柴油发电机组机房的低噪声工程设计bhuu.docx

柴油发电电机组机机房的低低噪声工工程设计计一. 引引言        柴柴油发电电机组运运行时，通通常会产产生955-1110dbb(a)的噪声声，如果果没有采采取必要要的降噪噪措施，机机组运行行的噪声声，将对对周围环环境造成成严重损损害。为为了保护护和改善善 环境境质量，必必须对噪噪声进行行控制。国国家标准准gb1123448-990和ggb1223499-900对环境境噪声的要要求是：二类标标准（适适用于居居住、商商业、工工业混杂杂区及商商业中心心区）昼昼间600db(a)、夜夜间500db(a)；三类标标准（适适用于工工业区）昼昼间655db(a)、夜夜间555db(a)。通通常按昼昼间600db(a)的的标准进进 行低低噪声工程程设计。        科科泰公司司通过采采用高效效吸音材材料，用用先进生生产工艺艺工业化化生产的的降噪消消声装置置对进、排排风通道道和排气气系统进进行了降降噪处理理，确保保机组在在满足通通风条件件，也即即不降低低输 出出功率的的前提下下，完全全满足了了国家标标准对环环境噪声声的要求求。公司司在多年年的设计计施工实实践中形形成了独独具一格格的低噪噪声工程程设计规规范。        二二、 设设计思路路        柴柴油发电电机组是是多发声声源的复复杂机器器，随着着机组结结构型式式和尺寸寸、运转转工况的的不同，各各个发声声源对总总噪声的影影响是不不同的，一一般情况况下，机机组各类类噪声大致致按如下下顺 序序排列：排气噪噪声、燃燃烧噪声声或机械械噪声、风风扇噪声声、进气气噪声。降降噪设计计的基本本思路是是：首先先查明各各种声源源中的最最大噪声声成分及及其频率率特性，采采取有关关技术措措施，将将各声源源的噪声声级尽量量降低到到大致相相同的水水平，其其中容易易降低的的噪声源可可以降低低的多一一些，降降噪还要要和其他他技术要要求（如如对机组组输出功功率的影影响、降降噪成本本等多种种具 体体因素）综综合起来来考虑。        下下面按照照各类噪噪声源分分别说明明降噪的的技术措措施：        11. 排排气噪声声的控制制        排排气噪声声是发动动机噪声声中能量量最大，成成分最多多的部分分。它的的基频是是发动机机的发火火频率，在在整个的的排气噪噪声频谱谱中应呈呈现出基基频及其其高次谐谐波的延延伸。        噪噪声成分分主要有有以下几几种：        aa. 周周期性的的排气所所引起的的低频脉脉动噪声声；        bb. 排排气管道道内的气气柱共振振噪声；        cc. 气气缸的亥亥姆霍兹兹共振噪噪声；        dd. 高高速气流流通过排排气门环环隙及曲曲折的管管道时所所产生的的喷注噪噪声。        ee. 涡涡流噪声声以及排排气系统统在管内内压力波波激励下下所产生生的再生生噪声形成成了连续续性高频频噪声谱，频频率均在在10000hzz以上，随随气流速速度增加加，频率率显著提提高。        排排气噪声声是发动动机空气气动力噪噪声的主主要部分分。其噪噪声一般般要比发发动机整整机高110-115dbb（a），是是首先要要进行降降噪控制制的部分分。消声声器是控控制排气气噪声的一一种基本本方法。正正确选配配消声器器（或消消声器组组合）可可使排气气噪声减弱弱20-30ddb（aa）以上上。        根根据消声声原理，消消声器结结构可分分为阻性性消声器器和抗性性消声器器两大类类：        11） 阻阻性消声声器（即即我们平平时称呼呼为工业业型消声声器）是是利用多多孔吸声声材料，以以一定方方式布置置在管道道内，当当气流通通过阻性性消声器器时，声声波便引引起吸声声材料孔孔隙中的的空气和和细小纤纤维的震震动。由由于摩擦擦和粘滞滞阻力，声声能变为为热能而而吸收，从从而起到到消声作作用。        22） 抗抗性消声声器（即即我们平平时称呼呼为住宅宅型消声声器）是是利用不不同形状状的管道道和共振振腔进行行适当的的组合，借借助于管管道截面面和形状状的变化化而引起起的声阻阻抗不匹匹配所产产生的反反射 和和干涉作作用，达达到衰减减噪声的目目的。其其消声效效果，与与管道形形状、尺尺寸和结结构有关关。一般般选择性性较强，适适用于窄窄带噪声声和低、中中频噪声声的消减减。        机机组排气气系统的的降噪处处理：我我们一般般利用一一个波纹纹减震节节、一个个工业型型消声器器和一个个住宅型型消声器器的组合合，有效效地隔断断了排气气震动和和排气噪噪声的传传播。同同时，对对排气管管道进行行隔热隔隔音包扎扎，也能能改善机机组的运运行环境境和由排排气管引引起的噪噪声。        22. 机机械噪声声和燃烧烧噪声的控控制        机机械噪声声主要是是发动机机各运动动零部件件在运转转过程中中受气体体压力和和运动惯惯性力的的周期变变化所引引起的震震动或相相互冲击击而产生生的，其其中最为为严重的的有以下下几种：        aa. 活活塞曲柄柄连杆机机构的噪噪声（主主要为高高频噪声声）；        bb. 配配气机构构的噪声声（主要要为低、中中频段噪噪声）；        cc. 传传动齿轮轮噪声（噪声谱是是一种连连续而宽宽广的频频谱）；        dd. 不不平衡惯惯性力引引起的机机械震动动及噪声声。        ee. 燃燃烧噪声声是燃烧烧过程产产生的结结构震动动和噪声声。在气气缸内燃燃烧噪声声（尤其其是低频频部分）声声压级是是很高的的，但是是，发动动机结构构中大多多数零件件的刚性性较高，其其自振频频率多处处 于中中高频区区域，由由于对声声波传播播频率响响应不匹匹配，因因而在低低频段很很高的气气缸压力力级峰值值不能顺顺利地传传出，而而中高频频段的气气缸压力力级则相相对易于于传出。        控控制机械械噪声和燃燃烧噪声声的有效效办法:        一一、是对对机组进进行隔震震处理，机机组的隔隔震一般般采用高高效减震震胶垫，现现在这一一部分技技术已经经非常成成熟。经经过隔震震处理，机机组表面面的震动动被有效效隔断。        二二、是在在噪声的传传播通道道上进行行降噪处处理，减减少声源源对外的的辐射，个个别对噪噪声指标标控制特特别严的的机房还还要在内内墙和天天花粘贴贴高效吸吸音材料料，使噪噪声源在在传出机机房前已已被有效效衰减以以提高机机房的降降噪效果果。        33. 冷冷却风扇扇和排风风通道噪噪声的控控制        风风扇噪声声是由旋旋转噪声声和涡流流噪声组成成。旋转转噪声由旋旋转风扇扇叶片切切割空气气流产生生周期性性扰动而而引起。涡涡流噪声声是气流流在旋转转的叶片片截面上上分离时时，由于于气体具具有粘 性，便便滑脱或或分裂成成一系列列的漩涡涡流，从从而辐射射一种非非稳定的的流动噪噪声。排排风通道道直接与与外界相相通，空空气流速速很大，气气流噪声声、风扇扇噪声和机机械噪声声经此通通道辐射射出去。        控控制风扇扇和排风风通道噪噪声的手手段，主主要是设设计一个个好的排排风吸音音通道，这这个吸音音通道可可由导风风槽和排排风降噪噪箱组成成，也可可由导风风槽和一一至几组组的吸音音挡板组组成。排排风 降降噪箱的的工作原原理，类类似于阻阻性消声声器。可可通过更更换吸音音材料（改改变材料料的吸音音系数），改改变吸音音材料的的厚度、排排风通道道的长度度、宽度度等参数数来提高高吸音效效果。在在设计排排风吸音音通道时时，要特特别注意意排风口口的有效效面积必必须满足足机组散散热的需需要，以以免排风风口风阻阻增大而而致排风风噪声增大大和机组组高水温温停机。        44. 进进气噪声声控制        机机组工作作在封闭闭的机房房里面，从从广义上上讲，进进气系统统包括机机组的进进风通道道和发动动机的进进气系统统。进风风通道和和排风通通道一样样直接与与外界相相通，空空气的流流速很大大，气流流的 噪噪声和机机组运转转的噪声声都经进进风通道道辐射到到外面。发发动机进进气系统统的噪声声是由进进气门周周期性开开、闭而而产生的的压力波波动所形形成，其其噪声频率率一般处处于5000hzz以下的的低频范范围。        对对于涡轮轮增压发发动机，由由于增压压器的转转速很高高，因此此其进气气噪声明显显高于非非增压发发动机。涡涡轮增压压器的压压气机噪噪声是由由叶片周周期性冲冲击空气气而产生生的旋转转噪声和高高速气流流形成的的涡流噪噪声所组组成，且且是一种种连续性性高频噪噪声，其其主要能能量分布布在5000-1100000hzz范围。        由由于柴油油发电机机组一般般都配置置有设计计合理的的空气滤滤清器，其其本身就就具有一一定的消消声作用用。考虑虑到进气气噪声相对对较低，故故对发动动机的进进气系统统一般不不做另外外处理。对对机组的的进气通通道，则则要从风风道的设设计，隔隔音材料料的选用用等方面面进行综综合控制制。其基基本思路路是：        aa. 进进风净面面积符合合设计规规范，以以保证发发动机的的进气系系统和机机组的冷冷却系统统有足够够的新鲜鲜空气吸吸入；        bb. 进进风通道道需经吸吸声处理理，一般般采用进进风百叶叶窗 + 导风风槽 + 消声声挡板的的组合，如如果有充充足的空空间，也也可采用用进风百百叶窗+降噪箱箱的组合合。        三三、 设设计指导导原则        在在机组降降噪方案案的设计计和施工工时，应应充分考考虑到机机组正常常运行时时所需的的最低进进、出风风量标准准以及排排放背压压不能超超出额定定许用背背压值等等因素，否否则将会会严重影影响到机机组的功功率输出出，使机机组的温温升较高高，频繁繁发生故故障甚至至会缩短短柴油发发电机组组的使用用寿命。        通通常机组组排风口口的面积积应略大大于水箱箱的有效效面积，从从降低风风阻考虑虑，排风风口离前前面障碍碍物的距距离应大大于等于于6000-20000，机机组进风风量应大大于机组组的排风风量和燃燃 气量量的总和和，其客客观效果果是机组组在运行行时机房房内不能能产生负负压。在在满足机机组排风风量要求求的前提提下，机机房的降降噪效果果主要由由进排风风通道消消声箱的的长度和和选用的的吸音材材料决定定。        消消声器的的设计主主要考虑虑消声量量、消声声频率范范围（主主要为消消声量峰峰值的频频率范围围）及阻阻力损失失三大指指标，此此外消声声器还应应具有好好的结构构刚性、防防止受激激振而辐辐射再生生噪声；尺尺寸适宜宜；便于于安装等等。在某某些情况况下（如如安装在在排烟管管道上）要要求内部部结构能能耐高温温和抗腐腐蚀。        在在机房结结构的设设计上，机机房与操操作室应应用厚度度2400mm的的隔墙隔隔开；墙墙壁上开开三层防防爆玻璃璃观察窗窗（玻璃璃厚度量量4-55mm），外外面两层层玻璃的的间隔应应大于 1000mm，面面向机房房的玻璃璃上端最最好与机机房地坪坪面略为为倾斜，使使噪声反射射效果更更好，并并能防止止结雾；操作室室与机房房之间的的门应用用双层夹夹板制成成的隔音音门。若若做成一一个门洞洞两扇隔隔音门，则则降噪效效果更佳佳。        四四、设计计计算：   1 排风风口面积积a排(m22)        aa 排 = k·ss 水箱箱 (mm2)        式式中s水水箱 为为水箱净净面积，kk为风阻阻系数，kk值见表表1   2进风口口面积粗粗计算        aa进1.2·aa排(m22)   3进风量量计算        qq进 = a进·v风·k-1(mm3/ss)        式式中q进进为进风风量        aa进 为粗粗算的进进风口面面积(mm2)        vv风 为风风速(mm3/ss)，一一般取33级风的的风        速速平均值值4.44(m/s) 进行计计算        风风速表见见表2（最最强风速速不应超超过8mm/s）   4进、排排风降噪噪箱风道道长l风风       ll风 = c        式式中c为为常数，其其值与降降噪效果果        有有关，cc值见表表3   5排气背背压的计计算        11） 排排气系统统背压pp（kppa）        在在进行排排气系统统计算时时，可先先作这样样的设定定:机组组标准配配置的波波纹避震震节、工工业型消消声器等等同于同同管径的的直管，弯弯头折算算成直管管当量长长度，把把以上三三项和连连接直管管的 长长度相加加后用排排气管背背压的计计算公式式计算背背压，可可使整个个计算简简化，并并不失计计算精度度，消声声器背压压的计算算特指住住宅型消消声器的的计算。        pp =（pp排 + p消）pp        pp排 为排排气管的的背压（kkpa）        pp消 为消消声器的的背压（kkpa）        p为为系统许许用背压压值（kkpa）        表表1：风风阻系数数        附附加物                   k        无无降噪箱箱              11        防防鼠网                   1.051.11        百百叶窗                  1.211.5        降降噪箱                   3        降降噪箱+防鼠网网     3.053.11        降降噪箱+百叶窗窗     3.233.5        表表3：cc值                 db(a) c(mmm)                  700 16600                  655 18800                  600 20000        表表2：风风速表                  风级级 名称 风速（mm/s）                   0       无风风  000.2                   1       软风风 0.311.5                   2       轻风风 1.633.3                   3       微风风 3.455.4                   4      和风风 5.577.9                   5      清劲劲风 88.010.7                   6       强风风 100.813.8                   7       疾风风 133.917.1                   8       大风风 177.220.7                   9       烈风风 200.824.4                   100     狂风风 244.528.4                   111   暴风风 288.532.6                   122   飓风风 322.736.9 表4：直直管当量量长度表表管径（英英寸） 45度度弯头（mm/每个个弯头） 90度度弯头（mm/每个个弯头） 3.5                      0.557                           1.333 4                        0.665                           1.552 5                        0.881                           1.990 6                        0.998                           2.228 7                        1.222                           2.770 8                        1.339                           3.004 10                       1.774                           3.88 12                       2.009                           4.556 14                       2.444                           5.332        22） pp 排 =66.322 l××q2 × 11d5 t+2273        式式中：ll为直管管当量总总长度（mm）见表表4        qq为排气气流量（mm3/ss）        dd为排气气管直径径（m）        tt 为排排气温度度（）        33）消声声器背压压p消的的计算先先计算消消声器的的管流速速v管        vv 管 = q（mm3/ss） (m/ss)        aa 管 （ m2）        式式中a管管为消声声器排烟烟口的截截面积，用用计算出出的管流流速值从从图1（流流速/阻阻力曲图图）查出出消声器器的阻力力值f阻阻，则排排气背压压        pp消= ff阻（毫米米水柱）××6733 (毫毫米水柱柱)t+2733        五五、计算算示例：        机机组kvv2755e、发发动机ttad7740gge：        住住宅型消消声器66（排排烟口截截面积为为0.002144m2，排排气量441.88m3/minn=0.6977m3/s ，见见vollvo销销售手册册)        计计算消声声器的管管流速：        vv 消 = q（ m3/s） = 00.6997 =32.55(m/ss)        aa 消 （ m2） 0.002144        查查图1：流速/阻力曲曲线图，得得消声器器的阻力力值f阻阻=900（毫米米水柱）        计计算消声声器的背背压：        pp消= ff阻（毫米米水柱）××6733×9.8×110-33 t=5400(见vvolvvo销售售手册) t2733 = 90××6733×9.8×110-33 =11.0555(kkpa) 54402273        计计算排气气管的背背压：        假假如在住住宅型消消声器前前面有一一工业型型消声器器，一波波纹管避避震节，22个900°弯头头，总长长度3米米，管径径 1108 ，其背背压为pp排1，则则当量长长度l11=3+2×11.522=6米米（见表表4）        pp排1= 6.332×ll1（米米）×qq2（ m3/s） × 11 ×110-33 d115（ 米 ） t+2273 = 66.322×6××0.669722 × 1 ××10-3 =1.554(kkpa) 0.10885 5540+2733        再再假如在在住宅型型消声器器后面有有排气管管30米米，弯头头5个，管管径 1655 ，则则当量长长度l22=300+5+2 .28=41.4(米米)        pp排2= 6.332×ll2（米米）×qq2（ m3/s） × 11 ×110-33 d225（ 米 ） t+2273 = 66.322×411.4××0.669722 × 1 ××10-3 =1.228(kkpa) 0.16555 5540+2733        排排气管的的总背压压：p排排=p排11+p排22=1.54+1.228=22.822(kppa)        排排气系统统的背压压：p=p排+p消=2.82+1.0055=3.8875(kpaa)        系系统的许许用背压压值pp=110(kkpa)        最最后得出出：p=3.8875p=100(kppa)        六六、结语语        柴柴油发电电机组机机房经过过低噪音音工程处理理以后一一般能达达到600db(a)的的水平，随随着降噪噪工程技术术的不断断进步和和新型高高校吸音音材料的的应用，柴柴油发电电机组工工作时噪噪声扰人人的事实实将成为为历史。