新聞主題	柴油發(fā)電機組的振動、噪聲測試和實例試驗方法

 

摘要：振動和噪聲的測定試驗應(yīng)在發(fā)電機組空載、半載和滿載3種運行狀態(tài)下進行。帶負載時，功率因數(shù)應(yīng)為額定值（為減少室內(nèi)反射對噪聲測量結(jié)果的影響，試驗安排在室外進行時，如受負載條件所限，允許負載的功率因數(shù)為1)。取其中較差的數(shù)值作為考核數(shù)據(jù)。如對試驗結(jié)果的準確度要求不是特別嚴格時，這兩項試驗最好安排在穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整特性試驗中進行，這樣可節(jié)約時間。否則，康明斯發(fā)動機噪聲試驗應(yīng)在符合技術(shù)條件規(guī)定的場地進行測量。試驗時，除記錄振動值和噪聲值外，還應(yīng)記錄發(fā)電機組的輸出電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)及試驗環(huán)境的大氣壓、相對濕度、溫度等。

 

一、噪聲的基本測量方法

 

1、振動測定試驗

     在發(fā)電機組下列部位，沿發(fā)電機組的橫向、縱向及豎直向下三個方向選定測點進行測量。測量值的單位見該被試發(fā)電機組的技術(shù)條件（當使用振幅值時，應(yīng)注意是單振幅還是雙振幅）。取各測量數(shù)值中的最大值作為試驗結(jié)果。

（1）控制屏（安裝于電機上方者）上方；

（2）空氣濾清器上方；

（3）.油箱（安裝于發(fā)電機組上方者）上方；

（4）水箱（對水冷者）上方。

2、噪聲的測定試驗

      試驗時，發(fā)電機組安放地點可為專用的噪聲試驗室或符合GB/T1859一2000《往復(fù)式內(nèi)燃機輻射的空氣噪聲測量工程法及簡易法（內(nèi)燃機噪聲功率級的測量定準工程法）》中規(guī)定的普通試驗室或室外場地。室外場地應(yīng)平坦、空曠，在以測試中心為圓心的25m半徑圓范圍內(nèi)無大的的反射物（如圍墻、房屋或較大的設(shè)備等），環(huán)境噪聲應(yīng)比發(fā)電機組噪聲低(A)以上。試驗時，用聲級計在發(fā)電機組兩側(cè)和發(fā)電機后端1。遠處分別選定噪聲最大的3個點進行測量，每點應(yīng)重復(fù)測量三次，每兩次測量值之差不應(yīng)大于2dB（A)，否則應(yīng)重測。取三次的平均值作為一個測點測量結(jié)果，取各測點測量值的平均值作為被測發(fā)電機組噪聲的最結(jié)果。

 

圖1 靜音型機組和排氣管噪聲測試圖

二、噪聲實例試驗方法

 

      以K19系列康明斯50Hz閉式柴油發(fā)電機組為案例，機組常載功率380kW，備載功率418kW。發(fā)動機轉(zhuǎn)速1500r/min，風扇轉(zhuǎn)速1800r/min。降噪箱長4.6m，寬1.7m，高2.4m。

1、測試系統(tǒng)

      測試采用LMS SCADAS Mobile多通道振動噪聲測試系統(tǒng)，麥克風的型號為GRAS 40AE，麥克風標定器的型號為GRAS 42AB，數(shù)據(jù)分析使用LMS test.lab軟件。

2、試驗方法

      試驗依據(jù)標準ISO8528-10和SO6798-1996進行噪聲測試：距離發(fā)電機組d=1m處布置15個麥克風測試機組噪聲，分別對機組降噪箱的長寬高區(qū)域和距離排氣管外表面d=1m處的徑向布置兩個麥克風測試排氣噪聲。

3、試驗工況

      試驗利用分部運行法進行聲源分離，分離出風扇噪聲、排氣噪聲和發(fā)動機機體噪聲。使用啟停風扇的方法分離風扇噪聲，排氣口引長管至100m遠處的方法分離排氣噪聲。

4、噪聲測試結(jié)果

（1）試驗機組常用功率為380kW，歐盟要求機組在75%常用載荷下的噪聲排放不得超過98分貝（A計權(quán)聲功率級）。聲壓級和聲功率計均為A計權(quán)平均值，數(shù)據(jù)均處理為1/3倍頻程形式。

（2）工況1測試結(jié)果，75%常用載荷下機組1m聲壓級為84.9分貝，聲功率級為104.7分貝，超過限值6.7分貝，不滿足歐盟標準要求。

（3）對采集的數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，得到噪聲頻譜。工況1是發(fā)電機組的噪聲頻譜，機組在中高頻的寬頻帶噪聲能量較高，且在160Hz，250Hz，500Hz，800Hz處分別有較高的尖峰，如圖 2 所示。

 

 

1、風扇噪聲

（1）風扇噪聲主要分為葉片通過噪聲和渦流噪聲。風扇旋轉(zhuǎn)時，葉片周期性切割空氣，引起周圍空氣壓力脈動產(chǎn)生的噪聲稱為葉片通過噪聲，其特征頻率如下：

（2）渦流噪聲是指風扇旋轉(zhuǎn)時，葉片帶動周圍空氣產(chǎn)生渦流，由于粘滯力的作用，渦流又分裂為一系列小渦流，渦流和渦流分裂使空氣產(chǎn)生擾動，空氣不斷的壓縮與稀疏，從而形成寬頻噪聲。

（3）試驗機組的冷卻風扇轉(zhuǎn)速1800r/min，9個葉片，葉片通過噪聲的特征頻率為270Hz。由于數(shù)據(jù)均已處理成1/3倍頻程數(shù)據(jù)，因此250Hz尖峰實際是270Hz的風扇葉片通過噪聲，500Hz和800Hz噪聲分別是葉片通過噪聲的2階和3階諧波分量，如圖3所示。

    通過啟停風扇的方法，分離風扇噪聲。由工況2和4可知，當風扇停止運行時，中高頻的寬頻噪聲從（70～75）分貝降低到約60分貝，250Hz/500Hz/750Hz的葉片通過噪聲消失。關(guān)停風扇后，機組1m處的聲壓級從84.9分貝降低到75.6分貝，如圖2所示。

2、機體噪聲和排氣噪聲

      發(fā)動機的機體噪聲是由于燃燒室內(nèi)氣壓急劇上升，致使發(fā)動機各部件振動而引起的噪聲。排氣系統(tǒng)噪聲主要由周期性的脈動噪聲，渦流噪聲和空氣柱共鳴噪聲組成。排氣噪聲的低頻部分由周期性的脈動氣流產(chǎn)生，與發(fā)動機機體噪聲的頻率重疊。6缸發(fā)動機燃燒激勵頻率主要是3階和6階，轉(zhuǎn)速1500r/min，即75Hz和150Hz，與80Hz和160Hz相對應(yīng)，該噪聲由發(fā)動機機體噪聲和排氣噪聲共同組成，如圖3所示。

      為了識別發(fā)動機噪聲，使用排氣管尾端加裝長管的方法，將排氣噪聲與發(fā)動機噪聲分離。由工況3和工況4可知，當把排氣引走時，機組在160Hz處的聲壓級為71.3分貝。當排氣噪聲與發(fā)動機噪聲混合在一起時，160Hz處噪聲為72.9分貝，經(jīng)計算可得，在160Hz處排氣噪聲對機組總噪聲的貢獻量為67.8分貝，如圖2所示。

      在排氣口測試的有無消聲器的噪聲數(shù)據(jù)，排氣噪聲以渦流噪聲為主，中高頻噪聲能量高，經(jīng)消聲器消聲后，中高頻的噪聲降低到65分貝以下。排氣噪聲在80Hz和160Hz處有兩個尖峰，經(jīng)消聲器消聲后，80Hz和160Hz的噪聲下降了約18分貝，如圖3所示。

3、各聲源貢獻量

      75%常用載荷下，機組1m處聲壓級為84.9分貝，由工況2和3可計算出風扇噪聲貢獻量為83.8分貝，由工況3和4可計算出發(fā)動機機體噪聲貢獻量為75.6分貝，排氣噪聲貢獻量為70.6分貝。機組內(nèi)噪聲源排序依次為：冷卻風扇，發(fā)動機機體，排氣，如圖4所示。

 

圖3 柴油發(fā)電機排氣噪聲頻譜

圖4 柴油發(fā)電機組各聲源貢獻示意圖

 

三、降噪技術(shù)與措施

 

      根據(jù)上節(jié)聲源排序的結(jié)果，風扇噪聲貢獻量最大，且低頻的風扇噪聲較難處理，考慮從聲源處降低風扇噪聲。

1、降低風扇轉(zhuǎn)速

      為滿足冷卻要求，保持風量基本不變，選擇將風扇轉(zhuǎn)速從1800r/min降低至1350r/min，風扇直徑從850mm增加至880mm，同時將風扇螺旋角從30°增加至45°。工況1與工況7是改變風扇后的測試數(shù)據(jù)，機組1m處聲壓級從84.9分貝降低到79.6分貝，降低了5.3分貝。風扇的葉片通過頻率從250Hz偏移到200Hz，風扇400Hz的2階通過噪聲依然有較高的峰值，中高頻的風扇渦流噪聲大大降低。

2、機體噪聲和排氣噪聲

      發(fā)動機機體噪聲主要集中在低頻的80Hz和160Hz，對應(yīng)發(fā)動機的3階和6階。根據(jù)經(jīng)驗，3階和6階噪聲一般由發(fā)動機振動產(chǎn)生，考慮降低發(fā)動機振動的傳遞。更換較軟的減振墊后，此時風扇處于關(guān)停狀態(tài)，排氣噪聲已隔離。80Hz處發(fā)動機的3階噪聲從63.3分貝降低到了58.8分貝，160Hz噪聲從71.3分貝降低到68.5分貝。機組平均聲壓級從75.6分貝降低到了74.5分貝，降低了1.1分貝。

      經(jīng)過上述的降噪措施，機組噪聲在160Hz，200Hz和400Hz處仍有尖峰，為此，將消聲器增加Helmholtz諧振腔，加強對160Hz處的降噪，增加冷卻系統(tǒng)排風腔內(nèi)吸音棉的厚度，從原來的40mm增加至100mm。機組最終的噪聲測試。結(jié)果表明，經(jīng)一系列降噪措施后，風扇葉片通過噪聲尖峰消失，160Hz低頻排氣噪聲下降1.5分貝，發(fā)動機3階噪聲尖峰減小，機組平均聲壓級降低到78.3分貝，聲功率級降低到98.1分貝，滿足CE要求。

 

總結(jié)：

      康明斯發(fā)電機公司在本文中分析了柴油發(fā)電機組各個噪聲源和傳遞機理，從噪聲源本身和傳遞路徑兩方面對噪聲進行控制，采取降低風扇轉(zhuǎn)速、更換減振墊、增加吸音棉厚度和改善消聲器性能等降噪措施，并利用試驗驗證了所提降噪優(yōu)化措施的有效性與可行性，降噪效果明顯，使康明斯發(fā)電機公司所開發(fā)的重型閉式發(fā)電機組的噪聲滿足了歐盟法規(guī)要求。

 

 

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