. 引言

      柴油發電機組運行時,通常會産生95-110db(a)的雜訊,如果沒有採取必要的降噪措施,機組運行的雜訊,將對周圍環境造成嚴重損害。爲了保護和改善環境質量,必須對雜訊進行控制。國家標準gb12348-90gb12349-90對環境雜訊的要求是:二類標準(適用於居住、商業、工業混雜區及商業中心區)晝間60db(a)、夜間50db(a);三類標準(適用於工業區)晝間65db(a)、夜間55db(a)。通常按晝間60db(a)的標準進行低雜訊工程設計。

           二、 設計思路

      柴油發電機組是多發聲源的複雜機器,隨著機組結構型式和尺寸、運轉工況的不同,各個發聲源對總雜訊的影響是不同的,一般情況下,機組各類雜訊大致按如下順序排列:排氣雜訊、燃燒雜訊或機械雜訊、風扇雜訊、進氣雜訊。降噪設計的基本思路是:首先查明各種聲源中的最大雜訊成分及其頻率特性,採取有關技術措施,將各聲源的雜訊級儘量降低到大致相同的水平,其中容易降低的噪音源可以降低的多一些,降噪還要和其他技術要求(如對機組輸出功率的影響、降噪成本等多種具體因素)綜合起來考慮。

      下面按照各類噪音源分別說明降噪的技術措施:

      1. 排氣雜訊的控制

      排氣雜訊是發動機雜訊中能量最大,成分最多的部分。它的基頻是發動機的發火頻率,在整個的排氣雜訊頻譜中應呈現出基頻及其高次諧波的延伸。

      雜訊成分主要有以下幾種:

      a. 周期性的排氣所引起的低頻脈動雜訊; 

      b. 排氣管道內的氣柱共振雜訊;

      c. 氣缸的亥姆霍茲共振雜訊;

      d. 高速氣流通過排氣門環隙及曲折的管道時所産生的噴注雜訊。

      e. 渦流雜訊以及排氣系統在管內壓力波激勵下所産生的再生雜訊形成了連續性高頻雜訊譜,頻率均在1000hz以上,隨氣流速度增加,頻率顯著提高。

      排氣雜訊是發動機空氣動力雜訊的主要部分。其雜訊一般要比發動機整機高10-15dba),是首先要進行降噪控制的部分。消聲器是控制排氣雜訊的一種基本方法。正確選配消聲器(或消聲器組合)可使排氣雜訊減弱20-30dba)以上。

      根據消聲原理,消聲器結構可分爲阻性消聲器和抗性消聲器兩大類:

      1 阻性消聲器(即我們平時稱呼爲工業型消聲器)是利用多孔吸聲材料,以一定方式佈置在管道內,當氣流通過阻性消聲器時,聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細小纖維的震動。由於摩擦和粘滯阻力,聲能變爲熱能而吸收,從而起到消聲作用。

      2 抗性消聲器(即我們平時稱呼爲住宅型消聲器)是利用不同形狀的管道和共振腔進行適當的組合,借助於管道截面和形狀的變化而引起的聲阻抗不匹配所産生的反射和干涉作用,達到衰減雜訊的目的。其消聲效果,與管道形狀、尺寸和結構有關。一般選擇性較強,適用於窄帶雜訊和低、中頻雜訊的消減。

      機組排氣系統的降噪處理:我們一般利用一個波紋減震節、一個工業型消聲器和一個住宅型消聲器的組合,有效地隔斷了排氣震動和排氣雜訊的傳播。同時,對排氣管道進行隔熱隔音包紮,也能改善機組的運行環境和由排氣管引起的雜訊。

      2. 機械雜訊和燃燒雜訊的控制

      機械雜訊主要是發動機各運動零部件在運轉過程中受氣體壓力和運動慣性力的周期變化所引起的震動或相互衝擊而産生的,其中最爲嚴重的有以下幾種:

      a. 活塞曲柄連杆機構的雜訊(主要爲高頻雜訊);

      b. 配氣機構的雜訊(主要爲低、中頻段雜訊);

      c. 傳動齒輪雜訊(雜訊譜是一種連續而寬廣的頻譜);

      d. 不平衡慣性力引起的機械震動及雜訊。

      e. 燃燒雜訊是燃燒過程産生的結構震動和雜訊。在氣缸內燃燒雜訊(尤其是低頻部分)聲壓級是很高的,但是,發動機結構中大多數零件的剛性較高,其自振頻率多處於中高頻區域,由於對聲波傳播頻率回應不匹配,因而在低頻段很高的氣缸壓力級峰值不能順利地傳出,而中高頻段的氣缸壓力級則相對易於傳出。

      控制機械雜訊和燃燒雜訊的有效辦法:

      一、是對機組進行隔震處理,機組的隔震一般採用高效減震膠墊,現在這一部分技術已經非常成熟。經過隔震處理,機組表面的震動被有效隔斷。

      二、是在雜訊的傳播通道上進行降噪處理,減少聲源對外的輻射,個別對雜訊指標控制特別嚴的機房還要在內牆和天花粘貼高效吸音材料,使噪音源在傳出機房前已被有效衰減以提高機房的降噪效果。

      3. 冷卻風扇和排風通道雜訊的控制

      風扇雜訊是由旋轉雜訊和渦流雜訊組成。旋轉雜訊由旋轉風扇葉片切割空氣流産生周期性擾動而引起。渦流雜訊是氣流在旋轉的葉片截面上分離時,由於氣體具有粘性,便滑脫或分裂成一系列的漩渦流,從而輻射一種非穩定的流動雜訊。排風通道直接與外界相通,空氣流速很大,氣流雜訊、風扇雜訊和機械雜訊經此通道輻射出去。

      控制風扇和排風通道雜訊的手段,主要是設計一個好的排風吸音信道,這個吸音信道可由導風槽和排風降噪箱組成,也可由導風槽和一至幾組的吸音擋板組成。排風降噪箱的工作原理,類似於阻性消聲器。可通過更換吸音材料(改變材料的吸音係數),改變吸音材料的厚度、排風通道的長度、寬度等參數來提高吸音效果。在設計排風吸音信道時,要特別注意排風口的有效面積必須滿足機組散熱的需要,以免排風口風阻增大而致排風雜訊增大和機組高水溫停機。

      4. 進氣雜訊控制

      機組工作在封閉的機房裏面,從廣義上講,進氣系統包括機組的進風通道和發動機的進氣系統。進風通道和排風通道一樣直接與外界相通,空氣的流速很大,氣流的雜訊和機組運轉的雜訊都經進風通道輻射到外面。發動機進氣系統的雜訊是由進氣門周期性開、閉而産生的壓力波動所形成,其雜訊頻率一般處於500hz以下的低頻範圍。

      對於渦輪增壓發動機,由於增壓器的轉速很高,因此其進氣雜訊明顯高於非增壓發動機。渦輪增壓器的壓氣機雜訊是由葉片周期性衝擊空氣而産生的旋轉雜訊和高速氣流形成的渦流雜訊所組成,且是一種連續性高頻雜訊,其主要能量分佈在500-10000hz範圍。

      由於柴油發電機組一般都配置有設計合理的空氣濾清器,其本身就具有一定的消聲作用。考慮到進氣雜訊相對較低,故對發動機的進氣系統一般不做另外處理。對機組的進氣通道,則要從風道的設計,隔音材料的選用等方面進行綜合控制。其基本思路是:

      a. 進風淨面積符合設計規範,以保證發動機的進氣系統和機組的冷卻系統有足夠的新鮮空氣吸入;

      b. 進風通道需經吸聲處理,一般採用進風百葉窗 + 導風槽 + 消聲擋板的組合,如果有充足的空間,也可採用進風百葉窗+降噪箱的組合。

      三、 設計指導原則

      在機組降噪方案的設計和施工時,應充分考慮到機組正常運行時所需的最低進、出風量標準以及排放背壓不能超出額定許用背壓值等因素,否則將會嚴重影響到機組的功率輸出,使機組的溫升較高,頻繁發生故障甚至會縮短柴油發電機組的使用壽命

      通常機組排風口的面積應略大於水箱的有效面積,從降低風阻考慮,排風口離前面障礙物的距離應大於等於600-2000,機組進風量應大於機組的排風量和燃氣量的總和,其客觀效果是機組在運行時機房內不能産生負壓。在滿足機組排風量要求的前提下,機房的降噪效果主要由進排風通道消聲箱的長度和選用的吸音材料決定。

      消聲器的設計主要考慮消聲量、消聲頻率範圍(主要爲消聲量峰值的頻率範圍)及阻力損失三大指標,此外消聲器還應具有好的結構剛性、防止受激振而輻射再生雜訊;尺寸適宜;便於安裝等。在某些情況下(如安裝在排煙管道上)要求內部結構能耐高溫和抗腐蝕。

     

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