機房設計與設備安裝

發電機房降噪工程的設計和布置原則

 

摘要：柴發機房的隔音降噪設計、治理是噪聲與振動控制是設備環保領域較為常見的治理項目。柴油發電機組運行時，通常會產生95~128dB（A）的污染聲源。如果不采取必要的降噪措施，機組的運行將對周圍環境造成嚴重損害。為了保護和改善環境質量，在進行柴油發電機房降噪的設計工作時，應針對主要發聲源，分別采取有效措施。對于不同結構特點的柴發機房，進行科學合理的分析，做到環保、經濟、方便、實用、可靠，設計出優化方案。還應遵循如下康明斯公司在本文中敘述的柴油發電機組降噪方案的設計原則。

 

一、機房降噪設計原則

 

1、保證功率輸出

      在機房降噪方案設計時，首先確保不降低發電機組功率的原則。應充分考慮到發電機組正常運行時所需的最低進、出風量標準以及排放背壓不能超出額定許用背壓值等因素。機房的降噪和通風量是一對尖銳的矛盾，但是無論如何首先要保證的是通風量，否則將會嚴重影響到發電機組的功率輸出，使發電機組的溫升較高，頻繁發生故障甚至會縮短柴油發電機組的使用壽命。

2、注意消防安全

      在設計工作中必須十分注意消防安全，降噪設備在機房內的布置應不影響防火通道的暢通，所選用的降噪材料應為阻燃性物品。

3、排煙系統合理布局

（1）為了安裝更經濟、操作更有效率，發電機組的位置應安裝在使排氣管盡可能短，彎曲和堵塞都盡可能小的地方。通常排煙管伸出建筑物外墻后會繼續沿著外墻向上直到屋頂，在墻孔處安置一減振套，并在管子上有一個彈性接頭補償煙管因熱脹冷縮而產生的長度變化。排氣消聲器應安裝在靠近發電機組的地方，這樣可提供最佳的消聲效果，使排氣管從消聲器通往戶外，或可以安裝在戶外的墻或屋頂上。

（2）由于排氣噪聲是發電機組噪聲中能量最大、成分最多的部分，故首先應針對該噪聲進行降低處理。排氣消聲器的設計主要考慮消聲量、消聲頻率范圍（主要為消聲量峰值的頻率范圍）及阻力損失三大指標，此外消聲器還應具有好的結構剛性、防止受激振而輻射再生噪聲，尺寸適宜、便于安裝等。在某些情況下（如安裝在排煙管道上，如圖1所示）要求內部結構能耐高溫和抗腐蝕。

5、不能忽略振動噪音

      降噪設備結構的設計和吸音、隔音材料的選擇應集中在針對降低500～3000Hz 這一頻率段的噪聲上，因為這一頻率段正處于人體聽覺最敏感區域，而且發電機組的噪聲源也主要是分布在500Hz附近，同時也要十分注意和堅決避免與噪聲源產生共振的可能。不能忽略振動噪聲的治理，這方面可從基礎設計入手，底座固定方法如圖2所示。

7、消音門窗設計

      若機房內設有控制室，為保證工作人員的環境，應注意控制室和機房間的隔振、隔音。在機房結構的設計上，機房與操作室應用厚度為240mm的隔墻隔開；墻壁上開三層防爆玻璃觀察窗（玻璃厚度為4～5mm），外面兩層玻璃的間隔應大于100mm，面向機房的玻璃上端最好與機房地坪面略為傾斜，使噪聲反射效果更好，并能防止結霧；操作室與機房之間的門應用雙層夾板制成的隔音門。

8、多方面考量

      設計機房時還需要考慮的主要因素有地基承載力、通道位置、維護保養的操作空間、發電機組的振動、通風散熱、排氣管的連接、隔熱、降噪；燃油箱的大小和位置，以及與之有關的國家和地方建筑、環保條例和有關法規的規定，結合實際需要進行綜合分析，確定滿足實際需要和最為經濟的降噪方案。

9、排風順暢無礙

      通常發電機組排風口的面積應略大于水箱的有效面積，從降低風阻考慮，排風口離前面障礙物的距離應大于600～2000mm，發電機組進風量應大于發電機組的排風量和燃氣量的總和，發電機組在運行時機房內不能產生負壓。

 

圖1 柴油發電機排煙管道穿墻示意圖

圖2  柴油發電機組地腳螺釘安裝圖

 

二、機房內的布置原則

 

      在滿足發電機組排風量要求的前提下，機房的降噪效果主要由進排風通道消聲箱的長度和選用的吸音材料決定。根據機房實際結構，遵循軸向通風方式的原則，選擇發電機組最佳布置位置和進風口的布置形式（如圖3、圖4所示）。機房內的布置原則如下：

1、排風管道和排煙管道架空敷設在發電機組兩側靠墻2.2m以上空間內。排煙管道一般布置在發電機組背面。

2、安裝、檢修、搬運通道，在平行布置的機房中安排在發電機組的操作面。在平行布置的機房中，氣缸為單列直立式發電機組，一般安排在柴油機端；V形柴油發電機組一般安排在發電機端。對于雙列平行布置的機房，發電機組的安裝、檢修、搬運通道安排在兩排發電機組之間。

3、在發電機組安裝或檢修時，利用預留吊鉤用手動葫蘆起吊活塞、連桿、曲軸所需的高度。

4、水、油管道分別設置在發電機組兩側的地溝內，地溝凈深一般為0.5～0.8m，并設置支架。

5、安裝排氣消音器時，應將消音器置于室外，排氣引管不宜過長，排煙管表面有可能的話應包扎隔熱材料，以減少向室內的散熱。

圖3  發電機房典型布置實例

圖4  柴油發電機機房布置圖

 

三、工藝設計

 

1、降噪措施

      發電機房噪聲治理工程必須根據機房的具體情況進行設計和施工。

（1）進風系統：

      每臺柴油發電機組工作時需要大量新鮮的空氣，主要用于柴油機燃油燃燒，所以機房必須有足夠的進風。

      進風消音箱的凈通風面積，應保證風速小于5m/s（機組的排風量與燃氣量消耗相加后除于凈通道面積），才能保證在不降低功率的基礎下，確保達到噪聲效果。例如康明斯C2500D5A柴油發電機組需求進風量為33.61m3/s，風速為2.1m/s，自然通風就可以滿足要求，可以直接加裝百葉，但是為了降噪效果，華為進風口設計為復合阻抗式消聲器加裝電動百葉（此電動百葉開啟與柴油發電聯動，百葉開啟后10秒后啟動柴油發電機）

（2） 排風系統：

      柴油發電機工作時，產生大量的熱量，此熱量要抽出機房，以保證機房溫度不至于過高影響發電機組的正常運行。

      排風噪聲主要是風扇噪聲，排風通道也直接與外界相通，空氣流速很大，氣流噪聲風扇噪聲和機械噪聲經此通道輻射出去；在機組的進風通道設高效消音箱，消音箱內為狹長的通道，內壁為微穿孔結構，內設高效吸音材料，微穿孔結構和高效吸音材料形成無數空氣活塞，空氣流經該通道時，其震動能量經空氣活塞變為熱能已被極大地衰減，同時消音箱內的凈通風面積已充分考慮到了機組正常運行機房換氣所需的面積，確保機組的功率輸出；排風系統根據用戶的機房實際和要求，通過軟連接和導風罩后，機組排出的熱風匯流，經消音箱和擴張腔后排往室外。

（3）機房墻頂降噪

      對發電機房內的墻面做吸聲墻，墻頂懸吊吸聲頂。消聲材料為耐火材料，其吸聲系數不低于0.85，面層材料采用鋁合金板材。天花板、墻體吸聲體的材料規格如下：

● 消聲材料：超細玻璃棉+穿孔鋁扣板（1mm)

● 厚度：50mm

● 生產重量：30—35公斤/立方米

● 纖維直徑：5—6微米

● 渣球含量：<2%

● 樹脂含量:3—7%

● 使用溫度：400°C

● 導熱系數：常溫時0.03千卡/米.時.度

● 防水劑含量：0.5—2.5%

● 吸水率：<15%（水中浸泡24小時）

2、隔振措施

      目前，用于噪聲治理的主要措施有隔振、吸聲、隔聲及消聲等。隔振是通過在機器與基礎之間安裝彈性支承隔離機械振動而達到抑制噪聲和降低固體傳聲的方法；吸聲是利用吸聲材料降低噪聲；隔聲則是通過隔聲材料降低聲能輻射；消聲則是通過一種允許氣流通過而使聲能衰減的機器設備而達到降低噪聲的方法。各種措施的采用有其針對性，具體到本方案采用的措施如下：

（1）機械本身減振：

      在發電機組機座上安裝隔振墊（即彈性支承），減少機器振動向基礎的傳遞量，使機器的振動得已有效的隔離，抑制噪聲和降低固體傳聲。

（2）聲源屏蔽隔聲：

      發電機房為磚混結構，墻體及屋面板本身具有一定的隔聲性能，但因為工作需要必須在發電機房內設門及進、排風系統，而為防止聲波由于繞射能力從門及進、排風系統傳出而使機房的隔聲性能降低，采用隔聲門與進、排風消聲道進行治理。

（3）消聲器：

       排氣噪聲是發動機噪聲中能量最大成分最多的部分，它的基頻是發動機的發火頻率在整個的排氣噪聲頻譜中應呈現出基頻及其高次諧波的延伸。消聲器是阻止這種聲音傳播而允許氣流通過的一種器件，是消除空氣動力性噪聲的重要措施。消聲器的種類很多，但究其消聲機理，又可以把它們分為六種主要的類型，即阻抗復合式消聲器（外形如圖5所示）、阻性消聲器（外形如圖6所示）、抗性消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。

      在排氣管路上設有工業型消音器及住宅型消音器，工業型消聲器是利用多孔吸聲材料以一定方式布置在管道內，當氣流通過阻性消聲器時聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細小纖維的震動，由于摩擦和粘滯阻力聲能變為熱能而吸收從而起到消聲作用，經兩級消音器后，即可消減排氣噪聲40-45dB（A）左右。同時，在管道上，首先安裝的是彈性減震節，隔絕機組震動對排氣系統的影響，在排氣系統的吊裝上，采用彈性吊掛形式，保證不損壞天花或吊掛點，另外，對管道的室內部分采用隔熱隔聲包扎，也有效的改善機組的運行環境及由排氣管引起的噪聲。為了減少排氣溫度對環境的影響，將排氣管安裝沿外墻引至屋面高出屋檐2米處。

 

圖5  柴油機復合型消聲器

圖6  柴油機阻性消聲器

 

總結：

      柴油發電機房降噪治理的原則是在確保機組通風條件即不降低輸出功率的前提下，采用高效吸音材料和降噪消聲裝置對進、排風系統進行處理，使之達到國家標準。發電機組降噪最根本的辦法是從聲源著手，采用一些常規的降噪技術；如消聲器，隔聲、吸聲隔振等乃是最有效的辦法。機房的設計必須保證機組（包括柴油機、發電機和控制屏）能正常的工作，并且便于使用操作和維護保養 ，具體方案用戶應視本單位的實際使用情況和選用的機型來考慮，用戶可請有關專業的技術人員設計機房布置，實施施工。

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