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機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝 |
柴發(fā)機(jī)房的環(huán)保消音工程改造案例 |
摘要：柴油機(jī)噪音對(duì)于自身的危害巨大，巨大的噪音和振動(dòng)會(huì)影響柴油機(jī)的使用壽命，縮短控制系統(tǒng)及其他電子元件的使用壽命，影響其正常的工作。例如深圳某政府單位自建一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)組的柴發(fā)機(jī)房，內(nèi)設(shè)一臺(tái)水冷式、額定功率為120kw的康明斯系列柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)房面積約25m2，高約5m。由于機(jī)房在總體布局和單體設(shè)計(jì)時(shí)都未考慮發(fā)電機(jī)組的噪聲控制問題，因此，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，離發(fā)電機(jī)組1m處測得的噪聲為113dB（A），嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。在距機(jī)房北側(cè)約10m處的居民區(qū)的噪聲高達(dá)90dB(A)，致使該機(jī)房的噪聲治理成了急待解決的環(huán)保問題。
一、國外噪聲控制技術(shù)介紹
對(duì)于燃燒噪聲的研究，首先人們關(guān)注燃燒噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，燃燒噪聲的識(shí)別，還有瞬態(tài)工況與穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲不同的機(jī)理分析。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些新的技術(shù)和方法開始應(yīng)用與燃燒噪聲的識(shí)別、分析與測試，使得對(duì)于燃燒噪聲的研究技術(shù)有了長足的進(jìn)步。目前，對(duì)應(yīng)于燃燒噪聲的研究主要集中在對(duì)降低燃燒噪聲的措施，以及燃燒噪聲、排放和燃油經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的研究，取得了較好的成果。
燃燒噪聲是直噴式柴油機(jī)噪聲的主要噪聲源之一，其在整機(jī)輻射噪聲中占有重要的地位。控制柴油機(jī)燃燒噪聲對(duì)柴油機(jī)整機(jī)輻射噪聲有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。以往對(duì)于柴油機(jī)燃燒噪聲的研究主要是關(guān)于燃燒噪聲的表征、機(jī)械噪聲與燃燒噪聲的分離、燃燒噪聲和活塞拍擊聲的分離以及瞬態(tài)工況燃燒噪聲的機(jī)理研究。對(duì)于燃燒噪聲的控制大都是對(duì)穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲。因此本文在對(duì)穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲影響機(jī)理和控制研究的基礎(chǔ)上，開展了瞬態(tài)工況燃燒噪聲控制策略的探討，提出了一些控制瞬態(tài)工況燃燒噪聲的方法；對(duì)于目前遇到的柴油機(jī)怠速噪聲較大的現(xiàn)實(shí)問題，本文分析了柴油機(jī)怠速工況噪聲特點(diǎn)，開展控制柴油發(fā)電機(jī)怠速工況燃燒噪聲研究。取得的主要結(jié)果和結(jié)論：
1、首先對(duì)燃燒噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和特性進(jìn)行研究，得出凡是能減少滯燃期內(nèi)可燃混合氣的數(shù)量的措施，都能降低燃燒噪聲：壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩是決定燃燒噪聲大小的兩個(gè)主要直接因素，因此壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩可用來表征燃燒噪聲的大小。
2、增壓能使大部分穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲降第10dB以上。負(fù)荷一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，增壓使得燃燒噪聲的降噪量先增加后降低，這是因?yàn)楦咿D(zhuǎn)速時(shí)，燃燒噪聲所占整機(jī)輻射噪聲的比例減少；而在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，增壓引起的燃燒噪聲的降噪量隨負(fù)荷的上升而增加，在某些轉(zhuǎn)速工況的高負(fù)荷工況又略有降低，但仍高于低負(fù)荷。總體來說，增壓引起的燃燒噪聲降噪量在中速中高負(fù)荷工況較大。增壓引起的燃燒室壁面溫度的差異與壓力升高率變化趨勢一致，使得缸內(nèi)壓力級(jí)的中高頻段幅值降低，增壓引起燃燒室壁面溫度的變化是影響燃燒噪聲的因素之一。
3、穩(wěn)態(tài)工況，保證功率損失在6％以內(nèi)，在中低負(fù)荷，可引入較大的EGR量，能夠引起1～2．5dB的燃燒噪聲降噪量，而在高負(fù)荷受到功率損失的限制，不能引入太大的EGR量，EGR對(duì)燃燒噪聲的影響量較小。相同負(fù)荷，EGR對(duì)燃燒噪聲的影響隨轉(zhuǎn)速的變化不大，只因?yàn)楦咿D(zhuǎn)速柴油機(jī)燃燒噪聲減小，應(yīng)減低EGR的引入量。
4、從壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩的角度分析，EGR對(duì)燃燒噪聲影響的機(jī)理，通過對(duì)比分析不同EGR率下壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩，得出EGR正是通過改變壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩影響燃燒噪聲，隨著EGR率的增加，高頻段壓力幅值降低，只是在某些工況有所增加，但壓力升高率最大值降低，最終使得燃燒噪聲降低。
5、預(yù)噴射的引入，使得中低轉(zhuǎn)速、中低負(fù)荷工況燃燒噪聲降噪量較多，而對(duì)高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷燃燒噪聲的降低效果不大。負(fù)荷一定的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，最優(yōu)預(yù)噴量減小，主預(yù)噴間隔呈增大趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，最優(yōu)預(yù)噴量變化不大，只在滿負(fù)荷時(shí)減少，主預(yù)噴間隔在中低轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷的增加而減小，而在高轉(zhuǎn)速不變。
6、通過對(duì)不同預(yù)噴射參數(shù)下壓力升高率，缸內(nèi)壓力級(jí)曲線，輻射噪聲頻譜研究分析，得出較小的預(yù)噴量不能引起足夠的活化能和燃燒室氣體溫度和壓力的增高，未發(fā)生充分的焰前反應(yīng)而燃燒，對(duì)燃燒噪聲的控制效果不大；預(yù)噴射量過大，預(yù)噴射燃油先期燃燒放熱，燃燒壓力快速增加，壓力升高率增加，高頻壓力震蕩加劇，燃燒噪聲增大，而適中的預(yù)噴量，先期燃燒放熱使得缸內(nèi)氣體溫度和壓力升高，減小主噴滯燃期，降低燃燒速率，壓力升高率降低，燃燒噪聲水平最低。主預(yù)噴間隔過大過小都不能很好的引燃主噴，合適的主預(yù)噴間隔應(yīng)是稍小于預(yù)噴燃油的滯燃期，合適的主預(yù)噴間隔好的使預(yù)噴起到減小主噴滯燃期的效果，壓力升高率降低，缸內(nèi)壓力高頻振蕩減弱·，燃燒噪聲較低。
7、冷機(jī)狀態(tài)燃燒室壁面溫度較熱機(jī)狀態(tài)燃燒室壁面溫度低，所以引入相同預(yù)噴射量的預(yù)噴射，冷機(jī)狀態(tài)下的壓力升高率最大值大于熱機(jī)狀態(tài)的壓力升高率最大值，即相同預(yù)噴射量的預(yù)噴射對(duì)冷機(jī)燃燒噪聲控制效果不如對(duì)熱機(jī)狀態(tài)燃燒噪聲控制效果大。較大的預(yù)噴量可以縮小冷機(jī)對(duì)控制燃燒噪聲的不利影響，且隨著負(fù)荷的增加，燃燒室壁面溫度增加，預(yù)噴射控制冷機(jī)和暖機(jī)狀態(tài)燃燒噪聲差異減小。
8、預(yù)噴射能有效降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲，相對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況，瞬態(tài)工況下應(yīng)取較大的預(yù)噴量和主預(yù)噴間隔，這樣可以彌補(bǔ)瞬態(tài)工況燃燒室壁面溫度較低對(duì)降低燃燒噪聲的不利影響；瞬態(tài)工況過程中，引入適量的EGR，可以降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲；增壓一定程度上能降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲，增壓對(duì)恒轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)工況燃燒噪聲的控制效果要好于對(duì)恒轉(zhuǎn)矩增轉(zhuǎn)速的。增壓引起不同的壁面溫度的差異是引起對(duì)燃燒噪聲不同控制效果的主要原因之一。
二、國內(nèi)常見噪聲治理措施
1、治理技術(shù)要求
機(jī)房內(nèi)噪聲要求降低10dB(A)左右，居民區(qū)環(huán)境噪聲應(yīng)降至55dB(A)以下。機(jī)房內(nèi)的溫升應(yīng)控制在10~15℃，當(dāng)室外氣溫為35℃時(shí)，機(jī)房內(nèi)溫度應(yīng)≤45℃；當(dāng)室外氣溫為20℃時(shí)，機(jī)房內(nèi)溫度應(yīng)≤35℃。治理后發(fā)電機(jī)組的功率損耗應(yīng)不大于10％。
柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，向周圍環(huán)境釋放大量的熱量，主要是∶
（1）氣缸傳遞給洽卻水的散熱量QW;
（2）柴油機(jī)體向周圍空氣的散熱量Qn;
（3）柴油機(jī)發(fā)電機(jī)向尾氣的傳熱量Qr;
（4）發(fā)電機(jī)向周圍空氣的散熱量Qf。
根據(jù)冷卻方式 ，傳遞給洽卻水的熱量由外循環(huán)的水帶走 ，傳遞給尾氣的熱量分兩部份，一部份由排煙管引至高空進(jìn)行排放（Qr1）由室內(nèi)的排煙管道散發(fā)到周圍空氣里（Qr2）。
2、主要技術(shù)措施
① 機(jī)房隔聲、吸聲設(shè)計(jì)
為改善操作者的工作環(huán)境，機(jī)房南側(cè)、西側(cè)原有木門外新增加鋼質(zhì)隔聲門，以減小機(jī)房噪聲向外輻射。機(jī)房內(nèi)噪聲高達(dá)113dB（A)，機(jī)房內(nèi)頂棚和四壁能安裝吸聲結(jié)構(gòu)的地方作吸聲處理，降低機(jī)房內(nèi)噪聲。
● 隔音門
機(jī)房大門均選用國標(biāo)隔聲門，材質(zhì)采用鋼板，內(nèi)填優(yōu)質(zhì)吸聲材料；材質(zhì)采用鋼板，內(nèi)填優(yōu)質(zhì)吸聲材料；隔聲門厚度為100mm，其隔聲量為35dB(A)。
● 天花吸聲體
采用吸聲天花專用龍骨，鋪設(shè)超細(xì)玻璃棉，外包玻璃絲布，并用600×600×0.6mm鋁扣穿孔板作護(hù)面板。
● 墻面吸聲體
墻壁吸音體鋪設(shè)為100MM厚的Owens棉，外壁用厚度用600×600×0.6mm,穿孔率>20﹪的穿孔天花板作為墻面吸聲材料。
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墻面天花吸音設(shè)計(jì)圖 |
② 進(jìn)風(fēng)消聲設(shè)計(jì)
為了有效地控制機(jī)房西、北側(cè)窗戶向外輻射噪聲，在兩側(cè)窗外設(shè)計(jì)安裝了集進(jìn)風(fēng)采光隔聲于一體的進(jìn)風(fēng)消聲器。其上部為采光隔聲窗罩，下部為L形阻性片式進(jìn)風(fēng)消聲器，總有效進(jìn)風(fēng)面積為1.12m2，設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)流速為左右。
發(fā)電機(jī)組采用強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)，進(jìn)風(fēng)口安裝配套消聲彎頭和消聲器，其消聲量為30dB(A)。
③ 排風(fēng)消聲設(shè)計(jì)
為控制機(jī)房內(nèi)溫升，在隔聲采光窗西、北兩側(cè)墻下方設(shè)計(jì)安裝了進(jìn)風(fēng)消聲窗。在機(jī)房穿孔板吊頂部利用原有西墻高窗窗洞位置增設(shè)了兩臺(tái)SF-5-6型低噪聲排風(fēng)軸扇（每臺(tái)風(fēng)扇的排風(fēng)量為7700m3/h），并在排風(fēng)窗洞外增設(shè)相應(yīng)的排風(fēng)消聲箱（有效排風(fēng)面積為0.42m2，消聲箱內(nèi)排風(fēng)速度為左右），以保證達(dá)到足夠的消聲和通風(fēng)散熱效果。另外，由于該柴油發(fā)電機(jī)的冷卻形式為水冷式，冷卻風(fēng)扇位于柴油發(fā)電機(jī)組的前端，靠近機(jī)房北側(cè)進(jìn)風(fēng)消聲窗，為防止柴油發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇的排風(fēng)影響機(jī)房通風(fēng)降溫，設(shè)計(jì)中采用了增設(shè)冷卻風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)管，引導(dǎo)熱風(fēng)至穿孔板吊頂上部，再經(jīng)排風(fēng)扇排至室外，既有利于機(jī)房通風(fēng)散熱，也有助于降低機(jī)房內(nèi)噪聲。
④ 排氣消聲器設(shè)計(jì)
柴油發(fā)電機(jī)排氣噪聲以中低頻聲為主，聲級(jí)高達(dá)100dB(A)以上，原設(shè)計(jì)2根排氣管直通室外，噪聲污染十分嚴(yán)重。結(jié)合現(xiàn)場條件，先設(shè)計(jì)安裝了三級(jí)擴(kuò)張室串聯(lián)的抗性迷路式消聲器。
正常情況下，要求二級(jí)消聲器消聲量大于35 dB（A），阻抗復(fù)合式消聲器消聲量為40 dB（A），采用阻抗復(fù)合式消聲器可以滿足要求，消聲器吊裝在發(fā)電機(jī)房的內(nèi)。發(fā)電機(jī)排氣管及二級(jí)消聲器均涂有耐高溫防腐漆, 一級(jí)消聲器、二級(jí)消聲器及機(jī)房內(nèi)尾氣管外包耐高溫防腐巖棉保溫。
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消音器支架安裝 |
3、排除有害物質(zhì)所需風(fēng)量
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，從柴油發(fā)電機(jī)體和排煙管等不嚴(yán)密部位向室內(nèi)散發(fā)的有害物質(zhì)∶一氧化碳、二氧化硫，丙烯醛等通過通風(fēng)換氣，將有害物質(zhì)濃度降到允許濃度以下。目前大部份機(jī)房的排煙管都是架空敷設(shè)，所需排除有害物通風(fēng)量值取 q=14～20m3/kw·h；當(dāng)排煙管采用地溝敷設(shè)時(shí)，所需排除有害物的風(fēng)量值取 g=27～34 m3/kw·h。
經(jīng)綜合治理后，經(jīng)治理后噪音可達(dá)到晝間≤65dB，<工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)>之Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，尾氣的排放林格曼黑度≤１，黑煙排放持續(xù)時(shí)間不得超過15分鐘，相應(yīng)的指標(biāo)要達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。方案應(yīng)包含配套設(shè)施所采用的隔音、降噪、廢氣處理等裝修材料的材質(zhì)、數(shù)量、單價(jià)、人工費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)等相關(guān)服務(wù)的總報(bào)價(jià)。如達(dá)不到上述要求，必須按照噪聲治理標(biāo)準(zhǔn)處理并通過環(huán)保部門驗(yàn)收。
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