新聞主題	發電機房設備減震和隔聲降噪措施

 

摘要：在了解柴油發電機組主要噪聲源和降噪方案的設計原則后，就可以針對發電機組的各噪聲源制定出相應治理措施。從噪聲的頻譜分析可分為低、中、高頻三種，處理的辦法是將其噪聲進行隔斷、衰減，以達到在發電機房外噪聲能符合相應的要求。為了降低發電機組運行時對環境和操作者的影響，首先應對發電機組運行排煙的噪聲源采取降噪措施，同時對機房的建筑設計應有必要的吸聲、隔聲措施。根據相應環境的噪聲標準來降低發電機組的噪聲，無須要求過高，避免由此會引起不必要的過高花費。

 

      隨著工業的發展和對環境要求的不斷提高，噪聲已經成為一個主要污染源，它與空氣污染及水污染一起被列為當今世界三大主要污染源。因為有許多不同種類的力作用在高功率具有多振動源，寬頻帶和復雜模式的特性。發動機的主要噪聲分為空氣動力噪聲和機制噪音。一般來說，發動機的噪聲有空氣動力噪聲和機械噪聲。空氣動力噪聲包括排煙噪聲，進氣噪聲和燃燒噪聲等.機械噪音的作業噪聲，是由曲柄鏈接和齒輪嚙合和定時裝置，與振動的不平衡慣性力造成的。因為發動機是一個多噪聲源的系統，因此運用可行性的方法和路徑找到其主要噪聲源系統才是重要的。針對某些高率柴（ 8缸發動機）振動和噪聲進行了分析。在柴油機噪聲分析中應用頻譜分析和相干函數的噪聲信號是用來識別噪聲源，頻率響應曲線的噪音。控制這一特定的柴油發動機振動和噪聲是必要的基礎。

 

一、柴油機輻射噪聲

 

1、柴油機表面輻射噪聲

      柴油機表面具有代表性節點的輻射聲壓級頻譜。從圖1、圖2中可以看出柴油機各部位表面聲壓級各頻率下的分布情況。

（1）柴油機表面聲壓級最高的部位為油底殼。尤其是油底殼的后側板和后底板，其表面聲壓級高達120dB 左右，其中后側板聲壓級的峰值為450Hz和1250Hz兩個頻率； 后底板聲壓級的峰值出現在350Hz和1250Hz兩個頻率。油底殼前底板由于具有加強筋結構，因此其表面聲壓級比后底板小5dB左右。從圖1中還可以看出，相比之下油底殼左側板大于右側板的表面聲壓級。

（2）從圖2中看出，機體的前裙部在低頻時表面聲壓級要大于后裙部，而在高頻時表面聲壓級要小于后裙部。這是因為后裙部的剛度要大于前裙部，其主要共振頻率比較高。缸蓋的聲輻射能量主要集中在1000Hz以下，其表面聲壓級也較大，在115dB 左右，因此，這個區域是控制缸蓋輻射噪聲的主要頻段。

 

圖1 油底殼的后側板和后底板表面節點聲壓級頻譜.

圖2 機體的裙部表面節點聲壓級頻譜

 

2、柴油機聲功率計算分析

      通過對柴油機的輻射噪聲計算，得到了柴油機表面輻射聲功率譜和聲場的輻射聲功率譜，如圖3所示。根據該頻譜可以得到柴油機表面總的聲功率級為118. 4dB，聲場的總聲功率級為107. 5dB。從柴油機表面輻射聲功率譜上看，在350Hz、850Hz和1250Hz時輻射噪聲出現峰值。從聲場的輻射聲功率譜上看，在300Hz、600Hz、850Hz和1250Hz時出現峰值。這確定了對輻射噪聲貢獻較大的頻率，指出了改進設計的方向。

 

圖3 柴油機表面和聲場的輻射聲功率頻譜

 

 

 

二、排煙噪聲治理

 

      排煙噪聲是發動機空氣動力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發動機整機高10～15dB（A），是首先要進行降噪控制的部分。消聲器是控制排煙噪聲的一種基本方法。正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排煙噪聲減弱30～40dB（A）以上。

1、根據消聲原理，消聲器結構可分為阻性消聲器和抗性消聲器兩大類：

（1）阻性消聲器（也稱為工業型消聲器）

      利用多孔吸聲材料，以一定方式布置在管道內，當氣流通過阻性消聲器時，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細小纖維的震動。由于摩擦和黏滯阻力，聲能變為熱能而吸收，從而起到消聲作用。一般可降噪10～15dB（A），阻性消聲器如圖4（a）所示。 

（2）抗性消聲器（也稱為住宅型消聲器）

      是利用不同形狀的管道和共震腔進行適當的組合， 借助于管道截面和形狀的變化而引起的聲阻抗不匹配所產生的反射和干涉作用，達到衰減噪聲的目的。其消聲效果與管道形狀、尺寸和結構有關。適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。一般可降噪約25～30dB（A），抗性消聲器如圖4（b）所示。

2、排煙系統的降噪處理

      一般利用一個波紋減震節，安裝于發電機組排煙口；同時選擇使用這兩種消聲器，即一個工業型消聲器和一個住宅型消聲器的組合，這樣可以在更寬的頻率范圍內取得良好的降噪效果，有效地隔斷了排煙震動和排煙噪聲的傳播。此外，對排煙管道進行隔熱隔聲包扎，也能改善發電機組的運行環境和由排煙管引起的噪聲。根據環保部門規定，要求排煙經排煙管道接至高空排放。

注意：柴油機排煙消音器與其它消音器工況原理不一樣，柴油機排煙壓力低，但是排煙溫度高，吸音材質選擇應該注意，吸音填料不能使用超細玻璃巖棉，實踐證明超細玻璃巖棉在高溫情況下使用，最容易發生熱粉，時間長了就會失去吸音功能。

3、尾氣凈化裝置

      柴油發電機組啟動初期(約3min)，排煙口冒出大量黑煙，當柴油機運行穩定后，黑煙雖有減少，但始終存在，特別是在寒冷的季節，排煙口會產生大量煙霧。柴油發電機組排放尾氣中含有大量碳煙顆粒物、烴類、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、水蒸氣、氧氣、氮氣、二氧化硫等，主要物質是碳煙顆粒物，其排放量約為汽油機的幾十倍,不加處理會造成嚴重環境污染。康明斯柴油機尾氣處理裝置通常采用“連續捕集分解技術(CRT)”，該技術由一組氧化催化單元(DOC)和捕集器(DPF)組成，利用DPF捕集廢氣中的顆粒物(黑煙主要成分)，同時使用DOC使DPF在一定條件下再生，可實現對尾氣顆粒物(PM)、碳氫化物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害氣體的連續催化、捕集與分解。其工作原理（結構組成如圖5所示）是當柴油發電機組帶負荷連續工作時，尾氣溫度可以達到400℃以上，聚集在壁流式陶瓷濾芯內的碳煙顆粒物(PM)、CO、THC等有害物質在催化劑作用下被燃燒分解，達到再生的目的。

 

圖4  柴油發電機阻性和抗性消聲器.

圖5    柴油發電機組尾氣凈化裝置

 

 

三、機械噪聲和燃燒噪聲的控制措施

 

      機械噪聲主要是發動機各運動零部件在運轉過程中受氣體壓力和運動慣性力的周期變化所引起的震動或相互沖擊而產生的，傳播遠、衰減小，一旦形成很難隔絕。燃燒噪聲是燃燒過程產生的結構震動和噪聲，其中、高頻段的氣缸壓力級易于傳出。

      控制機械噪聲和燃燒噪聲的有效辦法：

1、對發電機組進行隔震處理

      發電機組的隔震一般采用高效減震膠墊，發電機組的機座下部安裝有高效減震裝置，吸收發電機組90％以上的震動動能。現在這一部分技術已經非常成熟。經過隔震處理，發電機組表面的震動被有效隔斷。

2、在噪聲的傳播通道上進行降噪處理

      減少聲源對外的輻射，對于噪聲指標控制特別嚴格的機房還要在內墻和天花板粘貼高效吸音材料，使噪聲源在傳出機房前已被有效衰減以提高機房的降噪效果。

3、制造商產品改進

（1）改進燃燒室結構

      燃燒室的結構形狀與混合氣的形成和燃燒密切相關，燃燒室的結構決定著燃燒室空腔的聲模態和壓力高頻振蕩的頻率，所以選擇合適的燃燒室或對燃燒室結構，將能優化燃燒過程，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。在渦流室式內燃機中，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

      柴油機增壓后可使進入氣缸的空氣充量密度增加，進氣溫度增加，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

      廢氣再循環主要引入的初衷是用來降低NO。物，但廢氣再循環使得進氣溫度升高，減少燃燒率，使發動機獲得平穩的運轉，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綜合考慮其對活塞敲擊聲的影響。

（5）燃料

      不同的燃料，噴入氣缸后，其物理、化學準備過程不同，從而導致不同的滯燃期。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燃燒噪聲的降低。

 

四、冷卻風扇和排風噪聲的控制措施

 

      冷卻風扇和排風通道連接，直接與外界相通，排風通道空氣流速很大，氣流噪聲、風扇噪聲和機械噪聲經此通道輻射出去。

      冷卻風扇和排風噪聲的控制措施主要是設計一個排風吸音通道，這個吸音通道可由導風槽和排風降噪箱組成。排風降噪箱的工作原理類似于阻性消聲器。可通過更換吸音材料（改變材料的吸音系數），改變吸音材料的厚度、排風通道的長度、寬度等參數來提高吸音效果。在設計排風吸音通道時，要特別注意排風口的有效面積必須滿足發電機組散熱的需要，以免排風口風阻增大而致排風噪聲增大和發電機組高水溫停機。風道的結構形式可以參考以下幾點：

1、風道的截面形狀以折線形式，可形成對噪聲聲波的反射降噪作用。

2、風道中應有吸聲材料，通過吸聲材料，吸收一部分噪聲能量。

3、風道與發電機組的工作艙之間最好做成可拆卸的，以利于安裝調整和維修。

4、在水箱與排風口之間，設有排風導風罩，用于防止熱風在室內循環，引起機房內溫度上升，使發電機組不能正常工作，同時在導風罩與水箱之間設有柔性連接，以隔絕發電機組震動，導風罩設有檢修口，以方便對水箱的檢修。

 

五、進風噪聲的控制措施

 

      進氣系統包括發電機組的進風通道和發動機的進氣系統。為了保證發電機組的正常運行，在發電機組的結構中，應考慮機房內的散熱以及新鮮空氣的補充。要求發電機組中應有一定的通風，根據機房實際結構，選擇發電機組最佳布置位置和進風口的布置形式。

      由于柴油發電機組一般都配置有空氣濾清器，其本身就具有一定的消聲作用。考慮到進氣噪聲相對較低，故對發動機的進氣系統一般不做另外處理。對發電機組的進風通道，主要是設計一個良好的進風吸音通道，選用合適的進風降噪箱。進風通道采用與排風吸音通道相同的降噪方法。另外進、排風道也可增設隔音墻，可明顯地提高降噪效果。進風設置口應注意以下幾個問題：

1、進風口的進風量

      應滿足柴油發電機房所需要新風量的要求。

2、進風口的位置

      應設計在發電機端附近，遵循軸向通風方式的原則。

3、進風口的結構形式

（1）應能阻擋聲波的流出，同時有利于進風。

（2）在設計中，進風口的截面結構采用百葉窗的形式。同時，在進風口內壁增設風斗式的屏障，以提高隔聲罩的隔聲效果。

（3）機房門也是噪聲最易向外泄漏、輻射的地方，因此要求機房門采用有隔音消音作用的隔音門。通常要求安裝雙層隔音門，或做成兩扇隔音門，之間形成一個過渡空間，即先經過一扇隔音門，進入過渡空間，再經第二扇隔音門進入到機房內，則降噪效果更佳。

 

六、隔聲與降噪

 

      為了降低發電機組運行時對環境和操作者的影響，首先應對發電機組運行排煙的噪聲源采取降噪措施，同時對機房的建筑設計應有必要的吸聲、隔聲措施。根據相應環境的噪聲標準來降低發電機組的噪聲，無須要求過高，避免由此會引起不必要的過高花費。

      機房墻體砌筑時，要求灰縫填實，不要留有孔洞、縫隙內墻面的粉刷，表面不宜致密光滑，粉刷材料中要摻入一定量的有吸聲效果的多孔性材料，例如水泥，石灰膏和木屑組成的吸聲層。內壁及天花板可采用隔聲板進行裝飾，降噪效果會更佳。壁板如果采用多孔性材料裝飾，孔眼面積至少占總面積的20％-25％。壁板與墻體之間充填一層多孔性吸聲材料，吸聲效果更好。

      機房與控制室用墻隔開，隔墻上開挖兩層玻璃的觀察窗。控制室與機房之間采用雙層夾板門，夾板之間充填彈性多孔吸聲材料，例如碎泡塑、玻璃纖維棉。經過這樣處理，控制室內的噪聲可控制在75dB（A）以下，從而改善操作者的工作條件。

      如果采用地下管式排煙，地下埋設管采用水泥下水管或將排煙管引入磚砌煙囪內，其發電機組排煙噪聲可基本排除。對于用彈力固定架來固定發電機，其正常的控制排煙、進氣及散熱器風扇是可將發電機的噪聲降至可以接受的水平，如按此方法處理后，發電機組的噪聲仍然會很高，可在房間和發電機周圍豎上隔聲板，在機房的墻壁上安裝吸聲板或把發電機安放在一個特殊設計的隔聲蔽體中以減少噪聲。

      大多數情況，通風進口和排風口需要裝上隔聲裝置，如果想避免操作入員直接暴露在發電機的噪聲下，那么儀表和控制站必須安裝在一個分離的隔聲控制房間內。

 

圖2 柴油發電機機房標準降噪方案示意圖1

柴油發電機機房標準降噪方案示意圖2

總結：

      噪音對人的危害性極大，首先是表現在聽覺方面，90-100dBA之間將會造成一定數量人的噪聲性耳聾，100dBA以上將會造成相當數量人的噪聲性耳聾，第二噪聲對神經系統及心血管系統等方面有明顯的影響，表現在對睡眠、思考和語言交談的干擾和勞動生產降低，在噪聲的環境中，由于心情煩噪不安，使注意力不集中而造成差錯，影響工作速度，降低工作效率，甚至會引起工傷事故。人類只在一個地球，隨著工業的發展，人類賴以生存的窨受到日益嚴懲的環境污染，歐美發達國家對這方面控制很晉升，一些出口到歐美的企業都要進行IS014000環境認證，在國內人們的環保意識日益提高，國家和地方都有不同程度的環境保護規定，投訴不斷增多，監督不斷加強。因此，柴油發電機房外部噪音和內部設備噪聲都有必要進行有效治理，并達到國家要求的環保標準。

 

 

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