有试验表明 减振墙的板质 厚度和深度对减振效果均有影响 向地层下打入柱桩 形成柱阵列或柱阵可以获得显著的减振效果 国外已成功地采用这种措施防止地铁和其它振动对建筑物的干扰 2 在轨道 桥梁基础等方面采取措施减振采用60kg m以上的重轨 并应尽量采用无缝线路 采用合适的道床和轨道结构型式 增强轨道的弹性 瑞土联邦铁路和比利时布鲁塞尔自由大学等都在研究新型的弹性轨枕和复合轨枕以减小动力冲击力 这将有效地降低车辆 轨道和附近环境的振动 墩台采用桩基础 可获得比浅平基础好的减振效果 另外 减轻车辆的簧下质量 避免车辆与轨道产生共振 这样可降低振动强度10 15dB 19 降低噪源强度的措施 1 轮轨噪声控制措施轮轨噪声控制要考虑在机车 车辆走行部和线路两方面采取措施 一般应采用隔声 隔振 阻尼减振 减磨和抗磨等技术 改善机车车辆纵向 横向动力学性能和动力曲线 几何曲线通过性能 改善轮轨关系 减小轮轨系统激振力 降低系统对激振的响应从而降低轮轨噪声 国外已提出一系列控制轮轨噪声技术措施 但由于其试验条件 列车类型和线路条件不同 所以我国在借鉴时要考虑其实用性 有效性和经济性 20 1 机车车辆走行部分 采用弹性车轮 消声车轮 整体低噪声车轮等低噪声车轮可以有效地减小轮轨噪声 弹性车轮的共同特征是 连接轮心与轮箍之间的部件采用高阻尼特性的橡胶 硫化合成橡胶 该部件一般有整体式和单块弹性体沿圆周排列式 按连接方式可分为剪切型 压缩型和压缩剪切型弹性车轮 在满足刚度及径向 轴向最大允许变形的前提下 还可通过选择弹性部件的形状 尺寸和材料 轮心和轮箍间弹性部件的数目 弹性块安装座的形状等参数对弹性车轮进行优化 消声车轮的最大优点是性能稳定 经久耐用 因而适用于高速 重载列车 德国1979年研制的盘形消声车轮 环形消声车轮及钢珠消声车轮 这3种消声车轮较为典型 目前几乎所有的消声车轮均可视为这3种车轮的变形 21 整体低噪声车轮目前已经投入使用或正在试验中的整体低噪声车轮主要有 弹性踏面车轮 光洁踏面车轮 优化外形低噪声车轮3种 保持车轮踏面圆整 修整踏面擦伤 在低频范围内可降噪3 4dB A 轮缘润滑 采用轮缘润滑器适时 适量向轮缘与钢轨接触部位喷或涂油润滑 可减小耗 降低轮轨噪声 机车前 后转向架之间加设横向弹性联接装置可减小通过曲线 道岔时导向轮对的侧压力 除减小轮轨磨损外 对降低轮尖叫声有益 合理设计轴箱在转向架内纵向和横向定位刚度 使机车 车辆通过曲线时 转向架各轮对将按曲线转动 从而降低轮缘侧压力 减小磨耗 尖叫声可明显降低 22 2 线路方面控制措施 采用重型焊接长钢轨如采用P60焊接长钢轨 一般长度为1 2km 减小钢轨接缝数目 较普通短轨25m 可降噪8 10dB A 修整 研磨轨面波形磨耗 可降噪2 9dB A 经常维修轨缝 使之符合标准可降噪2 5dB A 钢轨与轨枕间 钢轨与钢轨间采用弹性紧固件 可以减弱振动 降噪3 5dB A 合理选用轨枕 混凝土轨枕下部有弹性材料 钢轨与混凝土枕间加橡胶垫 其噪声较木枕约低2 3dB A 大厚度有碴道床或用有机胶合材料将道床粘结为整体结构 可提高道床承载能力 并减小振动响应 降低噪声 垃圾焚烧后的残渣用作道碴 在既有线上试验表明噪声降低了3dB A 是廉价的解决噪声问题的办法 弹性长钢轨轨道 在轨枕和混凝土填充物之间的缝隙中加入便于更换的弹性材料 电动车组驶过时 轨道附近噪声降低了3dB A 高架桥噪声降低了6dB A 23 牵引噪声控制 应设计和采用低噪声动力机组 设备和零部件 提高装置 设备的加工精度 严格控制装配间隙 改进传动链 提高箱形 板形零件结构刚度并施以隔振 阻尼措施 对高速旋转零部件做动平衡试验 机组设备安装基础采用弹性支承 进 排气管道采用消声处理等技术措施 柴油机进 排气消声器 冷却风扇噪声控制 一般叶尖线速度应小于76 90m s为宜 叶尖线速度减小30m s 声级可降低3 5dB A 空压机噪声控制 进气口处装有消声特性的空气滤清器加以控制 一般不宜采用隔声罩降噪的措施 牵引电机噪声控制 控制电磁噪声应使定子 转子气隙均匀 转子无缺陷 轴承安装正确 换向器噪声控制应选用磁极与导电环的硬度相差较大的材料 控制机械性噪声应注意轴承质量与装配精度 电机风扇噪声控制应采用质数叶片 后倾叶型 适当减小风扇直径 在电机温升允许值内 牵引电机不宜采用消声 隔声罩等措施降噪 24 车体噪声控制 利用接合面间摩擦阻尼和材料内摩擦阻尼抑制机车 车辆车体结构振动 阻止噪声发射 一般可采用损耗因子较高 n 3 4 的阻尼浆喷涂于车体壁内侧 可抑制并部分吸收车体振动能量并减弱车体二次辐射噪声 国产氯丁橡胶 沥青 油漆 丙烯酸为基料的阻尼浆效果较好 为减弱旅客列车高速运行时外表空气动力性噪声 应通过设计使机车头部流线化 机车头部有大鼻式 后仰式等外形 此外列车外表面尽量平滑无突出部分 如门 窗 扶手 饰带等不要突出车外 车辆间通过台处应加以封闭 25 鸣笛噪声控制 北方交通大学已研制出铁路机车用JQF 1 JQF 2 JQF 3型三种低噪声风笛装置 试验证明 侧向30m处声级较轴向30m处声级平均减小13 15dB A 比原有风笛下降一倍以上 对于高速铁路城区禁止鸣笛 路段封闭 路口设置行车自动报警装置或设置栅栏和建地下通道 简易高架桥 武汉民企低音喇叭装上车头 26 制动噪声控制 根据器械噪声发生机制 机车 车辆采用的制动型式对车轮踏面粗糙度影响很大 如采用盘形制动或高磷闸瓦制动均可减小踏面粗糙度 尖叫声明显降低 与铸铁闸瓦相比 前者可降噪10dB A 后者可降噪5 7dB A 国外研究在车轮轮辐某一半径处 等距离装设粘弹性衰减振动阻尼器 或装阻尼环 试验表明 可使制动噪声约下降20dB A 27 桥梁的噪声控制 由于铁路桥梁的振动和辐射噪声声场分布复杂 控制措施要根据桥梁结构不同随机采用 否则不会奏效 混凝土桥构件质量大 列车通过时受到激励引起的响应要小 辐射噪声较小 桥上线路道床应采用有碴道床 隔振吸声性能较好 在桥梁上采用墙式 倒L型 下封闭式及全封闭式等不同型式的声屏障 以降低轮轨噪声 屏障材料多为混凝土预制板 几何高度2m左右 过高无益 厚度约0 1m除达到设计隔声量外 其内侧应加高耐候性吸声材料 对于钢桁桥可用混凝土层 约150mm厚 包覆 或用阻尼涂料覆盖 或将橡胶一沥青系列材料用环氧树脂粘贴于外表面 这些措施降噪效果约在10dB A 以内 28 加大噪声衰减的措施 噪声传播过程中存在能量的扩散衰减和因空气 地面吸收 障碍物阻挡产生的附加衰减 如果能大幅度增加铁路噪声传播中的附加衰减 则可使其干扰迅速减小 从而有效地保护敏感受声点 1 加大噪声敏感点与铁路间距离理论计算和大量测试表明 受声点距铁路距离加倍 铁路噪声可减小3 6dB为此 高速铁路建设时宜采取以下措施 1 选线绕避敏感地区 高速铁路选线应尽量远离居民区 学校 医院等敏感点 避免引起噪声污染 2 经路无法绕避城镇等密集居民区时 可根据环境保护的需要适当扩大征地拆迁范围 例如法国TGV高速线就明确规定距线路250m范围内不得新建集中住宅区 距线路150m以内不能建住宅等敏感设施 对距高速铁路线55 80m以内的居民住宅 学校或医院等应尽可能予以搬迁 转换成工厂 道路 仓储 商贸或防护林用地 29 2 受声点的直接防护措施 对某些特殊敏感设施如学校 幼儿园 医院等 若搬离原址不现实 而声屏障措施又无法保证其环境要求时 即有必要在对受声点进行防护 减小铁路噪声对这些敏感受声点的实际干扰 可采取的措施包括 1 将面向铁路的门 窗 敞开式走廊等改造成全封闭隔声门 窗并加设通风及空调装置 作为较简易的处理方案 也可安装开闭方便的隔声窗帘 推广隔声消声窗 这一措施可使室内噪声降低10 20dB A 即便在噪声较高的情况下 一般也能解决受声点的噪声防护问题 2 对于结构较薄弱的敏感建筑 加强其本身的吸声 隔声能力 例如在面向铁路的墙体外表面设吸声层 提高其吸收铁路噪声的能力 同时加厚墙体以提高其面密度 使其隔声能力增强 3 调整建筑物功能 例如将学