怎樣降低柴油發電機機噪聲大的問題
發布時間：2024-02-20 點擊：186
詳解柴油發電機組噪聲治理技術措施
在企業生產的工作中我們經常會聽到柴油發電機組發出來的噪聲，如果機房位于地下室或者距離較遠的獨立機房可能會被我們忽略它的噪聲，但是大部分會影響我們的正常生活，例如施工現場作為主電源的柴油發電機組發出來的噪聲，那么對于機械噪音這塊我們國家是如何定義的呢？柴油發電機組噪聲是怎樣解決的呢？
圖1 單臺柴油發電機組隔音降噪工程圖紙
圖2 雙臺柴油發電機組隔音降噪工程圖紙
一、噪聲允許限值
1、國際標準
（1）iso標準
國際標準組織（iso）曾提出為保護人耳聽力，在每天工作8h情況下允許的連續噪聲為90db（a）；工作時間為4h，允許值可提高3db（a）；任何情況下都不允許超過115db（a）。
（2）美國環境保護局（epa）：
美國epa制定了針對不同地區和用途的噪音限制標準。根據epa標準，發電機房的噪音限制通常是以分貝（db）為單位的a聲級。具體的噪音限制取決于發電機房的用途和所在地區的規定。
（3）歐洲標準（en）：
歐洲標準化組織（cen）發布了針對發電機房噪音的標準en 20014-1。該標準規定了不同類型發電機房的噪音限制，包括室內和室外發電機房。
（4）國際電工委員會（iec）：
iec發布的標準iec 60034-9針對發電機組的噪音進行了規定。該標準定義了發電機組的聲功率級別和聲壓級別，并提供了相應的測試方法。
2、國標要求
（1）對柴油機噪聲的允許標準，國內在1986年發布了國家標準gb259-86《中小功率柴油機噪聲限值》（1987年3月1日實施）。對單缸機規定，水冷式標定功率neb≤9.5kw（約13馬力），噪聲功率極限值lω（a）≯107db（a）；neb>9.5kw，限值lω（a）≯109db（a）；風冷機限值lω（a）≯110db（a）。
（2）國家標準gb 12348-90和gb 12349-90對環境噪聲的要求：二類標準（適用于居住、商業、工業混雜區及商業中心區）晝間60db(a)、夜間50db(a)；三類標準（適用于工業區）晝間65db(a)、夜間55db(a)。
據估算，非增壓四沖程柴油機的進氣噪聲比表面噪聲大5～6db，增壓柴油機的進氣噪聲往往是發動機整機最強的噪聲源。進氣噪聲與進氣系統的設計有密切關系。增壓柴油機的進氣噪聲主要與增壓器的壓氣機有關。非增壓柴油機的進氣噪聲隨轉速的提高而迅速增強，但與負荷的變化基本上無關。這是由于轉速提高后，吸入空氣的流速增大，進氣管入口處空氣壓力脈動的強度和頻率隨之提高的原因。
二、機械噪聲定義和分類
1、機械噪聲
機械噪聲，指的是由于柴油發電機組運轉時，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機械部件和殼體產生振動而輻射噪聲。機械噪聲按聲源的不同可分為 3類：空氣動力性噪聲、機械性噪聲、電磁性噪聲。
（1）機械噪聲是由于柴油發電機組運轉時，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機械部件和殼體等發聲體產生無規律振動而輻射出的噪聲。
（2）機械噪聲的特性（如聲級大小、頻率特性和時間特性等）與激發力特性、物體表面振動的速度、邊界條件及其固有的振動模式因素有關。
（3）提高機器制造的精度，改善機器的傳動系統，減少部件間的撞擊和摩擦，正確地校準中心調整好平衡，適當地提高機殼的阻尼等，都可以使機械振動盡可能地減低，這也是從聲源上降低噪聲的辦法。
2、機械噪聲按聲源的不同的分類
（1）空氣動力性噪聲：
由氣體振動產生，如排煙管、排風等產生的噪聲。
（2）機械性噪聲：
由固體振動產生，如齒輪、軸承和殼體等振動產生的噪聲；
（3）電磁性噪聲：
由電磁振動產生，如發電機等產生的噪聲。
三、控制噪聲原理
發電機組的噪聲主要分為排煙噪聲、機械噪聲和機組振動噪聲三部分，針對三部分的噪聲，進行環保降噪治理。通過隔振、吸聲、消聲及隔聲等措施，使機組對環境的噪聲影響降至相關環保法規允許的范圍內：
1、隔振
將振動源與環境通過隔振措施，使設備產生的激振力被減振裝置所隔絕，使固體聲得到有效抑制。
激振頻率f與振動系統固有頻率fo存在如下關系：
f/fo值越大，振動的傳遞越小，則隔振效果越好，要獲得好的隔振效果，應使振動系統固有頻率fo遠小于激振頻率f，以提高f/fo的比值。為降低造價，工程上常取f/fo=2.5～5。
① 金屬彈簧減振器
金屬彈簧減振器是一種應用很廣的隔振裝置，其力學性能穩定，能承載較重載荷，壓縮范圍寬，而且系統的固有頻率低，因此，在大機組的隔振，明顯地優于其他種類的隔振元件。缺點是自身固有阻尼小，容易傳遞高頻振動，有可能使系統共振。
② 橡膠減振器
橡膠減振器也是工程上常用的一種隔振裝置。橡膠適用于受壓場所，其結構簡單，性能可靠，安裝方便。但橡膠隔振器導熱性差，隨著使用期的增加而變硬，因此，在選用橡膠減振器時，應選用耐油耐酸堿型。
在機房安裝中，以下地方需隔振處理：機組與基礎、機組與連接的管道、管道（一次消聲器）與樓板的固定。
2、吸聲
①聲波在傳播過程中，遇到各類材料時，會發生一部分聲能被反射，一部分聲能被吸收現象。通過對聲能的吸收，降低機房內的混響聲，從而達到整體降低噪聲的效果。
②利用吸聲材料或吸聲結構來吸收聲能以降低噪聲。某種材料或結構具有吸收聲能的能力，則這材料或結構就稱為吸聲材料或吸聲結構。吸聲材料和吸聲結構的種類，主要有多孔材料、亥姆霍茲共振器、穿孔板吸聲結構（包括微穿孔板吸聲結構）、薄板共振吸聲結構、柔順材料等。
③發電機組的噪聲級一般在94db@7m，安裝于四面光滑的機房內，機房內的噪聲級可達到103～105db（a）@1m，因此，在機房的四周墻體及天花作吸聲體，吸收部分聲能，減少由于聲波反射產生的混響聲。
3、消聲
在聲波入射到多孔材料時，即可激起小孔或纖維的空氣運動，緊靠孔壁或纖維表面的空氣，因孔壁的影響，產生粘滯作用，使聲波與多孔材料產生摩擦使聲能轉化熱能，從而得衰減。機房作為一個相對密閉的環境，進、排風口作阻性消聲器，降低噪聲的外泄。消聲器的消聲量可達25db/米。
4、隔聲
隔聲即用構件將噪聲源和接收者分開，隔離空氣噪聲的傳播，從而降低噪聲污染程度。 其原理是聲波在空氣傳播過程中，因擴散與障礙物的阻擋作用，聲能影響局限于聲源附近，從而起到隔絕噪聲源的作用。采用適當隔聲設施，能降低噪聲級20db（a）～50db（a）。這些設施包括隔墻、隔聲間、隔聲罩、隔聲門（如圖3所示）和隔聲窗（如圖4所示）等。
圖3 發電機房隔聲門結構示意圖
圖4 發電機房觀察窗隔音措施示意圖
四、治理措施
根據康明斯發電機組噪聲治理原則，經過綜合分析，采用下列噪聲治理措施。
1、機房土建要求
發電機房總體布置如圖5和圖6所示。由柴油發電機組的噪聲頻譜可知，要達到噪聲治理要求，機房的墻及屋頂的隔聲量必須達到65（a）的要求。由有關資料可知，采用240mm磚墻、雙面抹灰，隔聲量可達52.6（a），雖然達不到上述要求，但其不足部分可通過發電機組機房室內吸聲來實現。
圖5 柴油發電機房布置俯視圖
圖6 柴油發電機組降噪措施布置圖
2、消防門的隔音處理
為減少噪聲，隔聲門宜采用雙層鋼板，內側進行阻尼處理，內填充吸聲材料，并做成門斗形式，采用兩個隔聲門。
3、室內的吸聲處理
由于柴油發電機組安裝在密閉式的房間內，因此其混響聲比較嚴重，必須在室內作吸聲處理。頂部加吸聲吊頂，四周采用厚巖棉，作吸聲材料，容重80~100kg/m3，中空，外加微穿孔鋁板，吸聲面積約占室內總面積的70％，經估算其吸聲量約為12db（a），這樣可彌補隔墻隔聲量的不足。
4、進、排風道的消聲設計
一般柴油發電機組排風量為8000m3/h左右，進風量為100000m3/h左右，為了提高進、排風的消聲效果，在設計消聲道尺寸時，應保證進、排風的速度小于5m/s，以減少再生噪聲的影響。本設計采用片式長方形消聲結構，為了消除低頻噪聲，消聲片厚度取100mm，消聲道的長度取5400mm，氣流通道寬度取200mm，吸聲材料為巖棉板，密度為80、100kg/m3。
按吸聲材料、吸聲系數、消聲器長度、通流截面等計算平均消聲量為63.6db（a）?？紤]到室內消聲處理，其進排風道消聲量基本滿足消聲要求。
5、排氣消聲器的設計
柴油機的排氣噪聲是整機噪聲中貢獻最大的聲源。由于排氣流為高溫、高壓、高速氣流，要求消聲器具有擴散、降速、變頻或改變噴注氣流參數等功能，才能使其具有明顯的降噪效果。根據理論估算，消聲器的消聲量約為32.2db（a），不能滿足消聲要求。再考慮到低頻消聲，故再增加兩級擴張式消聲器。由于機組排氣噪聲峰值頻率為200hz，另外考慮到低頻段的影響，取兩級擴張室的中心頻率分別是125hz和200hz。經理論估算，兩級擴張室消聲器消聲量為40db（a）左右，這樣排氣消聲
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圖1 單臺柴油發電機組隔音降噪工程圖紙
圖2 雙臺柴油發電機組隔音降噪工程圖紙
一、噪聲允許限值
1、國際標準
（1）iso標準
國際標準組織（iso）曾提出為保護人耳聽力，在每天工作8h情況下允許的連續噪聲為90db（a）；工作時間為4h，允許值可提高3db（a）；任何情況下都不允許超過115db（a）。
（2）美國環境保護局（epa）：
美國epa制定了針對不同地區和用途的噪音限制標準。根據epa標準，發電機房的噪音限制通常是以分貝（db）為單位的a聲級。具體的噪音限制取決于發電機房的用途和所在地區的規定。
（3）歐洲標準（en）：
歐洲標準化組織（cen）發布了針對發電機房噪音的標準en 20014-1。該標準規定了不同類型發電機房的噪音限制，包括室內和室外發電機房。
（4）國際電工委員會（iec）：
iec發布的標準iec 60034-9針對發電機組的噪音進行了規定。該標準定義了發電機組的聲功率級別和聲壓級別，并提供了相應的測試方法。
2、國標要求
（1）對柴油機噪聲的允許標準，國內在1986年發布了國家標準gb259-86《中小功率柴油機噪聲限值》（1987年3月1日實施）。對單缸機規定，水冷式標定功率neb≤9.5kw（約13馬力），噪聲功率極限值lω（a）≯107db（a）；neb>9.5kw，限值lω（a）≯109db（a）；風冷機限值lω（a）≯110db（a）。
（2）國家標準gb 12348-90和gb 12349-90對環境噪聲的要求：二類標準（適用于居住、商業、工業混雜區及商業中心區）晝間60db(a)、夜間50db(a)；三類標準（適用于工業區）晝間65db(a)、夜間55db(a)。
據估算，非增壓四沖程柴油機的進氣噪聲比表面噪聲大5～6db，增壓柴油機的進氣噪聲往往是發動機整機最強的噪聲源。進氣噪聲與進氣系統的設計有密切關系。增壓柴油機的進氣噪聲主要與增壓器的壓氣機有關。非增壓柴油機的進氣噪聲隨轉速的提高而迅速增強，但與負荷的變化基本上無關。這是由于轉速提高后，吸入空氣的流速增大，進氣管入口處空氣壓力脈動的強度和頻率隨之提高的原因。
二、機械噪聲定義和分類
1、機械噪聲
機械噪聲，指的是由于柴油發電機組運轉時，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機械部件和殼體產生振動而輻射噪聲。機械噪聲按聲源的不同可分為 3類：空氣動力性噪聲、機械性噪聲、電磁性噪聲。
（1）機械噪聲是由于柴油發電機組運轉時，部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力，使機械部件和殼體等發聲體產生無規律振動而輻射出的噪聲。
（2）機械噪聲的特性（如聲級大小、頻率特性和時間特性等）與激發力特性、物體表面振動的速度、邊界條件及其固有的振動模式因素有關。
（3）提高機器制造的精度，改善機器的傳動系統，減少部件間的撞擊和摩擦，正確地校準中心調整好平衡，適當地提高機殼的阻尼等，都可以使機械振動盡可能地減低，這也是從聲源上降低噪聲的辦法。
2、機械噪聲按聲源的不同的分類
（1）空氣動力性噪聲：
由氣體振動產生，如排煙管、排風等產生的噪聲。
（2）機械性噪聲：
由固體振動產生，如齒輪、軸承和殼體等振動產生的噪聲；
（3）電磁性噪聲：
由電磁振動產生，如發電機等產生的噪聲。
三、控制噪聲原理
發電機組的噪聲主要分為排煙噪聲、機械噪聲和機組振動噪聲三部分，針對三部分的噪聲，進行環保降噪治理。通過隔振、吸聲、消聲及隔聲等措施，使機組對環境的噪聲影響降至相關環保法規允許的范圍內：
1、隔振
將振動源與環境通過隔振措施，使設備產生的激振力被減振裝置所隔絕，使固體聲得到有效抑制。
激振頻率f與振動系統固有頻率fo存在如下關系：
f/fo值越大，振動的傳遞越小，則隔振效果越好，要獲得好的隔振效果，應使振動系統固有頻率fo遠小于激振頻率f，以提高f/fo的比值。為降低造價，工程上常取f/fo=2.5～5。
① 金屬彈簧減振器
金屬彈簧減振器是一種應用很廣的隔振裝置，其力學性能穩定，能承載較重載荷，壓縮范圍寬，而且系統的固有頻率低，因此，在大機組的隔振，明顯地優于其他種類的隔振元件。缺點是自身固有阻尼小，容易傳遞高頻振動，有可能使系統共振。
② 橡膠減振器
橡膠減振器也是工程上常用的一種隔振裝置。橡膠適用于受壓場所，其結構簡單，性能可靠，安裝方便。但橡膠隔振器導熱性差，隨著使用期的增加而變硬，因此，在選用橡膠減振器時，應選用耐油耐酸堿型。
在機房安裝中，以下地方需隔振處理：機組與基礎、機組與連接的管道、管道（一次消聲器）與樓板的固定。
2、吸聲
①聲波在傳播過程中，遇到各類材料時，會發生一部分聲能被反射，一部分聲能被吸收現象。通過對聲能的吸收，降低機房內的混響聲，從而達到整體降低噪聲的效果。
②利用吸聲材料或吸聲結構來吸收聲能以降低噪聲。某種材料或結構具有吸收聲能的能力，則這材料或結構就稱為吸聲材料或吸聲結構。吸聲材料和吸聲結構的種類，主要有多孔材料、亥姆霍茲共振器、穿孔板吸聲結構（包括微穿孔板吸聲結構）、薄板共振吸聲結構、柔順材料等。
③發電機組的噪聲級一般在94db@7m，安裝于四面光滑的機房內，機房內的噪聲級可達到103～105db（a）@1m，因此，在機房的四周墻體及天花作吸聲體，吸收部分聲能，減少由于聲波反射產生的混響聲。
3、消聲
在聲波入射到多孔材料時，即可激起小孔或纖維的空氣運動，緊靠孔壁或纖維表面的空氣，因孔壁的影響，產生粘滯作用，使聲波與多孔材料產生摩擦使聲能轉化熱能，從而得衰減。機房作為一個相對密閉的環境，進、排風口作阻性消聲器，降低噪聲的外泄。消聲器的消聲量可達25db/米。
4、隔聲
隔聲即用構件將噪聲源和接收者分開，隔離空氣噪聲的傳播，從而降低噪聲污染程度。 其原理是聲波在空氣傳播過程中，因擴散與障礙物的阻擋作用，聲能影響局限于聲源附近，從而起到隔絕噪聲源的作用。采用適當隔聲設施，能降低噪聲級20db（a）～50db（a）。這些設施包括隔墻、隔聲間、隔聲罩、隔聲門（如圖3所示）和隔聲窗（如圖4所示）等。
圖3 發電機房隔聲門結構示意圖
圖4 發電機房觀察窗隔音措施示意圖
四、治理措施
根據康明斯發電機組噪聲治理原則，經過綜合分析，采用下列噪聲治理措施。
1、機房土建要求
發電機房總體布置如圖5和圖6所示。由柴油發電機組的噪聲頻譜可知，要達到噪聲治理要求，機房的墻及屋頂的隔聲量必須達到65（a）的要求。由有關資料可知，采用240mm磚墻、雙面抹灰，隔聲量可達52.6（a），雖然達不到上述要求，但其不足部分可通過發電機組機房室內吸聲來實現。
圖5 柴油發電機房布置俯視圖
圖6 柴油發電機組降噪措施布置圖
2、消防門的隔音處理
為減少噪聲，隔聲門宜采用雙層鋼板，內側進行阻尼處理，內填充吸聲材料，并做成門斗形式，采用兩個隔聲門。
3、室內的吸聲處理
由于柴油發電機組安裝在密閉式的房間內，因此其混響聲比較嚴重，必須在室內作吸聲處理。頂部加吸聲吊頂，四周采用厚巖棉，作吸聲材料，容重80~100kg/m3，中空，外加微穿孔鋁板，吸聲面積約占室內總面積的70％，經估算其吸聲量約為12db（a），這樣可彌補隔墻隔聲量的不足。
4、進、排風道的消聲設計
一般柴油發電機組排風量為8000m3/h左右，進風量為100000m3/h左右，為了提高進、排風的消聲效果，在設計消聲道尺寸時，應保證進、排風的速度小于5m/s，以減少再生噪聲的影響。本設計采用片式長方形消聲結構，為了消除低頻噪聲，消聲片厚度取100mm，消聲道的長度取5400mm，氣流通道寬度取200mm，吸聲材料為巖棉板，密度為80、100kg/m3。
按吸聲材料、吸聲系數、消聲器長度、通流截面等計算平均消聲量為63.6db（a）?？紤]到室內消聲處理，其進排風道消聲量基本滿足消聲要求。
5、排氣消聲器的設計
柴油機的排氣噪聲是整機噪聲中貢獻最大的聲源。由于排氣流為高溫、高壓、高速氣流，要求消聲器具有擴散、降速、變頻或改變噴注氣流參數等功能，才能使其具有明顯的降噪效果。根據理論估算，消聲器的消聲量約為32.2db（a），不能滿足消聲要求。再考慮到低頻消聲，故再增加兩級擴張式消聲器。由于機組排氣噪聲峰值頻率為200hz，另外考慮到低頻段的影響，取兩級擴張室的中心頻率分別是125hz和200hz。經理論估算，兩級擴張室消聲器消聲量為40db（a）左右，這樣排氣消聲
什么是柴油發電機組全自動并機柜工程設計？
最常見柴油發電機組應用市場有哪些？
相同功率的柴油發電機組價格為什么差異那么大？
康明斯柴油發電機的配氣機構是進氣和排氣的控制機構
大型酒店備用康明斯柴油發電機組價格是多少？
柴油發電機組軸頸磨損、圓柱度超差的原因及修理方法
柴油發電機的工作原理是什么，靜音柴油發電機有哪些內容
柴油發電機組凸輪軸凸軸的設計介紹