康明斯动力（深圳）有限公司

 

机房设计与设备安装

发电机房消音降噪处理方案

 

摘要：一般情况下发电机房设置在独立的大楼中的地下室，机房的排风口和进风口就设在机房的侧墙上，柴油发电机组的排烟口也应直接向外排放，未治理前，发电机房的运行时产生约110分贝的噪声，其震动噪音多为中低频噪音具有穿透性强和传播范围广的特点，必然对周围环境造成污染。

 

一、柴油机房设计与噪声分析

 

1、 柴油机房设计依据

（1）《中华人民共和国环境保护法》和《噪声污染防治法》；

（2）国家环境噪声标准（GB12348-19XX或GB3096-93）；

（3）国家环境噪声测量方法（GB12349-19XX）；

（4）现场查看污染源概况；

（5）用户提供的有关的尺寸规格和要求。

2、 柴油机房设计原则

（1） 设计中努力遵循技术先进与经济合理相统一的原则，以实现技术的先进性，可靠性和最佳的经济成本。

（2）根据现场实际情况，制定先进合理的综合治理方案，力求治理效果稳定，治理费用经济，不影响设备正常运行和管理操作，便于维修和保养。

（3）设计始终贯彻对用户负责的原则，全面考虑发电机组的运行温度，防止损失、使用寿命等综合因素，以确保发电机组处于良好的运行条件。

3、柴油机声功率计算分析

      通过对柴油机的辐射噪声计算，得到了柴油机表面辐射声功率谱和声场的辐射声功率谱。根据该频谱可以得到柴油机表面总的声功率级为118. 4dB，声场的总声功率级为107. 5dB。从柴油机表面辐射声功率谱上看，在850Hz和1250Hz时辐射噪声出现峰值，此时的柴油机表面声压级云图分别如图1和图2所示。

      从柴油机表面声压级云图中看出， 机体在350Hz时表面噪声最高，并且前表面(油泵侧)噪声远大于后表面(排气侧) ，在850Hz时第三缸前后裙部噪声较高。油底壳的后侧板和后底板辐射噪声在各频率下均较大，其中在1250Hz时噪声最高。缸盖在350Hz 时前后表面噪声较高， 其上表面在850Hz时噪声最高。

 

图1  850HZ频率下柴油机表面声压级云图

图2  1250HZ频率下柴油机表面声压级云图

 

二、 设计方案说明

 

      柴油发电机组是最多发声源的复杂机器，随着发电机组结构型式和尺寸、运转工况的不同，各个发声源对总噪声的影响是不同的，一般情况下，发电机组各类噪声大致按如下顺序排列：排气噪声、燃烧噪声或机械噪声、风扇噪声、进气噪声。降噪设计的基本思路是：首先查明各种声源中的最大噪声成分及其频率特性，采取有关技术措施，将各声源的噪声级尽量降低到大致相同的水平，其中容易降低的噪声源可以降低的多一些，将噪还要和其他技术要求（如对发电机组输出功率的影响、降噪成本等多种具体因素）综合起来考虑。

1、排气噪声的控制

       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。

（1） 周期性的排气所引起的低频脉动噪声：

（2） 排气管道内的气柱共振噪声：

（3） 气缸的亥姆霍兹共振噪声：

（4） 高速气流通过排气门环隙及曲折的管道时所产生的喷注噪声。

（5）涡流噪声以及排气系统在管内压力波激励下所产生的再生噪声形成了连续性高频噪声谱，频率均在1000Hz以上，随气流速度增加，频率显著提高。排气噪声是发动机空气动力噪声的主要部分。其噪声一般要比发动机整机高10-15dB(A)，是首先要进行将噪控制部分。消声器是控制排气噪声的一种基本方法。正确选配消声器（或消声器组合）可使排气噪声减弱20-30dB以上。根据消声原理，消声器结构可分为阻性消声器和抗性消声器两大类：

① 阻性消声器（即我们平时称呼为工业型消声器）

      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。

② 抗性消声器（即我们平时称呼为住宅型消声器）

      利用不同形状的管道和共振腔进行适当的组合，借助于管道截面和形状的变化而引起的声阻抗不匹配所产生的反射和干涉作用，达到衰减噪声的目的。其消声效果，与管道形状、尺寸和结构有关。一般选择性较强，适用于窄带噪声和低、中频噪声的消减。发电机组排气系统的降噪处理：我们一般利用一个泊位减振节、一个工业型消声器和一个住宅型消声器的组合，有效地隔断了排气震动和排气噪声的传播。同时，对排气管道进行隔热隔音包扎，也能改善发电机组的运行环境和由排气管引起的噪声。

2、噪声和燃烧噪声的控制

（1）机械噪声主要是发动机各运动零部件在运转过程中受气体压力和运动惯性力的周期变化所引起的震动或相互冲击而产生的，其中最为严重的有以下几种：

① 活塞曲柄连杆机构的噪声（主要为高频噪声）；

② 配气机构的噪声（主要为低、中频段噪声）；

③ 传动齿轮噪声（噪声谱是一种连续而宽广的频谱）；

④ 不平衡惯性力引起的机械震动及噪声。

⑤ 燃烧噪声是燃烧过程产生的结构震动和噪声。在气缸内燃烧噪声（尤其是低频部分）声压级是很高的，但是，发动机结构中大多数零件的刚性较高，其自振频率多处于高频区域，由于对声波传播频率响应不匹配，因而在低频段很高的气缸压力级峰值不能顺利地传出，而中高频段的气缸压力级则相对易于传出。

（2）控制机械噪声和燃烧噪声的有效方法：

① 对发电机组进行隔震处理

      发电机组的隔震一般采用高效减震胶垫，现在这一部分技术已经非常成熟。经过隔震处理，发电机组表面的震动被有效隔断。

② 在噪声的传播通道上进行降噪处理

      减少声源对外的辐射，个别对噪声指标控制特别严的机房还要在内墙和天花粘贴高效吸音材料，使噪声源在传出机房前已被有效衰减以提高机房的降噪效果。

3、冷却风扇和排风通道噪声的控制

      风扇噪声是由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声由旋转风扇叶片切割空气流产生周期性扰动而引起。涡流噪声是气流在旋转叶片截面上分离时，由于气体具有粘性，便滑脱或分裂成一系列的旋涡流，从而辐射一种非常稳定的流动噪声。排风通道直接与外界相通，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。

      控制风扇和排风通道噪声的手段，主要是设计一个好的排风吸音通道，这个吸音通道可由导风槽和排风降噪箱组成，也可由岛风槽和一至几组的吸音挡板组成。排风降噪箱的工作原理，类似于阻性消声器。可通过更换吸音材料（改变材料的吸音系数），改变吸音材料的厚度、排风通道的长度、宽度等参数来提高吸音效果。在设计排风吸音通道时，要特别注意排风口的有效面积必须满足发电机组散热的需要，以免排风口风阻增大而致排风噪声增大和发电机组高水温停机。

4、进气噪声控制

      发电机组工作在封闭的机房里面，从广义上讲，进气系统包括发电机组的进风通道和发动机的进气系统。进风通道和排风通道一样直接与外界相通，空气的流速很大，气流的噪声和发电机组运转的噪声都经进风通道辐射到外面。发动机进气系统的噪声是由进气门周期性开、闭而产生的压力波动所形成，其噪声频率一般处于500Hz以下的低频范围。对于涡轮增压发动机，由于增压器的转速很高，因此其进气噪声明显高于非增压发动机。涡轮增压器的压气机噪声是由叶片周期性冲击空气而产生的旋转噪声和高速气流形成的涡流噪声所组成，且是一种连续性高频噪声，其主要能量分布在500-10000Hz范围。

      由于柴油发电机组一般都配置有设计合理的空气滤清器，其本身就具有一定的消声作用。考虑到进气噪声相对较低，故对发动机的进气系统一般不做另外处理。对发电机组的进气通道，则要从风道的设计，隔音材料的选用等方面进行综合控制。其基本思路是：

（1）进风净面积符合设计规范

      以保证发动机的进气系统和发电机组的冷却系统有足够的新鲜空气吸入。

（2）进风通道需经吸声处理

      一般采用进风百叶窗+导风槽+消声挡板的组合，如果有足够充足的空间，也可以采用进风百叶窗+降噪箱的组合。

 

三、发电机房降噪案例

 

1、工程概述

      南方某国际机场航站楼应急柴油发电机组为4台康明斯发电机组并联运行。单台发电机组备用功率为1800kW（2250kVA），输出电压为10kV。机房布置如图3和图4所示。

（1）机房位于航站楼西侧地下室（西设备房）。机房的进、排风位于地面一层，为自然进、排风。地面距离航站楼最近点约60m。

（2）排烟口位于地面一层露台。根据对现场环境噪声的调查和估测，该机房受周边设备运转噪声的影响较大，如相邻的空调机房和地面的冷却塔，相距不到10m，未做降噪处理，开机时噪声对油机房影响很大。还有机房距离道路仅有20m左右，车流噪声的影响也比较大。

（3）考虑到柴油发电机组的噪声为稳定噪声，在相同工况下运行噪声不变、因此在修正背景噪声的影响后，实际噪声控制值在机房外1m处为60dB（A）。

2、机房降噪技术手段

       本机房层高为10m（为两层合一），长度方向为21.5m，宽度方向为19.5m。在长度方向顺着发电机组进排风方向分别布置了一个进风竖井和一个排风竖井（4台发电机组共用）。宽度方向并列均布4台发电机组。由于进、排风竖井净高都有10m，形成的抽风效应非常明显，使其从地面自然进、排风显得十分流畅。发电机组的进排风消声器都做成两段式，中间留有扩张腔，改善了消声器的消声特性。排风通道从散热水箱到消声器有一段为2.8m的导风槽和软连接，消声器到排风竖井墙壁距离为2.4m，加上两段消声器和扩张腔的长度，排风竖井的高度，热风排出机房到地面的路径长17.5m，不算消声器的消声量，排风噪声经过这一路径的自然衰减已达15dB（A）左右。机房噪声经进风通道泄出地面的效应同排风。

（1）发电机组的排烟消声处理：

      由于发电机组排烟管走出机房后通过地面一层露台的排烟井扩散排出，排烟路径较短，排烟噪声对地面影响较大。为增加排烟降噪效果，在住宅型消声器后再增加一节工业型消声器，这一节消声器通径为Φ400mm，对高频噪声来说，消声器通径Φ≥300mm已经高频失效，但在中低频段增加的消声量增强了住宅型消声器的消声效果。

（2）本项目机房四壁和天花板都做了吸声装饰，增强了机房的降噪效果。

（3）机房工程竣工后经当地环保部门验收，减噪效果满足环保的要求。

 

图3  备用发电机房侧面布置图

图4  备用发电机房平面布置图

 

总结：

      低噪声机房的设计技巧就是综合采用隔声、吸声、消声等技术手段，因地制宜，用最小的投入，产生最大的降噪效果。以上两个机房形状各异，采取的技术手段也各有不同，但都取得了满意的减噪效果。

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