機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

發(fā)電機(jī)房消音降噪處理方案

 

摘要：一般情況下發(fā)電機(jī)房設(shè)置在獨(dú)立的大樓中的地下室，機(jī)房的排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口就設(shè)在機(jī)房的側(cè)墻上，柴油發(fā)電機(jī)組的排煙口也應(yīng)直接向外排放，未治理前，發(fā)電機(jī)房的運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生約110分貝的噪聲，其震動(dòng)噪音多為中低頻噪音具有穿透性強(qiáng)和傳播范圍廣的特點(diǎn)，必然對(duì)周圍環(huán)境造成污染。

 

一、柴油機(jī)房設(shè)計(jì)與噪聲分析

 

1、 柴油機(jī)房設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》和《噪聲污染防治法》；

（2）國(guó)家環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)（GB12348-19XX或GB3096-93）；

（3）國(guó)家環(huán)境噪聲測(cè)量方法（GB12349-19XX）；

（4）現(xiàn)場(chǎng)查看污染源概況；

（5）用戶提供的有關(guān)的尺寸規(guī)格和要求。

2、 柴油機(jī)房設(shè)計(jì)原則

（1） 設(shè)計(jì)中努力遵循技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟(jì)合理相統(tǒng)一的原則，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性，可靠性和最佳的經(jīng)濟(jì)成本。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定先進(jìn)合理的綜合治理方案，力求治理效果穩(wěn)定，治理費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，不影響設(shè)備正常運(yùn)行和管理操作，便于維修和保養(yǎng)。

（3）設(shè)計(jì)始終貫徹對(duì)用戶負(fù)責(zé)的原則，全面考慮發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行溫度，防止損失、使用壽命等綜合因素，以確保發(fā)電機(jī)組處于良好的運(yùn)行條件。

3、柴油機(jī)聲功率計(jì)算分析

      通過(guò)對(duì)柴油機(jī)的輻射噪聲計(jì)算，得到了柴油機(jī)表面輻射聲功率譜和聲場(chǎng)的輻射聲功率譜。根據(jù)該頻譜可以得到柴油機(jī)表面總的聲功率級(jí)為118. 4dB，聲場(chǎng)的總聲功率級(jí)為107. 5dB。從柴油機(jī)表面輻射聲功率譜上看，在850Hz和1250Hz時(shí)輻射噪聲出現(xiàn)峰值，此時(shí)的柴油機(jī)表面聲壓級(jí)云圖分別如圖1和圖2所示。

      從柴油機(jī)表面聲壓級(jí)云圖中看出， 機(jī)體在350Hz時(shí)表面噪聲最高，并且前表面(油泵側(cè))噪聲遠(yuǎn)大于后表面(排氣側(cè)) ，在850Hz時(shí)第三缸前后裙部噪聲較高。油底殼的后側(cè)板和后底板輻射噪聲在各頻率下均較大，其中在1250Hz時(shí)噪聲最高。缸蓋在350Hz 時(shí)前后表面噪聲較高， 其上表面在850Hz時(shí)噪聲最高。

 

圖1  850HZ頻率下柴油機(jī)表面聲壓級(jí)云圖

圖2  1250HZ頻率下柴油機(jī)表面聲壓級(jí)云圖

 

二、 設(shè)計(jì)方案說(shuō)明

 

      柴油發(fā)電機(jī)組是最多發(fā)聲源的復(fù)雜機(jī)器，隨著發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)型式和尺寸、運(yùn)轉(zhuǎn)工況的不同，各個(gè)發(fā)聲源對(duì)總噪聲的影響是不同的，一般情況下，發(fā)電機(jī)組各類噪聲大致按如下順序排列：排氣噪聲、燃燒噪聲或機(jī)械噪聲、風(fēng)扇噪聲、進(jìn)氣噪聲。降噪設(shè)計(jì)的基本思路是：首先查明各種聲源中的最大噪聲成分及其頻率特性，采取有關(guān)技術(shù)措施，將各聲源的噪聲級(jí)盡量降低到大致相同的水平，其中容易降低的噪聲源可以降低的多一些，將噪還要和其他技術(shù)要求（如對(duì)發(fā)電機(jī)組輸出功率的影響、降噪成本等多種具體因素）綜合起來(lái)考慮。

1、排氣噪聲的控制

       排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火頻率，在整個(gè)的排氣噪聲頻譜中應(yīng)呈現(xiàn)出基頻及其高次諧波的延伸。

（1） 周期性的排氣所引起的低頻脈動(dòng)噪聲：

（2） 排氣管道內(nèi)的氣柱共振噪聲：

（3） 氣缸的亥姆霍茲共振噪聲：

（4） 高速氣流通過(guò)排氣門環(huán)隙及曲折的管道時(shí)所產(chǎn)生的噴注噪聲。

（5）渦流噪聲以及排氣系統(tǒng)在管內(nèi)壓力波激勵(lì)下所產(chǎn)生的再生噪聲形成了連續(xù)性高頻噪聲譜，頻率均在1000Hz以上，隨氣流速度增加，頻率顯著提高。排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)高10-15dB(A)，是首先要進(jìn)行將噪控制部分。消聲器是控制排氣噪聲的一種基本方法。正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排氣噪聲減弱20-30dB以上。根據(jù)消聲原理，消聲器結(jié)構(gòu)可分為阻性消聲器和抗性消聲器兩大類：

① 阻性消聲器（即我們平時(shí)稱呼為工業(yè)型消聲器）

      利用多孔吸聲材料，以一定方式布置在管道內(nèi)，當(dāng)氣流通過(guò)阻性消聲器時(shí)，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維的震動(dòng)。由于摩擦和粘滯阻力，聲能變?yōu)闊崮芏眨瑥亩鸬较曌饔谩?/span>

② 抗性消聲器（即我們平時(shí)稱呼為住宅型消聲器）

      利用不同形狀的管道和共振腔進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M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(chǎn)生的反射和干涉作用，達(dá)到衰減噪聲的目的。其消聲效果，與管道形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般選擇性較強(qiáng)，適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。發(fā)電機(jī)組排氣系統(tǒng)的降噪處理：我們一般利用一個(gè)泊位減振節(jié)、一個(gè)工業(yè)型消聲器和一個(gè)住宅型消聲器的組合，有效地隔斷了排氣震動(dòng)和排氣噪聲的傳播。同時(shí)，對(duì)排氣管道進(jìn)行隔熱隔音包扎，也能改善發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和由排氣管引起的噪聲。

2、噪聲和燃燒噪聲的控制

（1）機(jī)械噪聲主要是發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中受氣體壓力和運(yùn)動(dòng)慣性力的周期變化所引起的震動(dòng)或相互沖擊而產(chǎn)生的，其中最為嚴(yán)重的有以下幾種：

① 活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)的噪聲（主要為高頻噪聲）；

② 配氣機(jī)構(gòu)的噪聲（主要為低、中頻段噪聲）；

③ 傳動(dòng)齒輪噪聲（噪聲譜是一種連續(xù)而寬廣的頻譜）；

④ 不平衡慣性力引起的機(jī)械震動(dòng)及噪聲。

⑤ 燃燒噪聲是燃燒過(guò)程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)震動(dòng)和噪聲。在氣缸內(nèi)燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級(jí)是很高的，但是，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中大多數(shù)零件的剛性較高，其自振頻率多處于高頻區(qū)域，由于對(duì)聲波傳播頻率響應(yīng)不匹配，因而在低頻段很高的氣缸壓力級(jí)峰值不能順利地傳出，而中高頻段的氣缸壓力級(jí)則相對(duì)易于傳出。

（2）控制機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的有效方法：

① 對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行隔震處理

      發(fā)電機(jī)組的隔震一般采用高效減震膠墊，現(xiàn)在這一部分技術(shù)已經(jīng)非常成熟。經(jīng)過(guò)隔震處理，發(fā)電機(jī)組表面的震動(dòng)被有效隔斷。

② 在噪聲的傳播通道上進(jìn)行降噪處理

      減少聲源對(duì)外的輻射，個(gè)別對(duì)噪聲指標(biāo)控制特別嚴(yán)的機(jī)房還要在內(nèi)墻和天花粘貼高效吸音材料，使噪聲源在傳出機(jī)房前已被有效衰減以提高機(jī)房的降噪效果。

3、冷卻風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的控制

      風(fēng)扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲由旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動(dòng)而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)葉片截面上分離時(shí)，由于氣體具有粘性，便滑脫或分裂成一系列的旋渦流，從而輻射一種非常穩(wěn)定的流動(dòng)噪聲。排風(fēng)通道直接與外界相通，空氣流速很大，氣流噪聲、風(fēng)扇噪聲和機(jī)械噪聲經(jīng)此通道輻射出去。

      控制風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的手段，主要是設(shè)計(jì)一個(gè)好的排風(fēng)吸音通道，這個(gè)吸音通道可由導(dǎo)風(fēng)槽和排風(fēng)降噪箱組成，也可由島風(fēng)槽和一至幾組的吸音擋板組成。排風(fēng)降噪箱的工作原理，類似于阻性消聲器。可通過(guò)更換吸音材料（改變材料的吸音系數(shù)），改變吸音材料的厚度、排風(fēng)通道的長(zhǎng)度、寬度等參數(shù)來(lái)提高吸音效果。在設(shè)計(jì)排風(fēng)吸音通道時(shí)，要特別注意排風(fēng)口的有效面積必須滿足發(fā)電機(jī)組散熱的需要，以免排風(fēng)口風(fēng)阻增大而致排風(fēng)噪聲增大和發(fā)電機(jī)組高水溫停機(jī)。

4、進(jìn)氣噪聲控制

      發(fā)電機(jī)組工作在封閉的機(jī)房里面，從廣義上講，進(jìn)氣系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)組的進(jìn)風(fēng)通道和發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)。進(jìn)風(fēng)通道和排風(fēng)通道一樣直接與外界相通，空氣的流速很大，氣流的噪聲和發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲都經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道輻射到外面。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲是由進(jìn)氣門周期性開、閉而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)所形成，其噪聲頻率一般處于500Hz以下的低頻范圍。對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，由于增壓器的轉(zhuǎn)速很高，因此其進(jìn)氣噪聲明顯高于非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪增壓器的壓氣機(jī)噪聲是由葉片周期性沖擊空氣而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和高速氣流形成的渦流噪聲所組成，且是一種連續(xù)性高頻噪聲，其主要能量分布在500-10000Hz范圍。

      由于柴油發(fā)電機(jī)組一般都配置有設(shè)計(jì)合理的空氣濾清器，其本身就具有一定的消聲作用。考慮到進(jìn)氣噪聲相對(duì)較低，故對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)一般不做另外處理。對(duì)發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣通道，則要從風(fēng)道的設(shè)計(jì)，隔音材料的選用等方面進(jìn)行綜合控制。其基本思路是：

（1）進(jìn)風(fēng)凈面積符合設(shè)計(jì)規(guī)范

      以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組的冷卻系統(tǒng)有足夠的新鮮空氣吸入。

（2）進(jìn)風(fēng)通道需經(jīng)吸聲處理

      一般采用進(jìn)風(fēng)百葉窗+導(dǎo)風(fēng)槽+消聲擋板的組合，如果有足夠充足的空間，也可以采用進(jìn)風(fēng)百葉窗+降噪箱的組合。

 

三、發(fā)電機(jī)房降噪案例

 

1、工程概述

      南方某國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組為4臺(tái)康明斯發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。單臺(tái)發(fā)電機(jī)組備用功率為1800kW（2250kVA），輸出電壓為10kV。機(jī)房布置如圖3和圖4所示。

（1）機(jī)房位于航站樓西側(cè)地下室（西設(shè)備房）。機(jī)房的進(jìn)、排風(fēng)位于地面一層，為自然進(jìn)、排風(fēng)。地面距離航站樓最近點(diǎn)約60m。

（2）排煙口位于地面一層露臺(tái)。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲的調(diào)查和估測(cè)，該機(jī)房受周邊設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的影響較大，如相鄰的空調(diào)機(jī)房和地面的冷卻塔，相距不到10m，未做降噪處理，開機(jī)時(shí)噪聲對(duì)油機(jī)房影響很大。還有機(jī)房距離道路僅有20m左右，車流噪聲的影響也比較大。

（3）考慮到柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲為穩(wěn)定噪聲，在相同工況下運(yùn)行噪聲不變、因此在修正背景噪聲的影響后，實(shí)際噪聲控制值在機(jī)房外1m處為60dB（A）。

2、機(jī)房降噪技術(shù)手段

       本機(jī)房層高為10m（為兩層合一），長(zhǎng)度方向?yàn)?1.5m，寬度方向?yàn)?9.5m。在長(zhǎng)度方向順著發(fā)電機(jī)組進(jìn)排風(fēng)方向分別布置了一個(gè)進(jìn)風(fēng)豎井和一個(gè)排風(fēng)豎井（4臺(tái)發(fā)電機(jī)組共用）。寬度方向并列均布4臺(tái)發(fā)電機(jī)組。由于進(jìn)、排風(fēng)豎井凈高都有10m，形成的抽風(fēng)效應(yīng)非常明顯，使其從地面自然進(jìn)、排風(fēng)顯得十分流暢。發(fā)電機(jī)組的進(jìn)排風(fēng)消聲器都做成兩段式，中間留有擴(kuò)張腔，改善了消聲器的消聲特性。排風(fēng)通道從散熱水箱到消聲器有一段為2.8m的導(dǎo)風(fēng)槽和軟連接，消聲器到排風(fēng)豎井墻壁距離為2.4m，加上兩段消聲器和擴(kuò)張腔的長(zhǎng)度，排風(fēng)豎井的高度，熱風(fēng)排出機(jī)房到地面的路徑長(zhǎng)17.5m，不算消聲器的消聲量，排風(fēng)噪聲經(jīng)過(guò)這一路徑的自然衰減已達(dá)15dB（A）左右。機(jī)房噪聲經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道泄出地面的效應(yīng)同排風(fēng)。

（1）發(fā)電機(jī)組的排煙消聲處理：

      由于發(fā)電機(jī)組排煙管走出機(jī)房后通過(guò)地面一層露臺(tái)的排煙井?dāng)U散排出，排煙路徑較短，排煙噪聲對(duì)地面影響較大。為增加排煙降噪效果，在住宅型消聲器后再增加一節(jié)工業(yè)型消聲器，這一節(jié)消聲器通徑為Φ400mm，對(duì)高頻噪聲來(lái)說(shuō)，消聲器通徑Φ≥300mm已經(jīng)高頻失效，但在中低頻段增加的消聲量增強(qiáng)了住宅型消聲器的消聲效果。

（2）本項(xiàng)目機(jī)房四壁和天花板都做了吸聲裝飾，增強(qiáng)了機(jī)房的降噪效果。

（3）機(jī)房工程竣工后經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門驗(yàn)收，減噪效果滿足環(huán)保的要求。

 

圖3  備用發(fā)電機(jī)房側(cè)面布置圖

圖4  備用發(fā)電機(jī)房平面布置圖

 

總結(jié)：

      低噪聲機(jī)房的設(shè)計(jì)技巧就是綜合采用隔聲、吸聲、消聲等技術(shù)手段，因地制宜，用最小的投入，產(chǎn)生最大的降噪效果。以上兩個(gè)機(jī)房形狀各異，采取的技術(shù)手段也各有不同，但都取得了滿意的減噪效果。

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