分析柴油發電機組電站的隔音降噪的兩種方案

柴油電站的降噪方案分析

姬愛玲，李　力，覃壽同，張素香，史建茹

　　（河南科技大學，河南　鄭州450007） 　

　　摘　要：對柴油機組的降噪方法、降噪結構及其效果進行了分析；分析了降噪特性曲線對消音器參數選擇的指導作用。
　　關鍵詞：機組噪聲；降噪原理；特性曲線

Programanalysis on the noise reduction　of dieselgenerating set

JIAi－ling，LIli，Qin shou－tong，ZHANGSu－xiang，SHIJian－ru

　　（Mechanical Dept．，Henan Institute of Technology，Zhengzhou 450007，China）
　　Abstract：This paperanalyzed the method，construction and effect of controlling noise ofthe diesel generating set，and drewthe property diagrams decreased noise ofthe silencer，itcan help usto select better parameter．
　　Key words：noise of diesel generating set；principle of noise reduction；property diagrams

0　引　言
　　筆者曾進行了200 kW低噪聲電站的降噪研制，所研制的機組原來噪聲為102 dB（A），通過降噪措施，使噪聲降至85 dB（A）。下面結合研制過程中的情況對柴油機組的降噪方法和原理進行探討。
　　我們在機組降噪的研制中，從以下幾方面作了考慮：第一，通過減小機組振動盡量降低噪聲源的噪聲；第二，設計性能良好的隔聲罩對噪聲進行隔離；第三，在發動機排氣口上與消音器串聯擴張腔，增強對中低頻噪聲的降噪效果；第四，在冷卻風扇的排風道中設置阻性和抗性相結合的消聲結構。
　　下面結合研制過程中的情況對柴油機組降噪中的隔聲罩和消音器進行探討。

1　隔聲罩的降噪方案
1．1　隔聲罩的夾層應盡量選用多層結構
　　在隔聲罩的設計中，傳統的設計方法是在兩層壁板中夾一層吸聲材料，筆者在機組降噪的研制中，在隔聲罩厚度不變的情況下，將單夾層改為雙夾層，由于噪聲在輻射過程中，到達隔聲罩每層材料的界面時，都會有一部分被反射回去，所以，多一層界面，噪聲就多被反射一次，這樣不但消耗了較多的噪聲能量，而且，一部分噪聲在反射途中被吸收，采用這種結構，可以使隔聲罩與單夾層結構成本相近的情況下，獲得較好的隔聲效果。
　　將多層厚度不同、品種不同的吸音材料疊加不但可以對噪聲進行較好的反射，由于不同的吸音材料各自對應著不同的頻率的噪聲，因此擴大了降噪的頻率范圍。
　　吸音材料的降噪量可由以下公式計算：

式中：ΔL———消音量，dB
　　　a₂———隔聲罩未加吸音材料時所具有的吸音量，dB；
　　　a₁———隔聲罩加吸音材料后所具有的吸音量，dB。
　　此外，還可以在各夾層之間放置一層玻璃絲編織布，這樣，在不增加很多費用和不增加產品體積重量的情況下，能進一步增強降噪效果。
1．2　組成隔聲罩的各層應選聲阻抗相差較大的不同材料　　
　　在材料交界面處的強度反射系數

　　　　
　　式中Z₁、Z₂分別為相鄰夾層材料的聲阻抗。 由該式可知，Z₂－Z₁的數值越大，強度反射系數越大，反射波的強度就越大，交界面處對噪聲的反射效果越好；當Z₁＝Z₂時，強度反射系數α＝0，此時，交界面對聲音不反射。所以，為了使噪聲能較好的被反射回倉內，相鄰的隔聲層不要使用同品種材料或聲阻抗接近的材料，應選用聲阻抗相差較大的不同材料。
　　根據以上分析，筆者在研制中用巖棉、聚胺酯泡沫塑料等不同材料組成隔聲罩的隔聲層，在與單一材料制造成本和結構重量近似的情況下，提高了隔聲罩的降噪效果。
1．3　在隔聲罩中設置一層空氣增強降噪效果　　
　　除采用實體材料外，在隔聲罩中還可以設置空氣層。空氣作為傳播噪聲的介質時，其聲阻抗Z_空＝415Ns／m³；鋼的聲阻抗Z_鋼＝390×10⁵Ns／m³，所以，Z_鋼－Z_空的數值差很大，根據前面的分析可知，在這種情況下，空氣和鋼板壁交界面處的反射系數α也很大，因此可以使噪聲在交界面處形成較強的反射波，從而將噪聲反射回隔聲罩內。根據這一原理，設計隔聲罩時，可以在外壁和吸音材料之間留一層空氣層，這樣，不但提高了隔聲罩的降噪效果，而且在設計中可以直接利用隔聲罩骨架結構的空間作為空氣隔聲層，這樣既便于安裝，又節省了材料，從性能、工藝、造價各方面考慮，都是一種可取的方案。
1．4　選擇隔聲罩材料
　　選擇隔聲罩材料應使其固有頻率避開機組噪聲的入射頻率，以免因噪聲和隔聲罩共振形成更大的噪聲。筆者在處理一起200k W方倉電站的問題時曾遇到過此類情況：方倉電站的機組在啟動過程中，倉內總是在一段時間內響起刺耳的金屬敲擊聲，在查找問題時發現，這種現象是由于機組怠速運行的噪聲頻率與車廂的固有頻率發生共振引起的，我們將機組怠速的轉速調整后，這種刺耳的金屬敲擊聲立刻就消失了。由此可見，噪聲頻率與電站結構的固有頻率發生共振的影響是非常大的。
　　選擇吸音材料時，除考慮材料的降噪效果外，還應考慮其它有關因素，如：當隔聲罩內的溫度較高時，應選用阻燃性能良好的玻璃棉、巖棉；當操 作人員需要經常與隔聲罩接觸時，應避開玻璃棉等對人體有害的材料。
1．5　目前很多隔聲罩的內壁采用薄壁微孔板　　
　　在對隔聲倉內壁外觀要求不高的前提下，采用玻璃絲編織布作為內壁也是一種很好的方案，玻璃絲本身在中低頻區域具有良好的吸音性能，該頻率區域基本與發動機噪聲頻率區域相吻合；編織布編織的縫隙還能在和聲波的摩擦中將聲能變成熱能，通過消耗噪聲的能量實現降噪。玻璃布除具有良好的吸音性能外，還具有良好的阻燃性能，而且價格便宜，可大大降低制造成本。
1．6　在隔聲罩中安裝機組
　　為了避免形成由金屬搭成的聲橋，機組底座和隔聲罩不應直接接觸，連接機組的螺栓也不要直接將機組底座和隔聲罩連接，可采用無錫減振器廠生產的E型減振器或其它類似結構將機組與隔聲罩連接，這樣就通過橡膠材料或其它隔聲性能良好的材料避免螺栓、機組、隔聲罩的直接接觸，消除了聲橋，提高隔聲罩的降噪效果。

2　消音器的設計
　　發動機的排氣噪聲主要為中低頻噪聲。筆者在200kW低噪聲電站的研制中，采用了單腔擴張室和雙腔阻抗式復合消音器串聯的方法進行消聲。
2．1　消音器擴張室截面積的選取
　　在抗性消聲器中，單腔擴張室的消音量取決于進排氣管截面積與腔體截面積之比，消聲的頻率范圍與擴張室腔體的長度有關，其消音量為

　　圖1表達了擴張室長度為0．4 m時，具有不同擴張比的消音器在不同噪聲頻率下的消聲特性。從圖中可以看出，消聲值ΔL隨擴張比m的增加而增加，但其消聲頻率的范圍卻隨著擴張比m的增加變窄，當消音器的擴張比m過大時，反而會因降噪頻率范圍過窄起不到降噪作用，所以選擇消音器的擴張比時，應該消音器能達到的最大消聲量和所具有的降噪頻率范圍進行合理的選取。

2．2　消音器長度的選取
　　圖2表達了擴張比為7時，不同長度擴張室的消聲頻率情況。從圖中可以看出，消聲頻率隨著擴張室長度的增加逐漸向低頻區移動，降噪的頻率范圍也逐漸變窄。根據這一原理，設計消音器時，可以將多段不同長度的擴張室相組合，利用各段擴張室不同的長度，對不同頻率區域的噪聲降噪，從而擴大降噪的頻率區域。
　　根據圖2的曲線，筆者在低噪聲電站的研制中，另外設計了擴張比為7，長度為0．2m的擴張室與消音器串聯，在電站的降噪中起了重要作用。

參考文獻
［1］　電機工程手冊編輯委員會．機械工程手冊［M］．北京：機械工業出版社，1983．
［2］　徐　灝．機械設計手冊［M］．北京：機械工業出版社，1991．
［3］　方丹群．空氣動力性噪聲與消音器［M］．北京：科學出版社，1978．

噪聲控制,噪聲治理

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