詳解柴油發(fā)電機(jī)組噪聲治理技術(shù)措施
在企業(yè)生產(chǎn)的工作中我們經(jīng)常會聽到柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出來的噪聲,如果機(jī)房位于地下室或者距離較遠(yuǎn)的獨立機(jī)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(xiàn)場作為主電源的柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出來的噪聲,那么對于機(jī)械噪音這塊我們國家是如何定義的呢?柴油發(fā)電機(jī)組噪聲是怎樣解決的呢?
圖1 單臺柴油發(fā)電機(jī)組隔音降噪工程圖紙
圖2 雙臺柴油發(fā)電機(jī)組隔音降噪工程圖紙
一、噪聲允許限值
1、國際標(biāo)準(zhǔn)
(1)iso標(biāo)準(zhǔn)
國際標(biāo)準(zhǔn)組織(iso)曾提出為保護(hù)人耳聽力,在每天工作8h情況下允許的連續(xù)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(huán)境保護(hù)局(epa):
美國epa制定了針對不同地區(qū)和用途的噪音限制標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)epa標(biāo)準(zhǔn),發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)房的用途和所在地區(qū)的規(guī)定。
(3)歐洲標(biāo)準(zhǔn)(en):
歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織(cen)發(fā)布了針對發(fā)電機(jī)房噪音的標(biāo)準(zhǔn)en 20014-1。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同類型發(fā)電機(jī)房的噪音限制,包括室內(nèi)和室外發(fā)電機(jī)房。
(4)國際電工委員會(iec):
iec發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)iec 60034-9針對發(fā)電機(jī)組的噪音進(jìn)行了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)定義了發(fā)電機(jī)組的聲功率級別和聲壓級別,并提供了相應(yīng)的測試方法。
2、國標(biāo)要求
(1)對柴油機(jī)噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)在1986年發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)gb259-86《中小功率柴油機(jī)噪聲限值》(1987年3月1日實施)。對單缸機(jī)規(guī)定,水冷式標(biāo)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(fēng)冷機(jī)限值lω(a)≯110db(a)。
(2)國家標(biāo)準(zhǔn)gb 12348-90和gb 12349-90對環(huán)境噪聲的要求:二類標(biāo)準(zhǔn)(適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū))晝間60db(a)、夜間50db(a);三類標(biāo)準(zhǔn)(適用于工業(yè)區(qū))晝間65db(a)、夜間55db(a)。
據(jù)估算,非增壓四沖程柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲比表面噪聲大5~6db,增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲往往是發(fā)動機(jī)整機(jī)最強(qiáng)的噪聲源。進(jìn)氣噪聲與進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計有密切關(guān)系。增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲主要與增壓器的壓氣機(jī)有關(guān)。非增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲隨轉(zhuǎn)速的提高而迅速增強(qiáng),但與負(fù)荷的變化基本上無關(guān)。這是由于轉(zhuǎn)速提高后,吸入空氣的流速增大,進(jìn)氣管入口處空氣壓力脈動的強(qiáng)度和頻率隨之提高的原因。
二、機(jī)械噪聲定義和分類
1、機(jī)械噪聲
機(jī)械噪聲,指的是由于柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時,部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力,使機(jī)械部件和殼體產(chǎn)生振動而輻射噪聲。機(jī)械噪聲按聲源的不同可分為 3類:空氣動力性噪聲、機(jī)械性噪聲、電磁性噪聲。
(1)機(jī)械噪聲是由于柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時,部件間的摩擦力、撞擊力或非平衡力,使機(jī)械部件和殼體等發(fā)聲體產(chǎn)生無規(guī)律振動而輻射出的噪聲。
(2)機(jī)械噪聲的特性(如聲級大小、頻率特性和時間特性等)與激發(fā)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(guān)。
(3)提高機(jī)器制造的精度,改善機(jī)器的傳動系統(tǒng),減少部件間的撞擊和摩擦,正確地校準(zhǔn)中心調(diào)整好平衡,適當(dāng)?shù)靥岣邫C(jī)殼的阻尼等,都可以使機(jī)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(jī)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(chǎn)生,如排煙管、排風(fēng)等產(chǎn)生的噪聲。
(2)機(jī)械性噪聲:
由固體振動產(chǎn)生,如齒輪、軸承和殼體等振動產(chǎn)生的噪聲;
(3)電磁性噪聲:
由電磁振動產(chǎn)生,如發(fā)電機(jī)等產(chǎn)生的噪聲。
三、控制噪聲原理
發(fā)電機(jī)組的噪聲主要分為排煙噪聲、機(jī)械噪聲和機(jī)組振動噪聲三部分,針對三部分的噪聲,進(jìn)行環(huán)保降噪治理。通過隔振、吸聲、消聲及隔聲等措施,使機(jī)組對環(huán)境的噪聲影響降至相關(guān)環(huán)保法規(guī)允許的范圍內(nèi):
1、隔振
將振動源與環(huán)境通過隔振措施,使設(shè)備產(chǎn)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(tǒng)固有頻率fo存在如下關(guān)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(yīng)使振動系統(tǒng)固有頻率fo遠(yuǎn)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(yīng)用很廣的隔振裝置,其力學(xué)性能穩(wěn)定,能承載較重載荷,壓縮范圍寬,而且系統(tǒng)的固有頻率低,因此,在大機(jī)組的隔振,明顯地優(yōu)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(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單,性能可靠,安裝方便。但橡膠隔振器導(dǎo)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(yīng)選用耐油耐酸堿型。
在機(jī)房安裝中,以下地方需隔振處理:機(jī)組與基礎(chǔ)、機(jī)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(fā)生一部分聲能被反射,一部分聲能被吸收現(xiàn)象。通過對聲能的吸收,降低機(jī)房內(nèi)的混響聲,從而達(dá)到整體降低噪聲的效果。
②利用吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)來吸收聲能以降低噪聲。某種材料或結(jié)構(gòu)具有吸收聲能的能力,則這材料或結(jié)構(gòu)就稱為吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)的種類,主要有多孔材料、亥姆霍茲共振器、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)(包括微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu))、薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)、柔順材料等。
③發(fā)電機(jī)組的噪聲級一般在94db@7m,安裝于四面光滑的機(jī)房內(nèi),機(jī)房內(nèi)的噪聲級可達(dá)到103~105db(a)@1m,因此,在機(jī)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(chǎn)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(yùn)動,緊靠孔壁或纖維表面的空氣,因孔壁的影響,產(chǎn)生粘滯作用,使聲波與多孔材料產(chǎn)生摩擦使聲能轉(zhuǎn)化熱能,從而得衰減。機(jī)房作為一個相對密閉的環(huán)境,進(jìn)、排風(fēng)口作阻性消聲器,降低噪聲的外泄。消聲器的消聲量可達(dá)25db/米。
4、隔聲
隔聲即用構(gòu)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(kuò)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(dāng)隔聲設(shè)施,能降低噪聲級20db(a)~50db(a)。這些設(shè)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(fā)電機(jī)房隔聲門結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 發(fā)電機(jī)房觀察窗隔音措施示意圖
四、治理措施
根據(jù)康明斯發(fā)電機(jī)組噪聲治理原則,經(jīng)過綜合分析,采用下列噪聲治理措施。
1、機(jī)房土建要求
發(fā)電機(jī)房總體布置如圖5和圖6所示。由柴油發(fā)電機(jī)組的噪聲頻譜可知,要達(dá)到噪聲治理要求,機(jī)房的墻及屋頂?shù)母袈暳勘仨氝_(dá)到65(a)的要求。由有關(guān)資料可知,采用240mm磚墻、雙面抹灰,隔聲量可達(dá)52.6(a),雖然達(dá)不到上述要求,但其不足部分可通過發(fā)電機(jī)組機(jī)房室內(nèi)吸聲來實現(xiàn)。
圖5 柴油發(fā)電機(jī)房布置俯視圖
圖6 柴油發(fā)電機(jī)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(nèi)側(cè)進(jìn)行阻尼處理,內(nèi)填充吸聲材料,并做成門斗形式,采用兩個隔聲門。
3、室內(nèi)的吸聲處理
由于柴油發(fā)電機(jī)組安裝在密閉式的房間內(nèi),因此其混響聲比較嚴(yán)重,必須在室內(nèi)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(nèi)總面積的70%,經(jīng)估算其吸聲量約為12db(a),這樣可彌補(bǔ)隔墻隔聲量的不足。
4、進(jìn)、排風(fēng)道的消聲設(shè)計
一般柴油發(fā)電機(jī)組排風(fēng)量為8000m3/h左右,進(jìn)風(fēng)量為100000m3/h左右,為了提高進(jìn)、排風(fēng)的消聲效果,在設(shè)計消聲道尺寸時,應(yīng)保證進(jìn)、排風(fēng)的速度小于5m/s,以減少再生噪聲的影響。本設(shè)計采用片式長方形消聲結(jié)構(gòu),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(shù)、消聲器長度、通流截面等計算平均消聲量為63.6db(a)。考慮到室內(nèi)消聲處理,其進(jìn)排風(fēng)道消聲量基本滿足消聲要求。
5、排氣消聲器的設(shè)計
柴油機(jī)的排氣噪聲是整機(jī)噪聲中貢獻(xiàn)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(kuò)散、降速、變頻或改變噴注氣流參數(shù)等功能,才能使其具有明顯的降噪效果。根據(jù)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(kuò)張式消聲器。由于機(jī)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(kuò)張室的中心頻率分別是125hz和200hz。經(jīng)理論估算,兩級擴(kuò)張室消聲器消聲量為40db(a)左右,這樣排氣消聲
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