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機(jī)房設(shè)計與設(shè)備安裝 |
柴發(fā)機(jī)房的環(huán)保消音工程改造案例 |
摘要：柴油機(jī)噪音對于自身的危害巨大，巨大的噪音和振動會影響柴油機(jī)的使用壽命，縮短控制系統(tǒng)及其他電子元件的使用壽命，影響其正常的工作。例如深圳某政府單位自建一個柴油發(fā)電機(jī)組的柴發(fā)機(jī)房，內(nèi)設(shè)一臺水冷式、額定功率為120kw的康明斯系列柴油發(fā)電機(jī)組，機(jī)房面積約25m2，高約5m。由于機(jī)房在總體布局和單體設(shè)計時都未考慮發(fā)電機(jī)組的噪聲控制問題，因此，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組運行時，離發(fā)電機(jī)組1m處測得的噪聲為113dB（A），嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。在距機(jī)房北側(cè)約10m處的居民區(qū)的噪聲高達(dá)90dB(A)，致使該機(jī)房的噪聲治理成了急待解決的環(huán)保問題。
一、國外噪聲控制技術(shù)介紹
對于燃燒噪聲的研究，首先人們關(guān)注燃燒噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，燃燒噪聲的識別，還有瞬態(tài)工況與穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲不同的機(jī)理分析。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些新的技術(shù)和方法開始應(yīng)用與燃燒噪聲的識別、分析與測試，使得對于燃燒噪聲的研究技術(shù)有了長足的進(jìn)步。目前，對應(yīng)于燃燒噪聲的研究主要集中在對降低燃燒噪聲的措施，以及燃燒噪聲、排放和燃油經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的研究，取得了較好的成果。
燃燒噪聲是直噴式柴油機(jī)噪聲的主要噪聲源之一，其在整機(jī)輻射噪聲中占有重要的地位。控制柴油機(jī)燃燒噪聲對柴油機(jī)整機(jī)輻射噪聲有著非常重要的現(xiàn)實意義。以往對于柴油機(jī)燃燒噪聲的研究主要是關(guān)于燃燒噪聲的表征、機(jī)械噪聲與燃燒噪聲的分離、燃燒噪聲和活塞拍擊聲的分離以及瞬態(tài)工況燃燒噪聲的機(jī)理研究。對于燃燒噪聲的控制大都是對穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲。因此本文在對穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲影響機(jī)理和控制研究的基礎(chǔ)上，開展了瞬態(tài)工況燃燒噪聲控制策略的探討，提出了一些控制瞬態(tài)工況燃燒噪聲的方法；對于目前遇到的柴油機(jī)怠速噪聲較大的現(xiàn)實問題，本文分析了柴油機(jī)怠速工況噪聲特點，開展控制柴油發(fā)電機(jī)怠速工況燃燒噪聲研究。取得的主要結(jié)果和結(jié)論：
1、首先對燃燒噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和特性進(jìn)行研究，得出凡是能減少滯燃期內(nèi)可燃混合氣的數(shù)量的措施，都能降低燃燒噪聲：壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩是決定燃燒噪聲大小的兩個主要直接因素，因此壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩可用來表征燃燒噪聲的大小。
2、增壓能使大部分穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲降第10dB以上。負(fù)荷一定時，隨著轉(zhuǎn)速的增加，增壓使得燃燒噪聲的降噪量先增加后降低，這是因為高轉(zhuǎn)速時，燃燒噪聲所占整機(jī)輻射噪聲的比例減少；而在轉(zhuǎn)速一定時，增壓引起的燃燒噪聲的降噪量隨負(fù)荷的上升而增加，在某些轉(zhuǎn)速工況的高負(fù)荷工況又略有降低，但仍高于低負(fù)荷。總體來說，增壓引起的燃燒噪聲降噪量在中速中高負(fù)荷工況較大。增壓引起的燃燒室壁面溫度的差異與壓力升高率變化趨勢一致，使得缸內(nèi)壓力級的中高頻段幅值降低，增壓引起燃燒室壁面溫度的變化是影響燃燒噪聲的因素之一。
3、穩(wěn)態(tài)工況，保證功率損失在6％以內(nèi)，在中低負(fù)荷，可引入較大的EGR量，能夠引起1～2．5dB的燃燒噪聲降噪量，而在高負(fù)荷受到功率損失的限制，不能引入太大的EGR量，EGR對燃燒噪聲的影響量較小。相同負(fù)荷，EGR對燃燒噪聲的影響隨轉(zhuǎn)速的變化不大，只因為高轉(zhuǎn)速柴油機(jī)燃燒噪聲減小，應(yīng)減低EGR的引入量。
4、從壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩的角度分析，EGR對燃燒噪聲影響的機(jī)理，通過對比分析不同EGR率下壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩，得出EGR正是通過改變壓力升高率和缸內(nèi)壓力高頻振蕩影響燃燒噪聲，隨著EGR率的增加，高頻段壓力幅值降低，只是在某些工況有所增加，但壓力升高率最大值降低，最終使得燃燒噪聲降低。
5、預(yù)噴射的引入，使得中低轉(zhuǎn)速、中低負(fù)荷工況燃燒噪聲降噪量較多，而對高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷燃燒噪聲的降低效果不大。負(fù)荷一定的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，最優(yōu)預(yù)噴量減小，主預(yù)噴間隔呈增大趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著負(fù)荷的增加，最優(yōu)預(yù)噴量變化不大，只在滿負(fù)荷時減少，主預(yù)噴間隔在中低轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷的增加而減小，而在高轉(zhuǎn)速不變。
6、通過對不同預(yù)噴射參數(shù)下壓力升高率，缸內(nèi)壓力級曲線，輻射噪聲頻譜研究分析，得出較小的預(yù)噴量不能引起足夠的活化能和燃燒室氣體溫度和壓力的增高，未發(fā)生充分的焰前反應(yīng)而燃燒，對燃燒噪聲的控制效果不大；預(yù)噴射量過大，預(yù)噴射燃油先期燃燒放熱，燃燒壓力快速增加，壓力升高率增加，高頻壓力震蕩加劇，燃燒噪聲增大，而適中的預(yù)噴量，先期燃燒放熱使得缸內(nèi)氣體溫度和壓力升高，減小主噴滯燃期，降低燃燒速率，壓力升高率降低，燃燒噪聲水平最低。主預(yù)噴間隔過大過小都不能很好的引燃主噴，合適的主預(yù)噴間隔應(yīng)是稍小于預(yù)噴燃油的滯燃期，合適的主預(yù)噴間隔好的使預(yù)噴起到減小主噴滯燃期的效果，壓力升高率降低，缸內(nèi)壓力高頻振蕩減弱·，燃燒噪聲較低。
7、冷機(jī)狀態(tài)燃燒室壁面溫度較熱機(jī)狀態(tài)燃燒室壁面溫度低，所以引入相同預(yù)噴射量的預(yù)噴射，冷機(jī)狀態(tài)下的壓力升高率最大值大于熱機(jī)狀態(tài)的壓力升高率最大值，即相同預(yù)噴射量的預(yù)噴射對冷機(jī)燃燒噪聲控制效果不如對熱機(jī)狀態(tài)燃燒噪聲控制效果大。較大的預(yù)噴量可以縮小冷機(jī)對控制燃燒噪聲的不利影響，且隨著負(fù)荷的增加，燃燒室壁面溫度增加，預(yù)噴射控制冷機(jī)和暖機(jī)狀態(tài)燃燒噪聲差異減小。
8、預(yù)噴射能有效降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲，相對于穩(wěn)態(tài)工況，瞬態(tài)工況下應(yīng)取較大的預(yù)噴量和主預(yù)噴間隔，這樣可以彌補瞬態(tài)工況燃燒室壁面溫度較低對降低燃燒噪聲的不利影響；瞬態(tài)工況過程中，引入適量的EGR，可以降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲；增壓一定程度上能降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲，增壓對恒轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)工況燃燒噪聲的控制效果要好于對恒轉(zhuǎn)矩增轉(zhuǎn)速的。增壓引起不同的壁面溫度的差異是引起對燃燒噪聲不同控制效果的主要原因之一。
二、國內(nèi)常見噪聲治理措施
1、治理技術(shù)要求
機(jī)房內(nèi)噪聲要求降低10dB(A)左右，居民區(qū)環(huán)境噪聲應(yīng)降至55dB(A)以下。機(jī)房內(nèi)的溫升應(yīng)控制在10~15℃，當(dāng)室外氣溫為35℃時，機(jī)房內(nèi)溫度應(yīng)≤45℃；當(dāng)室外氣溫為20℃時，機(jī)房內(nèi)溫度應(yīng)≤35℃。治理后發(fā)電機(jī)組的功率損耗應(yīng)不大于10％。
柴油發(fā)電機(jī)運行時，向周圍環(huán)境釋放大量的熱量，主要是∶
（1）氣缸傳遞給洽卻水的散熱量QW;
（2）柴油機(jī)體向周圍空氣的散熱量Qn;
（3）柴油機(jī)發(fā)電機(jī)向尾氣的傳熱量Qr;
（4）發(fā)電機(jī)向周圍空氣的散熱量Qf。
根據(jù)冷卻方式 ，傳遞給洽卻水的熱量由外循環(huán)的水帶走 ，傳遞給尾氣的熱量分兩部份，一部份由排煙管引至高空進(jìn)行排放（Qr1）由室內(nèi)的排煙管道散發(fā)到周圍空氣里（Qr2）。
2、主要技術(shù)措施
① 機(jī)房隔聲、吸聲設(shè)計
為改善操作者的工作環(huán)境，機(jī)房南側(cè)、西側(cè)原有木門外新增加鋼質(zhì)隔聲門，以減小機(jī)房噪聲向外輻射。機(jī)房內(nèi)噪聲高達(dá)113dB（A)，機(jī)房內(nèi)頂棚和四壁能安裝吸聲結(jié)構(gòu)的地方作吸聲處理，降低機(jī)房內(nèi)噪聲。
● 隔音門
機(jī)房大門均選用國標(biāo)隔聲門，材質(zhì)采用鋼板，內(nèi)填優(yōu)質(zhì)吸聲材料；材質(zhì)采用鋼板，內(nèi)填優(yōu)質(zhì)吸聲材料；隔聲門厚度為100mm，其隔聲量為35dB(A)。
● 天花吸聲體
采用吸聲天花專用龍骨，鋪設(shè)超細(xì)玻璃棉，外包玻璃絲布，并用600×600×0.6mm鋁扣穿孔板作護(hù)面板。
● 墻面吸聲體
墻壁吸音體鋪設(shè)為100MM厚的Owens棉，外壁用厚度用600×600×0.6mm,穿孔率>20﹪的穿孔天花板作為墻面吸聲材料。
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墻面天花吸音設(shè)計圖 |
② 進(jìn)風(fēng)消聲設(shè)計
為了有效地控制機(jī)房西、北側(cè)窗戶向外輻射噪聲，在兩側(cè)窗外設(shè)計安裝了集進(jìn)風(fēng)采光隔聲于一體的進(jìn)風(fēng)消聲器。其上部為采光隔聲窗罩，下部為L形阻性片式進(jìn)風(fēng)消聲器，總有效進(jìn)風(fēng)面積為1.12m2，設(shè)計進(jìn)風(fēng)流速為左右。
發(fā)電機(jī)組采用強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)，進(jìn)風(fēng)口安裝配套消聲彎頭和消聲器，其消聲量為30dB(A)。
③ 排風(fēng)消聲設(shè)計
為控制機(jī)房內(nèi)溫升，在隔聲采光窗西、北兩側(cè)墻下方設(shè)計安裝了進(jìn)風(fēng)消聲窗。在機(jī)房穿孔板吊頂部利用原有西墻高窗窗洞位置增設(shè)了兩臺SF-5-6型低噪聲排風(fēng)軸扇（每臺風(fēng)扇的排風(fēng)量為7700m3/h），并在排風(fēng)窗洞外增設(shè)相應(yīng)的排風(fēng)消聲箱（有效排風(fēng)面積為0.42m2，消聲箱內(nèi)排風(fēng)速度為左右），以保證達(dá)到足夠的消聲和通風(fēng)散熱效果。另外，由于該柴油發(fā)電機(jī)的冷卻形式為水冷式，冷卻風(fēng)扇位于柴油發(fā)電機(jī)組的前端，靠近機(jī)房北側(cè)進(jìn)風(fēng)消聲窗，為防止柴油發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)扇的排風(fēng)影響機(jī)房通風(fēng)降溫，設(shè)計中采用了增設(shè)冷卻風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)管，引導(dǎo)熱風(fēng)至穿孔板吊頂上部，再經(jīng)排風(fēng)扇排至室外，既有利于機(jī)房通風(fēng)散熱，也有助于降低機(jī)房內(nèi)噪聲。
④ 排氣消聲器設(shè)計
柴油發(fā)電機(jī)排氣噪聲以中低頻聲為主，聲級高達(dá)100dB(A)以上，原設(shè)計2根排氣管直通室外，噪聲污染十分嚴(yán)重。結(jié)合現(xiàn)場條件，先設(shè)計安裝了三級擴(kuò)張室串聯(lián)的抗性迷路式消聲器。
正常情況下，要求二級消聲器消聲量大于35 dB（A），阻抗復(fù)合式消聲器消聲量為40 dB（A），采用阻抗復(fù)合式消聲器可以滿足要求，消聲器吊裝在發(fā)電機(jī)房的內(nèi)。發(fā)電機(jī)排氣管及二級消聲器均涂有耐高溫防腐漆, 一級消聲器、二級消聲器及機(jī)房內(nèi)尾氣管外包耐高溫防腐巖棉保溫。
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消音器支架安裝 |
3、排除有害物質(zhì)所需風(fēng)量
當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)運行時，從柴油發(fā)電機(jī)體和排煙管等不嚴(yán)密部位向室內(nèi)散發(fā)的有害物質(zhì)∶一氧化碳、二氧化硫，丙烯醛等通過通風(fēng)換氣，將有害物質(zhì)濃度降到允許濃度以下。目前大部份機(jī)房的排煙管都是架空敷設(shè)，所需排除有害物通風(fēng)量值取 q=14～20m3/kw·h；當(dāng)排煙管采用地溝敷設(shè)時，所需排除有害物的風(fēng)量值取 g=27～34 m3/kw·h。
經(jīng)綜合治理后，經(jīng)治理后噪音可達(dá)到晝間≤65dB，<工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)>之Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，尾氣的排放林格曼黑度≤１，黑煙排放持續(xù)時間不得超過15分鐘，相應(yīng)的指標(biāo)要達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。方案應(yīng)包含配套設(shè)施所采用的隔音、降噪、廢氣處理等裝修材料的材質(zhì)、數(shù)量、單價、人工費、培訓(xùn)費等相關(guān)服務(wù)的總報價。如達(dá)不到上述要求，必須按照噪聲治理標(biāo)準(zhǔn)處理并通過環(huán)保部門驗收。
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