新聞主題	低噪音柴油發(fā)電機組的噪聲控制原則

 

摘要：柴油發(fā)電機組運行時(shí)，通常會(huì )產(chǎn)生95～110dB（A）的噪聲，發(fā)電機組運行的噪聲，對周?chē)h(huán)境造成嚴重損害，因此必須對噪聲進(jìn)行控制。低噪聲發(fā)電機組主要由標準發(fā)電機組、防音罩殼、進(jìn)排風(fēng)降噪裝置和排氣降噪裝置等組成。利用防音罩殼設置隔音和吸音層，進(jìn)排風(fēng)通道進(jìn)行了降噪處理、排氣采用工業(yè)型和住宅型消聲器的組合結構，分別降低其高頻和低頻段的噪聲。

 

圖1 靜音箱發(fā)電機組平面結構圖

 

 

一、柴油機噪聲源分析

      柴油機噪音大有兩大源頭，一個(gè)是缸內的燃燒特性決定，另一個(gè)則是由于供油系統產(chǎn)生?，F在許多先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機已經(jīng)在逐步著(zhù)手解決這些問(wèn)題，通過(guò)采用電控共軌柴油直噴技術(shù)，取消了供油分泵，因此相當程度減小了柴油機的振動(dòng)和噪音。另外，由于先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機的供油更精確，缸內或爆震敲缸的振動(dòng)也能大幅度降低。

      同轉速同負荷的瞬態(tài)工況燃燒噪聲要高于穩態(tài)工況的燃燒噪聲，二者的差別是因為燃燒室壁面溫度的不同．由氣力動(dòng)力載荷和壓力高頻振蕩的差異形成了瞬態(tài)工況和穩態(tài)工況燃燒噪聲水平的不同， 燃燒噪聲作為燃燒激勵的外部響應，必然受到燃燒過(guò)程的四個(gè)階段一滯燃期、急燃期、緩燃期和后燃期的影響。滯燃期內，燃油與缸內壓力空氣混臺氣形成的可燃混合氣正處于物理和化學(xué)準備階段，缸內工質(zhì)只受到活塞上行的壓縮作用，因此缸內壓力和溫度變化都很小，對燃燒噪聲的直接影響甚微。

      但是，由于滯燃期對燃燒過(guò)程的進(jìn)展有很大影響，所以它對燃燒噪聲有間接的重大影響。急燃期內，氣缸內壓力急劇升高，燃燒粗暴，燃燒氣體形成的沖擊波猛烈沖擊燃燒室壁，燃燒噪聲增大。緩燃期內，燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進(jìn)行的。在這個(gè)階段，氣缸內氣體有一定的壓力增長(cháng)率，所以仍能激發(fā)一定強度的燃燒噪聲，但壓力增長(cháng)緩慢，對噪聲的影響已不顯著(zhù)。后燃期內，因活塞下行，絕大部分燃料已經(jīng)燃燒完畢，燃燒沖擊很弱，因而燃燒噪聲也很小。

 

二、噪音控制的途徑和基本方法

 

      從燃燒噪聲形成的機理來(lái)看，應從以下兩個(gè)方面降低柴油機的燃燒噪聲：

1、降低氣缸壓力頻譜曲線(xiàn)

      從產(chǎn)生的根源上，降低氣缸壓力頻譜曲線(xiàn)，特別是降低中高頻的頻率成分。為此可以提高進(jìn)氣溫度和壓力、組織適當的進(jìn)氣渦流、選用渦流室等分開(kāi)式燃燒室、選用適當的噴油策略等等。這樣可以縮短滯燃期及減少滯燃期內形成的可燃混合氣。

2、增加對燃燒噪聲的衰減

      從燃燒噪聲的傳播途徑，增加內燃機結構對燃燒噪聲的衰減，特別是對中高頻頻率成分的衰減。為此可以采取提高內燃機機體剛性及采用隔振和隔聲措施；減小活塞曲柄連桿各部分的間隙；減小缸徑、增加缸數或采用較大的行程缸徑比：改變薄壁零件(油底殼等)的材料和附加阻尼等方法。

 

二、柴油機噪聲控制措施

 

1．排氣噪聲的控制

（1）排氣噪聲產(chǎn)生的主要原因

      排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機高10～15dB（A）。排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動(dòng)機的發(fā)火頻率，在整個(gè)的排氣噪聲頻譜中應呈現出基頻及其高次諧波的延伸。排氣噪聲成分主要有以下幾種：

① 周期性的排氣噪聲，排氣所引起的低頻脈動(dòng)噪聲頻率一般為63～125Hz，噪聲值高達105~125dB(A)。

② 排氣管道內的氣柱共振噪聲。

③ 氣缸的共振噪聲。

④ 高速氣流通過(guò)排氣門(mén)環(huán)隙及曲折管道時(shí)產(chǎn)生的噴注噪聲。

⑤ 渦流噪聲以及排氣系統在管內壓力波激勵下所產(chǎn)生的再生噪聲形成了連續性高頻噪聲譜，頻率均在1000Hz以上，隨著(zhù)氣流速度的增加，頻率顯著(zhù)提高。

（2）排氣噪聲的控制方法

消聲器是控制排氣噪聲的基本方法。正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排氣噪聲減弱30～40dB（A）以上。根據消聲原理，消聲器結構可分為阻性消聲器和抗性消聲器兩大類(lèi)：

① 阻性消聲器

      阻性消聲器也稱(chēng)為工業(yè)型消聲器，結構如圖2所示，是利用多孔吸聲材料，以一定方式布置在管道內，當氣流通過(guò)阻性消聲器時(shí)，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細小纖維的震動(dòng)。由于摩擦和黏滯阻力，聲能變?yōu)闊崮芏?，從而起到消聲作用?/span>

② 抗性消聲器

      抗性消聲器稱(chēng)為住宅型消聲器，結構如圖3所示，是利用不同形狀的管道和共振腔進(jìn)行適當的組合，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，達到衰減噪聲的目的。其消聲效果，與管道形狀、尺寸和結構有關(guān)。一般選擇性較強，適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。

      通常利用一個(gè)波紋減振節、一個(gè)工業(yè)型消聲器和一個(gè)住宅型消聲器的組合組成復合型排煙系統，有效地隔斷了排氣振動(dòng)和排氣噪聲的傳播。

 

圖2  柴油機阻性消聲器結構圖

圖3  柴油機抗性消聲器結構圖

 

2．機械噪聲和燃燒噪聲的控制

（1）產(chǎn)生機械噪聲和燃燒噪聲的原因

① 機械噪聲

      機械噪聲主要是發(fā)動(dòng)機各運動(dòng)零部件在運轉過(guò)程中受氣體壓力和運動(dòng)慣性力的周期變化所引起的振動(dòng)和相互沖擊而產(chǎn)生的。主要包括活塞曲柄連桿機構的噪聲（主要為高頻噪聲）；配氣機構的噪聲（主要為低、中頻段噪聲）；傳動(dòng)齒輪噪聲（噪聲譜是一種連續而寬廣的頻譜）；不平衡慣性力引起的機械振動(dòng)及噪聲。

② 燃燒噪聲

      燃燒噪聲是燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的結構振動(dòng)和噪聲。在氣缸內燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級很高，但是發(fā)動(dòng)機結構中大多數零件的剛性較高，其自振頻率多處于中高頻區域，由于對聲波傳播頻率響應不匹配，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容易傳出。

（2）機械噪聲和燃燒噪聲的控制辦法

① 隔振處理

      發(fā)電機組的隔振一般采用高效減振膠墊，經(jīng)過(guò)隔振處理，發(fā)電機組表面的振動(dòng)被有效隔斷。

② 降噪處理

      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。對噪聲指標控制嚴格的用戶(hù)，還需要在集裝箱內粘貼高效吸音材料，使噪聲得到有效的衰減，以提高發(fā)電機組的降噪效果。

 

圖4  靜音箱發(fā)電機組底盤(pán)結構圖

圖5  靜音箱發(fā)電機組正面結構圖

 

3．冷卻風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的控制

      風(fēng)扇噪聲由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。旋轉噪聲由旋轉風(fēng)扇葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動(dòng)而產(chǎn)生。渦流噪聲是氣流在旋轉的葉片截面上分離時(shí)，由于氣體具有黏性，便滑脫或分裂成一系列的漩渦流，從而輻射出一種非穩定的流動(dòng)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，主要是設計好的排風(fēng)吸音通道，吸音通道可由導風(fēng)槽和排風(fēng)降噪箱組成，也可由導風(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(lèi)似于阻性消聲器?？赏ㄟ^(guò)更換吸音材料（改變材料的吸音系數），改變吸音材料的厚度、排風(fēng)通道的長(cháng)度、寬度等參數來(lái)提高吸音效果。

      在設計排風(fēng)吸音通道時(shí)，要特別注意排風(fēng)口的有效面積必須滿(mǎn)足發(fā)電機組散熱的需要，以免排風(fēng)口風(fēng)阻增大導致排風(fēng)噪聲增大和發(fā)電機組高水溫停機。

4．進(jìn)氣噪聲的控制

      發(fā)電機組工作在封閉的機房里面，從廣義上講，進(jìn)氣系統包括發(fā)電機組的進(jìn)風(fēng)通道和發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統。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)電機組運轉的噪聲都經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道輻射到外面。發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統的噪聲是由進(jìn)氣門(mén)周期性開(kāi)、閉而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)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(dòng)機，由于增壓器的轉速很高，因此其進(jìn)氣噪聲明顯高于非增壓發(fā)動(dòng)機。渦輪增壓器的壓氣機噪聲是由葉片周期性沖擊空氣而產(chǎn)生的旋轉噪聲和高速氣流形成的渦流噪聲所組成，且是一種連續性高頻噪聲，其主要能量一般分布在500Hz～10kHz范圍。

       由于柴油發(fā)電機組配置的空氣濾清器，本身就具有一定的消聲作用?？紤]到進(jìn)氣噪聲相對較低，因此，對發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統一般不做處理。對發(fā)電機組的進(jìn)氣通道，則要從風(fēng)道的設計，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)凈面積符合設計規范，以保證發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統和發(fā)電機組的冷卻系統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、導風(fēng)槽、消聲擋板的組合，如果有充足的空間，也可采用進(jìn)風(fēng)百葉窗和降噪箱的組合。

 

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