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。
点击排行