分析柴油发电机组电站的隔音降噪的两种方案

柴油电站的降噪方案分析

姬爱玲，李　力，覃寿同，张素香，史建茹

　　（河南科技大学，河南　郑州450007） 　

　　摘　要：对柴油机组的降噪方法、降噪结构及其效果进行了分析；分析了降噪特性曲线对消音器参数选择的指导作用。
　　关键词：机组噪声；降噪原理；特性曲线

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
　　笔者曾进行了200 kW低噪声电站的降噪研制，所研制的机组原来噪声为102 dB（A），通过降噪措施，使噪声降至85 dB（A）。下面结合研制过程中的情况对柴油机组的降噪方法和原理进行探讨。
　　我们在机组降噪的研制中，从以下几方面作了考虑：第一，通过减小机组振动尽量降低噪声源的噪声；第二，设计性能良好的隔声罩对噪声进行隔离；第三，在发动机排气口上与消音器串联扩张腔，增强对中低频噪声的降噪效果；第四，在冷却风扇的排风道中设置阻性和抗性相结合的消声结构。
　　下面结合研制过程中的情况对柴油机组降噪中的隔声罩和消音器进行探讨。

1　隔声罩的降噪方案
1．1　隔声罩的夹层应尽量选用多层结构
　　在隔声罩的设计中，传统的设计方法是在两层壁板中夹一层吸声材料，笔者在机组降噪的研制中，在隔声罩厚度不变的情况下，将单夹层改为双夹层，由于噪声在辐射过程中，到达隔声罩每层材料的界面时，都会有一部分被反射回去，所以，多一层界面，噪声就多被反射一次，这样不但消耗了较多的噪声能量，而且，一部分噪声在反射途中被吸收，采用这种结构，可以使隔声罩与单夹层结构成本相近的情况下，获得较好的隔声效果。
　　将多层厚度不同、品种不同的吸音材料叠加不但可以对噪声进行较好的反射，由于不同的吸音材料各自对应着不同的频率的噪声，因此扩大了降噪的频率范围。
　　吸音材料的降噪量可由以下公式计算：

式中：ΔL———消音量，dB
　　　a₂———隔声罩未加吸音材料时所具有的吸音量，dB；
　　　a₁———隔声罩加吸音材料后所具有的吸音量，dB。
　　此外，还可以在各夹层之间放置一层玻璃丝编织布，这样，在不增加很多费用和不增加产品体积重量的情况下，能进一步增强降噪效果。
1．2　组成隔声罩的各层应选声阻抗相差较大的不同材料　　
　　在材料交界面处的强度反射系数

　　　　
　　式中Z₁、Z₂分别为相邻夹层材料的声阻抗。 由该式可知，Z₂－Z₁的数值越大，强度反射系数越大，反射波的强度就越大，交界面处对噪声的反射效果越好；当Z₁＝Z₂时，强度反射系数α＝0，此时，交界面对声音不反射。所以，为了使噪声能较好的被反射回仓内，相邻的隔声层不要使用同品种材料或声阻抗接近的材料，应选用声阻抗相差较大的不同材料。
　　根据以上分析，笔者在研制中用岩棉、聚胺酯泡沫塑料等不同材料组成隔声罩的隔声层，在与单一材料制造成本和结构重量近似的情况下，提高了隔声罩的降噪效果。
1．3　在隔声罩中设置一层空气增强降噪效果　　
　　除采用实体材料外，在隔声罩中还可以设置空气层。空气作为传播噪声的介质时，其声阻抗Z_空＝415Ns／m³；钢的声阻抗Z_钢＝390×10⁵Ns／m³，所以，Z_钢－Z_空的数值差很大，根据前面的分析可知，在这种情况下，空气和钢板壁交界面处的反射系数α也很大，因此可以使噪声在交界面处形成较强的反射波，从而将噪声反射回隔声罩内。根据这一原理，设计隔声罩时，可以在外壁和吸音材料之间留一层空气层，这样，不但提高了隔声罩的降噪效果，而且在设计中可以直接利用隔声罩骨架结构的空间作为空气隔声层，这样既便于安装，又节省了材料，从性能、工艺、造价各方面考虑，都是一种可取的方案。
1．4　选择隔声罩材料
　　选择隔声罩材料应使其固有频率避开机组噪声的入射频率，以免因噪声和隔声罩共振形成更大的噪声。笔者在处理一起200k W方仓电站的问题时曾遇到过此类情况：方仓电站的机组在启动过程中，仓内总是在一段时间内响起刺耳的金属敲击声，在查找问题时发现，这种现象是由于机组怠速运行的噪声频率与车厢的固有频率发生共振引起的，我们将机组怠速的转速调整后，这种刺耳的金属敲击声立刻就消失了。由此可见，噪声频率与电站结构的固有频率发生共振的影响是非常大的。
　　选择吸音材料时，除考虑材料的降噪效果外，还应考虑其它有关因素，如：当隔声罩内的温度较高时，应选用阻燃性能良好的玻璃棉、岩棉；当操 作人员需要经常与隔声罩接触时，应避开玻璃棉等对人体有害的材料。
1．5　目前很多隔声罩的内壁采用薄壁微孔板　　
　　在对隔声仓内壁外观要求不高的前提下，采用玻璃丝编织布作为内壁也是一种很好的方案，玻璃丝本身在中低频区域具有良好的吸音性能，该频率区域基本与发动机噪声频率区域相吻合；编织布编织的缝隙还能在和声波的摩擦中将声能变成热能，通过消耗噪声的能量实现降噪。玻璃布除具有良好的吸音性能外，还具有良好的阻燃性能，而且价格便宜，可大大降低制造成本。
1．6　在隔声罩中安装机组
　　为了避免形成由金属搭成的声桥，机组底座和隔声罩不应直接接触，连接机组的螺栓也不要直接将机组底座和隔声罩连接，可采用无锡减振器厂生产的E型减振器或其它类似结构将机组与隔声罩连接，这样就通过橡胶材料或其它隔声性能良好的材料避免螺栓、机组、隔声罩的直接接触，消除了声桥，提高隔声罩的降噪效果。

2　消音器的设计
　　发动机的排气噪声主要为中低频噪声。笔者在200kW低噪声电站的研制中，采用了单腔扩张室和双腔阻抗式复合消音器串联的方法进行消声。
2．1　消音器扩张室截面积的选取
　　在抗性消声器中，单腔扩张室的消音量取决于进排气管截面积与腔体截面积之比，消声的频率范围与扩张室腔体的长度有关，其消音量为

　　图1表达了扩张室长度为0．4 m时，具有不同扩张比的消音器在不同噪声频率下的消声特性。从图中可以看出，消声值ΔL随扩张比m的增加而增加，但其消声频率的范围却随着扩张比m的增加变窄，当消音器的扩张比m过大时，反而会因降噪频率范围过窄起不到降噪作用，所以选择消音器的扩张比时，应该消音器能达到的最大消声量和所具有的降噪频率范围进行合理的选取。

2．2　消音器长度的选取
　　图2表达了扩张比为7时，不同长度扩张室的消声频率情况。从图中可以看出，消声频率随着扩张室长度的增加逐渐向低频区移动，降噪的频率范围也逐渐变窄。根据这一原理，设计消音器时，可以将多段不同长度的扩张室相组合，利用各段扩张室不同的长度，对不同频率区域的噪声降噪，从而扩大降噪的频率区域。
　　根据图2的曲线，笔者在低噪声电站的研制中，另外设计了扩张比为7，长度为0．2m的扩张室与消音器串联，在电站的降噪中起了重要作用。

参考文献
［1］　电机工程手册编辑委员会．机械工程手册［M］．北京：机械工业出版社，1983．
［2］　徐　灏．机械设计手册［M］．北京：机械工业出版社，1991．
［3］　方丹群．空气动力性噪声与消音器［M］．北京：科学出版社，1978．