新聞主題	組合式低噪聲柴油機(jī)方艙電站的特點(diǎn)

 

摘要：低噪聲方艙電站是針對(duì)目前柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)和噪聲污染等問(wèn)題，采用減振、隔聲、吸聲和消聲等技術(shù)手段限制振動(dòng)和噪聲的傳播，在保證額定功率輸出的前提下，達(dá)到降低噪聲的效果。組合式方艙是一種可拆卸結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸較大的方艙，由于受道路運(yùn)輸條件的限制，可先拆卸成滿足運(yùn)輸要求的小方艙，到達(dá)使用現(xiàn)場(chǎng)后再拼裝成整體。此類方艙電站可用于無(wú)機(jī)房降噪條件的場(chǎng)所，不必建造機(jī)房，可以露天停放，主要用于通信樞紐站的應(yīng)急備用電力。本文針對(duì)康明斯低噪聲發(fā)電機(jī)組工作時(shí)的聲場(chǎng)分布進(jìn)行測(cè)量分析，通過(guò)對(duì)柴發(fā)聲強(qiáng)的測(cè)量找出其主要噪聲源，針對(duì)柴發(fā)的噪聲分布及頻譜特點(diǎn)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的方艙結(jié)構(gòu)。

 

一、噪聲頻譜分析及聲源識(shí)別

 

      為了加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)噪聲源的識(shí)別，為消聲降噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考，在此以康明斯型柴油發(fā)電機(jī)組為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，發(fā)電機(jī)組在加載50 kW的穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行噪聲測(cè)試。

      試驗(yàn)是在本實(shí)驗(yàn)室電源機(jī)房中進(jìn)行，機(jī)房房頂較高，面積大于1000 m²，且背景噪聲低于50 dB。測(cè)試對(duì)象為帶載50 kW的康明斯型柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)組外形尺寸為3000 mm×900mm×1550 mm。為了將整體噪聲與排氣噪聲分開，發(fā)電機(jī)機(jī)組排氣管通過(guò)管道直接通入地下排煙通道。

      為準(zhǔn)確定位各個(gè)測(cè)點(diǎn)，用角鋼和細(xì)鐵絲拉出測(cè)量網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格尺寸大小為300 mm×300 mm。對(duì)包圍機(jī)組的前、后、左、右和上表面進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試儀器為B&K公司生產(chǎn)的2260聲學(xué)測(cè)量分析系統(tǒng)。為提高測(cè)量精度，將測(cè)量探頭靠近發(fā)電機(jī)組的表面以降低干擾，因此設(shè)置測(cè)量面距發(fā)電機(jī)組外圍尺寸0.1m，各個(gè)面上的網(wǎng)格數(shù)目分別為11×6（機(jī)組正面和背面）、5×6（機(jī)組左面和右面）、11×5（機(jī)組頂面）。同時(shí)對(duì)各個(gè)面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，聲強(qiáng)探頭與測(cè)量面保持垂直。為減少發(fā)電機(jī)組散熱風(fēng)扇及發(fā)電機(jī)出風(fēng)對(duì)聲強(qiáng)測(cè)量的影響，在測(cè)量風(fēng)速較大部位的聲強(qiáng)時(shí)，在測(cè)量探頭上加裝防風(fēng)帽。

      從圖2噪聲頻譜圖上可以看出機(jī)組噪聲分布頻段較廣，機(jī)組各個(gè)表面的噪聲有兩個(gè)峰值頻率，其中以頻率為10kHz的噪聲最為強(qiáng)烈，最高達(dá)110 dB（機(jī)組左側(cè)面），另一個(gè)噪聲較高的頻率處于500～4000 Hz處。

      從發(fā)電機(jī)組包絡(luò)面的聲強(qiáng)測(cè)試等高線圖（圖2）中可以看出發(fā)電機(jī)組噪聲主要可以分為A、B、C、D、E個(gè)區(qū)域。其中排氣扇區(qū)的噪聲聲壓級(jí)為最高，達(dá)110 dB，峰值點(diǎn)位于排風(fēng)扇的中下方；發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲區(qū)的噪聲聲強(qiáng)級(jí)僅次于排氣扇區(qū)域，最高達(dá)106.5 dB，峰值點(diǎn)分別位于機(jī)油泵上方，油底殼以及調(diào)速器區(qū)域。發(fā)電機(jī)區(qū)域的噪聲普遍偏低，最高為100 dB左右。從聲壓等高線圖整體分析，發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的噪聲聲強(qiáng)級(jí)整體偏高，等高線梯度變化小，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器以及發(fā)動(dòng)機(jī)與水箱之間的聲強(qiáng)等高線梯度變化劇烈。

 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)組噪聲倍頻呈頻譜分布圖

圖2  發(fā)電機(jī)組噪聲聲強(qiáng)分布等高線圖

 

二、低噪音電站的結(jié)構(gòu)和原理

 

1、組合式低噪聲發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)

      組合式低噪聲發(fā)電機(jī)組包括柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、安裝底座、冷卻水箱、啟動(dòng)蓄電池組、減振橡膠墊、組合式降噪方艙、排煙消聲裝置、日用油箱、系統(tǒng)集成的控制和開關(guān)柜等。

（1）公共底座

      安裝底座是發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的公共底座，其結(jié)構(gòu)為剛性框架。柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)和散熱水箱都安裝在公共底座上。底座下面安裝橡膠減振墊并固定在降噪方艙底板的骨架上，以減小發(fā)電機(jī)組工作時(shí)振動(dòng)的傳遞和運(yùn)輸時(shí)車輛振動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的損害。

（2）靜音箱外罩

      降噪方艙是發(fā)電機(jī)組的防護(hù)罩殼，外觀如圖3所示。結(jié)構(gòu)主要由控制柜方艙、動(dòng)力方艙、消聲器方艙、進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙和排風(fēng)擴(kuò)展艙組成。降噪方艙內(nèi)置進(jìn)、排風(fēng)消聲器和排煙消聲裝置，在保證發(fā)電機(jī)組正常通風(fēng)量的前提下降低噪聲的傳播。

（3）啟動(dòng)系統(tǒng)

      啟動(dòng)蓄電池組為啟動(dòng)機(jī)提供電力，啟動(dòng)蓄電池組布置在靠近發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)機(jī)的方艙內(nèi)底板上，并給予固定。日用油箱為柴油機(jī)提供燃油。控制開關(guān)柜是發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)和電力輸出系統(tǒng)總成，包括啟動(dòng)、保護(hù)、通信等各種功能和發(fā)電機(jī)組電力輸出的總開關(guān)。

      組合式方艙根據(jù)運(yùn)輸條件設(shè)計(jì)成6個(gè)獨(dú)立的小方艙，方便移動(dòng)和運(yùn)輸，到達(dá)使用地點(diǎn)后再拼裝成整體，6個(gè)小方艙通過(guò)螺栓和密封條連接（內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示）。分別為控制柜方艙、動(dòng)力方艙、消聲器方艙、進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙及排風(fēng)擴(kuò)展艙，其中控制柜方艙、動(dòng)力方艙及消聲器方艙分別為從左至右依次設(shè)置在組合式方艙的下部，進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙及排風(fēng)擴(kuò)展艙分別設(shè)置在控制柜方艙、動(dòng)力方艙及消聲器方艙的頂面。同時(shí)，方艙電站還配日用油箱。排煙管自柴油發(fā)電機(jī)組上連接到排煙消聲器并從排風(fēng)擴(kuò)展艙頂端伸出。排煙管、油管分別用法蘭盤和密封墊片連接，電纜用母排連接。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了方艙拆裝的工藝性和可靠性。

2、低噪聲原理

（1）減振功能

      柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)通過(guò)飛輪殼和連接套對(duì)中定位連成一體，柴油機(jī)的飛輪盤和發(fā)電機(jī)的連接盤用螺栓連接傳遞動(dòng)力。由于柴油機(jī)的飛輪殼和發(fā)電機(jī)的連接套具有足夠的剛性和強(qiáng)度，其定位凸臺(tái)和止口與軸的同軸度精度很高，能保證柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接的同軸度和整體剛度。最大限度地減少發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸上的扭振。

      橡膠減振墊安裝在底座和動(dòng)力方艙底板骨架之間，有效地隔斷發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)向方艙傳遞，同時(shí)能緩沖運(yùn)輸時(shí)車輛振動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的沖擊。

      橡膠減振墊結(jié)構(gòu)為一種壓剪復(fù)合型橡膠隔振墊，具有較高的承載能力，較低的剛度和較大的阻尼比，固有頻率可做到5Hz。由于很低的固有頻率，使減振墊在發(fā)電機(jī)組開動(dòng)時(shí)或方艙電站移動(dòng)時(shí)不容易引起共振，而較大的阻尼比使振動(dòng)時(shí)的激振很快衰減。同時(shí)，上蓋板特有的碗形設(shè)計(jì)能很好地保護(hù)橡膠材料，剛性十足的漏斗型底板和橢圓形平面結(jié)構(gòu)使底板的安裝強(qiáng)度大大增強(qiáng)。碗形上蓋板和漏斗型底板凹凸相扣，在極端情況下，當(dāng)橡膠墊遭到破壞時(shí)發(fā)電機(jī)組也不會(huì)因橡膠墊損壞而造成結(jié)構(gòu)破壞，有效地減振和隔振衰減了振動(dòng)噪聲的傳播。

（2）吸聲、消聲功能

      動(dòng)力方艙四周墻壁和頂板均采用高效吸音材料鋪設(shè)，里層材料為鍍鋅沖孔鋼板，沖孔鋼板和高效吸音材料的配合就像無(wú)數(shù)聲音活塞，當(dāng)噪聲穿過(guò)沖孔鋼板小孔沖擊吸音材料時(shí)，就像推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)一樣，聲波引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維的振動(dòng)。由于摩擦和黏滯阻力，把一部分噪聲能量變成聲音活塞的動(dòng)能消耗掉，從而減少了部分噪聲向外傳播。

      排煙噪聲是柴油機(jī)空氣動(dòng)力噪聲的主要部分，噪聲一般要比柴油機(jī)整機(jī)高10～15dB（A），消聲器是控制排煙噪聲的一種基本方法，正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排氣噪聲減弱30～40dB（A）以上。

      發(fā)電機(jī)組排煙系統(tǒng)的降噪處理：在柴油機(jī)允許的排煙背壓范圍內(nèi)，應(yīng)用一個(gè)波紋減振節(jié)，一個(gè)阻性消聲器和一個(gè)抗性消聲器的組合，有效地隔斷了排煙振動(dòng)和排煙噪聲的傳播。同時(shí)，對(duì)排煙管道進(jìn)行隔熱、隔音包扎，也改善了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和由排煙管引起的噪聲。

      進(jìn)、排風(fēng)通道是發(fā)電機(jī)組燃?xì)饬抗?yīng)、冷卻和熱風(fēng)排出的通道，同時(shí)也是發(fā)電機(jī)組噪聲泄出的出口。為了保證發(fā)電機(jī)組的正常通風(fēng)量，使發(fā)電機(jī)組滿功率輸出和減少噪聲排放，在發(fā)電機(jī)組的進(jìn)、排風(fēng)通道都設(shè)有阻性片式消聲器，片式消聲器通道的有效面積滿足正常通風(fēng)量的要求，同時(shí)在與進(jìn)、排風(fēng)擴(kuò)張艙對(duì)接時(shí)分別形成1～2個(gè)擴(kuò)張腔，新風(fēng)路徑為電動(dòng)百葉窗-擴(kuò)張腔-排風(fēng)消聲器-動(dòng)力方艙。噪聲通過(guò)進(jìn)風(fēng)通道泄出的路徑沿新風(fēng)路徑逆向傳播。熱風(fēng)沿排風(fēng)通道排出的路徑為散熱水箱-消聲器-擴(kuò)張腔-消聲器-擴(kuò)張腔-電動(dòng)百葉窗排出方艙外。噪聲沿排風(fēng)通道泄出與熱風(fēng)同向傳播。由于布置了擴(kuò)張腔，使噪聲在經(jīng)過(guò)片式消聲器衰減后再經(jīng)擴(kuò)張腔擴(kuò)張產(chǎn)生聲阻抗不匹配的反射和干涉作用，達(dá)到噪聲再衰減的目的。同時(shí)由于進(jìn)、排風(fēng)路徑的拉長(zhǎng)，使噪聲在泄出過(guò)程中自然衰減，增加了降噪效果。

3、技術(shù)特點(diǎn)

（1）易拆易裝的整體結(jié)構(gòu)

      組合式結(jié)構(gòu)能拆易合，方便道路運(yùn)輸，降噪方艙由控制柜方艙、動(dòng)力方艙、消聲器方艙、進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙、動(dòng)力擴(kuò)展艙和排風(fēng)擴(kuò)展艙6個(gè)小方艙組合而成。能拆易合，到達(dá)使用地點(diǎn)后再拼裝成整體，方便移動(dòng)和道路運(yùn)輸。

      組合式方艙把日用油箱、控制開關(guān)柜和進(jìn)風(fēng)消聲器固定在控制柜方艙，發(fā)電機(jī)組整體固定在動(dòng)力方艙，排風(fēng)消聲器和排煙消聲系統(tǒng)固定在消聲器方艙，進(jìn)風(fēng)擴(kuò)展艙和排風(fēng)擴(kuò)展艙分別安裝電動(dòng)百葉窗，可以控制進(jìn)、排風(fēng)的方向。動(dòng)力擴(kuò)展艙起連接作用。這6個(gè)小方艙分別在其接口處用螺栓和密封條連接。排煙管、油管分別用法蘭和密封墊片連接，電纜用母排連接。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮方艙拆裝的工藝性和可靠性。

（2）降噪裝置的功率損失小

      降噪裝置的功率損失很小，滿足額定功率低噪聲工作。大功率柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生110dB（A）以上的噪聲，必須對(duì)振動(dòng)、噪聲進(jìn)行控制。本項(xiàng)目降噪方艙通過(guò)減振和隔振裝置，以及機(jī)艙采用高效吸音材料，用降噪消聲裝置對(duì)進(jìn)、排氣系統(tǒng)進(jìn)行降噪處理，滿足了國(guó)家環(huán)保要求。

      一般來(lái)說(shuō)，方艙降噪處理改變了發(fā)電機(jī)組正常的工作環(huán)境，如果處理不好，將會(huì)影響發(fā)電機(jī)組的功率輸出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)停機(jī)保護(hù)。通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)、排風(fēng)量和排氣背壓的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，把握了滿功率輸出和降噪的平衡點(diǎn)，確保發(fā)電機(jī)組在滿足通風(fēng)冷卻及允許排氣背壓條件下實(shí)現(xiàn)低噪聲工作的要求，達(dá)到了額定功率低噪聲工作的目的。

 

圖3  組合式低噪聲發(fā)電機(jī)組的示意圖

圖4  低噪聲發(fā)電機(jī)組內(nèi)部構(gòu)造圖

 

三、噪聲計(jì)算公式與降噪設(shè)計(jì)

 

1、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種類型的噪聲，且噪聲分布范圍較廣，單純某一種噪聲控制方式很難有效解決機(jī)組的噪聲污染問(wèn)題。為此，根據(jù)測(cè)量分析，結(jié)合機(jī)組噪聲分布和頻譜特點(diǎn)，方艙內(nèi)空間主要分為四大噪聲區(qū)域以方便噪聲的控制，分別為發(fā)電機(jī)噪聲區(qū)、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲區(qū)、內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲區(qū)和水箱風(fēng)扇排氣噪聲區(qū)，對(duì)每一部分有針對(duì)性地分別處理，根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)設(shè)計(jì)靜音箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

2、吸聲和隔聲量計(jì)算

      為確保隔聲結(jié)構(gòu)的效果，隔聲罩采用金屬鋼板，但由于金屬鋼板為剛性壁面，機(jī)組噪聲遇到內(nèi)壁易形成多次反射，造成混響和聲能量的迭加，艙內(nèi)聲壓級(jí)可因此增加3～5 dB（A）。為消除混響，又不致影響隔聲性能，采用穿孔板后貼纖維吸聲材料的結(jié)構(gòu)，這樣既可保證吸聲降噪效果，又不占用有限的空間。

      吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能好壞，主要用其吸聲系數(shù)的高低來(lái)表示。吸聲系數(shù)是指聲波入射到物體表面時(shí)，其能量被吸收的百分率，即被吸收的聲能與入射總聲能之比，通常用符號(hào)α來(lái)表示。吸聲材料種類繁多，設(shè)計(jì)中吸聲材料的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）吸聲材料的吸聲能力和頻段

      在選用吸聲材料時(shí)，首先應(yīng)滿足有利于降低聲波頻譜中峰值頻段的噪聲，因?yàn)槁暷芰恐饕性趲讉€(gè)峰值頻率，噪聲峰值降低了，總的噪聲輻射就可明顯降低。柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲集中在中、低頻段，為此吸聲材料應(yīng)在中、低頻段有較高的吸聲系數(shù)。在厚度不變的情況下，材料的容重越大則其吸聲頻率就越向低頻方向移動(dòng)，其吸聲系數(shù)就越大。

（2）吸聲材料的物理特性

      發(fā)電機(jī)組工作時(shí)散發(fā)大量熱量，內(nèi)層隔聲結(jié)構(gòu)內(nèi)空間有限，加之相對(duì)封閉，因此穩(wěn)態(tài)溫度是比較高的。所以還應(yīng)充分考慮吸聲材料的耐熱和安全性能。

      綜合以上因素，將吸聲材料選定為體積密度為32 kg/m³的無(wú)堿超細(xì)玻璃棉。超細(xì)玻璃棉的吸聲特性見表1。

表1    超細(xì)玻璃棉的吸聲特性（混響室法)

      由以上數(shù)據(jù)可知，所選用的超細(xì)玻璃棉不僅在高頻，而且在中、低頻也有較好的吸聲效果，而這種吸聲特性正符合是柴油發(fā)電機(jī)組噪聲的頻譜特點(diǎn)，所以選擇超細(xì)玻璃棉是合適的。

① 有限空間內(nèi)的吸聲效果常用吸聲量A來(lái)表示：

A=Sα.................（公式1）

式中，s為吸聲面積；

α為平均吸聲系數(shù)，為各個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。

② 則超細(xì)玻璃棉的平均吸聲系數(shù)可通過(guò)下式計(jì)算：

Α=（1.13+0.90+0.69+0.70+0.87+0.90）÷6≈0.87.................（公式2）

③ 吸聲處理前后的聲壓級(jí)差△L（dB），可近似用下式進(jìn)行估算：

?L=101g（α₂/α₁）.................（公式3）

④ 隔聲結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的平均吸聲系數(shù)a1約為0.14，則超細(xì)玻璃棉的理論吸聲量為：

?L=101g（α₂/α₁）=101g（0.87/0.14）=7.9dB.................（公式4）

      可見超細(xì)玻璃棉有很好的吸聲效果，選用方案是可行的。

      方艙各表面面板內(nèi)表面均采用吸聲結(jié)構(gòu)，即采用穿孔板和隔聲壁板間填充吸聲材料的結(jié)構(gòu)，這是一種建立在微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的既有阻又有抗的共振式消聲器，實(shí)際上是阻抗復(fù)合式消聲器的一種特殊型式，其吸收系數(shù)高、吸收頻帶寬、壓力損失少、氣流再生噪聲低，能承受較高氣流速度的沖擊。穿孔板為1 mm鋼板，穿孔率為20%～25%，孔徑為6 mm，后貼厚度為50 mm、面密度M為32 kg/m²的無(wú)堿超細(xì)玻璃棉，為防止吸聲材料受氣流影響飛落，在吸聲材料和穿孔板間以玻璃布為襯層。

      為保證內(nèi)層隔聲罩內(nèi)機(jī)組的通風(fēng)散熱，在內(nèi)層隔聲罩后部，對(duì)應(yīng)機(jī)組柴油機(jī)和發(fā)電機(jī)連接部位，開有進(jìn)風(fēng)口。由于柴油機(jī)是整個(gè)機(jī)組散熱的主要來(lái)源，進(jìn)風(fēng)口開在靠近柴油機(jī)尾側(cè)的位置，可充分利用機(jī)組前端冷卻風(fēng)扇工作時(shí)形成的負(fù)壓，使外界進(jìn)入的低溫空氣對(duì)整個(gè)柴油機(jī)進(jìn)行冷卻。為防止柴油機(jī)噪聲從進(jìn)風(fēng)口傳出，內(nèi)層隔聲罩的進(jìn)風(fēng)口和外層壁板上的進(jìn)風(fēng)口間設(shè)置消聲器，并在消聲器內(nèi)壁貼附高效吸聲材料。

      在機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱出風(fēng)處，設(shè)置阻性折板式消聲器，將發(fā)電機(jī)組的總體出風(fēng)從方艙前上方向外排出，并最終通過(guò)法欄與外接的出風(fēng)通道相連接，將出風(fēng)直接引出機(jī)房。

3、排氣風(fēng)扇消聲器

      排氣風(fēng)扇消聲器采用多通道折板式消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種消聲器適用于風(fēng)速不高的通風(fēng)管道，可以增加聲波在管道內(nèi)的傳播路程，使材料能更多地接觸聲波，如圖5。特別是對(duì)中高頻聲波，能增加傳播中的反射次數(shù)，從而使中高頻的消聲特性有明顯地改善。為了盡量減少消聲器的阻力損失，通道截面積設(shè)計(jì)為發(fā)電機(jī)組水箱風(fēng)扇處截面積的2倍。

      由于排氣管是柴油發(fā)電機(jī)組的最大噪聲擴(kuò)散源，因此抑制排氣噪聲最簡(jiǎn)單且最有效的方法就是在排氣管上安裝消聲器。所采用的消聲器應(yīng)盡量減少通道各部件的壓力損失，故要堅(jiān)持以下原則：

（1）盡量降低排氣通道中各部件的氣流速度；

（2）盡量減小排氣通道中直角彎頭的使用次數(shù)，并擴(kuò)大排氣管截面。

      因此，進(jìn)行消聲處理時(shí)設(shè)計(jì)遵循以上原則，在原有消聲器的基礎(chǔ)上再加一抗性消聲器形成兩級(jí)擴(kuò)張式（抗性）。經(jīng)實(shí)際測(cè)量可知，排氣噪聲（排氣管出口1 m處）減少了30 dB（消聲器安裝前為108 dB，安裝后為75 dB）以上，達(dá)到了預(yù)期目的。但是，采用消聲器會(huì)使排氣管中氣流阻力增大，降低柴油發(fā)電機(jī)組的有效功率，因此要加以注意。

① 排氣風(fēng)扇消聲器為阻性消聲器結(jié)構(gòu)，其噪聲衰減也可表示為

D=101g（I₀/I₁）.................（公式5）

② 也可表示為

D=A（FL/S）.................（公式6）

式中，A為消聲系數(shù)，其由吸聲壁面的法向聲導(dǎo)率決定；

S為消聲通道截面面積；

F為未消聲通道截面周長(zhǎng)；

L為消聲通道有效長(zhǎng)度。

③ 消聲系數(shù)即：

A=4.34g_e=4.34｛（1-√1-α）/（1+√1-α）｝.................（公式7）

式中，α為襯貼材料的吸聲系數(shù)。

      將發(fā)電機(jī)組排氣風(fēng)扇消聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為四個(gè)片式消聲器進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化后各個(gè)消聲器模型的參數(shù)及最終消聲量如表2所示。

表2    消聲器消聲量計(jì)算表

      從計(jì)算結(jié)果中可以看出，排氣風(fēng)扇消聲器的消聲效果是理想的，可以實(shí)現(xiàn)將機(jī)組風(fēng)扇排氣噪聲降低至小于85 dB的目標(biāo)。

4、發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)氣消聲器

      方艙電站的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣消聲結(jié)構(gòu)可以視其為一個(gè)室式消聲器。室式消聲器是在壁面上均襯貼吸聲材料，形成小消聲室，在室的兩對(duì)角設(shè)置進(jìn)出口風(fēng)管，如圖6所示。當(dāng)聲波進(jìn)入消聲室后，就在小室內(nèi)經(jīng)多次反射而被材料所吸收。又由于管道從進(jìn)風(fēng)口至室內(nèi)，又從室內(nèi)至出風(fēng)口，截面發(fā)生兩次突變，故還起到抗性消聲器的作用。基于這些原因，室式消聲器的消聲頻帶較寬，消聲量也較大。

      室式消聲器的傳聲損失L_TL按以下公式估計(jì)：

L_TL=-101g｛S（cosθ/2πD²）+[（1-α）/S_mα]｝.................（公式8）

式中，S為進(jìn)風(fēng)口（出風(fēng)口）的面積；

Sm為小室內(nèi)吸聲襯貼表面面積；

α為材料平均吸聲系數(shù)；

D為進(jìn)風(fēng)口至出風(fēng)口的距離。

Cosθ=W/D.................（公式9）

      從上式可以看出，括號(hào)內(nèi)第一項(xiàng)為進(jìn)口到出口的直達(dá)聲，cosθ相當(dāng)于指向性因數(shù)；（1-α）/Smα為房間常數(shù)的倒數(shù)1/R，前項(xiàng)為直接聲隨距離的衰減，后項(xiàng)為混響聲的衰減。進(jìn)口相當(dāng)于聲源，出口相當(dāng)于接收點(diǎn)。設(shè)計(jì)出室式消聲器的結(jié)構(gòu)之后即可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)艙的降噪量。

      發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)強(qiáng)熱源，雙層隔聲罩的低噪聲結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)散熱產(chǎn)生極大影響。為確保發(fā)電機(jī)組不因工作環(huán)境溫度過(guò)高而影響其功率輸出，需要首先確定機(jī)組通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)。故只能設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)艙的基本結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的組合方式，設(shè)計(jì)滿足發(fā)電機(jī)組散熱要求的一系列發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)。然后計(jì)算其降噪量，最終得到符合機(jī)組要求的低噪聲機(jī)組艙。

 

圖5  低噪音發(fā)電機(jī)組排氣風(fēng)扇消聲器結(jié)構(gòu)圖

圖6  低噪音發(fā)電機(jī)組室式消聲器結(jié)構(gòu)圖

 

總結(jié)：

      康明斯型固定柴油發(fā)電機(jī)組做為通信后備電源，其噪聲聲壓級(jí)高，分布頻帶寬，不但對(duì)通信臺(tái)站的正常值勤產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，同時(shí)聲振特征信號(hào)也易于遭受敵方的偵測(cè)打擊。研制低噪音方艙電站就是為了解決這一突出問(wèn)題，通過(guò)降低發(fā)電機(jī)組的噪聲，最終提高其戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。康明斯公司通過(guò)對(duì)該機(jī)組噪聲倍頻程的測(cè)量，分析掌握了其噪聲分布規(guī)律；通過(guò)對(duì)機(jī)組聲強(qiáng)的測(cè)量找出其主要噪聲源，并針對(duì)機(jī)組的噪聲分布及頻譜特性，設(shè)計(jì)出了符合降噪要求的雙層隔聲罩結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲分布及其頻率特性和機(jī)組工作時(shí)的熱量分布情況，設(shè)計(jì)出有效控制其噪聲污染的方艙消聲結(jié)構(gòu)：即針對(duì)發(fā)電機(jī)組排風(fēng)扇采用折板式阻性消聲器，對(duì)于噪聲級(jí)較高的發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙層隔聲罩以降低噪聲，對(duì)于發(fā)電機(jī)部分采用單層隔聲罩降低噪聲。由于發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)強(qiáng)熱源，雙層隔聲罩上的進(jìn)風(fēng)通道會(huì)影響到隔聲罩的隔聲質(zhì)量和機(jī)組的通風(fēng)散熱效果，為此需要確定雙層隔聲罩的結(jié)構(gòu)形式以滿足機(jī)組的總體降噪要求，這將在今后的實(shí)驗(yàn)研究中做進(jìn)一步的深入研究。

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