從設(shè)計(jì)者角度探討低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組噪聲抑制的兩種設(shè)計(jì)方法

　　簡要說明：柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲是一種嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)人們的身心健康危害極大。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，降噪呼聲越來越高。所以，如何抑制柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲，乃是設(shè)計(jì)工作者急待解決的課題。本文通過幾種低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從設(shè)計(jì)角度闡述柴油發(fā)電機(jī)組噪聲抑制的具體方法。

　　低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用于部隊(duì)、郵電通訊、工程施工等場(chǎng)，作為常用或備用電源。國外許多先進(jìn)工業(yè)國家早在60年代就開始研究低噪聲電站，目前已形成系列產(chǎn)品。國內(nèi)這方面研究起步較晚，近幾年，雖已先后研制出幾種規(guī)格的低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組，但仍不能滿足市場(chǎng)需求。況且其降噪措施及設(shè)計(jì)方法還不成熟，有必要進(jìn)一步深入研究探討。筆者通過幾種低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試，積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)，從設(shè)計(jì)角度闡述柴油發(fā)電機(jī)組噪聲抑制的具體方法。
　　
　　1　柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲
　　
　　柴油發(fā)電機(jī)組是由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等聯(lián)接而成,其噪聲聲壓級(jí)一般在90～110dB(A)之間，大大超過了有關(guān)噪聲保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
　　
　　柴油機(jī)的噪聲包括：各運(yùn)轉(zhuǎn)件的摩擦、沖擊產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，風(fēng)扇噪聲、燃燒噪聲，進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲等；發(fā)電機(jī)的噪聲包括:電磁噪聲,機(jī)械噪聲、風(fēng)扇噪聲等。
　　
　　機(jī)組噪聲向空間輻射主要通過以下三個(gè)途徑：　　
　　(1)通過外表面向外輻射機(jī)體的機(jī)械噪聲(包括風(fēng)扇噪聲、進(jìn)氣噪聲)；
　　(2)通過廢氣排氣口向外輻射的排氣噪聲；　　
　　(3)機(jī)組振動(dòng)通過公共底架等周圍構(gòu)件傳播的固體聲,機(jī)械噪聲多是寬帶連續(xù)頻譜,其最強(qiáng)的頻率一般在125～1000Hz之間。
　　
　　排氣噪聲呈低頻特性，它一般較機(jī)械噪聲高約10dB(A)，其最強(qiáng)噪聲的頻率與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、缸數(shù)成正比，與沖程數(shù)成反比。
　　
　　固體聲一般不大，呈中、高頻特性。
　　
　　大量實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：頻率不同，即使聲壓級(jí)相同，人耳感覺的響度也不同，人耳對(duì)1000Hz的聲音最敏感，對(duì)高頻聲比對(duì)低頻聲的靈敏性要好，為此，應(yīng)將降低機(jī)組噪聲的重點(diǎn)放在500～3000Hz頻率上。
　　
　　2　降低噪聲的方法
　　
　　降低噪聲的方法很多，目前國內(nèi)外主要針對(duì)機(jī)組噪聲輻射的三個(gè)途徑分別進(jìn)行抑制，即設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)組隔聲罩及高性能的排氣消聲器，以降低機(jī)械噪聲和排氣噪聲；采取減振措施，降低振動(dòng)，以減少固體聲的傳播與再生噪聲的產(chǎn)生。
　　
　　降低噪聲處理后機(jī)組噪聲一般能降低20～30dB(A)，總體噪聲能達(dá)到65～85dB(A)(距離聲罩周圍1m處)。
　　
　　2.1　隔聲罩的設(shè)計(jì)
　　
　　隔聲罩是低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組的主要部件，它主要用于降低機(jī)組機(jī)械噪聲，風(fēng)扇排氣噪聲，進(jìn)氣噪聲與發(fā)電機(jī)的電磁噪聲等。
　　
　　隔聲罩主要依據(jù)聲學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，其罩壁有單層、雙層及多層結(jié)構(gòu)，為降低成本，縮小外形尺寸，柴油發(fā)電機(jī)組隔聲罩通常設(shè)計(jì)成單層結(jié)構(gòu)。其罩壁一般是外殼采用鋼板或鋁板，板內(nèi)鋪貼上多孔吸聲材料，隔聲與吸聲同時(shí)起作用，使降噪效果更好。
　　
　　多孔吸聲材料如：玻璃絲棉、巖棉、超細(xì)玻璃棉、泡沫塑料等。吸聲材料外表貼上玻璃絲布，亦可在其外表覆蓋一層穿孔率為20%左右的穿孔板，以保護(hù)表面不致散落破壞，并提高吸聲性能。對(duì)隔聲罩來說，共振頻率與臨界頻率是兩個(gè)特別應(yīng)注意的頻率。當(dāng)聲波頻率等于板的共振頻率fo或fo的整數(shù)倍數(shù)時(shí)，板與聲波將發(fā)生共振,隔聲效果急驟下降，此時(shí)的頻率稱為共振頻率。

    fx.g=0.45Cph[(x/a)²+(y/b)²]式中　
    fx.y——板的x、y階固有共振頻率；
    Cp——板中縱波速度m/s，鋼板Cp=5.2×103m/s；
    h——板的厚度；
    a、b——板的長與寬；
    x、y——任意正整數(shù)。

    當(dāng)某一頻率的聲波以一定的角度投影到隔聲板上，人射聲波的波長在板上的投影剛好等于板的固有彎曲波的波長，從而激發(fā)板材發(fā)生彎曲波形式的振動(dòng)，使得隔聲效果下降，這種現(xiàn)象謂之“吻合效應(yīng)”。臨界頻率是指發(fā)生聲波吻合效應(yīng)的最低頻率，對(duì)于鋼板,臨界頻率fc=12800t(Hz)，其中t為板厚(mm)。在有可能產(chǎn)生共振的隔聲板上必須涂粘阻尼材料,如:瀝青浸麻袋片、玻璃布、氈類、石棉絨以及阻尼漆等。應(yīng)盡量選用重而軟的隔聲板,使其臨界頻率高于聲波頻率，或者選用厚且剛度大的隔聲板，使其臨界頻率低于聲波頻率，以免產(chǎn)生吻合效應(yīng)。

    進(jìn)行降噪處理時(shí)，需按照國家或部門的有關(guān)規(guī)定確定容許隔聲量，分析柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲特性和分布狀況，以確定合理的隔聲方案及隔聲罩結(jié)構(gòu)。由于柴油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)需要不斷地吸入新鮮空氣及通風(fēng)散熱，故隔聲罩設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮噪聲的降低，而且還要考慮通風(fēng)散熱，這兩者是相互矛盾的。如果要降低噪聲，隔聲罩開口就要小一些，但開口太小，柴油機(jī)燃燒用空氣及通風(fēng)散熱又滿足不了，開口太大，噪聲又會(huì)外泄。所以，隔聲罩設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮這矛盾的兩個(gè)方面，并在進(jìn)、排風(fēng)道上加裝片式阻性消聲器。
　　
　　這種消聲器結(jié)構(gòu)簡單，中、高頻消聲效果較好，消聲量一般可達(dá)15～20dB/m，阻力系數(shù)也不大，片間距離可取0.1～0.2m，片厚可取0.05～0.15m。為滿足消聲量及隔聲罩結(jié)構(gòu)要求，可將風(fēng)道設(shè)計(jì)成彎角，突(漸)縮、突(漸)擴(kuò)等形狀。隔聲罩設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少孔隙漏聲，否則，煞費(fèi)苦心的設(shè)計(jì)也會(huì)因漏聲而達(dá)不到預(yù)期效果。
　　
　　2.2　排氣消聲器的設(shè)計(jì)
　　
　　排氣消聲器主要從消聲性能、空氣動(dòng)力性能與結(jié)構(gòu)性能三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià),它應(yīng)有較高的、頻帶較寬的消聲量、較小的阻力損失及結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。柴油機(jī)排氣消聲器,通常設(shè)計(jì)成微穿孔板阻抗復(fù)合式,它在低、中、高頻都具有較高的消聲量,能夠承受高溫和氣流的沖擊,阻損低,再生噪聲小,消聲量可達(dá)20dB(A)以上。常用微穿孔板阻抗復(fù)合式消聲器結(jié)構(gòu)見圖3。
　　
　　此種消聲器特別是微穿孔管段的有關(guān)理論和計(jì)算方法還不完善,一般須通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量后方可評(píng)價(jià)其性能優(yōu)劣。消聲器的膨脹比m(m=D2/d2)與消聲量關(guān)系較大,故設(shè)計(jì)時(shí)要合理選擇,一般宜控制在4～15之間,在一定范圍內(nèi),m越大,消聲效果越好,但m不能太大,否則膨脹室截面過大,使中、高頻聲波在消聲器內(nèi)不以平面波形式傳播,而呈束狀波通過,遂導(dǎo)致消聲量顯著下降。在低頻范圍內(nèi),當(dāng)波長比膨脹室尺寸大得多時(shí),由于膨脹室自身相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器,因此會(huì)影響消聲器有效的低頻消聲范圍。穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)——吸聲系數(shù)和頻帶寬度主要由穿孔率和孔徑確定。微穿孔板的孔徑在0.5～1mm范圍,穿孔率在1%～3%比較好,厚度一般在0.5～1mm之間。通常多采用雙層微穿孔板,以達(dá)到寬頻帶與高頻吸收,前面接近氣流的一層穿孔率有時(shí)略高于后層,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　結(jié)束語
　　
　　(1)柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲是一種嚴(yán)重的環(huán)境污染,對(duì)人們的身心健康危害極大。隨著人們生活水平的不斷提高,環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng),降噪呼聲越來越高。所以,如何抑制柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲,乃是設(shè)計(jì)工作者急待解決的課題。
　　
　　(2)本文提出的隔聲罩與排氣消聲器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是切實(shí)可行的,有明顯的降噪效果,可供設(shè)計(jì)者借鑒。
　　
　　(3)低噪聲柴油發(fā)電機(jī)組的降噪效果,因受制造、材料等因素的影響,會(huì)產(chǎn)生偏差,所以,其實(shí)際水平應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試、綜合比較后才能評(píng)定。