機(jī)房設(shè)計(jì)與設(shè)備安裝

柴發(fā)機(jī)房噪聲控制策略和降噪設(shè)計(jì)

 

導(dǎo)讀：柴油發(fā)電機(jī)組是一種廣泛使用的備用供電設(shè)備，作為對(duì)電力系統(tǒng)的補(bǔ)充，在給人們供應(yīng)用電的同時(shí)，伴隨柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲污染問(wèn)題也十分嚴(yán)重。隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)和環(huán)境質(zhì)量要求的提高，發(fā)電機(jī)組引發(fā)的環(huán)境噪聲問(wèn)題日益得到重視。如何在滿足人們用電需求的同時(shí)，改善柴油發(fā)電機(jī)房周?chē)h(huán)境的聲污染狀況具有重要的研究意義。下列主要講解通過(guò)發(fā)電機(jī)房和設(shè)備本體兩個(gè)方面對(duì)噪聲的控制方法，同時(shí)滿足了柴油發(fā)電機(jī)組工作時(shí)的通風(fēng)散熱要求。另外，也為同類(lèi)的柴油發(fā)電機(jī)房噪聲控制與治理提供了一定的參考價(jià)值。

 

一、噪聲機(jī)外控制策略

 

1、隔聲門(mén)設(shè)計(jì)

     隔聲門(mén)的設(shè)計(jì)要求如圖1所示。由于大型柴油發(fā)電機(jī)組的安裝位置通常都是在以磚混結(jié)構(gòu)為主的發(fā)電機(jī)房中，可以對(duì)這一環(huán)境進(jìn)行充分利用，來(lái)達(dá)到隔聲效果。但是，在機(jī)房?jī)?nèi)因?yàn)殚T(mén)的隔聲效果要比墻體的隔聲效果差，并且門(mén)縫也會(huì)有漏氣現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須按照等透射的原則，來(lái)確定門(mén)的隔聲量。最好選用夾層隔聲門(mén)，其主要采用的是雙層鋼板附貼阻尼材料并在內(nèi)腔充填吸聲材料，如圖2所示。如有較高隔音需要時(shí)，應(yīng)使用雙層隔聲門(mén)。

 

圖1  發(fā)電機(jī)房隔音門(mén)設(shè)計(jì)要求

圖2  發(fā)電機(jī)房隔聲門(mén)結(jié)構(gòu)圖

 

2、排煙消聲器設(shè)計(jì)

      由于柴油機(jī)排煙的噪聲很高，通常在110dB(A)以上，且多是低頻噪聲。因此，需通過(guò)在排煙管上安裝二級(jí)阻抗復(fù)合消聲器來(lái)降噪，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)減小阻力損失，防止發(fā)動(dòng)機(jī)功率數(shù)輸出受到影響。消聲器的典型布置如圖3、圖4所示。各級(jí)消聲器的長(zhǎng)度確定，要以排氣噪聲的前三次諧頻為依據(jù)，擴(kuò)張室的消聲量按以下公式進(jìn)行估算：

△Lmax=101g[14-1／4(m一1／m)]

其中，m——表示擴(kuò)張比，m=s／si；

S——是消聲器擴(kuò)張室截面積；

si——為第i節(jié)擴(kuò)張室入口插管的截面積。

 

圖3 消聲器架在柴油機(jī)水箱上布置圖

圖4 消聲器吊裝在發(fā)電機(jī)房屋頂上布置圖

 

3、進(jìn)排風(fēng)消聲設(shè)計(jì)

      要在保證進(jìn)排風(fēng)順暢的前提下，根據(jù)燃?xì)饬亢团棚L(fēng)量，來(lái)設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)排氣消聲通道。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用多通道片式阻性消聲器，消聲片厚度取80～100mm，通道寬度取120～150mm，通道長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

l=△L·a／z·Φ(a0)

式中：l——為消聲器長(zhǎng)度(in)；

△L——為所需要消聲量{dB}；

Φ(a0)——為消聲系數(shù)；

a——為氣流通道的寬度。

片式消聲器通道的通流截面積設(shè)計(jì)為排風(fēng)口截面積的1．5倍。

      發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)及其室內(nèi)煙管工作散發(fā)大量熱量，導(dǎo)致機(jī)房溫度較高，若不處理會(huì)損壞設(shè)備。在實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)將2000KVA應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組置于機(jī)房西側(cè)，并使機(jī)組與進(jìn)風(fēng)口相對(duì)應(yīng)，將排熱口布置在散熱冷卻水箱前端，通過(guò)機(jī)組冷卻風(fēng)扇使熱風(fēng)向外排出，機(jī)房?jī)?nèi)部會(huì)因此形成負(fù)壓，從而使外面的空氣進(jìn)入機(jī)房，達(dá)到降低室溫的目的。 

4、吸音墻面和天花設(shè)計(jì)

      柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)部的空氣會(huì)把來(lái)自于柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)傳遞到所有墻面、地面、頂面（天花）以及較大面積的平面。在兩個(gè)平行的平面之間將會(huì)維持駐波狀態(tài)，既第一個(gè)平面產(chǎn)生的駐波的波幅與第二個(gè)平面產(chǎn)生的駐波的波幅與波節(jié)在位置上重合，這樣，兩平面之間產(chǎn)生"共振"。該共振產(chǎn)生在兩個(gè)平面之間，既"軸向共振”。在典型的矩形機(jī)房中實(shí)屬常見(jiàn)，該類(lèi)機(jī)房每個(gè)墻面的夾角一般都為90 度，在每個(gè)夾角處還將出現(xiàn)"邊緣效應(yīng)"。墻面隔音措施如圖圖5所示，天花隔音措施如圖6所示。

 

圖5  發(fā)電機(jī)房墻體隔音措施示意圖

圖6  發(fā)電機(jī)房天花吸音處理措施

 

二、噪聲機(jī)內(nèi)控制策略

 

      降低柴油發(fā)電機(jī)燃燒噪聲的根本措施是降低壓力增長(zhǎng)率，而壓力增長(zhǎng)率取決于著火延遲期和在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量和質(zhì)量，因此可通過(guò)選用十六烷值高的燃料，合理組織噴油過(guò)程及選用良好的燃燒室來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體措施如下:

1、延遲噴油定時(shí)

      由于氣缸內(nèi)壓縮溫度和壓力是隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的，噴油時(shí)間的早晚對(duì)于著火延遲期長(zhǎng)短的影響將通過(guò)壓縮溫度和壓力而起作用。若噴油早，則燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力低，著火延遲期變長(zhǎng);若噴油過(guò)遲，同樣燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力反而變低，著火延遲期變長(zhǎng)，燃燒噪聲增大;只有適當(dāng)推遲噴油時(shí)間，即減小噴油提前角，可使著火延遲期延期長(zhǎng)，燃燒噪聲減小。

2、改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)

      柴油發(fā)電機(jī)工作過(guò)程的好壞主要取決于燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀三方面的配合是否合理。因此，燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀與混合氣的形成和燃燒有密切關(guān)系，它不但直接影響柴油發(fā)電機(jī)的性能，而且影響著火延遲期、壓力升高率，從而影響燃燒噪聲。

      根據(jù)混合氣的形成及燃燒精通結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，柴油發(fā)電機(jī)的燃燒室分為直噴式和分隔式兩大類(lèi):A直噴式又分開(kāi)式、半分開(kāi)式和球形燃燒室等。B分隔式分渦流室和預(yù)燃室。

      在其他條件相同的情況下，直噴式燃燒室中的球形和斜置圓桶形燃燒室的燃燒噪聲最低，分隔式燃燒室的噪聲一般較低。而ω形直噴式燃燒室（半分開(kāi)式）和淺盆形直噴式燃燒室（開(kāi)式）的燃燒噪聲最大。調(diào)節(jié)燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)也可降低燃燒噪聲。例如:在渦流室式發(fā)動(dòng)機(jī)中噴油嘴的噴油方向愈偏離渦流室中心而指向渦流下游，附著于燃燒室壁面的燃料就愈多，燃燒也愈平靜;另外增加渦流室噴孔面積比也可減少噪聲。

3、調(diào)節(jié)噴油系統(tǒng)

      噴油率對(duì)燃燒噪聲的影響非常大，試驗(yàn)表明，噴油率提高一倍，燃燒噪聲就會(huì)增加6dB，因此用減少?lài)娪捅霉┯吐实姆椒▉?lái)減少燃燒噪聲，但應(yīng)注意高速性能的惡化和增加怠速噪聲的問(wèn)題。

4、提高廢氣再循環(huán)率和進(jìn)氣節(jié)流

      提高廢氣再循環(huán)率可減小燃燒率，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此對(duì)降低燃燒噪聲起到明顯作用。而進(jìn)氣節(jié)流可使氣缸內(nèi)的壓力降低和著火時(shí)間推遲，因此進(jìn)氣節(jié)流不但能降低噪聲，而且還能減少柴油發(fā)電機(jī)所特有的角速度波動(dòng)和橫向擺振。

5、采用增壓技術(shù)

      柴油發(fā)電機(jī)增壓后進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加，使壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的溫度和壓力增高，改善了混合氣的著火條件，使著火延遲期縮短。

6、提高壓縮比

      提高壓縮比可提高壓縮終了的溫度和壓力，使燃料著火的物理、化學(xué)準(zhǔn)備階段得以改善，從而縮短著火延遲期，降低壓力升高率，降低燃燒噪聲;但壓縮比增大使氣缸內(nèi)壓力增加，會(huì)讓活塞敲擊聲增大，因此，提高壓縮比不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的總噪聲有很大的降低。

      除采取上述措施改進(jìn)燃燒過(guò)程外，還應(yīng)在燃燒激發(fā)力的輻射和傳播途徑上采取措施，增加發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒噪聲的衰減，尤其是對(duì)中、高頻成分的衰減。具體的措施有:提高機(jī)體及缸套的剛性，采用隔振隔聲措施，減少活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)各部分的間隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用較小的缸徑，增加缸數(shù)或采用較大的S/D值，改變薄壁零件（如油底殼）的材料和附加阻尼。

 

三、噪聲控制方法計(jì)算與選型

 

      噪聲控制主要體現(xiàn)在降噪方案和消聲器安裝兩個(gè)方面。典型降噪設(shè)計(jì)圖紙如圖7、圖8所示。

1、排氣噪聲的頻率計(jì)算

f=(2nz／60·i)k

       該公式中：n表示發(fā)動(dòng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速(r／min)：i代表沖程數(shù)；z則是氣缸數(shù)；k是諧波次數(shù)，k=l、2、3……。一般情況下以前三次諧波為主要考慮方面。

2、排氣噪聲級(jí)計(jì)算

Lp=121gP+301gn-9

      該式中：P表示柴油機(jī)額定功率；n表示主軸轉(zhuǎn)速。

3、風(fēng)機(jī)的噪聲計(jì)算

       通常情況下，冷卻風(fēng)機(jī)的噪聲產(chǎn)生基本上是指渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率計(jì)算

f=(n·z／60)·k

      該式中：N代表葉輪轉(zhuǎn)速{r／min}；z表示葉片數(shù)；k是諧波次數(shù)。

      在具備一定的條件時(shí)，還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)組的噪聲級(jí)進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)對(duì)其頻率特性的分析，為選擇噪聲治理措施提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

4、消聲、隔振設(shè)備選型

表1    柴油發(fā)電機(jī)組消聲器和減震器選型表

注：不同的品牌發(fā)電機(jī)其排煙管直徑可能不同，相應(yīng)的二次排煙消聲器直徑也不同。

 

圖7  柴發(fā)機(jī)房隔音降噪施工樣板圖.

圖8   柴發(fā)機(jī)房環(huán)保降噪工程示意圖

 

總結(jié)：

      總之，發(fā)電機(jī)房隔音降噪方案既能有效地降低發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的環(huán)境噪聲，又能滿足室內(nèi)的低頻反復(fù)折射所產(chǎn)生的噪聲及室內(nèi)空氣流通。綜合控制的核心是等隔離聲概念， 即用一封閉的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將機(jī)組與外界隔離開(kāi)來(lái)，減少聲源對(duì)外的聲輻射。通過(guò)治理柴油發(fā)電機(jī)房界外噪聲到達(dá)國(guó)家《城市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》( GB- 3096- 82) 中二類(lèi)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)， 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試白天≤55dB (A) ， 晚上≤45dB (A) 到達(dá)了消除噪聲污染的目的。

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