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机房设计与设备安装 |
发电机房降噪工程的设计和布置原则 |
摘要：柴发机房的隔音降噪设计、治理是噪声与振动控制是设备环保领域较为常见的治理项目。柴油发电机组运行时，通常会产生95~128dB（A）的污染声源。如果不采取必要的降噪措施，机组的运行将对周围环境造成严重损害。为了保护和改善环境质量，在进行柴油发电机房降噪的设计工作时，应针对主要发声源，分别采取有效措施。对于不同结构特点的柴发机房，进行科学合理的分析，做到环保、经济、方便、实用、可靠，设计出优化方案。还应遵循如下康明斯公司在本文中叙述的柴油发电机组降噪方案的设计原则。
一、机房降噪设计原则
1、保证功率输出
在机房降噪方案设计时，首先确保不降低发电机组功率的原则。应充分考虑到发电机组正常运行时所需的最低进、出风量标准以及排放背压不能超出额定许用背压值等因素。机房的降噪和通风量是一对尖锐的矛盾，但是无论如何首先要保证的是通风量，否则将会严重影响到发电机组的功率输出，使发电机组的温升较高，频繁发生故障甚至会缩短柴油发电机组的使用寿命。
2、注意消防安全
在设计工作中必须十分注意消防安全，降噪设备在机房内的布置应不影响防火通道的畅通，所选用的降噪材料应为阻燃性物品。
3、排烟系统合理布局
（1）为了安装更经济、操作更有效率，发电机组的位置应安装在使排气管尽可能短，弯曲和堵塞都尽可能小的地方。通常排烟管伸出建筑物外墙后会继续沿着外墙向上直到屋顶，在墙孔处安置一减振套，并在管子上有一个弹性接头补偿烟管因热胀冷缩而产生的长度变化。排气消声器应安装在靠近发电机组的地方，这样可提供最佳的消声效果，使排气管从消声器通往户外，或可以安装在户外的墙或屋顶上。
（2）由于排气噪声是发电机组噪声中能量最大、成分最多的部分，故首先应针对该噪声进行降低处理。排气消声器的设计主要考虑消声量、消声频率范围（主要为消声量峰值的频率范围）及阻力损失三大指标，此外消声器还应具有好的结构刚性、防止受激振而辐射再生噪声，尺寸适宜、便于安装等。在某些情况下（如安装在排烟管道上，如图1所示）要求内部结构能耐高温和抗腐蚀。
5、不能忽略振动噪音
降噪设备结构的设计和吸音、隔音材料的选择应集中在针对降低500～3000Hz 这一频率段的噪声上，因为这一频率段正处于人体听觉最敏感区域，而且发电机组的噪声源也主要是分布在500Hz附近，同时也要十分注意和坚决避免与噪声源产生共振的可能。不能忽略振动噪声的治理，这方面可从基础设计入手，底座固定方法如图2所示。
7、消音门窗设计
若机房内设有控制室，为保证工作人员的环境，应注意控制室和机房间的隔振、隔音。在机房结构的设计上，机房与操作室应用厚度为240mm的隔墙隔开；墙壁上开三层防爆玻璃观察窗（玻璃厚度为4～5mm），外面两层玻璃的间隔应大于100mm，面向机房的玻璃上端最好与机房地坪面略为倾斜，使噪声反射效果更好，并能防止结雾；操作室与机房之间的门应用双层夹板制成的隔音门。
8、多方面考量
设计机房时还需要考虑的主要因素有地基承载力、通道位置、维护保养的操作空间、发电机组的振动、通风散热、排气管的连接、隔热、降噪；燃油箱的大小和位置，以及与之有关的国家和地方建筑、环保条例和有关法规的规定，结合实际需要进行综合分析，确定满足实际需要和最为经济的降噪方案。
9、排风顺畅无碍
通常发电机组排风口的面积应略大于水箱的有效面积，从降低风阻考虑，排风口离前面障碍物的距离应大于600～2000mm，发电机组进风量应大于发电机组的排风量和燃气量的总和，发电机组在运行时机房内不能产生负压。
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图1 柴油发电机排烟管道穿墙示意图 |
图2 柴油发电机组地脚螺钉安装图 |
二、机房内的布置原则
在满足发电机组排风量要求的前提下，机房的降噪效果主要由进排风通道消声箱的长度和选用的吸音材料决定。根据机房实际结构，遵循轴向通风方式的原则，选择发电机组最佳布置位置和进风口的布置形式（如图3、图4所示）。机房内的布置原则如下：
1、排风管道和排烟管道架空敷设在发电机组两侧靠墙2.2m以上空间内。排烟管道一般布置在发电机组背面。
2、安装、检修、搬运通道，在平行布置的机房中安排在发电机组的操作面。在平行布置的机房中，气缸为单列直立式发电机组，一般安排在柴油机端；V形柴油发电机组一般安排在发电机端。对于双列平行布置的机房，发电机组的安装、检修、搬运通道安排在两排发电机组之间。
3、在发电机组安装或检修时，利用预留吊钩用手动葫芦起吊活塞、连杆、曲轴所需的高度。
4、水、油管道分别设置在发电机组两侧的地沟内，地沟净深一般为0.5～0.8m，并设置支架。
5、安装排气消音器时，应将消音器置于室外，排气引管不宜过长，排烟管表面有可能的话应包扎隔热材料，以减少向室内的散热。
6、机房内应具有良好的通风条件，特别是空气滤清器周围一定要有充足的新鲜空气，机房内不允许放置有产生酸气等腐蚀气体的物品。
7、封闭式集装箱机组的机房一般不需要强制通风，可通过机组所带的风扇向室外排风，来促使机房内的空气对流，但一定要设置相应的进、出风口。若机房通风条件较差，应采用强制通风，进风口要低，排风扇应装于机房较高位置，使高温气流及时排出室外。
8、机组安装除通风要求外，机房应考虑避雷、隔声、隔振、消防、安全、环保、采光、和排污等要求，北方地区还要有采暖措施，确保机组能正常起动。
9、燃油管路及电缆尽量敷设在槽板内或地沟内，电缆也可敷设在电线管内。
10、机组周围应留有0.8~1.0m的空间距离，不放其他物品，以便操作人员巡视、维护。
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图3 发电机房典型布置实例 |
图4 柴油发电机机房布置图 |
三、工艺设计
1、降噪措施
发电机房噪声治理工程必须根据机房的具体情况进行设计和施工。
（1）进风系统：
每台柴油发电机组工作时需要大量新鲜的空气，主要用于柴油机燃油燃烧，所以机房必须有足够的进风。
进风消音箱的净通风面积，应保证风速小于5m/s（机组的排风量与燃气量消耗相加后除于净通道面积），才能保证在不降低功率的基础下，确保达到噪声效果。例如康明斯C2500D5A柴油发电机组需求进风量为33.61m3/s，风速为2.1m/s，自然通风就可以满足要求，可以直接加装百叶，但是为了降噪效果，华为进风口设计为复合阻抗式消声器加装电动百叶（此电动百叶开启与柴油发电联动，百叶开启后10秒后启动柴油发电机）
（2） 排风系统：
柴油发电机工作时，产生大量的热量，此热量要抽出机房，以保证机房温度不至于过高影响发电机组的正常运行。
排风噪声主要是风扇噪声，排风通道也直接与外界相通，空气流速很大，气流噪声风扇噪声和机械噪声经此通道辐射出去；在机组的进风通道设高效消音箱，消音箱内为狭长的通道，内壁为微穿孔结构，内设高效吸音材料，微穿孔结构和高效吸音材料形成无数空气活塞，空气流经该通道时，其震动能量经空气活塞变为热能已被极大地衰减，同时消音箱内的净通风面积已充分考虑到了机组正常运行机房换气所需的面积，确保机组的功率输出；排风系统根据用户的机房实际和要求，通过软连接和导风罩后，机组排出的热风汇流，经消音箱和扩张腔后排往室外。
（3）机房墙顶降噪
对发电机房内的墙面做吸声墙，墙顶悬吊吸声顶。消声材料为耐火材料，其吸声系数不低于0.85，面层材料采用铝合金板材。
● 消声材料：超细玻璃棉+穿孔铝扣板（1mm)
● 厚度：50mm
● 生产重量：30—35公斤/立方米
● 纤维直径：5—6微米
● 渣球含量：<2%
● 树脂含量:3—7%
● 使用温度：400°C
● 导热系数：常温时0.03千卡/米.时.度
● 防水剂含量：0.5—2.5%
● 吸水率：<15%（水中浸泡24小时）
2、隔振措施
目前，用于噪声治理的主要措施有隔振、吸声、隔声及消声等。隔振是通过在机器与基础之间安装弹性支承隔离机械振动而达到抑制噪声和降低固体传声的方法；吸声是利用吸声材料降低噪声；隔声则是通过隔声材料降低声能辐射；消声则是通过一种允许气流通过而使声能衰减的机器设备而达到降低噪声的方法。各种措施的采用有其针对性，具体到本方案采用的措施如下：
（1）机械本身减振：
在发电机组机座上安装隔振垫（即弹性支承），减少机器振动向基础的传递量，使机器的振动得已有效的隔离，抑制噪声和降低固体传声。
（2）声源屏蔽隔声：
发电机房为砖混结构，墙体及屋面板本身具有一定的隔声性能，但因为工作需要必须在发电机房内设门及进、排风系统，而为防止声波由于绕射能力从门及进、排风系统传出而使机房的隔声性能降低，采用隔声门与进、排风消声道进行治理。
（3）消声器：
排气噪声是发动机噪声中能量最大成分最多的部分，它的基频是发动机的发火频率在整个的排气噪声频谱中应呈现出基频及其高次谐波的延伸。消声器是阻止这种声音传播而允许气流通过的一种器件，是消除空气动力性噪声的重要措施。消声器的种类很多，但究其消声机理，又可以把它们分为六种主要的类型，即阻抗复合式消声器（外形如图5所示）、阻性消声器（外形如图6所示）、抗性消声器、微穿孔板消声器、小孔消声器和有源消声器。
在排气管路上设有工业型消音器及住宅型消音器，工业型消声器是利用多孔吸声材料以一定方式布置在管道内，当气流通过阻性消声器时声波便引起吸声材料孔隙中的空气和细小纤维的震动，由于摩擦和粘滞阻力声能变为热能而吸收从而起到消声作用，经两级消音器后，即可消减排气噪声40-45dB（A）左右。同时，在管道上，首先安装的是弹性减震节，隔绝机组震动对排气系统的影响，在排气系统的吊装上，采用弹性吊挂形式，保证不损坏天花或吊挂点，另外，对管道的室内部分采用隔热隔声包扎，也有效的改善机组的运行环境及由排气管引起的噪声。为了减少排气温度对环境的影响，将排气管安装沿外墙引至屋面高出屋檐2米处。
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图5 柴油机复合型消声器 |
图6 柴油机阻性消声器 |
总结：
柴油发电机房降噪治理的原则是在确保机组通风条件即不降低输出功率的前提下，采用高效吸音材料和降噪消声装置对进、排风系统进行处理，使之达到国家标准。发电机组降噪最根本的办法是从声源着手，采用一些常规的降噪技术；如消声器，隔声、吸声隔振等乃是最有效的办法。机房的设计必须保证机组（包括柴油机、发电机和控制屏）能正常的工作，并且便于使用操作和维护保养 ，具体方案用户应视本单位的实际使用情况和选用的机型来考虑，用户可请有关专业的技术人员设计机房布置，实施施工。
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