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機房設計與設備安裝 |
發(fā)電機房消音降噪處理方案 |
摘要：一般情況下發(fā)電機房設置在獨立的大樓中的地下室，機房的排風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口就設在機房的側墻上，柴油發(fā)電機組的排煙口也應直接向外排放，未治理前，發(fā)電機房的運行時(shí)產(chǎn)生約110分貝的噪聲，其震動(dòng)噪音多為中低頻噪音具有穿透性強和傳播范圍廣的特點(diǎn)，必然對周?chē)h(huán)境造成污染。
一、柴油機房設計與噪聲分析
1、 柴油機房設計依據
（1）《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《噪聲污染防治法》；
（2）國家環(huán)境噪聲標準（GB12348-19XX或GB3096-93）；
（3）國家環(huán)境噪聲測量方法（GB12349-19XX）；
（4）現場(chǎng)查看污染源概況；
（5）用戶(hù)提供的有關(guān)的尺寸規格和要求。
2、 柴油機房設計原則
（1） 設計中努力遵循技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟合理相統一的原則，以實(shí)現技術(shù)的先進(jìn)性，可靠性和最佳的經(jīng)濟成本。
（2）根據現場(chǎng)實(shí)際情況，制定先進(jìn)合理的綜合治理方案，力求治理效果穩定，治理費用經(jīng)濟，不影響設備正常運行和管理操作，便于維修和保養。
（3）設計始終貫徹對用戶(hù)負責的原則，全面考慮發(fā)電機組的運行溫度，防止損失、使用壽命等綜合因素，以確保發(fā)電機組處于良好的運行條件。
3、柴油機聲功率計算分析
通過(guò)對柴油機的輻射噪聲計算，得到了柴油機表面輻射聲功率譜和聲場(chǎng)的輻射聲功率譜。根據該頻譜可以得到柴油機表面總的聲功率級為118. 4dB，聲場(chǎng)的總聲功率級為107. 5dB。從柴油機表面輻射聲功率譜上看，在850Hz和1250Hz時(shí)輻射噪聲出現峰值，此時(shí)的柴油機表面聲壓級云圖分別如圖1和圖2所示。
從柴油機表面聲壓級云圖中看出， 機體在350Hz時(shí)表面噪聲最高，并且前表面(油泵側)噪聲遠大于后表面(排氣側) ，在850Hz時(shí)第三缸前后裙部噪聲較高。油底殼的后側板和后底板輻射噪聲在各頻率下均較大，其中在1250Hz時(shí)噪聲最高。缸蓋在350Hz 時(shí)前后表面噪聲較高， 其上表面在850Hz時(shí)噪聲最高。
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圖1 850HZ頻率下柴油機表面聲壓級云圖 |
圖2 1250HZ頻率下柴油機表面聲壓級云圖 |
二、 設計方案說(shuō)明
柴油發(fā)電機組是最多發(fā)聲源的復雜機器，隨著(zhù)發(fā)電機組結構型式和尺寸、運轉工況的不同，各個(gè)發(fā)聲源對總噪聲的影響是不同的，一般情況下，發(fā)電機組各類(lèi)噪聲大致按如下順序排列：排氣噪聲、燃燒噪聲或機械噪聲、風(fēng)扇噪聲、進(jìn)氣噪聲。降噪設計的基本思路是：首先查明各種聲源中的最大噪聲成分及其頻率特性，采取有關(guān)技術(shù)措施，將各聲源的噪聲級盡量降低到大致相同的水平，其中容易降低的噪聲源可以降低的多一些，將噪還要和其他技術(shù)要求（如對發(fā)電機組輸出功率的影響、降噪成本等多種具體因素）綜合起來(lái)考慮。
1、排氣噪聲的控制
排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機噪聲中能量最大，成分最多的部分。它的基頻是發(fā)動(dòng)機的發(fā)火頻率，在整個(gè)的排氣噪聲頻譜中應呈現出基頻及其高次諧波的延伸。
（1） 周期性的排氣所引起的低頻脈動(dòng)噪聲：
（2） 排氣管道內的氣柱共振噪聲：
（3） 氣缸的亥姆霍茲共振噪聲：
（4） 高速氣流通過(guò)排氣門(mén)環(huán)隙及曲折的管道時(shí)所產(chǎn)生的噴注噪聲。
（5）渦流噪聲以及排氣系統在管內壓力波激勵下所產(chǎn)生的再生噪聲形成了連續性高頻噪聲譜，頻率均在1000Hz以上，隨氣流速度增加，頻率顯著(zhù)提高。排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機空氣動(dòng)力噪聲的主要部分。其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機整機高10-15dB(A)，是首先要進(jìn)行將噪控制部分。消聲器是控制排氣噪聲的一種基本方法。正確選配消聲器（或消聲器組合）可使排氣噪聲減弱20-30dB以上。根據消聲原理，消聲器結構可分為阻性消聲器和抗性消聲器兩大類(lèi)：
① 阻性消聲器（即我們平時(shí)稱(chēng)呼為工業(yè)型消聲器）
利用多孔吸聲材料，以一定方式布置在管道內，當氣流通過(guò)阻性消聲器時(shí)，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細小纖維的震動(dòng)。由于摩擦和粘滯阻力，聲能變?yōu)闊崮芏?，從而起到消聲作用?/span>
② 抗性消聲器（即我們平時(shí)稱(chēng)呼為住宅型消聲器）
利用不同形狀的管道和共振腔進(jìn)行適當的組合，借助于管道截面和形狀的變化而引起的聲阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射和干涉作用，達到衰減噪聲的目的。其消聲效果，與管道形狀、尺寸和結構有關(guān)。一般選擇性較強，適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。發(fā)電機組排氣系統的降噪處理：我們一般利用一個(gè)泊位減振節、一個(gè)工業(yè)型消聲器和一個(gè)住宅型消聲器的組合，有效地隔斷了排氣震動(dòng)和排氣噪聲的傳播。同時(shí)，對排氣管道進(jìn)行隔熱隔音包扎，也能改善發(fā)電機組的運行環(huán)境和由排氣管引起的噪聲。
2、噪聲和燃燒噪聲的控制
（1）機械噪聲主要是發(fā)動(dòng)機各運動(dòng)零部件在運轉過(guò)程中受氣體壓力和運動(dòng)慣性力的周期變化所引起的震動(dòng)或相互沖擊而產(chǎn)生的，其中最為嚴重的有以下幾種：
① 活塞曲柄連桿機構的噪聲（主要為高頻噪聲）；
② 配氣機構的噪聲（主要為低、中頻段噪聲）；
③ 傳動(dòng)齒輪噪聲（噪聲譜是一種連續而寬廣的頻譜）；
④ 不平衡慣性力引起的機械震動(dòng)及噪聲。
⑤ 燃燒噪聲是燃燒過(guò)程產(chǎn)生的結構震動(dòng)和噪聲。在氣缸內燃燒噪聲（尤其是低頻部分）聲壓級是很高的，但是，發(fā)動(dòng)機結構中大多數零件的剛性較高，其自振頻率多處于高頻區域，由于對聲波傳播頻率響應不匹配，因而在低頻段很高的氣缸壓力級峰值不能順利地傳出，而中高頻段的氣缸壓力級則相對易于傳出。
（2）控制機械噪聲和燃燒噪聲的有效方法：
① 對發(fā)電機組進(jìn)行隔震處理
發(fā)電機組的隔震一般采用高效減震膠墊，現在這一部分技術(shù)已經(jīng)非常成熟。經(jīng)過(guò)隔震處理，發(fā)電機組表面的震動(dòng)被有效隔斷。
② 在噪聲的傳播通道上進(jìn)行降噪處理
減少聲源對外的輻射，個(gè)別對噪聲指標控制特別嚴的機房還要在內墻和天花粘貼高效吸音材料，使噪聲源在傳出機房前已被有效衰減以提高機房的降噪效果。
3、冷卻風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的控制
風(fēng)扇噪聲是由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。旋轉噪聲由旋轉風(fēng)扇葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動(dòng)而引起。渦流噪聲是氣流在旋轉葉片截面上分離時(shí)，由于氣體具有粘性，便滑脫或分裂成一系列的旋渦流，從而輻射一種非常穩定的流動(dòng)噪聲。排風(fēng)通道直接與外界相通，空氣流速很大，氣流噪聲、風(fēng)扇噪聲和機械噪聲經(jīng)此通道輻射出去。
控制風(fēng)扇和排風(fēng)通道噪聲的手段，主要是設計一個(gè)好的排風(fēng)吸音通道，這個(gè)吸音通道可由導風(fēng)槽和排風(fēng)降噪箱組成，也可由島風(fēng)槽和一至幾組的吸音擋板組成。排風(fēng)降噪箱的工作原理，類(lèi)似于阻性消聲器?？赏ㄟ^(guò)更換吸音材料（改變材料的吸音系數），改變吸音材料的厚度、排風(fēng)通道的長(cháng)度、寬度等參數來(lái)提高吸音效果。在設計排風(fēng)吸音通道時(shí)，要特別注意排風(fēng)口的有效面積必須滿(mǎn)足發(fā)電機組散熱的需要，以免排風(fēng)口風(fēng)阻增大而致排風(fēng)噪聲增大和發(fā)電機組高水溫停機。
4、進(jìn)氣噪聲控制
發(fā)電機組工作在封閉的機房里面，從廣義上講，進(jìn)氣系統包括發(fā)電機組的進(jìn)風(fēng)通道和發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統。進(jìn)風(fēng)通道和排風(fēng)通道一樣直接與外界相通，空氣的流速很大，氣流的噪聲和發(fā)電機組運轉的噪聲都經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道輻射到外面。發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統的噪聲是由進(jìn)氣門(mén)周期性開(kāi)、閉而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)所形成，其噪聲頻率一般處于500Hz以下的低頻范圍。對于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機，由于增壓器的轉速很高，因此其進(jìn)氣噪聲明顯高于非增壓發(fā)動(dòng)機。渦輪增壓器的壓氣機噪聲是由葉片周期性沖擊空氣而產(chǎn)生的旋轉噪聲和高速氣流形成的渦流噪聲所組成，且是一種連續性高頻噪聲，其主要能量分布在500-10000Hz范圍。
由于柴油發(fā)電機組一般都配置有設計合理的空氣濾清器，其本身就具有一定的消聲作用?？紤]到進(jìn)氣噪聲相對較低，故對發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統一般不做另外處理。對發(fā)電機組的進(jìn)氣通道，則要從風(fēng)道的設計，隔音材料的選用等方面進(jìn)行綜合控制。其基本思路是：
（1）進(jìn)風(fēng)凈面積符合設計規范
以保證發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統和發(fā)電機組的冷卻系統有足夠的新鮮空氣吸入。
（2）進(jìn)風(fēng)通道需經(jīng)吸聲處理
一般采用進(jìn)風(fēng)百葉窗+導風(fēng)槽+消聲擋板的組合，如果有足夠充足的空間，也可以采用進(jìn)風(fēng)百葉窗+降噪箱的組合。
三、發(fā)電機房降噪案例
1、工程概述
南方某國際機場(chǎng)航站樓應急柴油發(fā)電機組為4臺康明斯發(fā)電機組并聯(lián)運行。單臺發(fā)電機組備用功率為1800kW（2250kVA），輸出電壓為10kV。機房布置如圖3和圖4所示。
（1）機房位于航站樓西側地下室（西設備房）。機房的進(jìn)、排風(fēng)位于地面一層，為自然進(jìn)、排風(fēng)。地面距離航站樓最近點(diǎn)約60m。
（2）排煙口位于地面一層露臺。根據對現場(chǎng)環(huán)境噪聲的調查和估測，該機房受周邊設備運轉噪聲的影響較大，如相鄰的空調機房和地面的冷卻塔，相距不到10m，未做降噪處理，開(kāi)機時(shí)噪聲對油機房影響很大。還有機房距離道路僅有20m左右，車(chē)流噪聲的影響也比較大。
（3）考慮到柴油發(fā)電機組的噪聲為穩定噪聲，在相同工況下運行噪聲不變、因此在修正背景噪聲的影響后，實(shí)際噪聲控制值在機房外1m處為60dB（A）。
2、機房降噪技術(shù)手段
本機房層高為10m（為兩層合一），長(cháng)度方向為21.5m，寬度方向為19.5m。在長(cháng)度方向順著(zhù)發(fā)電機組進(jìn)排風(fēng)方向分別布置了一個(gè)進(jìn)風(fēng)豎井和一個(gè)排風(fēng)豎井（4臺發(fā)電機組共用）。寬度方向并列均布4臺發(fā)電機組。由于進(jìn)、排風(fēng)豎井凈高都有10m，形成的抽風(fēng)效應非常明顯，使其從地面自然進(jìn)、排風(fēng)顯得十分流暢。發(fā)電機組的進(jìn)排風(fēng)消聲器都做成兩段式，中間留有擴張腔，改善了消聲器的消聲特性。排風(fēng)通道從散熱水箱到消聲器有一段為2.8m的導風(fēng)槽和軟連接，消聲器到排風(fēng)豎井墻壁距離為2.4m，加上兩段消聲器和擴張腔的長(cháng)度，排風(fēng)豎井的高度，熱風(fēng)排出機房到地面的路徑長(cháng)17.5m，不算消聲器的消聲量，排風(fēng)噪聲經(jīng)過(guò)這一路徑的自然衰減已達15dB（A）左右。機房噪聲經(jīng)進(jìn)風(fēng)通道泄出地面的效應同排風(fēng)。
（1）發(fā)電機組的排煙消聲處理：
由于發(fā)電機組排煙管走出機房后通過(guò)地面一層露臺的排煙井擴散排出，排煙路徑較短，排煙噪聲對地面影響較大。為增加排煙降噪效果，在住宅型消聲器后再增加一節工業(yè)型消聲器，這一節消聲器通徑為Φ400mm，對高頻噪聲來(lái)說(shuō)，消聲器通徑Φ≥300mm已經(jīng)高頻失效，但在中低頻段增加的消聲量增強了住宅型消聲器的消聲效果。
（2）本項目機房四壁和天花板都做了吸聲裝飾，增強了機房的降噪效果。
（3）機房工程竣工后經(jīng)當地環(huán)保部門(mén)驗收，減噪效果滿(mǎn)足環(huán)保的要求。
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圖3 備用發(fā)電機房側面布置圖 |
圖4 備用發(fā)電機房平面布置圖 |
總結：
低噪聲機房的設計技巧就是綜合采用隔聲、吸聲、消聲等技術(shù)手段，因地制宜，用最小的投入，產(chǎn)生最大的降噪效果。以上兩個(gè)機房形狀各異，采取的技術(shù)手段也各有不同，但都取得了滿(mǎn)意的減噪效果。
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