新聞主題 |
柴油發(fā)電機(jī)的噪聲源類別與特征 |
摘要:柴油發(fā)電機(jī)房噪音通常可輕易穿透墻體的阻擋輻射到機(jī)房外,它除了設(shè)備本身運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)出的噪聲,還有就是噪聲在機(jī)房內(nèi)反射形成的噪聲場。其主要噪聲源包括柴油發(fā)電機(jī)的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲、電磁噪聲以及地基振動(dòng)的傳遞所產(chǎn)生的噪聲等。
一、噪聲源分析
1、排氣噪聲
柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí),氣缸內(nèi)的高溫高壓廢氣隨排氣口間斷開閉周期性地噴射到排氣管內(nèi),排氣管口排出高溫高速的脈動(dòng)氣流,由此產(chǎn)生周期性的排氣噪聲。排氣噪聲是柴油發(fā)電機(jī)最主要的聲源,頻譜特性為低頻為主的寬頻帶噪聲,噪聲級高達(dá)95——105dB(A),峰值一般為63——250Hz。排氣噪聲的主要頻率f(Hz):
f = 2K•n / 60T(HZ)
式中
K——發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù);
n——發(fā)動(dòng)機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)速(r/min);
T——發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程數(shù)。
柴油發(fā)電機(jī)排氣噪聲的強(qiáng)度與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等因素有關(guān),并隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的變化而變化。一般柴油機(jī)排氣噪聲的總聲壓級(dB)可用下式近似估算:
Lp = 12logN+30logn-9(dB)
式中
n——柴油機(jī)主軸轉(zhuǎn)速(r/min);
N——柴油機(jī)功率(HP)。
對發(fā)電機(jī)組的排煙噪聲處理通常是在原配的標(biāo)準(zhǔn)消聲器后串聯(lián)二級消聲器,常用的二級消聲器有以下幾種:
消聲箱(阻-抗復(fù)合式)
|
中高頻(SL_A)
|
共振式(抗性)
|
低頻(SL_B)
|
膨脹式(抗性)
|
低中頻(SL_C)
|
迷途式(阻性)
|
寬頻(SL_D)
|
復(fù)合式(阻-抗復(fù)合式)
|
寬頻(SL_F)
|
聲流式(阻性)
|
寬 頻(SLE)
|
通常使用的兩種排煙消聲器外型如圖1,消聲器實(shí)際應(yīng)用的外型尺寸是根據(jù)各種不同型號的發(fā)電機(jī)組和具體的噪聲要求而定。
圖1 阻抗式消聲器結(jié)構(gòu)圖 |
2、進(jìn)氣噪聲
對于非增壓柴油機(jī),進(jìn)氣噪聲比排氣噪聲低,接近柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲水平。
① 空氣在進(jìn)氣管中的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生低頻噪聲;
② 空氣以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時(shí)形成渦流產(chǎn)生高頻噪聲;
③ 氣缸內(nèi)氣體在一定壓力下的受迫振動(dòng)、氣門落座聲音及進(jìn)氣管的振動(dòng)等
3、排風(fēng)和風(fēng)扇噪聲
風(fēng)扇噪聲是由旋轉(zhuǎn)的葉片周期性地打擊空氣質(zhì)點(diǎn),引起空氣的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生噪聲。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)排氣管安裝消聲器后,用于冷卻循環(huán)水的風(fēng)扇便成為重要的噪聲源。風(fēng)扇噪聲一般可達(dá)100dB(A)左右。
① 風(fēng)扇噪聲是由渦流噪聲和旋轉(zhuǎn)噪聲組成的,旋轉(zhuǎn)噪聲由風(fēng)扇的葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動(dòng)而引起;
② 排風(fēng)的渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)的葉片截面上分離時(shí),由于氣體的粘性引起的旋渦流,輻射一種非穩(wěn)定的流動(dòng)噪聲。
排風(fēng)噪聲、氣流噪聲、風(fēng)扇噪聲、機(jī)械噪聲均是通過排風(fēng)的通道輻射出去的。
4、燃燒噪聲
燃燒噪聲是由于氣缸內(nèi)周期變化的氣體壓力的作用而產(chǎn)生的,它主要取決于燃燒的方式和燃燒的速度。
當(dāng)柴油機(jī)壓縮行程終了時(shí),燃燒室內(nèi)被壓縮的可燃混合氣被電火花點(diǎn)燃,可燃混合氣燃燒后,放出大量的熱能,燃?xì)獾膲毫蜏囟妊杆僭黾?,最高壓力約為3—5MPa,相應(yīng)的溫度為2200——2800K,在燃燒作功的同時(shí),致使發(fā)動(dòng)機(jī)各部件振動(dòng)而引起的噪聲。
5、機(jī)械噪聲
機(jī)械噪聲是由于運(yùn)動(dòng)件之間以及運(yùn)動(dòng)件與固定件之間周期性變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的,它與激發(fā)力的大小、運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。例如活塞、連桿、氣門等零件的上下運(yùn)動(dòng),曲軸、齒輪組旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),活塞在上、下止點(diǎn)附近受側(cè)向力作用產(chǎn)生一個(gè)由一側(cè)向另一側(cè)的橫向移動(dòng),從而形成活塞對缸壁的強(qiáng)烈敲擊,產(chǎn)生了活塞敲擊噪聲。產(chǎn)生敲擊的主要原因是活塞與氣缸套之間存在間隙,以及作用在活塞上的氣體壓力。
(2)傳動(dòng)齒輪的噪聲是齒輪嚙合過程中齒與齒之間的撞擊和摩擦產(chǎn)生的。在柴油機(jī)上,齒輪承載著交變的動(dòng)負(fù)荷,這種動(dòng)負(fù)荷會使軸產(chǎn)生變形,并通過軸在軸承上引起動(dòng)負(fù)荷,軸承的動(dòng)負(fù)荷又傳給發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和齒輪室殼體,使殼體激發(fā)出噪聲。此外,曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也會破壞齒輪的正常嚙合而激發(fā)出噪聲。傳動(dòng)齒輪噪聲與齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)型式、加工精度、齒輪材料配對、齒輪室結(jié)構(gòu)以及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)。
(3)柴油機(jī)大都采用凸輪、氣門配氣機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)中包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門等零件。配氣機(jī)構(gòu)中零件多、剛度差,在運(yùn)動(dòng)中易于激起振動(dòng)和噪聲,包括氣門和氣門座的撞擊,由氣門間隙引起的傳動(dòng)撞擊,挺柱和凸輪工作面之間的摩擦振動(dòng),高速時(shí)氣門不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的噪聲。配氣機(jī)構(gòu)噪聲與氣門機(jī)構(gòu)的型式、氣門間隙、氣門落座速度、材料、凸輪型線、凸輪和挺柱的潤滑狀態(tài)、柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。
6、 電磁噪聲
發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子在電磁場中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電磁噪聲以及滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)所發(fā)生的機(jī)械噪聲。
發(fā)電機(jī)中的磁噪聲也稱“電磁”或“電”噪聲,由磁化部件在其交變磁場中的吸引力和排斥力產(chǎn)生的機(jī)械力(如壓力)引起的。交變磁場以兩倍的線頻(如嗡嗡聲)激發(fā)振動(dòng)和噪聲,僅在電機(jī)通電時(shí),如果斷電后噪音立即停止,則其來源是磁噪聲。
磁噪聲通常是二極和四極電機(jī)的第二大噪聲源(風(fēng)阻是第一大噪聲源),也可能是六極或更多極電機(jī)的主要噪聲源。這主要是因?yàn)榈退俅判镜亩ㄗ託埩艄桎撈纳疃缺葮O數(shù)較少的高速磁芯的定子深度?。ㄒ妶D3),2極和6極定子鐵芯中的殘留硅鋼片,這使得它們更容易變形,并因較小的力產(chǎn)生更大的振幅振動(dòng)。由于氣隙較小以及軸承和殼體配合超差的偏心效應(yīng),具有六個(gè)或更多極的低速電機(jī)容易產(chǎn)生更高的噪聲級。
圖2 發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖圖 |
圖3 發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的噪聲 |
7、地基振動(dòng)噪聲
柴油機(jī)強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)可通過地基遠(yuǎn)距離傳播到室外各處,然后通過地面再幅射噪聲。柴油發(fā)電機(jī)房降噪處理的原則是,在確保柴油發(fā)電機(jī)組通風(fēng)條件即不降低輸出功率的前提下,采用高效吸音材料和降噪消聲裝置對進(jìn)、排風(fēng)通道和排氣系統(tǒng)進(jìn)行降噪處理,使之噪聲排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。
綜上所述,機(jī)房內(nèi)柴油機(jī)組運(yùn)行時(shí),考慮柴油機(jī)殼體、排煙管道及機(jī)房冷卻風(fēng)機(jī)的疊加噪聲,在機(jī)房內(nèi)形成一個(gè)混響聲場,其機(jī)房內(nèi)噪聲一般將大于100dB(A)。
二、柴油機(jī)噪音的控制措施
1、改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)
燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀與混合氣的形成和燃燒密切相關(guān),燃燒室的結(jié)構(gòu)決定著燃燒室空腔的聲模態(tài)和壓力高頻振蕩的頻率,所以選擇合適的燃燒室或?qū)θ紵医Y(jié)構(gòu),將能優(yōu)化燃燒過程,降低壓力升高率和削弱壓力高頻振蕩。因此可以選擇分隔式的燃燒室。在渦流室式內(nèi)燃機(jī)中,噴油嘴的噴油方向偏離渦流室中心而指向下游,附著于缸壁面的燃料就越多,燃燒越平靜,噪聲就會越小。
2、增壓
柴油機(jī)增壓后可使進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加,進(jìn)氣溫度增加,使得壓縮終了的溫度和壓力增高,滯燃期縮短,所以可以降低燃燒噪聲。
3、廢氣再循環(huán)
廢氣再循環(huán)主要引入的初衷是用來降低NOx污染物,但廢氣再循環(huán)使得進(jìn)氣溫度升高,減少燃燒率,使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn),所以可以有效降低燃燒噪聲。
4、壓縮比
提高壓縮比可以提高壓縮終了的壓力和溫度,因此縮短滯燃期,使燃燒噪聲降低。但是壓縮比的提高會使氣缸壓力增加,活塞敲擊聲增大,所以通過提高壓縮比降低燃燒噪聲應(yīng)綜合考慮其對活塞敲擊聲的影響。
5、燃料
不同的燃料,噴人氣缸后,其物理、化學(xué)準(zhǔn)備過程不同,從而導(dǎo)致不同的滯燃期。十六烷值高的燃料滯燃期短,壓力升高率降低,燃燒噪聲降低。另外新的代用燃料,如生物制氣,乙醇等有利于柴油機(jī)燃燒噪聲的降低。
6、預(yù)噴射降低噪音
預(yù)噴就是將一個(gè)循環(huán)一次噴完的燃油分成兩次噴。先噴入的一小部分提前在主噴之前就開始進(jìn)行點(diǎn)燃的預(yù)反應(yīng),如此可以減少在滯燃期內(nèi)積聚的可燃油量。這是降低直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲的最有效措施。
7、延遲噴油定時(shí)控制噪音
由于氣缸內(nèi)壓縮溫度和壓力是隨曲軸轉(zhuǎn)角而變化的,噴油時(shí)間將通過影響壓縮溫度和壓縮壓力而對滯燃期起作用。適當(dāng)推遲噴油,進(jìn)入缸內(nèi)氣體溫度和壓力升高,滯燃期縮短,所以使得燃燒噪聲降低。但是如果過早和過遲噴油,進(jìn)入缸內(nèi)氣體的壓力和溫度都反而會低,從而是滯燃期延長,燃燒噪聲增大,因此有一個(gè)最佳噴油延遲時(shí)間。
8、電子控制技術(shù)
電子控制的柴油機(jī)能根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、進(jìn)氣溫度、EGR率、增壓壓力、燃?xì)鉁囟?、冷卻液溫度等精確控制噴油定時(shí),選擇合適的噴油策略,進(jìn)而控制燃燒噪聲,并能兼顧經(jīng)濟(jì)性和排放。共軌式噴油裝置是柴油機(jī)電子控制使用廣泛和成熟的裝置。其優(yōu)點(diǎn)除噴油壓力可獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速外,還能實(shí)現(xiàn)噴油率波形的自由選擇,使用該裝置后的噪聲水平得到很大的改善。
9、隔熱活塞控制
采用隔熱活塞可提高燃燒室壁溫度,縮短滯燃期,降低空間霧化燃燒系統(tǒng)的柴油機(jī)的燃燒噪聲。
----------------
以上信息來源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞,特此聲明!
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權(quán),請通知我們!
溫馨提示:未經(jīng)我方許可,請勿隨意轉(zhuǎn)載信息!
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機(jī)組技術(shù)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品資料,請電話聯(lián)系銷售宣傳部門或訪問我們官網(wǎng):http://www.jubaao.com