柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房的低噪聲工程設(shè)計

一. 引言 

      柴油發(fā)電機(jī)組運行時，通常會產(chǎn)生95-110db(a)的噪聲，如果沒有采取必要的降噪措施，機(jī)組運行的噪聲，將對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。為了保護(hù)和改善 環(huán)境質(zhì)量，必須對噪聲進(jìn)行控制。國家標(biāo)準(zhǔn)gb12348-90和gb12349-90對環(huán)境噪聲的要求是：二類標(biāo)準(zhǔn)（適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū)）晝間60db(a)、夜間50db(a)；三類標(biāo)準(zhǔn)（適用于工業(yè)區(qū)）晝間65db(a)、夜間55db(a)。通常按晝間60db(a)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行低噪聲工程設(shè)計。 

      科泰公司通過采用高效吸音材料，用先進(jìn)生產(chǎn)工藝工業(yè)化生產(chǎn)的降噪消聲裝置對進(jìn)、排風(fēng)通道和排氣系統(tǒng)進(jìn)行了降噪處理，確保機(jī)組在滿足通風(fēng)條件，也即不降低輸 出功率的前提下，完全滿足了國家標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境噪聲的要求。公司在多年的設(shè)計施工實踐中形成了獨具一格的低噪聲工程設(shè)計規(guī)范。 

      二、 設(shè)計思路 

      柴油發(fā)電機(jī)組是多發(fā)聲源的復(fù)雜機(jī)器，隨著機(jī)組結(jié)構(gòu)型式和尺寸、運轉(zhuǎn)工況的不同，各個發(fā)聲源對總噪聲的影響是不同的，一般情況下，機(jī)組各類噪聲大致按如下順 序排列：排氣噪聲、燃燒噪聲或機(jī)械噪聲、風(fēng)扇噪聲、進(jìn)氣噪聲。降噪設(shè)計的基本思路是：首先查明各種聲源中的最大噪聲成分及其頻率特性，采取有關(guān)技術(shù)措施，將各聲源的噪聲級盡量降低到大致相同的水平，其中容易降低的噪聲源可以降低的多一些，降噪還要和其他技術(shù)要求（如對機(jī)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。 

      下面按照各類噪聲源分別說明降噪的技術(shù)措施： 

      1. 排氣噪聲的控制 

      排氣噪聲是發(fā)動機(jī)噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動機(jī)的發(fā)火頻率，在整個的排氣噪聲頻譜中應(yīng)呈現(xiàn)出基頻及其高次諧波的延伸。 

      噪聲成分主要有以下幾種： 

      a. 周期性的排氣所引起的低頻脈動噪聲； 

      b. 排氣管道內(nèi)的氣柱共振噪聲； 

      c. 氣缸的亥姆霍茲共振噪聲； 

      d. 高速氣流通過排氣門環(huán)隙及曲折的管道時所產(chǎn)生的噴注噪聲。 

      e. 渦流噪聲以及排氣系統(tǒng)在管內(nèi)壓力波激勵下所產(chǎn)生的再生噪聲形成了連續(xù)性高頻噪聲譜，頻率均在1000hz以上，隨氣流速度增加，頻率顯著提高。 

      排氣噪聲是發(fā)動機(jī)空氣動力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動機(jī)整機(jī)高10-15db（a），是首先要進(jìn)行降噪控制的部分。消聲器是控制排氣噪聲的一種基本方法。正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排氣噪聲減弱20-30db（a）以上。 

      根據(jù)消聲原理，消聲器結(jié)構(gòu)可分為阻性消聲器和抗性消聲器兩大類： 

      1） 阻性消聲器（即我們平時稱呼為工業(yè)型消聲器）是利用多孔吸聲材料，以一定方式布置在管道內(nèi)，當(dāng)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(xì)小纖維的震動。由于摩擦和粘滯阻力，聲能變?yōu)闊崮芏?，從而起到消聲作用?nbsp;

      2） 抗性消聲器（即我們平時稱呼為住宅型消聲器）是利用不同形狀的管道和共振腔進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，借助于管道截面和形狀的變化而引起的聲阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射 和干涉作用，達(dá)到衰減噪聲的目的。其消聲效果，與管道形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般選擇性較強(qiáng)，適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。 

      機(jī)組排氣系統(tǒng)的降噪處理：我們一般利用一個波紋減震節(jié)、一個工業(yè)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噪聲的傳播。同時，對排氣管道進(jìn)行隔熱隔音包扎，也能改善機(jī)組的運行環(huán)境和由排氣管引起的噪聲。 

      2. 機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的控制 

      機(jī)械噪聲主要是發(fā)動機(jī)各運動零部件在運轉(zhuǎn)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沖擊而產(chǎn)生的，其中最為嚴(yán)重的有以下幾種： 

      a. 活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)的噪聲（主要為高頻噪聲）； 

      b. 配氣機(jī)構(gòu)的噪聲（主要為低、中頻段噪聲）； 

      c. 傳動齒輪噪聲（噪聲譜是一種連續(xù)而寬廣的頻譜）； 

      d. 不平衡慣性力引起的機(jī)械震動及噪聲。 

      e. 燃燒噪聲是燃燒過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)震動和噪聲。在氣缸內(nèi)燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級是很高的，但是，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)中大多數(shù)零件的剛性較高，其自振頻率多處 于中高頻區(qū)域，由于對聲波傳播頻率響應(yīng)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于傳出。 

      控制機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的有效辦法: 

      一、是對機(jī)組進(jìn)行隔震處理，機(jī)組的隔震一般采用高效減震膠墊，現(xiàn)在這一部分技術(shù)已經(jīng)非常成熟。經(jīng)過隔震處理，機(jī)組表面的震動被有效隔斷。 

      二、是在噪聲的傳播通道上進(jìn)行降噪處理，減少聲源對外的輻射，個別對噪聲指標(biāo)控制特別嚴(yán)的機(jī)房還要在內(nèi)墻和天花粘貼高效吸音材料，使噪聲源在傳出機(jī)房前已被有效衰減以提高機(jī)房的降噪效果。 

      3. 冷卻風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的控制 

      風(fēng)扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲由旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)的葉片截面上分離時，由于氣體具有粘 性，便滑脫或分裂成一系列的漩渦流，從而輻射一種非穩(wěn)定的流動噪聲。排風(fēng)通道直接與外界相通，空氣流速很大，氣流噪聲、風(fēng)扇噪聲和機(jī)械噪聲經(jīng)此通道輻射出去。 

      控制風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的手段，主要是設(shè)計一個好的排風(fēng)吸音通道，這個吸音通道可由導(dǎo)風(fēng)槽和排風(fēng)降噪箱組成，也可由導(dǎo)風(fēng)槽和一至幾組的吸音擋板組成。排風(fēng) 降噪箱的工作原理，類似于阻性消聲器?？赏ㄟ^更換吸音材料（改變材料的吸音系數(shù)），改變吸音材料的厚度、排風(fēng)通道的長度、寬度等參數(shù)來提高吸音效果。在設(shè)計排風(fēng)吸音通道時，要特別注意排風(fēng)口的有效面積必須滿足機(jī)組散熱的需要，以免排風(fēng)口風(fēng)阻增大而致排風(fēng)噪聲增大和機(jī)組高水溫停機(jī)。 

      4. 進(jìn)氣噪聲控制 

      機(jī)組工作在封閉的機(jī)房里面，從廣義上講，進(jìn)氣系統(tǒng)包括機(jī)組的進(jìn)風(fēng)通道和發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)。進(jìn)風(fēng)通道和排風(fēng)通道一樣直接與外界相通，空氣的流速很大，氣流的 噪聲和機(jī)組運轉(zhuǎn)的噪聲都經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道輻射到外面。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲是由進(jìn)氣門周期性開、閉而產(chǎn)生的壓力波動所形成，其噪聲頻率一般處于500hz以下的低頻范圍。 

      對于渦輪增壓發(fā)動機(jī)，由于增壓器的轉(zhuǎn)速很高，因此其進(jìn)氣噪聲明顯高于非增壓發(fā)動機(jī)。渦輪增壓器的壓氣機(jī)噪聲是由葉片周期性沖擊空氣而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和高速氣流形成的渦流噪聲所組成，且是一種連續(xù)性高頻噪聲，其主要能量分布在500-10000hz范圍。 

      由于柴油發(fā)電機(jī)組一般都配置有設(shè)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(jìn)氣噪聲相對較低，故對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)一般不做另外處理。對機(jī)組的進(jìn)氣通道，則要從風(fēng)道的設(shè)計，隔音材料的選用等方面進(jìn)行綜合控制。其基本思路是： 

      a. 進(jìn)風(fēng)凈面積符合設(shè)計規(guī)范，以保證發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和機(jī)組的冷卻系統(tǒng)有足夠的新鮮空氣吸入； 

      b. 進(jìn)風(fēng)通道需經(jīng)吸聲處理，一般采用進(jìn)風(fēng)百葉窗 + 導(dǎo)風(fēng)槽 + 消聲擋板的組合，如果有充足的空間，也可采用進(jìn)風(fēng)百葉窗+降噪箱的組合。 

      三、 設(shè)計指導(dǎo)原則 

      在機(jī)組降噪方案的設(shè)計和施工時，應(yīng)充分考慮到機(jī)組正常運行時所需的最低進(jìn)、出風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重影響到機(jī)組的功率輸出，使機(jī)組的溫升較高，頻繁發(fā)生故障甚至?xí)s短柴油發(fā)電機(jī)組的使用壽命。 

      通常機(jī)組排風(fēng)口的面積應(yīng)略大于水箱的有效面積，從降低風(fēng)阻考慮，排風(fēng)口離前面障礙物的距離應(yīng)大于等于600-2000，機(jī)組進(jìn)風(fēng)量應(yīng)大于機(jī)組的排風(fēng)量和燃 氣量的總和，其客觀效果是機(jī)組在運行時機(jī)房內(nèi)不能產(chǎn)生負(fù)壓。在滿足機(jī)組排風(fēng)量要求的前提下，機(jī)房的降噪效果主要由進(jìn)排風(fēng)通道消聲箱的長度和選用的吸音材料決定。 

      消聲器的設(shè)計主要考慮消聲量、消聲頻率范圍（主要為消聲量峰值的頻率范圍）及阻力損失三大指標(biāo)，此外消聲器還應(yīng)具有好的結(jié)構(gòu)剛性、防止受激振而輻射再生噪聲；尺寸適宜；便于安裝等。在某些情況下（如安裝在排煙管道上）要求內(nèi)部結(jié)構(gòu)能耐高溫和抗腐蝕。 

      在機(jī)房結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，機(jī)房與操作室應(yīng)用厚度240mm的隔墻隔開；墻壁上開三層防爆玻璃觀察窗（玻璃厚度量4-5mm），外面兩層玻璃的間隔應(yīng)大于 100mm，面向機(jī)房的玻璃上端最好與機(jī)房地坪面略為傾斜，使噪聲反射效果更好，并能防止結(jié)霧；操作室與機(jī)房之間的門應(yīng)用雙層夾板制成的隔音門。若做成一個門洞兩扇隔音門，則降噪效果更佳。 

      四、設(shè)計計算： 

  1． 排風(fēng)口面積a排(m2) 

      a 排 = k·s 水箱 (m2) 

      式中s水箱 為水箱凈面積，k為風(fēng)阻系數(shù)，k值見表1 

  2．進(jìn)風(fēng)口面積粗計算 

      a進(jìn)≈1.2·a排(m2) 

  3．進(jìn)風(fēng)量計算 

      q進(jìn) = a進(jìn)·v風(fēng)·k-1(m3/s) 

      式中q進(jìn)為進(jìn)風(fēng)量 

      a進(jìn) 為粗算的進(jìn)風(fēng)口面積(m2) 

      v風(fēng) 為風(fēng)速(m3/s)，一般取3級風(fēng)的風(fēng) 

      速平均值4.4(m/s) 進(jìn)行計算 

      風(fēng)速表見表2（最強(qiáng)風(fēng)速不應(yīng)超過8m/s）