新聞主題	柴油發(fā)電機靜音箱體外觀(guān)和結構

 

摘要： 柴油發(fā)電機組防音箱體結構的設計，主要考慮能夠容納所有配套件（包括柴油機、發(fā)電機、啟動(dòng)電池、斷路器、控制系統和消聲組件等）和降噪所需空間、足夠的進(jìn)排風(fēng)通道面積，滿(mǎn)足額定功率輸出，并安全、可靠運行，同時(shí)便于操作、檢修、裝卸、運輸、安裝、防塵、防雨雪和組裝等。力求用最小的體積，較低的制造和運輸成本達到各項技術(shù)指標和功能。

 

一、防音箱體外形的設計

 

      防音箱體外形通常采用正長(cháng)方體設計，該方案適用于室內外使用環(huán)境，具有適應性和機動(dòng)性較強，制造工藝性也較好的特點(diǎn)。為了節省空間和縮短長(cháng)度，有時(shí)也采用在兩下端切為斜角并作為進(jìn)、排風(fēng)口的方案，但其缺點(diǎn)是容易吸入或吹揚地面的塵土、安裝于機房?jì)葧r(shí)很難將熱風(fēng)引排至室外。靜音箱外罩示例如圖1所示，無(wú)外置裸機外觀(guān)如圖2所示。

1、防音箱體外形尺寸的設計

（1）長(cháng)度≥柴油機＋水箱＋發(fā)電機組件總長(cháng)度＋降噪進(jìn)風(fēng)室長(cháng)度＋降噪排風(fēng)室長(cháng)度＋吸音組件厚度。

（2）寬度≥柴油機＋水箱＋吸音組件厚度。

（3）高度≥柴油機＋水箱＋減震組件＋排氣管組件＋水箱注水口空間＋吸音組件厚度。

（4）注意事項：

① 基于低噪聲柴油發(fā)電機組通常為細長(cháng)形的結構特點(diǎn)，在滿(mǎn)足使用條件的前提下，優(yōu)先控制防音箱體的長(cháng)度，控制系統、開(kāi)關(guān)、電池和接線(xiàn)等組件盡量利用其他空間設置。

② 對于個(gè)別過(guò)于細長(cháng)機型，箱體可以適當加寬，使其搬移和運行更為平穩，同時(shí)外觀(guān)也較為協(xié)調美觀(guān)。

③ 在確定箱體的高度時(shí)，應注意水箱注水操作和觀(guān)察水位的空間，必要時(shí)可以將注水口設置在機箱外頂部。

④ 個(gè)別機型的增壓器和排氣管等高發(fā)熱（最高溫度可達600℃）組件可能比較靠近邊緣，在確定箱體外形尺寸時(shí)，要充分考慮箱壁與其保持足夠的距離，避免發(fā)電機組長(cháng)時(shí)間運行時(shí)產(chǎn)生高溫烤壞吸音材料或箱板。另外，發(fā)電機組在啟動(dòng)和停機過(guò)程中部分組件擺幅較大，箱壁也應與其保持足夠的距離，避免產(chǎn)生撞傷和敲擊異聲。

2、防音箱體操作門(mén)及檢修門(mén)的設計

（1）操作門(mén)設計

      通常置于發(fā)電機端（進(jìn)風(fēng)側）的端部或兩側，處于運行環(huán)境溫度相對較低的區域。操作門(mén)上一般裝鋼化玻璃觀(guān)察窗口，便于隨時(shí)察看發(fā)電機組的各種參數，同時(shí)兼有隔音作用。

（2）檢修門(mén)的設計

      應充分考慮滿(mǎn)足各種需要檢修或操作的方便及可能性。一般日常的保養、檢修項目，如更換三濾、頻率和電壓調整等，應能方便操作；對于周期較長(cháng)的保養、檢修項目，如更換電池和清理水箱等，也應力求方便，必要時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單拆卸個(gè)別板件就能進(jìn)行相應的操作。

3、防音箱體的防塵及防雨雪的設計

      發(fā)電機組安裝在戶(hù)外使用時(shí)，箱體設計應充分考慮防塵及防雨雪（即全天候）的需要。進(jìn)、排風(fēng)口一般采用百葉窗結構；對于環(huán)境粉塵污染較嚴重的區域，可以采用氣彈簧全密封窗或加百葉窗結構，運行時(shí)僅簡(jiǎn)單打開(kāi)密封窗即可，這時(shí)密封窗也兼有雨棚功能，但這種結構很難適用全自動(dòng)化發(fā)電機組；采用電動(dòng)百葉窗結構，既可防雨雪，停機備用時(shí)也能有效的防塵，同時(shí)滿(mǎn)足自動(dòng)化啟動(dòng)并有利于防潮和提高低溫加熱啟動(dòng)速度，但結構較為復雜、成本偏高。

      箱體上邊緣加設雨檐，可以避免或使較少雨水掉落在箱體表面；各門(mén)邊加設橡膠密封墊，可以避免雨水滲入箱體內和由于振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲；在箱體底部開(kāi)設排水孔，可以防止雨水積聚。

4、防音箱體的制造工藝性設計

      防音箱體的設計，應充分考慮加工和裝配時(shí)具有良好的制造工藝性，以便提高生產(chǎn)效率和降低成本；箱體應有足夠的剛性，以便在吊裝和運輸過(guò)程中安全、可靠和不容易變形。

 

圖1  柴油發(fā)電機組靜音箱外罩示意圖

圖2  開(kāi)放式柴油發(fā)電機組模型圖（無(wú)外罩）

 

二、底座結構的設計

 

      低噪聲柴油發(fā)電機組通常將油箱和機座設計為一個(gè)整體，使其只需簡(jiǎn)單地加油、加水，立即可以投入運行，同時(shí)由于該結構具有一定的彈性，對于降低發(fā)電機組運行時(shí)的振動(dòng)，對基礎的傳遞也有很大的作用。

1、機座的結構設計

      首先應滿(mǎn)足柴油機和發(fā)電機及附件的安裝及運行時(shí)所需的剛性、扭轉強度和動(dòng)態(tài)承載的要求，然后考慮其油箱的容積、加工的工藝性、總裝和搬移或吊裝的方便性等?？梢愿鶕煌瑱C型按常規標準型發(fā)電機組設計方法，確定其滿(mǎn)足剛性、扭轉強度和動(dòng)態(tài)承載的結構和數據。

2、底座油箱的設計

      通常低噪聲柴油發(fā)電機組油箱的容積，按發(fā)電機組滿(mǎn)負載運行8h左右的油耗設計，對于需要較長(cháng)時(shí)間連續運行的一體化基站小功率發(fā)電機組，油箱的容積可以達到運行15h以上，大容積油箱同時(shí)抬高了小型發(fā)電機組的高度，使其操作更為方便。同時(shí)，機座上應設計用于安裝、搬移或吊裝的裝置。室外安裝因為非常簡(jiǎn)易，落地至水平基礎即可。室內基本安裝布置如圖3和圖4所示。

 

圖3  靜音箱式發(fā)電機組室內側視安裝圖

圖4  靜音箱式發(fā)電機組室內平面安裝圖

 

三、降噪系統的結構設計

 

      降噪系統的結構設計主要是解決通風(fēng)條件和降低噪聲之間的矛盾，在有限的空間條件下，最大限度地降低噪聲，同時(shí)不影響發(fā)電機組標定功率的持續輸出。低噪聲柴油發(fā)電機組按噪聲等級，通常分為標準防音型（76～85dB/m）和超級防音型（60～75dB/m）。噪聲主要來(lái)自柴油機高速運轉產(chǎn)生的機械噪聲、冷卻發(fā)電機組所需空氣進(jìn)入和排出的風(fēng)噪聲，以及由氣缸內燃燒爆炸所產(chǎn)生的排氣噪聲等。降低系統的噪聲，主要是設計合理的結構和選擇合適的材料，通過(guò)隔聲、吸音和噪聲干擾等措施來(lái)實(shí)現，整機外觀(guān)結構如圖5所示。

1、進(jìn)、排風(fēng)口的設計

      進(jìn)、排風(fēng)口及其通道是低噪聲柴油發(fā)電機組結構設計的重要環(huán)節，關(guān)系到噪聲能否得到有效的控制，同時(shí)發(fā)電機組又能在合理的水溫條件下安全正常運行。進(jìn)風(fēng)口通常置于發(fā)電機側的端部，必要時(shí)可以在其兩側補充；排風(fēng)口一般置于柴油機側的前上部或兩側。

（1）進(jìn)風(fēng)口的有效通風(fēng)面積應大于水箱的面積，確保不低于標準裸機運行所需的通風(fēng)冷卻條件，保證發(fā)電機組在額定輸出功率和正常的水溫下運行，同時(shí)應將風(fēng)速控制在適當的范圍內：標準防音型風(fēng)速為8m/s；超級防音型風(fēng)速為6m/s。風(fēng)速增大，將會(huì )產(chǎn)生二次噪聲。風(fēng)速等于柴油機自帶風(fēng)扇標稱(chēng)的風(fēng)量與進(jìn)風(fēng)口有效通風(fēng)面積的比值。

（2）如果進(jìn)、排風(fēng)口采用百葉窗結構，應特別注意百葉的結構形狀和擺角，最大限度地利用有限的窗口面積提高通風(fēng)條件和降低風(fēng)阻。

（3）通常進(jìn)排風(fēng)通道采用擋板或隔板結構，使空氣的流動(dòng)改變方向和延長(cháng)與吸音材料的接觸距離，從而提高降噪效果。對于超級防音型發(fā)電機組，必要時(shí)可設計成多級或細長(cháng)的專(zhuān)用通道，以使噪聲得到更有效的控制。擋板或機箱壁與水箱應有足夠的距離，減少風(fēng)阻和空氣倒流，使排風(fēng)更為順暢。進(jìn)排風(fēng)通道的結構設計有較強的技巧性，在有限的空間選擇合理的位置和形狀可以得到最佳的效果。

2、隔聲的設計

      噪聲主要是通過(guò)空氣傳遞的，所以隔聲結構的設計應力求最大限度地密閉，使各種噪聲大部分控制在防音箱體內。

（1）盡量將吸音材料貼附在防音箱體面板上，減少噪聲的穿透傳播；

（2）在門(mén)窗的邊緣縫隙加墊、橡膠封條，以減少噪聲的泄漏傳播。

（3）在進(jìn)排風(fēng)通道設置合適的擋風(fēng)板，避免噪聲直接傳播到機箱外，同時(shí)加長(cháng)吸音通道的路徑，可以更有效地控制噪聲。

3、吸聲設計

（1）在防音箱體內及進(jìn)排風(fēng)通道鋪設吸音材料，能夠吸收大量的噪聲，減弱噪聲的傳播；

（2）進(jìn)、排風(fēng)通道越長(cháng)，降噪效果越好，但會(huì )增加風(fēng)阻，減弱通風(fēng)條件，設計時(shí)應取得其平衡，最好能再通過(guò)試驗獲取最佳組合結構和參數；

（3）吸音材料一般采用玻璃纖維棉表面加沖孔板，也可用發(fā)泡海綿等材料，前者吸音和耐高溫效果較好，后者制造工藝性較強；

（4）超靜音型發(fā)電機組可以通過(guò)加厚吸音材料和延長(cháng)進(jìn)排風(fēng)通道來(lái)實(shí)現，但機箱的體積也會(huì )隨之增大。

4、排氣系統降噪的設計

      排氣噪聲由于其頻段較寬，通常需要采用阻抗復合型消聲器（如圖6所示）對高頻和低頻噪聲進(jìn)行控制。工業(yè)型消聲器主要利用吸音材料減弱高頻段的噪聲；住宅型消聲器主要是利用氣體的干擾、壓縮和擴張降低中低頻段的噪聲。消聲器及其排氣管和彎頭都會(huì )對柴油機的排氣產(chǎn)生阻力，在結構設計時(shí)，必須將背壓控制在許可的范圍內，特別是排煙管道需要加長(cháng)時(shí)，更要進(jìn)行嚴格的校核，避免輸出功率下降，甚至發(fā)電機組無(wú)法正常運行。

（1）消聲器的設計

      目前，用在柴油發(fā)電機組排氣系統的主要是直管式消聲器。其消聲性能主要與通道的形式、長(cháng)度及吸聲材料的性能有關(guān)。

      直管式消聲器是阻性消聲器中最簡(jiǎn)單的一種。直管式消聲器消聲量計算公式為

ΔL=Φ(a₀)L×P/S

式中， ΔL——消聲量：

Φ(a₀) —— 與材料吸聲系數a₀有關(guān)的消聲系數（粗略計算時(shí)可取Φ(a₀)值為1）；

L——消聲器的有效長(cháng)度；

P——消聲器通道截面周長(cháng)；

S——消聲器通道截面積。

      由上式可知，阻性直管式消聲器的消聲量除與吸聲材料性能有關(guān)外，還與消聲器的有效長(cháng)度L及通道截面周長(cháng)P成正比，而與消聲器通道截面積S成反比。因此，增加有效長(cháng)度L和通道周長(cháng)與截面積之比P／S即可提高消聲量。當通道截面積因流量、流速要求而確定時(shí)，選擇合理的通道截面形狀，也可提高消聲效果。

      抗性消聲器的消聲性能主要與抗性膨脹室的膨脹比m及膨脹室的長(cháng)度L有關(guān)，膨脹比決定抗性消聲器消聲量的大小，長(cháng)度決定抗性消聲器的消聲頻率特性，抗性消聲器最大消聲量計算公式如下：

      當m＞5時(shí)，最大消聲量可近似由下式計算：

ΔL_max=201gm－6

      ΔL_max與m值的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1      ΔL_max與m值的關(guān)系

      由于單節阻性消聲器在大排氣流量下有高頻失效的缺點(diǎn)，因此在工程應用上常采用將阻性結構和抗性結構復合在一個(gè)消聲器里的設計，消聲器進(jìn)氣口串聯(lián)擴張室，為一級抗性消聲器，中間段以多根小口徑?jīng)_孔管替代一個(gè)大口徑?jīng)_孔管以消除高頻通過(guò)，沖孔管與外筒間填充耐熱吸音材料形成阻性消聲器，后段再串聯(lián)一個(gè)擴張室再連一節抗性消聲器。根據消聲量的需要，擴張腔式消聲器可多節串聯(lián)，一般可取2～4節串聯(lián)，消聲量在20～30dB（A）左右。

（2）排煙口的結構設計

      排煙口通常置于順排風(fēng)的區域，有利于將排煙吹散。排煙口的結構設計原則是：避免雨雪進(jìn)入、減少對操作區間的污染和煙塵的積聚。根據現場(chǎng)使用條件，排煙口可以有三種結構選擇：

① 橫向直接排放結構

      橫向直接排放結構簡(jiǎn)單，排煙安全可靠，但對操作區間會(huì )產(chǎn)生污染，可將排煙口引至較高或遠處地方。

②上排加活動(dòng)蓋結構

      該結構使廢氣直接向上排放，對操作區間污染較小，同時(shí)又能防雨雪和雜物進(jìn)入排煙口，但可靠性稍差，當蓋板動(dòng)作失效時(shí)，排煙口會(huì )進(jìn)水或排氣不暢。使用該結構時(shí)，除應精心設計和選用合理的材料提高其可靠性外，還應加強日常的保養和檢查，才能安全可靠工作。

③ 上排加固定雨蓋結構

      該結構安全可靠，但廢氣可能會(huì )下沉，污染操作區間，而且容易造成煙塵的積聚。使用時(shí)一般應將排煙口引至較高位置。

 

圖5  低噪聲柴油發(fā)電機組外形結構圖

圖6  柴油發(fā)電機組的阻抗復合型消聲器結構及外形圖

 

四、隔振系統及其他結構設計

 

      柴油機和發(fā)電機組件在高速運轉時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的振動(dòng)，主要通過(guò)底座和排氣管傳遞至基礎和建筑物，通?？梢栽诎l(fā)電機組與機座間、發(fā)電機組與排氣管中間設置減振裝置，減少發(fā)電機組的振動(dòng)并減輕振動(dòng)的傳播。

1、減振器的結構設計

      減振器通常置于柴油機、發(fā)電機組件與機座的中間。一般采用橡膠材料圓柱形結構，具有結構簡(jiǎn)單、減振性能好、成本也較低的優(yōu)點(diǎn)，但抗橫向剪切力和安全性較差；采用橡膠材料碗形結構，可以提高安全性；對于抗沖擊和振動(dòng)要求較高的發(fā)電機組，可以采用減振性能更好的彈簧減振器，但結構較復雜，成本也稍高。

2、膨脹節隔振器的結構設計

      排氣口的振動(dòng)很強、溫度很高，其振動(dòng)會(huì )通過(guò)排氣管傳遞到其他結構件和建筑物，所以在排氣口與排煙管之間設置不銹鋼材料的膨脹節，隔離振動(dòng)的傳播，同時(shí)不會(huì )因熱伸縮破壞其他結構件。

3、其他的結構設計

（1）啟動(dòng)電池盡量靠近啟動(dòng)機的位置，縮短電池連線(xiàn)，提高啟動(dòng)性能。

（2）消聲器組件應安裝在通風(fēng)良好的位置，通常置于排風(fēng)扇前面，有利于散熱。

（3）控制屏及電子元器件，應采取防振措施，防止損壞或失效。

（4）緊急停機按鈕應設置在機箱外部，便于突發(fā)事件的應急處置。

（5）應充分考慮加放柴油，加放機油和注放水的操作方便性。

 

總結：

      按照康明斯公司的供貨要求，標準防音型發(fā)電機組的噪聲一般在76～85dB（A），超級防音型發(fā)電機組的噪聲一般為60～75dB（A）。超級防音型發(fā)電機組是在標準防音型發(fā)電機組的基礎上對噪聲排放采取更加嚴格的控制措施，如采用迷宮式進(jìn)排風(fēng)通道設計等來(lái)實(shí)現的。低噪聲柴油發(fā)電機組的外形結構主要由柴油機、發(fā)電機、控制系統、機座（包括機底油箱）、排氣消聲系統、減振裝置、防音箱、進(jìn)風(fēng)降噪系統、排風(fēng)降噪系統以及周邊配套系統等組成。

 

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