新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組隔音罩構(gòu)成和設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

 

摘要：隔音罩是聲學(xué)降噪中最常用的措施方案，又稱靜音箱、預(yù)制式集裝箱電站等。靜音箱式柴油發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)按功能劃分，主要包括吸隔聲模塊，消聲通風(fēng)散熱系統(tǒng)，隔聲門，隔聲窗以及主體承重框架等。通常視柴油發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)場實(shí)際使用的需要和用戶的要求有所增減，比如可增加浮筑減振地板，尾氣凈化裝置，移動(dòng)拖車以及消防裝置等配置。制作方法是采用消聲 、 隔振 、 吸聲和隔聲相結(jié)合的綜合方案 ,  控制和減小柴油發(fā)電機(jī)的噪聲 ,  使柴油發(fā)電機(jī)組隔音罩達(dá)到降噪靜音的目的 。 本文通過分析柴油發(fā)電機(jī)組的各類噪聲聲源產(chǎn)生原理 ,  提出消減噪聲的措施 , 從而對靜音箱的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行探討并優(yōu)化。

 

一、靜音機(jī)組噪聲分析

 

      柴油發(fā)電機(jī)組可以作為主用電源、備用電源或應(yīng)急電源，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的諸多領(lǐng)域。但是柴油發(fā)電機(jī)組在工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲非常大（90 dB（A）~120 dB（A），離機(jī)組1 m處），直接影響了人們的工作和生活，迫切需要噪聲小的發(fā)電機(jī)組，為此靜音型柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)運(yùn)而生。靜音型柴油發(fā)電機(jī)組就是將機(jī)組安置于隔音罩內(nèi)，通過隔聲、吸聲、消聲、隔振等技術(shù)措施有效地阻止或減弱噪聲向外傳播，將噪聲源的噪聲控制在箱體內(nèi)部，從而降低其對外界的影響。隔音罩同時(shí)具備防雨、降噪功能，因而其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，本文對柴油發(fā)電機(jī)組隔音罩的消音降噪結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析探討。

      為有效控制機(jī)組的噪聲，首先分析機(jī)組噪聲的產(chǎn)生及其分布，以便有針對性地采用噪聲控制技術(shù)。柴油發(fā)電機(jī)組主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、散熱水箱、公共底座等部件組成，從噪聲產(chǎn)生的原因和部位上來分，發(fā)電機(jī)組噪聲主要是由排氣噪聲、機(jī)械噪聲、燃燒噪聲、冷卻風(fēng)扇和排風(fēng)噪聲和進(jìn)風(fēng)噪聲、發(fā)電機(jī)噪聲等6類噪聲源匯集而成的綜合聲源。

      普通柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，在距離機(jī)組1 m處的噪聲平均值在120dB（A）左右，根據(jù)其傳播路徑（或噪聲控制區(qū)域）可歸納為以下三種噪聲：排氣噪聲、排風(fēng)噪聲和進(jìn)氣噪聲。消減噪聲的措施也相應(yīng)地分為排氣降噪、排風(fēng)降噪和進(jìn)氣降噪。柴油發(fā)電機(jī)組噪聲控制區(qū)域如圖1所示，在不帶隔音罩之前的設(shè)備安裝示意圖如圖2所示。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組隔音罩噪聲控制區(qū)域

圖2  柴油發(fā)電機(jī)組的安裝示意圖（不帶隔音罩）

 

二、靜音機(jī)組的方案設(shè)計(jì)

 

      靜音機(jī)組的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮如下幾個(gè)方面：

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      隔音罩需要根據(jù)發(fā)電機(jī)組的尺寸和性能要求而設(shè)計(jì)相對密閉的具有防雨和降噪功能的箱體，其框架結(jié)構(gòu)一般根據(jù)發(fā)電機(jī)組外形尺寸、機(jī)組功率、降噪要求和使用環(huán)境要求決定，常見的結(jié)構(gòu)形式有標(biāo)準(zhǔn)集裝箱式和折板式。集裝箱式隔音罩結(jié)構(gòu)常采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱改造成隔音罩安裝發(fā)電機(jī)組，輔助隔聲降噪措施，其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。折板式隔音罩依據(jù)柴油發(fā)電機(jī)組的外形結(jié)構(gòu)采用鋼板制作的隔聲箱體（罩殼），輔助隔聲降噪措施，并安裝隔聲檢修門以及隔聲觀察窗，其結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。需根據(jù)技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性合理選擇隔音罩框架結(jié)構(gòu)，比如功率較大機(jī)組或者需要船運(yùn)的項(xiàng)目或者需出口的項(xiàng)目，優(yōu)先選用集裝箱結(jié)構(gòu)；要求空間小或成本低的項(xiàng)目，可以選擇折板式結(jié)構(gòu)。

 

圖3  集裝箱式柴發(fā)機(jī)組靜音箱結(jié)構(gòu)

圖4  折板式柴發(fā)機(jī)組靜音箱結(jié)構(gòu)

 

2、通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

      柴油發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的燃油有部分熱量損耗輻射到周圍的空氣中，提高了隔音罩內(nèi)的溫度，影響了發(fā)電機(jī)組的性能。隔音罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按發(fā)電機(jī)組燃燒和散熱需要的風(fēng)量計(jì)算通風(fēng)所需的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)截面面積，保證箱體內(nèi)足夠的通風(fēng)量，并且通過合理布置進(jìn)、排風(fēng)口的位置使發(fā)電機(jī)組得到最好的冷卻效果，特殊情況可考慮強(qiáng)制送風(fēng)。

3、隔聲和吸聲計(jì)算及設(shè)計(jì)

      利用隔聲構(gòu)件（墻體、門窗等）將噪聲源和接受者隔開，在噪聲的傳播路徑上降低噪聲污染的技術(shù)稱為隔聲技術(shù)。通常采用的設(shè)置聲屏障、隔音罩、隔聲間等聲學(xué)措施就屬于隔聲技術(shù)，其可降低噪聲20dB（A）~50dB（A）。

      當(dāng)聲波入射到兩種媒質(zhì)的分界面時(shí)將會(huì)發(fā)生反射、透射現(xiàn)象，不同的材料對聲波的透射效果不同，透射能力越小，隔聲量越大，隔聲性能越好。物體的隔聲量R與構(gòu)件的面密度m（kg/m2）和聲波激發(fā)頻率f（Hz）的關(guān)系為:

R=20lgm+20lgf-42.5..............（公式1）

      由公式（1）可知，對于某一固定頻率，構(gòu)件的隔聲量是隨著面密度的增加而增加的，因此箱體壁板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇面密度相對較大的材料。實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，常以平均隔聲量計(jì)算壁板的隔聲量，把隔聲量按主要的入射聲頻率（100 Hz～3200 Hz）求平均，用平均隔聲量R表示，其計(jì)算公式為：

R=13.5lgm+14 m≤200

R=16lgm+8 m>200..............（公式2）

      由公式（2）可知，平均隔聲量與面密度緊密相關(guān)，而根據(jù)實(shí)際隔聲量的需求可大致確定壁板的材料和厚度。

      在進(jìn)行隔聲處理的同時(shí)，大量的聲波被反射回箱體內(nèi)部，從而降低壁板的隔聲效果。因此在進(jìn)行隔聲處理的同時(shí)還要在壁板內(nèi)側(cè)貼附吸聲材料，從而對內(nèi)部噪聲進(jìn)行吸聲處理，有效降低總體噪聲級。

      聲波在傳播過程中遇到各種固體材料時(shí)，一部分聲能被反射，一部分聲能進(jìn)入到材料內(nèi)部被吸收，還有很少一部分聲能透射到另一側(cè)。通常將入射聲能E；和反射聲能E，的差值與入射聲E；之比值稱為吸聲系數(shù)，記為α，即：

α=（E_i-E_r）/E_i..............（公式3）

      吸聲系數(shù)α的取值在0~1之間，α在0.2以上的材料被稱為吸聲材料，α在0.5以上的材料就是理想的吸聲材料。吸聲系數(shù)α的值與入射聲波的頻率有關(guān)，同一材料不同頻率的聲波其吸聲系數(shù)有不同的值；不同材料的吸聲系數(shù)不同，其吸聲效果也不同。箱體吸聲降噪量ΔLp計(jì)算公式為：

ΔLp=10lg（ā₁/ā₂）..............（公式4）

其中：ā?、ā?分別為箱體表面經(jīng)處理前、后的平均吸聲系數(shù)。

      箱體內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù)計(jì)算公式為：

ā=Σα_iS_i..............（公式5）

其中：S_i為第i個(gè)表面的面積，m²；S為箱體內(nèi)表面面積的總和，m²。

      如現(xiàn)場條件比較復(fù)雜，平均吸聲系數(shù)a難以準(zhǔn)確計(jì)算時(shí)，可以利用吸聲系數(shù)與混響時(shí)間即衰減60 dB所需要的時(shí)間Tso計(jì)算，其關(guān)系為：

T60=0.161V/S•ā..............（公式6）

其中：V為箱體容積，m³。

      則公式（4）可簡化為：

ΔLp=10lg（T₁/T₂）..............（公式7）

其中：T?、T?分別為吸聲處理前、后的混響時(shí)間。

      在吸聲降噪過程中，常采用多孔吸聲材料（如礦棉或硅酸鋁棉等）、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)和微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)減噪的目的。發(fā)電機(jī)組用隔音罩常采用穿孔板結(jié)合吸聲材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖5所示。對門進(jìn)行加厚和密封處理，對觀察窗采用雙層玻璃結(jié)構(gòu)并進(jìn)行密封處理，最大限度地密封了噪聲，有效地解決了噪聲從門、窗和空隙中傳出的問題，同時(shí)逃生門鎖還需要具備內(nèi)部開啟功能。

4、進(jìn)、排風(fēng)口噪聲處理

      為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作以及給機(jī)組本身創(chuàng)造良好的散熱條件，機(jī)組的進(jìn)風(fēng)通道必須能夠使進(jìn)風(fēng)順暢地進(jìn)入隔音罩，進(jìn)風(fēng)量必須大于機(jī)組的空氣消耗量與排風(fēng)量之和，但同時(shí)機(jī)組的機(jī)械噪聲、氣流噪聲也會(huì)通過這個(gè)進(jìn)風(fēng)通道輻射到隔音罩外面。

      發(fā)電機(jī)組風(fēng)扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成的，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)而產(chǎn)生；渦流噪聲是由于風(fēng)扇運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的周圍空氣發(fā)生渦流脫體，使空氣發(fā)生擾動(dòng)，形成氣體的壓縮與稀疏過程而形成的，是一個(gè)寬頻噪聲。發(fā)電機(jī)組的排風(fēng)噪聲、氣流噪聲、風(fēng)扇噪聲、機(jī)械噪聲等也都是通過排風(fēng)通道輻射出去的。

      由于隔音罩箱體采取自然進(jìn)風(fēng)（特殊情況采用強(qiáng)制送風(fēng)）和強(qiáng)制排風(fēng)，因此按照區(qū)域劃分為進(jìn)氣噪聲區(qū)和排風(fēng)噪聲區(qū)。為防止噪聲從進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)道向外傳播，進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)口均必須安裝消聲系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇排風(fēng)量和空氣燃燒量，可以計(jì)算進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)量并設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)消聲通道，即設(shè)計(jì)折板式阻性消聲器，起到進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)消聲作用。折板式阻性消聲器是在消聲器內(nèi)壁或通道空間安裝吸聲材料（硅酸鋁棉）或吸聲結(jié)構(gòu)，利用聲波在多孔性吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)中傳播，因摩擦將聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，使沿管道傳播的噪聲隨距離而衰減，從而達(dá)到消聲的目的。在消聲器片出口處安裝百葉窗（或電動(dòng)百葉窗）避免雨水進(jìn)入。

      阻性消聲器的降噪量與吸聲材料的聲學(xué)性能、氣流通道周長、斷面面積以及管道長度等因素有關(guān)，A.N．別洛夫由一維理論推導(dǎo)出長度為?的消聲器的降噪量ΔL為：

ΔL=φ（α₀）•L•?/S?..............（公式8）

其中：φ（α₀）為消聲系數(shù)；?為消聲器有效部分長，m；L為消聲器的通道斷面周長，m；S?為消聲器的有效橫截面面積，m²。

      由公式（8）可推導(dǎo)出阻性消聲器長度?為：

?=ΔL•S?/φ（α₀）•L..............（公式9）

 

圖5  柴油發(fā)電機(jī)組靜音箱隔聲板結(jié)構(gòu)

圖6  靜音發(fā)電機(jī)組進(jìn)排風(fēng)消聲系統(tǒng)

 

5、柴油發(fā)電機(jī)組噪聲的控制

      由于柴油發(fā)電機(jī)組排氣（煙）噪聲級別最強(qiáng)，排氣管路是機(jī)組最大的噪聲擴(kuò)散源，在排氣管上安裝消聲器是最直接有效的手段。整個(gè)排氣（煙）系統(tǒng)的總阻力P計(jì)算公式為：

P=P_?+P?..............（公式10）

其中：P_?為排氣（煙）管的背壓；P?為消聲器的背壓。

      排氣（煙）管的背壓計(jì)算公式為：

P_?=6.32L?×Q²/｛D⁵×（t+273）｝

其中：L?為排氣直管當(dāng)量總長度，當(dāng)排氣系統(tǒng)中采用彎管時(shí)，應(yīng)將彎管折算成直管的當(dāng)量長度，m；Q為廢氣流量，m³/s；D為排氣管直徑，m；t為排氣（煙）溫度，℃。

      發(fā)電機(jī)組的最大允許排氣背壓為一定值（可查發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表），由公式（11）可知，設(shè)計(jì)排氣（煙）管路時(shí)，盡可能減小管路排氣背壓，通常采用降低排氣通道中各部件的氣流速度、少用彎頭，并擴(kuò)大排氣管直徑的方法。可采取在常規(guī)抗性消聲器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)阻性消聲器形成兩級擴(kuò)張式消聲器，或者直接在柴油發(fā)電機(jī)組的排氣（煙）口安裝阻抗復(fù)合式消聲器，對發(fā)電機(jī)組的排氣（煙）噪聲進(jìn)行處理，同時(shí)對箱體內(nèi)的排氣（煙）管路進(jìn)行隔熱包扎，以減少排氣（煙）系統(tǒng)熱輻射對箱體的溫升作用。在發(fā)電機(jī)排氣彎頭與管路連接的位置須安裝波紋管，吸收和補(bǔ)償排氣（煙）管的熱脹冷縮、防止剛性件破裂。消聲器的選擇必須滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排氣（煙）背壓的要求，消聲器會(huì)使排氣（煙）管路的排氣阻力增大，將影響柴油發(fā)電機(jī)組的使用性能。經(jīng)測量可知，安裝阻抗復(fù)合式消聲器后的排氣（煙）噪聲（排氣管出口1m處）可降低25 dB（A）～30 dB（A）。

6、柴油發(fā)電機(jī)組隔振設(shè)計(jì)

      針對發(fā)電機(jī)組的固有頻率，在發(fā)電機(jī)組的合適位置放置橡膠減振器/墊，以減少機(jī)組振動(dòng)對基礎(chǔ)或建筑物的損壞以及通過振動(dòng)而傳播噪聲。發(fā)電機(jī)組的隔振一般采用橡膠減振器，發(fā)電機(jī)通過橡膠減振器安裝在機(jī)組底座上，機(jī)組底座與隔音罩底板之間配置高效減振膠墊（或彈簧減振器），對機(jī)組進(jìn)行二次隔振處理。

7、供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      柴油發(fā)電機(jī)組可配置滿足機(jī)組全負(fù)荷運(yùn)行8h所需的底座油箱。底座油箱與發(fā)電機(jī)組的進(jìn)、回油接口用高壓軟油管進(jìn)行連接，進(jìn)油管路設(shè)置過濾器。大功率機(jī)組需考慮單獨(dú)的日用油箱供油。

8、消防、配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      根據(jù)用戶需求配置機(jī)組自動(dòng)消防氣體滅火系統(tǒng)，配備滅火器、消防應(yīng)急燈、防火閥等消防設(shè)備設(shè)施；根據(jù)用戶需求，配置對外供電接口（接線箱），并安裝照明系統(tǒng)。

 

三、隔音罩的制作及注意事項(xiàng)

 

1、隔音罩的制作

       吸隔聲模塊是隔音罩最基本也是最重要的組成部分，在其他組成部分性能恒定的情況下（密封性良好），吸隔聲模塊的聲學(xué)性能直接決定隔音罩的降噪效果。通俗的來講，如果隔音罩要取得達(dá)到某一數(shù)值降噪量的效果，那么吸隔聲模塊的整體吸隔聲效果就必須要大于這一數(shù)值。因此吸隔聲模塊的結(jié)構(gòu)，是設(shè)計(jì)隔音罩，保證其達(dá)到設(shè)計(jì)降噪效果，首要考慮的因素。進(jìn)一步來講，吸隔聲模塊組成結(jié)構(gòu)的選材是隔音罩降噪應(yīng)用成功的關(guān)鍵。圖7、圖8是隔音罩的3D模擬圖。

      吸隔聲模塊結(jié)構(gòu)顧名思義，包括吸聲與隔聲兩個(gè)部分。隔聲部分主要功能是使用隔聲材料阻斷聲音傳播的空氣途徑，將噪聲的負(fù)面影響控制在隔音罩空間區(qū)域內(nèi)。吸聲部分是隔聲部分的補(bǔ)充，但是必不可少。當(dāng)聲波被隔聲材料阻斷后，就會(huì)被反射，經(jīng)過多次反射后，隔音罩空間區(qū)域內(nèi)的聲波就會(huì)疊加，使隔音罩內(nèi)的聲壓級高于噪聲源設(shè)備原有的聲壓級。通過使用吸聲材料，可最大限度的降低聲波的反射，同時(shí)衰減吸收聲波傳遞的聲能量。

      吸隔聲模塊結(jié)構(gòu)通常選用1-2mm的優(yōu)質(zhì)鍍鋅鋼板折制成型，作為隔聲材料，為了抑制鋼板的吻合效應(yīng)，在內(nèi)表面敷有一層3-5mm的阻尼涂料，來提高隔聲性能。型腔內(nèi)填吸聲棉，根據(jù)所要隔斷的噪聲聲波特性，選擇不同的容重和厚度。吸聲棉用吸聲膜包裹，防止?jié)B漏。腔外用鍍鋅穿孔板作為保護(hù)面，孔板穿孔率25%以上。 

2、隔音罩制作的注意事項(xiàng)

      隔聲降噪應(yīng)從柴油發(fā)電機(jī)組噪音的傳播途徑著手，柴油機(jī)的隔聲，有局部隔聲和整機(jī)隔聲兩種。

（1）局部隔聲

      局部隔聲指僅在噪聲輻射較強(qiáng)的表面上裝隔音罩殼。采用隔音罩殼應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

① 罩殼的固定應(yīng)有彈性，罩殼與基本結(jié)構(gòu)表面應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g隔，罩殼的自振頻率應(yīng)控制在100～300Hz以下。

② 采用阻尼涂層或?qū)訝畈牧献龈粢粽謿?，可提高隔聲效果?/span>

③ 必須注意罩殼的密封。

（2）整機(jī)隔聲

      整機(jī)隔聲就是在緊靠柴油機(jī)外表面裝一套整機(jī)隔音罩，可以使柴油機(jī)總表面噪聲降低10~35dB（A）。與局部隔聲相比，整機(jī)隔聲的優(yōu)點(diǎn)是隔聲量大，缺點(diǎn)是會(huì)使機(jī)組的外形尺寸加大，重量增加，同時(shí)需要通風(fēng)散熱。

① 轉(zhuǎn)子斜槽后，由于徑向力沿軸向長度上各處相位不同，可產(chǎn)生扭力力矩，導(dǎo)致鐵芯扭轉(zhuǎn)振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，這在大型電機(jī)及鐵芯很長的電機(jī)中應(yīng)特別注意。此外，增大電機(jī)的定子鐵芯或機(jī)座結(jié)構(gòu)阻尼，電機(jī)的定子鐵芯與機(jī)座采用彈性連接等均可降低電機(jī)的電磁噪聲。

② 增加電機(jī)定子剛度及避免機(jī)械共振增加定子鐵芯軛的厚度以增加剛度，可降低電機(jī)的振動(dòng)及噪聲。因此，多極數(shù)電機(jī)中軛厚不能單純從磁路計(jì)算觀點(diǎn)考慮。再者，應(yīng)避免機(jī)械共振，即避免主要的力波頻率與定子機(jī)座、端蓋等結(jié)構(gòu)件的固有頻率接近或吻合。

 

圖7  柴油發(fā)電機(jī)組隔音罩側(cè)視圖

圖8  柴油發(fā)電機(jī)組隔音罩正視圖

 

總結(jié)：

     現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境對噪聲要求日趨嚴(yán)格，對帶隔音罩的柴油發(fā)電機(jī)組的降噪要求也越來越高，在設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)隔音罩結(jié)構(gòu)方案時(shí)，需要綜合利用噪聲控制技術(shù)，針對柴油發(fā)電機(jī)組不同部位噪聲的特點(diǎn)，分別采用隔聲、吸聲、消聲和隔振等控制措施，合理選擇性價(jià)比高的降噪材料，充分利用靜音箱體空間來設(shè)計(jì)降噪結(jié)構(gòu)方案，可使噪聲降至75 dB（A），達(dá)到國家環(huán)境要求的標(biāo)準(zhǔn)。

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