衡陽電信樓柴油發(fā)電機(jī)隔聲降噪的技術(shù)方案工程設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)商

一. 引言

      柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，通常會(huì)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(duì)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(duì)噪聲進(jìn)行控制。國家標(biāo)準(zhǔn)gb12348-90和gb12349-90對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)發(fā)聲源對(duì)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(jí)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(duì)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(dòng)機(jī)噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火頻率，在整個(gè)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(dòng)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(shí)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(lì)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(dòng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)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(shí)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(shí)，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維的震動(dòng)。由于摩擦和粘滯阻力，聲能變?yōu)闊崮芏?，從而起到消聲作用?/SPAN>

      2） 抗性消聲器（即我們平時(shí)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(gè)波紋減震節(jié)、一個(gè)工業(yè)型消聲器和一個(gè)住宅型消聲器的組合，有效地隔斷了排氣震動(dòng)和排氣噪聲的傳播。同時(shí)，對(duì)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(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受氣體壓力和運(yùn)動(dòng)慣性力的周期變化所引起的震動(dòng)或相互沖擊而產(chǎn)生的，其中嚴(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(dòng)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(dòng)及噪聲。

      e. 燃燒噪聲是燃燒過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)震動(dòng)和噪聲。在氣缸內(nèi)燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級(jí)是很高的，但是，發(fā)動(dòng)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(duì)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(jí)峰值不能順利地傳出，而中高頻段的氣缸壓力級(jí)則相對(duì)易于傳出。

      控制機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的有效辦法:

      一、是對(duì)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(dòng)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(duì)外的輻射，個(gè)別對(duì)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(dòng)而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)的葉片截面上分離時(shí)，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(dòng)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(gè)好的排風(fēng)吸音通道，這個(gè)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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)所形成，其噪聲頻率一般處于500hz以下的低頻范圍。

      對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)較低，故對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)一般不做另外處理。對(duì)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(dòng)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(shí)，應(yīng)充分考慮到機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)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(huì)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(shí)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(gè)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(jí)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）

  4．進(jìn)、排風(fēng)降噪箱風(fēng)道長l_風(fēng)

      l_風(fēng) = c

      式中c為常數(shù)，其值與降噪效果

      有關(guān)，c值見表3

  5．排氣背壓的計(jì)算

      1） 排氣系統(tǒng)背壓p（kpa）

      在進(jìn)行排氣系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，可先作這樣的設(shè)定:機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)量長度，把以上三項(xiàng)和連接直管的 長度相加后用排氣管背壓的計(jì)算公式計(jì)算背壓，可使整個(gè)計(jì)算簡化，并不失計(jì)算精度，消聲器背壓的計(jì)算特指住宅型消聲器的計(jì)算。

      p =（p_排 + p_消）≤〔p〕

      p_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(fēng)阻系數(shù)

      附加物              k

      無降噪箱           1

      防鼠網(wǎng)              1.05~1.1

      百葉窗              1.2~1.5

      降噪箱              3

      降噪箱+防鼠網(wǎng)    3.05~3.1

      降噪箱+百葉窗    3.2~3.5

      表3：c值

             db(a) c(mm)
             70 1600
             65 1800
             60 2000 
     表2：風(fēng)速表
             風(fēng)級(jí)   名稱 風(fēng)速（m/s）

              0     無風(fēng)  0~0.2

              1     軟風(fēng) 0.3~1.5

              2     輕風(fēng) 1.6~3.3

              3     微風(fēng) 3.4~5.4

              4     和風(fēng) 5.5~7.9

              5     清勁風(fēng) 8.0~10.7

              6     強(qiáng)風(fēng) 10.8~13.8

              7     疾風(fēng) 13.9~17.1

              8     大風(fēng) 17.2~20.7

              9     烈風(fēng) 20.8~24.4

              10    狂風(fēng) 24.5~28.4

              11    暴風(fēng) 28.5~32.6

              12    颶風(fēng) 32.7~36.9

表4：直管當(dāng)量長度表管徑（英寸） 45度彎頭（m/每個(gè)彎頭） 90度彎頭（m/每個(gè)彎頭）

3.5                0.57                    1.33

4                  0.65                    1.52

5                  0.81                    1.90

6                  0.98                    2.28

7                  1.22                    2.70

8                  1.39                    3.04

10                 1.74                    3.8

12                 2.09                    4.56

14                 2.44                    5.32

      2） p _排 =6.32 l×q2 × 1d5 t+273

      式中：l為直管當(dāng)量總長度（m）見表4

      q為排氣流量（m3/s）

      d為排氣管直徑（m）

      t 為排氣溫度（℃）

      3）消聲器背壓p消的計(jì)算先計(jì)算消聲器的管流速v管

      v _管 = q（m3/s） (m/s)

      a _管 （ m2）

      式中a管為消聲器排煙口的截面積，用計(jì)算出的管流速值從圖1（流速/阻力曲圖）查出消聲器的阻力值f阻，則排氣背壓

      p_消= f_阻（毫米水柱）×673 (毫米水柱)t+273

      五、計(jì)算示例：

      機(jī)組kv275e、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)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(jì)算消聲器的背壓：

      p_消= f_阻（毫米水柱）×673×9.8×10-3 t=540℃(見volvo銷售手冊) t＋273 = 90×673×9.8×10-3 =1.055(kpa) 540＋273

      計(jì)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(gè)90°彎頭，總長度3米，管徑 φ108 ，其背壓為p排1，則當(dāng)量長度l1=3+2×1.52=6米（見表4）

      p_排1= 6.32×l1（米）×q2（ m3/s） × 1 ×10-3 d15（ 米 ） t+273 = 6.32×6×0.6972 × 1 ×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(gè)，管徑 φ165 ，則當(dāng)量長度l2=30+5+2 .28=41.4(米)

      p_排2= 6.32×l2（米）×q2（ m3/s） × 1 ×10-3 d25（ 米 ） t+273 = 6.32×41.4×0.6972 × 1 ×10-3 =1.28(kpa) 0.1655 540+273

      排氣管的總背壓：p_排=p_排1, +p_排2=1.54+1.28=2.82(kpa)

      排氣系統(tǒng)的背壓：p=p_排+p_消=2.82+1.055=3.875(kpa)

      系統(tǒng)的許用背壓值[p]=10(kpa)

      最后得出：p=3.875≤[p]=10(kpa)

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