柴油發(fā)電機組機房的低噪聲工程設計

一. 引言 

      柴油發(fā)電機組運行時，通常會產生95-110db(a)的噪聲，如果沒有采取必要的降噪措施，機組運行的噪聲，將對周圍環(huán)境造成嚴重損害。為了保護和改善 環(huán)境質量，必須對噪聲進行控制。國家標準gb12348-90和gb12349-90對環(huán)境噪聲的要求是：二類標準（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)；三類標準（適用于工業(yè)區(qū)）晝間65db(a)、夜間55db(a)。通常按晝間60db(a)的標準進 行低噪聲工程設計。 

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

      二、 設計思路 

      柴油發(fā)電機組是多發(fā)聲源的復雜機器，隨著機組結構型式和尺寸、運轉工況的不同，各個發(fā)聲源對總噪聲的影響是不同的，一般情況下，機組各類噪聲大致按如下順 序排列：排氣噪聲、燃燒噪聲或機械噪聲、風扇噪聲、進氣噪聲。降噪設計的基本思路是：首先查明各種聲源中的最大噪聲成分及其頻率特性，采取有關技術措施，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。 

      下面按照各類噪聲源分別說明降噪的技術措施： 

      1. 排氣噪聲的控制 

      排氣噪聲是發(fā)動機噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動機的發(fā)火頻率，在整個的排氣噪聲頻譜中應呈現(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生的噴注噪聲。 

      e. 渦流噪聲以及排氣系統(tǒng)在管內壓力波激勵下所產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)動機空氣動力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動機整機高10-15db（a），是首先要進行降噪控制的部分。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。 

      根據消聲原理，消聲器結構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，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行適當?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生的反射 和干涉作用，達到衰減噪聲的目的。其消聲效果，與管道形狀、尺寸和結構有關。一般選擇性較強，適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。 

      機組排氣系統(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，對排氣管道進行隔熱隔音包扎，也能改善機組的運行環(huán)境和由排氣管引起的噪聲。 

      2. 機械噪聲和燃燒噪聲的控制 

      機械噪聲主要是發(fā)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沖擊而產生的，其中最為嚴重的有以下幾種： 

      a. 活塞曲柄連桿機構的噪聲（主要為高頻噪聲）； 

      b. 配氣機構的噪聲（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械震動及噪聲。 

      e. 燃燒噪聲是燃燒過程產生的結構震動和噪聲。在氣缸內燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級是很高的，但是，發(fā)動機結構中大多數(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。 

      控制機械噪聲和燃燒噪聲的有效辦法: 

      一、是對機組進行隔震處理，機組的隔震一般采用高效減震膠墊，現(xiàn)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、是在噪聲的傳播通道上進行降噪處理，減少聲源對外的輻射，個別對噪聲指標控制特別嚴的機房還要在內墻和天花粘貼高效吸音材料，使噪聲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噪聲的控制 

      風扇噪聲是由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。旋轉噪聲由旋轉風扇葉片切割空氣流產生周期性擾動而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉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。排風通道直接與外界相通，空氣流速很大，氣流噪聲、風扇噪聲和機械噪聲經此通道輻射出去。 

      控制風扇和排風通道噪聲的手段，主要是設計一個好的排風吸音通道，這個吸音通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、排風通道的長度、寬度等參數(shù)來提高吸音效果。在設計排風吸音通道時，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噪聲增大和機組高水溫停機。 

      4. 進氣噪聲控制 

      機組工作在封閉的機房里面，從廣義上講，進氣系統(tǒng)包括機組的進風通道和發(fā)動機的進氣系統(tǒng)。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 噪聲和機組運轉的噪聲都經進風通道輻射到外面。發(fā)動機進氣系統(tǒng)的噪聲是由進氣門周期性開、閉而產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，由于增壓器的轉速很高，因此其進氣噪聲明顯高于非增壓發(fā)動機。渦輪增壓器的壓氣機噪聲是由葉片周期性沖擊空氣而產生的旋轉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?？紤]到進氣噪聲相對較低，故對發(fā)動機的進氣系統(tǒng)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. 進風凈面積符合設計規(guī)范，以保證發(fā)動機的進氣系統(tǒng)和機組的冷卻系統(tǒng)有足夠的新鮮空氣吸入； 

      b. 進風通道需經吸聲處理，一般采用進風百葉窗 + 導風槽 + 消聲擋板的組合，如果有充足的空間，也可采用進風百葉窗+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(fā)生故障甚至會縮短柴油發(fā)電機組的使用壽命。 

      通常機組排風口的面積應略大于水箱的有效面積，從降低風阻考慮，排風口離前面障礙物的距離應大于等于600-2000，機組進風量應大于機組的排風量和燃 氣量的總和，其客觀效果是機組在運行時機房內不能產生負壓。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、消聲頻率范圍（主要為消聲量峰值的頻率范圍）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）要求內部結構能耐高溫和抗腐蝕。 

      在機房結構的設計上，機房與操作室應用厚度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大于 100mm，面向機房的玻璃上端最好與機房地坪面略為傾斜，使噪聲反射效果更好，并能防止結霧；操作室與機房之間的門應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、設計計算： 

  1． 排風口面積a排(m2) 

      a 排 = k·s 水箱 (m2) 

      式中s水箱 為水箱凈面積，k為風阻系數(shù)，k值見表1 

  2．進風口面積粗計算 

      a進≈1.2·a排(m2) 

  3．進風量計算 

      q進 = a進·v風·k-1(m3/s) 

      式中q進為進風量 

      a進 為粗算的進風口面積(m2) 

      v風 為風速(m3/s)，一般取3級風的風 

      速平均值4.4(m/s) 進行計算 

      風速表見表2（最強風速不應超過8m/s）