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柴油发电机组静音箱如何设计!

2018-11-16 21:23:51 7

当前我国电力紧张问题越来越突出,同时人们对环保的要求也越来越高。作为供电网的备用电源,带静音箱的柴油发电机组以其噪声小得到了大量使用。带静音箱的机组可实现高达30dB的降噪量,但国内产品与国外相比还有较大差距。针对康明斯 460KW柴油发电机组的静音箱综合利用各种消声技术进行了设计,使噪声由108dB降到了 75dB 以下,取得了良好的降噪效果。

 

一、噪声分析

 

  为有效控制噪声,首先分析机组噪声的产生及其分布,以便有针对性地采用噪声控制技术。根据燃机发电机组的工作原理,其噪声的产生非常复杂。从产生的原因和部位上来分,燃机发电机组的噪声可以包括以下几部分:

 

(1)排烟噪声;

 

(2)机械噪声;

 

(3)燃烧噪声;

 

(4)冷却风扇和排风噪声;

 

(5)进风噪声;

 

(6)发电机噪声。

 

根据其传播路径可归纳为以下几种噪声

 

  (1)内燃机排烟噪声.即内燃机排烟通道噪声,排烟噪声是一种高温、高速的脉动性气流噪声,是机组噪声中能量最大,成分最多的部分,比进气噪声及机体辐射的机械噪声要高得多,是机组总噪声中最主要的组成部分,也是噪声控制的重点。它的基频是内燃机的点火频率。

 

  (2)进气噪声。即箱体进气处噪声,进气噪声主要有机组机械噪声、发电机噪声和气流噪声等。由于进气是被动进气,且所处位置远离主噪声源,噪声级与其他位置相比相对较低,要求的降噪量就小。

 

  (3)排气噪声。即箱体出风口处噪声,排气噪声主要成分为排风噪声、气流噪声、风扇噪声、机械噪声和内燃机燃烧噪声等。该处噪声源较多,噪声级较高,且由于机组采用强排风降温,增加了噪声的向外传播,所以此处的噪声控制相对较困难。

 

二、静音箱设计

 

  针对机组主噪声源的分布及噪声的特性,为有效控制各种噪声,采用隔声、吸声和消声等控制技术分别对不同部位的噪声进行处理,具体设计如下:

 

1隔声和吸声计算及设计

 

  隔声箱体是为有效降低机组噪声对外界的影响,有效阻断噪声传播途径而设计的封闭空间。当机组放置于箱体内部时,由于隔声技术、吸声等技术有效地阻止噪声向外传播,将噪音源的噪声控制在箱体内部,从而降低其对外界的影响。隔声技术是用隔声体使部分声波的传播方向改变(反射、折射),使穿透该物体的声波能量减弱,从而降低隔声体另一面的噪声。物体的隔声量TL与构件的面密度m(kg×m²)和声波激发频率f(Hz)有关,单层板隔声量计算公式为:

 

TL=181gm+121gf-25

 

  因此,面密度越大,惯性阻力越大,越难激发振动,声波越难透射,其隔音量也越大。故在设计时尽量选择面密度大的材料作为箱体壁板。在实际的工程应用中,常以平均隔声量计算壁板的隔声量,计算公式为:

 

TL=181gm500+8

 

  根据实际隔声量要求,以式()*计算壁板厚度。

 

  在进行隔声处理的同时,大量的声波被反射回箱体内部,与原有声波形成混响声,将增加内部的噪声级和噪声能量,从而降低壁板的隔声效果。因此在进行隔声处理的同时要在壁板内侧贴附吸声材料,对内部噪声进行吸声处理。在降低噪声向外辐射的同时降低箱内的噪声能量,从而有效降低总体噪声级。吸声是声波在传播过程中,遇到各类材料时,一部分声能向材料内部传播而产生能量转移、转换、或干涉叠加,从而使声波的能量减弱,其直观表现为声级的下降,使噪声值下降。不同材料有不同的吸声系数,其吸声效果也不同,吸声量可用下列公式计算:

 

  根据以上隔声和吸声理论及计算公式,箱体外壳采用2.0mm 钢板制成,内附40mm吸声材料(岩棉),然后用 1.0mm穿孔板固定,这几部分组装在一起作为隔声壁板,可有效阻隔噪声23dB 以上。

 

为方便维修和观察数据而设置的门和观察窗成为隔声壁板的薄弱环节,所以对门进行加厚和密封处理,对观察窗采用双层玻璃结构,有效地解决了噪声从门、窗和空隙中传出的问题。

 

2进、排气口噪声处理

 

  由于箱体采取自然进风、强制排风,在进、排风口产生孔洞,导致漏声,即形成进气噪声区和排气噪声区。为防止噪声从进、排风风道向外传播,进、排风风口均须安装消声器。根据排风量和燃气量,设计进风排气消声通道,保证在进、排风顺畅的前提下(风速一般取5m/s左右为宜),达到所有需要的消声效果。具

 

  体设计时,采用多通道折板式阻性消声器,其消声片的厚度取80-100mm,通道宽取120-150mm,材料用容重80kg/m³。消声器长度计算公式为:

 

  片式消声器通道的通流截面积设计为排风口截 面积的1.5倍。

 

  折板式阻消声器利用声波在吸声材料中传播时因受摩擦将声能转化为热能而散发掉,并且由于拐角的存在使噪声不能直接通过消声通道,从而有效提高消声效果,达到消声的目的。阻性消声器其具有良好的中高频性能。另外在消声器出口处加装百叶窗避免雨水进入,对其实行有效保护。

 

3内燃机排气噪声的控制

 

  由于排气管是柴油发电机组的最大噪声扩散源,因此抑制排气噪声最简单且最有效的方法就是在排气管上安装消声器。

 

  所采用的消声器应尽量减少通道各部件的压力损失,故要坚持以下原则:

 

  1尽量降低排气通道中各部件的气流速度;

 

  2尽量减小排气通道中直角弯头的次数,并扩大排气管截面。

 

  因此设计进行消声处理时遵循以上原则,在原有消声器的基础上再加一抗性消声器形成两级扩张式(抗性)消声器,膨胀系数 m=9。经实际测量可知,排气噪声 (排气管出口1m处减少了 30dB(消声器安装前为 108dB,安装后为75dB以上,达到了预期目的。但是,采用消声器会使排气管中气流阻力增大,降低柴油发电机组的有效功率,因此要加以注意。

 

三、实例分析

 

  在对康明斯460KW机组进行噪声处理时,由于机组已做防震处理,在此不再对机组的抗震问题进行处理。根据以上分析,箱体壁板采用2.0mm钢板作为外壳,内附40mm 岩棉作为吸声材料,然后用1.0m穿孔板固定,使钢板、岩棉和穿孔板形成一体以方便安装;进、排气口消声器采用折板式阻性消声器,折板由钢板两侧各贴吸声材料组合而成,且以穿孔板固定吸声材料。

 

  根据进、排气通道要求插入损失的不同,进风口消声器设计长为350mm,为增加被动进风量缩短箱体长度采取两侧布置的方式安装 ;

 

  出风口由于噪声较复杂且噪声级高消声器设计长为2000mm;内燃机排气口由于噪声级较高,为增大插入损失,在原有消声器基础上安装一新抗性消声器形成二级消声器,有效降低排气噪声;箱体两侧安装双层门既保证了隔声效果又方便设备维修。

 

  各控制分区分别采取相应的噪声控制技术,综合控制使箱体外噪声级降至75dB以下,达到了良好的隔声效果。如果带静音箱的机组放在机房内对发电机房采取二次降噪处理,将进一步降低噪声的影响。

 

四、小结

 

  为了降低柴油发电机组运行时的噪声,综合利用噪声控制技术设计了机组用静音箱。针对不同位置噪声特点分别采用隔声、吸声和消声等控制措施。在受尺寸限制的条件下,使噪声降至75dB以下,达到了国家环境要求的标准。

 

实践证明,本文所设计的静音箱可以有效地降低柴油发电机组噪声对外界的影响,这为进一步降低柴油发电机组运行时的噪声打下了坚实的基础。