柴油發(fā)電機機組噪聲控制

柴油機組噪聲是一種環(huán)境污染源。它由多種聲源構(gòu)成的，主要為空氣動力噪聲和表面輻射噪聲。在實際工作中，控制油機房噪音外泄是可行的，選擇的方案是綜合治理。若結(jié)合油機房結(jié)構(gòu)的調(diào)整，治理工作將更加簡單化。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機組；噪聲；綜合治理

文章編號(Article ID)：1009-9336(2001)05-0052 - 07

中圖分類號(CLC number)：Tk421.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼(Document code)：B

　　現(xiàn)代城市中的電信企業(yè)因本身行業(yè)的特點，通信設(shè)備的運行必須做到萬無一失。為保證交換機等通信設(shè)備的不間斷運行，一般多采用柴油發(fā)電機組做為自己的備用電源，一旦市電發(fā)生供電故障，即刻啟動柴油發(fā)電機組，通過市電/油機轉(zhuǎn)換屏（ATS）進(jìn)行切換，由柴油發(fā)電機組對通信設(shè)備提供電源，以保障電信業(yè)務(wù)的正常運行。

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

　　1 聲源分析

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

　　1．1 空氣動力噪聲

　　空氣動力噪聲是由于氣體的非穩(wěn)定過程，即由氣體的擾動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)氣噪聲是柴油機的主要空氣動力噪聲之一，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，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個壓力脈沖，而隨著活塞的繼續(xù)運動，它受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時，同樣產(chǎn)生一個有一定持續(xù)時間的壓力脈沖。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，當(dāng)氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時，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，空氣柱的共振噪聲在進(jìn)氣噪聲中也會較為突出。

　　對于采用渦輪增壓的發(fā)動機，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)動機。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)動機。

　　進(jìn)氣噪聲與發(fā)動機的進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計因素有關(guān)。對于同一臺發(fā)動機來說，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)動機噪聲中最主要的聲源，其噪聲一般要比發(fā)動機整機噪聲高出10~15dB（A）。發(fā)動機排氣屬高溫（800~l000℃）、高壓（3~4個大氣壓）氣體。排氣過程一般分為兩個階段，即自由排氣階段和強制排氣階段。發(fā)動機廢氣從排氣門高速沖出，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)動機排氣噪聲的主要因素有：汽缸壓力、排氣門直徑、發(fā)動機排量及排氣門開啟特性等。對同一臺發(fā)動機來說，發(fā)動機轉(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)扇運動導(dǎo)致的周圍空氣發(fā)生湍流脫體，使空氣發(fā)生擾動，形成氣體的壓縮與稀疏過程而形成的，是一個寬頻帶噪聲。

　　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)致其聲級增加10~15dB（A）。在低速時風(fēng)扇噪聲要比發(fā)動機噪聲低很多，而在高速時，往往會成為主要的噪聲源。目前我公司使用的柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速多為1 500轉(zhuǎn)/分鐘，屬于高轉(zhuǎn)速油機。

　　1．2 表面輻射噪聲

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

　　2 噪聲控制措施

　　2．1 空氣動力噪聲控制

　　2．1．1 進(jìn)氣噪聲控制

　　一般發(fā)動機均裝有空氣濾清器，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，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)計不甚合理以及加工工藝存在問題，后一個問題可以通過提高工藝水平加以改善；前一個問題則涉及消聲器的設(shè)計思路。通常消聲器設(shè)計主要憑經(jīng)驗，一些設(shè)計計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、高速脈動氣流的存在。此種狀態(tài)的氣流將會影響消聲器內(nèi)部的聲場分布、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)動機排氣的高速脈動氣流再生噪聲，其次是這種氣流會沖擊消聲器的管路、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，都會導(dǎo)致消聲器消聲性能的下降，同時氣流速度過高也會加大消聲器的壓力損失也會造成消聲性能下降。