新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)靜音箱體外觀和結(jié)構(gòu)

 

摘要： 柴油發(fā)電機(jī)組防音箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要考慮能夠容納所有配套件（包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、啟動(dòng)電池、斷路器、控制系統(tǒng)和消聲組件等）和降噪所需空間、足夠的進(jìn)排風(fēng)通道面積，滿足額定功率輸出，并安全、可靠運(yùn)行，同時(shí)便于操作、檢修、裝卸、運(yùn)輸、安裝、防塵、防雨雪和組裝等。力求用最小的體積，較低的制造和運(yùn)輸成本達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和功能。

 

一、防音箱體外形的設(shè)計(jì)

 

      防音箱體外形通常采用正長方體設(shè)計(jì)，該方案適用于室內(nèi)外使用環(huán)境，具有適應(yīng)性和機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，制造工藝性也較好的特點(diǎn)。為了節(jié)省空間和縮短長度，有時(shí)也采用在兩下端切為斜角并作為進(jìn)、排風(fēng)口的方案，但其缺點(diǎn)是容易吸入或吹揚(yáng)地面的塵土、安裝于機(jī)房內(nèi)時(shí)很難將熱風(fēng)引排至室外。靜音箱外罩示例如圖1所示，無外置裸機(jī)外觀如圖2所示。

1、防音箱體外形尺寸的設(shè)計(jì)

（1）長度≥柴油機(jī)＋水箱＋發(fā)電機(jī)組件總長度＋降噪進(jìn)風(fēng)室長度＋降噪排風(fēng)室長度＋吸音組件厚度。

（2）寬度≥柴油機(jī)＋水箱＋吸音組件厚度。

（3）高度≥柴油機(jī)＋水箱＋減震組件＋排氣管組件＋水箱注水口空間＋吸音組件厚度。

（4）注意事項(xiàng)：

① 基于低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組通常為細(xì)長形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在滿足使用條件的前提下，優(yōu)先控制防音箱體的長度，控制系統(tǒng)、開關(guān)、電池和接線等組件盡量利用其他空間設(shè)置。

② 對(duì)于個(gè)別過于細(xì)長機(jī)型，箱體可以適當(dāng)加寬，使其搬移和運(yùn)行更為平穩(wěn)，同時(shí)外觀也較為協(xié)調(diào)美觀。

③ 在確定箱體的高度時(shí)，應(yīng)注意水箱注水操作和觀察水位的空間，必要時(shí)可以將注水口設(shè)置在機(jī)箱外頂部。

④ 個(gè)別機(jī)型的增壓器和排氣管等高發(fā)熱（最高溫度可達(dá)600℃）組件可能比較靠近邊緣，在確定箱體外形尺寸時(shí)，要充分考慮箱壁與其保持足夠的距離，避免發(fā)電機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生高溫烤壞吸音材料或箱板。另外，發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)和停機(jī)過程中部分組件擺幅較大，箱壁也應(yīng)與其保持足夠的距離，避免產(chǎn)生撞傷和敲擊異聲。

2、防音箱體操作門及檢修門的設(shè)計(jì)

（1）操作門設(shè)計(jì)

      通常置于發(fā)電機(jī)端（進(jìn)風(fēng)側(cè)）的端部或兩側(cè)，處于運(yùn)行環(huán)境溫度相對(duì)較低的區(qū)域。操作門上一般裝鋼化玻璃觀察窗口，便于隨時(shí)察看發(fā)電機(jī)組的各種參數(shù)，同時(shí)兼有隔音作用。

（2）檢修門的設(shè)計(jì)

      應(yīng)充分考慮滿足各種需要檢修或操作的方便及可能性。一般日常的保養(yǎng)、檢修項(xiàng)目，如更換三濾、頻率和電壓調(diào)整等，應(yīng)能方便操作；對(duì)于周期較長的保養(yǎng)、檢修項(xiàng)目，如更換電池和清理水箱等，也應(yīng)力求方便，必要時(shí)通過簡單拆卸個(gè)別板件就能進(jìn)行相應(yīng)的操作。

3、防音箱體的防塵及防雨雪的設(shè)計(jì)

      發(fā)電機(jī)組安裝在戶外使用時(shí)，箱體設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮防塵及防雨雪（即全天候）的需要。進(jìn)、排風(fēng)口一般采用百葉窗結(jié)構(gòu)；對(duì)于環(huán)境粉塵污染較嚴(yán)重的區(qū)域，可以采用氣彈簧全密封窗或加百葉窗結(jié)構(gòu)，運(yùn)行時(shí)僅簡單打開密封窗即可，這時(shí)密封窗也兼有雨棚功能，但這種結(jié)構(gòu)很難適用全自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組；采用電動(dòng)百葉窗結(jié)構(gòu)，既可防雨雪，停機(jī)備用時(shí)也能有效的防塵，同時(shí)滿足自動(dòng)化啟動(dòng)并有利于防潮和提高低溫加熱啟動(dòng)速度，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本偏高。

      箱體上邊緣加設(shè)雨檐，可以避免或使較少雨水掉落在箱體表面；各門邊加設(shè)橡膠密封墊，可以避免雨水滲入箱體內(nèi)和由于振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲；在箱體底部開設(shè)排水孔，可以防止雨水積聚。

4、防音箱體的制造工藝性設(shè)計(jì)

      防音箱體的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮加工和裝配時(shí)具有良好的制造工藝性，以便提高生產(chǎn)效率和降低成本；箱體應(yīng)有足夠的剛性，以便在吊裝和運(yùn)輸過程中安全、可靠和不容易變形。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組靜音箱外罩示意圖

圖2  開放式柴油發(fā)電機(jī)組模型圖（無外罩）

 

二、底座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

 

      低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組通常將油箱和機(jī)座設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，使其只需簡單地加油、加水，立即可以投入運(yùn)行，同時(shí)由于該結(jié)構(gòu)具有一定的彈性，對(duì)于降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，對(duì)基礎(chǔ)的傳遞也有很大的作用。

1、機(jī)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      首先應(yīng)滿足柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)及附件的安裝及運(yùn)行時(shí)所需的剛性、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)承載的要求，然后考慮其油箱的容積、加工的工藝性、總裝和搬移或吊裝的方便性等?？梢愿鶕?jù)不同機(jī)型按常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)方法，確定其滿足剛性、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)承載的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。

2、底座油箱的設(shè)計(jì)

      通常低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組油箱的容積，按發(fā)電機(jī)組滿負(fù)載運(yùn)行8h左右的油耗設(shè)計(jì)，對(duì)于需要較長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的一體化基站小功率發(fā)電機(jī)組，油箱的容積可以達(dá)到運(yùn)行15h以上，大容積油箱同時(shí)抬高了小型發(fā)電機(jī)組的高度，使其操作更為方便。同時(shí)，機(jī)座上應(yīng)設(shè)計(jì)用于安裝、搬移或吊裝的裝置。室外安裝因?yàn)榉浅：喴?，落地至水平基礎(chǔ)即可。室內(nèi)基本安裝布置如圖3和圖4所示。

 

圖3  靜音箱式發(fā)電機(jī)組室內(nèi)側(cè)視安裝圖

圖4  靜音箱式發(fā)電機(jī)組室內(nèi)平面安裝圖

 

三、降噪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

      降噪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是解決通風(fēng)條件和降低噪聲之間的矛盾，在有限的空間條件下，最大限度地降低噪聲，同時(shí)不影響發(fā)電機(jī)組標(biāo)定功率的持續(xù)輸出。低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組按噪聲等級(jí)，通常分為標(biāo)準(zhǔn)防音型（76～85dB/m）和超級(jí)防音型（60～75dB/m）。噪聲主要來自柴油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲、冷卻發(fā)電機(jī)組所需空氣進(jìn)入和排出的風(fēng)噪聲，以及由氣缸內(nèi)燃燒爆炸所產(chǎn)生的排氣噪聲等。降低系統(tǒng)的噪聲，主要是設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)和選擇合適的材料，通過隔聲、吸音和噪聲干擾等措施來實(shí)現(xiàn)，整機(jī)外觀結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1、進(jìn)、排風(fēng)口的設(shè)計(jì)

      進(jìn)、排風(fēng)口及其通道是低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到噪聲能否得到有效的控制，同時(shí)發(fā)電機(jī)組又能在合理的水溫條件下安全正常運(yùn)行。進(jìn)風(fēng)口通常置于發(fā)電機(jī)側(cè)的端部，必要時(shí)可以在其兩側(cè)補(bǔ)充；排風(fēng)口一般置于柴油機(jī)側(cè)的前上部或兩側(cè)。

（1）進(jìn)風(fēng)口的有效通風(fēng)面積應(yīng)大于水箱的面積，確保不低于標(biāo)準(zhǔn)裸機(jī)運(yùn)行所需的通風(fēng)冷卻條件，保證發(fā)電機(jī)組在額定輸出功率和正常的水溫下運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)將風(fēng)速控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)：標(biāo)準(zhǔn)防音型風(fēng)速為8m/s；超級(jí)防音型風(fēng)速為6m/s。風(fēng)速增大，將會(huì)產(chǎn)生二次噪聲。風(fēng)速等于柴油機(jī)自帶風(fēng)扇標(biāo)稱的風(fēng)量與進(jìn)風(fēng)口有效通風(fēng)面積的比值。

（2）如果進(jìn)、排風(fēng)口采用百葉窗結(jié)構(gòu)，應(yīng)特別注意百葉的結(jié)構(gòu)形狀和擺角，最大限度地利用有限的窗口面積提高通風(fēng)條件和降低風(fēng)阻。

（3）通常進(jìn)排風(fēng)通道采用擋板或隔板結(jié)構(gòu)，使空氣的流動(dòng)改變方向和延長與吸音材料的接觸距離，從而提高降噪效果。對(duì)于超級(jí)防音型發(fā)電機(jī)組，必要時(shí)可設(shè)計(jì)成多級(jí)或細(xì)長的專用通道，以使噪聲得到更有效的控制。擋板或機(jī)箱壁與水箱應(yīng)有足夠的距離，減少風(fēng)阻和空氣倒流，使排風(fēng)更為順暢。進(jìn)排風(fēng)通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的技巧性，在有限的空間選擇合理的位置和形狀可以得到最佳的效果。

2、隔聲的設(shè)計(jì)

      噪聲主要是通過空氣傳遞的，所以隔聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力求最大限度地密閉，使各種噪聲大部分控制在防音箱體內(nèi)。

（1）盡量將吸音材料貼附在防音箱體面板上，減少噪聲的穿透傳播；

（2）在門窗的邊緣縫隙加墊、橡膠封條，以減少噪聲的泄漏傳播。

（3）在進(jìn)排風(fēng)通道設(shè)置合適的擋風(fēng)板，避免噪聲直接傳播到機(jī)箱外，同時(shí)加長吸音通道的路徑，可以更有效地控制噪聲。

3、吸聲設(shè)計(jì)

（1）在防音箱體內(nèi)及進(jìn)排風(fēng)通道鋪設(shè)吸音材料，能夠吸收大量的噪聲，減弱噪聲的傳播；

（2）進(jìn)、排風(fēng)通道越長，降噪效果越好，但會(huì)增加風(fēng)阻，減弱通風(fēng)條件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取得其平衡，最好能再通過試驗(yàn)獲取最佳組合結(jié)構(gòu)和參數(shù)；

（3）吸音材料一般采用玻璃纖維棉表面加沖孔板，也可用發(fā)泡海綿等材料，前者吸音和耐高溫效果較好，后者制造工藝性較強(qiáng)；

（4）超靜音型發(fā)電機(jī)組可以通過加厚吸音材料和延長進(jìn)排風(fēng)通道來實(shí)現(xiàn)，但機(jī)箱的體積也會(huì)隨之增大。

4、排氣系統(tǒng)降噪的設(shè)計(jì)

      排氣噪聲由于其頻段較寬，通常需要采用阻抗復(fù)合型消聲器（如圖6所示）對(duì)高頻和低頻噪聲進(jìn)行控制。工業(yè)型消聲器主要利用吸音材料減弱高頻段的噪聲；住宅型消聲器主要是利用氣體的干擾、壓縮和擴(kuò)張降低中低頻段的噪聲。消聲器及其排氣管和彎頭都會(huì)對(duì)柴油機(jī)的排氣產(chǎn)生阻力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須將背壓控制在許可的范圍內(nèi)，特別是排煙管道需要加長時(shí)，更要進(jìn)行嚴(yán)格的校核，避免輸出功率下降，甚至發(fā)電機(jī)組無法正常運(yùn)行。

（1）消聲器的設(shè)計(jì)

      目前，用在柴油發(fā)電機(jī)組排氣系統(tǒng)的主要是直管式消聲器。其消聲性能主要與通道的形式、長度及吸聲材料的性能有關(guān)。

      直管式消聲器是阻性消聲器中最簡單的一種。直管式消聲器消聲量計(jì)算公式為

ΔL=Φ(a₀)L×P/S

式中， ΔL——消聲量：

Φ(a₀) —— 與材料吸聲系數(shù)a₀有關(guān)的消聲系數(shù)（粗略計(jì)算時(shí)可取Φ(a₀)值為1）；

L——消聲器的有效長度；

P——消聲器通道截面周長；

S——消聲器通道截面積。

      由上式可知，阻性直管式消聲器的消聲量除與吸聲材料性能有關(guān)外，還與消聲器的有效長度L及通道截面周長P成正比，而與消聲器通道截面積S成反比。因此，增加有效長度L和通道周長與截面積之比P／S即可提高消聲量。當(dāng)通道截面積因流量、流速要求而確定時(shí)，選擇合理的通道截面形狀，也可提高消聲效果。

      抗性消聲器的消聲性能主要與抗性膨脹室的膨脹比m及膨脹室的長度L有關(guān)，膨脹比決定抗性消聲器消聲量的大小，長度決定抗性消聲器的消聲頻率特性，抗性消聲器最大消聲量計(jì)算公式如下：

      當(dāng)m＞5時(shí)，最大消聲量可近似由下式計(jì)算：

ΔL_max=201gm－6

      ΔL_max與m值的關(guān)系見表1。

表1      ΔL_max與m值的關(guān)系

      由于單節(jié)阻性消聲器在大排氣流量下有高頻失效的缺點(diǎn)，因此在工程應(yīng)用上常采用將阻性結(jié)構(gòu)和抗性結(jié)構(gòu)復(fù)合在一個(gè)消聲器里的設(shè)計(jì)，消聲器進(jìn)氣口串聯(lián)擴(kuò)張室，為一級(jí)抗性消聲器，中間段以多根小口徑?jīng)_孔管替代一個(gè)大口徑?jīng)_孔管以消除高頻通過，沖孔管與外筒間填充耐熱吸音材料形成阻性消聲器，后段再串聯(lián)一個(gè)擴(kuò)張室再連一節(jié)抗性消聲器。根據(jù)消聲量的需要，擴(kuò)張腔式消聲器可多節(jié)串聯(lián)，一般可取2～4節(jié)串聯(lián)，消聲量在20～30dB（A）左右。

（2）排煙口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      排煙口通常置于順排風(fēng)的區(qū)域，有利于將排煙吹散。排煙口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則是：避免雨雪進(jìn)入、減少對(duì)操作區(qū)間的污染和煙塵的積聚。根據(jù)現(xiàn)場使用條件，排煙口可以有三種結(jié)構(gòu)選擇：

① 橫向直接排放結(jié)構(gòu)

      橫向直接排放結(jié)構(gòu)簡單，排煙安全可靠，但對(duì)操作區(qū)間會(huì)產(chǎn)生污染，可將排煙口引至較高或遠(yuǎn)處地方。

②上排加活動(dòng)蓋結(jié)構(gòu)

      該結(jié)構(gòu)使廢氣直接向上排放，對(duì)操作區(qū)間污染較小，同時(shí)又能防雨雪和雜物進(jìn)入排煙口，但可靠性稍差，當(dāng)蓋板動(dòng)作失效時(shí)，排煙口會(huì)進(jìn)水或排氣不暢。使用該結(jié)構(gòu)時(shí)，除應(yīng)精心設(shè)計(jì)和選用合理的材料提高其可靠性外，還應(yīng)加強(qiáng)日常的保養(yǎng)和檢查，才能安全可靠工作。

③ 上排加固定雨蓋結(jié)構(gòu)

      該結(jié)構(gòu)安全可靠，但廢氣可能會(huì)下沉，污染操作區(qū)間，而且容易造成煙塵的積聚。使用時(shí)一般應(yīng)將排煙口引至較高位置。

 

圖5  低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組外形結(jié)構(gòu)圖

圖6  柴油發(fā)電機(jī)組的阻抗復(fù)合型消聲器結(jié)構(gòu)及外形圖

 

四、隔振系統(tǒng)及其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

      柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)組件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，主要通過底座和排氣管傳遞至基礎(chǔ)和建筑物，通?？梢栽诎l(fā)電機(jī)組與機(jī)座間、發(fā)電機(jī)組與排氣管中間設(shè)置減振裝置，減少發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)并減輕振動(dòng)的傳播。

1、減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      減振器通常置于柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)組件與機(jī)座的中間。一般采用橡膠材料圓柱形結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、減振性能好、成本也較低的優(yōu)點(diǎn)，但抗橫向剪切力和安全性較差；采用橡膠材料碗形結(jié)構(gòu)，可以提高安全性；對(duì)于抗沖擊和振動(dòng)要求較高的發(fā)電機(jī)組，可以采用減振性能更好的彈簧減振器，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也稍高。

2、膨脹節(jié)隔振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      排氣口的振動(dòng)很強(qiáng)、溫度很高，其振動(dòng)會(huì)通過排氣管傳遞到其他結(jié)構(gòu)件和建筑物，所以在排氣口與排煙管之間設(shè)置不銹鋼材料的膨脹節(jié)，隔離振動(dòng)的傳播，同時(shí)不會(huì)因熱伸縮破壞其他結(jié)構(gòu)件。

3、其他的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）啟動(dòng)電池盡量靠近啟動(dòng)機(jī)的位置，縮短電池連線，提高啟動(dòng)性能。

（2）消聲器組件應(yīng)安裝在通風(fēng)良好的位置，通常置于排風(fēng)扇前面，有利于散熱。

（3）控制屏及電子元器件，應(yīng)采取防振措施，防止損壞或失效。

（4）緊急停機(jī)按鈕應(yīng)設(shè)置在機(jī)箱外部，便于突發(fā)事件的應(yīng)急處置。

（5）應(yīng)充分考慮加放柴油，加放機(jī)油和注放水的操作方便性。

 

總結(jié)：

      按照康明斯公司的供貨要求，標(biāo)準(zhǔn)防音型發(fā)電機(jī)組的噪聲一般在76～85dB（A），超級(jí)防音型發(fā)電機(jī)組的噪聲一般為60～75dB（A）。超級(jí)防音型發(fā)電機(jī)組是在標(biāo)準(zhǔn)防音型發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)上對(duì)噪聲排放采取更加嚴(yán)格的控制措施，如采用迷宮式進(jìn)排風(fēng)通道設(shè)計(jì)等來實(shí)現(xiàn)的。低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組的外形結(jié)構(gòu)主要由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、機(jī)座（包括機(jī)底油箱）、排氣消聲系統(tǒng)、減振裝置、防音箱、進(jìn)風(fēng)降噪系統(tǒng)、排風(fēng)降噪系統(tǒng)以及周邊配套系統(tǒng)等組成。

 

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