如何控制柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組噪聲？
中國柴油發(fā)電機(jī)組網(wǎng)報道：柴油發(fā)電機(jī)組噪聲往往成為周圍環(huán)境噪聲的主要污染源。當(dāng)前社會對環(huán)保要求越來越高，如何有效地控制其噪聲污染是一項有難度，同時又具有很大推廣價值的工作，這也是我們環(huán)保的主要工作，應(yīng)得到更多的重視。為了做好這項工作，首先要對柴油發(fā)電機(jī)組噪聲的構(gòu)成進(jìn)行了解和分析。
一、柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組噪聲原因分析：
柴油機(jī)噪聲是一個由多種聲源構(gòu)成的復(fù)雜聲源，按照噪聲輻射方式，柴油機(jī)噪聲可以分為空氣動力噪聲和表面輻射噪聲。按照產(chǎn)生的機(jī)理，柴油機(jī)表面輻射噪聲又可以分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。其中空氣動力噪聲為主要噪聲源。
（一）、 空氣動力噪聲：
空氣動力噪聲是由于氣體的非穩(wěn)定過程，即由氣體的擾動以及氣體與物體的相互作用而產(chǎn)生的。直接向大氣輻射的空氣動力噪聲包括：進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲。
1、進(jìn)氣噪聲：
進(jìn)氣噪聲是柴油機(jī)的主要空氣動力噪聲之一，它是由進(jìn)氣門的周期性開啟與閉合而產(chǎn)生的壓力起伏變化而形成的。當(dāng)進(jìn)氣門開啟時，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個壓力脈沖，而隨著活塞的繼續(xù)運動，它受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時，同樣產(chǎn)生一個有一定持續(xù)時間的壓力脈沖。于是產(chǎn)生了周期性的進(jìn)氣噪聲。其噪聲頻率成分主要集中在200 Hz以下的低頻范圍。與此同時，當(dāng)氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時，產(chǎn)生湍流脫體，導(dǎo)致高頻噪聲的產(chǎn)生，由于進(jìn)氣門通流截面是不斷變化的，因此湍流噪聲具有一定的頻率范圍，主要集中在1 000 Hz以上的高頻范圍。進(jìn)氣管空氣柱的固有頻率與周期性進(jìn)氣噪聲的主要頻率相一致時，空氣柱的共振噪聲在進(jìn)氣噪聲中也會較為突出。
對于采用渦輪增壓的發(fā)動機(jī)，由于渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速一般較高，因此其進(jìn)氣噪聲明顯高于非渦輪增壓的發(fā)動機(jī)。渦輪增壓器的噪聲是由于葉片周期性地切割空氣產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和高速氣流形成的湍流噪聲而形成的，是一種連續(xù)性的高頻噪聲，主要分布在500~10 000 Hz的頻率范圍。目前我公司大部分采用渦輪增壓的發(fā)動機(jī)。
進(jìn)氣噪聲與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計因素有關(guān)。對于同一臺發(fā)動機(jī)來說，受轉(zhuǎn)速的影響最大，轉(zhuǎn)速提高一倍可導(dǎo)致進(jìn)氣噪聲增加10~l5dB（A）。
2、排氣噪聲：
排氣噪聲是發(fā)動機(jī)噪聲中最主要的聲源，其噪聲一般要比發(fā)動機(jī)整機(jī)噪聲高出10~15dB（A）。發(fā)動機(jī)排氣屬高溫（800~l000℃）、高壓（3~4個大氣壓）氣體。排氣過程一般分為兩個階段，即自由排氣階段和強(qiáng)制排氣階段。發(fā)動機(jī)廢氣從排氣門高速沖出，沿著排氣歧管進(jìn)入消聲器，最后從尾管排入大氣，在這一過程中產(chǎn)生了寬頻帶的排氣噪聲。
排氣噪聲包含了復(fù)雜的噪聲成分：以單位時間內(nèi)排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲、管道內(nèi)氣柱共振噪聲、排氣歧管處的氣流吹氣噪聲、廢氣噴注和沖擊噪聲、汽缸的亥姆霍茲共振噪聲、卡門渦流噪聲及排氣系統(tǒng)內(nèi)部的湍流噪聲等。
影響發(fā)動機(jī)排氣噪聲的主要因素有：汽缸壓力、排氣門直徑、發(fā)動機(jī)排量及排氣門開啟特性等。對同一臺發(fā)動機(jī)來說，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是影響其排氣噪聲的最主要因素。
3、冷卻風(fēng)扇噪聲：
風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和湍流噪聲構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)噪聲是由于風(fēng)扇的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動產(chǎn)生的，以葉片通過頻率為基頻，并伴有高次諧波。湍流噪聲是由于風(fēng)扇運動導(dǎo)致的周圍空氣發(fā)生湍流脫體，使空氣發(fā)生擾動，形成氣體的壓縮與稀疏過程而形成的，是一個寬頻帶噪聲。
冷卻風(fēng)扇噪聲受轉(zhuǎn)速的影響最大，轉(zhuǎn)速提高一倍可導(dǎo)致其聲級增加10~15dB（A）。在低速時風(fēng)扇噪聲要比發(fā)動機(jī)噪聲低很多，而在高速時，往往會成為主要的噪聲源。目前我公司使用的柴油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速多為1 500轉(zhuǎn)/分鐘，屬于高轉(zhuǎn)速油機(jī)。
（二）、 表面輻射噪聲：
燃燒噪聲和機(jī)械噪聲很難嚴(yán)格區(qū)分，通常將由于氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動通過缸蓋、活塞-連桿-曲軸-機(jī)體向外輻射的噪聲稱之為燃燒噪聲。將活塞對缸套的撞擊，正時齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、噴油系統(tǒng)等運動件之間的機(jī)械撞擊振動而產(chǎn)生的噪聲叫作機(jī)械噪聲。一般直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲要高于機(jī)械噪聲，而非直噴式柴油機(jī)的機(jī)械噪聲則高于燃燒噪聲，但是低速運轉(zhuǎn)時燃燒噪聲都高于機(jī)械噪聲。
二、 解決噪聲的控制措施：
（一）、空氣動力噪聲控制：
1、 進(jìn)氣噪聲控制：
一般發(fā)動機(jī)均裝有空氣濾清器，進(jìn)氣噪聲即可有較大衰減，成為次要聲源。而當(dāng)其它聲源得到進(jìn)一步控制后，進(jìn)氣噪聲有可能成為主要聲源，這時需考慮采用性能良好的進(jìn)氣消聲器，通常進(jìn)氣消聲器要和空氣濾清器結(jié)合，進(jìn)行一體化設(shè)計，既能滿足進(jìn)氣和濾清方面的要求，又可使進(jìn)氣噪聲得到有效的控制。
2、 排氣噪聲控制：
控制排氣噪聲最有效的方法是加裝排氣消聲器，實際情況往往是降噪效果不很理想。分析原因主要是消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計不甚合理以及加工工藝存在問題，后一個問題可以通過提高工藝水平加以改善；前一個問題則涉及消聲器的設(shè)計思路。通常消聲器設(shè)計主要憑經(jīng)驗，一些設(shè)計計算程序是在一些理想假設(shè)條件下進(jìn)行的，而在這些假設(shè)中實際影響最大的是忽略氣流的存在，而且是高壓、高溫、高速脈動氣流的存在。此種狀態(tài)的氣流將會影響消聲器內(nèi)部的聲場分布、聲速、聲的傳播規(guī)律等，特別是氣流速度影響更大。氣流影響消聲器性能的主要原因是發(fā)動機(jī)排氣的高速脈動氣流再生噪聲，其次是這種氣流會沖擊消聲器的管路、殼體、隔板等聲學(xué)元件，進(jìn)而激發(fā)振動輻射噪聲。當(dāng)消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，或結(jié)構(gòu)不合理，或加工工藝存在問題時，都會導(dǎo)致消聲器消聲性能的下降，同時氣流速度過高也會加大消聲器的壓力損失也會造成消聲性能下降。
（二）、發(fā)動機(jī)表面輻射噪聲的控制：
發(fā)動機(jī)表面輻射噪聲（燃燒噪聲和機(jī)械噪聲）的控制要受到發(fā)動機(jī)性能方面的種種限制，從技術(shù)角度講難度很大，且降噪量有限。實踐表明，在結(jié)構(gòu)上采取措施可以一定幅度地降低發(fā)動機(jī)的表面輻射噪聲，從而降低整機(jī)噪聲。控制的基本措施是增加結(jié)構(gòu)剛度和阻尼，使得在同樣的激振力作用下減少結(jié)構(gòu)表面響應(yīng)。與此同時，減少輻射噪聲的表面面積，也是控制輻射噪聲的有效措施。
（三）、 綜合控制噪聲思路的實際應(yīng)用：
通常一臺500 kW進(jìn)口機(jī)組，機(jī)房內(nèi)的噪聲可達(dá)105~108 dB(A)。在不經(jīng)過治理的情況下，機(jī)房外環(huán)境噪聲為70~80 dB（A）或更高，相同功率參數(shù)的國產(chǎn)機(jī)組噪聲則更大些。目前我國在考核環(huán)境噪聲是否達(dá)標(biāo)時采用《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》或《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》，在標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)不同區(qū)域有不同的噪聲限值。一般在城區(qū)多為一類區(qū)，限值標(biāo)準(zhǔn)晝間為55 dB（A），夜間為45 dB（A）；在郊區(qū)多為二類區(qū)域，相應(yīng)的限值標(biāo)準(zhǔn)晝間為60 dB（A），夜間50 dB（A）。從對比數(shù)據(jù)可以看出，需要的降噪幅度很大，對應(yīng)的控制技術(shù)難度也很大。
在實際工作中，由于我公司所選用的都是配置好的發(fā)動機(jī)整機(jī)，機(jī)組本身采取控制措施難度很大，而且不現(xiàn)實。考慮到油機(jī)運轉(zhuǎn)過程中一般主要是其噪聲污染周圍環(huán)境，因此，如何有效地控制機(jī)房內(nèi)油機(jī)噪聲對外輻射是一個非常現(xiàn)實而且必須解決的問題。選擇的方案應(yīng)能作到既要有效地降低環(huán)境噪聲，又要組織好機(jī)房內(nèi)的空氣流動，滿足發(fā)電機(jī)組運行需要的空氣流量，以保障機(jī)組的正常工作。單純降低噪音的外泄而犧牲油機(jī)房內(nèi)的空氣流量會造成油機(jī)表面冷卻不均勻，減少油機(jī)的發(fā)電容量，影響正常使用。經(jīng)過多年來與環(huán)保部門的合作，對油機(jī)房進(jìn)行消噪聲處理，積累了一些治理經(jīng)驗，主要是必須根據(jù)具體的機(jī)房項目來確定相應(yīng)的控制方案，這其中應(yīng)考慮機(jī)房所在區(qū)域的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及油機(jī)機(jī)型、功率、冷卻風(fēng)量等因素。綜合控制的核心是等隔聲概念，即用一封閉的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將機(jī)組與外界隔離開來，減少聲源對外的聲輻射。所謂等隔聲概念就是整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各個部分（如土建結(jié)構(gòu)部分和門、窗等部分）的隔聲量應(yīng)相當(dāng)。為機(jī)房與外界相通而預(yù)留的通道（如冷卻風(fēng)扇出口、發(fā)動機(jī)排氣出口、機(jī)房通風(fēng)換氣口等）必須設(shè)計成消聲通道，其插入損失也應(yīng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量相當(dāng)，只有這樣做才可保證機(jī)房外的環(huán)境噪聲達(dá)標(biāo)。 我們?nèi)砸砸慌_500 kW進(jìn)口機(jī)組為例，油機(jī)房室內(nèi)墻面設(shè)計為貼吸音板，同時用吸音板吊頂，經(jīng)過這樣的吸聲處理后既增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，又可降低油機(jī)房內(nèi)的混響聲，一般可有3~5dB（A）的效果。對于發(fā)動機(jī)噪聲中的高頻噪音，因其波長短，采用阻擋的方式即可達(dá)到目的。由于發(fā)動機(jī)噪聲中低頻成分更為豐富，單純阻擋不能達(dá)到滿意效果，因此消聲通道應(yīng)選用阻抗復(fù)合結(jié)構(gòu)，借助抗性結(jié)構(gòu)的消聲特性來控制低頻噪聲的傳播。經(jīng)過有效控制的機(jī)房噪聲都可在保證機(jī)組正常運轉(zhuǎn)情況下滿足相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到晝間為55 dB（A），夜間45 dB（A）。這一點在我們以前的工作中己得到證實。
現(xiàn)由于電話局油機(jī)房沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在土建施工階段因土建設(shè)計單位對通信電源設(shè)備的性能了解得不透徹，造成油機(jī)房布局和進(jìn)、排風(fēng)口安排不合理，在后期對油機(jī)房進(jìn)行消噪音處理時難度加大和投資量增多。例如我們以前治理過的某個油機(jī)房其進(jìn)風(fēng)口外為防火通道，不能占用，進(jìn)風(fēng)消音器只能安裝在油機(jī)房內(nèi)，而油機(jī)房內(nèi)部空間設(shè)計又過小，就造成進(jìn)風(fēng)消音器距發(fā)電機(jī)組過近，維護(hù)人員操作起來很不方便。為減少上述問題的出現(xiàn)和節(jié)約消噪音處理時的投資，通過總結(jié)以往的工作經(jīng)驗，建議今后油機(jī)房建設(shè)最好采用以下方案：盡量減少油機(jī)房門和窗戶的數(shù)量，避免油機(jī)噪聲的泄漏；盡量加大油機(jī)房進(jìn)風(fēng)口距油機(jī)基礎(chǔ)的距離，延長消音距離，最好建設(shè)進(jìn)風(fēng)小室；在油機(jī)排風(fēng)口外增加擴(kuò)張室并盡量延長油機(jī)房擴(kuò)張室的排風(fēng)距離。
若能采用以上方案可以使油機(jī)房布局更規(guī)范、更合理，后期消噪音控制更加簡便，使施工模式化，便于管理工作，在投資更少的情況下，達(dá)到環(huán)保要求。
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