新聞主題	柴油發(fā)電機組的振動(dòng)、噪聲測試和實(shí)例試驗方法

 

摘要：振動(dòng)和噪聲的測定試驗應在發(fā)電機組空載、半載和滿(mǎn)載3種運行狀態(tài)下進(jìn)行。帶負載時(shí)，功率因數應為額定值（為減少室內反射對噪聲測量結果的影響，試驗安排在室外進(jìn)行時(shí)，如受負載條件所限，允許負載的功率因數為1)。取其中較差的數值作為考核數據。如對試驗結果的準確度要求不是特別嚴格時(shí)，這兩項試驗最好安排在穩態(tài)電壓調整特性試驗中進(jìn)行，這樣可節約時(shí)間。否則，康明斯發(fā)動(dòng)機噪聲試驗應在符合技術(shù)條件規定的場(chǎng)地進(jìn)行測量。試驗時(shí)，除記錄振動(dòng)值和噪聲值外，還應記錄發(fā)電機組的輸出電壓、電流、功率、頻率、功率因數及試驗環(huán)境的大氣壓、相對濕度、溫度等。

 

一、噪聲的基本測量方法

 

1、振動(dòng)測定試驗

     在發(fā)電機組下列部位，沿發(fā)電機組的橫向、縱向及豎直向下三個(gè)方向選定測點(diǎn)進(jìn)行測量。測量值的單位見(jiàn)該被試發(fā)電機組的技術(shù)條件（當使用振幅值時(shí)，應注意是單振幅還是雙振幅）。取各測量數值中的最大值作為試驗結果。

（1）控制屏（安裝于電機上方者）上方；

（2）空氣濾清器上方；

（3）.油箱（安裝于發(fā)電機組上方者）上方；

（4）水箱（對水冷者）上方。

2、噪聲的測定試驗

      試驗時(shí)，發(fā)電機組安放地點(diǎn)可為專(zhuān)用的噪聲試驗室或符合GB/T1859一2000《往復式內燃機輻射的空氣噪聲測量工程法及簡(jiǎn)易法（內燃機噪聲功率級的測量定準工程法）》中規定的普通試驗室或室外場(chǎng)地。室外場(chǎng)地應平坦、空曠，在以測試中心為圓心的25m半徑圓范圍內無(wú)大的的反射物（如圍墻、房屋或較大的設備等），環(huán)境噪聲應比發(fā)電機組噪聲低(A)以上。試驗時(shí)，用聲級計在發(fā)電機組兩側和發(fā)電機后端1。遠處分別選定噪聲最大的3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，每點(diǎn)應重復測量三次，每?jì)纱螠y量值之差不應大于2dB（A)，否則應重測。取三次的平均值作為一個(gè)測點(diǎn)測量結果，取各測點(diǎn)測量值的平均值作為被測發(fā)電機組噪聲的最結果。

 

圖1 靜音型機組和排氣管噪聲測試圖

二、噪聲實(shí)例試驗方法

 

      以K19系列康明斯50Hz閉式柴油發(fā)電機組為案例，機組常載功率380kW，備載功率418kW。發(fā)動(dòng)機轉速1500r/min，風(fēng)扇轉速1800r/min。降噪箱長(cháng)4.6m，寬1.7m，高2.4m。

1、測試系統

      測試采用LMS SCADAS Mobile多通道振動(dòng)噪聲測試系統，麥克風(fēng)的型號為GRAS 40AE，麥克風(fēng)標定器的型號為GRAS 42AB，數據分析使用LMS test.lab軟件。

2、試驗方法

      試驗依據標準ISO8528-10和SO6798-1996進(jìn)行噪聲測試：距離發(fā)電機組d=1m處布置15個(gè)麥克風(fēng)測試機組噪聲，分別對機組降噪箱的長(cháng)寬高區域和距離排氣管外表面d=1m處的徑向布置兩個(gè)麥克風(fēng)測試排氣噪聲。

3、試驗工況

      試驗利用分部運行法進(jìn)行聲源分離，分離出風(fēng)扇噪聲、排氣噪聲和發(fā)動(dòng)機機體噪聲。使用啟停風(fēng)扇的方法分離風(fēng)扇噪聲，排氣口引長(cháng)管至100m遠處的方法分離排氣噪聲。

4、噪聲測試結果

（1）試驗機組常用功率為380kW，歐盟要求機組在75%常用載荷下的噪聲排放不得超過(guò)98分貝（A計權聲功率級）。聲壓級和聲功率計均為A計權平均值，數據均處理為1/3倍頻程形式。

（2）工況1測試結果，75%常用載荷下機組1m聲壓級為84.9分貝，聲功率級為104.7分貝，超過(guò)限值6.7分貝，不滿(mǎn)足歐盟標準要求。

（3）對采集的數據進(jìn)行傅里葉變換，得到噪聲頻譜。工況1是發(fā)電機組的噪聲頻譜，機組在中高頻的寬頻帶噪聲能量較高，且在160Hz，250Hz，500Hz，800Hz處分別有較高的尖峰，如圖 2 所示。

 

 

1、風(fēng)扇噪聲

（1）風(fēng)扇噪聲主要分為葉片通過(guò)噪聲和渦流噪聲。風(fēng)扇旋轉時(shí)，葉片周期性切割空氣，引起周?chē)諝鈮毫γ}動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為葉片通過(guò)噪聲，其特征頻率如下：

（2）渦流噪聲是指風(fēng)扇旋轉時(shí)，葉片帶動(dòng)周?chē)諝猱a(chǎn)生渦流，由于粘滯力的作用，渦流又分裂為一系列小渦流，渦流和渦流分裂使空氣產(chǎn)生擾動(dòng)，空氣不斷的壓縮與稀疏，從而形成寬頻噪聲。

（3）試驗機組的冷卻風(fēng)扇轉速1800r/min，9個(gè)葉片，葉片通過(guò)噪聲的特征頻率為270Hz。由于數據均已處理成1/3倍頻程數據，因此250Hz尖峰實(shí)際是270Hz的風(fēng)扇葉片通過(guò)噪聲，500Hz和800Hz噪聲分別是葉片通過(guò)噪聲的2階和3階諧波分量，如圖3所示。

    通過(guò)啟停風(fēng)扇的方法，分離風(fēng)扇噪聲。由工況2和4可知，當風(fēng)扇停止運行時(shí)，中高頻的寬頻噪聲從（70～75）分貝降低到約60分貝，250Hz/500Hz/750Hz的葉片通過(guò)噪聲消失。關(guān)停風(fēng)扇后，機組1m處的聲壓級從84.9分貝降低到75.6分貝，如圖2所示。

2、機體噪聲和排氣噪聲

      發(fā)動(dòng)機的機體噪聲是由于燃燒室內氣壓急劇上升，致使發(fā)動(dòng)機各部件振動(dòng)而引起的噪聲。排氣系統噪聲主要由周期性的脈動(dòng)噪聲，渦流噪聲和空氣柱共鳴噪聲組成。排氣噪聲的低頻部分由周期性的脈動(dòng)氣流產(chǎn)生，與發(fā)動(dòng)機機體噪聲的頻率重疊。6缸發(fā)動(dòng)機燃燒激勵頻率主要是3階和6階，轉速1500r/min，即75Hz和150Hz，與80Hz和160Hz相對應，該噪聲由發(fā)動(dòng)機機體噪聲和排氣噪聲共同組成，如圖3所示。

      為了識別發(fā)動(dòng)機噪聲，使用排氣管尾端加裝長(cháng)管的方法，將排氣噪聲與發(fā)動(dòng)機噪聲分離。由工況3和工況4可知，當把排氣引走時(shí)，機組在160Hz處的聲壓級為71.3分貝。當排氣噪聲與發(fā)動(dòng)機噪聲混合在一起時(shí)，160Hz處噪聲為72.9分貝，經(jīng)計算可得，在160Hz處排氣噪聲對機組總噪聲的貢獻量為67.8分貝，如圖2所示。

      在排氣口測試的有無(wú)消聲器的噪聲數據，排氣噪聲以渦流噪聲為主，中高頻噪聲能量高，經(jīng)消聲器消聲后，中高頻的噪聲降低到65分貝以下。排氣噪聲在80Hz和160Hz處有兩個(gè)尖峰，經(jīng)消聲器消聲后，80Hz和160Hz的噪聲下降了約18分貝，如圖3所示。

3、各聲源貢獻量

      75%常用載荷下，機組1m處聲壓級為84.9分貝，由工況2和3可計算出風(fēng)扇噪聲貢獻量為83.8分貝，由工況3和4可計算出發(fā)動(dòng)機機體噪聲貢獻量為75.6分貝，排氣噪聲貢獻量為70.6分貝。機組內噪聲源排序依次為：冷卻風(fēng)扇，發(fā)動(dòng)機機體，排氣，如圖4所示。

 

圖3 柴油發(fā)電機排氣噪聲頻譜

圖4 柴油發(fā)電機組各聲源貢獻示意圖

 

三、降噪技術(shù)與措施

 

      根據上節聲源排序的結果，風(fēng)扇噪聲貢獻量最大，且低頻的風(fēng)扇噪聲較難處理，考慮從聲源處降低風(fēng)扇噪聲。

1、降低風(fēng)扇轉速

      為滿(mǎn)足冷卻要求，保持風(fēng)量基本不變，選擇將風(fēng)扇轉速從1800r/min降低至1350r/min，風(fēng)扇直徑從850mm增加至880mm，同時(shí)將風(fēng)扇螺旋角從30°增加至45°。工況1與工況7是改變風(fēng)扇后的測試數據，機組1m處聲壓級從84.9分貝降低到79.6分貝，降低了5.3分貝。風(fēng)扇的葉片通過(guò)頻率從250Hz偏移到200Hz，風(fēng)扇400Hz的2階通過(guò)噪聲依然有較高的峰值，中高頻的風(fēng)扇渦流噪聲大大降低。

2、機體噪聲和排氣噪聲

      發(fā)動(dòng)機機體噪聲主要集中在低頻的80Hz和160Hz，對應發(fā)動(dòng)機的3階和6階。根據經(jīng)驗，3階和6階噪聲一般由發(fā)動(dòng)機振動(dòng)產(chǎn)生，考慮降低發(fā)動(dòng)機振動(dòng)的傳遞。更換較軟的減振墊后，此時(shí)風(fēng)扇處于關(guān)停狀態(tài)，排氣噪聲已隔離。80Hz處發(fā)動(dòng)機的3階噪聲從63.3分貝降低到了58.8分貝，160Hz噪聲從71.3分貝降低到68.5分貝。機組平均聲壓級從75.6分貝降低到了74.5分貝，降低了1.1分貝。

      經(jīng)過(guò)上述的降噪措施，機組噪聲在160Hz，200Hz和400Hz處仍有尖峰，為此，將消聲器增加Helmholtz諧振腔，加強對160Hz處的降噪，增加冷卻系統排風(fēng)腔內吸音棉的厚度，從原來(lái)的40mm增加至100mm。機組最終的噪聲測試。結果表明，經(jīng)一系列降噪措施后，風(fēng)扇葉片通過(guò)噪聲尖峰消失，160Hz低頻排氣噪聲下降1.5分貝，發(fā)動(dòng)機3階噪聲尖峰減小，機組平均聲壓級降低到78.3分貝，聲功率級降低到98.1分貝，滿(mǎn)足CE要求。

 

總結：

      康明斯發(fā)電機公司在本文中分析了柴油發(fā)電機組各個(gè)噪聲源和傳遞機理，從噪聲源本身和傳遞路徑兩方面對噪聲進(jìn)行控制，采取降低風(fēng)扇轉速、更換減振墊、增加吸音棉厚度和改善消聲器性能等降噪措施，并利用試驗驗證了所提降噪優(yōu)化措施的有效性與可行性，降噪效果明顯，使康明斯發(fā)電機公司所開(kāi)發(fā)的重型閉式發(fā)電機組的噪聲滿(mǎn)足了歐盟法規要求。

 

 

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