方舱内柴油机组的降温降噪处理

方舱内柴油机组的降温降噪处理张华;余晶晶;鲁荣杰【摘要】Manyequipmentsheltershaverequirementsoffieldworking)whichmakeslongtimepowersupplyfortheequipmentbecomenecessary.Wecandesignoneextrageneratorcompartmentatthefrontofshelterwithtwogeneratorsinsideforcontinuouspowersupply.Becauseofthelargethermalpowerandnoiseofgenerators,ifsnecessarytotakemeasurestoreducetemperatureandnoise.Thispaperintroduceddesignthreadsandcalculationmethodsofdieselgeneratorsetinsidetheshelterfromaspectsofventilation,radiating,denoisinganddamping.%许多设备方舱均有野夕俳业要求，此时对舱内设备进行长时间持续供电是必要的.因此，在总体设计时可以考虑在方舱前部增加1个油机隔舱，隔舱内安装2台柴油发电机组,用于持续的供电.但柴油机工作时发热量和噪声都较大，在设计过程中必须考虑一定的降温降噪措施，本文主要从油机舱的通风、散热、降噪、减振等方面，介绍了一些方舱内柴油机组的设计思路和计算方法.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷)，期】2011(000)008【总页数】4页(P36-39)【关键词】柴油机;降温;降噪【作者】张华;余晶晶;鲁荣杰【作者单位】中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京210007；中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京210007;中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TB472电子设备方舱工作时需要提供稳定、持续的电能，但在一些野外工作环境中,没有电源供给，只能采用自发电方式供电，在方舱内安装柴油机组是解决方舱野外供电的常用手段，但早期的机组舱结构存在一些不足，使机组在工作时的散热和噪声没有得到较好的抑制，例如消声装置安装位置的不合理而影响到舱内通风散热等。经过一段时期的积累和改进，形成了一些设计思路和计算方法，简要介绍如下。1机组舱结构方舱前部用大板隔离出单独的机组舱，左右两侧各设一机组门，门上设置百叶窗。舱内布置2台机组，机组分别安装在2个滑道上，滑道通过减振器与钢制的底框骨架相连。机组舱设有2个进风口和2个出风口，舱壁采取吸声降噪结构，舱外车厢底部装有废气消声器。机组在机组舱内横向布置，即机组长度方向与通信车长度方向相互垂直布置。机组舱内部完全相通，这样机组舱内空气对流性好,机组的安装滑道也可以较长，机组加油、安装、维修、保养等十分方便。机组废气通过排气管连接，穿出底板连接消声器向车底外部排放。土木工具安放在机组舱内壁上，其污泥不会弄脏工作室。机组安装采用滑道结构，使机组固定牢固可靠。滑道可拖出机组舱外一定距离，方便工作人员安装、维修、保养及加油。机组电源输出线与车上电源分线盒连接，机组下车使用时应拆卸该连线。机组舱内布置详见图1。图1机组舱内布置2机组舱的降噪设计2.1机组排气噪声的消降机组的排气噪声是机组工作时发声量最大、危害最严重的噪声，因此对排气噪声的消降程度基本上决定了机组舱降噪的成功与否。排烟管舱内面管上缠绕石棉绳，舱外接消声器。消声器容量尽可能大,外壳采用多层钢板复合结构，在外壳等隔声表面喷涂高阻尼复合材料。隔声采用2种不同厚度的钢板卷制成消声器的外壳，在两外壳中间夹一层非金属材料衬垫，其中外层镀铝钢板厚度要求为0.8~1mm,中间层厚度要求为0.5mm,内层钢板厚度要求为0.5~0.6mm。消声器出口管直径应尽量与进气管直径一致。消声器固定在机组舱底部,出口朝地面,固定时采用不同阻尼（或不同硬度）和形状的橡胶件。这样能有效防止噪声从排气管向外传播，也可把热量直接散发到空气中，有利于散热。机组工作时将产生较大的振动,为了保证振动的机组与静止不动的消声器连接以及拆卸的方便，宜采用金属波纹软管连接。金属波纹软管与油机之间的连接采用快速接头卡装形式,可实现消声器与油机的快速连接和分离。2.2吸声降噪设计改进机组舱的设计选用吸声材料,使其吸声降噪。几种主要吸声、隔热材料的理论参数如下。1）多孔板多孔板覆在吸声材料上对吸声能力的影响取决于开孔面积的百分比、各个孔的尺寸,以及它们间的距离。多数场合开孔面积占10%~30%,-种典型安装是20%开孔面积。这类面积可提高低频吸声，又可兼顾高频吸声。根据上述原理多选用孔径为中9mm,孔距18mm的多孔板（穿孔率为19%）。2）隔声材料静馨隔音毡是一种控制噪声在传播途径中声衰减措施的新型隔声材料，为国内首创隔声材料。平均隔声量（100~3150Hz）为22.8dB。3）钢板和发泡层钢板能反射声波，它的透射系数小，能起好的隔声作用，在125~2000Hz频率范围内,其隔声量为10~31dB（指理想密封状态）。聚氨脂和贴面胶合板能吸声，应用了阻抗错配原则，而且还形成了约束阻尼，阻碍刚体层的振动，当声波通过它时，将大量声能转化为热能，增大其隔声量,聚氨脂泡沫的吸声系数如表1所示。表1聚氨脂泡沫的吸声系数频率/Hz125250500100020004000吸声系数0.090.040.090.240.680.85从表1可知，聚氨脂泡沫对频率1000~4000Hz范围内的声波吸收较好，而对低频部分效果较差。经测试，油机噪声峰值频率主要集中在500~2000Hz,说明选择发泡材料是合适的。4）岩棉具有阻燃、耐热、吸声效果好、可塑性强等特点，同时密度为80kg/m3岩棉在1000Hz、2000Hz2个频率点上有很好的吸声效果，而这2个频率点正是柴油发电机噪声频谱的峰值所在，所以选择密度为80kg/m3岩棉作为吸声材料。在选用吸声材料时，首先，应满足有利于降低声波频谱中峰值频段噪声,峰值频段的噪声降低了，其他频段的噪声就相应降低;同时，还要考虑机组舱内的温度环境，由于机组工作时要散发大量热量，机组舱内的温度比较高,所以在吸声材料的选择上就应考虑材料的耐热性能。泡沫塑料虽然质轻柔软、吸声效果好，但易老化、易吸水、易燃，吸声系数不稳定,不适宜装车;而离心玻璃棉具有阻燃、耐热、吸声效果好、可塑性强等特点。图2机组舱壁结构综上所述，为消除混响，又不影响舱壁的隔声性能，机组舱壁采用多孔板、玻璃布、离心玻璃棉板、聚氨脂泡沫组成的吸声降噪复合结构。内壁（不包括底面）采用普通多孑L板吸声结构，孔呈正方形排列。多孔板与舱外壁之间填充吸声、隔热材料,由内向夕卜依次为玻璃布、离心玻璃棉板、钢板和聚氨脂泡沫，厚度为45mm。机组舱壁结构见图2。2.3各壁接缝的处理机组舱和工作室之间各壁接缝处必须采取密封措施。如果不采取措施，机组在油机室内工作相当于在1个部分封闭的空间工作，部分封闭后外部噪声减小量为：式中,Ws为声源的声功率;Wk为开口处传出去的有效声功率。由图3可知，封闭的效果取决于封闭的完整性，缝隙开口将泄漏较大的噪声，所以机组舱各面接合处必须采取密封，使噪声不直接泄漏到车厢内。图3封闭效果要解决因门、窗密闭不严而产生的空气噪声,可运用〃胶打胶”理论缓解因车身振动造成的车门密封边条与门框金属边位移间隙的问题，同时也使出厂预位公差得到修补。封闭的效果取决于封闭的完整性，缝隙开口将泄漏较大的噪声,所以机组舱各面接合处采取密封，使噪声不直接泄漏到车厢内。3机组舱的降温设计为了保证机组在机组舱内长时间正常工作，必须使机组工作在其允许的温度范围内G55。。,而机组在工作过程中会生产大量的热量，所以机组的有效散热是其正常工作的关键。3.1机组舱内部散热量和通风量计算机组舱内发热源主要有4个：一是柴油机飞轮驱动的风扇通过通风管道对汽缸套外壁的强制对流散热;二是集中于机组舱体顶部一带的汽缸体辐射散热;三是消声器、排气管的辐射散热和部分排出的废气热量，其中的辐射热集中在舱内上部，排气热量直接排出舱外;四是发电机工作产生的热量，这部分热量集中在舱内靠近发电机一端的上部。根据柴油发电机组的散热特点，经过综合理论分析和试验，确定了合理的散热系统的结构形式。1）设计合理的进风通道要根据发电机组的安装位置，设计有利于凉风进、热风出的风道。在机组舱左右两侧设计进风口，进风口高度在机组舱偏下，外界低温空气进入机组舱，有利于增大进气正压力和气流速度，从而增加循环空气流量。进风口采用活动式百叶窗，使用时打开,平时关闭，可防止灰尘和雨水进入。2）设计合理的出风口在油机舱壁的合适位置开设出风口（一般在舱体前部负压区），考虑热空气通常在机组舱上部，所以出风口位置设置在机组舱上部，并安装强制排风扇，抽风量不小于2500m3/h,保证油机舱内空气介质的充分循环，带走发电机组工作时散发的热量。排风扇可以发电机组自备的交流发电机为电源，当机组启动并开始供电后，对应旁边的排风扇也同时开始工作，这样设置的好处是不必专门开启排风扇，只要机组工作，排风扇就工作并抽取舱内热风（防止忘记操作,使舱温升高），从而保证了发电机组及时散热，可靠运转。机组舱的进风口低，出风口高,此设置构成低进高出的设计。使冷空气由下部进入舱内，由上部排出热风，形成良好的风道。3）确定散热方向确定〃左进右出、右进左出”的散热风道，风道效率更高。确定散热系统结构形式后，根据热平衡原理建立数学模型，从理论上分析散热系统的有效性，并根据有关数据确定选用的排气扇功率的大小。假设发电机组舱壁的热传导不计(绝热)，进风量不小于出风量,舱内已达到热平衡。根据能量守恒原理,可利用如下数学模型计算：式中，各参数含义如表2所示。表2参数含义Q0:模型的散热量Q1:燃料燃烧热量Q2:排气热量M0:总排风质量M1:风扇排风质量M2:文氏管效应排风质量W：发电机做的有效功T1:冷却气体温度T2:排气管排出的废气温度C:空气比热，取1.005J/(g.。。根据上述各式，按3kW柴油发电机组进行计算。计算每小时文氏管效应引出的冷却气流量V1(m3)。已知发动机每小时排气管排出的废气量为38.808m3,废气引射器的冷却空气质量与废气质量之比取4:1,每小时文氏管效应引出的冷却气流量为：计算每小时柴油完全燃烧所放出的热量Q1(cal)。已知1kg柴油完全燃烧所放出的热量为43x103kJ,根据发动机出厂资料，燃油消耗率为373.7g/kW.h,额定功率为3kW,可得：计算发电机工作1h输出的有效功W(cal)。已知发电机功率为3kW,可得：计算排气管1h排出的热量Q2(cal)。式中,T2取90°C;T0取46。;空气密度p取1.429g/L。。.计算1h总共散发的空气热量Q0(cal)。f.计算风扇排风量V0(m3/h)。由Q0=CM0AT1可得式中,T1是对发电机舱内要求的最上限温度551。可得计算表明，需要安装排风量为2549.15m3/h的排风扇。由于模型假设舱壁的散热忽略不计，要考虑环境散热等因素的影响,实际中满足该排量的风扇更能满足要求。3.2消声器安装根据过去在机组舱设计中的实际测量，机组舱内温度较高的点在共用消声器。共用消声器放置在机组舱内，其位置只能在2个机组之间，而2个机组之间无法通过设计改善通风。所以将消声器直接固定在舱外,以使消声器的热量直接排放在舱外，改善舱内温度。4机组舱的减振设计机组工作时，除了由机组本身产生的主要噪声外，另一个是由机组的振动通过大梁等传递到车厢内产生的低频共振噪声。当机组滑架与车厢底框刚性连接时，机组的振动会沿着刚性连接件传递到底框上，从而传递到工作室内，使人感觉到机组的低频振动，导致心情烦躁。因此儒要在机组滑架与底框之间加装减振器,以隔离振动的传递。图4减振器安装示意为了达到较好的隔振效果，减振器应具有变阻尼特性，在共振区内有大阻尼以抑制共振峰值，在隔振区内阻尼迅速减小，以达到较好的隔振效果。通过试验，采用E40的减振器只固定在机组滑道的托架下方，有明显隔振作用。其安装示意图如图4所示。5机组舱的温度控制机组工作时会产生大量的热量，若不能有效散热，可能会因高温导致机组故障,甚至导致喷油、火灾、爆炸等危险事故发生。为避免可能产生的危险，应在机组舱内安装温度监测器，以对舱内温度有效地监控。温度监测器应选用具有温度循环显示、超限告警、预留保护和数据通信功能的。工作室设一部温度显控报警器，在每个机组上方的方舱顶部安装2个温度传感器探头。温度监控器由机组提供电源，当任意一部机组工作并供电时，温度监测器就自动开启。因温度监测器不与机组连接，若机组下车使用，不需专门拆卸温度监控器连线。车内温度监测器采用循环显示舱内各监测点的温度值方式。当任意一部机组工作散热不好引起舱内温度过高，使某个测试点