噪声案例16节第四节 发电机噪声及其控制案例.docx

1、噪声案例16节第四节 发电机噪声及其控制案例第四节 发电机噪声及其控制案例发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。在我国，随着工业化及第三产业的不断发展，在一定时期内电力供应不足的矛盾变得较为尖锐，由于柴油发电机组具备了其它发电机组所不具备的突出优点：(l)热效率高，燃油消耗率低；(2)运行费用低，可使用多种燃料，对燃料品质要求低，适于燃用粘度较高的重油，而重油的价格远低于轻柴油；(3)可靠性较高，

2、通常发电功率按额定功率的90%运行；(4)负荷适应能力强；(5)机组起动迅速，并能很快达到全功率；(6)单机容量较小，运行操作技术较简单，便于一般运行人员掌握，维护简单，保养方便； (7)对匹配高增压，中速柴油机的发电机组而言，其结构紧凑(单位体积功率大)；(8)易于实现自动化，振动、噪声等能得到有效控制。因此，柴油发电机组广泛应用于工矿企业、电信、银行、酒店、度假村、娱乐场等单位作为备用电源。本小节将以柴油发电机为例讲解发电机噪声的产生与控制。一、发电机噪声源分析（一）柴油发电机组主要噪声源柴油发电机的主要噪声源是柴油机的排气噪声、进气噪声、冷却风扇噪声、燃烧噪声、机械噪声和发电机的电磁噪声

3、等。1、机械噪声柴油机的机械噪声是由于气体压力及机件的惯性作用，使相对运动零件之间产生撞击和振动而激发的噪声。机械噪声主要包括活塞的敲击噪声、齿轮机构噪声、配气机构噪声、轴承噪声、高压油泵噪声、不平衡惯性力引起的机体振动和噪声等。柴油机机械噪声随转速的提高而迅速增加。低速运转时，机械噪声和其他噪声相比并不重要；但高速运转时，机械噪声往往是主要的噪声源。2、进气噪声进气噪声是柴油机的主要空气动力噪声源之一，它是由进气门的周期性开闭而产生的进气管内压力起伏变化所形成的。当进气门开启时，在进气管中产生一个压力脉冲，随着活塞的继续运动，这个压力波很快受到阻尼；当进气门关闭时，同样产生一个持续一定时间的

4、压力脉冲，也是受到阻尼而迅速消失。在柴油机运转过程中这样两个压力脉冲交替出现，这就形成了周期性的进气噪声。其噪声频率成分主要集中在200 Hz以下的低频范围。与此同时，当气流以高速流经进气门流通截面时产生湍流脱体，导致高频噪声的产生，由于进气门通流截面是不断变化的，因此湍流噪声具有一定的频率范围，主要集中在1000 Hz以上的高频范围。进气管空气柱的固有频率与周期性进气噪声的主要频率相一致时，空气柱的共振噪声在进气噪声中也会较为突出。对于采用涡轮增压的发动机，由于涡轮增压器的转速一般较高，因此其进气噪声明显高于非涡轮增压的发动机。涡轮增压器的噪声是由于叶片周期性地切割空气产生的旋转噪声和高速气

5、流形成的湍流噪声而形成的，是一种连续性的高频噪声，主要分布50010000 Hz的频率范围。进气噪声与发动机的进气方式、进气门结构、气缸直径、凸轮型线等设计因素有关。对于同一台发动机来说，受转速的影响最大，如发动机转速提高则进气噪声将增加。3、排气噪声柴油机工作时，气缸内的高温高压废气随排气阀间断开闭周期性地喷射到排气管内，排气管口排出高温高速的脉动气流，由此产生周期性的排气噪声。排气噪声是柴油机最主要的噪声源，其噪声可达100dB(A)以上，其强度与柴油机的功率、转速等因素有关，并随柴油机的转速及负荷的变化而变化。柴油机排气噪声的频谱呈明显的中低频性，但高频也达到了一定的程度。中频噪声由基频

6、的高次谐波所致。而高频噪声主要是排气时产生的紊流声、气缸内燃烧爆炸声，以及撞击、机件振动、管壁自振所附加的噪声。柴油机排气噪声的总声压级(dB)可用公式近似估算：式中：n柴油机主轴转速(r/min)；N柴油机功率(W)。排气噪声的主要成分有以下几种：周期性的排烟引起的低频脉动噪声、排烟管道内的气柱共振噪声、汽缸的亥姆霍兹共振噪声、高速气流通过气门间隙及曲折的管道时所产生的噪声、涡流噪声以及排烟系统在管道内压力波激励下所产生的再生噪声等，随气流速度增加，噪声频率显著提高。4、风扇噪声发动机一般都带有冷却风扇，冷却风扇噪声由旋转噪声和湍流噪声构成。旋转噪声是由于风扇的叶片周期性地切割空气，引起空气

7、的压力脉动产生的，以叶片通过频率为基频，并伴有高次谐波。湍流噪声是由于风扇运动导致的周围空气发生湍流脱体，使空气发生扰动，形成气体的压缩与稀疏过程而形成的，是一个宽频带噪声。冷却风扇噪声受转速的影响最大，转速提高一倍可导致其声级增加1015dB(A)。在低速时风扇噪声要比发动机噪声低很多，而在高速时，往往会成为主要的噪声源。目前大功率发电机组使用的柴油机转速多为1500转/分钟。属于高转速柴油机。5、燃烧噪声混合器燃烧产生的缸内气体里引起的结构振动通过外部和内部传递途径传到内燃机表面，并由内燃机表面辐射形成空气声，称为燃烧噪声。在柴油机的燃烧过程中，柴油以油雾状喷入燃烧室后，在高温高压作用下，

8、在很短时间内与空气混合后便自行发火燃烧，气缸内气压急速上升到69MPa，温度也升到20002500K，在燃烧作功的同时，产生燃烧噪声。与汽油机相比，柴油机压缩比高，一般为1622，汽油机一般为69，所以柴油机的燃烧噪声远高于汽油机。6、电磁噪声电磁噪声是由电磁场交替变化而引起某些机械部件或空间容积振动而产生的。电磁噪声的主要特性与交变电磁场特性、被迫振动部件和空间的大小形状等因素有关。电动机、发电机、变压器和霓虹灯镇流器等发出的噪声是典型的电磁噪声。降低电磁噪声的方法，一般是改进电机结构设计；适当增加机壳的厚度，改变壳体或端盖的形状，使其结构的固有振动减小、频率提高；或选用内阻较大的铸铁做机壳

9、和端盖，均可降低电磁噪声的辐射能力。（二）柴油发电机组主要振动源柴油机是一种往复式机械，运行时的振动是不可避免的。发电机组运行时产生的振动，除了直接向空间辐射噪声外，还在与机组相连的基础表面传播，在传播过程中，又会激起基础、墙体、天花板、门窗、管道等振动，在这些物体表面再次辐射噪声，产生固体声。因此对柴油机组进行振动控制是十分必要的。柴油机的振动是发电机组的主要振动源，柴油机的振动主要有以下几种类型：1、整机振动整机振动是指整个内燃机组上下、左右、前后的跳动以及机组绕垂向、轴向、横向等三个方向的摇动，它的大小反映了内燃机组总体振动品质。引起整机振动的机理是往复、离心惯性力(力矩)和由气体压力产

10、生的倾覆力矩。2、结构振动结构振动泛指内燃机部件(如活塞、机体、曲柄箱和气缸盖等)的弹性振动，以及如气缸罩、油底壳和各类管道等零部件的局部振动。它们是引发内燃机噪声的主要原因。3、轴系振动轴系振动主要是指内燃机曲轴轴系的扭转振动、纵向振动和横向振动。其振动激励为惯性力和气体压力在曲柄销上生成的交变切向力和法向力。二、发电机噪声控制方法柴油发电机组的噪声主要由柴油发电机组本身固有的本底频谱及噪声峰值确定。目前一般采用隔声、消声及隔振降噪技术来达到降低柴油发电机组噪声的目的。（一）进、排气噪声控制影响柴油发电机组排气噪声的主要因素有：汽缸压力、排气门直径、发电机排量及排气门开启特性等。对于同一台柴

11、油发电机，其转速和负荷是影响其排气噪声的最主要因素。转速提高1倍，进气噪声将增加1015dB。一般柴油发电机组均通过装设空气滤清器，使其进气噪声有较大衰减，成为次要声源。但当其它声源得到进一步控制后，进气噪声又可能成为主要声源，这时就需采用性能良好的进气消声器。通常将进气消声器和空气滤清器结合，进行一体化设计，使之既能满足进气和滤清方面的要求，又可有效控制进气噪声。控制排气噪声最有效的方法是在原有一级消音器的基础上安装特制二级消音器。当排烟管长度超过10m时，需加大管径，以减少柴油发电机组排气背压。 （二）隔声控制为减轻柴油发电机组对外界的噪声污染，柴油发电机组一般被安装在一个半封闭式的房屋内

12、。在设计中，根据频谱分析，确定隔声材料从结构上由两部分组成：一部分用来隔声；另一部分用来消声。通过在结构尺寸上采取措施来达到降噪的目的。根据声学中质量定律可知，材料隔声性能由板的面密度、板的劲度B及材料的内阻尼确定。为此，一般采用复合轻墙结构，即钢板+减振龙骨+岩棉+隔声毡+多孔钢板，这种结构的特点是以钢板和隔声毡为主。岩棉起吸声效能，消除空腔中的驻波共振及降低空腔中的声压的作用；虽然隔声毡材料内损耗大，但复合使用能改善材料的共振，起到很好的隔声性能；多孔钢板不但能有效固结吸声层，而且还可组成一个共振吸声结构，从而解决低频声的吸收问题。（三）表面辐射噪声控制柴油发电机组表面辐射噪声(燃烧噪声和

13、机械噪声)的控制，由于受到柴油发电机性能的限制，故难度很大，且降噪量有限。实践表明，在结构上采取措施，可在一定程度上降低柴油发电机组的表面辐射噪声，从而降低整机噪声。其基本控制措施是通过增加结构刚度和阻尼，使得在同样的激振力作用下，可以减少结构表面响应。与此同时，减少产生辐射噪声的表面面积，也是控制表面辐射噪声的有效措施。（四）排烟消声控制一般消声器可分为阻性、抗性和阻抗复合式3大类。消声器的设计要根据柴油发电机组的消声量要求、噪声频带分布情况、柴油发电机功率及背压等诸多因素综合考虑，同时计算消声器的失效频率选择扩张比。消声器的容积也将影响消声性能，在设计中，一般消声器的容积为柴油发电机组排量

14、的47倍。一般单级消声器难以满足消声值要求，必须将多级复合式或多个不同类型的消声器组合起来，才能满足较宽频率范围的降噪要求。（五）减振控制对于柴油发电机组振动控制的方法有以下几种：1、减小振动激励，选择振动性能更为良好的机型、改善平衡性能等。振动激励减弱，振动响应自然也减小。这是最根本的治理方法。2、减小振动响应，安装动力吸振器，使其固有频率与机组的激励频率相等，依靠它与主振动系统的相互作用，吸收机组的振动能量，从而减小机组的振动强度(称为吸振)。或者安装阻尼器，或在内燃机零部件上粘贴阻尼材料以消耗系统振动能量(称为阻振)。3、安装隔振器，控制振动能量的传递以减小整机振动对基础和环境的影响。这

15、是针对柴油发电机组振动控制最常采用的方法。4、振动主动控制，也称有源控制，这种控制需要有消耗能源的作动器以产生控制力，对主振动系统进行吸振、隔振和阻振等振动控制。三、发电机噪声控制典型案例案例一：发电机房噪声治理施工技术1、项目概况某电气工程，拟使用五台(42000KVA+l 1700KVA)柴油发电机机组作为项目负荷的备用电源，机房设计定在2M层设备间，面积约520m2，机房净空高度5.4m。业主在四层平台提供约105m2面积的进风风口，由此通过三层及夹层风道到二层夹层发电机房(如图4-39)。图4-39 发电机房平面图发电机房噪声主要来源于柴油发电机组，柴油发电机组安装投入使用后，主要噪声

16、为发电机房运行时机件的往复运动产生的机械噪声；燃烧噪声、风扇噪声、进气噪声、排气噪声；旋流、局部负压、共鸣、混响等产生的噪声，产生的噪声级约104110dB (A)。柴油发电机组的噪声级最大，是发电机房的主要噪声污染源。2、噪声污染源防治措施1）尾气排放及消声处理(1)尾气排放管采用600烟管，使排放阻力减小到最小，以避免“滞气”带来的功率损耗，尾气经处理后经排烟管引至大楼天面高空排放。(2)二次消声：发电机组原配消声器的消声量约为10dB (A) ,远未达到要求，所以在原配消声器后加装一个低能耗复合声阻高效消声器(如图4-40)，消声量约45dB(A)，使出口排放噪声约60dB (A)。图4

17、-40 发电机房立面图2）机房通风及消声处理 发电机在运转时会产生大量的热量，所在机房必须要有适当的通风。根据现场的实际情况，该机房宜采用机械强制性进风、机械排风的通风方式，以保持有足够的鲜风进入，以解决机房散热及机组燃烧用空气。（1）机械进风 机房设置机械进/排风口，从而保证机组运行中综合考虑有足够的通风散热效果。（2）动态气路考虑到机组的面积、发电机位置等因素，应在发电机房开设消声柜进风日，以保证足够鲜风吸入量，并以排风管组成高效的气流效果：鲜风既“裹着”机组流动，又能及时把热量带走(如图4-40)。（3）排风消声器的消声计算本消声工程采用片式消声器，消声片护面材料采用0.5mm厚、孔径3

18、mm、穿孔率30%的穿孔板，内部填充65kg/m3的超细玻璃棉，外包玻璃纤维布，每片消声片厚度约120mm，消声片入口一端采用圆弧结构。消声量：式中： (0)消声系数，主要取决于消声器壁面的声学特性； l消声器的有效部分长度(m)； a气流通道的宽度(分离的相邻两片消声片之间的距离)。这里取(0)=1.12(理论值)；设计消声器的通道宽度a=100mm；设计消声器的有效长度l=2.2m，故：LA=21.122.2/0.1=49.3 (dBA)经过符合上述设计条件的消声器之后，机组噪音降为10249.3=52.7(dBA)，满足要求。3）机房吸声、隔声处理在墙体、工作门具有良好隔声效果的同时，为

19、避免声能的不断累积，还需在机房内实施吸声措施，从而使机房的混响降低，声能量得以控制。（1）墙体吸声墙体结构(如图4-41)。图4-41 吸声墙体结构示意图对于单层均匀实体墙，可以用以下经验公式来计算其平均隔声量：R=14.51lgmf26式中： R隔声量，单位为dB (A)； m墙体的面密度，单位为kg/m2，本工程中机房砖墙厚24cm，两面批荡之后，m约等于480kg/m2； f声波频率，取1000Hz(此频率为人耳最敏感的波段)；所以，R=14.5 lg (4801000)26=56.4 (dBA)。（2）天花板本工程机房天花采用微孔板吊顶，上面铺设一层厚50mm的超细玻璃棉；墙体同样铺设

20、超细玻璃棉及微孔板，这种吸声结构可有效消除机房内的混响(如图4-42)。50mm厚的超细玻璃棉，容重为50kg/m3，吸声系数为0.75；由0.6mm厚、穿孔率25%的微孔板和玻璃棉组合的吸声体，吸声系数可达0. 8。发电机房采用上述吸声措施处理之后，机房内的吸声降噪量可用以下公式来估算：式中:处理后机房的平均吸声系数，取0.5；处理前机房的平均吸声系数，取0. 08；故：（3）隔声门采用重型隔声门，两重特殊止口，双层钢板的超细玻璃棉复合结构，隔声量约为50dB (A)。同时具有隔声和吸声的功能，隔声门兼有防火功能。图4-42 吸声天花结构示意图4）隔震处理（1）软连接 废气排放管安装不锈钢玻

21、纹管。 外接的冷却水管安装耐老化橡胶避震喉。 给油管安装耐老化的橡胶避震喉。（2）发电机浮动基座发电机安放在浮动基座上，浮动基座的做法如图4-43。（3）设备减振系统计算先确定减振器设备系统的总重量W，包括设备架或台座重量；算出设备干扰频率fn=n/60 (Hz) (n设备每分钟转速)；算出每只减振器荷载量，P=W/N (N,Kg) (N一减振器个数)；由减振器特性曲线(3、4)查找型号，相应变形量，竖向自振频率fo等，按如下公式计算：TA隔振率%；隔振传递率；fn设备干扰频率(Hz)；fo减振器竖向自振频(Hz)。由频率比=fn/fo直接查表，则可得出隔振率及传递率，由于阻尼比增加，隔振率会

22、下降，在D0.2时，传递率基本不变，可用如下简易公式：计算： 2000KVA发电机，发动机转速n=1500转/分，运行重量约W=23250Kg。 fn=n/60=1500/60=25Hz；选用16只减振器：P=W/N=23250/16=1453kg/只；竖向刚度为Kz=55. 8kg/mm。压缩量：固有频率：=fn/fo=25/3.08=8. 11用计算方法：图4-43 F发电机浮动基座示意图机组安装在300，高浮动基座上。每台机组安装10个弹簧减振器。减振系数已可达90%，而不致将震动和噪声传至邻近的设备或建筑物的任何部份上。3、治理效果该机房经过以上治理，在项目建成投入使用后，满足工业企业

23、厂界噪声标准(GB12348-2008)类、类标准，城市区域环境噪声标准(GB3096-93)类、类标准(临近路面边界类界标准，其它边界执行类标准)。本项目的建设不会对周围环境产生明显影响，符合环保部门的要求。案例二：校园柴油发电机噪声治理1、项目概况某职校位于环洞庭明珠城市岳阳市南面，地处城乡结合部，环境优美，是读书的理想场所。美中不足的是，每年68月，环洞庭流域进人洪涝季节，各地排涝用电达到高峰，学校经常遭遇拉闸限电，只得自备1台柴油发电机，以供限电时急用。发电房与学校配电房相隔壁，离学校南围墙仅30 m，周围敏感目标密集：墙外是居民区，东面是图书馆，北面是教学楼，西面是办公楼。最近处只有

24、10余米，每当发电机开启时，噪声骤起，扰民问题突出，居民、师生屡有投诉。学校决定对发电机房进行噪声治理。发电机房主要设备为1台200 kW TZH发电机，生产厂家为兰州机电公司，柴油机型号为G 6135ZLD2，整机尺寸为3.10m0.95m1.60m，机房尺寸为7.2m4.2m4.5m。东、西两侧各有两个宽高=2.0m2.0m总面积为16.00m2的百叶窗，北面墙开有1.90m2.00m的进出机房的双叶工作门。对发电机房设备进行了倍频带测试分析，测试结果显示，设备噪声主要为低频噪声，总声级为106.7dB(表4-31)。在机房周围4个敏感目标附近选择了4个监测点，进行了环境噪声监测，结果如表

25、4-32所示。按照GB 3096-2008声环境质量标准1类标准，4个监测点噪声全部超标。对机房外1 m处进行厂界噪声监测，声级为85.0dB，根据GB 1234890工业企业厂界噪声标准1类标准，厂界噪声严重超标。表4-31 发电机房内设备噪声频率/Hz631252505001k2k4k8k声级/dB97.1101.3103.6102.2104.197.894.188.2表4-32 发电机房周边敏感目标处噪声监测点图书馆西侧教学楼前办公楼东侧居民楼北侧声级/dB78.675.580.174.32、治理目标根据GB 3096-2008，该区域属居住、文教区，应执行1类标准，即环境噪声最高限值昼

26、间为55 dB，夜间为45 dB。根据GB 12348-90，厂界噪声同样执行1类标准，昼间为55 dB，夜间为45 dB。为维护区域环境质量标准，同时保持正常的教学、工作和生活秩序，在不得不开启发电机的情况下，必须对发电机房向外辐射噪声进行降噪治理，环境噪声降幅应达到3035 dB，厂界噪声降幅应达到40 dB。3、治理措施1）对原百叶窗进行改造本发电机房是学校的原水电维修工作房，东、西墙体上开有4个百叶窗，对发电机产生的噪声隔音很差，声音外泄比较严重。机房墙壁为24 cm厚的砖结构，隔声效果较好，因此把原百叶窗改造成墙体，可阻隔噪声外泄。考虑到进气需要和原排烟向西方向的现状，决定用砖把东西

27、两侧的4个百叶窗封闭，并在东侧原百叶窗处预留进气通道口。2）对出入机房的门进行改造机房门原来开在北面，尺寸为 1.90m2.00m，尺寸过大，且直接向外暴露，这也是一个外泄噪声的重点部位，必须对其改造：同样用砖将其封闭，将工作门改到机房南墙，与配电房值班室相通，工作门选用CR-GSM隔声门，尺过为0.8m1.8m,隔声量50 dB，其隔声性能见表4-33。表4-33 CR-GSM隔声门隔声性能频率/Hz1252505001k2k4k8k隔声量/dB28.831.738.341.447.350.541.13）增开一隔声窗 经上述改造后，加上发电机工作时，工作门仅进出机房时临时开启，其他时间均保持

28、关闭，发电机房几乎为封闭状态。为便于观察机房情况，在机房与配电值班房之间开设一宽高=0.4m0.3m的隔声窗。窗芯由双层玻璃构成，一层3mm，另一层5mm，中间留空100mm。4）机房内壁作吸声处理 为进一步提高隔声效果，还必须对机房室内作吸声处理。墙面安装吸声材料，吸声材料采用厚50mm、密度为32 kg/m3的超细玻璃棉板，用40mm40mm的木方做龙骨，用8mm厚、孔径3、开孔率20%的穿孔板做内壁，用孔径3、开孔率20%、厚2mm的镀锌板作表面装饰。用同样的方式作吊顶处理，只是把表面装饰材料改成石膏板。5）进风消声处理 在进风段两端各设置200mm厚度的进风消声百叶，通道内再设置160

29、0mm长度的进风阻性消声器，并在弯头处作50mm厚吸声处理，消声弯头长1.2m。6）安装强制排风系统，排风消声由于改变了原自然通风系统，虽然提高了隔声性能，却由此带来了发电机的散热问题。必须采用强制通风的方法方可满足散热要求。机房换气量由以下公式计算：式中，V=为换气量，m3/h；Q为柴油发电机的散热量，kJ/h，本机散热功率为46kW；c =1.004 kJ/ ( kgK )，为空气的质量热容； =1.11 kg/m3为常温常压下的空气密度；inside为发电机房室内温度，取45；outside为室外进气口空气温度，取32。通过计算，换气量V=11430 m3/h，选用2台Dz-115A型低

30、噪声轴流风机，风量6000m3/h，该风机叶轮直径508mm，噪声64dB，风机由各自独立的温敏开关控制，可根据季节的变化自动启停，不必两台同时开启，也不必长时间开启，既可节省能源，又可减少二次噪声污染。风机排风口加装蜂窝式消声器，消声量30dB。7）对柴油机排气管作排烟消声处理发电机组自带的排烟消声器的消声量很小，只有约20 dB，不能满足达标排放要求，必须对排烟系统进行改造。改造措施是对排烟系统加装三级扩张室消声器。8）对发电机整机、排烟管、消声器作隔振处理在发电机底座安装橡胶隔振垫，减少发电机组对外噪声辐射。用减振吊架将排烟管和排烟消声器吊装在房顶，减少增添设备产生的二次噪声污染。4、案

31、例评析1）通过对该发电机房的噪声治理，在不破坏机房主体结构的前提下，采用隔声、吸声、强制通风、隔振等技术措施对发电机房进行了噪声综合治理，依然保证了发电机的正常运行。2）选择时间10：00，18：00，23：00，在厂界1.0m处进行厂界噪声监测，得到昼间排放噪声为51.3dB，夜间排放噪声为44.6dB，厂界噪声达到了1类排放标准。学校恢复了应有的宁静，师生、居民不再投诉，产生了良好的社会效益。案例三：160KW柴油发电机房噪声治理1、项目概况现有一台自备用160KW柴油发电机房位于大楼一层，属国标GB3096-1993规定的城市噪声控制类区域。160KW柴油发电机组在工作时产生强烈的约105dB(A)的噪声，污染了大楼及周边环境，根据业主提出治理要求及柴油机组的运行状况拟出以下噪声治理设计方案。设计原则：1） 经治理后机房外7米处周边环境实现城