四川格瓦斯電力科技有限公司
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一. 引言
柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí),通常會(huì)產(chǎn)生95-110db(a)的噪聲,如果沒有采取必要的降噪措施,機(jī)組運(yùn)行的噪聲,將對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害。為了保護(hù)和改善 環(huán)境質(zhì)量,必須對(duì)噪聲進(jìn)行控制。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb12348-90和gb12349-90對(duì)環(huán)境噪聲的要求是:二類標(biāo)準(zhǔn)(適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū))晝間60db(a)、夜間50db(a);三類標(biāo)準(zhǔn)(適用于工業(yè)區(qū))晝間65db(a)、夜間55db(a)。通常按晝間60db(a)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行低噪聲工程設(shè)計(jì)。
科泰公司通過采用高效吸音材料,用先進(jìn)生產(chǎn)工藝工業(yè)化生產(chǎn)的降噪消聲裝置對(duì)進(jìn)、排風(fēng)通道和排氣系統(tǒng)進(jìn)行了降噪處理,確保機(jī)組在滿足通風(fēng)條件,也即不降低輸 出功率的前提下,完全滿足了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境噪聲的要求。公司在多年的設(shè)計(jì)施工實(shí)踐中形成了獨(dú)具一格的低噪聲工程設(shè)計(jì)規(guī)范。
二、 設(shè)計(jì)思路
柴油發(fā)電機(jī)組是多發(fā)聲源的復(fù)雜機(jī)器,隨著機(jī)組結(jié)構(gòu)型式和尺寸、運(yùn)轉(zhuǎn)工況的不同,各個(gè)發(fā)聲源對(duì)總噪聲的影響是不同的,一般情況下,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(jì)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(jí)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,降噪還要和其他技術(shù)要求(如對(duì)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。
下面按照各類噪聲源分別說明降噪的技術(shù)措施:
1. 排氣噪聲的控制
排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中能量最大,成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火頻率,在整個(gè)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。
噪聲成分主要有以下幾種:
a. 周期性的排氣所引起的低頻脈動(dòng)噪聲;
b. 排氣管道內(nèi)的氣柱共振噪聲;
c. 氣缸的亥姆霍茲共振噪聲;
d. 高速氣流通過排氣門環(huán)隙及曲折的管道時(shí)所產(chǎn)生的噴注噪聲。
e. 渦流噪聲以及排氣系統(tǒng)在管內(nèi)壓力波激勵(lì)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(dòng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)高10-15db(a),是首先要進(jìn)行降噪控制的部分。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(a)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(shí)稱呼為工業(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(nèi),當(dāng)氣流通過阻性消聲器時(shí),聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維的震動(dòng)。由于摩擦和粘滯阻力,聲能變?yōu)闊崮芏?,從而起到消聲作用?nbsp;
2) 抗性消聲器(即我們平時(shí)稱呼為住宅型消聲器)是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(qiáng),適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。
機(jī)組排氣系統(tǒng)的降噪處理:我們一般利用一個(gè)波紋減震節(jié)、一個(gè)工業(yè)型消聲器和一個(gè)住宅型消聲器的組合,有效地隔斷了排氣震動(dòng)和排氣噪聲的傳播。同時(shí),對(duì)排氣管道進(jìn)行隔熱隔音包扎,也能改善機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和由排氣管引起的噪聲。
機(jī)械噪聲主要是發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受氣體壓力和運(yùn)動(dòng)慣性力的周期變化所引起的震動(dòng)或相互沖擊而產(chǎn)生的,其中最為嚴(yán)重的有以下幾種:
a. 活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)的噪聲(主要為高頻噪聲);
b. 配氣機(jī)構(gòu)的噪聲(主要為低、中頻段噪聲);
c. 傳動(dòng)齒輪噪聲(噪聲譜是一種連續(xù)而寬廣的頻譜);
d. 不平衡慣性力引起的機(jī)械震動(dòng)及噪聲。
e. 燃燒噪聲是燃燒過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)震動(dòng)和噪聲。在氣缸內(nèi)燃燒噪聲(尤其是低頻部分)聲壓級(jí)是很高的,但是,發(fā)動(dòng)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 于中高頻區(qū)域,由于對(duì)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(jí)峰值不能順利地傳出,而中高頻段的氣缸壓力級(jí)則相對(duì)易于傳出。
一、是對(duì)機(jī)組進(jìn)行隔震處理,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,機(jī)組表面的震動(dòng)被有效隔斷。
二、是在噪聲的傳播通道上進(jìn)行降噪處理,減少聲源對(duì)外的輻射,個(gè)別對(duì)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(dòng)而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉(zhuǎn)的葉片截面上分離時(shí),由于氣體具有粘 性,便滑脫或分裂成一系列的漩渦流,從而輻射一種非穩(wěn)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(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(jì)一個(gè)好的排風(fēng)吸音通道,這個(gè)吸音通道可由導(dǎo)風(fēng)槽和排風(fēng)降噪箱組成,也可由導(dǎo)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(zhǎng)度、寬度等參數(shù)來提高吸音效果。在設(shè)計(jì)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足機(jī)組散熱的需要,以免排風(fēng)口風(fēng)阻增大而致排風(fēng)噪聲增大和機(jī)組高水溫停機(jī)。
4. 進(jìn)氣噪聲控制
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)包括機(jī)組的進(jìn)風(fēng)通道和發(fā)動(dòng)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 噪聲和機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的噪聲都經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道輻射到外面。發(fā)動(dòng)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(dòng)所形成,其噪聲頻率一般處于500hz以下的低頻范圍。
對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)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(dòng)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(jì)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(duì)較低,故對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)一般不做另外處理。對(duì)機(jī)組的進(jìn)氣通道,則要從風(fēng)道的設(shè)計(jì),隔音材料的選用等方面進(jìn)行綜合控制。其基本思路是:
a. 進(jìn)風(fēng)凈面積符合設(shè)計(jì)規(guī)范,以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和機(jī)組的冷卻系統(tǒng)有足夠的新鮮空氣吸入;
b. 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,如果有充足的空間,也可采用進(jìn)風(fēng)百葉窗+降噪箱的組合。
三、 設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則
在機(jī)組降噪方案的設(shè)計(jì)和施工時(shí),應(yīng)充分考慮到機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)所需的最低進(jìn)、出風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)以及排放背壓不能超出額定許用背壓值等因素,否則將會(huì)嚴(yán)重影響到機(jī)組的功率輸出,使機(jī)組的溫升較高,頻繁發(fā)生故障甚至?xí)s短柴油發(fā)電機(jī)組的使用壽命。
通常機(jī)組排風(fēng)口的面積應(yīng)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(yīng)大于等于600-2000,機(jī)組進(jìn)風(fēng)量應(yīng)大于機(jī)組的排風(fēng)量和燃 氣量的總和,其客觀效果是機(jī)組在運(yùn)行時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)不能產(chǎn)生負(fù)壓。在滿足機(jī)組排風(fēng)量要求的前提下,機(jī)房的降噪效果主要由進(jìn)排風(fēng)通道消聲箱的長(zhǎng)度和選用的吸音材料決定。
消聲器的設(shè)計(jì)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(biāo),此外消聲器還應(yīng)具有好的結(jié)構(gòu)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)要求內(nèi)部結(jié)構(gòu)能耐高溫和抗腐蝕。
在機(jī)房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,機(jī)房與操作室應(yīng)用厚度240mm的隔墻隔開;墻壁上開三層防爆玻璃觀察窗(玻璃厚度量4-5mm),外面兩層玻璃的間隔應(yīng)大于 100mm,面向機(jī)房的玻璃上端最好與機(jī)房地坪面略為傾斜,使噪聲反射效果更好,并能防止結(jié)霧;操作室與機(jī)房之間的門應(yīng)用雙層夾板制成的隔音門。若做成一個(gè)門洞兩扇隔音門,則降噪效果更佳。
四、設(shè)計(jì)計(jì)算:
1. 排風(fēng)口面積a排(m2)
a 排 = k·s 水箱 (m2)
式中s水箱 為水箱凈面積,k為風(fēng)阻系數(shù),k值見表1
2.進(jìn)風(fēng)口面積粗計(jì)算
a進(jìn)≈1.2·a排(m2)
3.進(jìn)風(fēng)量計(jì)算
q進(jìn) = a進(jìn)·v風(fēng)·k-1(m3/s)
式中q進(jìn)為進(jìn)風(fēng)量
a進(jìn) 為粗算的進(jìn)風(fēng)口面積(m2)
v風(fēng) 為風(fēng)速(m3/s),一般取3級(jí)風(fēng)的風(fēng)
速平均值4.4(m/s) 進(jìn)行計(jì)算
風(fēng)速表見表2(最強(qiáng)風(fēng)速不應(yīng)超過8m/s)