機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

柴發(fā)機(jī)房噪聲控制策略和降噪設(shè)計(jì)

 

導(dǎo)讀：柴油發(fā)電機(jī)組是一種廣泛使用的備用供電設(shè)備，作為對電力系統(tǒng)的補(bǔ)充，在給人們供應(yīng)用電的同時(shí)，伴隨柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲污染問題也十分嚴(yán)重。隨著人們對環(huán)保意識(shí)和環(huán)境質(zhì)量要求的提高，發(fā)電機(jī)組引發(fā)的環(huán)境噪聲問題日益得到重視。如何在滿足人們用電需求的同時(shí)，改善柴油發(fā)電機(jī)房周圍環(huán)境的聲污染狀況具有重要的研究意義。下列主要講解通過發(fā)電機(jī)房和設(shè)備本體兩個(gè)方面對噪聲的控制方法，同時(shí)滿足了柴油發(fā)電機(jī)組工作時(shí)的通風(fēng)散熱要求。另外，也為同類的柴油發(fā)電機(jī)房噪聲控制與治理提供了一定的參考價(jià)值。

 

一、噪聲機(jī)外控制策略

 

1、隔聲門設(shè)計(jì)

     隔聲門的設(shè)計(jì)要求如圖1所示。由于大型柴油發(fā)電機(jī)組的安裝位置通常都是在以磚混結(jié)構(gòu)為主的發(fā)電機(jī)房中，可以對這一環(huán)境進(jìn)行充分利用，來達(dá)到隔聲效果。但是，在機(jī)房內(nèi)因?yàn)殚T的隔聲效果要比墻體的隔聲效果差，并且門縫也會(huì)有漏氣現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須按照等透射的原則，來確定門的隔聲量。最好選用夾層隔聲門，其主要采用的是雙層鋼板附貼阻尼材料并在內(nèi)腔充填吸聲材料，如圖2所示。如有較高隔音需要時(shí)，應(yīng)使用雙層隔聲門。

 

圖1  發(fā)電機(jī)房隔音門設(shè)計(jì)要求

圖2  發(fā)電機(jī)房隔聲門結(jié)構(gòu)圖

 

2、排煙消聲器設(shè)計(jì)

      由于柴油機(jī)排煙的噪聲很高，通常在110dB(A)以上，且多是低頻噪聲。因此，需通過在排煙管上安裝二級阻抗復(fù)合消聲器來降噪，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)減小阻力損失，防止發(fā)動(dòng)機(jī)功率數(shù)輸出受到影響。消聲器的典型布置如圖3、圖4所示。各級消聲器的長度確定，要以排氣噪聲的前三次諧頻為依據(jù)，擴(kuò)張室的消聲量按以下公式進(jìn)行估算：

△Lmax=101g[14-1／4(m一1／m)]

其中，m——表示擴(kuò)張比，m=s／si；

S——是消聲器擴(kuò)張室截面積；

si——為第i節(jié)擴(kuò)張室入口插管的截面積。

 

圖3 消聲器架在柴油機(jī)水箱上布置圖

圖4 消聲器吊裝在發(fā)電機(jī)房屋頂上布置圖

 

3、進(jìn)排風(fēng)消聲設(shè)計(jì)

      要在保證進(jìn)排風(fēng)順暢的前提下，根據(jù)燃?xì)饬亢团棚L(fēng)量，來設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)排氣消聲通道。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用多通道片式阻性消聲器，消聲片厚度取80～100mm，通道寬度取120～150mm，通道長度按下式計(jì)算：

l=△L·a／z·Φ(a0)

式中：l——為消聲器長度(in)；

△L——為所需要消聲量{dB}；

Φ(a0)——為消聲系數(shù)；

a——為氣流通道的寬度。

片式消聲器通道的通流截面積設(shè)計(jì)為排風(fēng)口截面積的1．5倍。

      發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)及其室內(nèi)煙管工作散發(fā)大量熱量，導(dǎo)致機(jī)房溫度較高，若不處理會(huì)損壞設(shè)備。在實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)將2000KVA應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組置于機(jī)房西側(cè)，并使機(jī)組與進(jìn)風(fēng)口相對應(yīng)，將排熱口布置在散熱冷卻水箱前端，通過機(jī)組冷卻風(fēng)扇使熱風(fēng)向外排出，機(jī)房內(nèi)部會(huì)因此形成負(fù)壓，從而使外面的空氣進(jìn)入機(jī)房，達(dá)到降低室溫的目的。 

4、吸音墻面和天花設(shè)計(jì)

      柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，機(jī)房內(nèi)部的空氣會(huì)把來自于柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)傳遞到所有墻面、地面、頂面（天花）以及較大面積的平面。在兩個(gè)平行的平面之間將會(huì)維持駐波狀態(tài)，既第一個(gè)平面產(chǎn)生的駐波的波幅與第二個(gè)平面產(chǎn)生的駐波的波幅與波節(jié)在位置上重合，這樣，兩平面之間產(chǎn)生"共振"。該共振產(chǎn)生在兩個(gè)平面之間，既"軸向共振”。在典型的矩形機(jī)房中實(shí)屬常見，該類機(jī)房每個(gè)墻面的夾角一般都為90 度，在每個(gè)夾角處還將出現(xiàn)"邊緣效應(yīng)"。墻面隔音措施如圖圖5所示，天花隔音措施如圖6所示。

 

圖5  發(fā)電機(jī)房墻體隔音措施示意圖

圖6  發(fā)電機(jī)房天花吸音處理措施

 

二、噪聲機(jī)內(nèi)控制策略

 

      降低柴油發(fā)電機(jī)燃燒噪聲的根本措施是降低壓力增長率，而壓力增長率取決于著火延遲期和在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量和質(zhì)量，因此可通過選用十六烷值高的燃料，合理組織噴油過程及選用良好的燃燒室來實(shí)現(xiàn)。具體措施如下:

1、延遲噴油定時(shí)

      由于氣缸內(nèi)壓縮溫度和壓力是隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的，噴油時(shí)間的早晚對于著火延遲期長短的影響將通過壓縮溫度和壓力而起作用。若噴油早，則燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力低，著火延遲期變長;若噴油過遲，同樣燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力反而變低，著火延遲期變長，燃燒噪聲增大;只有適當(dāng)推遲噴油時(shí)間，即減小噴油提前角，可使著火延遲期延期長，燃燒噪聲減小。

2、改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)

      柴油發(fā)電機(jī)工作過程的好壞主要取決于燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀三方面的配合是否合理。因此，燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀與混合氣的形成和燃燒有密切關(guān)系，它不但直接影響柴油發(fā)電機(jī)的性能，而且影響著火延遲期、壓力升高率，從而影響燃燒噪聲。

      根據(jù)混合氣的形成及燃燒精通結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，柴油發(fā)電機(jī)的燃燒室分為直噴式和分隔式兩大類:A直噴式又分開式、半分開式和球形燃燒室等。B分隔式分渦流室和預(yù)燃室。

      在其他條件相同的情況下，直噴式燃燒室中的球形和斜置圓桶形燃燒室的燃燒噪聲最低，分隔式燃燒室的噪聲一般較低。而ω形直噴式燃燒室（半分開式）和淺盆形直噴式燃燒室（開式）的燃燒噪聲最大。調(diào)節(jié)燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)也可降低燃燒噪聲。例如:在渦流室式發(fā)動(dòng)機(jī)中噴油嘴的噴油方向愈偏離渦流室中心而指向渦流下游，附著于燃燒室壁面的燃料就愈多，燃燒也愈平靜;另外增加渦流室噴孔面積比也可減少噪聲。

3、調(diào)節(jié)噴油系統(tǒng)

      噴油率對燃燒噪聲的影響非常大，試驗(yàn)表明，噴油率提高一倍，燃燒噪聲就會(huì)增加6dB，因此用減少噴油泵供油率的方法來減少燃燒噪聲，但應(yīng)注意高速性能的惡化和增加怠速噪聲的問題。

4、提高廢氣再循環(huán)率和進(jìn)氣節(jié)流

      提高廢氣再循環(huán)率可減小燃燒率，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此對降低燃燒噪聲起到明顯作用。而進(jìn)氣節(jié)流可使氣缸內(nèi)的壓力降低和著火時(shí)間推遲，因此進(jìn)氣節(jié)流不但能降低噪聲，而且還能減少柴油發(fā)電機(jī)所特有的角速度波動(dòng)和橫向擺振。

5、采用增壓技術(shù)

      柴油發(fā)電機(jī)增壓后進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加，使壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的溫度和壓力增高，改善了混合氣的著火條件，使著火延遲期縮短。

6、提高壓縮比

      提高壓縮比可提高壓縮終了的溫度和壓力，使燃料著火的物理、化學(xué)準(zhǔn)備階段得以改善，從而縮短著火延遲期，降低壓力升高率，降低燃燒噪聲;但壓縮比增大使氣缸內(nèi)壓力增加，會(huì)讓活塞敲擊聲增大，因此，提高壓縮比不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的總噪聲有很大的降低。

      除采取上述措施改進(jìn)燃燒過程外，還應(yīng)在燃燒激發(fā)力的輻射和傳播途徑上采取措施，增加發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)對燃燒噪聲的衰減，尤其是對中、高頻成分的衰減。具體的措施有:提高機(jī)體及缸套的剛性，采用隔振隔聲措施，減少活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)各部分的間隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用較小的缸徑，增加缸數(shù)或采用較大的S/D值，改變薄壁零件（如油底殼）的材料和附加阻尼。

 

三、噪聲控制方法計(jì)算與選型

 

      噪聲控制主要體現(xiàn)在降噪方案和消聲器安裝兩個(gè)方面。典型降噪設(shè)計(jì)圖紙如圖7、圖8所示。

1、排氣噪聲的頻率計(jì)算

f=(2nz／60·i)k

       該公式中：n表示發(fā)動(dòng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速(r／min)：i代表沖程數(shù)；z則是氣缸數(shù)；k是諧波次數(shù)，k=l、2、3……。一般情況下以前三次諧波為主要考慮方面。

2、排氣噪聲級計(jì)算

Lp=121gP+301gn-9

      該式中：P表示柴油機(jī)額定功率；n表示主軸轉(zhuǎn)速。

3、風(fēng)機(jī)的噪聲計(jì)算

       通常情況下，冷卻風(fēng)機(jī)的噪聲產(chǎn)生基本上是指渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率計(jì)算

f=(n·z／60)·k

      該式中：N代表葉輪轉(zhuǎn)速{r／min}；z表示葉片數(shù)；k是諧波次數(shù)。

      在具備一定的條件時(shí)，還可以對現(xiàn)場發(fā)電機(jī)組的噪聲級進(jìn)行測量，并通過對其頻率特性的分析，為選擇噪聲治理措施提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

4、消聲、隔振設(shè)備選型

表1    柴油發(fā)電機(jī)組消聲器和減震器選型表

注：不同的品牌發(fā)電機(jī)其排煙管直徑可能不同，相應(yīng)的二次排煙消聲器直徑也不同。

 

圖7  柴發(fā)機(jī)房隔音降噪施工樣板圖.

圖8   柴發(fā)機(jī)房環(huán)保降噪工程示意圖

 

總結(jié)：

      總之，發(fā)電機(jī)房隔音降噪方案既能有效地降低發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲，又能滿足室內(nèi)的低頻反復(fù)折射所產(chǎn)生的噪聲及室內(nèi)空氣流通。綜合控制的核心是等隔離聲概念， 即用一封閉的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將機(jī)組與外界隔離開來，減少聲源對外的聲輻射。通過治理柴油發(fā)電機(jī)房界外噪聲到達(dá)國家《城市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》( GB- 3096- 82) 中二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)， 經(jīng)現(xiàn)場測試白天≤55dB (A) ， 晚上≤45dB (A) 到達(dá)了消除噪聲污染的目的。

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