新聞主題	地下負(fù)一層發(fā)電機(jī)房噪音處理措施

 

摘要：通常柴油發(fā)電機(jī)組噪?是?較?的，嚴(yán)重的能超過(guò)105分貝，能輕易穿透發(fā)電機(jī)房的阻擋，影響到機(jī)房外?。發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)噪聲可以分為兩種，?種是柴發(fā)機(jī)組本?發(fā)出的噪聲，另外?種就是噪聲在機(jī)房?jī)?nèi)反射形成的噪聲場(chǎng)，這些都需要進(jìn)?噪聲治理。為了保證柴油發(fā)電機(jī)組的正常使用，針對(duì)地下負(fù)一層發(fā)電機(jī)房的實(shí)際結(jié)構(gòu)條件，本著環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用、可靠的原則，康明斯公司在本文僅對(duì)柴油發(fā)電機(jī)房在噪聲治理設(shè)計(jì)中降噪裝置的布置問(wèn)題作了闡述，其它設(shè)計(jì)須按照柴油發(fā)電機(jī)降噪設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行。

 

一、噪音主要來(lái)源

 

1、空氣動(dòng)力噪聲

      由于氣體的非穩(wěn)定過(guò)程， 即由氣體擾動(dòng)以及氣體與物體的相互作用而產(chǎn)生的柴油發(fā)電機(jī)組噪聲。直接向大氣輻射的空氣動(dòng)力噪聲，包括進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和冷卻風(fēng)扇噪聲。  

2、電磁噪聲

      由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在電磁場(chǎng)中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲。

3、燃燒噪聲和機(jī)械噪聲

      它們很難嚴(yán)格區(qū)分，通常將由于柴油發(fā)電機(jī)組汽缸內(nèi)燃燒成的壓力波動(dòng)通過(guò)缸蓋、活塞、連桿、曲軸、機(jī)體向外輻射的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲稱(chēng)為燃燒噪聲。將活塞對(duì)缸套的撞擊和運(yùn)動(dòng)件的機(jī)械撞擊振動(dòng)而產(chǎn)生的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組噪聲稱(chēng)機(jī)械噪聲。一般直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲要高于機(jī)械噪聲，而非直噴式采油機(jī)的機(jī)械噪聲則高于燃燒噪聲 。但是低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃燒噪聲都高于機(jī)械噪聲。

 

二、柴油機(jī)降噪措施研究

 

      根據(jù)康明斯4BTA3.9-G2柴油機(jī)的裝配情況，首先建立缸蓋、機(jī)體、缸套、主軸承蓋和油底殼的組合結(jié)構(gòu)有限元模型。其中對(duì)安裝附件用的大部分凸臺(tái)及尺寸不大的螺紋孔、水孔、油孔都不予考慮。油底殼結(jié)構(gòu)采用殼單元Shell63，其它結(jié)構(gòu)采用實(shí)體單元Solid45來(lái)建立。其有限元模型如圖1所示。

      針對(duì)噪聲源識(shí)別結(jié)果，本次降噪研究從以下幾方面著手：調(diào)整供油提前角進(jìn)行降低燃燒噪聲的研究；加裝扭振減振器降低軸系激振力；改進(jìn)油底殼以抑制表面輻射噪聲。

1、供油提前角的調(diào)整

      燃燒噪聲起源于燃油在燃燒室中的壓縮著火與滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣的突然燃燒。燃燒噪聲與氣缸內(nèi)壓力開(kāi)始急劇上升期間的壓力升高率有密切關(guān)系，壓力升高率愈高則燃燒噪聲愈大。對(duì)于直噴式柴油機(jī)而言，減小供油提前角可以推遲供油，縮短著火延遲期，使壓力升高率下降，從而也可以使燃燒噪聲降低。在本次研究進(jìn)行之初，進(jìn)行了供油提前角的選優(yōu)工作，通過(guò)一系列試驗(yàn)，最終將供油提前角由原來(lái)的上止點(diǎn)前（BTDC）17°曲軸轉(zhuǎn)角（CA）調(diào)整為BTDC 13°CA，并且動(dòng)力性能并未發(fā)生變化，噪聲水平比較低。在低于BTDC13°CA的供油提前角下，噪聲水平低，但動(dòng)力性能卻發(fā)生很大變化。圖2為試驗(yàn)過(guò)程中不同供油提前角的噪聲情況比較。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，減小供油提前角可以減小噪聲，不過(guò)這種減小不是無(wú)限制的，當(dāng)供油提前角減小到一定大小的時(shí)候，噪聲不會(huì)再下降。所以對(duì)供油提前角必須綜合考慮噪聲，動(dòng)力性能以及排放特性等進(jìn)行合理的調(diào)整。

 

圖1  柴油機(jī)組合結(jié)構(gòu)有限元模型

圖2  不同柴油機(jī)供油提前角噪聲結(jié)果比較

 

2、降低軸系扭振

      柴油機(jī)曲軸扭振能夠?qū)е聶C(jī)體結(jié)構(gòu)噪聲，而加裝扭振減振器是降低軸系扭振的主要方法之一。橡膠減振器的減振作用是利用橡膠的阻尼來(lái)達(dá)到的，其作用機(jī)理為利用阻尼把扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成熱能，從而抑制扭振。將橡膠扭振減振器安裝在曲軸自由端，測(cè)量了曲軸自由端的扭振以及整機(jī)噪聲，以輻射噪聲最小為目標(biāo)尋找最優(yōu)的扭振減振器。安裝減振器后，整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以降低噪聲1～1.5dB（A）.兩者1/3倍頻程的頻譜比較見(jiàn)圖3。

      在圖3中可以發(fā)現(xiàn)，兩者100 Hz、160 Hz、200 Hz等幾個(gè)頻率有較大差別，說(shuō)明安裝減振器后，能在某些頻率顯著的降低扭振，從而使得輻射出的噪聲也變小了。

3、改進(jìn)油底殼

      通過(guò)噪聲源分析可以知道，噪聲主要是通過(guò)油底殼和齒輪室罩等薄壁件輻射出去的，所以對(duì)這些薄壁件要重點(diǎn)研究。原有油底殼側(cè)面及底面有加強(qiáng)筋，本次研究主要針對(duì)油底殼中間的平支撐板進(jìn)行了改進(jìn)，將平支撐板形狀改變?yōu)镾形，并將其焊接在油底殼四周，目的是增加對(duì)油底殼側(cè)面的支撐，增強(qiáng)整體剛度，提高模態(tài)頻率，進(jìn)而抑制油底殼呼吸運(yùn)動(dòng)向外輻射的噪聲。

      改進(jìn)油底殼前后整機(jī)噪聲對(duì)比結(jié)果列于圖4中。從圖中可以看出，改進(jìn)后的油底殼取得了較好的降噪作用，在3200r/min時(shí)，降噪量達(dá)到0.85 dB（A），隨著轉(zhuǎn)速的下降，降噪量也變得比較大，最大的時(shí)候能達(dá)到近1.5dB（A）的降噪量，能夠滿(mǎn)足降噪的要求，而且成本不會(huì)增加，達(dá)到經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的目的。

      經(jīng)過(guò)以上各種方法的試驗(yàn)，將各種改進(jìn)全部在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行最終的噪聲測(cè)試。所測(cè)得的噪聲與原機(jī)的比較列于圖5中。從圖5中可以看出，改進(jìn)前后噪聲相差平均在2dB（A）左右，最大差值為2.24dB（A）.而通過(guò)倍頻程分析可知，改進(jìn)后的整機(jī)噪聲在各個(gè)頻率段都取得了一定的降噪效果，而兩次試驗(yàn)的柴油機(jī)動(dòng)力性能相差不大，改進(jìn)前后扭矩測(cè)量值見(jiàn)圖6所示。通過(guò)以上比較可以發(fā)現(xiàn)，降噪所采取的各種措施是得力的，能夠滿(mǎn)足降噪的要求。

 

圖3  安裝減震器前后的柴油機(jī)噪聲比較	圖4  改進(jìn)柴油機(jī)油底殼前后噪聲對(duì)比
圖5  柴油發(fā)電機(jī)改進(jìn)前后噪聲比較	圖6  柴油發(fā)電機(jī)改進(jìn)前后性能結(jié)構(gòu)比較

 

三、降噪措施

 

1、降噪機(jī)房的目的

      隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民群眾的生活水平不斷提高，建筑技術(shù)水平也不斷的提高，城市建筑向著規(guī)模大、樓層高的方向發(fā)展，進(jìn)而對(duì)建筑供電的可靠性要求越來(lái)越高。社會(huì)的信息化、建筑的現(xiàn)代化，使建筑對(duì)供電系統(tǒng)的依賴(lài)程度也越來(lái)越大，配備主用或備用電源成為必然的選擇。而柴油發(fā)電機(jī)組因其使用燃料經(jīng)濟(jì)安全、熱效率高、性能可靠穩(wěn)定、排放對(duì)環(huán)境污染小而廣受人們歡迎，得到了廣泛的運(yùn)用。

      通常大型公共建筑、商業(yè)建筑等民用建筑首層屬黃金地帶，因此柴油發(fā)電機(jī)房往往布置在地下室。由于地下室出入不易，自然通風(fēng)條件不良，進(jìn)排風(fēng)口的布置往往受到限制，給發(fā)電機(jī)房設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列不利因素，更增加了機(jī)房的降噪處理的設(shè)計(jì)難度。因此，降噪裝置的布置，進(jìn)、排風(fēng)口的靈活處理便成為噪聲治理設(shè)計(jì)中極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

      發(fā)電機(jī)房降噪的設(shè)計(jì)原理是在保證機(jī)組正常使用的前提下，針對(duì)機(jī)房的實(shí)際結(jié)構(gòu)條件，做到環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用、可靠。機(jī)房的進(jìn)、排風(fēng)一般采用軸向通風(fēng)方式，保證空氣自由循環(huán)，對(duì)于確保機(jī)組的正常使用性能、減少機(jī)組的功率損耗及保證機(jī)組的正常使用壽命等都是十分重要的。

2、發(fā)電機(jī)降噪措施

（1）柴油發(fā)電機(jī)降噪最根本的辦法是從聲源著手，康明斯發(fā)電機(jī)廠家提醒您可以采用一些常規(guī)的降低噪聲的技術(shù)，如消聲器、隔聲、吸聲、隔振等有效方法。排煙消音器將減低柴油發(fā)電機(jī)噪音水平，不同等級(jí)的消音器有不同的消音效果，這些消音器通常分為工業(yè)環(huán)境、家居環(huán)境、高要求的，超高要求四種；柴油發(fā)電機(jī)外殼的作用一是防雨，二是降低噪音，這些外殼可以特別設(shè)計(jì)適合特殊的噪音水平要求；當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)安裝于建筑物內(nèi)，有多種減低噪音設(shè)備如消聲箱，分隔通風(fēng)，風(fēng)扇減聲器及墻身吸音材料，都能減低噪音；排氣噪聲是柴油發(fā)電機(jī)組最主要的噪聲源，其特點(diǎn)是噪聲級(jí)高，排氣速度快，治理難度大。采用特制的阻抗型復(fù)合式的消聲器，一般可使排氣噪聲降低40-60db；降低柴油發(fā)電機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)噪聲時(shí)，必須考慮兩個(gè)問(wèn)題，一是排氣通道所允許的壓力損失，二是要求的消聲量，針對(duì)上述兩點(diǎn)，可選用阻性片式消聲器。

（2）柴油發(fā)電機(jī)組的排氣噪聲和冷卻風(fēng)機(jī)噪聲降低之后，剩下來(lái)的主要噪聲源是電機(jī)械噪聲，采用的方法是除必要的與觀察室相連接的內(nèi)墻觀察窗之外，其余窗戶(hù)均除去，所有孔、洞要密實(shí)封堵，磚墻墻體的隔聲量要求要40db以上。機(jī)房門(mén)窗采用防火隔聲門(mén)窗；機(jī)房隔聲處理之后，要解決機(jī)房?jī)?nèi)通風(fēng)散熱問(wèn)題，進(jìn)風(fēng)口應(yīng)與電機(jī)組、排風(fēng)口設(shè)置在同一直線上，進(jìn)風(fēng)口應(yīng)配以阻性片式消聲器，由于進(jìn)風(fēng)口壓力損失亦在容許范圍之內(nèi)，可以使機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)出風(fēng)量自然達(dá)到平衡，通風(fēng)散熱效果明顯；機(jī)房?jī)?nèi)除地面外的五個(gè)壁面可作吸聲處理，根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的頻譜特性采用穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。

（3）機(jī)房的良好隔聲，會(huì)使柴油發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)的空氣得不到對(duì)流，房?jī)?nèi)的高溫亦不能及時(shí)降下來(lái)，可采用低噪聲軸流風(fēng)機(jī)，再配上阻性片式消聲器就可以解決問(wèn)題。柴油發(fā)電機(jī)組安裝前，應(yīng)嚴(yán)格按廠家提供的有關(guān)資料進(jìn)行隔振處理，避免造成結(jié)構(gòu)聲的遠(yuǎn)距離傳播，并在傳播中不斷幅射空氣聲，無(wú)法使廠界噪聲級(jí)達(dá)標(biāo)。對(duì)因超標(biāo)而要求治理的現(xiàn)有電機(jī)組，必須實(shí)測(cè)機(jī)組附近地面的振動(dòng)情況，如果振感明顯，則先要對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行隔振處理。

 

四、結(jié)論

 

（1）通過(guò)噪聲源識(shí)別可以發(fā)現(xiàn)，中速中負(fù)荷情況下，機(jī)械噪聲要高于燃燒噪聲，是降噪的重點(diǎn)；而通過(guò)表面輻射噪聲識(shí)別發(fā)現(xiàn)油底殼、缸蓋罩等薄壁件是降噪的重點(diǎn)。

（2）降低柴油機(jī)內(nèi)部激勵(lì)可以從降低燃燒噪聲角度出發(fā)進(jìn)行供油提前角的調(diào)整和采用合適的扭振減振器，從而降低柴油機(jī)噪聲。

（3）對(duì)薄壁件進(jìn)行改進(jìn)可以抑制表面振動(dòng)的發(fā)生，從而使柴油機(jī)噪聲得到降低。

（4）綜合采取以上各種柴油發(fā)電機(jī)降噪措施，能夠使柴油機(jī)整機(jī)噪聲降低，但各種降噪措施單獨(dú)所取得的降噪量并不能夠綜合起來(lái)進(jìn)行線性疊加，各種方法綜合應(yīng)用涉及到參數(shù)匹配的問(wèn)題，這在降噪研究中尤為重要。 

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