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柴油发电机房噪声控制研究 摘要 柴油发电机组是一种广泛使用的备用供电设备，作为对电力系统的补充， 在给人们供应用电的同时，伴随机组运行产生的噪声污染问题也十分严重，随 着人们对环保意识和环境质量要求的提高，发电机组引发的环境噪声问题日益 得到重视。如何在满足人们用电需求的同时，改善柴油发电机房周围环境的声 污染状况具有重要的研究意义。 本文在对柴油发电机房室内机组的各种噪声源进行分析的基础上，详细阐 述了柴油发电机房噪声的四种主要治理措旌。作为工程应用实例，对涡阳电信 局紧急备用的柴油发电机房引发的环境噪声污染问题进行噪声频谱特性分析和 周围环境状况的分析，并针对性地提出了运用吸声、隔声、消声、隔振以及通 风散热的综合治理措施。经过治理后，使涡阳电信局柴油发电机房周围区域达 到了环境噪声i i 类区域排放标准的要求，同时满足了柴油发电机组工作时的通 风散热要求。也为同类的柴油发电机房噪声控制治理提供了一定的参考价值。 关键词：柴油发电机组，噪声源特性。噪声控制 r e s e a r c ho nn o i s e sc o n t r o lo fd i e s e le n g i n er o o m a b s t r a c t d i e s e lg e n e r a t i n gs e t sa r eaw i d e l yu s e dk i n do fe m e r g e n c ye l e c t r i cs u p p l y u n i t s w h i l et h e ya r es u p p l y i n ge l e c t r i c i t yf o rp e o p l ea st h es u p p l e m e n tt op o w e r s y s t e m ，t h e yp r o d u c es e r i o u sn o i s ep o l l u t i o ni no p e r a t i o n w i t ht h ee n h a n c e m e n to f p e o p l e sc o n s c i o u s n e s so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dd e m a n do fe n v i r o n m e n t a l q u a l i t y ，t h en o i s ep o l l u t i o np r o b l e mg e n e r a t e db yd i e s e lg e n e r a t i n gs e t sh a sb e e n a t t a c h e di n c r e a s i n gi m p o r t a n c e t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et om a k e r e s e a r c h e so nh o wt oi m p r o v et h ea c o u s t i cp o l l u t i o nc o n d i t i o no ft h ee n v i r o n m e n t s u r r o u n d i n gt h ed i e s e le n g i n er o o mw h e nf i l l i n gp e o p l e sn e e d sf o re l e c t r i c i t y t h i sp a p e rd e s c r i b e sf o u rm a j o rc o n t r o lm e a s u r e so ft h en o i s eo fd i e s e l g e n e r a t i n gs e t si nd e t a i l so nt h eb a s i so fa n a l y s i so nv a r i o u sn o i s es o u r c e so fd i e s e l g e n e r a t i n gs e t si nt h ed i e s e le n g i n er o o m a sa p p l i c a t i o ni n s t a n c eo fe n g i n e e r i n g ，i t m a k e sa n a l y s e so ns p e c t r a ln o i s ec h a r a c t e r i s t i c sf o rt h en o i s ep o l l u t i o np r o b l e m p r o d u c e db yt h ee m e r g e n c yd i e s e le n g i n er o o mo fw o y a n gt e l e c o m m u n i c a t i o n o f f i c ea n do nt h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s t h e ni tp r o p o s e sp o i n t e d c o m p r e h e n s i v ec o n t r o lm e a s u r e st h r o u g ha p p l i c a t i o n so fs o u n da b s o r p t i o n ，s o u n d i s o l a t i o n ，n o i s ee l i m i n a t i o n ，v i b r a t i o ni s o l a t i o n ，v e n t i l a t i o n ，a n dh e a td i s s i p a t i o n a f t e rt h ec o n t r o l ，t h e s u r r o u n d i n gr e g i o no fd i e s e le n g i n er o o mo fw o y a n g t e l e c o m m u n i c a t i o no f f i c em e e t st h e r e g i o n a l e n v i r o n m e n t a ln o i s ee m i s s i o n s t a n d a r d s ( c a t e g o r yi i 、a n dt h ed e m a n d sf o rv e n t i l a t i o na n dh e a td i s s i p a t i o nw h e n t h ed i e s e lg e n e r a t i n gs e t sa r ea tw o r ka r es a t i s f i e d f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e rc a ns e r v e a sar e f e r e n c ef o rt h en o i s ec o n t r 0 1o fd i e s e l e l e c t r i cr o o m so ft h es a m ek i n d k e yw o r d ：d i e s e lg e n e r a t i n gs e t s ，t h ec h a r a c t e r so fn o i s es o u r c e s ，n o i s ec o n t r o l 插图清单 图1 12 0 0 5 年声环境状况3 图l 一2 英国d i d c o t 电站隔声罩5 图1 3 机组降噪安装简图6 图2 1 噪声评价曲线1 0 图3 1 四冲程柴油机转速和排气噪声频谱的关系曲线1 6 图3 2 四缸四冲程柴油机的低频噪声频谱1 7 图4 1 噪声控制基本程序示意图2 l 图5 - l 柴油发电机房平面简图3 2 图5 2 主发电机组3 2 图5 3 备用发电机组3 3 图5 - 4 厂界1 米处实测噪声倍频程频谱3 4 图5 5 实测噪声值的 7 ：足曲线3 5 图5 - 6 吸声体结构简图3 6 图5 7 双扇隔声门结构简图3 7 图5 8 隔声窗结构简图3 7 图5 - 9 消声百叶简图3 8 图5 1 0 双扩张腔内插式抗性消声器简图4 l 图5 1 l 排气管消声器的有限元模型4 2 图5 1 2 排气管消声器的传递损失曲线图4 2 图5 ，1 3 排烟管消声器消声器的内部声压云图4 2 图5 1 4 排烟管消声器消声器的0 - 1 0 0 0 h z 传递损失曲线图4 3 图5 1 5 消声器结构简图4 3 图5 1 6 隔振系统示意图4 6 图5 1 7d j 系列特性曲线4 7 图6 1 治理后厂外噪声的n r 曲线4 9 表格清单 表2 1 各类厂界噪声标准值( 等效声级l c q d b ) 。1 1 表2 2 城市各类区域环境噪声最高限值( 等效声级l e q d b ) 1 2 表2 3 城市各类区域铅垂向z 振级标准值( d b ) 1 3 表2 - 4 中小功率柴油机噪声限值( d b ( a ) ) 1 4 表4 1 室内吸声状况与相应降噪量2 4 表4 2 常见消声器分类2 6 表4 3 柴油机房内排气管道散热量3 0 表4 - 4 各种柴油发电机组治理前后噪声值( l c q d b ( a ) ) 3 l 表5 1 各中心频率的n r 数3 5 表5 2 离心玻璃棉板吸声性能表3 6 表5 3 隔声设计计算步骤3 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得盒g b 三些鑫堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名凌趁姥 签锢期：岬年占月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒胆王些 控可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名凌兹曲 签字日期：c 年月弓日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 、芝 日 一， 、乞 月 7 、孝争年 一 7 ： 泣 名 期 签 日 师 字 导 签 致谢 值此论文完成之际，回顾在合肥工业大学求学的七年风雨历程，特别是研 究生学习的这三年时光，艰辛的求学之路让我难以忘怀! 而众多老师、同学、 朋友和亲人对我的指导、关心和支持则使我永生难忘! 首先衷心感谢我的导师一一李志远教授在我攻读硕士学位的三年时间内给 予我的亲切关怀和悉心培养。李老师严谨认真的治学态度和对学术孜孜追求的 精神深深影响了我。他渊博的学识和对学术问题的独到见解，对研究课题的敏 锐发现和研究方向的准确把握，都体现了很高的学术素养。 从开始收集与本论文相关资料，一直到论文的完成，李老师都给予了我无 私的指导和帮助。在选题、开题及完成论文的每一个阶段，李老师都严格把关， 并在课题的研究思路上给以具有建设性的意见。对论文的审阅也同样耐心细致， 大到论文的框架，小到一个知识点，李老师都是一样细心批阅纠正。同时李老 师也是我生活中的老师，他对人的平和、亲切，对学生的关心爱护，教会了我 坦诚热情的待人处事方式。 衷心感谢刘正士教授、许滨高工、陈品老师给予我的支持和帮助。 衷心感谢毕蝾、魏浩征、赵承三、王晓军、张春鹏、任勇、于洋等师兄弟 提出的宝贵意见和帮助。还要感谢我在合肥工业大学学习、生活中所有认识和 给予过我帮助的老师、领导、同学和朋友们。 最后还要特别感谢我的父母，是他们不辞劳苦、任劳任怨的辛勤付出给予 了我精神和物质上的支持，使我最终得以完成学业。 麦慧婷 第一章绪论 1 1 前言 噪声污染和大气污染、水污染及固体废物污染一起被称作环境方面的四大 公害，噪声污染在城市几乎无处不在，并且正在向乡村扩展。在中华人民共 和国环境噪声污染防治法中，是这样定义环境噪声【l 】的：环境噪声是指在工 业生产，建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。 噪声污染【l 】是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰 他人正常生活、工作和学习的现象 早在3 0 年代噪声污染就引起了人们的注意，二十世纪末，在发达国家大气 污染、水污染有了很大的改善，而噪声污染改善却不大，它成为二十一世纪环 境污染控制的主要问题。尽管噪声引起的经济损失是极其复杂而不易确定的， 但是它造成的潜在耗费却很可观。据研究推算，中国每年因道路交通噪声污染 导致的经济损失约合2 1 6 亿元人民币 2 1 类似的经济损失美国为5 1 亿美元，年， 德国1 0 6 亿美元年。瑞士6 8 亿美元，年，芬兰2 8 亿美元年【3 1 从以上的简 单数字不难看出，声环境质量的改善不仅是人民正常生活所必须的条件，也是 国民经济持续发展的一个保证条件 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，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，给人们的生活、生产带来极大的方便， 同时，随之引发的环境噪声污染及废弃污染问题，干扰了人们的日常生活，影 响了工作效率，损害了人体健康，在较大范围内对社会环境造成严重污染。特 别是在人口密集的市区，发电机房往往毗邻办公场所或居民住宅，噪声的危害 尤甚因此，人们越来越重视备用发电机房的噪声污染问题，采取了多种相应 的控制措施降低机组的噪声污染。 1 2 降低柴油发电机组噪声的重要性 柴油发电机组应用得如此广泛，是因为它具备了其它发电机组所不具备的 突出优点 4 1 ：( 1 ) 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，通常发电功率按额定功率的9 0 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，目前大部分舰船电站、移 动电站及各种应急电站都由柴油发电机组组成 内燃机给人类带来极大的方便的同时，它辐射的噪声对人类也造成了一系 列的危害首先，常年在噪声环境下工作如不采取措施将会引起噪声性耳聋、 神经衰弱、冠心病和动脉硬化等，当突然受到强烈的噪声作用时，能使听觉器 官产生外伤，造成耳聋，更严重的甚至于能够发生语言紊乱、神志不清、脑震 荡、休克或死亡【5 】；在噪声作用下，语言、通讯系统输入或输出的信噪比( 信 号强度和噪声强度之比) 降低，使语音不清晰；在特强噪声下，机械结构也会 因疲劳而断裂，这种现象叫作声疲劳1 6 l 。 随着人们生活水平的不断提高和环境保护意识的逐步加强，保护人类赖以 生存的自然环境、改善人们工作和生活的周围环境、走人与自然和谐发展的道 路已成为世界各国人民的普遍共识当今世界上，内燃机的辐射噪声和有害排 放物已成为环境污染的重要问题 由此可见，降低柴油发电机等内燃机噪声的研究工作刻不容缓对于改善 我们的生活环境，作为电力系统的补充，缓解电力供应矛盾具有特别重要的意 义。 1 3 国内外环境噪声污染现状 城市噪声污染是四大环境公害之一，是2 l 世纪环境污染控制的主要对象。 经济合作与发展组织( o e c d ) 的报告 6 8 o 7 0 0 d b ( a ) 的有1 3 0 个城市( 占3 5 7 ) ： 7 0 0 3 7 2 0 d b ( a ) 的有2 7 个城市( 占7 4 ) ； 7 2 o 7 4 0 d b ( a ) 的有1 6 个城市占 ( 4 4 ) ： 7 4 0 d b ( a ) 的有6 个城市( 占1 7 ) 清华大学针对居住社区声环境迸行了一项问卷调查，结果显示，4 4 3 的 受访者对机械设备发出的声音感到深恶痛绝，有4 2 8 的受访者对交通噪声感 到绝对厌恶。机械设备噪声和交通噪声分列最使人烦恼的几种噪声的第一位和 第二位 1 4 国内外柴油发电机组噪声控制技术发展现状 由于应急的备用发电机组常设置于城市中心和高层办公楼的附楼、楼顶或 者地下室。机组引发的噪声严重影响周围的环境质量。在柴油发电机组噪声控 制技术上，柴油机的排气噪声是机组主要的噪声源，它主要由排气阀开、闭时 机械振动引起的噪声、气缸内剩余的燃烧爆炸声，以及气流在管内流动产生的 空气动力性噪声组成，因此降低捧气噪声对降低整个机组辐射的噪声具有很重 要的意义。作为降低和控制柴油机排气噪声的一种有效途径，消声器在柴油发 电机组的噪声治理实例中得到了广泛的应用 经过声学工作者几十年的长期研究，消声器的结构形式和计算方法都得到 了不断完善和发展。为了合理的预测复杂消声器声学性能并从理论上指导消声 器设计，有限元法和边界元法是消声器声学性能分析中最常用的数值方法。有 限元法设计消声器的优点是可进行二维或三维的计算，直接求解消声器内部的 波动过程。能充分考虑壁面振动、介质、流速和温度梯度等参数的影响。许多 研究表明【，儿”1 ，有限元法能比较准确的模拟任意复杂形状消声器的消声特性， 并使得高次模式波的分析成为可能。在合理选取边界条件的情况下，提高了分 析精度。边界元法与有限元法这类区域性方法相比，只需离散区域边界而不必 对内部区域进行具体划分，相当于仅在区域的外表面上去有限单元。边界元法 特别适合于求解无限域问题，能够方便的计算管口的声辐射特性 i q 美国 a n s y s 公司开发的有限单元分析软件和比利时的l m s 公司开发的s y s n o i s e 软件等都是目前国内外最常用的有限元噪声分析软件其中s y s n o i s e 软件包 括有限元、无限元、直接边界元和间接边界元等多种分析方法，而且这些方法 之间还可以相互耦合能够对各种噪声情况进行准确的分析 在流场分析方面，计算流体力学( c o m p u t a t i o n a ld y n a m i c s ，简称c f d ) 在消声 器内的流场分析中也得到了越来越多的应用，它可以比较准确的分析消声器内 的流速、温度和声压的分布情况。常用的c f d 【l l l 通用软件包有f l u e n t ， s p a r c d ，f i r e 以及c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c ss e r v i c e s ，a e at e c h n o l o g y 推出的c f x 等。它们的差异表现在各种描述燃烧和流动的物理化学过程模型的 各种有机组合以及采用不同的数值计算方法上j 。 国外很多著名的企业和研究部门在利用数值计算和有限的试验相结合来设 4 计消声器方面已经做了大量的研究并体系化。在我国，消声器的研究经历了由 早期的实验方法到一维平面波理论的辅助分析以及现在的三维数值模拟分析， 从单纯考虑声学特性到考虑流速温度的影响等过程但我国在这方面起步晚， 经验少，要缩短我国消声器设计水平与国外的差距，在提高消声器试验技术和 试验设备，完善数值模拟方法方面都有待发展l i “。 对柴油发电机房的噪声控制除了在发电机组的摊气管上加装排气消声器 外，还需对机房进行吸、隔声以及隔振处理，把机房变成一个隔声间；对于露 天的机组采取加装隔声罩，阻隔噪声对外辐射能量。 美国阿特兰提克底特律柴油机一艾利森公司( a t l a n t i cd e t r o i t d i e s e l a l l i s o n ) 与弗洛伊德( f l o y d ) 制造厂一起研制出了满足降嗓要求的隔声 罩【l ”。对于一台4 0 0 k w 备用柴油发电机组，机组产生的噪声级为1 1 2 d b l a ) ， 加入隔声罩后，距外罩4 6 m 处噪声值降低到5 5 d b ( a ) 。整个隔声罩长度不超过 1 0 7 m ，在进气口和散热器排气区域均装有特制的隔板装置。该外罩还具有建 筑隔声墙的特点，其外层采用比普通钢厚的钢制成，外形尺寸为1 0 8 m 3 m x 4 3 m ( 带消声器) 弗洛伊德制造厂采用专门制造的角材设计出噪声隔板以降低 临街区域内的噪声，并采用计算机辅助设计程序以便模拟隔声罩内气流分布的 情况。该装置装有休斯敦工业消声器公司生产的d e s o p 氧化消声器。消声器装 有新设计的催化转换器，使c o 、v o c 、s 0 2 和粒子降低8 0 9 0 ，其噪声衰减 额定值为5 3 d b ( a ) ，并用5 0 8 m m 厚的隔热层包住消声器，以保持催化作用所 需的热量弗洛伊德制造厂为在外罩顶部安装消声器生产了专用支架。 对于露天的柴油发电机组，英国d i d e o t 电站安装了7 个m o d u l i n 严模块式 隔声罩以控制发电机的噪声辐射，如图1 2 所示。 图1 2 英国d i d c o t 电站隔声罩 对于在室内的柴油发电机组，通常是对整个机房进行噪声控制，避免机组 运行的产生的噪声向枧房外辐射。图1 3 为汕头经济特区科泰电源有限公司对 柴油发电机房进行降噪的机组降噪安装简图【15 1 对于风冷闭式柴油发电机组， 设置专门的进风口，安装百叶窗和进风消声装置用于降低进风噪声；在风扇处 设置专门的捧风通道，该通道由导风槽和排风降噪箱组成，用于控制风扇噪声 和排风通道噪声；采用波纹减振管、一个工业型消声器和一个住宅型消声器的 组合对机组的捧气噪声进行控制，即采用阻性消声器和抗性消声器的组合，在 管道接口处均采用柔性连接，并加上吊码弹簧用于隔断排气管的振动；对机房 进行吸、隔声处理经过上述治理措施后，使柴油发电机房辐射出的噪声值达 到国家类环境标准 t 。： 1 仆 1 一_ i i j y ，x 。 广1 赫出hlz蔷 匦 u 拦型磁 鸳 捧 ， 、 止 厶：嘲 一 百 i2 l 箨风羽，装置 。l a ；_ 1 1 ：。i 1蠡瞄干苜叶一 l f 图i - 3 机组降噪安装简图 在今后很长一段时问内，柴油发电机组仍是主要的移动电源和备用电源， 针对机组产生的噪声进行控制的治理技术也在不断的改进、发展。一方面是不 断改进和完善柴油发电机组的整体性能【4 】。在声源处进行降噪；另一方面是从 传播途径上进行降噪，根据噪声的发生原理，用消声、隔振的降噪方式降低主 要声源的噪声，再以吸声、隔声相结合的综合降噪方式进行综合治理。 1 5 课题来源及研究的意义 1 5 。l 课题的来源 由于涡阳县供电不稳定、经常断电，涡阳县电信局自建了柴油发电机房作 为紧急备用电源，以保证服务器等设备的正常用电。但机组产生的噪声给周围 居民带来严重的噪声污染，因此委托合肥工业大学环境工程公司进行机房噪声 的控制治理。这是本论文研究工作的来源。 1 5 2 课题的研究意义 随着我国国民经济的迅速发展，一些私营、外资企业的高速发展和某些地 方在经济高速发展的同时面临着电力、电网供应不足的难题，工厂用柴油发电 机组以其耐用，低耗、清洁、高效、维修费用低等优点而被广大企业用户所青 6 睐。柴油发电机组作为电力系统的补充，除了作为一些企业的自行供电设备外， 还作为备用供电设备广泛应用于高层综合办公楼和公用建筑。柴油发电机组在 被广泛采用的同时，机组引发的环境噪声污染问题日益得到重视，这种噪声污 染给企业自身及周围环境带来极大的危害同时随着企业自身发展的需要和企 业与国际接轨的要求，i s 0 9 0 0 0 及i s 0 1 4 0 0 0 等标准在企业环境保护等方面均有 明确的要求。因此对柴油发电机房噪声进行治理是十分必要和重要的。 目前柴油发电机房噪声的设计与治理方法没有形成固定的模式，在理论方 法、选用材料及设计计算等方面都有不足本论文以涡阳电信局紧急备用的柴 油发电机组进行实例分析，通过对发电机房的主要噪声源进行分析，结合相应 的国家环境噪声标准，选用合理的计算公式进行设计计算，针对性地提出吸声、 隔声、消声和隔振的治理措旅，使机房噪声满足环境噪声排放标准为柴油发 电机房噪声控制提供了一种可供参考的治理方法，对改善柴油发电机房周围的 噪声环境，解决机房噪声给人们带来的一系列噪声污染具有重要的现实意义 1 6 本文的主要研究内容 本文主要是对柴油发电机房进行噪声控制研究，通过了解发电机组噪声常 用的评价量和相关的限值标准，对柴油发电机房的噪声源和常用的降噪治理措 施进行分析研究，结合实际的工程实例，制定柴油发电机房噪声控制的治理方 案。具体内容包括： l 、柴油发电机房的噪声值测量和噪声源分析 根据柴油发电机房内发电机组的发声机理，其噪声源包括柴油机的进、排 气噪声、冷却风扇噪声、燃烧噪声、机械噪声和电磁噪声等。通过对现场柴油 发电机房噪声测量，并对其噪声频谱特性进行分析，确定发电机房的主要噪声 源，有助于在降噪方案的制定过程中有针对性地选取治理措施。 2 、发电机房噪声控制技术的研究 根据噪声控制的基本原理和基本程序，对发电机房降噪治理中常用的四种 技术逐一进行分析查阅相关资料，分析四种治理技术的降噪原理、设计要点、 设计步骤、降噪材料的选取原则等。 3 、考虑整个发电机房的通风散热要求，通过查阅相关文献资料，对机房进 行通风设计 4 、i 程实例分析和设计 根据现场测量的噪声值进行频谱分析，绘制n r 曲线，结合相关的环境标 准，确定降噪量。查阅相关经验公式和文献资料、设计手册，以及运用s y s n o i s e 等数值计算分析软件，制定针对性的降噪治理方案，计算各个治理措施的设计 参数。 5 、结合实际治理效果，对治理方案进行总结，并提出一些建议。 7 1 7 本章小结 本章介绍了降低柴油发电机组噪声的重要性；国内外环境噪声污染现状以 及国内外柴油发电机组噪声控制技术的发展现状；接着介绍本文的课题来源以 及研究意义最后对本文的主要研究内容进行阐述。 8 第二章发电机组噪声的常用评价量及其标准 2 1 声音的计量 本节介绍噪声测量常用的级：声强级、声压级、声功率级。级的定义是指 某个物理量和基准量( 或称参考量) 之比的对数 声强级的定义1 6 1 ：一个声音的声强级厶是该声音的声强与基准声强之比的 常用对数乘以1 0 ，以分贝( d b ) 计，即 r l 。= l0 l g ( d b ) ( 2 一1 ) 0 基准声强厶在空气中为1 0 以2 w m 2 ，它是1 0 0 0 h z 声音的听阈声强，声阻抗 率p o c o = 4 0 0 p a s m 。 声压级的定义【1 6 l ：某声压p 与基准声压p o 之比的常用对数乘以2 0 称为声 音的声压级，以分贝( d b ) 计，即 l p = 2 0 1 9 导( r i b ) ( 2 - 2 ) ，0 基准声压p 口在空气中为2 1 0 一p a 。 声功率级的定义【1 6 】：某声源声功率与基准声功率之比的常用对数乘 以l o 称为该声音的声功率级，以分贝( d b ) 计，即 l w = 1 0 1 9 w 器( d m (2-3) 0 基准声功率在空气中为1 0 。1 2 w 2 2 常用的噪声评价量 噪声评价的目的是为了有效地提出适合于人们对噪声反应的主观评价量。 噪声评价量的建立必须考虑到噪声对人们影响的特点。各类噪声不仅具有不同 的强度，不同的频谱，也具有不同的时间特性，因此，要选择适当的评价量来 评价它们本节介绍评价发电机房噪声常用的噪声评价量。 2 2 1 噪声评价曲线 一个噪声的各个频带对人的干扰程度是不同的，为了准确地反映出噪声源 的频谱特性，确定各倍频程的噪声评价，国际标准化组织( i s o ) 提出了噪声 评价曲线( 曲线) 在同一条噪声评价曲线上，各倍频带的声压级可认为具有相同程度的干扰。 每一条噪声评价曲线都对应于一个噪声评价数n r 7 1 ( 见图2 1 ) 。通常规定在 保证实际噪声频谱不超出噪声评价曲线的条件下，以最靠近实际噪声频谱的噪 声评价曲线来确定在该噪声的噪声评价数 9 n r 数与a 声级间近似的换算关系【1 7 1 为： = “8 = l r 1 5 0 0 4 2 0 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 3 5 0 0 1 2 s9 69 79 8 9 9 l o ol o l 2 5 3 29 79 89 9l o o1 0 l1 0 2 1 2 5 1 6 01 1 41 1 51 1 6 1 1 71 1 8 1 1 9 1 6 0 2 0 01 1 51 1 61 1 71 1 81 1 91 2 0 2 0 0 2 5 0n 6 l t 7 l l s 1 1 91 2 0 1 2 l 2 5 0 3 1 51 1 71 1 81 1 91 2 01 2 l1 2 2 3 1 5 4 0 01 1 81 1 91 2 01 2 l1 2 21 2 3 2 0 0 01 2 61 2 71 2 81 2 91 3 01 3 l 注一直喷式柴油机噪声声功率级限值相应加i d b ( a ) 2 6 本章小结 本章首先对声音的计量如声压级、声强级等作了简单的叙述；接着对发电 机组常用的噪声评价量进行简单介绍；最后对本课题涉及到的环境噪声评价标 准和环境振动标准进行阐述，并介绍了中小功率柴油机噪声限值标准。 1 4 第三章柴油发电机组噪声源分析 对柴油发电机房噪声进行治理，必须对机房的主要噪声源柴油发电机 组进行噪声源分析，才能针对性地进行整个机房的噪声治理，使发电机房向外 辐射的噪声值达到环境标准因此本章将对柴油发电机组的主要噪声源进行分 析研究 3 1 内燃机噪声源分类 内燃机是以周期性完成工作循环的动力机。这种周期性包括空气工质运动 以及发出动力的周期性，因而就形成了空气运动和机械部件的振动激励源，从 而引起噪声1 1 7 1 内燃机声源有多个，如进气、排气、风扇( 或风机) 、燃烧、 活塞、齿轮、配气机构、轴承、供油系统等。 内燃机噪声按声源噪声的产生机理分为三类，即空气动力噪声、液体动力 噪声和固体动力噪声【 1 固体动力噪声又称为结构动力噪声，或机械噪声。内 燃机噪声也可以按声源噪声的传播形式分为三类，即空气声、液体声和固体声 空气声是声源经过空气向周围传播的噪声，流体声是声源经过液体向周围传播 的噪声，固体声是声源经过固体向周围传播的噪声固体声是由结构表面振动 引起的，因此固体声又称为结构振动噪声或结构表面噪声上述声源中进气、 排气、风扇产生的主要是空气声，其它声源产生的主要是结构表面噪声由于 液体动力在内燃机噪声中不是主要噪声源，因此内燃机噪声中液体声可忽略 1 1 7 1 。 3 2 柴油发电机组主要噪声源 柴油发电机组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等 3 2 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【1 7 l 【2 0 1 。 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。 3 2 2 迸气噪声 进气噪声是柴油机的主要空气动力噪声源之一，它是由进气阀的周期性开、 闭而产生的进气管内压力起伏变化所形成的。当进气阀开启时，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；当进气阀 关闭时，同样产生一个持续一定时间的压力脉冲，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 声口o l 。 对于非增压柴油机和汽油机，迸气噪声比排气噪声低。接近内燃机运动部 件产生的机械噪声水平【2 1 1 。 对于有增压器的大型柴油发电机组，增压器会产生强烈的高频噪声增压 器吸气时产生的气流脉动基频噪声及其各次谐波噪声与进气管口空气韵强烈涡 流噪声叠加，最高可达1 3 0 d b 左右【2 1 1 3 2 3 捧气噪声 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，由此产生周期性的捧气噪声 排气噪声是柴油机最主要的噪声源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。图3 - l 为四冲程柴油机在转速变化时 排气噪声的频谱【2 ” ； 器 图3 1 四冲程柴油机转速和捧气噪声频谱的关系曲线 由图3 - 1 可知，柴油机排气噪声的频谱星明显的中低频性，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( d b ) 可用公式( 3 - 1 ) 1 2 1 1 近似估算： l ，= 1 2 1 9 n + 3 0 1 9 n 一9 ( r i b ) ( 3 一i ) 式中：r 柴油机主轴转速( r m i n ) ： 肛一柴油机功率( w 1 捧气噪声频谱常包含以下频率成分：以每秒钟内排气次数为基频的排气噪 声、管道内气柱共振噪声、气缸亥姆霍兹共振噪声，废气喷注和冲击噪声、排 气系统管道内壁面处的紊流噪声和气阀杆背部的卡门涡流噪声等1 7 1 1 2 仉。 ( 1 ) 基频排气噪声 基频噪声是由于柴油机每一缸的排气阀启开时，气缸内燃气突然以高速喷 出，气流冲击到排气道内气阀附近的气体上，使其产生压力剧变而形成压力波， 从而激发出噪声这种噪声是一种典型的低频噪声，基频噪声频率与每秒钟的 排气次数有关系，即和气缸爆发频率是相同的，故基频噪声的频率【2 1 1 为 ”矿 厂= 云斋( h z ) ( 3 2 ) 式中：络柴油机的气缸数； 俨一柴油机每分钟的转速( r m i n ) ； t - - 冲程数，当柴油机为2 冲程时t = i ，柴油机为4 冲程时产2 在排气噪声频谱上，通常在基频而或其第二、三次谐波2 f o 、3 o 附近出现 峰值，频率再高时，以排气次数为基频的排气噪声声压级不大【2 0 1 2 1 】【2 扪。图3 2 为四缸四冲程柴油机的低频噪声频谱【2 2 1 对排气噪声信号进行频域分析可知， 排气噪声在低频段主要由一系列离散的谐波组成通常情况下，柴油机排气噪 声的主要成分是以柴油机点火频率为基频的周期性噪声，但中间有杂波，这是 各个气缸的燃烧情况、各个排气阀的磨损不完全相同，所以各缸排气噪声的周 期略有不同。 图3 - 2 四缸四冲程柴油机的低频噪声频谱 1 7 6 ( 2 ) 气柱共振噪声 排气系统管道中的空气柱，在周期性排气噪声的激发下，因发生共振而产 生空气柱共振噪声。 排气管内气柱声成分包括排气管、尾管、消声器内部的各部分引起的共振 声。每一段两端封闭的气柱都是一个振动系统，其本征频率1 7 1 为 户栉仨砂( 3 3 ) 式中：c 为声速；j 为管长，单位为m ；n = l ，2 ，3 。 如果气柱一端封闭、一端敞开，则其本征频率【 l 为 产仁加矽c ( 4 0 ( 3 4 ) 柴油机排气系统中，从关闭的气门经排气道、排气管到大气，构成一条一 端封闭( 气门端) 、一端敞开( 大气端) 的气柱，其固有频率由公式( 3 4 ) 确定。 通常在其固有频率及其高次谐波处出现噪声峰值【1 7 1 2 3 j ( 3 ) 喷注噪声，紊流噪声和涡流噪声【1 7 1 2 0 1 基频噪声是排气气流速度起伏引起的即使气流喷注速度恒定不变，也会 激发出噪声，叫喷注噪声，其声功率与气流速度的8 次方成正比，其频率与气 流速度的一次方成正比 高速气流和缸壁、管壁摩擦会导致紊流，气流通过节气门、气门和喷1 3 等 节流元件时也会形成紊流，气流流过气门杆时还会脱流而形成涡旋，这些都会 导致噪声，这些噪声组成了排气噪声的中高频部分，其频率分布随内燃机转速 升高而移向高频段 ( 4 ) 亥姆霍兹共振噪声 内燃机排气门打开时，气缸与排气道、排气管组成一个亥姆霍兹共振腔， 它有一个共振频率。废气流动激发的噪声中与共振频率一致的频率成分在这个 共振腔中得到充分的放大 亥姆霍兹共振噪声的最大特点是，其频率与内燃机转速无关，但其共振频 率随气缸工作容积而变。亥姆霍兹共振噪声在单缸机中表现得最为突出，在两 缸机和三缸机中也能发现，但在四缸以上的多缸机中，由于各缸之间相互干扰， 排气支管及总管较长，故此噪声并不突出f 1 7 j 2 0 】【2 3 1 。 3 2 4 风扇噪声 风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声又叫叶片噪声，是由于旋 转的叶片周期性地打击空气质点，引起空气的压力脉动产生噪声，其基频 五= n z 6 0 ( 行为风扇转速；z 为叶片数) 【2 们。风扇转动时使周围气体产生涡流， 此涡流由于粘滞力的作用又分裂成一系列分立的小涡流。涡流和涡流分裂使空 气发生扰动，形成压缩与稀疏过程而产生涡流噪声，一般是宽频带噪声。当内 燃机的进排气管安装消声器后，冷却风扇便成为重要的噪声源。风扇噪声一般 1 8 可达l o o d b ( a ) 左右【2 1 1 。 3 2 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， 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6 9 m p a ， 温度也升到2 0 0 0 2 5 0 0 k ，在燃烧作功的同时，产生燃烧噪声与汽油机相比， 柴油机巫缩比高，一般为1 6 2 2 ，汽油机一般为6 9 ，所以柴油机的燃烧噪声 远高于汽油机【1 7 】f 2 1 1 3 。2 。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【2 3 1 。 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 大的铸铁做机壳和端盖，均可降低电磁噪声的辐射能力 3 3 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 7 】： ( 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。 1 9 ( 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 对于柴油发电机组振动控制的方法有以下几种【1 7 l 【2 1 】： ( 1 ) 减小振动激励，选择振动性