地下柴油发电机房噪音处理措施和方法

 

为了保证柴油发电机组的正常使用，针对地下负一层发电机房的实际结构条件，本着环保、经济、方便、实用、可靠的原则，康明斯公司在本文仅对柴油发电机房在噪声治理设计中机组及降噪装置的布置问题作了阐述，其它设计须按照降噪设计规范的要求进行。

 

一、噪音主要来源

 

1、空气动力噪声

      由于气体的非稳定过程， 即由气体扰动以及气体与物体的相互作用而产生的柴油发电机组噪声。直接向大气辐射的空气动力噪声，包括进气噪声、排气噪声和冷却风扇噪声。  

2、电磁噪声

      由发电机转子在电磁场中高速旋转产生的柴油发动机组噪声。

3、燃烧噪声和机械噪声

      它们很难严格区分，通常将由于柴油发电机组汽缸内燃烧成的压力波动通过缸盖、活塞、连杆、曲轴、机体向外辐射的柴油发动机组噪声称为燃烧噪声。将活塞对缸套的撞击和运动件的机械撞击振动而产生的柴油发动机组噪声称机械噪声。一般直喷式柴油机燃烧噪声要高于机械噪声，而非直喷式采油机的机械噪声则高于燃烧噪声 。但是低速运转时燃烧噪声都高于机械噪声。

 

二、柴油机降噪措施研究

 

      根据康明斯4BTA3.9-G2柴油机的装配情况，首先建立缸盖、机体、缸套、主轴承盖和油底壳的组合结构有限元模型。其中对安装附件用的大部分凸台及尺寸不大的螺纹孔、水孔、油孔都不予考虑。油底壳结构采用壳单元Shell63，其它结构采用实体单元Solid45来建立。其有限元模型如图1所示。

      针对噪声源识别结果，本次降噪研究从以下几方面着手：调整供油提前角进行降低燃烧噪声的研究；加装扭振减振器降低轴系激振力；改进油底壳以抑制表面辐射噪声。

1、供油提前角的调整

      燃烧噪声起源于燃油在燃烧室中的压缩着火与滞燃期内形成的可燃混合气的突然燃烧。燃烧噪声与气缸内压力开始急剧上升期间的压力升高率有密切关系，压力升高率愈高则燃烧噪声愈大。对于直喷式柴油机而言，减小供油提前角可以推迟供油，缩短着火延迟期，使压力升高率下降，从而也可以使燃烧噪声降低。在本次研究进行之初，进行了供油提前角的选优工作，通过一系列试验，最终将供油提前角由原来的上止点前（BTDC）17°曲轴转角（CA）调整为BTDC 13°CA，并且动力性能并未发生变化，噪声水平比较低。在低于BTDC13°CA的供油提前角下，噪声水平低，但动力性能却发生很大变化。图2为试验过程中不同供油提前角的噪声情况比较。从图2中可以发现，减小供油提前角可以减小噪声，不过这种减小不是无限制的，当供油提前角减小到一定大小的时候，噪声不会再下降。所以对供油提前角必须综合考虑噪声，动力性能以及排放特性等进行合理的调整。

 

图1  柴油机组合结构有限元模型

图2  不同柴油机供油提前角噪声结果比较

 

2、降低轴系扭振

      柴油机曲轴扭振能够导致机体结构噪声，而加装扭振减振器是降低轴系扭振的主要方法之一。橡胶减振器的减振作用是利用橡胶的阻尼来达到的，其作用机理为利用阻尼把扭转振动能量转变成热能，从而抑制扭振。将橡胶扭振减振器安装在曲轴自由端，测量了曲轴自由端的扭振以及整机噪声，以辐射噪声最小为目标寻找最优的扭振减振器。安装减振器后，整个转速范围内可以降低噪声1～1.5dB（A）.两者1/3倍频程的频谱比较见图3。

      在图3中可以发现，两者100 Hz、160 Hz、200 Hz等几个频率有较大差别，说明安装减振器后，能在某些频率显著的降低扭振，从而使得辐射出的噪声也变小了。

3、改进油底壳

      通过噪声源分析可以知道，噪声主要是通过油底壳和齿轮室罩等薄壁件辐射出去的，所以对这些薄壁件要重点研究。原有油底壳侧面及底面有加强筋，本次研究主要针对油底壳中间的平支撑板进行了改进，将平支撑板形状改变为S形，并将其焊接在油底壳四周，目的是增加对油底壳侧面的支撑，增强整体刚度，提高模态频率，进而抑制油底壳呼吸运动向外辐射的噪声。

      改进油底壳前后整机噪声对比结果列于图4中。从图中可以看出，改进后的油底壳取得了较好的降噪作用，在3200r/min时，降噪量达到0.85 dB（A），随着转速的下降，降噪量也变得比较大，最大的时候能达到近1.5dB（A）的降噪量，能够满足降噪的要求，而且成本不会增加，达到经济又实用的目的。

      经过以上各种方法的试验，将各种改进全部在机器上实现，并进行最终的噪声测试。所测得的噪声与原机的比较列于图5中。从图5中可以看出，改进前后噪声相差平均在2dB（A）左右，最大差值为2.24dB（A）.而通过倍频程分析可知，改进后的整机噪声在各个频率段都取得了一定的降噪效果，而两次试验的柴油机动力性能相差不大，改进前后扭矩测量值见图6所示。通过以上比较可以发现，降噪所采取的各种措施是得力的，能够满足降噪的要求。

 

图3  安装减震器前后的柴油机噪声比较	图4  改进柴油机油底壳前后噪声对比
图5  柴油发电机改进前后噪声比较	图6  柴油发电机改进前后性能结构比较

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三、降噪措施

 

1、降噪机房的目的

      随着中国社会经济的飞速发展，人民群众的生活水平不断提高，建筑技术水平也不断的提高，城市建筑向着规模大、楼层高的方向发展，进而对建筑供电的可靠性要求越来越高。社会的信息化、建筑的现代化，使建筑对供电系统的依赖程度也越来越大，配备主用或备用电源成为必然的选择。而柴油发电机组因其使用燃料经济安全、热效率高、性能可靠稳定、排放对环境污染小而广受人们欢迎，得到了广泛的运用。

      通常大型公共建筑、商业建筑等民用建筑首层属黄金地带，因此柴油发电机房往往布置在地下室。由于地下室出入不易，自然通风条件不良，进排风口的布置往往受到限制，给发电机房设计带来一系列不利因素，更增加了机房的降噪处理的设计难度。因此，降噪装置的布置，进、排风口的灵活处理便成为噪声治理设计中极其关键的环节。

      发电机降噪机房的设计原理是在保证机组正常使用的前提下，针对机房的实际结构条件，做到环保、经济、方便、实用、可靠。机房的进、排风一般采用轴向通风方式，保证空气自由循环，对于确保机组的正常使用性能、减少机组的功率损耗及保证机组的正常使用寿命等都是十分重要的。

2、发电机降噪措施

（1）柴油发电机降噪最根本的办法是从声源着手，康明斯发电机厂家提醒您可以采用一些常规的降低噪声的技术，如消声器、隔声、吸声、隔振等有效方法。排烟消音器将减低柴油发电机噪音水平，不同等级的消音器有不同的消音效果，这些消音器通常分为工业环境、家居环境、高要求的，超高要求四种；柴油发电机外壳的作用一是防雨，二是降低噪音，这些外壳可以特别设计适合特殊的噪音水平要求；当柴油发电机安装于建筑物内，有多种减低噪音设备如消声箱，分隔通风，风扇减声器及墙身吸音材料，都能减低噪音；排气噪声是柴油发电机组最主要的噪声源，其特点是噪声级高，排气速度快，治理难度大。采用特制的阻抗型复合式的消声器，一般可使排气噪声降低40-60db；降低柴油发电机组冷却风机噪声时，必须考虑两个问题，一是排气通道所允许的压力损失，二是要求的消声量，针对上述两点，可选用阻性片式消声器。

（2）柴油发电机组的排气噪声和冷却风机噪声降低之后，剩下来的主要噪声源是电机械噪声，采用的方法是除必要的与观察室相连接的内墙观察窗之外，其余窗户均除去，所有孔、洞要密实封堵，砖墙墙体的隔声量要求要40db以上。机房门窗采用防火隔声门窗；机房隔声处理之后，要解决机房内通风散热问题，进风口应与电机组、排风口设置在同一直线上，进风口应配以阻性片式消声器，由于进风口压力损失亦在容许范围之内，可以使机房内进出风量自然达到平衡，通风散热效果明显；机房内除地面外的五个壁面可作吸声处理，根据柴油发电机组的频谱特性采用穿孔板共振吸声结构。

（3）机房的良好隔声，会使柴油发电机组停机时机房内的空气得不到对流，房内的高温亦不能及时降下来，可采用低噪声轴流风机，再配上阻性片式消声器就可以解决问题。柴油发电机组安装前，应严格按厂家提供的有关资料进行隔振处理，避免造成结构声的远距离传播，并在传播中不断幅射空气声，无法使厂界噪声级达标。对因超标而要求治理的现有电机组，必须实测机组附近地面的振动情况，如果振感明显，则先要对柴油发电机组进行隔振处理。

 

四、结论

 

（1）通过噪声源识别可以发现，中速中负荷情况下，机械噪声要高于燃烧噪声，是降噪的重点；而通过表面辐射噪声识别发现油底壳、缸盖罩等薄壁件是降噪的重点。

（2）降低柴油机内部激励可以从降低燃烧噪声角度出发进行供油提前角的调整和采用合适的扭振减振器，从而降低柴油机噪声。

（3）对薄壁件进行改进可以抑制表面振动的发生，从而使柴油机噪声得到降低。

（4）综合采取以上各种降噪措施，能够使柴油机整机噪声降低，但各种降噪措施单独所取得的降噪量并不能够综合起来进行线性叠加，各种方法综合应用涉及到参数匹配的问题，这在降噪研究中尤为重要。