康明斯动力（深圳）有限公司

 

机房设计与设备安装

柴发机房噪声控制策略和降噪设计

 

导读：柴油发电机组是一种广泛使用的备用供电设备，作为对电力系统的补充，在给人们供应用电的同时，伴随柴油发电机组运行产生的噪声污染问题也十分严重。随着人们对环保意识和环境质量要求的提高，发电机组引发的环境噪声问题日益得到重视。如何在满足人们用电需求的同时，改善柴油发电机房周围环境的声污染状况具有重要的研究意义。下列主要讲解通过发电机房和设备本体两个方面对噪声的控制方法，同时满足了柴油发电机组工作时的通风散热要求。另外，也为同类的柴油发电机房噪声控制与治理提供了一定的参考价值。

 

一、噪声机外控制策略

 

1、隔声门设计

     隔声门的设计要求如图1所示。由于大型柴油发电机组的安装位置通常都是在以砖混结构为主的发电机房中，可以对这一环境进行充分利用，来达到隔声效果。但是，在机房内因为门的隔声效果要比墙体的隔声效果差，并且门缝也会有漏气现象，在设计时就必须按照等透射的原则，来确定门的隔声量。最好选用夹层隔声门，其主要采用的是双层钢板附贴阻尼材料并在内腔充填吸声材料，如图2所示。如有较高隔音需要时，应使用双层隔声门。

 

图1  发电机房隔音门设计要求

图2  发电机房隔声门结构图

 

2、排烟消声器设计

      由于柴油机排烟的噪声很高，通常在110dB(A)以上，且多是低频噪声。因此，需通过在排烟管上安装二级阻抗复合消声器来降噪，同时设计时还应减小阻力损失，防止发动机功率数输出受到影响。消声器的典型布置如图3、图4所示。各级消声器的长度确定，要以排气噪声的前三次谐频为依据，扩张室的消声量按以下公式进行估算：

△Lmax=101g[14-1／4(m一1／m)]

其中，m——表示扩张比，m=s／si；

S——是消声器扩张室截面积；

si——为第i节扩张室入口插管的截面积。

 

图3 消声器架在柴油机水箱上布置图

图4 消声器吊装在发电机房屋顶上布置图

 

3、进排风消声设计

      要在保证进排风顺畅的前提下，根据燃气量和排风量，来设计进风排气消声通道。设计时应采用多通道片式阻性消声器，消声片厚度取80～100mm，通道宽度取120～150mm，通道长度按下式计算：

l=△L·a／z·Φ(a0)

式中：l——为消声器长度(in)；

△L——为所需要消声量{dB}；

Φ(a0)——为消声系数；

a——为气流通道的宽度。

片式消声器通道的通流截面积设计为排风口截面积的1．5倍。

      发动机和发电机及其室内烟管工作散发大量热量，导致机房温度较高，若不处理会损坏设备。在实际操作时，应将2000KVA应急柴油发电机组置于机房西侧，并使机组与进风口相对应，将排热口布置在散热冷却水箱前端，通过机组冷却风扇使热风向外排出，机房内部会因此形成负压，从而使外面的空气进入机房，达到降低室温的目的。 

4、吸音墙面和天花设计

      柴油发电机工作时，机房内部的空气会把来自于柴油发电机组的振动传递到所有墙面、地面、顶面（天花）以及较大面积的平面。在两个平行的平面之间将会维持驻波状态，既第一个平面产生的驻波的波幅与第二个平面产生的驻波的波幅与波节在位置上重合，这样，两平面之间产生"共振"。该共振产生在两个平面之间，既"轴向共振”。在典型的矩形机房中实属常见，该类机房每个墙面的夹角一般都为90 度，在每个夹角处还将出现"边缘效应"。墙面隔音措施如图图5所示，天花隔音措施如图6所示。

 

图5  发电机房墙体隔音措施示意图

图6  发电机房天花吸音处理措施

 

二、噪声机内控制策略

 

      降低柴油发电机燃烧噪声的根本措施是降低压力增长率，而压力增长率取决于着火延迟期和在着火延迟期内形成的可燃混合气的数量和质量，因此可通过选用十六烷值高的燃料，合理组织喷油过程及选用良好的燃烧室来实现。具体措施如下:

1、延迟喷油定时

      由于气缸内压缩温度和压力是随曲轴转角变化的，喷油时间的早晚对于着火延迟期长短的影响将通过压缩温度和压力而起作用。若喷油早，则燃料进入气缸时的空气温度和压力低，着火延迟期变长;若喷油过迟，同样燃料进入气缸时的空气温度和压力反而变低，着火延迟期变长，燃烧噪声增大;只有适当推迟喷油时间，即减小喷油提前角，可使着火延迟期延期长，燃烧噪声减小。

2、改进燃烧室结构形状和参数

      柴油发电机工作过程的好坏主要取决于燃油喷射、气流运动和燃烧室形状三方面的配合是否合理。因此，燃烧室的结构形状与混合气的形成和燃烧有密切关系，它不但直接影响柴油发电机的性能，而且影响着火延迟期、压力升高率，从而影响燃烧噪声。

      根据混合气的形成及燃烧精通结构的特点，柴油发电机的燃烧室分为直喷式和分隔式两大类:A直喷式又分开式、半分开式和球形燃烧室等。B分隔式分涡流室和预燃室。

      在其他条件相同的情况下，直喷式燃烧室中的球形和斜置圆桶形燃烧室的燃烧噪声最低，分隔式燃烧室的噪声一般较低。而ω形直喷式燃烧室（半分开式）和浅盆形直喷式燃烧室（开式）的燃烧噪声最大。调节燃烧室结构参数也可降低燃烧噪声。例如:在涡流室式发动机中喷油嘴的喷油方向愈偏离涡流室中心而指向涡流下游，附着于燃烧室壁面的燃料就愈多，燃烧也愈平静;另外增加涡流室喷孔面积比也可减少噪声。

3、调节喷油系统

      喷油率对燃烧噪声的影响非常大，试验表明，喷油率提高一倍，燃烧噪声就会增加6dB，因此用减少喷油泵供油率的方法来减少燃烧噪声，但应注意高速性能的恶化和增加怠速噪声的问题。

4、提高废气再循环率和进气节流

      提高废气再循环率可减小燃烧率，使发动机运转平稳，因此对降低燃烧噪声起到明显作用。而进气节流可使气缸内的压力降低和着火时间推迟，因此进气节流不但能降低噪声，而且还能减少柴油发电机所特有的角速度波动和横向摆振。

5、采用增压技术

      柴油发电机增压后进入气缸的空气充量密度增加，使压缩终了时气缸内的温度和压力增高，改善了混合气的着火条件，使着火延迟期缩短。

6、提高压缩比

      提高压缩比可提高压缩终了的温度和压力，使燃料着火的物理、化学准备阶段得以改善，从而缩短着火延迟期，降低压力升高率，降低燃烧噪声;但压缩比增大使气缸内压力增加，会让活塞敲击声增大，因此，提高压缩比不会使发动机的总噪声有很大的降低。

      除采取上述措施改进燃烧过程外，还应在燃烧激发力的辐射和传播途径上采取措施，增加发动机结构对燃烧噪声的衰减，尤其是对中、高频成分的衰减。具体的措施有:提高机体及缸套的刚性，采用隔振隔声措施，减少活塞、曲柄连杆机构各部分的间隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用较小的缸径，增加缸数或采用较大的S/D值，改变薄壁零件（如油底壳）的材料和附加阻尼。

 

三、噪声控制方法计算与选型

 

      噪声控制主要体现在降噪方案和消声器安装两个方面。典型降噪设计图纸如图7、图8所示。

1、排气噪声的频率计算

f=(2nz／60·i)k

       该公式中：n表示发动机主轴转速(r／min)：i代表冲程数；z则是气缸数；k是谐波次数，k=l、2、3……。一般情况下以前三次谐波为主要考虑方面。

2、排气噪声级计算

Lp=121gP+301gn-9

      该式中：P表示柴油机额定功率；n表示主轴转速。

3、风机的噪声计算

       通常情况下，冷却风机的噪声产生基本上是指涡流噪声和旋转噪声。旋转噪声的频率计算

f=(n·z／60)·k

      该式中：N代表叶轮转速{r／min}；z表示叶片数；k是谐波次数。

      在具备一定的条件时，还可以对现场发电机组的噪声级进行测量，并通过对其频率特性的分析，为选择噪声治理措施提供相应的参考依据。

4、消声、隔振设备选型

表1    柴油发电机组消声器和减震器选型表

注：不同的品牌发电机其排烟管直径可能不同，相应的二次排烟消声器直径也不同。

 

图7  柴发机房隔音降噪施工样板图.

图8   柴发机房环保降噪工程示意图

 

总结：

      总之，发电机房隔音降噪方案既能有效地降低发电机所产生的环境噪声，又能满足室内的低频反复折射所产生的噪声及室内空气流通。综合控制的核心是等隔离声概念， 即用一封闭的围护结构将机组与外界隔离开来，减少声源对外的声辐射。通过治理柴油发电机房界外噪声到达国家《城市环境噪声标准》( GB- 3096- 82) 中二类区标准， 经现场测试白天≤55dB (A) ， 晚上≤45dB (A) 到达了消除噪声污染的目的。

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