機房設計與設備安裝

柴發機房噪聲控制策略和降噪設計

 

導讀：柴油發電機組是一種廣泛使用的備用供電設備，作為對電力系統的補充，在給人們供應用電的同時，伴隨柴油發電機組運行產生的噪聲污染問題也十分嚴重。隨著人們對環保意識和環境質量要求的提高，發電機組引發的環境噪聲問題日益得到重視。如何在滿足人們用電需求的同時，改善柴油發電機房周圍環境的聲污染狀況具有重要的研究意義。下列主要講解通過發電機房和設備本體兩個方面對噪聲的控制方法，同時滿足了柴油發電機組工作時的通風散熱要求。另外，也為同類的柴油發電機房噪聲控制與治理提供了一定的參考價值。

 

一、噪聲機外控制策略

 

1、隔聲門設計

     隔聲門的設計要求如圖1所示。由于大型柴油發電機組的安裝位置通常都是在以磚混結構為主的發電機房中，可以對這一環境進行充分利用，來達到隔聲效果。但是，在機房內因為門的隔聲效果要比墻體的隔聲效果差，并且門縫也會有漏氣現象，在設計時就必須按照等透射的原則，來確定門的隔聲量。最好選用夾層隔聲門，其主要采用的是雙層鋼板附貼阻尼材料并在內腔充填吸聲材料，如圖2所示。如有較高隔音需要時，應使用雙層隔聲門。

 

圖1  發電機房隔音門設計要求

圖2  發電機房隔聲門結構圖

 

2、排煙消聲器設計

      由于柴油機排煙的噪聲很高，通常在110dB(A)以上，且多是低頻噪聲。因此，需通過在排煙管上安裝二級阻抗復合消聲器來降噪，同時設計時還應減小阻力損失，防止發動機功率數輸出受到影響。消聲器的典型布置如圖3、圖4所示。各級消聲器的長度確定，要以排氣噪聲的前三次諧頻為依據，擴張室的消聲量按以下公式進行估算：

△Lmax=101g[14-1／4(m一1／m)]

其中，m——表示擴張比，m=s／si；

S——是消聲器擴張室截面積；

si——為第i節擴張室入口插管的截面積。

 

圖3 消聲器架在柴油機水箱上布置圖

圖4 消聲器吊裝在發電機房屋頂上布置圖

 

3、進排風消聲設計

      要在保證進排風順暢的前提下，根據燃氣量和排風量，來設計進風排氣消聲通道。設計時應采用多通道片式阻性消聲器，消聲片厚度取80～100mm，通道寬度取120～150mm，通道長度按下式計算：

l=△L·a／z·Φ(a0)

式中：l——為消聲器長度(in)；

△L——為所需要消聲量{dB}；

Φ(a0)——為消聲系數；

a——為氣流通道的寬度。

片式消聲器通道的通流截面積設計為排風口截面積的1．5倍。

      發動機和發電機及其室內煙管工作散發大量熱量，導致機房溫度較高，若不處理會損壞設備。在實際操作時，應將2000KVA應急柴油發電機組置于機房西側，并使機組與進風口相對應，將排熱口布置在散熱冷卻水箱前端，通過機組冷卻風扇使熱風向外排出，機房內部會因此形成負壓，從而使外面的空氣進入機房，達到降低室溫的目的。 

4、吸音墻面和天花設計

      柴油發電機工作時，機房內部的空氣會把來自于柴油發電機組的振動傳遞到所有墻面、地面、頂面（天花）以及較大面積的平面。在兩個平行的平面之間將會維持駐波狀態，既第一個平面產生的駐波的波幅與第二個平面產生的駐波的波幅與波節在位置上重合，這樣，兩平面之間產生"共振"。該共振產生在兩個平面之間，既"軸向共振”。在典型的矩形機房中實屬常見，該類機房每個墻面的夾角一般都為90 度，在每個夾角處還將出現"邊緣效應"。墻面隔音措施如圖圖5所示，天花隔音措施如圖6所示。

 

圖5  發電機房墻體隔音措施示意圖

圖6  發電機房天花吸音處理措施

 

二、噪聲機內控制策略

 

      降低柴油發電機燃燒噪聲的根本措施是降低壓力增長率，而壓力增長率取決于著火延遲期和在著火延遲期內形成的可燃混合氣的數量和質量，因此可通過選用十六烷值高的燃料，合理組織噴油過程及選用良好的燃燒室來實現。具體措施如下:

1、延遲噴油定時

      由于氣缸內壓縮溫度和壓力是隨曲軸轉角變化的，噴油時間的早晚對于著火延遲期長短的影響將通過壓縮溫度和壓力而起作用。若噴油早，則燃料進入氣缸時的空氣溫度和壓力低，著火延遲期變長;若噴油過遲，同樣燃料進入氣缸時的空氣溫度和壓力反而變低，著火延遲期變長，燃燒噪聲增大;只有適當推遲噴油時間，即減小噴油提前角，可使著火延遲期延期長，燃燒噪聲減小。

2、改進燃燒室結構形狀和參數

      柴油發電機工作過程的好壞主要取決于燃油噴射、氣流運動和燃燒室形狀三方面的配合是否合理。因此，燃燒室的結構形狀與混合氣的形成和燃燒有密切關系，它不但直接影響柴油發電機的性能，而且影響著火延遲期、壓力升高率，從而影響燃燒噪聲。

      根據混合氣的形成及燃燒精通結構的特點，柴油發電機的燃燒室分為直噴式和分隔式兩大類:A直噴式又分開式、半分開式和球形燃燒室等。B分隔式分渦流室和預燃室。

      在其他條件相同的情況下，直噴式燃燒室中的球形和斜置圓桶形燃燒室的燃燒噪聲最低，分隔式燃燒室的噪聲一般較低。而ω形直噴式燃燒室（半分開式）和淺盆形直噴式燃燒室（開式）的燃燒噪聲最大。調節燃燒室結構參數也可降低燃燒噪聲。例如:在渦流室式發動機中噴油嘴的噴油方向愈偏離渦流室中心而指向渦流下游，附著于燃燒室壁面的燃料就愈多，燃燒也愈平靜;另外增加渦流室噴孔面積比也可減少噪聲。

3、調節噴油系統

      噴油率對燃燒噪聲的影響非常大，試驗表明，噴油率提高一倍，燃燒噪聲就會增加6dB，因此用減少噴油泵供油率的方法來減少燃燒噪聲，但應注意高速性能的惡化和增加怠速噪聲的問題。

4、提高廢氣再循環率和進氣節流

      提高廢氣再循環率可減小燃燒率，使發動機運轉平穩，因此對降低燃燒噪聲起到明顯作用。而進氣節流可使氣缸內的壓力降低和著火時間推遲，因此進氣節流不但能降低噪聲，而且還能減少柴油發電機所特有的角速度波動和橫向擺振。

5、采用增壓技術

      柴油發電機增壓后進入氣缸的空氣充量密度增加，使壓縮終了時氣缸內的溫度和壓力增高，改善了混合氣的著火條件，使著火延遲期縮短。

6、提高壓縮比

      提高壓縮比可提高壓縮終了的溫度和壓力，使燃料著火的物理、化學準備階段得以改善，從而縮短著火延遲期，降低壓力升高率，降低燃燒噪聲;但壓縮比增大使氣缸內壓力增加，會讓活塞敲擊聲增大，因此，提高壓縮比不會使發動機的總噪聲有很大的降低。

      除采取上述措施改進燃燒過程外，還應在燃燒激發力的輻射和傳播途徑上采取措施，增加發動機結構對燃燒噪聲的衰減，尤其是對中、高頻成分的衰減。具體的措施有:提高機體及缸套的剛性，采用隔振隔聲措施，減少活塞、曲柄連桿機構各部分的間隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用較小的缸徑，增加缸數或采用較大的S/D值，改變薄壁零件（如油底殼）的材料和附加阻尼。

 

三、噪聲控制方法計算與選型

 

      噪聲控制主要體現在降噪方案和消聲器安裝兩個方面。典型降噪設計圖紙如圖7、圖8所示。

1、排氣噪聲的頻率計算

f=(2nz／60·i)k

       該公式中：n表示發動機主軸轉速(r／min)：i代表沖程數；z則是氣缸數；k是諧波次數，k=l、2、3……。一般情況下以前三次諧波為主要考慮方面。

2、排氣噪聲級計算

Lp=121gP+301gn-9

      該式中：P表示柴油機額定功率；n表示主軸轉速。

3、風機的噪聲計算

       通常情況下，冷卻風機的噪聲產生基本上是指渦流噪聲和旋轉噪聲。旋轉噪聲的頻率計算

f=(n·z／60)·k

      該式中：N代表葉輪轉速{r／min}；z表示葉片數；k是諧波次數。

      在具備一定的條件時，還可以對現場發電機組的噪聲級進行測量，并通過對其頻率特性的分析，為選擇噪聲治理措施提供相應的參考依據。

4、消聲、隔振設備選型

表1    柴油發電機組消聲器和減震器選型表

注：不同的品牌發電機其排煙管直徑可能不同，相應的二次排煙消聲器直徑也不同。

 

圖7  柴發機房隔音降噪施工樣板圖.

圖8   柴發機房環保降噪工程示意圖

 

總結：

      總之，發電機房隔音降噪方案既能有效地降低發電機所產生的環境噪聲，又能滿足室內的低頻反復折射所產生的噪聲及室內空氣流通。綜合控制的核心是等隔離聲概念， 即用一封閉的圍護結構將機組與外界隔離開來，減少聲源對外的聲輻射。通過治理柴油發電機房界外噪聲到達國家《城市環境噪聲標準》( GB- 3096- 82) 中二類區標準， 經現場測試白天≤55dB (A) ， 晚上≤45dB (A) 到達了消除噪聲污染的目的。

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