新聞主題	組合式低噪聲柴油機(jī)方艙電站的特點(diǎn)

 

摘要：低噪聲方艙電站是針對(duì)目前柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)和噪聲污染等問題，采用減振、隔聲、吸聲和消聲等技術(shù)手段限制振動(dòng)和噪聲的傳播，在保證額定功率輸出的前提下，達(dá)到降低噪聲的效果。組合式方艙是一種可拆卸結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸較大的方艙，由于受道路運(yùn)輸條件的限制，可先拆卸成滿足運(yùn)輸要求的小方艙，到達(dá)使用現(xiàn)場后再拼裝成整體。此類方艙電站可用于無機(jī)房降噪條件的場所，不必建造機(jī)房，可以露天停放，主要用于通信樞紐站的應(yīng)急備用電力。本文針對(duì)康明斯低噪聲發(fā)電機(jī)組工作時(shí)的聲場分布進(jìn)行測量分析，通過對(duì)柴發(fā)聲強(qiáng)的測量找出其主要噪聲源，針對(duì)柴發(fā)的噪聲分布及頻譜特點(diǎn)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的方艙結(jié)構(gòu)。

 

一、噪聲頻譜分析及聲源識(shí)別

 

      為了加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)噪聲源的識(shí)別，為消聲降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考，在此以康明斯型柴油發(fā)電機(jī)組為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，發(fā)電機(jī)組在加載50 kW的穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行噪聲測試。

      試驗(yàn)是在本實(shí)驗(yàn)室電源機(jī)房中進(jìn)行，機(jī)房房頂較高，面積大于1000 m²，且背景噪聲低于50 dB。測試對(duì)象為帶載50 kW的康明斯型柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組外形尺寸為3000 mm×900mm×1550 mm。為了將整體噪聲與排氣噪聲分開，發(fā)電機(jī)機(jī)組排氣管通過管道直接通入地下排煙通道。

      為準(zhǔn)確定位各個(gè)測點(diǎn)，用角鋼和細(xì)鐵絲拉出測量網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格尺寸大小為300 mm×300 mm。對(duì)包圍機(jī)組的前、后、左、右和上表面進(jìn)行測量。測試儀器為B&K公司生產(chǎn)的2260聲學(xué)測量分析系統(tǒng)。為提高測量精度，將測量探頭靠近發(fā)電機(jī)組的表面以降低干擾，因此設(shè)置測量面距發(fā)電機(jī)組外圍尺寸0.1m，各個(gè)面上的網(wǎng)格數(shù)目分別為11×6（機(jī)組正面和背面）、5×6（機(jī)組左面和右面）、11×5（機(jī)組頂面）。同時(shí)對(duì)各個(gè)面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，聲強(qiáng)探頭與測量面保持垂直。為減少發(fā)電機(jī)組散熱風(fēng)扇及發(fā)電機(jī)出風(fēng)對(duì)聲強(qiáng)測量的影響，在測量風(fēng)速較大部位的聲強(qiáng)時(shí)，在測量探頭上加裝防風(fēng)帽。

      從圖2噪聲頻譜圖上可以看出機(jī)組噪聲分布頻段較廣，機(jī)組各個(gè)表面的噪聲有兩個(gè)峰值頻率，其中以頻率為10kHz的噪聲最為強(qiáng)烈，最高達(dá)110 dB（機(jī)組左側(cè)面），另一個(gè)噪聲較高的頻率處于500～4000 Hz處。

      從發(fā)電機(jī)組包絡(luò)面的聲強(qiáng)測試等高線圖（圖2）中可以看出發(fā)電機(jī)組噪聲主要可以分為A、B、C、D、E個(gè)區(qū)域。其中排氣扇區(qū)的噪聲聲壓級(jí)為最高，達(dá)110 dB，峰值點(diǎn)位于排風(fēng)扇的中下方；發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲區(qū)的噪聲聲強(qiáng)級(jí)僅次于排氣扇區(qū)域，最高達(dá)106.5 dB，峰值點(diǎn)分別位于機(jī)油泵上方，油底殼以及調(diào)速器區(qū)域。發(fā)電機(jī)區(qū)域的噪聲普遍偏低，最高為100 dB左右。從聲壓等高線圖整體分析，發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的噪聲聲強(qiáng)級(jí)整體偏高，等高線梯度變化小，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器以及發(fā)動(dòng)機(jī)與水箱之間的聲強(qiáng)等高線梯度變化劇烈。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組噪聲倍頻呈頻譜分布圖

圖2  發(fā)電機(jī)組噪聲聲強(qiáng)分布等高線圖

 

二、低噪音電站的結(jié)構(gòu)和原理

 

1、組合式低噪聲發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)

      組合式低噪聲發(fā)電機(jī)組包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、安裝底座、冷卻水箱、啟動(dòng)蓄電池組、減振橡膠墊、組合式降噪方艙、排煙消聲裝置、日用油箱、系統(tǒng)集成的控制和開關(guān)柜等。

（1）公共底座

      安裝底座是發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的公共底座，其結(jié)構(gòu)為剛性框架。柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和散熱水箱都安裝在公共底座上。底座下面安裝橡膠減振墊并固定在降噪方艙底板的骨架上，以減小發(fā)電機(jī)組工作時(shí)振動(dòng)的傳遞和運(yùn)輸時(shí)車輛振動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的損害。

（2）靜音箱外罩

      降噪方艙是發(fā)電機(jī)組的防護(hù)罩殼，外觀如圖3所示。結(jié)構(gòu)主要由控制柜方艙、動(dòng)力方艙、消聲器方艙、進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙和排風(fēng)擴(kuò)展艙組成。降噪方艙內(nèi)置進(jìn)、排風(fēng)消聲器和排煙消聲裝置，在保證發(fā)電機(jī)組正常通風(fēng)量的前提下降低噪聲的傳播。

（3）啟動(dòng)系統(tǒng)

      啟動(dòng)蓄電池組為啟動(dòng)機(jī)提供電力，啟動(dòng)蓄電池組布置在靠近發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)機(jī)的方艙內(nèi)底板上，并給予固定。日用油箱為柴油機(jī)提供燃油?？刂崎_關(guān)柜是發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)和電力輸出系統(tǒng)總成，包括啟動(dòng)、保護(hù)、通信等各種功能和發(fā)電機(jī)組電力輸出的總開關(guān)。

      組合式方艙根據(jù)運(yùn)輸條件設(shè)計(jì)成6個(gè)獨(dú)立的小方艙，方便移動(dòng)和運(yùn)輸，到達(dá)使用地點(diǎn)后再拼裝成整體，6個(gè)小方艙通過螺栓和密封條連接（內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示）。分別為控制柜方艙、動(dòng)力方艙、消聲器方艙、進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙及排風(fēng)擴(kuò)展艙，其中控制柜方艙、動(dòng)力方艙及消聲器方艙分別為從左至右依次設(shè)置在組合式方艙的下部，進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙及排風(fēng)擴(kuò)展艙分別設(shè)置在控制柜方艙、動(dòng)力方艙及消聲器方艙的頂面。同時(shí)，方艙電站還配日用油箱。排煙管自柴油發(fā)電機(jī)組上連接到排煙消聲器并從排風(fēng)擴(kuò)展艙頂端伸出。排煙管、油管分別用法蘭盤和密封墊片連接，電纜用母排連接。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了方艙拆裝的工藝性和可靠性。

2、低噪聲原理

（1）減振功能

      柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)通過飛輪殼和連接套對(duì)中定位連成一體，柴油機(jī)的飛輪盤和發(fā)電機(jī)的連接盤用螺栓連接傳遞動(dòng)力。由于柴油機(jī)的飛輪殼和發(fā)電機(jī)的連接套具有足夠的剛性和強(qiáng)度，其定位凸臺(tái)和止口與軸的同軸度精度很高，能保證柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接的同軸度和整體剛度。最大限度地減少發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸上的扭振。

      橡膠減振墊安裝在底座和動(dòng)力方艙底板骨架之間，有效地隔斷發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)向方艙傳遞，同時(shí)能緩沖運(yùn)輸時(shí)車輛振動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的沖擊。

      橡膠減振墊結(jié)構(gòu)為一種壓剪復(fù)合型橡膠隔振墊，具有較高的承載能力，較低的剛度和較大的阻尼比，固有頻率可做到5Hz。由于很低的固有頻率，使減振墊在發(fā)電機(jī)組開動(dòng)時(shí)或方艙電站移動(dòng)時(shí)不容易引起共振，而較大的阻尼比使振動(dòng)時(shí)的激振很快衰減。同時(shí)，上蓋板特有的碗形設(shè)計(jì)能很好地保護(hù)橡膠材料，剛性十足的漏斗型底板和橢圓形平面結(jié)構(gòu)使底板的安裝強(qiáng)度大大增強(qiáng)。碗形上蓋板和漏斗型底板凹凸相扣，在極端情況下，當(dāng)橡膠墊遭到破壞時(shí)發(fā)電機(jī)組也不會(huì)因橡膠墊損壞而造成結(jié)構(gòu)破壞，有效地減振和隔振衰減了振動(dòng)噪聲的傳播。

（2）吸聲、消聲功能

      動(dòng)力方艙四周墻壁和頂板均采用高效吸音材料鋪設(shè)，里層材料為鍍鋅沖孔鋼板，沖孔鋼板和高效吸音材料的配合就像無數(shù)聲音活塞，當(dāng)噪聲穿過沖孔鋼板小孔沖擊吸音材料時(shí)，就像推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)一樣，聲波引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維的振動(dòng)。由于摩擦和黏滯阻力，把一部分噪聲能量變成聲音活塞的動(dòng)能消耗掉，從而減少了部分噪聲向外傳播。

      排煙噪聲是柴油機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的主要部分，噪聲一般要比柴油機(jī)整機(jī)高10～15dB（A），消聲器是控制排煙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30～40dB（A）以上。

      發(fā)電機(jī)組排煙系統(tǒng)的降噪處理：在柴油機(jī)允許的排煙背壓范圍內(nèi)，應(yīng)用一個(gè)波紋減振節(jié)，一個(gè)阻性消聲器和一個(gè)抗性消聲器的組合，有效地隔斷了排煙振動(dòng)和排煙噪聲的傳播。同時(shí)，對(duì)排煙管道進(jìn)行隔熱、隔音包扎，也改善了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和由排煙管引起的噪聲。

      進(jìn)、排風(fēng)通道是發(fā)電機(jī)組燃?xì)饬抗?yīng)、冷卻和熱風(fēng)排出的通道，同時(shí)也是發(fā)電機(jī)組噪聲泄出的出口。為了保證發(fā)電機(jī)組的正常通風(fēng)量，使發(fā)電機(jī)組滿功率輸出和減少噪聲排放，在發(fā)電機(jī)組的進(jìn)、排風(fēng)通道都設(shè)有阻性片式消聲器，片式消聲器通道的有效面積滿足正常通風(fēng)量的要求，同時(shí)在與進(jìn)、排風(fēng)擴(kuò)張艙對(duì)接時(shí)分別形成1～2個(gè)擴(kuò)張腔，新風(fēng)路徑為電動(dòng)百葉窗-擴(kuò)張腔-排風(fēng)消聲器-動(dòng)力方艙。噪聲通過進(jìn)風(fēng)通道泄出的路徑沿新風(fēng)路徑逆向傳播。熱風(fēng)沿排風(fēng)通道排出的路徑為散熱水箱-消聲器-擴(kuò)張腔-消聲器-擴(kuò)張腔-電動(dòng)百葉窗排出方艙外。噪聲沿排風(fēng)通道泄出與熱風(fēng)同向傳播。由于布置了擴(kuò)張腔，使噪聲在經(jīng)過片式消聲器衰減后再經(jīng)擴(kuò)張腔擴(kuò)張產(chǎn)生聲阻抗不匹配的反射和干涉作用，達(dá)到噪聲再衰減的目的。同時(shí)由于進(jìn)、排風(fēng)路徑的拉長，使噪聲在泄出過程中自然衰減，增加了降噪效果。

3、技術(shù)特點(diǎn)

（1）易拆易裝的整體結(jié)構(gòu)

      組合式結(jié)構(gòu)能拆易合，方便道路運(yùn)輸，降噪方艙由控制柜方艙、動(dòng)力方艙、消聲器方艙、進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙和排風(fēng)擴(kuò)展艙6個(gè)小方艙組合而成。能拆易合，到達(dá)使用地點(diǎn)后再拼裝成整體，方便移動(dòng)和道路運(yùn)輸。

      組合式方艙把日用油箱、控制開關(guān)柜和進(jìn)風(fēng)消聲器固定在控制柜方艙，發(fā)電機(jī)組整體固定在動(dòng)力方艙，排風(fēng)消聲器和排煙消聲系統(tǒng)固定在消聲器方艙，進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙和排風(fēng)擴(kuò)展艙分別安裝電動(dòng)百葉窗，可以控制進(jìn)、排風(fēng)的方向。動(dòng)力擴(kuò)展艙起連接作用。這6個(gè)小方艙分別在其接口處用螺栓和密封條連接。排煙管、油管分別用法蘭和密封墊片連接，電纜用母排連接。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮方艙拆裝的工藝性和可靠性。

（2）降噪裝置的功率損失小

      降噪裝置的功率損失很小，滿足額定功率低噪聲工作。大功率柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生110dB（A）以上的噪聲，必須對(duì)振動(dòng)、噪聲進(jìn)行控制。本項(xiàng)目降噪方艙通過減振和隔振裝置，以及機(jī)艙采用高效吸音材料，用降噪消聲裝置對(duì)進(jìn)、排氣系統(tǒng)進(jìn)行降噪處理，滿足了國家環(huán)保要求。

      一般來說，方艙降噪處理改變了發(fā)電機(jī)組正常的工作環(huán)境，如果處理不好，將會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的功率輸出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)停機(jī)保護(hù)。通過對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)、排風(fēng)量和排氣背壓的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，把握了滿功率輸出和降噪的平衡點(diǎn)，確保發(fā)電機(jī)組在滿足通風(fēng)冷卻及允許排氣背壓條件下實(shí)現(xiàn)低噪聲工作的要求，達(dá)到了額定功率低噪聲工作的目的。

 

圖3  組合式低噪聲發(fā)電機(jī)組的示意圖

圖4  低噪聲發(fā)電機(jī)組內(nèi)部構(gòu)造圖

 

三、噪聲計(jì)算公式與降噪設(shè)計(jì)

 

1、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生各種類型的噪聲，且噪聲分布范圍較廣，單純某一種噪聲控制方式很難有效解決機(jī)組的噪聲污染問題。為此，根據(jù)測量分析，結(jié)合機(jī)組噪聲分布和頻譜特點(diǎn)，方艙內(nèi)空間主要分為四大噪聲區(qū)域以方便噪聲的控制，分別為發(fā)電機(jī)噪聲區(qū)、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲區(qū)、內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲區(qū)和水箱風(fēng)扇排氣噪聲區(qū)，對(duì)每一部分有針對(duì)性地分別處理，根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)設(shè)計(jì)靜音箱結(jié)構(gòu)簡圖。

2、吸聲和隔聲量計(jì)算

      為確保隔聲結(jié)構(gòu)的效果，隔聲罩采用金屬鋼板，但由于金屬鋼板為剛性壁面，機(jī)組噪聲遇到內(nèi)壁易形成多次反射，造成混響和聲能量的迭加，艙內(nèi)聲壓級(jí)可因此增加3～5 dB（A）。為消除混響，又不致影響隔聲性能，采用穿孔板后貼纖維吸聲材料的結(jié)構(gòu)，這樣既可保證吸聲降噪效果，又不占用有限的空間。

      吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能好壞，主要用其吸聲系數(shù)的高低來表示。吸聲系數(shù)是指聲波入射到物體表面時(shí)，其能量被吸收的百分率，即被吸收的聲能與入射總聲能之比，通常用符號(hào)α來表示。吸聲材料種類繁多，設(shè)計(jì)中吸聲材料的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）吸聲材料的吸聲能力和頻段

      在選用吸聲材料時(shí)，首先應(yīng)滿足有利于降低聲波頻譜中峰值頻段的噪聲，因?yàn)槁暷芰恐饕性趲讉€(gè)峰值頻率，噪聲峰值降低了，總的噪聲輻射就可明顯降低。柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲集中在中、低頻段，為此吸聲材料應(yīng)在中、低頻段有較高的吸聲系數(shù)。在厚度不變的情況下，材料的容重越大則其吸聲頻率就越向低頻方向移動(dòng)，其吸聲系數(shù)就越大。

（2）吸聲材料的物理特性

      發(fā)電機(jī)組工作時(shí)散發(fā)大量熱量，內(nèi)層隔聲結(jié)構(gòu)內(nèi)空間有限，加之相對(duì)封閉，因此穩(wěn)態(tài)溫度是比較高的。所以還應(yīng)充分考慮吸聲材料的耐熱和安全性能。

      綜合以上因素，將吸聲材料選定為體積密度為32 kg/m³的無堿超細(xì)玻璃棉。超細(xì)玻璃棉的吸聲特性見表1。

表1    超細(xì)玻璃棉的吸聲特性（混響室法)

      由以上數(shù)據(jù)可知，所選用的超細(xì)玻璃棉不僅在高頻，而且在中、低頻也有較好的吸聲效果，而這種吸聲特性正符合是柴油發(fā)電機(jī)組噪聲的頻譜特點(diǎn)，所以選擇超細(xì)玻璃棉是合適的。

① 有限空間內(nèi)的吸聲效果常用吸聲量A來表示：

A=Sα.................（公式1）

式中，s為吸聲面積；

α為平均吸聲系數(shù)，為各個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。

② 則超細(xì)玻璃棉的平均吸聲系數(shù)可通過下式計(jì)算：

Α=（1.13+0.90+0.69+0.70+0.87+0.90）÷6≈0.87.................（公式2）

③ 吸聲處理前后的聲壓級(jí)差△L（dB），可近似用下式進(jìn)行估算：

?L=101g（α₂/α₁）.................（公式3）

④ 隔聲結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的平均吸聲系數(shù)a1約為0.14，則超細(xì)玻璃棉的理論吸聲量為：

?L=101g（α₂/α₁）=101g（0.87/0.14）=7.9dB.................（公式4）

      可見超細(xì)玻璃棉有很好的吸聲效果，選用方案是可行的。

      方艙各表面面板內(nèi)表面均采用吸聲結(jié)構(gòu)，即采用穿孔板和隔聲壁板間填充吸聲材料的結(jié)構(gòu)，這是一種建立在微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的既有阻又有抗的共振式消聲器，實(shí)際上是阻抗復(fù)合式消聲器的一種特殊型式，其吸收系數(shù)高、吸收頻帶寬、壓力損失少、氣流再生噪聲低，能承受較高氣流速度的沖擊。穿孔板為1 mm鋼板，穿孔率為20%～25%，孔徑為6 mm，后貼厚度為50 mm、面密度M為32 kg/m²的無堿超細(xì)玻璃棉，為防止吸聲材料受氣流影響飛落，在吸聲材料和穿孔板間以玻璃布為襯層。

      為保證內(nèi)層隔聲罩內(nèi)機(jī)組的通風(fēng)散熱，在內(nèi)層隔聲罩后部，對(duì)應(yīng)機(jī)組柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接部位，開有進(jìn)風(fēng)口。由于柴油機(jī)是整個(gè)機(jī)組散熱的主要來源，進(jìn)風(fēng)口開在靠近柴油機(jī)尾側(cè)的位置，可充分利用機(jī)組前端冷卻風(fēng)扇工作時(shí)形成的負(fù)壓，使外界進(jìn)入的低溫空氣對(duì)整個(gè)柴油機(jī)進(jìn)行冷卻。為防止柴油機(jī)噪聲從進(jìn)風(fēng)口傳出，內(nèi)層隔聲罩的進(jìn)風(fēng)口和外層壁板上的進(jìn)風(fēng)口間設(shè)置消聲器，并在消聲器內(nèi)壁貼附高效吸聲材料。

      在機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱出風(fēng)處，設(shè)置阻性折板式消聲器，將發(fā)電機(jī)組的總體出風(fēng)從方艙前上方向外排出，并最終通過法欄與外接的出風(fēng)通道相連接，將出風(fēng)直接引出機(jī)房。

3、排氣風(fēng)扇消聲器

      排氣風(fēng)扇消聲器采用多通道折板式消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種消聲器適用于風(fēng)速不高的通風(fēng)管道，可以增加聲波在管道內(nèi)的傳播路程，使材料能更多地接觸聲波，如圖5。特別是對(duì)中高頻聲波，能增加傳播中的反射次數(shù)，從而使中高頻的消聲特性有明顯地改善。為了盡量減少消聲器的阻力損失，通道截面積設(shè)計(jì)為發(fā)電機(jī)組水箱風(fēng)扇處截面積的2倍。

      由于排氣管是柴油發(fā)電機(jī)組的最大噪聲擴(kuò)散源，因此抑制排氣噪聲最簡單且最有效的方法就是在排氣管上安裝消聲器。所采用的消聲器應(yīng)盡量減少通道各部件的壓力損失，故要堅(jiān)持以下原則：

（1）盡量降低排氣通道中各部件的氣流速度；

（2）盡量減小排氣通道中直角彎頭的使用次數(shù)，并擴(kuò)大排氣管截面。

      因此，進(jìn)行消聲處理時(shí)設(shè)計(jì)遵循以上原則，在原有消聲器的基礎(chǔ)上再加一抗性消聲器形成兩級(jí)擴(kuò)張式（抗性）。經(jīng)實(shí)際測量可知，排氣噪聲（排氣管出口1 m處）減少了30 dB（消聲器安裝前為108 dB，安裝后為75 dB）以上，達(dá)到了預(yù)期目的。但是，采用消聲器會(huì)使排氣管中氣流阻力增大，降低柴油發(fā)電機(jī)組的有效功率，因此要加以注意。

① 排氣風(fēng)扇消聲器為阻性消聲器結(jié)構(gòu)，其噪聲衰減也可表示為

D=101g（I₀/I₁）.................（公式5）

② 也可表示為

D=A（FL/S）.................（公式6）

式中，A為消聲系數(shù)，其由吸聲壁面的法向聲導(dǎo)率決定；

S為消聲通道截面面積；

F為未消聲通道截面周長；

L為消聲通道有效長度。

③ 消聲系數(shù)即：

A=4.34g_e=4.34｛（1-√1-α）/（1+√1-α）｝.................（公式7）

式中，α為襯貼材料的吸聲系數(shù)。

      將發(fā)電機(jī)組排氣風(fēng)扇消聲器結(jié)構(gòu)簡化為四個(gè)片式消聲器進(jìn)行計(jì)算，簡化后各個(gè)消聲器模型的參數(shù)及最終消聲量如表2所示。

表2    消聲器消聲量計(jì)算表

      從計(jì)算結(jié)果中可以看出，排氣風(fēng)扇消聲器的消聲效果是理想的，可以實(shí)現(xiàn)將機(jī)組風(fēng)扇排氣噪聲降低至小于85 dB的目標(biāo)。

4、發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)氣消聲器

      方艙電站的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣消聲結(jié)構(gòu)可以視其為一個(gè)室式消聲器。室式消聲器是在壁面上均襯貼吸聲材料，形成小消聲室，在室的兩對(duì)角設(shè)置進(jìn)出口風(fēng)管，如圖6所示。當(dāng)聲波進(jìn)入消聲室后，就在小室內(nèi)經(jīng)多次反射而被材料所吸收。又由于管道從進(jìn)風(fēng)口至室內(nèi)，又從室內(nèi)至出風(fēng)口，截面發(fā)生兩次突變，故還起到抗性消聲器的作用?；谶@些原因，室式消聲器的消聲頻帶較寬，消聲量也較大。

      室式消聲器的傳聲損失L_TL按以下公式估計(jì)：

L_TL=-101g｛S（cosθ/2πD²）+[（1-α）/S_mα]｝.................（公式8）

式中，S為進(jìn)風(fēng)口（出風(fēng)口）的面積；

Sm為小室內(nèi)吸聲襯貼表面面積；

α為材料平均吸聲系數(shù)；

D為進(jìn)風(fēng)口至出風(fēng)口的距離。

Cosθ=W/D.................（公式9）

      從上式可以看出，括號(hào)內(nèi)第一項(xiàng)為進(jìn)口到出口的直達(dá)聲，cosθ相當(dāng)于指向性因數(shù)；（1-α）/Smα為房間常數(shù)的倒數(shù)1/R，前項(xiàng)為直接聲隨距離的衰減，后項(xiàng)為混響聲的衰減。進(jìn)口相當(dāng)于聲源，出口相當(dāng)于接收點(diǎn)。設(shè)計(jì)出室式消聲器的結(jié)構(gòu)之后即可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)艙的降噪量。

      發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)強(qiáng)熱源，雙層隔聲罩的低噪聲結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)散熱產(chǎn)生極大影響。為確保發(fā)電機(jī)組不因工作環(huán)境溫度過高而影響其功率輸出，需要首先確定機(jī)組通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)。故只能設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)艙的基本結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上通過計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的組合方式，設(shè)計(jì)滿足發(fā)電機(jī)組散熱要求的一系列發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)。然后計(jì)算其降噪量，最終得到符合機(jī)組要求的低噪聲機(jī)組艙。

 

圖5  低噪音發(fā)電機(jī)組排氣風(fēng)扇消聲器結(jié)構(gòu)圖

圖6  低噪音發(fā)電機(jī)組室式消聲器結(jié)構(gòu)圖

 

總結(jié)：

      康明斯型固定柴油發(fā)電機(jī)組做為通信后備電源，其噪聲聲壓級(jí)高，分布頻帶寬，不但對(duì)通信臺(tái)站的正常值勤產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，同時(shí)聲振特征信號(hào)也易于遭受敵方的偵測打擊。研制低噪音方艙電站就是為了解決這一突出問題，通過降低發(fā)電機(jī)組的噪聲，最終提高其戰(zhàn)場生存能力?？得魉构就ㄟ^對(duì)該機(jī)組噪聲倍頻程的測量，分析掌握了其噪聲分布規(guī)律；通過對(duì)機(jī)組聲強(qiáng)的測量找出其主要噪聲源，并針對(duì)機(jī)組的噪聲分布及頻譜特性，設(shè)計(jì)出了符合降噪要求的雙層隔聲罩結(jié)構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)測量康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲分布及其頻率特性和機(jī)組工作時(shí)的熱量分布情況，設(shè)計(jì)出有效控制其噪聲污染的方艙消聲結(jié)構(gòu)：即針對(duì)發(fā)電機(jī)組排風(fēng)扇采用折板式阻性消聲器，對(duì)于噪聲級(jí)較高的發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙層隔聲罩以降低噪聲，對(duì)于發(fā)電機(jī)部分采用單層隔聲罩降低噪聲。由于發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)強(qiáng)熱源，雙層隔聲罩上的進(jìn)風(fēng)通道會(huì)影響到隔聲罩的隔聲質(zhì)量和機(jī)組的通風(fēng)散熱效果，為此需要確定雙層隔聲罩的結(jié)構(gòu)形式以滿足機(jī)組的總體降噪要求，這將在今后的實(shí)驗(yàn)研究中做進(jìn)一步的深入研究。

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