低噪声工程的设计方法

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1、一、概述柴油发电机组运行时，通常会产生95-110dB(A)的噪声，如果没有采取必要的降噪措施，机组运 行的噪声，将对周围环境造成严重损害。为了保护和改善环境质量，必须对噪声进行控制。国家标 准 GB12348-90 和 GB12349-90 对环境噪声的要求是：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)。 通常按昼间60dB(A)的标准进行低噪声工程设计。科泰公司通过采用高效吸音材料，用先进生产工艺工业化生产的降噪消声装置对进、排风通道和 排气系统进行了降噪处理，确保机组在满足通

2、风条件，也即不降低输出功率的前提下，完全满足了 国家标准对环境噪声的要求。公司在多年的设计施工实践中形成了独具一格的低噪声工程设计规范。二、 设计思路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，机组各类噪声大致按如下顺序排列：排气噪声、燃烧噪声或 机械噪声、风扇噪声、进气噪声。降噪设计的基本思路是：首先查明各种声源中的最大噪声成分及其 频率特性，采取有关技术措施，将各声源的噪声级尽量降低到大致相同的水平，其中容易降低的噪声 源可以降低的多一些，降噪还要和其他技术要求(如对机组输出功率的影响、降噪成本等多种具体因 素)

3、综合起来考虑。下面按照各类噪声源分别说明降噪的技术措施：1. 排气噪声的控制排气噪声是发动机噪声中能量最大，成分最多的部分。它的基频是发动机的发火频率，在整个的 排气噪声频谱中应呈现出基频及其高次谐波的延伸。噪声成分主要有以下几种：a. 周期性的排气所引起的低频脉动噪声，其峰值频率一般为63125Hz,噪声值高达105125dB(A)b. 排气管道内的气柱共振噪声;c. 气缸的亥姆霍兹共振噪声;d. 高速气流通过排气门环隙及曲折的管道时所产生的喷注噪声。e. 涡流噪声以及排气系统在管内压力波激励下所产生的再生噪声形成了连续性高频噪声谱，频率均在 1000Hz 以上，随气流速度增加，频率显著提高

4、。排气噪声是发动机空气动力噪声的主要部分。其噪声一般要比发动机整机高10T5dB(A)，是首 先要进行降噪控制的部分。消声器是控制排气噪声的一种基本方法。正确选配消声器(或消声器组合) 可使排气噪声减弱30-40dB (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(即我们平时称呼为工业型消声器)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。2) 抗性消声器(即我们平时称呼为住宅型消声器)是利用不同形状的管道和共振腔进行适当

5、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。一般选择性较强，适用于窄带噪声和低、中频噪声的消减。 机组排气系统的降噪处理：我们一般利用一个波纹减震节、一个工业型消声器和一个住宅型消声 器的组合，有效地隔断了排气震动和排气噪声的传播。同时，对排气管道进行隔热隔音包扎，也能改 善机组的运行环境和由排气管引起的噪声。2. 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，其中最为严重的有以下几种：a. 活塞曲柄连杆机构的

6、噪声（主要为高频噪声）；b. 配气机构的噪声（主要为低、中频段噪声）；c. 传动齿轮噪声（噪声谱是一种连续而宽广的频谱）；d. 不平衡惯性力引起的机械震动及噪声。e. 燃烧噪声是燃烧过程产生的结构震动和噪声。在气缸内燃烧噪声（尤其是低频部分）声压级 是很高的，但是，发动机结构中大多数零件的刚性较高，其自振频率多处于中高频区域，由 于对声波传播频率响应不匹配，因而在低频段很高的气缸压力级峰值不能顺利地传出，而中 高频段的气缸压力级则相对易于传出。控制机械噪声和燃烧噪声的有效办法: 一、是对机组进行隔震处理，机组的隔震一般采用高效减震胶垫，现在这一部分技术已经非 常成熟。经过隔震处理，机组表面的震

7、动被有效隔断。二、是在噪声的传播通道上进行降噪处理，减少声源对外的辐射，个别对噪声指标控制特别 严的机房还要在内墙和天花粘贴高效吸音材料，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。3. 冷却风扇和排风通道噪声的控制风扇噪声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。涡流噪声是气流在旋转的叶片截面上分离时，由于气体具有粘性，便滑脱或分裂成一系列的漩 涡流，从而辐射一种非稳定的流动噪声。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。控制风扇和排风通道噪声的手段，主要是设计一个好的排风吸音通道，这个吸音通道

8、可由导风槽 和排风降噪箱组成，也可由导风槽和一至几组的吸音挡板组成。排风降噪箱的工作原理，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，以免排风口风阻增大而致排风噪声增大和机组高水温停机。4. 进气噪声控制机组工作在封闭的机房里面，从广义上讲，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，空气的流速很大，气流的噪声和机组运转的噪声都经进风 通道辐射到外面。发动机进气系统的噪声是由进气门周期性开、闭而产生

9、的压力波动所形成，其噪声频率一般处于 500Hz 以下的低频范围。 对于涡轮增压发动机，由于增压器的转速很高，因此其进气噪声明显高于非增压发动机。涡轮增 压器的压气机噪声是由叶片周期性冲击空气而产生的旋转噪声和高速气流形成的涡流噪声所组成，且 是一种连续性高频噪声，其主要能量分布在500-10000HZ范围。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。考虑到 进气噪声相对较低，故对发动机的进气系统一般不做另外处理。对机组的进气通道，则要从风道的设 计，隔音材料的选用等方面进行综合控制。其基本思路是：a. 进风净面积符合设计规范，以保证发动机的进气系统和机组的冷

10、却系统有足够的新鲜空气吸入；b. 进风通道需经吸声处理，一般采用进风百叶窗 + 导风槽 +消声挡板的组合，如果有充足的空间， 也可采用进风百叶窗+降噪箱的组合。三、设计指导原则在机组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、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，使机组的温升较高， 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 600-2000，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

11、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箱 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；墙壁上开三层防爆玻璃观察 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

12、用双层夹板制成的隔音门若做成一个门洞两扇隔音门，则降噪效果更佳风速表见表 2（最强风速不应超过 8m/s）4进、排风降噪箱风道长L风L风=C 式中 C 为常数，其值与降噪效果有关， C 值见表 35.排气背压的计算1） 排气系统背压 P（kPa） 在进行排气系统计算时，可先作这样 的设定:机组标准配置的波纹避震节、工 业型消声器等同于同管径的直管，弯头 折算成直管当量长度，把以上三项和连 接直管的长度相加后用排气管背压的计 算公式计算背压，可使整个计算简化，四、四、设计计算：1. 排风面积A排血）A = k S （m2）排.水箱式中S .箱为水箱净面积，k为风阻系水箱数，k值见表12. 进风面

13、积粗计算A % 1.2 A （m2）3. 进风量计算Q = A V k-1（m3/s）进进.风.式中 Q 进为进风量进A进为粗算的进风面积血）进V风为风速（m3/s），般取3级风的风 速平均值4. 4 （m/s） 进行计算并不失计算精度，消声器背压的计算特指住宅 型消声器的计算。p =（P 排 + p 消）pP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（kPa）附加物K无降噪箱1防鼠网1.051.1百叶窗1.21.5降噪箱3降噪箱+防鼠网3.053.1降噪箱+百叶窗3.23.5表1：风阻系数风级名称风速（m/s）0无风00.21软风0.31.52轻风1.63.33

14、微风3.45.44和风5.57.95清劲风8.010.76强风10.813.87疾风13.917.18大风17.220.79烈风20.824.410狂风24.528.411暴风28.532.612飓风32.7 36.9表3：C值dB(A)C(mm)701600651800602000表 2：风速表2）P 排=6-32LxQ2D51T+273式中：L为直管当量总长度（m）见表4Q为排气流量（m3/s）D为排气管直径（m）T为排气温度（C）3）消声器背压P消的计算消先计算消声器的管流速V管Q( m3/s)V 二一管 A( m2 )管(m/s)管径（英寸）45度弯头 （m/每个弯头）90度弯头 （m

15、/每个弯头）3.50.571.3340.651.5250.811.9060.982.2871.222.7081.393.04101.743.8122.094.56142.445.32表4：直管当量长度表式中 A 管为消声器排烟口的截面积，用计管算出的管流速值从图 1（流速/阻力曲图） 查出消声器的阻力值F阻，则排气背压阻F阻（毫米水柱）X673 亠P消=-T+莎（毫米水柱）图 1. 流速/阻力曲线图注：1毫米水柱=00098kPa低噪声工程的设计规范RLJj（谜4 .水柱）RUj（ 它来水杵2540.0-30.0-计算示例：机组 KV275E、发动机 TAD740GE：住宅型消声器6（排烟截面

16、积为0.0214m2）计算消声器的管流速：(见附录 5)，排气量 41.8m3/min=0.697m3/s (见附录 1)V消=Q ( m3/s)A 消(m2)0.697贡厂=32.55(m/s)查图1：流速/阻力曲线图，得消声器的阻力值F 阻=90 （毫米水柱）阻计算消声器的背压：P消=F 阻（毫米水柱）x 673x9.8x 10-3阻T273T=540C(见附录1)计算排气管的背压：90x673x9.8x 10-3540 + 273=1.055(kPa)険缮LTECH低噪声工程的设计规范假如在住宅型消声器前面有一工业型消声器，一波纹管避震节，2个90弯头，总长度3 米，管径0 108，其背

17、压为P排，则当量长度=3+2x1.52=6米(见表4)排16.32XL】(米)xQ2 ( m/s)Dy (米)1T+273x 10-36.32 x 6 x 0.69720.10851540+273x 10-3=1.54(kPa)再假如在住宅型消声器后面有排气管30 米,弯头5 个,管径卩165,则当量长度L2=30+5+2.28=41.4(米)x 10-36.32 XL (米)xQ2 ( m3/s)1排22XD25 (米)T+2736.32x41.4x0.69720.16551540+273x10-3=1.28(kPa)排气管的总背压：P排=卩排严排2=1.54+1.28=2.82(kPa)排

18、气系统的背压：P=P 排+P 消=2.82+1.55=3.875(kPa)系统的许用背压值P=10(kPa)最后得出：P=3.875P=10(kPa)附录 1：机组降噪工程设计原始数据表机组型号引擎型号水箱散热器 有效面积排风量燃气量排烟量排烟温 度允许最大背 压住宅型消声器 规格（英寸）备注W(mm)H(mm)m3/minM3/minm3/minCkPaKJ31/KJ35E3029DF1285355001201.85.26107.54KJ40/KJ44E4039DF0085185581292.67.46007.54KJ63/KJ70E4039TF008518558126411.86237.5

19、4KJ72/KJ80E4045TF0026026121295.515.55657.54KJ80/KJ90E4045TF2586486201295.6/6.112.3/13.6565/6007.54KJ90/KJ100E6059TF0066027011235.715.85717.54KJ100/KJ110E4045HF158738670123718.75657.54KJ115/KJ125E6068TF2586025781508.919.15757.54KJ150/KJ165E6068HF15874578017111.225.45757.54KJ190/KJ205E6081AF001(A)6808

20、0024013.2/14.536.9/42.0578/5907.56KJ230/KJ250E6081AF001(B)68080024013.2/14.536.9/42.0578/5907.56KJ275/KJ300E6081HF001(B)75093024016.5/17.344.4/47.3640/7037.56KJ300/KJ330E6125HF070(A)1054102032718.6/20.445.1/49.3478/4817.56电喷KJ350/KJ380E6125HF070(B)1054102032721.2/22.250.0/52.8417/4247.56电喷KJ380/KJ42

21、5E6125HF070(C)1054102032721.6/26.852.1/64.8477/4687.56电喷KV80/KV90ETD520GE500523904.32/4.7514.0/15.46103*4*需特别 注意KV100/KV110ETAD520GE500610905.25/5.7714.7/16.252054机组型号引擎型号水箱散热器 有效面积排风量燃气量排烟量排烟 温度允许最 大背压住宅型消声 器规格（英寸）备注W(mm)H(mm)m3/minM3/minm3/minCkPaKV125/KV140ETD720GE6607001147.35/8.0820.3/22.356056

22、KV150/KV165ETAD720GE6607001569.20/10.124.3/26.747656KV160/KV175ETD710G7958002439.328.560556KV190/KV205ETWD710G9519502401032.659056KV200/KV220ETWD740G795100128812.533.5540106KV250/KV275ETAD740GE795100124015.641.8540106KV275/KV300ETAD1030GE807100224919.757.853056KV300/KV330ETWD1210G95195032722.662.554

23、556KV325/KV358ETWD1211G1123113243521.864.559556KV328/KV358ETAD1240GE91089043520.5/21.850.4/55.5585/595108电喷KV375/KV410ETAD1241GE91089046223.5/25.058.0/63.0490/505108电喷KV375/KV410ETAD1232GE951114132424.973.458056KV410/KV450ETAD1242GE91089040525.0/27.063.0/68.5505/525108电喷KV410/KV450ETWD1630G112311304

24、233079.250056KV450/KV500ETAD1630GE951114041134.890.351058KV500/KV550ETAD1631GE1123113242334.39956558KM600/KM660ES6R-PTA12921050582471235005.68KM650/KM750ES6R2-PTA12921050720521375005.68KM750/KM825ES6R2-PTAA14901280726601595005.610KM1050/KM1160ES12H-PTA156616101800*832205104*128需特别注意KM1275/KM1425ES12

25、R-PTA173016701800982585105.612KM1375/KM1530ES12R-PTA21701200018001052795105.612KM1500/KM1650ES12R-PTAA22000203018001203185205.614KM1735/KM1900ES16R-PTA2100210019501283395205.614KM1906/KM2100ES16R-PTA22150215020401433795205.614KM2000/KM2250ES16R-PTAA22250225025001594205205.614験缮LTECH低噪声工程的设计规范附录2：jc7

26、Xtit柴油机DiJA标准降噪安装图排风口百叶窗进风口百叶窗ra发电机基础平台/出风消声装置进风消声装置呼尺丰宅酣气消霹阻性消声器的吸声特性抗性消声器实例験结LTECH低噪声工程的设计规范附录3：机组基本配置工业型消声器外形尺寸9机组型号dDABLCMN备注KJ35E6020050630730KJ44E、 KJ70EKV90E、 KV110E7621073704850KJ90E、 KJ100EKJ110E10022073704850KJ125E、 KJ165EKJ205E、 KJ250EKJ300E、KV205E、 KV220EKV275E、 KV300EKV330E、 KV358EKV410

27、E、 KV450E108260738841030KJ330E、 KJ380EKJ425E1273007310541200电喷 机组KV358E*、KV410E*KV450E*、KV500EKV550E1593209511801370*为电喷 机组KM660E、 KM750E2163808011001260295822KM825E26748090120013803501222KM1160E、KM1425EKM1530E、KM1650E31853090130014804001222KM1900E、KM2100EKM2250E355560100145016504601222机组降噪工程用住宅型消声器

28、外形尺寸机组型号dDABLCMNKJ35E、 KJ44EKJ70E、 KJ80EKJ90E、 KJ100EKJ110EKJ125E、 KJ165E603858076092012541811438580760920180818KV175E、 KV205E1144501009151115180818KV220E、 KV275EKV300E、 KV330EKV358E、 KV410EKV450E1654501009151115240818KV500E、 KV550E21658010012201420295822KM660E、 KM750E21658010012201420295822KM825E267670100122014203501222KM1160E、 KM1425EKM1530E318770120152517654001222KM1650E 、 KM1900EKM2100E 、 KM2250E355900120152517654601222僦声机组配置囲型请声器梆尺寸A丄BL