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新闻主题	柴油发电机静音箱体外观和结构

 

摘要： 柴油发电机组防音箱体结构的设计，主要考虑能够容纳所有配套件（包括柴油机、发电机、启动电池、断路器、控制系统和消声组件等）和降噪所需空间、足够的进排风通道面积，满足额定功率输出，并安全、可靠运行，同时便于操作、检修、装卸、运输、安装、防尘、防雨雪和组装等。力求用最小的体积，较低的制造和运输成本达到各项技术指标和功能。

 

一、防音箱体外形的设计

 

      防音箱体外形通常采用正长方体设计，该方案适用于室内外使用环境，具有适应性和机动性较强，制造工艺性也较好的特点。为了节省空间和缩短长度，有时也采用在两下端切为斜角并作为进、排风口的方案，但其缺点是容易吸入或吹扬地面的尘土、安装于机房内时很难将热风引排至室外。静音箱外罩示例如图1所示，无外置裸机外观如图2所示。

1、防音箱体外形尺寸的设计

（1）长度≥柴油机＋水箱＋发电机组件总长度＋降噪进风室长度＋降噪排风室长度＋吸音组件厚度。

（2）宽度≥柴油机＋水箱＋吸音组件厚度。

（3）高度≥柴油机＋水箱＋减震组件＋排气管组件＋水箱注水口空间＋吸音组件厚度。

（4）注意事项：

① 基于低噪声柴油发电机组通常为细长形的结构特点，在满足使用条件的前提下，优先控制防音箱体的长度，控制系统、开关、电池和接线等组件尽量利用其他空间设置。

② 对于个别过于细长机型，箱体可以适当加宽，使其搬移和运行更为平稳，同时外观也较为协调美观。

③ 在确定箱体的高度时，应注意水箱注水操作和观察水位的空间，必要时可以将注水口设置在机箱外顶部。

④ 个别机型的增压器和排气管等高发热（最高温度可达600℃）组件可能比较靠近边缘，在确定箱体外形尺寸时，要充分考虑箱壁与其保持足够的距离，避免发电机组长时间运行时产生高温烤坏吸音材料或箱板。另外，发电机组在启动和停机过程中部分组件摆幅较大，箱壁也应与其保持足够的距离，避免产生撞伤和敲击异声。

2、防音箱体操作门及检修门的设计

（1）操作门设计

      通常置于发电机端（进风侧）的端部或两侧，处于运行环境温度相对较低的区域。操作门上一般装钢化玻璃观察窗口，便于随时察看发电机组的各种参数，同时兼有隔音作用。

（2）检修门的设计

      应充分考虑满足各种需要检修或操作的方便及可能性。一般日常的保养、检修项目，如更换三滤、频率和电压调整等，应能方便操作；对于周期较长的保养、检修项目，如更换电池和清理水箱等，也应力求方便，必要时通过简单拆卸个别板件就能进行相应的操作。

3、防音箱体的防尘及防雨雪的设计

      发电机组安装在户外使用时，箱体设计应充分考虑防尘及防雨雪（即全天候）的需要。进、排风口一般采用百叶窗结构；对于环境粉尘污染较严重的区域，可以采用气弹簧全密封窗或加百叶窗结构，运行时仅简单打开密封窗即可，这时密封窗也兼有雨棚功能，但这种结构很难适用全自动化发电机组；采用电动百叶窗结构，既可防雨雪，停机备用时也能有效的防尘，同时满足自动化启动并有利于防潮和提高低温加热启动速度，但结构较为复杂、成本偏高。

      箱体上边缘加设雨檐，可以避免或使较少雨水掉落在箱体表面；各门边加设橡胶密封垫，可以避免雨水渗入箱体内和由于振动而产生噪声；在箱体底部开设排水孔，可以防止雨水积聚。

4、防音箱体的制造工艺性设计

      防音箱体的设计，应充分考虑加工和装配时具有良好的制造工艺性，以便提高生产效率和降低成本；箱体应有足够的刚性，以便在吊装和运输过程中安全、可靠和不容易变形。

 

图1  柴油发电机组静音箱外罩示意图

图2  开放式柴油发电机组模型图（无外罩）

 

二、底座结构的设计

 

      低噪声柴油发电机组通常将油箱和机座设计为一个整体，使其只需简单地加油、加水，立即可以投入运行，同时由于该结构具有一定的弹性，对于降低发电机组运行时的振动，对基础的传递也有很大的作用。

1、机座的结构设计

      首先应满足柴油机和发电机及附件的安装及运行时所需的刚性、扭转强度和动态承载的要求，然后考虑其油箱的容积、加工的工艺性、总装和搬移或吊装的方便性等。可以根据不同机型按常规标准型发电机组设计方法，确定其满足刚性、扭转强度和动态承载的结构和数据。

2、底座油箱的设计

      通常低噪声柴油发电机组油箱的容积，按发电机组满负载运行8h左右的油耗设计，对于需要较长时间连续运行的一体化基站小功率发电机组，油箱的容积可以达到运行15h以上，大容积油箱同时抬高了小型发电机组的高度，使其操作更为方便。同时，机座上应设计用于安装、搬移或吊装的装置。室外安装因为非常简易，落地至水平基础即可。室内基本安装布置如图3和图4所示。

 

图3  静音箱式发电机组室内侧视安装图

图4  静音箱式发电机组室内平面安装图

 

三、降噪系统的结构设计

 

      降噪系统的结构设计主要是解决通风条件和降低噪声之间的矛盾，在有限的空间条件下，最大限度地降低噪声，同时不影响发电机组标定功率的持续输出。低噪声柴油发电机组按噪声等级，通常分为标准防音型（76～85dB/m）和超级防音型（60～75dB/m）。噪声主要来自柴油机高速运转产生的机械噪声、冷却发电机组所需空气进入和排出的风噪声，以及由气缸内燃烧爆炸所产生的排气噪声等。降低系统的噪声，主要是设计合理的结构和选择合适的材料，通过隔声、吸音和噪声干扰等措施来实现，整机外观结构如图5所示。

1、进、排风口的设计

      进、排风口及其通道是低噪声柴油发电机组结构设计的重要环节，关系到噪声能否得到有效的控制，同时发电机组又能在合理的水温条件下安全正常运行。进风口通常置于发电机侧的端部，必要时可以在其两侧补充；排风口一般置于柴油机侧的前上部或两侧。

（1）进风口的有效通风面积应大于水箱的面积，确保不低于标准裸机运行所需的通风冷却条件，保证发电机组在额定输出功率和正常的水温下运行，同时应将风速控制在适当的范围内：标准防音型风速为8m/s；超级防音型风速为6m/s。风速增大，将会产生二次噪声。风速等于柴油机自带风扇标称的风量与进风口有效通风面积的比值。

（2）如果进、排风口采用百叶窗结构，应特别注意百叶的结构形状和摆角，最大限度地利用有限的窗口面积提高通风条件和降低风阻。

（3）通常进排风通道采用挡板或隔板结构，使空气的流动改变方向和延长与吸音材料的接触距离，从而提高降噪效果。对于超级防音型发电机组，必要时可设计成多级或细长的专用通道，以使噪声得到更有效的控制。挡板或机箱壁与水箱应有足够的距离，减少风阻和空气倒流，使排风更为顺畅。进排风通道的结构设计有较强的技巧性，在有限的空间选择合理的位置和形状可以得到最佳的效果。

2、隔声的设计

      噪声主要是通过空气传递的，所以隔声结构的设计应力求最大限度地密闭，使各种噪声大部分控制在防音箱体内。

（1）尽量将吸音材料贴附在防音箱体面板上，减少噪声的穿透传播；

（2）在门窗的边缘缝隙加垫、橡胶封条，以减少噪声的泄漏传播。

（3）在进排风通道设置合适的挡风板，避免噪声直接传播到机箱外，同时加长吸音通道的路径，可以更有效地控制噪声。

3、吸声设计

（1）在防音箱体内及进排风通道铺设吸音材料，能够吸收大量的噪声，减弱噪声的传播；

（2）进、排风通道越长，降噪效果越好，但会增加风阻，减弱通风条件，设计时应取得其平衡，最好能再通过试验获取最佳组合结构和参数；

（3）吸音材料一般采用玻璃纤维棉表面加冲孔板，也可用发泡海绵等材料，前者吸音和耐高温效果较好，后者制造工艺性较强；

（4）超静音型发电机组可以通过加厚吸音材料和延长进排风通道来实现，但机箱的体积也会随之增大。

4、排气系统降噪的设计

      排气噪声由于其频段较宽，通常需要采用阻抗复合型消声器（如图6所示）对高频和低频噪声进行控制。工业型消声器主要利用吸音材料减弱高频段的噪声；住宅型消声器主要是利用气体的干扰、压缩和扩张降低中低频段的噪声。消声器及其排气管和弯头都会对柴油机的排气产生阻力，在结构设计时，必须将背压控制在许可的范围内，特别是排烟管道需要加长时，更要进行严格的校核，避免输出功率下降，甚至发电机组无法正常运行。

（1）消声器的设计

      目前，用在柴油发电机组排气系统的主要是直管式消声器。其消声性能主要与通道的形式、长度及吸声材料的性能有关。

      直管式消声器是阻性消声器中最简单的一种。直管式消声器消声量计算公式为

ΔL=Φ(a₀)L×P/S

式中， ΔL——消声量：

Φ(a₀) —— 与材料吸声系数a₀有关的消声系数（粗略计算时可取Φ(a₀)值为1）；

L——消声器的有效长度；

P——消声器通道截面周长；

S——消声器通道截面积。

      由上式可知，阻性直管式消声器的消声量除与吸声材料性能有关外，还与消声器的有效长度L及通道截面周长P成正比，而与消声器通道截面积S成反比。因此，增加有效长度L和通道周长与截面积之比P／S即可提高消声量。当通道截面积因流量、流速要求而确定时，选择合理的通道截面形状，也可提高消声效果。

      抗性消声器的消声性能主要与抗性膨胀室的膨胀比m及膨胀室的长度L有关，膨胀比决定抗性消声器消声量的大小，长度决定抗性消声器的消声频率特性，抗性消声器最大消声量计算公式如下：

      当m＞5时，最大消声量可近似由下式计算：

ΔL_max=201gm－6

      ΔL_max与m值的关系见表1。

表1      ΔL_max与m值的关系

      由于单节阻性消声器在大排气流量下有高频失效的缺点，因此在工程应用上常采用将阻性结构和抗性结构复合在一个消声器里的设计，消声器进气口串联扩张室，为一级抗性消声器，中间段以多根小口径冲孔管替代一个大口径冲孔管以消除高频通过，冲孔管与外筒间填充耐热吸音材料形成阻性消声器，后段再串联一个扩张室再连一节抗性消声器。根据消声量的需要，扩张腔式消声器可多节串联，一般可取2～4节串联，消声量在20～30dB（A）左右。

（2）排烟口的结构设计

      排烟口通常置于顺排风的区域，有利于将排烟吹散。排烟口的结构设计原则是：避免雨雪进入、减少对操作区间的污染和烟尘的积聚。根据现场使用条件，排烟口可以有三种结构选择：

① 横向直接排放结构

      横向直接排放结构简单，排烟安全可靠，但对操作区间会产生污染，可将排烟口引至较高或远处地方。

②上排加活动盖结构

      该结构使废气直接向上排放，对操作区间污染较小，同时又能防雨雪和杂物进入排烟口，但可靠性稍差，当盖板动作失效时，排烟口会进水或排气不畅。使用该结构时，除应精心设计和选用合理的材料提高其可靠性外，还应加强日常的保养和检查，才能安全可靠工作。

③ 上排加固定雨盖结构

      该结构安全可靠，但废气可能会下沉，污染操作区间，而且容易造成烟尘的积聚。使用时一般应将排烟口引至较高位置。

 

图5  低噪声柴油发电机组外形结构图

图6  柴油发电机组的阻抗复合型消声器结构及外形图

 

四、隔振系统及其他结构设计

 

      柴油机和发电机组件在高速运转时会产生很大的振动，主要通过底座和排气管传递至基础和建筑物，通常可以在发电机组与机座间、发电机组与排气管中间设置减振装置，减少发电机组的振动并减轻振动的传播。

1、减振器的结构设计

      减振器通常置于柴油机、发电机组件与机座的中间。一般采用橡胶材料圆柱形结构，具有结构简单、减振性能好、成本也较低的优点，但抗横向剪切力和安全性较差；采用橡胶材料碗形结构，可以提高安全性；对于抗冲击和振动要求较高的发电机组，可以采用减振性能更好的弹簧减振器，但结构较复杂，成本也稍高。

2、膨胀节隔振器的结构设计

      排气口的振动很强、温度很高，其振动会通过排气管传递到其他结构件和建筑物，所以在排气口与排烟管之间设置不锈钢材料的膨胀节，隔离振动的传播，同时不会因热伸缩破坏其他结构件。

3、其他的结构设计

（1）启动电池尽量靠近启动机的位置，缩短电池连线，提高启动性能。

（2）消声器组件应安装在通风良好的位置，通常置于排风扇前面，有利于散热。

（3）控制屏及电子元器件，应采取防振措施，防止损坏或失效。

（4）紧急停机按钮应设置在机箱外部，便于突发事件的应急处置。

（5）应充分考虑加放柴油，加放机油和注放水的操作方便性。

 

总结：

      按照康明斯公司的供货要求，标准防音型发电机组的噪声一般在76～85dB（A），超级防音型发电机组的噪声一般为60～75dB（A）。超级防音型发电机组是在标准防音型发电机组的基础上对噪声排放采取更加严格的控制措施，如采用迷宫式进排风通道设计等来实现的。低噪声柴油发电机组的外形结构主要由柴油机、发电机、控制系统、机座（包括机底油箱）、排气消声系统、减振装置、防音箱、进风降噪系统、排风降噪系统以及周边配套系统等组成。

 

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