新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)的噪聲源類別與特征

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)房噪音通常可輕易穿透墻體的阻擋輻射到機(jī)房外，它除了設(shè)備本身運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出的噪聲，還有就是噪聲在機(jī)房內(nèi)反射形成的噪聲場。其主要噪聲源包括柴油發(fā)電機(jī)的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲、電磁噪聲以及地基振動(dòng)的傳遞所產(chǎn)生的噪聲等。

 

一、噪聲源分析

 

1、排氣噪聲

      柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，氣缸內(nèi)的高溫高壓廢氣隨排氣口間斷開閉周期性地噴射到排氣管內(nèi)，排氣管口排出高溫高速的脈動(dòng)氣流，由此產(chǎn)生周期性的排氣噪聲。排氣噪聲是柴油發(fā)電機(jī)最主要的聲源，頻譜特性為低頻為主的寬頻帶噪聲，噪聲級高達(dá)95——105dB（A），峰值一般為63——250Hz。排氣噪聲的主要頻率f（Hz）：

f = 2K•n / 60T（HZ）

式中

K——發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)；

n——發(fā)動(dòng)機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)速（r/min）；

T——發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程數(shù)。

      柴油發(fā)電機(jī)排氣噪聲的強(qiáng)度與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，并隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的變化而變化。一般柴油機(jī)排氣噪聲的總聲壓級（dB）可用下式近似估算：

L_p = 12logN+30logn-9（dB）

式中

n——柴油機(jī)主軸轉(zhuǎn)速（r/min）；

N——柴油機(jī)功率（HP）。

      對發(fā)電機(jī)組的排煙噪聲處理通常是在原配的標(biāo)準(zhǔn)消聲器后串聯(lián)二級消聲器，常用的二級消聲器有以下幾種：

消聲箱（阻-抗復(fù)合式）	中高頻（SL_A）	共振式（抗性）	低頻（SL_B）
膨脹式（抗性）	低中頻（SL_C）	迷途式（阻性）	寬頻（SL_D）
復(fù)合式（阻-抗復(fù)合式）	寬頻（SL_F）	聲流式（阻性）	寬 頻（SLE）

      通常使用的兩種排煙消聲器外型如圖1，消聲器實(shí)際應(yīng)用的外型尺寸是根據(jù)各種不同型號的發(fā)電機(jī)組和具體的噪聲要求而定。

 

圖1 阻抗式消聲器結(jié)構(gòu)圖

 

 

2、進(jìn)氣噪聲

      對于非增壓柴油機(jī)，進(jìn)氣噪聲比排氣噪聲低，接近柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲水平。

① 空氣在進(jìn)氣管中的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生低頻噪聲；

② 空氣以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時(shí)形成渦流產(chǎn)生高頻噪聲；

③ 氣缸內(nèi)氣體在一定壓力下的受迫振動(dòng)、氣門落座聲音及進(jìn)氣管的振動(dòng)等

3、排風(fēng)和風(fēng)扇噪聲

      風(fēng)扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期性地打擊空氣質(zhì)點(diǎn)，引起空氣的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生噪聲。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)排氣管安裝消聲器后，用于冷卻循環(huán)水的風(fēng)扇便成為重要的噪聲源。風(fēng)扇噪聲一般可達(dá)100dB（A）左右。

① 風(fēng)扇噪聲是由渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲組成的，旋轉(zhuǎn)噪聲由風(fēng)扇的葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動(dòng)而引起；

② 排風(fēng)的渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)的葉片截面上分離時(shí)，由于氣體的粘性引起的旋渦流，輻射一種非穩(wěn)定的流動(dòng)噪聲。

排風(fēng)噪聲、氣流噪聲、風(fēng)扇噪聲、機(jī)械噪聲均是通過排風(fēng)的通道輻射出去的。

4、燃燒噪聲

      燃燒噪聲是由于氣缸內(nèi)周期變化的氣體壓力的作用而產(chǎn)生的，它主要取決于燃燒的方式和燃燒的速度。

      當(dāng)柴油機(jī)壓縮行程終了時(shí)，燃燒室內(nèi)被壓縮的可燃混合氣被電火花點(diǎn)燃，可燃混合氣燃燒后，放出大量的熱能，燃?xì)獾膲毫蜏囟妊杆僭黾?，最高壓力約為3—5MPa，相應(yīng)的溫度為2200——2800K，在燃燒作功的同時(shí)，致使發(fā)動(dòng)機(jī)各部件振動(dòng)而引起的噪聲。

5、機(jī)械噪聲

      機(jī)械噪聲是由于運(yùn)動(dòng)件之間以及運(yùn)動(dòng)件與固定件之間周期性變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，它與激發(fā)力的大小、運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。例如活塞、連桿、氣門等零件的上下運(yùn)動(dòng)，曲軸、齒輪組旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞在上、下止點(diǎn)附近受側(cè)向力作用產(chǎn)生一個(gè)由一側(cè)向另一側(cè)的橫向移動(dòng)，從而形成活塞對缸壁的強(qiáng)烈敲擊，產(chǎn)生了活塞敲擊噪聲。產(chǎn)生敲擊的主要原因是活塞與氣缸套之間存在間隙，以及作用在活塞上的氣體壓力。

（2）傳動(dòng)齒輪的噪聲是齒輪嚙合過程中齒與齒之間的撞擊和摩擦產(chǎn)生的。在柴油機(jī)上，齒輪承載著交變的動(dòng)負(fù)荷，這種動(dòng)負(fù)荷會使軸產(chǎn)生變形，并通過軸在軸承上引起動(dòng)負(fù)荷，軸承的動(dòng)負(fù)荷又傳給發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和齒輪室殼體，使殼體激發(fā)出噪聲。此外，曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也會破壞齒輪的正常嚙合而激發(fā)出噪聲。傳動(dòng)齒輪噪聲與齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)型式、加工精度、齒輪材料配對、齒輪室結(jié)構(gòu)以及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)。

（3）柴油機(jī)大都采用凸輪、氣門配氣機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)中包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門等零件。配氣機(jī)構(gòu)中零件多、剛度差，在運(yùn)動(dòng)中易于激起振動(dòng)和噪聲，包括氣門和氣門座的撞擊，由氣門間隙引起的傳動(dòng)撞擊，挺柱和凸輪工作面之間的摩擦振動(dòng)，高速時(shí)氣門不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的噪聲。配氣機(jī)構(gòu)噪聲與氣門機(jī)構(gòu)的型式、氣門間隙、氣門落座速度、材料、凸輪型線、凸輪和挺柱的潤滑狀態(tài)、柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。

6、 電磁噪聲

      發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子在電磁場中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電磁噪聲以及滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)所發(fā)生的機(jī)械噪聲。

 

圖2 發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖圖

圖3 發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的噪聲

 

 

7、地基振動(dòng)噪聲

      柴油機(jī)強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)可通過地基遠(yuǎn)距離傳播到室外各處，然后通過地面再幅射噪聲。柴油發(fā)電機(jī)房降噪處理的原則是，在確保柴油發(fā)電機(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進(jìn)、排風(fēng)通道和排氣系統(tǒng)進(jìn)行降噪處理，使之噪聲排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

      綜上所述，機(jī)房內(nèi)柴油機(jī)組運(yùn)行時(shí)，考慮柴油機(jī)殼體、排煙管道及機(jī)房冷卻風(fēng)機(jī)的疊加噪聲，在機(jī)房內(nèi)形成一個(gè)混響聲場，其機(jī)房內(nèi)噪聲一般將大于100dB（A）。

 

二、柴油機(jī)噪音的控制措施

 

1、改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)

      燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀與混合氣的形成和燃燒密切相關(guān)，燃燒室的結(jié)構(gòu)決定著燃燒室空腔的聲模態(tài)和壓力高頻振蕩的頻率，所以選擇合適的燃燒室或?qū)θ紵医Y(jié)構(gòu)，將能優(yōu)化燃燒過程，降低壓力升高率和削弱壓力高頻振蕩。因此可以選擇分隔式的燃燒室。在渦流室式內(nèi)燃機(jī)中，噴油嘴的噴油方向偏離渦流室中心而指向下游，附著于缸壁面的燃料就越多，燃燒越平靜，噪聲就會越小。

2、增壓

      柴油機(jī)增壓后可使進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加，進(jìn)氣溫度增加，使得壓縮終了的溫度和壓力增高，滯燃期縮短，所以可以降低燃燒噪聲。

3、廢氣再循環(huán)

      廢氣再循環(huán)主要引入的初衷是用來降低NOx污染物，但廢氣再循環(huán)使得進(jìn)氣溫度升高，減少燃燒率，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以可以有效降低燃燒噪聲。

4、壓縮比

      提高壓縮比可以提高壓縮終了的壓力和溫度，因此縮短滯燃期，使燃燒噪聲降低。但是壓縮比的提高會使氣缸壓力增加，活塞敲擊聲增大，所以通過提高壓縮比降低燃燒噪聲應(yīng)綜合考慮其對活塞敲擊聲的影響。

5、燃料

      不同的燃料，噴人氣缸后，其物理、化學(xué)準(zhǔn)備過程不同，從而導(dǎo)致不同的滯燃期。十六烷值高的燃料滯燃期短，壓力升高率降低，燃燒噪聲降低。另外新的代用燃料，如生物制氣，乙醇等有利于柴油機(jī)燃燒噪聲的降低。

6、預(yù)噴射降低噪音

      預(yù)噴就是將一個(gè)循環(huán)一次噴完的燃油分成兩次噴。先噴入的一小部分提前在主噴之前就開始進(jìn)行點(diǎn)燃的預(yù)反應(yīng)，如此可以減少在滯燃期內(nèi)積聚的可燃油量。這是降低直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲的最有效措施。

7、延遲噴油定時(shí)控制噪音

      由于氣缸內(nèi)壓縮溫度和壓力是隨曲軸轉(zhuǎn)角而變化的，噴油時(shí)間將通過影響壓縮溫度和壓縮壓力而對滯燃期起作用。適當(dāng)推遲噴油，進(jìn)入缸內(nèi)氣體溫度和壓力升高，滯燃期縮短，所以使得燃燒噪聲降低。但是如果過早和過遲噴油，進(jìn)入缸內(nèi)氣體的壓力和溫度都反而會低，從而是滯燃期延長，燃燒噪聲增大，因此有一個(gè)最佳噴油延遲時(shí)間。

8、電子控制技術(shù)

      電子控制的柴油機(jī)能根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、進(jìn)氣溫度、EGR率、增壓壓力、燃?xì)鉁囟?、冷卻液溫度等精確控制噴油定時(shí)，選擇合適的噴油策略，進(jìn)而控制燃燒噪聲，并能兼顧經(jīng)濟(jì)性和排放。共軌式噴油裝置是柴油機(jī)電子控制使用廣泛和成熟的裝置。其優(yōu)點(diǎn)除噴油壓力可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速外，還能實(shí)現(xiàn)噴油率波形的自由選擇，使用該裝置后的噪聲水平得到很大的改善。

9、隔熱活塞控制

      采用隔熱活塞可提高燃燒室壁溫度，縮短滯燃期，降低空間霧化燃燒系統(tǒng)的柴油機(jī)的燃燒噪聲。

 

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