新聞主題	詳解柴油發(fā)電機(jī)組噪聲治理技術(shù)措施

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)因其強(qiáng)大的動(dòng)力受到廣泛應(yīng)用，但是在柴油發(fā)電機(jī)的使用過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。如果噪音大到足以分散我們的注意力，那機(jī)組噪音已經(jīng)影響到日常生活。因此，在企業(yè)生產(chǎn)的工作中，如果沒有經(jīng)過降噪處理，通常會(huì)聽到柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出來的噪聲；當(dāng)然如果機(jī)房位于地下室或者距離較遠(yuǎn)的獨(dú)立機(jī)房，可能會(huì)被我們忽略它的噪聲，但是大部分或多或少會(huì)影響工作人員的狀態(tài)。康明斯公司在本文中對(duì)于機(jī)械噪音方面復(fù)述了國(guó)家定義和要求，并且介紹了柴油發(fā)電機(jī)組噪聲解決方法。

 

一、噪聲允許限值

 

1、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

（1）ISO標(biāo)準(zhǔn)

      國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）曾提出為保護(hù)人耳聽力，在每天工作8h情況下允許的連續(xù)噪聲為90dB（A）；工作時(shí)間為4h，允許值可提高3dB（A）；任何情況下都不允許超過115dB（A）。

（2）美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（EPA）：

      美國(guó)EPA制定了針對(duì)不同地區(qū)和用途的噪音限制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)EPA標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)房的噪音限制通常是以分貝（dB）為單位的A聲級(jí)。具體的噪音限制取決于發(fā)電機(jī)房的用途和所在地區(qū)的規(guī)定。

（3）歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）：

      歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織（CEN）發(fā)布了針對(duì)發(fā)電機(jī)房噪音的標(biāo)準(zhǔn)EN 20014-1。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同類型發(fā)電機(jī)房的噪音限制，包括室內(nèi)和室外發(fā)電機(jī)房。

（4）國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）：

      IEC發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)IEC 60034-9針對(duì)發(fā)電機(jī)組的噪音進(jìn)行了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)定義了發(fā)電機(jī)組的聲功率級(jí)別和聲壓級(jí)別，并提供了相應(yīng)的測(cè)試方法。

2、國(guó)標(biāo)要求

（1）對(duì)柴油機(jī)噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)在1986年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB259-86《中小功率柴油機(jī)噪聲限值》（1987年3月1日實(shí)施）。對(duì)單缸機(jī)規(guī)定，水冷式標(biāo)定功率Neb≤9.5kW（約13馬力），噪聲功率極限值Lω（A）≯107dB（A）；Neb>9.5kW，限值Lω（A）≯109dB（A）；風(fēng)冷機(jī)限值Lω（A）≯110dB（A）。

（2）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12348-90和GB 12349-90對(duì)環(huán)境噪聲的要求：二類標(biāo)準(zhǔn)（適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū)）晝間60dB(A)、夜間50dB(A)；三類標(biāo)準(zhǔn)（適用于工業(yè)區(qū)）晝間65dB(A)、夜間55dB(A)。

      據(jù)估算，非增壓四沖程柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲比表面噪聲大5～6dB，增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲往往是發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)最強(qiáng)的噪聲源。進(jìn)氣噪聲與進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲主要與增壓器的壓氣機(jī)有關(guān)。非增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲隨轉(zhuǎn)速的提高而迅速增強(qiáng)，但與負(fù)荷的變化基本上無關(guān)。這是由于轉(zhuǎn)速提高后，吸入空氣的流速增大，進(jìn)氣管入口處空氣壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度和頻率隨之提高的原因。

 

二、機(jī)械噪聲定義和分類

 

1、機(jī)械噪聲

      機(jī)械噪聲，指的是由于柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機(jī)械部件和殼體產(chǎn)生振動(dòng)而輻射噪聲。機(jī)械噪聲按聲源的不同可分為 3類：空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)械性噪聲、電磁性噪聲。

（1）機(jī)械噪聲是由于柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機(jī)械部件和殼體等發(fā)聲體產(chǎn)生無規(guī)律振動(dòng)而輻射出的噪聲。

（2）機(jī)械噪聲的特性（如聲級(jí)大小、頻率特性和時(shí)間特性等）與激發(fā)力特性、物體表面振動(dòng)的速度、邊界條件及其固有的振動(dòng)模式因素有關(guān)。

（3）提高機(jī)器制造的精度，改善機(jī)器的傳動(dòng)系統(tǒng)，減少部件間的撞擊和摩擦，正確地校準(zhǔn)中心調(diào)整好平衡，適當(dāng)?shù)靥岣邫C(jī)殼的阻尼等，都可以使機(jī)械振動(dòng)盡可能地減低，這也是從聲源上降低噪聲的辦法。

2、機(jī)械噪聲按聲源的不同的分類

（1）空氣動(dòng)力性噪聲：

      由氣體振動(dòng)產(chǎn)生，如排煙管、排風(fēng)等產(chǎn)生的噪聲。

（2）機(jī)械性噪聲：

      由固體振動(dòng)產(chǎn)生，如齒輪、軸承和殼體等振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；

（3）電磁性噪聲：

      由電磁振動(dòng)產(chǎn)生，如發(fā)電機(jī)等產(chǎn)生的噪聲。

 

三、機(jī)房控制噪聲原理

 

      金屬?gòu)椈蓽p振器是一種應(yīng)用很廣的隔振裝置，其力學(xué)性能穩(wěn)定，能承載較重載荷，壓縮范圍寬，而且系統(tǒng)的固有頻率低，因此，在大機(jī)組的隔振，明顯地優(yōu)于其他種類的隔振元件。缺點(diǎn)是自身固有阻尼小，容易傳遞高頻振動(dòng)，有可能使系統(tǒng)共振。

② 橡膠減振器

      橡膠減振器也是工程上常用的一種隔振裝置。橡膠適用于受壓場(chǎng)所，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，安裝方便。但橡膠隔振器導(dǎo)熱性差，隨著使用期的增加而變硬，因此，在選用橡膠減振器時(shí)，應(yīng)選用耐油耐酸堿型。

      在機(jī)房安裝中，以下地方需隔振處理：機(jī)組與基礎(chǔ)、機(jī)組與連接的管道、管道（一次消聲器）與樓板的固定。

2、吸聲

①  聲波在傳播過程中，遇到各類材料時(shí)，會(huì)發(fā)生一部分聲能被反射，一部分聲能被吸收現(xiàn)象。通過對(duì)聲能的吸收，降低機(jī)房?jī)?nèi)的混響聲，從而達(dá)到整體降低噪聲的效果。

② 利用吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)來吸收聲能以降低噪聲。某種材料或結(jié)構(gòu)具有吸收聲能的能力，則這材料或結(jié)構(gòu)就稱為吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)的種類，主要有多孔材料、亥姆霍茲共振器、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)（包括微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)）、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、柔順材料等。

③ 發(fā)電機(jī)組的噪聲級(jí)一般在94dB@7m，安裝于四面光滑的機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房?jī)?nèi)的噪聲級(jí)可達(dá)到103～105dB（A）@1m，因此，在機(jī)房的四周墻體及天花作吸聲體，吸收部分聲能，減少由于聲波反射產(chǎn)生的混響聲。

3、消聲

      在聲波入射到多孔材料時(shí)，即可激起小孔或纖維的空氣運(yùn)動(dòng)，緊靠孔壁或纖維表面的空氣，因孔壁的影響，產(chǎn)生粘滯作用，使聲波與多孔材料產(chǎn)生摩擦使聲能轉(zhuǎn)化熱能，從而得衰減。機(jī)房作為一個(gè)相對(duì)密閉的環(huán)境，進(jìn)、排風(fēng)口作阻性消聲器，降低噪聲的外泄。消聲器的消聲量可達(dá)25dB/米。

4、隔聲

      隔聲即用構(gòu)件將噪聲源和接收者分開，隔離空氣噪聲的傳播，從而降低噪聲污染程度。  其原理是聲波在空氣傳播過程中，因擴(kuò)散與障礙物的阻擋作用，聲能影響局限于聲源附近，從而起到隔絕噪聲源的作用。采用適當(dāng)隔聲設(shè)施，能降低噪聲級(jí)20dB（A）～50dB（A）。這些設(shè)施包括隔墻、隔聲間、隔聲罩、隔聲門（如圖3所示）和隔聲窗（如圖4所示）等。

 

圖3  發(fā)電機(jī)房隔聲門結(jié)構(gòu)示意圖

圖4  發(fā)電機(jī)房觀察窗隔音措施示意圖

 

四、治理措施

 

      根據(jù)康明斯發(fā)電機(jī)組噪聲治理原則，經(jīng)過綜合分析，采用下列噪聲治理措施。

1、機(jī)房土建要求

      發(fā)電機(jī)房總體布置如圖5和圖6所示。由柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲頻譜可知，要達(dá)到噪聲治理要求，機(jī)房的墻及屋頂?shù)母袈暳勘仨氝_(dá)到65（A）的要求。由有關(guān)資料可知，采用240mm磚墻、雙面抹灰，隔聲量可達(dá)52.6（A），雖然達(dá)不到上述要求，但其不足部分可通過發(fā)電機(jī)組機(jī)房室內(nèi)吸聲來實(shí)現(xiàn)。

 

圖5  柴油發(fā)電機(jī)房布置俯視圖

圖6  柴油發(fā)電機(jī)組降噪措施布置圖

 

2、消防門的隔音處理

      為減少噪聲，隔聲門宜采用雙層鋼板，內(nèi)側(cè)進(jìn)行阻尼處理，內(nèi)填充吸聲材料，并做成門斗形式，采用兩個(gè)隔聲門。

3、室內(nèi)的吸聲處理

      由于柴油發(fā)電機(jī)組安裝在密閉式的房間內(nèi)，因此其混響聲比較嚴(yán)重，必須在室內(nèi)作吸聲處理。頂部加吸聲吊頂，四周采用厚巖棉，作吸聲材料，容重80~100kg/m3，中空，外加微穿孔鋁板，吸聲面積約占室內(nèi)總面積的70％，經(jīng)估算其吸聲量約為12dB（A），這樣可彌補(bǔ)隔墻隔聲量的不足。

4、進(jìn)、排風(fēng)道的消聲設(shè)計(jì)

      一般柴油發(fā)電機(jī)組排風(fēng)量為8000m3/h左右，進(jìn)風(fēng)量為100000m3/h左右，為了提高進(jìn)、排風(fēng)的消聲效果，在設(shè)計(jì)消聲道尺寸時(shí)，應(yīng)保證進(jìn)、排風(fēng)的速度小于5m/s，以減少再生噪聲的影響。本設(shè)計(jì)采用片式長(zhǎng)方形消聲結(jié)構(gòu)，為了消除低頻噪聲，消聲片厚度取100mm，消聲道的長(zhǎng)度取5400mm，氣流通道寬度取200mm，吸聲材料為巖棉板，密度為80、100kg/m3。

      按吸聲材料、吸聲系數(shù)、消聲器長(zhǎng)度、通流截面等計(jì)算平均消聲量為63.6dB（A）。考慮到室內(nèi)消聲處理，其進(jìn)排風(fēng)道消聲量基本滿足消聲要求。

5、排氣消聲器的設(shè)計(jì)

      柴油機(jī)的排氣噪聲是整機(jī)噪聲中貢獻(xiàn)最大的聲源。由于排氣流為高溫、高壓、高速氣流，要求消聲器具有擴(kuò)散、降速、變頻或改變噴注氣流參數(shù)等功能，才能使其具有明顯的降噪效果。根據(jù)理論估算，消聲器的消聲量約為32.2dB（A），不能滿足消聲要求。再考慮到低頻消聲，故再增加兩級(jí)擴(kuò)張式消聲器。由于機(jī)組排氣噪聲峰值頻率為200Hz，另外考慮到低頻段的影響，取兩級(jí)擴(kuò)張室的中心頻率分別是125Hz和200Hz。經(jīng)理論估算，兩級(jí)擴(kuò)張室消聲器消聲量為40dB（A）左右，這樣排氣消聲量總值約為75dB（A），基本滿足消聲量要求。普通的消聲器外形如圖7所示，還有一些將催化器和消聲器合為一體的復(fù)合式消聲器，如圖8所示。

 

圖7  標(biāo)準(zhǔn)型排氣煙筒模型圖

圖8  阻抗復(fù)合式消聲器結(jié)構(gòu)圖.

 

6、地基隔振處理

      由于該發(fā)電機(jī)組距居民樓很近，發(fā)電機(jī)組工作時(shí)振動(dòng)很大，直接影響到居民生活和休息，必須進(jìn)行基礎(chǔ)隔振處理。原發(fā)電機(jī)組所帶金屬?gòu)椈筛粽衿鞑荒軡M足要求，本設(shè)計(jì)采用質(zhì)量隔振原理，制造一個(gè)大于發(fā)電機(jī)組質(zhì)量4倍的剛性基礎(chǔ)，機(jī)組安裝在基礎(chǔ)上，基座系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)四周采用隔振溝，基礎(chǔ)底部也采用10cm厚油毛氈進(jìn)行隔振處理。基礎(chǔ)經(jīng)雙層隔振處理后，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組工作時(shí)，在居民樓一層樓處，基本感覺不到有振動(dòng)。

 

總結(jié)：

      康明斯發(fā)電機(jī)公司根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)噪聲綜合治理后，發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其室內(nèi)噪聲可以從原來的115dB（A）下降到90dB（A）以下，室外噪聲由115dB（A）下降為60dB（A）以下。在一般情況下，發(fā)電機(jī)組的噪聲治理與機(jī)房的土建結(jié)構(gòu)一起考慮，是發(fā)電機(jī)組噪聲治理一種較經(jīng)濟(jì)和有效的途徑。通過采用以上治理措施，不但使室外噪聲級(jí)達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)室內(nèi)噪聲也有明顯下降。

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