新聞主題	柴油發電機靜音箱體外觀和結構

 

摘要： 柴油發電機組防音箱體結構的設計，主要考慮能夠容納所有配套件（包括柴油機、發電機、啟動電池、斷路器、控制系統和消聲組件等）和降噪所需空間、足夠的進排風通道面積，滿足額定功率輸出，并安全、可靠運行，同時便于操作、檢修、裝卸、運輸、安裝、防塵、防雨雪和組裝等。力求用最小的體積，較低的制造和運輸成本達到各項技術指標和功能。

 

一、防音箱體外形的設計

 

      防音箱體外形通常采用正長方體設計，該方案適用于室內外使用環境，具有適應性和機動性較強，制造工藝性也較好的特點。為了節省空間和縮短長度，有時也采用在兩下端切為斜角并作為進、排風口的方案，但其缺點是容易吸入或吹揚地面的塵土、安裝于機房內時很難將熱風引排至室外。靜音箱外罩示例如圖1所示，無外置裸機外觀如圖2所示。

1、防音箱體外形尺寸的設計

（1）長度≥柴油機＋水箱＋發電機組件總長度＋降噪進風室長度＋降噪排風室長度＋吸音組件厚度。

（2）寬度≥柴油機＋水箱＋吸音組件厚度。

（3）高度≥柴油機＋水箱＋減震組件＋排氣管組件＋水箱注水口空間＋吸音組件厚度。

（4）注意事項：

① 基于低噪聲柴油發電機組通常為細長形的結構特點，在滿足使用條件的前提下，優先控制防音箱體的長度，控制系統、開關、電池和接線等組件盡量利用其他空間設置。

② 對于個別過于細長機型，箱體可以適當加寬，使其搬移和運行更為平穩，同時外觀也較為協調美觀。

③ 在確定箱體的高度時，應注意水箱注水操作和觀察水位的空間，必要時可以將注水口設置在機箱外頂部。

④ 個別機型的增壓器和排氣管等高發熱（最高溫度可達600℃）組件可能比較靠近邊緣，在確定箱體外形尺寸時，要充分考慮箱壁與其保持足夠的距離，避免發電機組長時間運行時產生高溫烤壞吸音材料或箱板。另外，發電機組在啟動和停機過程中部分組件擺幅較大，箱壁也應與其保持足夠的距離，避免產生撞傷和敲擊異聲。

2、防音箱體操作門及檢修門的設計

（1）操作門設計

      通常置于發電機端（進風側）的端部或兩側，處于運行環境溫度相對較低的區域。操作門上一般裝鋼化玻璃觀察窗口，便于隨時察看發電機組的各種參數，同時兼有隔音作用。

（2）檢修門的設計

      應充分考慮滿足各種需要檢修或操作的方便及可能性。一般日常的保養、檢修項目，如更換三濾、頻率和電壓調整等，應能方便操作；對于周期較長的保養、檢修項目，如更換電池和清理水箱等，也應力求方便，必要時通過簡單拆卸個別板件就能進行相應的操作。

3、防音箱體的防塵及防雨雪的設計

      發電機組安裝在戶外使用時，箱體設計應充分考慮防塵及防雨雪（即全天候）的需要。進、排風口一般采用百葉窗結構；對于環境粉塵污染較嚴重的區域，可以采用氣彈簧全密封窗或加百葉窗結構，運行時僅簡單打開密封窗即可，這時密封窗也兼有雨棚功能，但這種結構很難適用全自動化發電機組；采用電動百葉窗結構，既可防雨雪，停機備用時也能有效的防塵，同時滿足自動化啟動并有利于防潮和提高低溫加熱啟動速度，但結構較為復雜、成本偏高。

      箱體上邊緣加設雨檐，可以避免或使較少雨水掉落在箱體表面；各門邊加設橡膠密封墊，可以避免雨水滲入箱體內和由于振動而產生噪聲；在箱體底部開設排水孔，可以防止雨水積聚。

4、防音箱體的制造工藝性設計

      防音箱體的設計，應充分考慮加工和裝配時具有良好的制造工藝性，以便提高生產效率和降低成本；箱體應有足夠的剛性，以便在吊裝和運輸過程中安全、可靠和不容易變形。

 

圖1  柴油發電機組靜音箱外罩示意圖

圖2  開放式柴油發電機組模型圖（無外罩）

 

二、底座結構的設計

 

      低噪聲柴油發電機組通常將油箱和機座設計為一個整體，使其只需簡單地加油、加水，立即可以投入運行，同時由于該結構具有一定的彈性，對于降低發電機組運行時的振動，對基礎的傳遞也有很大的作用。

1、機座的結構設計

      首先應滿足柴油機和發電機及附件的安裝及運行時所需的剛性、扭轉強度和動態承載的要求，然后考慮其油箱的容積、加工的工藝性、總裝和搬移或吊裝的方便性等。可以根據不同機型按常規標準型發電機組設計方法，確定其滿足剛性、扭轉強度和動態承載的結構和數據。

2、底座油箱的設計

      通常低噪聲柴油發電機組油箱的容積，按發電機組滿負載運行8h左右的油耗設計，對于需要較長時間連續運行的一體化基站小功率發電機組，油箱的容積可以達到運行15h以上，大容積油箱同時抬高了小型發電機組的高度，使其操作更為方便。同時，機座上應設計用于安裝、搬移或吊裝的裝置。室外安裝因為非常簡易，落地至水平基礎即可。室內基本安裝布置如圖3和圖4所示。

 

圖3  靜音箱式發電機組室內側視安裝圖

圖4  靜音箱式發電機組室內平面安裝圖

 

三、降噪系統的結構設計

 

      降噪系統的結構設計主要是解決通風條件和降低噪聲之間的矛盾，在有限的空間條件下，最大限度地降低噪聲，同時不影響發電機組標定功率的持續輸出。低噪聲柴油發電機組按噪聲等級，通常分為標準防音型（76～85dB/m）和超級防音型（60～75dB/m）。噪聲主要來自柴油機高速運轉產生的機械噪聲、冷卻發電機組所需空氣進入和排出的風噪聲，以及由氣缸內燃燒爆炸所產生的排氣噪聲等。降低系統的噪聲，主要是設計合理的結構和選擇合適的材料，通過隔聲、吸音和噪聲干擾等措施來實現，整機外觀結構如圖5所示。

1、進、排風口的設計

      進、排風口及其通道是低噪聲柴油發電機組結構設計的重要環節，關系到噪聲能否得到有效的控制，同時發電機組又能在合理的水溫條件下安全正常運行。進風口通常置于發電機側的端部，必要時可以在其兩側補充；排風口一般置于柴油機側的前上部或兩側。

（1）進風口的有效通風面積應大于水箱的面積，確保不低于標準裸機運行所需的通風冷卻條件，保證發電機組在額定輸出功率和正常的水溫下運行，同時應將風速控制在適當的范圍內：標準防音型風速為8m/s；超級防音型風速為6m/s。風速增大，將會產生二次噪聲。風速等于柴油機自帶風扇標稱的風量與進風口有效通風面積的比值。

（2）如果進、排風口采用百葉窗結構，應特別注意百葉的結構形狀和擺角，最大限度地利用有限的窗口面積提高通風條件和降低風阻。

（3）通常進排風通道采用擋板或隔板結構，使空氣的流動改變方向和延長與吸音材料的接觸距離，從而提高降噪效果。對于超級防音型發電機組，必要時可設計成多級或細長的專用通道，以使噪聲得到更有效的控制。擋板或機箱壁與水箱應有足夠的距離，減少風阻和空氣倒流，使排風更為順暢。進排風通道的結構設計有較強的技巧性，在有限的空間選擇合理的位置和形狀可以得到最佳的效果。

2、隔聲的設計

      噪聲主要是通過空氣傳遞的，所以隔聲結構的設計應力求最大限度地密閉，使各種噪聲大部分控制在防音箱體內。

（1）盡量將吸音材料貼附在防音箱體面板上，減少噪聲的穿透傳播；

（2）在門窗的邊緣縫隙加墊、橡膠封條，以減少噪聲的泄漏傳播。

（3）在進排風通道設置合適的擋風板，避免噪聲直接傳播到機箱外，同時加長吸音通道的路徑，可以更有效地控制噪聲。

3、吸聲設計

（1）在防音箱體內及進排風通道鋪設吸音材料，能夠吸收大量的噪聲，減弱噪聲的傳播；

（2）進、排風通道越長，降噪效果越好，但會增加風阻，減弱通風條件，設計時應取得其平衡，最好能再通過試驗獲取最佳組合結構和參數；

（3）吸音材料一般采用玻璃纖維棉表面加沖孔板，也可用發泡海綿等材料，前者吸音和耐高溫效果較好，后者制造工藝性較強；

（4）超靜音型發電機組可以通過加厚吸音材料和延長進排風通道來實現，但機箱的體積也會隨之增大。

4、排氣系統降噪的設計

      排氣噪聲由于其頻段較寬，通常需要采用阻抗復合型消聲器（如圖6所示）對高頻和低頻噪聲進行控制。工業型消聲器主要利用吸音材料減弱高頻段的噪聲；住宅型消聲器主要是利用氣體的干擾、壓縮和擴張降低中低頻段的噪聲。消聲器及其排氣管和彎頭都會對柴油機的排氣產生阻力，在結構設計時，必須將背壓控制在許可的范圍內，特別是排煙管道需要加長時，更要進行嚴格的校核，避免輸出功率下降，甚至發電機組無法正常運行。

（1）消聲器的設計

      目前，用在柴油發電機組排氣系統的主要是直管式消聲器。其消聲性能主要與通道的形式、長度及吸聲材料的性能有關。

      直管式消聲器是阻性消聲器中最簡單的一種。直管式消聲器消聲量計算公式為

ΔL=Φ(a₀)L×P/S

式中， ΔL——消聲量：

Φ(a₀) —— 與材料吸聲系數a₀有關的消聲系數（粗略計算時可取Φ(a₀)值為1）；

L——消聲器的有效長度；

P——消聲器通道截面周長；

S——消聲器通道截面積。

      由上式可知，阻性直管式消聲器的消聲量除與吸聲材料性能有關外，還與消聲器的有效長度L及通道截面周長P成正比，而與消聲器通道截面積S成反比。因此，增加有效長度L和通道周長與截面積之比P／S即可提高消聲量。當通道截面積因流量、流速要求而確定時，選擇合理的通道截面形狀，也可提高消聲效果。

      抗性消聲器的消聲性能主要與抗性膨脹室的膨脹比m及膨脹室的長度L有關，膨脹比決定抗性消聲器消聲量的大小，長度決定抗性消聲器的消聲頻率特性，抗性消聲器最大消聲量計算公式如下：

      當m＞5時，最大消聲量可近似由下式計算：

ΔL_max=201gm－6

      ΔL_max與m值的關系見表1。

表1      ΔL_max與m值的關系

      由于單節阻性消聲器在大排氣流量下有高頻失效的缺點，因此在工程應用上常采用將阻性結構和抗性結構復合在一個消聲器里的設計，消聲器進氣口串聯擴張室，為一級抗性消聲器，中間段以多根小口徑沖孔管替代一個大口徑沖孔管以消除高頻通過，沖孔管與外筒間填充耐熱吸音材料形成阻性消聲器，后段再串聯一個擴張室再連一節抗性消聲器。根據消聲量的需要，擴張腔式消聲器可多節串聯，一般可取2～4節串聯，消聲量在20～30dB（A）左右。

（2）排煙口的結構設計

      排煙口通常置于順排風的區域，有利于將排煙吹散。排煙口的結構設計原則是：避免雨雪進入、減少對操作區間的污染和煙塵的積聚。根據現場使用條件，排煙口可以有三種結構選擇：

① 橫向直接排放結構

      橫向直接排放結構簡單，排煙安全可靠，但對操作區間會產生污染，可將排煙口引至較高或遠處地方。

②上排加活動蓋結構

      該結構使廢氣直接向上排放，對操作區間污染較小，同時又能防雨雪和雜物進入排煙口，但可靠性稍差，當蓋板動作失效時，排煙口會進水或排氣不暢。使用該結構時，除應精心設計和選用合理的材料提高其可靠性外，還應加強日常的保養和檢查，才能安全可靠工作。

③ 上排加固定雨蓋結構

      該結構安全可靠，但廢氣可能會下沉，污染操作區間，而且容易造成煙塵的積聚。使用時一般應將排煙口引至較高位置。

 

圖5  低噪聲柴油發電機組外形結構圖

圖6  柴油發電機組的阻抗復合型消聲器結構及外形圖

 

四、隔振系統及其他結構設計

 

      柴油機和發電機組件在高速運轉時會產生很大的振動，主要通過底座和排氣管傳遞至基礎和建筑物，通常可以在發電機組與機座間、發電機組與排氣管中間設置減振裝置，減少發電機組的振動并減輕振動的傳播。

1、減振器的結構設計

      減振器通常置于柴油機、發電機組件與機座的中間。一般采用橡膠材料圓柱形結構，具有結構簡單、減振性能好、成本也較低的優點，但抗橫向剪切力和安全性較差；采用橡膠材料碗形結構，可以提高安全性；對于抗沖擊和振動要求較高的發電機組，可以采用減振性能更好的彈簧減振器，但結構較復雜，成本也稍高。

2、膨脹節隔振器的結構設計

      排氣口的振動很強、溫度很高，其振動會通過排氣管傳遞到其他結構件和建筑物，所以在排氣口與排煙管之間設置不銹鋼材料的膨脹節，隔離振動的傳播，同時不會因熱伸縮破壞其他結構件。

3、其他的結構設計

（1）啟動電池盡量靠近啟動機的位置，縮短電池連線，提高啟動性能。

（2）消聲器組件應安裝在通風良好的位置，通常置于排風扇前面，有利于散熱。

（3）控制屏及電子元器件，應采取防振措施，防止損壞或失效。

（4）緊急停機按鈕應設置在機箱外部，便于突發事件的應急處置。

（5）應充分考慮加放柴油，加放機油和注放水的操作方便性。

 

總結：

      按照康明斯公司的供貨要求，標準防音型發電機組的噪聲一般在76～85dB（A），超級防音型發電機組的噪聲一般為60～75dB（A）。超級防音型發電機組是在標準防音型發電機組的基礎上對噪聲排放采取更加嚴格的控制措施，如采用迷宮式進排風通道設計等來實現的。低噪聲柴油發電機組的外形結構主要由柴油機、發電機、控制系統、機座（包括機底油箱）、排氣消聲系統、減振裝置、防音箱、進風降噪系統、排風降噪系統以及周邊配套系統等組成。

 

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