柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房的低噪聲工程設(shè)計(jì)

一. 引言 

      柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)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(yùn)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(jì)。 

      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(jì)施工實(shí)踐中形成了獨(dú)具一格的低噪聲工程設(shè)計(jì)規(guī)范。 

      二、 設(shè)計(jì)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(yùn)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(jì)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(yùn)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(yùn)動零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受氣體壓力和運(yùn)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(jì)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(jì)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(yùn)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(jì)合理的空氣濾清器，其本身就具有一定的消聲作用?？紤]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(jì)，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(jì)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(jì)指導(dǎo)原則 

      在機(jī)組降噪方案的設(shè)計(jì)和施工時，應(yīng)充分考慮到機(jī)組正常運(yùn)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(yùn)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(jì)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(jì)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(jì)計(jì)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(jì)算 

      a進(jìn)≈1.2·a排(m2) 

  3．進(jìn)風(fēng)量計(jì)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(jì)算 

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