機房設計與設備安裝

發(fā)電機房降噪工程的設計和布置原則

 

摘要：柴發(fā)機房的隔音降噪設計、治理是噪聲與振動(dòng)控制是設備環(huán)保領(lǐng)域較為常見(jiàn)的治理項目。柴油發(fā)電機組運行時(shí)，通常會(huì )產(chǎn)生95~128dB（A）的污染聲源。如果不采取必要的降噪措施，機組的運行將對周?chē)h(huán)境造成嚴重損害。為了保護和改善環(huán)境質(zhì)量，在進(jìn)行柴油發(fā)電機房降噪的設計工作時(shí)，應針對主要發(fā)聲源，分別采取有效措施。對于不同結構特點(diǎn)的柴發(fā)機房，進(jìn)行科學(xué)合理的分析，做到環(huán)保、經(jīng)濟、方便、實(shí)用、可靠，設計出優(yōu)化方案。還應遵循如下康明斯公司在本文中敘述的柴油發(fā)電機組降噪方案的設計原則。

 

一、機房降噪設計原則

 

1、保證功率輸出

      在機房降噪方案設計時(shí)，首先確保不降低發(fā)電機組功率的原則。應充分考慮到發(fā)電機組正常運行時(shí)所需的最低進(jìn)、出風(fēng)量標準以及排放背壓不能超出額定許用背壓值等因素。機房的降噪和通風(fēng)量是一對尖銳的矛盾，但是無(wú)論如何首先要保證的是通風(fēng)量，否則將會(huì )嚴重影響到發(fā)電機組的功率輸出，使發(fā)電機組的溫升較高，頻繁發(fā)生故障甚至會(huì )縮短柴油發(fā)電機組的使用壽命。

2、注意消防安全

      在設計工作中必須十分注意消防安全，降噪設備在機房?jì)鹊牟贾脩挥绊懛阑鹜ǖ赖臅惩?，所選用的降噪材料應為阻燃性物品。

3、排煙系統合理布局

（1）為了安裝更經(jīng)濟、操作更有效率，發(fā)電機組的位置應安裝在使排氣管盡可能短，彎曲和堵塞都盡可能小的地方。通常排煙管伸出建筑物外墻后會(huì )繼續沿著(zhù)外墻向上直到屋頂，在墻孔處安置一減振套，并在管子上有一個(gè)彈性接頭補償煙管因熱脹冷縮而產(chǎn)生的長(cháng)度變化。排氣消聲器應安裝在靠近發(fā)電機組的地方，這樣可提供最佳的消聲效果，使排氣管從消聲器通往戶(hù)外，或可以安裝在戶(hù)外的墻或屋頂上。

（2）由于排氣噪聲是發(fā)電機組噪聲中能量最大、成分最多的部分，故首先應針對該噪聲進(jìn)行降低處理。排氣消聲器的設計主要考慮消聲量、消聲頻率范圍（主要為消聲量峰值的頻率范圍）及阻力損失三大指標，此外消聲器還應具有好的結構剛性、防止受激振而輻射再生噪聲，尺寸適宜、便于安裝等。在某些情況下（如安裝在排煙管道上，如圖1所示）要求內部結構能耐高溫和抗腐蝕。

5、不能忽略振動(dòng)噪音

      降噪設備結構的設計和吸音、隔音材料的選擇應集中在針對降低500～3000Hz 這一頻率段的噪聲上，因為這一頻率段正處于人體聽(tīng)覺(jué)最敏感區域，而且發(fā)電機組的噪聲源也主要是分布在500Hz附近，同時(shí)也要十分注意和堅決避免與噪聲源產(chǎn)生共振的可能。不能忽略振動(dòng)噪聲的治理，這方面可從基礎設計入手，底座固定方法如圖2所示。

7、消音門(mén)窗設計

      若機房?jì)仍O有控制室，為保證工作人員的環(huán)境，應注意控制室和機房間的隔振、隔音。在機房結構的設計上，機房與操作室應用厚度為240mm的隔墻隔開(kāi)；墻壁上開(kāi)三層防爆玻璃觀(guān)察窗（玻璃厚度為4～5mm），外面兩層玻璃的間隔應大于100mm，面向機房的玻璃上端最好與機房地坪面略為傾斜，使噪聲反射效果更好，并能防止結霧；操作室與機房之間的門(mén)應用雙層夾板制成的隔音門(mén)。

8、多方面考量

      設計機房時(shí)還需要考慮的主要因素有地基承載力、通道位置、維護保養的操作空間、發(fā)電機組的振動(dòng)、通風(fēng)散熱、排氣管的連接、隔熱、降噪；燃油箱的大小和位置，以及與之有關(guān)的國家和地方建筑、環(huán)保條例和有關(guān)法規的規定，結合實(shí)際需要進(jìn)行綜合分析，確定滿(mǎn)足實(shí)際需要和最為經(jīng)濟的降噪方案。

9、排風(fēng)順暢無(wú)礙

      通常發(fā)電機組排風(fēng)口的面積應略大于水箱的有效面積，從降低風(fēng)阻考慮，排風(fēng)口離前面障礙物的距離應大于600～2000mm，發(fā)電機組進(jìn)風(fēng)量應大于發(fā)電機組的排風(fēng)量和燃氣量的總和，發(fā)電機組在運行時(shí)機房?jì)炔荒墚a(chǎn)生負壓。

 

圖1 柴油發(fā)電機排煙管道穿墻示意圖

圖2  柴油發(fā)電機組地腳螺釘安裝圖

 

二、機房?jì)鹊牟贾迷瓌t

 

      在滿(mǎn)足發(fā)電機組排風(fēng)量要求的前提下，機房的降噪效果主要由進(jìn)排風(fēng)通道消聲箱的長(cháng)度和選用的吸音材料決定。根據機房實(shí)際結構，遵循軸向通風(fēng)方式的原則，選擇發(fā)電機組最佳布置位置和進(jìn)風(fēng)口的布置形式（如圖3、圖4所示）。機房?jì)鹊牟贾迷瓌t如下：

1、排風(fēng)管道和排煙管道架空敷設在發(fā)電機組兩側靠墻2.2m以上空間內。排煙管道一般布置在發(fā)電機組背面。

2、安裝、檢修、搬運通道，在平行布置的機房中安排在發(fā)電機組的操作面。在平行布置的機房中，氣缸為單列直立式發(fā)電機組，一般安排在柴油機端；V形柴油發(fā)電機組一般安排在發(fā)電機端。對于雙列平行布置的機房，發(fā)電機組的安裝、檢修、搬運通道安排在兩排發(fā)電機組之間。

3、在發(fā)電機組安裝或檢修時(shí)，利用預留吊鉤用手動(dòng)葫蘆起吊活塞、連桿、曲軸所需的高度。

4、水、油管道分別設置在發(fā)電機組兩側的地溝內，地溝凈深一般為0.5～0.8m，并設置支架。

5、安裝排氣消音器時(shí)，應將消音器置于室外，排氣引管不宜過(guò)長(cháng)，排煙管表面有可能的話(huà)應包扎隔熱材料，以減少向室內的散熱。

圖3  發(fā)電機房典型布置實(shí)例

圖4  柴油發(fā)電機機房布置圖

 

三、工藝設計

 

1、降噪措施

      發(fā)電機房噪聲治理工程必須根據機房的具體情況進(jìn)行設計和施工。

（1）進(jìn)風(fēng)系統：

      每臺柴油發(fā)電機組工作時(shí)需要大量新鮮的空氣，主要用于柴油機燃油燃燒，所以機房必須有足夠的進(jìn)風(fēng)。

      進(jìn)風(fēng)消音箱的凈通風(fēng)面積，應保證風(fēng)速小于5m/s（機組的排風(fēng)量與燃氣量消耗相加后除于凈通道面積），才能保證在不降低功率的基礎下，確保達到噪聲效果。例如康明斯C2500D5A柴油發(fā)電機組需求進(jìn)風(fēng)量為33.61m3/s，風(fēng)速為2.1m/s，自然通風(fēng)就可以滿(mǎn)足要求，可以直接加裝百葉，但是為了降噪效果，華為進(jìn)風(fēng)口設計為復合阻抗式消聲器加裝電動(dòng)百葉（此電動(dòng)百葉開(kāi)啟與柴油發(fā)電聯(lián)動(dòng)，百葉開(kāi)啟后10秒后啟動(dòng)柴油發(fā)電機）

（2） 排風(fēng)系統：

      柴油發(fā)電機工作時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量，此熱量要抽出機房，以保證機房溫度不至于過(guò)高影響發(fā)電機組的正常運行。

      排風(fēng)噪聲主要是風(fēng)扇噪聲，排風(fēng)通道也直接與外界相通，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；在機組的進(jìn)風(fēng)通道設高效消音箱，消音箱內為狹長(cháng)的通道，內壁為微穿孔結構，內設高效吸音材料，微穿孔結構和高效吸音材料形成無(wú)數空氣活塞，空氣流經(jīng)該通道時(shí)，其震動(dòng)能量經(jīng)空氣活塞變?yōu)闊崮芤驯粯O大地衰減，同時(shí)消音箱內的凈通風(fēng)面積已充分考慮到了機組正常運行機房換氣所需的面積，確保機組的功率輸出；排風(fēng)系統根據用戶(hù)的機房實(shí)際和要求，通過(guò)軟連接和導風(fēng)罩后，機組排出的熱風(fēng)匯流，經(jīng)消音箱和擴張腔后排往室外。

（3）機房墻頂降噪

      對發(fā)電機房?jì)鹊膲γ孀鑫晧?，墻頂懸吊吸聲頂。消聲材料為耐火材料，其吸聲系數不低?.85，面層材料采用鋁合金板材。天花板、墻體吸聲體的材料規格如下：

● 消聲材料：超細玻璃棉+穿孔鋁扣板（1mm)

● 厚度：50mm

● 生產(chǎn)重量：30—35公斤/立方米

● 纖維直徑：5—6微米

● 渣球含量：<2%

● 樹(shù)脂含量:3—7%

● 使用溫度：400°C

● 導熱系數：常溫時(shí)0.03千卡/米.時(shí).度

● 防水劑含量：0.5—2.5%

● 吸水率：<15%（水中浸泡24小時(shí)）

2、隔振措施

      目前，用于噪聲治理的主要措施有隔振、吸聲、隔聲及消聲等。隔振是通過(guò)在機器與基礎之間安裝彈性支承隔離機械振動(dòng)而達到抑制噪聲和降低固體傳聲的方法；吸聲是利用吸聲材料降低噪聲；隔聲則是通過(guò)隔聲材料降低聲能輻射；消聲則是通過(guò)一種允許氣流通過(guò)而使聲能衰減的機器設備而達到降低噪聲的方法。各種措施的采用有其針對性，具體到本方案采用的措施如下：

（1）機械本身減振：

      在發(fā)電機組機座上安裝隔振墊（即彈性支承），減少機器振動(dòng)向基礎的傳遞量，使機器的振動(dòng)得已有效的隔離，抑制噪聲和降低固體傳聲。

（2）聲源屏蔽隔聲：

      發(fā)電機房為磚混結構，墻體及屋面板本身具有一定的隔聲性能，但因為工作需要必須在發(fā)電機房?jì)仍O門(mén)及進(jìn)、排風(fēng)系統，而為防止聲波由于繞射能力從門(mén)及進(jìn)、排風(fēng)系統傳出而使機房的隔聲性能降低，采用隔聲門(mén)與進(jìn)、排風(fēng)消聲道進(jìn)行治理。

（3）消聲器：

       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。消聲器是阻止這種聲音傳播而允許氣流通過(guò)的一種器件，是消除空氣動(dòng)力性噪聲的重要措施。消聲器的種類(lèi)很多，但究其消聲機理，又可以把它們分為六種主要的類(lèi)型，即阻抗復合式消聲器（外形如圖5所示）、阻性消聲器（外形如圖6所示）、抗性消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。

      在排氣管路上設有工業(yè)型消音器及住宅型消音器，工業(yè)型消聲器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)，由于摩擦和粘滯阻力聲能變?yōu)闊崮芏諒亩鸬较曌饔?，?jīng)兩級消音器后，即可消減排氣噪聲40-45dB（A）左右。同時(shí)，在管道上，首先安裝的是彈性減震節，隔絕機組震動(dòng)對排氣系統的影響，在排氣系統的吊裝上，采用彈性吊掛形式，保證不損壞天花或吊掛點(diǎn)，另外，對管道的室內部分采用隔熱隔聲包扎，也有效的改善機組的運行環(huán)境及由排氣管引起的噪聲。為了減少排氣溫度對環(huán)境的影響，將排氣管安裝沿外墻引至屋面高出屋檐2米處。

 

圖5  柴油機復合型消聲器

圖6  柴油機阻性消聲器

 

總結：

      柴油發(fā)電機房降噪治理的原則是在確保機組通風(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)系統進(jìn)行處理，使之達到國家標準。發(fā)電機組降噪最根本的辦法是從聲源著(zhù)手，采用一些常規的降噪技術(shù)；如消聲器，隔聲、吸聲隔振等乃是最有效的辦法。機房的設計必須保證機組（包括柴油機、發(fā)電機和控制屏）能正常的工作，并且便于使用操作和維護保養 ，具體方案用戶(hù)應視本單位的實(shí)際使用情況和選用的機型來(lái)考慮，用戶(hù)可請有關(guān)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員設計機房布置，實(shí)施施工。

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