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怎样降低柴油发电机机噪声大的问题
发布时间:2023-06-16 22:33:28  ▏阅读:

 

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详解柴油发电机组噪声治理技术措施

 

摘要:柴油发电机因其强大的动力受到广泛应用,但是在柴油发电机的使用过程中不可避免会产生较大的噪音。如果噪音大到足以分散我们的注意力,那机组噪音已经影响到日常生活。因此,在企业生产的工作中,如果没有经过降噪处理,通常会听到柴油发电机组发出来的噪声;当然如果机房位于地下室或者距离较远的独立机房,可能会被我们忽略它的噪声,但是大部分或多或少会影响工作人员的状态。康明斯公司在本文中对于机械噪音方面复述了国家定义和要求,并且介绍了柴油发电机组噪声解决方法。

 

一、噪声允许限值

 

1、国际标准

(1)ISO标准

      国际标准组织(ISO)曾提出为保护人耳听力,在每天工作8h情况下允许的连续噪声为90dB(A);工作时间为4h,允许值可提高3dB(A);任何情况下都不允许超过115dB(A)。

(2)美国环境保护局(EPA):

      美国EPA制定了针对不同地区和用途的噪音限制标准。根据EPA标准,发电机房的噪音限制通常是以分贝(dB)为单位的A声级。具体的噪音限制取决于发电机房的用途和所在地区的规定。

(3)欧洲标准(EN):

      欧洲标准化组织(CEN)发布了针对发电机房噪音的标准EN 20014-1。该标准规定了不同类型发电机房的噪音限制,包括室内和室外发电机房。

(4)国际电工委员会(IEC):

      IEC发布的标准IEC 60034-9针对发电机组的噪音进行了规定。该标准定义了发电机组的声功率级别和声压级别,并提供了相应的测试方法。

2、国标要求

(1)对柴油机噪声的允许标准,国内在1986年发布了国家标准GB259-86《中小功率柴油机噪声限值》(1987年3月1日实施)。对单缸机规定,水冷式标定功率Neb≤9.5kW(约13马力),噪声功率极限值Lω(A)≯107dB(A);Neb>9.5kW,限值Lω(A)≯109dB(A);风冷机限值Lω(A)≯110dB(A)。

(2)国家标准GB 12348-90和GB 12349-90对环境噪声的要求:二类标准(适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区)昼间60dB(A)、夜间50dB(A);三类标准(适用于工业区)昼间65dB(A)、夜间55dB(A)。

      据估算,非增压四冲程柴油机的进气噪声比表面噪声大5~6dB,增压柴油机的进气噪声往往是发动机整机最强的噪声源。进气噪声与进气系统的设计有密切关系。增压柴油机的进气噪声主要与增压器的压气机有关。非增压柴油机的进气噪声随转速的提高而迅速增强,但与负荷的变化基本上无关。这是由于转速提高后,吸入空气的流速增大,进气管入口处空气压力脉动的强度和频率随之提高的原因。

 

二、机械噪声定义和分类

 

1、机械噪声

      机械噪声,指的是由于柴油发电机组运转时,部件间的摩擦力、撞击力或非平衡力,使机械部件和壳体产生振动而辐射噪声。机械噪声按声源的不同可分为 3类:空气动力性噪声、机械性噪声、电磁性噪声。

(1)机械噪声是由于柴油发电机组运转时,部件间的摩擦力、撞击力或非平衡力,使机械部件和壳体等发声体产生无规律振动而辐射出的噪声。

(2)机械噪声的特性(如声级大小、频率特性和时间特性等)与激发力特性、物体表面振动的速度、边界条件及其固有的振动模式因素有关。

(3)提高机器制造的精度,改善机器的传动系统,减少部件间的撞击和摩擦,正确地校准中心调整好平衡,适当地提高机壳的阻尼等,都可以使机械振动尽可能地减低,这也是从声源上降低噪声的办法。

2、机械噪声按声源的不同的分类

(1)空气动力性噪声:

      由气体振动产生,如排烟管、排风等产生的噪声。

(2)机械性噪声:

      由固体振动产生,如齿轮、轴承和壳体等振动产生的噪声;

(3)电磁性噪声:

      由电磁振动产生,如发电机等产生的噪声。

 

三、机房控制噪声原理

 

      发电机组的噪声主要分为排烟噪声、机械噪声和机组振动噪声三部分,针对三部分的噪声,进行环保降噪治理。通过隔振、吸声、消声及隔声等措施,使柴油发电机组对环境的噪声影响降至相关环保法规允许的范围内。单台柴油发电机组的机房降噪措施如图1所示,2台以上柴油发电机组的机房降噪措施如图2所示。

 
单台柴油发电机组隔音降噪工程图纸.png

图1  单台柴油发电机组隔音降噪工程图纸

双台柴油发电机组隔音降噪工程图纸.png

图2  双台柴油发电机组隔音降噪工程图纸

 

1、隔振

      将振动源与环境通过隔振措施,使设备产生的激振力被减振装置所隔绝,使固体声得到有效抑制。激振频率f与振动系统固有频率fo存在如下关系:

     若/o值越大,振动的传递越小,则隔振效果越好,要获得好的隔振效果,应使振动系统固有频率o远小于激振频率,以提/o的比值。为降低造价,工程上常取/o=2.5~5。

① 金属弹簧减振器

      金属弹簧减振器是一种应用很广的隔振装置,其力学性能稳定,能承载较重载荷,压缩范围宽,而且系统的固有频率低,因此,在大机组的隔振,明显地优于其他种类的隔振元件。缺点是自身固有阻尼小,容易传递高频振动,有可能使系统共振。

② 橡胶减振器

      橡胶减振器也是工程上常用的一种隔振装置。橡胶适用于受压场所,其结构简单,性能可靠,安装方便。但橡胶隔振器导热性差,随着使用期的增加而变硬,因此,在选用橡胶减振器时,应选用耐油耐酸碱型。

      在机房安装中,以下地方需隔振处理:机组与基础、机组与连接的管道、管道(一次消声器)与楼板的固定。

2、吸声

  声波在传播过程中,遇到各类材料时,会发生一部分声能被反射,一部分声能被吸收现象。通过对声能的吸收,降低机房内的混响声,从而达到整体降低噪声的效果。

 利用吸声材料或吸声结构来吸收声能以降低噪声。某种材料或结构具有吸收声能的能力,则这材料或结构就称为吸声材料或吸声结构。吸声材料和吸声结构的种类,主要有多孔材料、亥姆霍兹共振器、穿孔板吸声结构(包括微穿孔板吸声结构)、薄板共振吸声结构、柔顺材料等。

③ 发电机组的噪声级一般在94dB@7m,安装于四面光滑的机房内,机房内的噪声级可达到103~105dB(A)@1m,因此,在机房的四周墙体及天花作吸声体,吸收部分声能,减少由于声波反射产生的混响声。

3、消声

      在声波入射到多孔材料时,即可激起小孔或纤维的空气运动,紧靠孔壁或纤维表面的空气,因孔壁的影响,产生粘滞作用,使声波与多孔材料产生摩擦使声能转化热能,从而得衰减。机房作为一个相对密闭的环境,进、排风口作阻性消声器,降低噪声的外泄。消声器的消声量可达25dB/米。

4、隔声

      隔声即用构件将噪声源和接收者分开,隔离空气噪声的传播,从而降低噪声污染程度。  其原理是声波在空气传播过程中,因扩散与障碍物的阻挡作用,声能影响局限于声源附近,从而起到隔绝噪声源的作用采用适当隔声设施,能降低噪声级20dB(A)~50dB(A)。这些设施包括隔墙、隔声间、隔声罩、隔声门(如图3所示)和隔声窗(如图4所示)等。

 

发电机房隔声门结构示意图.png

图3  发电机房隔声门结构示意图

发电机房观察窗隔音措施示意图.png

图4  发电机房观察窗隔音措施示意图

 

四、治理措施

 

      根据康明斯发电机组噪声治理原则,经过综合分析,采用下列噪声治理措施。

1、机房土建要求

      发电机房总体布置如图5和图6所示。由柴油发电机组的噪声频谱可知,要达到噪声治理要求,机房的墙及屋顶的隔声量必须达到65(A)的要求。由有关资料可知,采用240mm砖墙、双面抹灰,隔声量可达52.6(A),虽然达不到上述要求,但其不足部分可通过发电机组机房室内吸声来实现。

 

柴油发电机房俯视图.png

图5  柴油发电机房布置俯视图

柴油发电机组降噪措施示意图.png

图6  柴油发电机组降噪措施布置图

 

2、消防门的隔音处理

      为减少噪声,隔声门宜采用双层钢板,内侧进行阻尼处理,内填充吸声材料,并做成门斗形式,采用两个隔声门。

3、室内的吸声处理

      由于柴油发电机组安装在密闭式的房间内,因此其混响声比较严重,必须在室内作吸声处理。顶部加吸声吊顶,四周采用厚岩棉,作吸声材料,容重80~100kg/m3,中空,外加微穿孔铝板,吸声面积约占室内总面积的70%,经估算其吸声量约为12dB(A),这样可弥补隔墙隔声量的不足。

4、进、排风道的消声设计

      一般柴油发电机组排风量为8000m3/h左右,进风量为100000m3/h左右,为了提高进、排风的消声效果,在设计消声道尺寸时,应保证进、排风的速度小于5m/s,以减少再生噪声的影响。本设计采用片式长方形消声结构,为了消除低频噪声,消声片厚度取100mm,消声道的长度取5400mm,气流通道宽度取200mm,吸声材料为岩棉板,密度为80、100kg/m3。

      按吸声材料、吸声系数、消声器长度、通流截面等计算平均消声量为63.6dB(A)。考虑到室内消声处理,其进排风道消声量基本满足消声要求。

5、排气消声器的设计

      柴油机的排气噪声是整机噪声中贡献最大的声源。由于排气流为高温、高压、高速气流,要求消声器具有扩散、降速、变频或改变喷注气流参数等功能,才能使其具有明显的降噪效果。根据理论估算,消声器的消声量约为32.2dB(A),不能满足消声要求。再考虑到低频消声,故再增加两级扩张式消声器。由于机组排气噪声峰值频率为200Hz,另外考虑到低频段的影响,取两级扩张室的中心频率分别是125Hz和200Hz。经理论估算,两级扩张室消声器消声量为40dB(A)左右,这样排气消声量总值约为75dB(A),基本满足消声量要求。普通的消声器外形如图7所示,还有一些将催化器和消声器合为一体的复合式消声器,如图8所示。

 

排气烟筒模型图-柴油发电机组.png

图7  标准型排气烟筒模型图

柴油机阻抗复合式消声器结构图.png

图8  阻抗复合式消声器结构图.

 

6、地基隔振处理

      由于该发电机组距居民楼很近,发电机组工作时振动很大,直接影响到居民生活和休息,必须进行基础隔振处理。原发电机组所带金属弹簧隔振器不能满足要求,本设计采用质量隔振原理,制造一个大于发电机组质量4倍的刚性基础,机组安装在基础上,基座系钢筋混凝土结构,基础四周采用隔振沟,基础底部也采用10cm厚油毛毡进行隔振处理。基础经双层隔振处理后,当柴油发电机组工作时,在居民楼一层楼处,基本感觉不到有振动。

 

总结:

      康明斯发电机公司根据以往经验,柴油发电机组经噪声综合治理后,发电机组在正常运转时,其室内噪声可以从原来的115dB(A)下降到90dB(A)以下,室外噪声由115dB(A)下降为60dB(A)以下。在一般情况下,发电机组的噪声治理与机房的土建结构一起考虑,是发电机组噪声治理一种较经济和有效的途径。通过采用以上治理措施,不但使室外噪声级达到有关标准,同时室内噪声也有明显下降。


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