柴油發(fā)電機組機房的低噪聲工程設(shè)計

1、柴油發(fā)電機組機房的低噪聲工程設(shè)計一 . 引言柴油發(fā)電機組運行時，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(zhì)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(shè)計?？铺┕就ㄟ^采用高效吸音材料，用先進生產(chǎn)工藝工業(yè)化生產(chǎn)的降噪消聲裝置對進

2、、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(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)電機組是多發(fā)聲源的復(fù)雜機器，隨著機組結(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(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

3、多一些， 降噪還要和其他技術(shù)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(shù)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(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

4、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(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。2）抗性

5、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(chǎn)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(jié)構(gòu)有關(guān)。 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(zhuǎn)過程中受氣體壓力和

6、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，其中最為嚴重的有以下幾種：a. 活塞曲柄連桿機構(gòu)的 噪聲（主要為高頻 噪聲 ）；b. 配氣機構(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?？刂茩C械 噪聲和

7、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(shù)已 經(jīng)非常成熟。經(jīng)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(nèi)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(zhuǎn) 噪聲 和渦流 噪聲 組成。旋轉(zhuǎn)噪聲由旋轉(zhuǎn)風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

8、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(jīng)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(shè)計一個好的排風吸音通道，這個吸音通道可 由導(dǎo)風槽和排風降噪箱組成，也可由導(dǎo)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。可通過更換吸音材料（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(shè)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

9、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(zhuǎn)的 噪聲都經(jīng)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(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， 由于增壓器的轉(zhuǎn)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(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)電機組一般都配置有設(shè)計合理的空氣濾清器，其

10、本身就具有一定的消聲作 用。考慮到進氣 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(shè)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(shè)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(jīng)吸聲處理，一般采用進風百葉窗 + 導(dǎo)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(shè)計指導(dǎo)原則在機組降噪方案的設(shè)計和施工時，應(yīng)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

11、較高，頻繁發(fā)生故障甚至?xí)s短柴油發(fā)電機組的使用壽命。通常機組排風口的面積應(yīng)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(yīng)大于等于 600-2000 ，機組進風量應(yīng)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(nèi)不能產(chǎn)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(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， 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

12、抗腐蝕。在機房結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，機房與操作室應(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 100m m,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(jié)霧； 操作室與機房之間 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. 排風口面積a排（m2）a排=k s水眉（m2）水箱式中 s 為水箱凈面積, k 為風阻系數(shù), k 值見表 12. 進風口面積粗計算排a 進 1.2 (m2)3進風量計算風q 進=a 進 v k-1(m3/s)式中 q 進為進風量a

13、進 為粗算的進風口面積 (m2)風v 為風速(m3，一般取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(yīng)超過 8m/s)4進、排風降噪箱風道長l 風l 風 = c式中 c 為常數(shù)，其值與降噪效果有關(guān)， c 值見表 35排氣背壓的計算1 ) 排氣系統(tǒng)背壓 p( kpa)在進行排氣系統(tǒng)計算時， 可先作這樣的設(shè)定 :機組標準配置的波紋避震節(jié)、 工業(yè)型消聲器 等同于同管徑的直管，彎頭折算成直管當量長度，把以上三項和連接直管的長度相加后用排氣管背壓的計算公式計算背壓， 可使整個計算簡化， 并不失計算精度， 消聲器背壓的計算 特指住宅型消聲器的計算。p =(p 排 + p 消)

14、w pp 排 為排氣管的背壓( kpa)p 消 為消聲器的背壓( kpa)p 為系統(tǒng)許用背壓值( kpa)表 1 ：風阻系數(shù)附加物防鼠網(wǎng)1.051.1百葉窗1.21.5降噪箱3降噪箱 +防鼠網(wǎng)3.053.1降噪箱 +百葉窗3.23.5表 3： c 值db(a) c(mm)70 160065 180060 2000表 2 ：風速表風級名稱 風速（ m/s）0無風00.21軟風0.31.52輕風1.63.33微風3.45.44和風5.57.95清勁風 8.010.76強風10.813.87疾風13.917.18大風17.220.79烈風20.824.410狂風24.528.411暴風28.532.

15、63.50.571.3340.651.5250.811.9060.982.2871.222.7081.393.04101.743.8122.094.56142.445.3212 颶風 32.736.9表 4：直管當量長度表管徑（英寸）45度彎頭（m/每個彎頭）90度彎頭（m/每個彎頭）2） p 排=6.32 I q2 X1d5 t+273式中：I為直管當量總長度（m）見表4q 為排氣流量（ m3/s）d 為排氣管直徑（ m）t為排氣溫度（C）3）消聲器背壓 p 消的計算先計算消聲器的管流速 v 管v 管 = q（m3/s）（m/s）a 管 （ m2）1 （流速 /阻力曲圖）查出式中 a 管為消

16、聲器排煙口的截面積，用計算出的管流速值從圖消聲器的阻力值 f 阻，則排氣背壓p消=f阻（毫米水柱）073 （毫米水柱）t+273五、計算示例：機組 kv275e、發(fā)動機 tad740ge：住宅型消聲器 6（排煙口截面積為 0.0214m2 ,排氣量41.8m3/min=0.697m3/s ,見volvo 銷售手冊 ）計算消聲器的管流速：v 消 = q（ m3/s） = 0.697 =32.55（m/s）a 消 （ m2） 0.0214查圖 1：流速 /阻力曲線圖，得消聲器的阻力值f 阻=90（毫米水柱）計算消聲器的背壓：p 消=f 阻（毫米水柱）073 9.8 XO-3 t=540 C （見

17、volvo 銷售手冊）t + 273 = 90 673 9.8 M0-3 =1.055（kpa） 540273計算排氣管的背壓：假如在住宅型消聲器前面有一工業(yè)型消聲器， 一波紋管避震節(jié)， 2 個 90彎頭，總長度 3米，管徑 $ 108，其背壓為p排1,則當量長度11=3+2 X1.52=6米（見表4）p 排 1= 6.32 侏（米）|2（ m3/s）110-3 d15 （米）t+273 = 6.32 6 .69721 10-3=1.54（kpa） 0.1085 540+273再假如在住宅型消聲器后面有排氣管 30 米,彎頭 5 個,管徑 $ 165,則當量長度l2=30+5+2 .28=41.4（ 米）p 排 2= 6.32 1（米）利2（ m3/s） 110-3 d25（米）t+273