降低柴油发电机房噪声的处理方法

摘要：柴油发电机组是一种广泛使用的备用供电设备，发电机组引发的环境噪声污染问题日益得到重视。康明斯公司对深圳某电信局应急备用的柴油发电机组进行噪声频谱特性分析和周围环境状况的分析，针对性地提出吸声、隔声、消声、减振以及通风散热的治理措施。经过治理后，达到了环境噪声π类区域排放标准的要求，同时也满足了柴油发电机组工作时的通风散热要求。

一、噪声源分析

1、工程背景

      深圳某电信局兴建的应急备用柴油发电机房位于电信局办公主楼东北侧1楼，机房在西侧设置门1扇、玻璃窗1个，在东侧设置玻璃窗2个，北连配电机房。机房东向玻璃窗外侧就是厂界，距厂界1m处是市消防队队员宿舍，约20m处是市政府宿舍楼。为使发电机组使用时产生的噪声对四周住户不产生干扰，通过分析柴油发电机组的噪声特性，结合治理要求，依照噪声治理机理，对发电机组进行了综合治理，以消除发电机组噪声对周围环境的影响。

2、噪声源分析

      柴油发电机房噪声向外传播的主要途径有排烟道出口，进风口、排风口，门、窗和墙体的声透射。柴油发电机组的主要噪声源有：风扇噪声、排气噪声、燃烧噪声、机械噪声和电磁噪声等。

（1）风扇噪声

      风扇噪声是由旋转的叶片周期性地击打空气质点产生的噪声，一般以中频噪声为主，当柴油机安装有消声器时，风扇噪声便是重要的噪声源。

（2）排气噪

      排气噪声是柴油机排气管排出高温高速脉动气流时产生的噪声，排气噪声的频率以低频为主，并与负荷、转速有关。排气噪声的基频∱₀可用下式计算：

∱₀=nk/60 T...................（公式1）

式中，k——柴油机的气缸数；

n——柴油机转速，t/min；

T——冲程数，当柴油机为2冲程时T=1，柴油机为4冲程时T=2。

（3）机械噪声

      机械噪声是发电机组运行时产生的噪声。由于活塞在汽缸内往复运动而产生一种强烈的振动与爆炸，通过缸壁激发了气流再生振动噪声与机械结构的摩擦声，以及柴油机、排风扇及排烟阀门在运行时产生的振动和气流冲击噪声，这种噪声的频率范围相当宽。

（4）燃烧噪

      燃烧噪声是由于柴油机在燃烧做功时产生的噪声。

（5）电磁噪声

      电磁噪声是发电机转子在电磁场中高速旋转时产生的噪声。

3、现场勘测和确定

      该发电机房内安装2台发电机，其中1台为柴油发电机组，另1台为备用发电机组。柴油发电机组的功率为380 kW，备用发电机组的功率为200kW。其中柴油发电机组中的柴油机安装了排气消声器，在发电机的下部安装有4个隔振器；备用发电机组的柴油机有2个排气管，排气系统没有安装排气消声器，但其底部支架与混凝土基础之间安装有8个隔振器。

      实测时发现，柴油发电机组的隔振器安装不合理。当柴油发电机组满载荷启动时，室内噪声高达100 dB（A）以上，距厂界1m处的噪声级为92dB（A）；空载荷启动时，在厂界1m处的噪声级为87 dB（A），因此，对周围居民的生活产生极大的影响。根据文献对柴油机的理论分析，高速柴油机（>800r/min）的噪声频率在800-5000Hz范围内呈现较高的声级，同时由于冷却风扇的影响在125-500 Hz内亦有较高的声级。图1是厂界1m处实测噪声倍频程频谱。由图1可以看出，厂界1 m处的噪声能量主要分布在125 Hz到4 kHz的频率范围内，结合现场情况可以判断噪声的主要来源是风扇噪声、排气噪声和机械噪声。

图1  发电机房实测噪声倍频程频谱

二、噪声综合治理措施

      对该发电机房进行噪声治理，主要是从噪声传播途径上采取声学技术措施，对机房门、窗及墙体采取吸、隔声措施，对进、出风口采取阻抗消声措施，对排气道采取抗性消声措施。

1、治理标准及降噪量要求

      根据对现场环境噪声的调查和测量，厂界外1 m处的噪声值达92 dB（A）。依照GB3069-93和GB12348-90，对于Ⅱ类区域来说，该区域噪声治理值在昼间的控制值为60 dB（A），夜间控制值为50 dB（A）。考虑到该发电机组为断电情况下单台工作的发电机组，因此实际控制值为50 dB（A），相应降噪量为42 dB（A）。

2、机房的吸声、隔声措施

      在室内平顶和周围内墙面安装吸声材料和吸声结构，内墙面铺设密度为48 kg/m²的离心玻璃棉，外包无碱玻璃棉布，护面材料为1mm厚穿孔铝板。在顶部悬吊板式吸声体，采用200mm厚离心玻璃棉，外包玻璃纤维布，并用镀锌龙骨做支吊架，以穿孔铝板作为护面。这样处理可以使整个机房吸声减噪量达到4-10 dB（A），从而有效地减少室内的反射声，既降低了机房内的噪声，又减小了向室外的辐射噪声。

      对机房内的隔声处理：把所有普通门换成隔声门，门扇材料为双层厚钢板，留空腔80 mm，内填玻璃棉，门缝采用斜企口结构，门缝叠压处采用橡胶条密封[4]；机房和配电房所有不能打开的玻璃窗都改为双层隔声玻璃窗，空腔厚10 cm，边框进行吸声处理。设计隔声量为35 dB（A）以上。

3、排气管的消声措施

      发电机组排气管直接通向室外，室外的排气噪声非常强烈。柴油发电机组原来配置的抗性消声器消声容积较小，消声量不足，不能满足目前降噪的需要。另外，备用发电机组没有装排气消声器。

      由于在排气管道中的气流温度高达300-680℃，所以在2台发电机组上加装可消除中低频高温气流噪声的阻抗复合式消声器，其插人损失设计为42 dB（A）。对于转速是1500r/min的6缸4冲程柴油机来说，噪声的基频是75 Hz，其余噪声成分主要都是它的高次谐频。在消声设计中，6次谐频以下采用抗性消声方法，其余采用阻性消声方法。这样处理可以较大限度地降低消声器的体积，并且有良好的消声效果。

4、进、排风口的消声措施

      考虑到发电机组的通风散热条件，以及现场的地形限制，原室内向外打开的普通玻璃窗全部改为片式通风消声器，需根据对发电机组供氧和通风散热要求重新设计、计算机房的进、排风量。

      设柴油机缸径为160 mm，行程为150mm，每转有3个缸依次进气，则每秒的进风量为0.21m³。设发电机组工作时室内温升为20℃，发电机组的热机效率是60%，空气的比热容为1.004 kJ/（kg·K），机房的容积约为89m²，则每秒的进风量为13.7m²。由于发电机组供氧所需的进风量远小于发动机散热所需的进、排风量，故设计时取机房的进风量、排风量为13.

7m²/s。

      如果每个片式通风消声器的有效通风面积为1.5 m×1.1m×0.45m，则进风的速度应为9.3 m/s，这需要在每个片式通风消声器的室内一侧加装低噪声轴流风扇。

5、柴发的隔振设计

      原柴油发电机组的柴油机由于转速较高，且与基础之间直接固接，发电机组工作时产生的较大振动直接通过地面传播并辐射出噪声。为了隔断振动的传递，必须对发电机组的底座进行隔振设计。隔振设计的目标值是：机房外0.5m的铅直向振动级为72 dB，即铅直向振动加权加速度的有效值为3.98 mm/s。

      对于柴油发电机组来说，其质量约为5 t，发电机组的转频为25 Hz，柴油机为6缸4冲程，其振动基频为75 Hz，由此可以算出隔振器的刚度K等参数并选用隔振器。

      发电机组工作时，柴油机将会产生很大的扭矩，这个扭矩大部分用于发电做功，少部分会作用在整个机座上。由于机座的隔振基础较高，为防止发电机组工作时沿轴线左右方向整体摆振，在机座的长边位置每边各安装2个防摆隔振器。

三、结论

（1）柴油发电机房的噪声控制和治理要对照有关的噪声标准，结合在实际中对环境造成的影响，确定需要降低的噪声值以及采取的技术措施。

（2）对该备用柴油发电机组的治理是通过对机房内墙面和平顶进行吸声处理，对门、窗进行隔声处理，降低柴油发电机组的空气传声；在排气管上加装阻抗复合式消声器，以及在进风口、排风口安装片式通风消声器，用于降低柴油发电机组的空气动力性噪声，并且考虑到发电机组的散热要求，按实际情况加装低噪声轴流风扇；通过对发电机组底座与基础之间进行隔振处理，降低柴油发电机组的振动固体传声。经过治理后，达到了环境噪声Ⅱ类区域排放标准的要求，同时也满足了柴油发电机组工作时的通风散热要求。