摘要：本论文主要论述了低噪音发电机组机房中的设计，其中包含进、排风消音体设计原理、进、排风面积计算、消音器的计算设计、噪音控制方法以及机房设计的指导原则。
关键词：低噪音发电机房；进、排风消音体；进、排风面积；消音器；
排气背压：
一.概述
柴油发电机组在没有经过任何降噪措施运行时，通常会产生高达100-115dB(A)的噪声，如果没有采取必要的降噪措施，机组运行的噪声，对周围环境以及居住的人群造成严重损害。根据国家标准GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》、GB3096-2008《声环境质量标准》和GB22337-2008《社会生活环境噪声排放标准》对环境噪声的要求是：一类标准（适用于居住、医院、行政及科研教育等）昼间55dB(A)、夜间45dB(A)；二类标准（适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区）昼间60dB(A)、夜间50dB(A)；三类标准（适用于工业区）昼间65dB(A)、夜间55dB(A)。发电机房通常按照二类地区标准进行低噪声工程设计。
通过选用高效环保的吸音降噪材料，采用先进生产工艺、智能化的数控加工中心生产的消声降噪装置，对进、排风消音间和排烟系统进行了降噪处理，确保机组在满足通风条件，在极少降低输出功率的前提下，完全满足了国家标准对环境噪声限值的要求。
通常在发电机房降噪方案的设计和施工时，应充分考虑到机组正常运行时所需的最低进、排风量以及排放背压不能超出额定许用背压值等因素，否则将会严重影响到机组的功率输出，使机房内的温升较高，导致机组发生故障甚至会缩短发电机组的使用寿命。
二. 设计思路
2.1声源分析
柴油发电机组是多发声源的复杂机器，随着机组结构型式和尺寸、运转工况的不同，各个发声源对总噪声的影响是不同的，一般情况下，机组噪声主要来源于柴油机（包括进气噪声、排气噪声、燃烧噪声、机械噪声等）和发电机（包括气动噪声、机械噪声、电磁噪声和传动噪声等）两大部分。要降低噪声需要对主要噪声源进行控制，准确地找到主要声源是控制的关键。
1) 进排噪声
进排噪声是柴油机最强的噪声源。对非增压柴油机来说，排气最强，对增压柴油机来说，进气噪声往往超过排气噪声成为最强的噪声源。
2) 燃烧噪声
燃烧噪声是柴油机的主要噪声源。柴油以油雾状喷入燃烧室后，在高温高压作用下，自行点火燃烧，气缸内气压急剧上升，在燃烧做功同时，使活塞、气缸盖、汽缸体、连杆、活塞销、曲轴等受冲击负荷而引起机构振动和产生燃烧噪声。
3) 机械噪声
发动机的机械噪声来源于发动机运转部件旋转时产生。
4) 电磁噪声
电磁噪声是由发电机气隙中，定、转子磁场相互作用产生随时间和空间变化的径向力，使定子铁芯和机座随时间周期性变形而引起振动，产生噪声。
2.2 噪声控制措施
针对上述噪声源及其传播途径的分析，本方案主要采取吸声、隔声、进排风消声、排烟消声、减震等降噪措施。
2.2.1 机械噪声和燃烧噪声的控制
机械噪声主要是发动机各运动零部件在运转过程中受气体压力和运动惯性力的周期变化所引起的震动或相互冲击而产生的。控制机械噪声和燃烧噪声的有效办法有：隔声和吸声方法
1）隔声方法通常是密闭与隔震。
发电机房必须为密闭的房间，除非预留必要的进、排风口，其余在机组运行时必须处于密闭状态，达到噪音直接传递到室外去；
同时对发电机组进行隔震处理，机组的隔震一种采用高效弹簧减震器（目前高效弹簧减震器技术已经非常成熟）根据电站动静载荷不同选配减震器；另外一种采用浇筑带减震沟的地基基础（具体浇筑工艺由设计院设计）。经过隔震处理，机组震动被有效隔断。
2）吸声方法是在发电机房墙壁上进行降噪处理，减少声源对外的辐射，使噪声源在传出机房前已被有效衰减以提高机房的降噪效果（见图示）。墙壁上用龙骨打成均匀的方格，方格内附敷设δ50mm厚不同密度的两层吸音玻璃棉或岩棉，外包裹玻璃丝布，再在外侧铺设一层δ1mm多孔铝合金扣板，通过玻璃棉与多孔板结构进行吸声，当声音通过多孔板进入到玻璃棉时，声音在多孔板与玻璃棉中的小孔中产生摩擦，衰减声能量，降低噪声，达到吸声效果，抗老化性能寿命20年。
墙壁降噪示意图
2.2.2 排烟噪声的控制
在柴油发电机组中，噪声的主要来源是柴油机。而柴油机的噪声主要来源于排烟噪声，其噪声一般要比发动机整机高10-15dB（A），是首先要进行降噪控制的部分。在柴油机排烟管道上安装消声器是降低机组噪声的最基本的有效方法。正确选配消声器（或消声器组合）可使排气噪声减弱20-35dB（A）以上。
根据消声原理，消声器结构可分为阻性消声器和抗性消声器两大类：
1） 阻性消声器（即工业型消声器，见图示）是利用不同形状的管道和共振腔进行适当的组合，借助于管道截面和形状的变化而引起的声阻抗不匹配所产生的反射和干涉作用，达到衰减噪声的目的。其消声效果，与管道形状、尺寸和结构有关。
2） 抗性消声器（即住宅型消声器，见图示）是利用多孔吸声材料，以一定方式布置在管道内，当气流通过阻性消声器时，声波便引起吸声材料孔隙中的空气和细小纤维的震动。由于摩擦和粘滞阻力，声能变为热能而吸收，从而起到消声作用。
阻性中高频消声效果好，抗性消声器主要用于消减中低频噪声。为了达到更好的消声效果，可以选用阻抗复合型消声器（见图示），阻抗复合型消声器是集合阻性和抗性的不同特点能在较宽频带范围内得到良好的消声效果，使排烟噪声达到规定要求。
机组排烟系统的降噪处理：针对不同场合选用阻性消声器、抗性消声器或阻抗复合型消音器，在机组排烟口一般加装一个波纹减震管，采用吊杆固定在室内屋顶，对排烟管道进行隔热隔音包裹，大大改善机组的运行环境和由排烟管引起的噪声。
阻抗复合型消声器
2.2.3排风通道噪声的控制
风扇噪声（即排风噪音）是由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声由旋转风扇叶片切割空气流产生周期性扰动而引起。排风通道直接与外界相通，空气流速很大，气流噪声、风扇噪声和机械噪声经此通道辐射出去。
控制排风通道噪声的方法，主要是安装排风消音通道，此消音通道可由导风罩和排风消音体组成（见图示）。排风消音体的为迷宫式结构，由片式消声器演变而来，将直板改成折板迷宫后，增长了声波传输通道，增加了声波在消声器通道内的反射次数，增加了声波与吸声材料的接触机会。 由于声波在消声器内多次弯折，加大了声波对吸声材料的入射角，提高了吸声效果，改善了中、高频的消声特性，其工作原理类似于阻性消声器。可通过更换吸音材料（改变材料的吸音系数），改变吸音材料的厚度、排风通道的长度、宽度等参数来提高吸音效果。在设计排风吸音通道时，要特别注意排风口的有效面积必须满足机组散热的需要，以免排风不畅导致高水温停机。
排风消音通道示意图
2.2.4 进气噪声控制
机组工作在封闭的发电机房内，进气系统包括机组的进风通道和发动机的进气系统。进风通道和排风通道一样直接与外界相通，其设计原理与排风通道相似。
由于柴油发电机组一般都配置有设计合理的空气滤清器，其本身就具有一定的消声作用，故对发动机的进气系统一般不做另外处理。
三.关重部件的选用
配套降噪设备选用关系到发电机房降噪效果，主要关种部件包含：隔音门、进风消音体、排风消音体、消音器等，以下是关于这几项部件选用的介绍。
3.1 隔音门
发电机组运行时，必须关闭大门，这样能保证风在房间内有效的流动，也能阻隔声音向外传播，大门一般选用隔音门，隔音门具有隔音消音作用。
对一般降噪要求的发电机房，安装一扇消音门；对噪音要求比较高的发电机房，采用双层隔音门（如图示），降噪效果更好，双层隔音门即一门框上安装两扇隔音门，一扇向里开，一扇向外开。
双层隔音门图片
3.2 进、排风消音体
进风口和排风口是发电机房噪声对外辐射的主要通道，为控制噪声通过进、排风口传至室外，在进风、排风通道（或进、排风间）设置消声体。该消声体选用迷宫式结构，由片式阻性消声器演变而来，将直板改成折板迷宫后，当气流通过消音体时，增长了声波传输通道，增加了声波在消声器通道内的反射次数，增加了声波与吸声材料的接触机会，使声能转变为热能而被吸收，从而起到消声作用。由于声波在消声器内多次弯折，加大了声波对吸声材料的入射角，提高了吸声效果，改善了中、高频的消声特性。消音迷宫形式为：龙骨结构，中间为隔音板，两侧为降噪消音材料，外侧冲孔钢板结构。在选用消音体时，一般要使消音体的有效进、排风面积大于水箱的有效面积，进风面积要略大于排风面积，在选用消音体深度（即风道的长度）一般选2米左右较为合适。
进、排风消音体图片
3.3消声器
排烟系统安装排气消音器，消声器为消除排气噪音的主要部件，排气消声器的主要结构有阻性、抗性、阻抗复合型消声器3种，是通过使声波在其管腔内产生反射和干涉作用，达到衰减噪声的目的。其消声效果，与管道形状、尺寸和结构有关。一般选择性较强，主要考虑消声量、消声频率范围及阻力损失三大指标。
发电机房内选用消音器一般3种消音器混合使用，对一般降噪要求的发电机房，安装一只阻性消音器或一只抗性消音器；对噪音要求比较高的发电机房，采用一只阻性消音器+一只抗性消音器，或者一只阻性消音器+一只抗性消音器+一只阻抗复合型消音器。
发电机组用消音器图片
四． 低噪声机房设计的指导原则
在机房的设计上，应充分考虑到机组正常运行时所需的最低进、出风量标准以及排放背压不能超出额定许用背压值等因素，否则将会严重影响到机组的功率输出，使发电机房的温度上升较高，频繁发生故障甚至会缩短柴油发电机组的使用寿命。
通常机组排风口的面积应略大于水箱的有效面积，从降低风阻考虑，排风口离前面障碍物的距离应大于等于800-1000㎜，机组进风量应大于机组的排风量和燃气量的总和，其客观效果是机组在运行时机房内不能产生负压。在满足机组排风量要求的前提下，机房的降噪效果主要由进排风通道消声体的长度和选用的吸音材料决定。
消声器的设计主要考虑消声量、消声频率范围（主要为消声量峰值的频率范围）及阻力损失三大指标，此外消声器还应具有好的结构刚性、防止受激振而辐射再生噪声；尺寸适宜；便于安装等。在某些情况下（如安装在排烟管道上）要求内部结构能耐高温和抗腐蚀。
在机房结构的设计上，机房与操作室应用厚度240mm的隔墙隔开；墙壁上开双层防爆玻璃观察窗（玻璃厚度量4-5mm），外面两层玻璃的间隔应大于100mm，面向机房的玻璃上端最好与机房地坪面略为倾斜，使噪声反射效果更好，并能防止结雾；操作室与机房之间的门应用双层夹板制成的隔音门。
5.3 进风量计算
Q进= S进风?V风/k(m3/s)
式中Q进为进风量
S进 为粗算的进风口面积(m2)
V风 为风速(m3/s)，一般取3级风风速平均值4.4(m/s)进行计算
风速表下表（最强风速不应超过8m/s）
风速表
5.5排气背压的计算
1）排气系统背压P（kPa）
排气背压为排烟管背压加消音器背压
P=（P排 + P消）≤〔P〕
P排 为排气管的背压（kPa）
P消 为消声器的背压（kPa）
[P]为系统许用背压值10(kPa)
2） P排 为排烟管的背压
Q排为发动机排烟量（L3/min）根据发动机资料数据可查
S管为消音器截面积（dm2）
参考文献：
张丽芳、李云 柴油发动机排气背压设计 船电技术 1003-4862（2012）
论文作者:朱姚
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/16
标签：噪声论文; 消声器论文; 机组论文; 消音论文; 机房论文; 消音器论文; 排风论文; 《防护工程》2017年第35期论文;