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    从设计者角度探讨低噪声柴油发电机组噪声抑制的两种设计方法

    来源: 中国环保信息网切记!信息来至互联网,仅供参考2010-05-08 访问:

      简要说明:柴油发电机组的噪声是一种严重的环境污染,对人们的身心健康危害极大。随着人们环保意识的日益增强,降噪呼声越来越高。所以,如何抑制柴油发电机组的噪声,乃是设计工作者急待解决的课题。本文通过几种低噪声柴油发电机组新产品的开发设计以及实验测试,从设计角度阐述柴油发电机组噪声抑制的具体方法。

      低噪声柴油发电机组广泛应用于部队、邮电通讯、工程施工等场,作为常用或备用电源。国外许多先进工业国家早在60年代就开始研究低噪声电站,目前已形成系列产品。国内这方面研究起步较晚,近几年,虽已先后研制出几种规格的低噪声柴油发电机组,但仍不能满足市场需求。况且其降噪措施及设计方法还不成熟,有必要进一步深入研究探讨。笔者通过几种低噪声柴油发电机组新产品的开发设计以及实验测试,积累了许多宝贵经验与数据,从设计角度阐述柴油发电机组噪声抑制的具体方法。
      
      1 柴油发电机组的噪声
      
      柴油发电机组是由柴油机、发电机等联接而成,其噪声声压级一般在90~110dB(A)之间,大大超过了有关噪声保护标准的规定。
      
      柴油机的噪声包括:各运转件的摩擦、冲击产生的机械噪声,风扇噪声、燃烧噪声,进气噪声、排气噪声等;发电机的噪声包括:电磁噪声,机械噪声、风扇噪声等。
      
      机组噪声向空间辐射主要通过以下三个途径:  
      (1)通过外表面向外辐射机体的机械噪声(包括风扇噪声、进气噪声);
      (2)通过废气排气口向外辐射的排气噪声;  
      (3)机组振动通过公共底架等周围构件传播的固体声,机械噪声多是宽带连续频谱,其最强的频率一般在125~1000Hz之间。
      
      排气噪声呈低频特性,它一般较机械噪声高约10dB(A),其最强噪声的频率与柴油机转速、缸数成正比,与冲程数成反比。
      
      固体声一般不大,呈中、高频特性。
      
      大量实验统计结果表明:频率不同,即使声压级相同,人耳感觉的响度也不同,人耳对1000Hz的声音最敏感,对高频声比对低频声的灵敏性要好,为此,应将降低机组噪声的重点放在500~3000Hz频率上。
      
      2 降低噪声的方法
      
      降低噪声的方法很多,目前国内外主要针对机组噪声辐射的三个途径分别进行抑制,即设计一个机组隔声罩及高性能的排气消声器,以降低机械噪声和排气噪声;采取减振措施,降低振动,以减少固体声的传播与再生噪声的产生。
      
      降低噪声处理后机组噪声一般能降低20~30dB(A),总体噪声能达到65~85dB(A)(距离声罩周围1m处)。
      
      2.1 隔声罩的设计
      
      隔声罩是低噪声柴油发电机组的主要部件,它主要用于降低机组机械噪声,风扇排气噪声,进气噪声与发电机的电磁噪声等。
      
      隔声罩主要依据声学原理进行设计,其罩壁有单层、双层及多层结构,为降低成本,缩小外形尺寸,柴油发电机组隔声罩通常设计成单层结构。其罩壁一般是外壳采用钢板或铝板,板内铺贴上多孔吸声材料,隔声与吸声同时起作用,使降噪效果更好。
      
      多孔吸声材料如:玻璃丝棉、岩棉、超细玻璃棉、泡沫塑料等。吸声材料外表贴上玻璃丝布,亦可在其外表覆盖一层穿孔率为20%左右的穿孔板,以保护表面不致散落破坏,并提高吸声性能。对隔声罩来说,共振频率与临界频率是两个特别应注意的频率。当声波频率等于板的共振频率fo或fo的整数倍数时,板与声波将发生共振,隔声效果急骤下降,此时的频率称为共振频率。

        fx.g=0.45Cph[(x/a)2+(y/b)2]式中 
        fx.y——板的x、y阶固有共振频率;
        Cp——板中纵波速度m/s,钢板Cp=5.2×103m/s;
        h——板的厚度;
        a、b——板的长与宽;
        x、y——任意正整数。

        当某一频率的声波以一定的角度投影到隔声板上,人射声波的波长在板上的投影刚好等于板的固有弯曲波的波长,从而激发板材发生弯曲波形式的振动,使得隔声效果下降,这种现象谓之“吻合效应”。临界频率是指发生声波吻合效应的最低频率,对于钢板,临界频率fc=12800t(Hz),其中t为板厚(mm)。在有可能产生共振的隔声板上必须涂粘阻尼材料,如:沥青浸麻袋片、玻璃布、毡类、石棉绒以及阻尼漆等。应尽量选用重而软的隔声板,使其临界频率高于声波频率,或者选用厚且刚度大的隔声板,使其临界频率低于声波频率,以免产生吻合效应。

        进行降噪处理时,需按照国家或部门的有关规定确定容许隔声量,分析柴油发电机组的噪声特性和分布状况,以确定合理的隔声方案及隔声罩结构。由于柴油机正常运行时需要不断地吸入新鲜空气及通风散热,故隔声罩设计时不仅要考虑噪声的降低,而且还要考虑通风散热,这两者是相互矛盾的。如果要降低噪声,隔声罩开口就要小一些,但开口太小,柴油机燃烧用空气及通风散热又满足不了,开口太大,噪声又会外泄。所以,隔声罩设计时要综合考虑这矛盾的两个方面,并在进、排风道上加装片式阻性消声器。
      
      这种消声器结构简单,中、高频消声效果较好,消声量一般可达15~20dB/m,阻力系数也不大,片间距离可取0.1~0.2m,片厚可取0.05~0.15m。为满足消声量及隔声罩结构要求,可将风道设计成弯角,突(渐)缩、突(渐)扩等形状。隔声罩设计时应尽量减少孔隙漏声,否则,煞费苦心的设计也会因漏声而达不到预期效果。
      
      2.2 排气消声器的设计
      
      排气消声器主要从消声性能、空气动力性能与结构性能三个方面进行评价,它应有较高的、频带较宽的消声量、较小的阻力损失及结构简单等特点。柴油机排气消声器,通常设计成微穿孔板阻抗复合式,它在低、中、高频都具有较高的消声量,能够承受高温和气流的冲击,阻损低,再生噪声小,消声量可达20dB(A)以上。常用微穿孔板阻抗复合式消声器结构见图3。
      
      此种消声器特别是微穿孔管段的有关理论和计算方法还不完善,一般须通过实验测量后方可评价其性能优劣。消声器的膨胀比m(m=D2/d2)与消声量关系较大,故设计时要合理选择,一般宜控制在4~15之间,在一定范围内,m越大,消声效果越好,但m不能太大,否则膨胀室截面过大,使中、高频声波在消声器内不以平面波形式传播,而呈束状波通过,遂导致消声量显著下降。在低频范围内,当波长比膨胀室尺寸大得多时,由于膨胀室自身相当于一个低通滤波器,因此会影响消声器有效的低频消声范围。穿孔板吸声结构的主要指标——吸声系数和频带宽度主要由穿孔率和孔径确定。微穿孔板的孔径在0.5~1mm范围,穿孔率在1%~3%比较好,厚度一般在0.5~1mm之间。通常多采用双层微穿孔板,以达到宽频带与高频吸收,前面接近气流的一层穿孔率有时略高于后层,前、后腔深可相同也可不同,但前、后腔深比例不宜大于1:3。
      
      3 结束语
      
      (1)柴油发电机组的噪声是一种严重的环境污染,对人们的身心健康危害极大。随着人们生活水平的不断提高,环保意识的日益增强,降噪呼声越来越高。所以,如何抑制柴油发电机组的噪声,乃是设计工作者急待解决的课题。
      
      (2)本文提出的隔声罩与排气消声器的设计要点是切实可行的,有明显的降噪效果,可供设计者借鉴。
      
      (3)低噪声柴油发电机组的降噪效果,因受制造、材料等因素的影响,会产生偏差,所以,其实际水平应经过严格测试、综合比较后才能评定。


    噪声控制,噪声治理
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