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柴油发电机辐射、排气、燃烧、风扇的噪声治理
发布时间:2023-09-10 21:47:22  ▏阅读:

 

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发电机房设备减震和隔声降噪措施

 

摘要:在了解柴油发电机组主要噪声源和降噪方案的设计原则后,就可以针对发电机组的各噪声源制定出相应治理措施。从噪声的频谱分析可分为低、中、高频三种,处理的办法是将其噪声进行隔断、衰减,以达到在发电机房外噪声能符合相应的要求。为了降低发电机组运行时对环境和操作者的影响,首先应对发电机组运行排烟的噪声源采取降噪措施,同时对机房的建筑设计应有必要的吸声、隔声措施。根据相应环境的噪声标准来降低发电机组的噪声,无须要求过高,避免由此会引起不必要的过高花费。

 

      随着工业的发展和对环境要求的不断提高,噪声已经成为一个主要污染源,它与空气污染及水污染一起被列为当今世界三大主要污染源。因为有许多不同种类的力作用在高功率具有多振动源,宽频带和复杂模式的特性。发动机的主要噪声分为空气动力噪声和机制噪音。一般来说,发动机的噪声有空气动力噪声和机械噪声。空气动力噪声包括排烟噪声,进气噪声和燃烧噪声等.机械噪音的作业噪声,是由曲柄链接和齿轮啮合和定时装置,与振动的不平衡惯性力造成的。因为发动机是一个多噪声源的系统,因此运用可行性的方法和路径找到其主要噪声源系统才是重要的。针对某些高率柴( 8缸发动机)振动和噪声进行了分析。在柴油机噪声分析中应用频谱分析和相干函数的噪声信号是用来识别噪声源,频率响应曲线的噪音。控制这一特定的柴油发动机振动和噪声是必要的基础。

 

一、柴油机辐射噪声

 

1、柴油机表面辐射噪声

      柴油机表面具有代表性节点的辐射声压级频谱。从图1、图2中可以看出柴油机各部位表面声压级各频率下的分布情况。

(1)柴油机表面声压级最高的部位为油底壳。尤其是油底壳的后侧板和后底板,其表面声压级高达120dB 左右,其中后侧板声压级的峰值为450Hz和1250Hz两个频率; 后底板声压级的峰值出现在350Hz和1250Hz两个频率。油底壳前底板由于具有加强筋结构,因此其表面声压级比后底板小5dB左右。从图1中还可以看出,相比之下油底壳左侧板大于右侧板的表面声压级。

(2)从图2中看出,机体的前裙部在低频时表面声压级要大于后裙部,而在高频时表面声压级要小于后裙部。这是因为后裙部的刚度要大于前裙部,其主要共振频率比较高。缸盖的声辐射能量主要集中在1000Hz以下,其表面声压级也较大,在115dB 左右,因此,这个区域是控制缸盖辐射噪声的主要频段。

 

柴油机油底壳的后侧板和后底板表面节点声压级频谱.png

图1 油底壳的后侧板和后底板表面节点声压级频谱.

柴油机机体的裙部表面节点声压级频谱.png

图2 机体的裙部表面节点声压级频谱

 

2、柴油机声功率计算分析

      通过对柴油机的辐射噪声计算,得到了柴油机表面辐射声功率谱和声场的辐射声功率谱,如图3所示。根据该频谱可以得到柴油机表面总的声功率级为118. 4dB,声场的总声功率级为107. 5dB。从柴油机表面辐射声功率谱上看,在350Hz、850Hz和1250Hz时辐射噪声出现峰值。从声场的辐射声功率谱上看,在300Hz、600Hz、850Hz和1250Hz时出现峰值。这确定了对辐射噪声贡献较大的频率,指出了改进设计的方向。

 

柴油机表面和声场的辐射声功率频谱.png

图3 柴油机表面和声场的辐射声功率频谱

 

 

 

二、排烟噪声治理

 

      排烟噪声是发动机空气动力噪声的主要部分。其噪声一般要比发动机整机高10~15dB(A),是首先要进行降噪控制的部分。消声器是控制排烟噪声的一种基本方法。正确选配消声器(或消声器组合)可使排烟噪声减弱30~40dB(A)以上。

1、根据消声原理,消声器结构可分为阻性消声器和抗性消声器两大类:

(1)阻性消声器(也称为工业型消声器)

      利用多孔吸声材料,以一定方式布置在管道内,当气流通过阻性消声器时,声波便引起吸声材料孔隙中的空气和细小纤维的震动。由于摩擦和黏滞阻力,声能变为热能而吸收,从而起到消声作用。一般可降噪10~15dB(A),阻性消声器如图4(a)所示。 

(2)抗性消声器(也称为住宅型消声器)

      是利用不同形状的管道和共震腔进行适当的组合, 借助于管道截面和形状的变化而引起的声阻抗不匹配所产生的反射和干涉作用,达到衰减噪声的目的。其消声效果与管道形状、尺寸和结构有关。适用于窄带噪声和低、中频噪声的消减。一般可降噪约25~30dB(A),抗性消声器如图4(b)所示。

2、排烟系统的降噪处理

      一般利用一个波纹减震节,安装于发电机组排烟口;同时选择使用这两种消声器,即一个工业型消声器和一个住宅型消声器的组合,这样可以在更宽的频率范围内取得良好的降噪效果,有效地隔断了排烟震动和排烟噪声的传播。此外,对排烟管道进行隔热隔声包扎,也能改善发电机组的运行环境和由排烟管引起的噪声。根据环保部门规定,要求排烟经排烟管道接至高空排放。

注意:柴油机排烟消音器与其它消音器工况原理不一样,柴油机排烟压力低,但是排烟温度高,吸音材质选择应该注意,吸音填料不能使用超细玻璃岩棉,实践证明超细玻璃岩棉在高温情况下使用,最容易发生热粉,时间长了就会失去吸音功能。

3、尾气净化装置

      柴油发电机组启动初期(约3min),排烟口冒出大量黑烟,当柴油机运行稳定后,黑烟虽有减少,但始终存在,特别是在寒冷的季节,排烟口会产生大量烟雾。柴油发电机组排放尾气中含有大量碳烟颗粒物、烃类、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、水蒸气、氧气、氮气、二氧化硫等,主要物质是碳烟颗粒物,其排放量约为汽油机的几十倍,不加处理会造成严重环境污染。康明斯柴油机尾气处理装置通常采用“连续捕集分解技术(CRT)”,该技术由一组氧化催化单元(DOC)和捕集器(DPF)组成,利用DPF捕集废气中的颗粒物(黑烟主要成分),同时使用DOC使DPF在一定条件下再生,可实现对尾气颗粒物(PM)、碳氢化物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害气体的连续催化、捕集与分解。其工作原理(结构组成如图5所示)是当柴油发电机组带负荷连续工作时,尾气温度可以达到400℃以上,聚集在壁流式陶瓷滤芯内的碳烟颗粒物(PM)、CO、THC等有害物质在催化剂作用下被燃烧分解,达到再生的目的。

 

柴油发电机阻性和抗性消声器.png

图4  柴油发电机阻性和抗性消声器.

 柴油发电机组尾气净化装置.png

图5    柴油发电机组尾气净化装置

 

 

三、机械噪声和燃烧噪声的控制措施

 

      机械噪声主要是发动机各运动零部件在运转过程中受气体压力和运动惯性力的周期变化所引起的震动或相互冲击而产生的,传播远、衰减小,一旦形成很难隔绝。燃烧噪声是燃烧过程产生的结构震动和噪声,其中、高频段的气缸压力级易于传出。

      控制机械噪声和燃烧噪声的有效办法:

1、对发电机组进行隔震处理

      发电机组的隔震一般采用高效减震胶垫,发电机组的机座下部安装有高效减震装置,吸收发电机组90%以上的震动动能。现在这一部分技术已经非常成熟。经过隔震处理,发电机组表面的震动被有效隔断。

2、在噪声的传播通道上进行降噪处理

      减少声源对外的辐射,对于噪声指标控制特别严格的机房还要在内墙和天花板粘贴高效吸音材料,使噪声源在传出机房前已被有效衰减以提高机房的降噪效果。

3、制造商产品改进

(1)改进燃烧室结构

      燃烧室的结构形状与混合气的形成和燃烧密切相关,燃烧室的结构决定着燃烧室空腔的声模态和压力高频振荡的频率,所以选择合适的燃烧室或对燃烧室结构,将能优化燃烧过程,降低压力升高率和削弱压力高频振荡。因此可以选择分隔式的燃烧室。在涡流室式内燃机中,喷油嘴的喷油方向偏离涡流室中心而指向下游,附着于缸壁面的燃料就越多,燃烧越平静,噪声就会越小。

(2)增压

      柴油机增压后可使进入气缸的空气充量密度增加,进气温度增加,使得压缩终了的温度和压力增高,滞燃期缩短,所以可以降低燃烧噪声。

(3)废气再循环

      废气再循环主要引入的初衷是用来降低NO。物,但废气再循环使得进气温度升高,减少燃烧率,使发动机获得平稳的运转,所以可以有效降低燃烧噪声。

(4)压缩比

      提高压缩比可以提高压缩终了的压力和温度,因此缩短滞燃期,使燃烧噪声降低。但是压缩比的提高会使气缸压力增加,活塞敲击声增大,所以通过提高压缩比降低燃烧噪声应综合考虑其对活塞敲击声的影响。

(5)燃料

      不同的燃料,喷入气缸后,其物理、化学准备过程不同,从而导致不同的滞燃期。十六烷值高的燃料滞燃期短,压力升高率降低,燃烧噪声降低。另外新的代用燃料,如生物制气,乙醇等有利于柴油机燃烧噪声的降低。

 

四、冷却风扇和排风噪声的控制措施

 

      冷却风扇和排风通道连接,直接与外界相通,排风通道空气流速很大,气流噪声、风扇噪声和机械噪声经此通道辐射出去。

      冷却风扇和排风噪声的控制措施主要是设计一个排风吸音通道,这个吸音通道可由导风槽和排风降噪箱组成。排风降噪箱的工作原理类似于阻性消声器。可通过更换吸音材料(改变材料的吸音系数),改变吸音材料的厚度、排风通道的长度、宽度等参数来提高吸音效果。在设计排风吸音通道时,要特别注意排风口的有效面积必须满足发电机组散热的需要,以免排风口风阻增大而致排风噪声增大和发电机组高水温停机。风道的结构形式可以参考以下几点:

1、风道的截面形状以折线形式,可形成对噪声声波的反射降噪作用。

2、风道中应有吸声材料,通过吸声材料,吸收一部分噪声能量。

3、风道与发电机组的工作舱之间最好做成可拆卸的,以利于安装调整和维修。

4、在水箱与排风口之间,设有排风导风罩,用于防止热风在室内循环,引起机房内温度上升,使发电机组不能正常工作,同时在导风罩与水箱之间设有柔性连接,以隔绝发电机组震动,导风罩设有检修口,以方便对水箱的检修。

 

五、进风噪声的控制措施

 

      进气系统包括发电机组的进风通道和发动机的进气系统。为了保证发电机组的正常运行,在发电机组的结构中,应考虑机房内的散热以及新鲜空气的补充。要求发电机组中应有一定的通风,根据机房实际结构,选择发电机组最佳布置位置和进风口的布置形式。

      由于柴油发电机组一般都配置有空气滤清器,其本身就具有一定的消声作用。考虑到进气噪声相对较低,故对发动机的进气系统一般不做另外处理。对发电机组的进风通道,主要是设计一个良好的进风吸音通道,选用合适的进风降噪箱。进风通道采用与排风吸音通道相同的降噪方法。另外进、排风道也可增设隔音墙,可明显地提高降噪效果。进风设置口应注意以下几个问题:

1、进风口的进风量

      应满足柴油发电机房所需要新风量的要求。

2、进风口的位置

      应设计在发电机端附近,遵循轴向通风方式的原则。

3、进风口的结构形式

(1)应能阻挡声波的流出,同时有利于进风。

(2)在设计中,进风口的截面结构采用百叶窗的形式。同时,在进风口内壁增设风斗式的屏障,以提高隔声罩的隔声效果。

(3)机房门也是噪声最易向外泄漏、辐射的地方,因此要求机房门采用有隔音消音作用的隔音门。通常要求安装双层隔音门,或做成两扇隔音门,之间形成一个过渡空间,即先经过一扇隔音门,进入过渡空间,再经第二扇隔音门进入到机房内,则降噪效果更佳。

 

六、隔声与降噪

 

      为了降低发电机组运行时对环境和操作者的影响,首先应对发电机组运行排烟的噪声源采取降噪措施,同时对机房的建筑设计应有必要的吸声、隔声措施。根据相应环境的噪声标准来降低发电机组的噪声,无须要求过高,避免由此会引起不必要的过高花费。

      机房墙体砌筑时,要求灰缝填实,不要留有孔洞、缝隙内墙面的粉刷,表面不宜致密光滑,粉刷材料中要掺入一定量的有吸声效果的多孔性材料,例如水泥,石灰膏和木屑组成的吸声层。内壁及天花板可采用隔声板进行装饰,降噪效果会更佳。壁板如果采用多孔性材料装饰,孔眼面积至少占总面积的20%-25%。壁板与墙体之间充填一层多孔性吸声材料,吸声效果更好。

      机房与控制室用墙隔开,隔墙上开挖两层玻璃的观察窗。控制室与机房之间采用双层夹板门,夹板之间充填弹性多孔吸声材料,例如碎泡塑、玻璃纤维棉。经过这样处理,控制室内的噪声可控制在75dB(A)以下,从而改善操作者的工作条件。

      如果采用地下管式排烟,地下埋设管采用水泥下水管或将排烟管引入砖砌烟囱内,其发电机组排烟噪声可基本排除。对于用弹力固定架来固定发电机,其正常的控制排烟、进气及散热器风扇是可将发电机的噪声降至可以接受的水平,如按此方法处理后,发电机组的噪声仍然会很高,可在房间和发电机周围竖上隔声板,在机房的墙壁上安装吸声板或把发电机安放在一个特殊设计的隔声蔽体中以减少噪声。

      大多数情况,通风进口和排风口需要装上隔声装置,如果想避免操作入员直接暴露在发电机的噪声下,那么仪表和控制站必须安装在一个分离的隔声控制房间内。

 

柴油发电机机房标准降噪方案示意图1.png

图2 柴油发电机机房标准降噪方案示意图1

柴油发电机机房标准降噪方案示意图2.png

柴油发电机机房标准降噪方案示意图2

总结:

      噪音对人的危害性极大,首先是表现在听觉方面,90-100dBA之间将会造成一定数量人的噪声性耳聋,100dBA以上将会造成相当数量人的噪声性耳聋,第二噪声对神经系统及心血管系统等方面有明显的影响,表现在对睡眠、思考和语言交谈的干扰和劳动生产降低,在噪声的环境中,由于心情烦噪不安,使注意力不集中而造成差错,影响工作速度,降低工作效率,甚至会引起工伤事故。人类只在一个地球,随着工业的发展,人类赖以生存的窨受到日益严惩的环境污染,欧美发达国家对这方面控制很晋升,一些出口到欧美的企业都要进行IS014000环境认证,在国内人们的环保意识日益提高,国家和地方都有不同程度的环境保护规定,投诉不断增多,监督不断加强。因此,柴油发电机房外部噪音和内部设备噪声都有必要进行有效治理,并达到国家要求的环保标准。

 

 


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