機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

發(fā)電機(jī)房降噪工程的設(shè)計(jì)和布置原則

 

摘要：柴發(fā)機(jī)房的隔音降噪設(shè)計(jì)、治理是噪聲與振動(dòng)控制是設(shè)備環(huán)保領(lǐng)域較為常見的治理項(xiàng)目。柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生95~128dB（A）的污染聲源。如果不采取必要的降噪措施，機(jī)組的運(yùn)行將對(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，在進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)房降噪的設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)針對(duì)主要發(fā)聲源，分別采取有效措施。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的柴發(fā)機(jī)房，進(jìn)行科學(xué)合理的分析，做到環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用、可靠，設(shè)計(jì)出優(yōu)化方案。還應(yīng)遵循如下康明斯公司在本文中敘述的柴油發(fā)電機(jī)組降噪方案的設(shè)計(jì)原則。

 

一、機(jī)房降噪設(shè)計(jì)原則

 

1、保證功率輸出

      在機(jī)房降噪方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先確保不降低發(fā)電機(jī)組功率的原則。應(yīng)充分考慮到發(fā)電機(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。機(jī)房的降噪和通風(fēng)量是一對(duì)尖銳的矛盾，但是無論如何首先要保證的是通風(fēng)量，否則將會(huì)嚴(yán)重影響到發(fā)電機(jī)組的功率輸出，使發(fā)電機(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。

2、注意消防安全

      在設(shè)計(jì)工作中必須十分注意消防安全，降噪設(shè)備在機(jī)房?jī)?nèi)的布置應(yīng)不影響防火通道的暢通，所選用的降噪材料應(yīng)為阻燃性物品。

3、排煙系統(tǒng)合理布局

（1）為了安裝更經(jīng)濟(jì)、操作更有效率，發(fā)電機(jī)組的位置應(yīng)安裝在使排氣管盡可能短，彎曲和堵塞都盡可能小的地方。通常排煙管伸出建筑物外墻后會(huì)繼續(xù)沿著外墻向上直到屋頂，在墻孔處安置一減振套，并在管子上有一個(gè)彈性接頭補(bǔ)償煙管因熱脹冷縮而產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化。排氣消聲器應(yīng)安裝在靠近發(fā)電機(jī)組的地方，這樣可提供最佳的消聲效果，使排氣管從消聲器通往戶外，或可以安裝在戶外的墻或屋頂上。

（2）由于排氣噪聲是發(fā)電機(jī)組噪聲中能量最大、成分最多的部分，故首先應(yīng)針對(duì)該噪聲進(jìn)行降低處理。排氣消聲器的設(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，如圖1所示）要求內(nèi)部結(jié)構(gòu)能耐高溫和抗腐蝕。

5、不能忽略振動(dòng)噪音

      降噪設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和吸音、隔音材料的選擇應(yīng)集中在針對(duì)降低500～3000Hz 這一頻率段的噪聲上，因?yàn)檫@一頻率段正處于人體聽覺最敏感區(qū)域，而且發(fā)電機(jī)組的噪聲源也主要是分布在500Hz附近，同時(shí)也要十分注意和堅(jiān)決避免與噪聲源產(chǎn)生共振的可能。不能忽略振動(dòng)噪聲的治理，這方面可從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)入手，底座固定方法如圖2所示。

7、消音門窗設(shè)計(jì)

      若機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有控制室，為保證工作人員的環(huán)境，應(yīng)注意控制室和機(jī)房間的隔振、隔音。在機(jī)房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，機(jī)房與操作室應(yīng)用厚度為240mm的隔墻隔開；墻壁上開三層防爆玻璃觀察窗（玻璃厚度為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。

8、多方面考量

      設(shè)計(jì)機(jī)房時(shí)還需要考慮的主要因素有地基承載力、通道位置、維護(hù)保養(yǎng)的操作空間、發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、通風(fēng)散熱、排氣管的連接、隔熱、降噪；燃油箱的大小和位置，以及與之有關(guān)的國(guó)家和地方建筑、環(huán)保條例和有關(guān)法規(guī)的規(guī)定，結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行綜合分析，確定滿足實(shí)際需要和最為經(jīng)濟(jì)的降噪方案。

9、排風(fēng)順暢無礙

      通常發(fā)電機(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600～2000mm，發(fā)電機(jī)組進(jìn)風(fēng)量應(yīng)大于發(fā)電機(jī)組的排風(fēng)量和燃?xì)饬康目偤?，發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)不能產(chǎn)生負(fù)壓。

 

圖1 柴油發(fā)電機(jī)排煙管道穿墻示意圖

圖2  柴油發(fā)電機(jī)組地腳螺釘安裝圖

 

二、機(jī)房?jī)?nèi)的布置原則

 

      在滿足發(fā)電機(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(zhǎng)度和選用的吸音材料決定。根據(jù)機(jī)房實(shí)際結(jié)構(gòu)，遵循軸向通風(fēng)方式的原則，選擇發(fā)電機(jī)組最佳布置位置和進(jìn)風(fēng)口的布置形式（如圖3、圖4所示）。機(jī)房?jī)?nèi)的布置原則如下：

1、排風(fēng)管道和排煙管道架空敷設(shè)在發(fā)電機(jī)組兩側(cè)靠墻2.2m以上空間內(nèi)。排煙管道一般布置在發(fā)電機(jī)組背面。

2、安裝、檢修、搬運(yùn)通道，在平行布置的機(jī)房中安排在發(fā)電機(jī)組的操作面。在平行布置的機(jī)房中，氣缸為單列直立式發(fā)電機(jī)組，一般安排在柴油機(jī)端；V形柴油發(fā)電機(jī)組一般安排在發(fā)電機(jī)端。對(duì)于雙列平行布置的機(jī)房，發(fā)電機(jī)組的安裝、檢修、搬運(yùn)通道安排在兩排發(fā)電機(jī)組之間。

3、在發(fā)電機(jī)組安裝或檢修時(shí)，利用預(yù)留吊鉤用手動(dòng)葫蘆起吊活塞、連桿、曲軸所需的高度。

4、水、油管道分別設(shè)置在發(fā)電機(jī)組兩側(cè)的地溝內(nèi)，地溝凈深一般為0.5～0.8m，并設(shè)置支架。

5、安裝排氣消音器時(shí)，應(yīng)將消音器置于室外，排氣引管不宜過長(zhǎng)，排煙管表面有可能的話應(yīng)包扎隔熱材料，以減少向室內(nèi)的散熱。

圖3  發(fā)電機(jī)房典型布置實(shí)例

圖4  柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房布置圖

 

三、工藝設(shè)計(jì)

 

1、降噪措施

      發(fā)電機(jī)房噪聲治理工程必須根據(jù)機(jī)房的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

（1）進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)：

      每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組工作時(shí)需要大量新鮮的空氣，主要用于柴油機(jī)燃油燃燒，所以機(jī)房必須有足夠的進(jìn)風(fēng)。

      進(jìn)風(fēng)消音箱的凈通風(fēng)面積，應(yīng)保證風(fēng)速小于5m/s（機(jī)組的排風(fēng)量與燃?xì)饬肯南嗉雍蟪趦敉ǖ烂娣e），才能保證在不降低功率的基礎(chǔ)下，確保達(dá)到噪聲效果。例如康明斯C2500D5A柴油發(fā)電機(jī)組需求進(jìn)風(fēng)量為33.61m3/s，風(fēng)速為2.1m/s，自然通風(fēng)就可以滿足要求，可以直接加裝百葉，但是為了降噪效果，華為進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)為復(fù)合阻抗式消聲器加裝電動(dòng)百葉（此電動(dòng)百葉開啟與柴油發(fā)電聯(lián)動(dòng)，百葉開啟后10秒后啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)）

（2） 排風(fēng)系統(tǒng)：

      柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量，此熱量要抽出機(jī)房，以保證機(jī)房溫度不至于過高影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

      排風(fēng)噪聲主要是風(fēng)扇噪聲，排風(fēng)通道也直接與外界相通，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；在機(jī)組的進(jìn)風(fēng)通道設(shè)高效消音箱，消音箱內(nèi)為狹長(zhǎng)的通道，內(nèi)壁為微穿孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)高效吸音材料，微穿孔結(jié)構(gòu)和高效吸音材料形成無數(shù)空氣活塞，空氣流經(jīng)該通道時(shí)，其震動(dòng)能量經(jīng)空氣活塞變?yōu)闊崮芤驯粯O大地衰減，同時(shí)消音箱內(nèi)的凈通風(fēng)面積已充分考慮到了機(jī)組正常運(yùn)行機(jī)房換氣所需的面積，確保機(jī)組的功率輸出；排風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)用戶的機(jī)房實(shí)際和要求，通過軟連接和導(dǎo)風(fēng)罩后，機(jī)組排出的熱風(fēng)匯流，經(jīng)消音箱和擴(kuò)張腔后排往室外。

（3）機(jī)房墻頂降噪

      對(duì)發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的墻面做吸聲墻，墻頂懸吊吸聲頂。消聲材料為耐火材料，其吸聲系數(shù)不低于0.85，面層材料采用鋁合金板材。天花板、墻體吸聲體的材料規(guī)格如下：

● 消聲材料：超細(xì)玻璃棉+穿孔鋁扣板（1mm)

● 厚度：50mm

● 生產(chǎn)重量：30—35公斤/立方米

● 纖維直徑：5—6微米

● 渣球含量：<2%

● 樹脂含量:3—7%

● 使用溫度：400°C

● 導(dǎo)熱系數(shù)：常溫時(shí)0.03千卡/米.時(shí).度

● 防水劑含量：0.5—2.5%

● 吸水率：<15%（水中浸泡24小時(shí)）

2、隔振措施

      目前，用于噪聲治理的主要措施有隔振、吸聲、隔聲及消聲等。隔振是通過在機(jī)器與基礎(chǔ)之間安裝彈性支承隔離機(jī)械振動(dòng)而達(dá)到抑制噪聲和降低固體傳聲的方法；吸聲是利用吸聲材料降低噪聲；隔聲則是通過隔聲材料降低聲能輻射；消聲則是通過一種允許氣流通過而使聲能衰減的機(jī)器設(shè)備而達(dá)到降低噪聲的方法。各種措施的采用有其針對(duì)性，具體到本方案采用的措施如下：

（1）機(jī)械本身減振：

      在發(fā)電機(jī)組機(jī)座上安裝隔振墊（即彈性支承），減少機(jī)器振動(dòng)向基礎(chǔ)的傳遞量，使機(jī)器的振動(dòng)得已有效的隔離，抑制噪聲和降低固體傳聲。

（2）聲源屏蔽隔聲：

      發(fā)電機(jī)房為磚混結(jié)構(gòu)，墻體及屋面板本身具有一定的隔聲性能，但因?yàn)楣ぷ餍枰仨氃诎l(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)門及進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)，而為防止聲波由于繞射能力從門及進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)傳出而使機(jī)房的隔聲性能降低，采用隔聲門與進(jìn)、排風(fēng)消聲道進(jìn)行治理。

（3）消聲器：

       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。消聲器是阻止這種聲音傳播而允許氣流通過的一種器件，是消除空氣動(dòng)力性噪聲的重要措施。消聲器的種類很多，但究其消聲機(jī)理，又可以把它們分為六種主要的類型，即阻抗復(fù)合式消聲器（外形如圖5所示）、阻性消聲器（外形如圖6所示）、抗性消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。

      在排氣管路上設(shè)有工業(yè)型消音器及住宅型消音器，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諒亩鸬较曌饔?，?jīng)兩級(jí)消音器后，即可消減排氣噪聲40-45dB（A）左右。同時(shí)，在管道上，首先安裝的是彈性減震節(jié)，隔絕機(jī)組震動(dòng)對(duì)排氣系統(tǒng)的影響，在排氣系統(tǒng)的吊裝上，采用彈性吊掛形式，保證不損壞天花或吊掛點(diǎn)，另外，對(duì)管道的室內(nèi)部分采用隔熱隔聲包扎，也有效的改善機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境及由排氣管引起的噪聲。為了減少排氣溫度對(duì)環(huán)境的影響，將排氣管安裝沿外墻引至屋面高出屋檐2米處。

 

圖5  柴油機(jī)復(fù)合型消聲器

圖6  柴油機(jī)阻性消聲器

 

總結(jié)：

      柴油發(fā)電機(jī)房降噪治理的原則是在確保機(jī)組通風(fēng)條件即不降低輸出功率的前提下，采用高效吸音材料和降噪消聲裝置對(duì)進(jìn)、排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行處理，使之達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)電機(jī)組降噪最根本的辦法是從聲源著手，采用一些常規(guī)的降噪技術(shù)；如消聲器，隔聲、吸聲隔振等乃是最有效的辦法。機(jī)房的設(shè)計(jì)必須保證機(jī)組（包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制屏）能正常的工作，并且便于使用操作和維護(hù)保養(yǎng) ，具體方案用戶應(yīng)視本單位的實(shí)際使用情況和選用的機(jī)型來考慮，用戶可請(qǐng)有關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員設(shè)計(jì)機(jī)房布置，實(shí)施施工。

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