機(jī)房設(shè)計與設(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)房的運行時產(chǎn)生約110分貝的噪聲，其震動噪音多為中低頻噪音具有穿透性強和傳播范圍廣的特點，必然對周圍環(huán)境造成污染。

 

一、柴油機(jī)房設(shè)計與噪聲分析

 

1、 柴油機(jī)房設(shè)計依據(jù)

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

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

（3）國家環(huán)境噪聲測量方法（GB12349-19XX）；

（4）現(xiàn)場查看污染源概況；

（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)計原則

（1） 設(shè)計中努力遵循技術(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)場實際情況，制定先進(jìn)合理的綜合治理方案，力求治理效果穩(wěn)定，治理費用經(jīng)濟(jì)，不影響設(shè)備正常運行和管理操作，便于維修和保養(yǎng)。

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

3、柴油機(jī)聲功率計算分析

      通過對柴油機(jī)的輻射噪聲計算，得到了柴油機(jī)表面輻射聲功率譜和聲場的輻射聲功率譜。根據(jù)該頻譜可以得到柴油機(jī)表面總的聲功率級為118. 4dB，聲場的總聲功率級為107. 5dB。從柴油機(jī)表面輻射聲功率譜上看，在850Hz和1250Hz時輻射噪聲出現(xiàn)峰值，此時的柴油機(jī)表面聲壓級云圖分別如圖1和圖2所示。

      從柴油機(jī)表面聲壓級云圖中看出， 機(jī)體在350Hz時表面噪聲最高，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時噪聲最高。缸蓋在350Hz 時前后表面噪聲較高， 其上表面在850Hz時噪聲最高。

 

圖1  850HZ頻率下柴油機(jī)表面聲壓級云圖

圖2  1250HZ頻率下柴油機(jī)表面聲壓級云圖

 

二、 設(shè)計方案說明

 

      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、運轉(zhuǎn)工況的不同，各個發(fā)聲源對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）綜合起來考慮。

1、排氣噪聲的控制

       排氣噪聲是發(fā)動機(jī)噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動機(jī)的發(fā)火頻率，在整個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） 高速氣流通過排氣門環(huán)隙及曲折的管道時所產(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)動機(jī)空氣動力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動機(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)氣流通過阻性消聲器時，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維的震動。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，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：我們一般利用一個泊位減振節(jié)、一個工業(yè)型消聲器和一個住宅型消聲器的組合，有效地隔斷了排氣震動和排氣噪聲的傳播。同時，對排氣管道進(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)動機(jī)各運動零部件在運轉(zhuǎn)過程中受氣體壓力和運動慣性力的周期變化所引起的震動或相互沖擊而產(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)械震動及噪聲。

⑤ 燃燒噪聲是燃燒過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)震動和噪聲。在氣缸內(nèi)燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級是很高的，但是，發(fā)動機(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峰值不能順利地傳出，而中高頻段的氣缸壓力級則相對易于傳出。

（2）控制機(jī)械噪聲和燃燒噪聲的有效方法：

① 對發(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)過隔震處理，發(fā)電機(jī)組表面的震動被有效隔斷。

② 在噪聲的傳播通道上進(jìn)行降噪處理

      減少聲源對外的輻射，個別對噪聲指標(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)生周期性擾動而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)葉片截面上分離時，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)計一個好的排風(fēng)吸音通道，這個吸音通道可由導(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?？赏ㄟ^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)通道的長度、寬度等參數(shù)來提高吸音效果。在設(shè)計排風(fēng)吸音通道時，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)組運轉(zhuǎn)的噪聲都經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道輻射到外面。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲是由進(jìn)氣門周期性開、閉而產(chǎn)生的壓力波動所形成，其噪聲頻率一般處于500Hz以下的低頻范圍。對于渦輪增壓發(fā)動機(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)計合理的空氣濾清器，其本身就具有一定的消聲作用?？紤]到進(jìn)氣噪聲相對較低，故對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)一般不做另外處理。對發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣通道，則要從風(fēng)道的設(shè)計，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)計規(guī)范

      以保證發(fā)動機(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

      南方某國際機(jī)場航站樓應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組為4臺康明斯發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運行。單臺發(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約60m。

（2）排煙口位于地面一層露臺。根據(jù)對現(xiàn)場環(huán)境噪聲的調(diào)查和估測，該機(jī)房受周邊設(shè)備運轉(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)時噪聲對油機(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，在相同工況下運行噪聲不變、因此在修正背景噪聲的影響后，實際噪聲控制值在機(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），長度方向為21.5m，寬度方向為19.5m。在長度方向順著發(fā)電機(jī)組進(jìn)排風(fēng)方向分別布置了一個進(jìn)風(fēng)豎井和一個排風(fēng)豎井（4臺發(fā)電機(jī)組共用）。寬度方向并列均布4臺發(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)張腔的長度，排風(fēng)豎井的高度，熱風(fēng)排出機(jī)房到地面的路徑長17.5m，不算消聲器的消聲量，排風(fēng)噪聲經(jīng)過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)房后通過地面一層露臺的排煙井?dāng)U散排出，排煙路徑較短，排煙噪聲對地面影響較大。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，對高頻噪聲來說，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了住宅型消聲器的消聲效果。

（2）本項目機(jī)房四壁和天花板都做了吸聲裝飾，增強了機(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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