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詳解柴油發(fā)電機組噪聲治理技術措施 |
摘要:柴油發(fā)電機因其強大的動力受到廣泛應用,但是在柴油發(fā)電機的使用過程中不可避免會產生較大的噪音。如果噪音大到足以分散我們的注意力,那機組噪音已經影響到日常生活。因此,在企業(yè)生產的工作中,如果沒有經過降噪處理,通常會聽到柴油發(fā)電機組發(fā)出來的噪聲;當然如果機房位于地下室或者距離較遠的獨立機房,可能會被我們忽略它的噪聲,但是大部分或多或少會影響工作人員的狀態(tài)??得魉构驹诒疚闹袑τ跈C械噪音方面復述了國家定義和要求,并且介紹了柴油發(fā)電機組噪聲解決方法。
一、噪聲允許限值
1、國際標準
(1)ISO標準
國際標準組織(ISO)曾提出為保護人耳聽力,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)美國環(huán)境保護局(EPA):
美國EPA制定了針對不同地區(qū)和用途的噪音限制標準。根據EPA標準,發(fā)電機房的噪音限制通常是以分貝(dB)為單位的A聲級。具體的噪音限制取決于發(fā)電機房的用途和所在地區(qū)的規(guī)定。
(3)歐洲標準(EN):
歐洲標準化組織(CEN)發(fā)布了針對發(fā)電機房噪音的標準EN 20014-1。該標準規(guī)定了不同類型發(fā)電機房的噪音限制,包括室內和室外發(fā)電機房。
(4)國際電工委員會(IEC):
IEC發(fā)布的標準IEC 60034-9針對發(fā)電機組的噪音進行了規(guī)定。該標準定義了發(fā)電機組的聲功率級別和聲壓級別,并提供了相應的測試方法。
2、國標要求
(1)對柴油機噪聲的允許標準,國內在1986年發(fā)布了國家標準GB259-86《中小功率柴油機噪聲限值》(1987年3月1日實施)。對單缸機規(guī)定,水冷式標定功率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);風冷機限值Lω(A)≯110dB(A)。
(2)國家標準GB 12348-90和GB 12349-90對環(huán)境噪聲的要求:二類標準(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);三類標準(適用于工業(yè)區(qū))晝間65dB(A)、夜間55dB(A)。
據估算,非增壓四沖程柴油機的進氣噪聲比表面噪聲大5~6dB,增壓柴油機的進氣噪聲往往是發(fā)動機整機最強的噪聲源。進氣噪聲與進氣系統(tǒng)的設計有密切關系。增壓柴油機的進氣噪聲主要與增壓器的壓氣機有關。非增壓柴油機的進氣噪聲隨轉速的提高而迅速增強,但與負荷的變化基本上無關。這是由于轉速提高后,吸入空氣的流速增大,進氣管入口處空氣壓力脈動的強度和頻率隨之提高的原因。
二、機械噪聲定義和分類
1、機械噪聲
機械噪聲,指的是由于柴油發(fā)電機組運轉時,部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力,使機械部件和殼體產生振動而輻射噪聲。機械噪聲按聲源的不同可分為 3類:空氣動力性噪聲、機械性噪聲、電磁性噪聲。
(1)機械噪聲是由于柴油發(fā)電機組運轉時,部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力,使機械部件和殼體等發(fā)聲體產生無規(guī)律振動而輻射出的噪聲。
(2)機械噪聲的特性(如聲級大小、頻率特性和時間特性等)與激發(fā)力特性、物體表面振動的速度、邊界條件及其固有的振動模式因素有關。
(3)提高機器制造的精度,改善機器的傳動系統(tǒng),減少部件間的撞擊和摩擦,正確地校準中心調整好平衡,適當?shù)靥岣邫C殼的阻尼等,都可以使機械振動盡可能地減低,這也是從聲源上降低噪聲的辦法。
2、機械噪聲按聲源的不同的分類
(1)空氣動力性噪聲:
由氣體振動產生,如排煙管、排風等產生的噪聲。
(2)機械性噪聲:
由固體振動產生,如齒輪、軸承和殼體等振動產生的噪聲;
(3)電磁性噪聲:
由電磁振動產生,如發(fā)電機等產生的噪聲。
三、機房控制噪聲原理
發(fā)電機組的噪聲主要分為排煙噪聲、機械噪聲和機組振動噪聲三部分,針對三部分的噪聲,進行環(huán)保降噪治理。通過隔振、吸聲、消聲及隔聲等措施,使柴油發(fā)電機組對環(huán)境的噪聲影響降至相關環(huán)保法規(guī)允許的范圍內。單臺柴油發(fā)電機組的機房降噪措施如圖1所示,2臺以上柴油發(fā)電機組的機房降噪措施如圖2所示。
圖1 單臺柴油發(fā)電機組隔音降噪工程圖紙 |
圖2 雙臺柴油發(fā)電機組隔音降噪工程圖紙 |
1、隔振
將振動源與環(huán)境通過隔振措施,使設備產生的激振力被減振裝置所隔絕,使固體聲得到有效抑制。激振頻率f與振動系統(tǒng)固有頻率fo存在如下關系:
若?/?o值越大,振動的傳遞越小,則隔振效果越好,要獲得好的隔振效果,應使振動系統(tǒng)固有頻率?o遠小于激振頻率?,以提高?/?o的比值。為降低造價,工程上常取?/?o=2.5~5。
① 金屬彈簧減振器
金屬彈簧減振器是一種應用很廣的隔振裝置,其力學性能穩(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,在大機組的隔振,明顯地優(yōu)于其他種類的隔振元件。缺點是自身固有阻尼小,容易傳遞高頻振動,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。橡膠適用于受壓場所,其結構簡單,性能可靠,安裝方便。但橡膠隔振器導熱性差,隨著使用期的增加而變硬,因此,在選用橡膠減振器時,應選用耐油耐酸堿型。
在機房安裝中,以下地方需隔振處理:機組與基礎、機組與連接的管道、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,會發(fā)生一部分聲能被反射,一部分聲能被吸收現(xiàn)象。通過對聲能的吸收,降低機房內的混響聲,從而達到整體降低噪聲的效果。
② 利用吸聲材料或吸聲結構來吸收聲能以降低噪聲。某種材料或結構具有吸收聲能的能力,則這材料或結構就稱為吸聲材料或吸聲結構。吸聲材料和吸聲結構的種類,主要有多孔材料、亥姆霍茲共振器、穿孔板吸聲結構(包括微穿孔板吸聲結構)、薄板共振吸聲結構、柔順材料等。
③ 發(fā)電機組的噪聲級一般在94dB@7m,安裝于四面光滑的機房內,機房內的噪聲級可達到103~105dB(A)@1m,因此,在機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生的混響聲。
3、消聲
在聲波入射到多孔材料時,即可激起小孔或纖維的空氣運動,緊靠孔壁或纖維表面的空氣,因孔壁的影響,產生粘滯作用,使聲波與多孔材料產生摩擦使聲能轉化熱能,從而得衰減。機房作為一個相對密閉的環(huán)境,進、排風口作阻性消聲器,降低噪聲的外泄。消聲器的消聲量可達25dB/米。
4、隔聲
隔聲即用構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。采用適當隔聲設施,能降低噪聲級20dB(A)~50dB(A)。這些設施包括隔墻、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)電機房隔聲門結構示意圖 |
圖4 發(fā)電機房觀察窗隔音措施示意圖 |
四、治理措施
根據康明斯發(fā)電機組噪聲治理原則,經過綜合分析,采用下列噪聲治理措施。
1、機房土建要求
發(fā)電機房總體布置如圖5和圖6所示。由柴油發(fā)電機組的噪聲頻譜可知,要達到噪聲治理要求,機房的墻及屋頂?shù)母袈暳勘仨氝_到65(A)的要求。由有關資料可知,采用240mm磚墻、雙面抹灰,隔聲量可達52.6(A),雖然達不到上述要求,但其不足部分可通過發(fā)電機組機房室內吸聲來實現(xiàn)。
圖5 柴油發(fā)電機房布置俯視圖 |
圖6 柴油發(fā)電機組降噪措施布置圖 |
2、消防門的隔音處理
為減少噪聲,隔聲門宜采用雙層鋼板,內側進行阻尼處理,內填充吸聲材料,并做成門斗形式,采用兩個隔聲門。
3、室內的吸聲處理
由于柴油發(fā)電機組安裝在密閉式的房間內,因此其混響聲比較嚴重,必須在室內作吸聲處理。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,吸聲面積約占室內總面積的70%,經估算其吸聲量約為12dB(A),這樣可彌補隔墻隔聲量的不足。
4、進、排風道的消聲設計
一般柴油發(fā)電機組排風量為8000m3/h左右,進風量為100000m3/h左右,為了提高進、排風的消聲效果,在設計消聲道尺寸時,應保證進、排風的速度小于5m/s,以減少再生噪聲的影響。本設計采用片式長方形消聲結構,為了消除低頻噪聲,消聲片厚度取100mm,消聲道的長度取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)、消聲器長度、通流截面等計算平均消聲量為63.6dB(A)??紤]到室內消聲處理,其進排風道消聲量基本滿足消聲要求。
5、排氣消聲器的設計
柴油機的排氣噪聲是整機噪聲中貢獻最大的聲源。
圖7 標準型排氣煙筒模型圖 |
圖8 阻抗復合式消聲器結構圖. |
6、地基隔振處理
由于該發(fā)電機組距居民樓很近,發(fā)電機組工作時振動很大,直接影響到居民生活和休息,必須進行基礎隔振處理。原發(fā)電機組所帶金屬彈簧隔振器不能滿足要求,本設計采用質量隔振原理,制造一個大于發(fā)電機組質量4倍的剛性基礎,機組安裝在基礎上,基座系鋼筋混凝土結構,基礎四周采用隔振溝,基礎底部也采用10cm厚油毛氈進行隔振處理?;A經雙層隔振處理后,當柴油發(fā)電機組工作時,在居民樓一層樓處,基本感覺不到有振動。
總結:
康明斯發(fā)電機公司根據以往經驗,柴油發(fā)電機組經噪聲綜合治理后,發(fā)電機組在正常運轉時,其室內噪聲可以從原來的115dB(A)下降到90dB(A)以下,室外噪聲由115dB(A)下降為60dB(A)以下。
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