新聞主題	低噪音柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲控制原則

 

摘要：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，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的噪聲，對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害，因此必須對(duì)噪聲進(jìn)行控制。低噪聲發(fā)電機(jī)組主要由標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)組、防音罩殼、進(jìn)排風(fēng)降噪裝置和排氣降噪裝置等組成。利用防音罩殼設(shè)置隔音和吸音層，進(jìn)排風(fēng)通道進(jìn)行了降噪處理、排氣采用工業(yè)型和住宅型消聲器的組合結(jié)構(gòu)，分別降低其高頻和低頻段的噪聲。

 

圖1 靜音箱發(fā)電機(jī)組平面結(jié)構(gòu)圖

 

 

一、柴油機(jī)噪聲源分析

      柴油機(jī)噪音大有兩大源頭，一個(gè)是缸內(nèi)的燃燒特性決定，另一個(gè)則是由于供油系統(tǒng)產(chǎn)生?，F(xiàn)在許多先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在逐步著手解決這些問(wèn)題，通過(guò)采用電控共軌柴油直噴技術(shù)，取消了供油分泵，因此相當(dāng)程度減小了柴油機(jī)的振動(dòng)和噪音。另外，由于先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油更精確，缸內(nèi)或爆震敲缸的振動(dòng)也能大幅度降低。

      同轉(zhuǎn)速同負(fù)荷的瞬態(tài)工況燃燒噪聲要高于穩(wěn)態(tài)工況的燃燒噪聲，二者的差別是因?yàn)槿紵冶诿鏈囟鹊牟煌蓺饬?dòng)力載荷和壓力高頻振蕩的差異形成了瞬態(tài)工況和穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲水平的不同， 燃燒噪聲作為燃燒激勵(lì)的外部響應(yīng)，必然受到燃燒過(guò)程的四個(gè)階段一滯燃期、急燃期、緩燃期和后燃期的影響。滯燃期內(nèi)，燃油與缸內(nèi)壓力空氣混臺(tái)氣形成的可燃混合氣正處于物理和化學(xué)準(zhǔn)備階段，缸內(nèi)工質(zhì)只受到活塞上行的壓縮作用，因此缸內(nèi)壓力和溫度變化都很小，對(duì)燃燒噪聲的直接影響甚微。

      但是，由于滯燃期對(duì)燃燒過(guò)程的進(jìn)展有很大影響，所以它對(duì)燃燒噪聲有間接的重大影響。急燃期內(nèi)，氣缸內(nèi)壓力急劇升高，燃燒粗暴，燃燒氣體形成的沖擊波猛烈沖擊燃燒室壁，燃燒噪聲增大。緩燃期內(nèi)，燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進(jìn)行的。在這個(gè)階段，氣缸內(nèi)氣體有一定的壓力增長(zhǎng)率，所以仍能激發(fā)一定強(qiáng)度的燃燒噪聲，但壓力增長(zhǎng)緩慢，對(duì)噪聲的影響已不顯著。后燃期內(nèi)，因活塞下行，絕大部分燃料已經(jīng)燃燒完畢，燃燒沖擊很弱，因而燃燒噪聲也很小。

 

二、噪音控制的途徑和基本方法

 

      從燃燒噪聲形成的機(jī)理來(lái)看，應(yīng)從以下兩個(gè)方面降低柴油機(jī)的燃燒噪聲：

1、降低氣缸壓力頻譜曲線

      從產(chǎn)生的根源上，降低氣缸壓力頻譜曲線，特別是降低中高頻的頻率成分。為此可以提高進(jìn)氣溫度和壓力、組織適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣渦流、選用渦流室等分開式燃燒室、選用適當(dāng)?shù)膰娪筒呗缘鹊?。這樣可以縮短滯燃期及減少滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣。

2、增加對(duì)燃燒噪聲的衰減

      從燃燒噪聲的傳播途徑，增加內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒噪聲的衰減，特別是對(duì)中高頻頻率成分的衰減。為此可以采取提高內(nèi)燃機(jī)機(jī)體剛性及采用隔振和隔聲措施；減小活塞曲柄連桿各部分的間隙；減小缸徑、增加缸數(shù)或采用較大的行程缸徑比：改變薄壁零件(油底殼等)的材料和附加阻尼等方法。

 

二、柴油機(jī)噪聲控制措施

 

1．排氣噪聲的控制

（1）排氣噪聲產(chǎn)生的主要原因

      排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機(jī)高10～15dB（A）。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。排氣噪聲成分主要有以下幾種：

① 周期性的排氣噪聲，排氣所引起的低頻脈動(dòng)噪聲頻率一般為63～125Hz，噪聲值高達(dá)105~125dB(A)。

② 排氣管道內(nèi)的氣柱共振噪聲。

③ 氣缸的共振噪聲。

④ 高速氣流通過(guò)排氣門環(huán)隙及曲折管道時(shí)產(chǎn)生的噴注噪聲。

⑤ 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，隨著氣流速度的增加，頻率顯著提高。

（2）排氣噪聲的控制方法

消聲器是控制排氣噪聲的基本方法。正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排氣噪聲減弱30～40dB（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

      阻性消聲器也稱為工業(yè)型消聲器，結(jié)構(gòu)如圖2所示，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(guò)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)。由于摩擦和黏滯阻力，聲能變?yōu)闊崮芏眨瑥亩鸬较曌饔谩?/span>

② 抗性消聲器

      抗性消聲器稱為住宅型消聲器，結(jié)構(gòu)如圖3所示，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。

      通常利用一個(gè)波紋減振節(jié)、一個(gè)工業(yè)型消聲器和一個(gè)住宅型消聲器的組合組成復(fù)合型排煙系統(tǒng)，有效地隔斷了排氣振動(dòng)和排氣噪聲的傳播。

 

圖2  柴油機(jī)阻性消聲器結(jié)構(gòu)圖

圖3  柴油機(jī)抗性消聲器結(jié)構(gòu)圖

 

2．機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的控制

（1）產(chǎn)生機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的原因

① 機(jī)械噪聲

      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(guò)程中受氣體壓力和運(yùn)動(dòng)慣性力的周期變化所引起的振動(dòng)和相互沖擊而產(chǎn)生的。主要包括活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)的噪聲（主要為高頻噪聲）；配氣機(jī)構(gòu)的噪聲（主要為低、中頻段噪聲）；傳動(dòng)齒輪噪聲（噪聲譜是一種連續(xù)而寬廣的頻譜）；不平衡慣性力引起的機(jī)械振動(dòng)及噪聲。

② 燃燒噪聲

      燃燒噪聲是燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲。在氣缸內(nèi)燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級(jí)很高，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)容易傳出。

（2）機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的控制辦法

① 隔振處理

      發(fā)電機(jī)組的隔振一般采用高效減振膠墊，經(jīng)過(guò)隔振處理，發(fā)電機(jī)組表面的振動(dòng)被有效隔斷。

② 降噪處理

      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。對(duì)噪聲指標(biāo)控制嚴(yán)格的用戶，還需要在集裝箱內(nèi)粘貼高效吸音材料，使噪聲得到有效的衰減，以提高發(fā)電機(jī)組的降噪效果。

 

圖4  靜音箱發(fā)電機(jī)組底盤結(jié)構(gòu)圖

圖5  靜音箱發(fā)電機(jī)組正面結(jié)構(gòu)圖

 

3．冷卻風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的控制

      風(fēng)扇噪聲由旋轉(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)而產(chǎn)生。渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)的葉片截面上分離時(shí)，由于氣體具有黏性，便滑脫或分裂成一系列的漩渦流，從而輻射出一種非穩(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)好的排風(fēng)吸音通道，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^(guò)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(zhǎng)度、寬度等參數(shù)來(lái)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發(fā)電機(jī)組散熱的需要，以免排風(fēng)口風(fēng)阻增大導(dǎo)致排風(fēng)噪聲增大和發(fā)電機(jī)組高水溫停機(jī)。

4．進(jìn)氣噪聲的控制

      發(fā)電機(jī)組工作在封閉的機(jī)房里面，從廣義上講，進(jìn)氣系統(tǒng)包括發(fā)電機(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，氣流的噪聲和發(fā)電機(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，其主要能量一般分布在500Hz～10kHz范圍。

       由于柴油發(fā)電機(jī)組配置的空氣濾清器，本身就具有一定的消聲作用?？紤]到進(jìn)氣噪聲相對(duì)較低，因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)一般不做處理。對(duì)發(fā)電機(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：

（1）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)和發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)有足夠的新鮮空氣吸入。

（2）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)百葉窗和降噪箱的組合。

 

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