柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組噪聲控制

　　由于電話局大部分處在人口密集的地區(qū)，這些地區(qū)對(duì)環(huán)境的要求很高，而柴油發(fā)電機(jī)組噪聲往往成為周圍環(huán)境噪聲的主要污染源。當(dāng)前社會(huì)對(duì)環(huán)保要求越來越高，如何有效地控制其噪聲污染是一項(xiàng)有難度，同時(shí)又具有很大推廣價(jià)值的工作，這也是我們通信建設(shè)的一項(xiàng)主要工作，應(yīng)得到更多的重視。為了做好這項(xiàng)工作，首先要對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組噪聲的構(gòu)成進(jìn)行了解和分析。

　　1 聲源分析

　　柴油機(jī)噪聲是一個(gè)由多種聲源構(gòu)成的復(fù)雜聲源，按照噪聲輻射方式，柴油機(jī)噪聲可以分為空氣動(dòng)力噪聲和表面輻射噪聲。按照產(chǎn)生的機(jī)理，柴油機(jī)表面輻射噪聲又可以分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。其中空氣動(dòng)力噪聲為主要噪聲源。

　　1．1 空氣動(dòng)力噪聲

　　空氣動(dòng)力噪聲是由于氣體的非穩(wěn)定過程，即由氣體的擾動(dòng)以及氣體與物體的相互作用而產(chǎn)生的。直接向大氣輻射的空氣動(dòng)力噪聲包括：進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲。

　　1．1．1進(jìn)氣噪聲

　　進(jìn)氣噪聲是柴油機(jī)的主要空氣動(dòng)力噪聲之一，它是由進(jìn)氣門的周期性開啟與閉合而產(chǎn)生的壓力起伏變化而形成的。當(dāng)進(jìn)氣門開啟時(shí)，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖，而隨著活塞的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，同樣產(chǎn)生一個(gè)有一定持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖。于是產(chǎn)生了周期性的進(jìn)氣噪聲。其噪聲頻率成分主要集中在200 Hz以下的低頻范圍。與此同時(shí)，當(dāng)氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時(shí)，產(chǎn)生湍流脫體，導(dǎo)致高頻噪聲的產(chǎn)生，由于進(jìn)氣門通流截面是不斷變化的，因此湍流噪聲具有一定的頻率范圍，主要集中在1 000 Hz以上的高頻范圍。進(jìn)氣管空氣柱的固有頻率與周期性進(jìn)氣噪聲的主要頻率相一致時(shí)，空氣柱的共振噪聲在進(jìn)氣噪聲中也會(huì)較為突出。

　　對(duì)于采用渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速一般較高，因此其進(jìn)氣噪聲明顯高于非渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪增壓器的噪聲是由于葉片周期性地切割空氣產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和高速氣流形成的湍流噪聲而形成的，是一種連續(xù)性的高頻噪聲，主要分布在500~10 000 Hz的頻率范圍。目前我公司大部分采用渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　進(jìn)氣噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計(jì)因素有關(guān)。對(duì)于同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，受轉(zhuǎn)速的影響最大，轉(zhuǎn)速提高一倍可導(dǎo)致進(jìn)氣噪聲增加10~l5dB（A）。

　　1．1．2 排氣噪聲

　　排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中最主要的聲源，其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲高出10~15dB（A）。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣屬高溫（800~l000℃）、高壓（3~4個(gè)大氣壓）氣體。排氣過程一般分為兩個(gè)階段，即自由排氣階段和強(qiáng)制排氣階段。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣從排氣門高速?zèng)_出，沿著排氣歧管進(jìn)入消聲器，最后從尾管排入大氣，在這一過程中產(chǎn)生了寬頻帶的排氣噪聲。

　　排氣噪聲包含了復(fù)雜的噪聲成分：以單位時(shí)間內(nèi)排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲、管道內(nèi)氣柱共振噪聲、排氣歧管處的氣流吹氣噪聲、廢氣噴注和沖擊噪聲、汽缸的亥姆霍茲共振噪聲、卡門渦流噪聲及排氣系統(tǒng)內(nèi)部的湍流噪聲等。

　　影響發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的主要因素有：汽缸壓力、排氣門直徑、發(fā)動(dòng)機(jī)排量及排氣門開啟特性等。對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是影響其排氣噪聲的最主要因素。

　　1．1．3 冷卻風(fēng)扇噪聲

　　風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和湍流噪聲構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)噪聲是由于風(fēng)扇的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的，以葉片通過頻率為基頻，并伴有高次諧波。湍流噪聲是由于風(fēng)扇運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的周圍空氣發(fā)生湍流脫體，使空氣發(fā)生擾動(dòng)，形成氣體的壓縮與稀疏過程而形成的，是一個(gè)寬頻帶噪聲。

　　冷卻風(fēng)扇噪聲受轉(zhuǎn)速的影響最大，轉(zhuǎn)速提高一倍可導(dǎo)致其聲級(jí)增加10~15dB（A）。在低速時(shí)風(fēng)扇噪聲要比發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲低很多，而在高速時(shí)，往往會(huì)成為主要的噪聲源。目前我公司使用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速多為1 500轉(zhuǎn)/分鐘，屬于高轉(zhuǎn)速油機(jī)。

　　1．2 表面輻射噪聲

　　燃燒噪聲和機(jī)械噪聲很難嚴(yán)格區(qū)分，通常將由于氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動(dòng)通過缸蓋、活塞-連桿-曲軸-機(jī)體向外輻射的噪聲稱之為燃燒噪聲。將活塞對(duì)缸套的撞擊，正時(shí)齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、噴油系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)件之間的機(jī)械撞擊振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲叫作機(jī)械噪聲。一般直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲要高于機(jī)械噪聲，而非直噴式柴油機(jī)的機(jī)械噪聲則高于燃燒噪聲，但是低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃燒噪聲都高于機(jī)械噪聲。

　　2 噪聲控制措施

　　2．1 空氣動(dòng)力噪聲控制

　　2．1．1 進(jìn)氣噪聲控制

　　一般發(fā)動(dòng)機(jī)均裝有空氣濾清器，進(jìn)氣噪聲即可有較大衰減，成為次要聲源。而當(dāng)其它聲源得到進(jìn)一步控制后，進(jìn)氣噪聲有可能成為主要聲源，這時(shí)需考慮采用性能良好的進(jìn)氣消聲器，通常進(jìn)氣消聲器要和空氣濾清器結(jié)合，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，既能滿足進(jìn)氣和濾清方面的要求，又可使進(jìn)氣噪聲得到有效的控制。

　　2．1．2 排氣噪聲控制

　　控制排氣噪聲最有效的方法是加裝排氣消聲器，實(shí)際情況往往是降噪效果不很理想。分析原因主要是消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不甚合理以及加工工藝存在問題，后一個(gè)問題可以通過提高工藝水平加以改善；前一個(gè)問題則涉及消聲器的設(shè)計(jì)思路。通常消聲器設(shè)計(jì)主要憑經(jīng)驗(yàn)，一些設(shè)計(jì)計(jì)算程序是在一些理想假設(shè)條件下進(jìn)行的，而在這些假設(shè)中實(shí)際影響最大的是忽略氣流的存在，而且是高壓、高溫、高速脈動(dòng)氣流的存在。此種狀態(tài)的氣流將會(huì)影響消聲器內(nèi)部的聲場(chǎng)分布、聲速、聲的傳播規(guī)律等，特別是氣流速度影響更大。氣流影響消聲器性能的主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的高速脈動(dòng)氣流再生噪聲，其次是這種氣流會(huì)沖擊消聲器的管路、殼體、隔板等聲學(xué)元件，進(jìn)而激發(fā)振動(dòng)輻射噪聲。當(dāng)消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，或結(jié)構(gòu)不合理，或加工工藝存在問題時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致消聲器消聲性能的下降，同時(shí)氣流速度過高也會(huì)加大消聲器的壓力損失也會(huì)造成消聲性能下降。

　　2．1．3 發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲的控制

　　發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲（燃燒噪聲和機(jī)械噪聲）的控制要受到發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面的種種限制，從技術(shù)角度講難度很大，且降噪量有限。實(shí)踐表明，在結(jié)構(gòu)上采取措施可以一定幅度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的表面輻射噪聲，從而降低整機(jī)噪聲。控制的基本措施是增加結(jié)構(gòu)剛度和阻尼，使得在同樣的激振力作用下減少結(jié)構(gòu)表面響應(yīng)。與此同時(shí)，減少輻射噪聲的表面面積，也是控制輻射噪聲的有效措施。

　　3 綜合控制思路

　　通常一臺(tái)500 kW進(jìn)口機(jī)組，機(jī)房?jī)?nèi)的噪聲可達(dá)105~108 dB(A)。在不經(jīng)過治理的情況下，機(jī)房外環(huán)境噪聲為70~80 dB（A）或更高，相同功率參數(shù)的國(guó)產(chǎn)機(jī)組噪聲則更大些。目前我國(guó)在考核環(huán)境噪聲是否達(dá)標(biāo)時(shí)采用《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》或《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》，在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)不同區(qū)域有不同的噪聲限值。一般在城區(qū)多為一類區(qū)，限值標(biāo)準(zhǔn)晝間為55 dB（A），夜間為45 dB（A）；在郊區(qū)多為二類區(qū)域，相應(yīng)的限值標(biāo)準(zhǔn)晝間為60 dB（A），夜間50 dB（A）。從對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，需要的降噪幅度很大，對(duì)應(yīng)的控制技術(shù)難度也很大。

　　在實(shí)際工作中，由于我公司所選用的都是配置好的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)，機(jī)組本身采取控制措施難度很大，而且不現(xiàn)實(shí)?？紤]到油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一般主要是其噪聲污染周圍環(huán)境，因此，如何有效地控制機(jī)房?jī)?nèi)油機(jī)噪聲對(duì)外輻射是一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)而且必須解決的問題。選擇的方案應(yīng)能作到既要有效地降低環(huán)境噪聲，又要組織好機(jī)房?jī)?nèi)的空氣流動(dòng)，滿足發(fā)電機(jī)組運(yùn)行需要的空氣流量，以保障機(jī)組的正常工作。單純降低噪音的外泄而犧牲油機(jī)房?jī)?nèi)的空氣流量會(huì)造成油機(jī)表面冷卻不均勻，減少油機(jī)的發(fā)電容量，影響正常使用。經(jīng)過多年來與環(huán)保部門的合作，對(duì)油機(jī)房進(jìn)行消噪聲處理，積累了一些治理經(jīng)驗(yàn)，主要是必須根據(jù)具體的機(jī)房項(xiàng)目來確定相應(yīng)的控制方案，這其中應(yīng)考慮機(jī)房所在區(qū)域的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式及油機(jī)機(jī)型、功率、冷卻風(fēng)量等因素。綜合控制的核心是等隔聲概念，即用一封閉的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將機(jī)組與外界隔離開來，減少聲源對(duì)外的聲輻射。所謂等隔聲概念就是整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分（如土建結(jié)構(gòu)部分和門、窗等部分）的隔聲量應(yīng)相當(dāng)。為機(jī)房與外界相通而預(yù)留的通道（如冷卻風(fēng)扇出口、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣出口、機(jī)房通風(fēng)換氣口等）必須設(shè)計(jì)成消聲通道，其插入損失也應(yīng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量相當(dāng)，只有這樣做才可保證機(jī)房外的環(huán)境噪聲達(dá)標(biāo)。

　　我們?nèi)砸砸慌_(tái)500 kW進(jìn)口機(jī)組為例，油機(jī)房室內(nèi)墻面設(shè)計(jì)為貼吸音板，同時(shí)用吸音板吊頂，經(jīng)過這樣的吸聲處理后既增加了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲量，又可降低油機(jī)房?jī)?nèi)的混響聲，一般可有3~5dB（A）的效果。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中的高頻噪音，因其波長(zhǎng)短，采用阻擋的方式即可達(dá)到目的。由于發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中低頻成分更為豐富，單純阻擋不能達(dá)到滿意效果，因此消聲通道應(yīng)選用阻抗復(fù)合結(jié)構(gòu)，借助抗性結(jié)構(gòu)的消聲特性來控制低頻噪聲的傳播。經(jīng)過有效控制的機(jī)房噪聲都可在保證機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下滿足相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到晝間為55 dB（A），夜間45 dB（A）。這一點(diǎn)在我們以前的工作中己得到證實(shí)。

　　現(xiàn)由于電話局油機(jī)房沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在土建施工階段因土建設(shè)計(jì)單位對(duì)通信電源設(shè)備的性能了解得不透徹，造成油機(jī)房布局和進(jìn)、排風(fēng)口安排不合理，在后期對(duì)油機(jī)房進(jìn)行消噪音處理時(shí)難度加大和投資量增多。例如我們以前治理過的某個(gè)油機(jī)房其進(jìn)風(fēng)口外為防火通道，不能占用，進(jìn)風(fēng)消音器只能安裝在油機(jī)房?jī)?nèi)，而油機(jī)房?jī)?nèi)部空間設(shè)計(jì)又過小，就造成進(jìn)風(fēng)消音器距發(fā)電機(jī)組過近，維護(hù)人員操作起來很不方便。為減少上述問題的出現(xiàn)和節(jié)約消噪音處理時(shí)的投資，通過總結(jié)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，建議今后油機(jī)房建設(shè)最好采用以下方案：盡量減少油機(jī)房門和窗戶的數(shù)量，避免油機(jī)噪聲的泄漏；盡量加大油機(jī)房進(jìn)風(fēng)口距油機(jī)基礎(chǔ)的距離，延長(zhǎng)消音距離，最好建設(shè)進(jìn)風(fēng)小室；在油機(jī)排風(fēng)口外增加擴(kuò)張室并盡量延長(zhǎng)油機(jī)房擴(kuò)張室的排風(fēng)距離。