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你知道柴油發(fā)電機(jī)組運轉(zhuǎn)中的噪音都來自哪里嗎？
發(fā)布時間:2022/07/20
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對于柴油發(fā)電機(jī)組運行噪音問題，不少客戶都很頭疼，想要處理這一問題，關(guān)鍵在于找準(zhǔn)噪音的源頭，所以，大家一起跟隨星光來來了解常見的噪音來源以及分類吧。
柴油發(fā)電機(jī)組的主要噪聲源是柴油機(jī)的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲和發(fā)電機(jī)的電磁噪聲以及機(jī)組運行時的振動等。
1) 機(jī)械噪聲
柴油機(jī)的機(jī)械噪聲是由于氣體壓力及機(jī)件的慣性作用，使相對運動零件之間產(chǎn)生撞擊和振動而激發(fā)的噪聲。機(jī)械噪聲主要包括活塞的敲擊噪聲、齒輪機(jī)構(gòu)噪聲、配氣機(jī)構(gòu)噪聲、軸承噪聲、高壓油泵噪聲、不平衡慣性力引起的機(jī)體振動和噪聲等。
柴油機(jī)機(jī)械噪聲隨轉(zhuǎn)速的提高而迅速增加。低速運轉(zhuǎn)時，機(jī)械噪聲和其他噪聲相比并不重要；但高速運轉(zhuǎn)時，機(jī)械噪聲往往是主要的噪聲源。
2) 進(jìn)氣噪聲
進(jìn)氣噪聲是柴油機(jī)的主要空氣動力噪聲源之一，它是由進(jìn)氣閥的周期性開、閉而產(chǎn)生的進(jìn)氣管內(nèi)壓力起伏變化所形成的。當(dāng)進(jìn)氣閥開啟時，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個壓力脈沖，隨著活塞的繼續(xù)運動，這個壓力波很快受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉時，同樣產(chǎn)生一個持續(xù)一定時間的壓力脈沖，也是受到阻尼而迅速消失。在柴油機(jī)運轉(zhuǎn)過程中這樣兩個壓力脈沖交替出現(xiàn)，這就形成了周期性的進(jìn)氣噪聲。
對于非增壓柴油機(jī)和汽油機(jī)，進(jìn)氣噪聲比排氣噪聲低，接近內(nèi)燃機(jī)運動部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲水平。
對于有增壓器的大型柴油發(fā)電機(jī)組，增壓器會產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻噪聲。增壓器吸氣時產(chǎn)生的氣流脈動基頻噪聲及其各次諧波噪聲與進(jìn)氣管口空氣的強(qiáng)烈渦流噪聲疊加，最高可達(dá) 130dB 左右。
3) 排氣噪聲
柴油機(jī)工作時，氣缸內(nèi)的高溫高壓廢氣隨排氣閥間斷開閉周期性地噴射到排氣管內(nèi)，排氣管口排出高溫高速的脈動氣流，由此產(chǎn)生周期性的排氣噪聲。排氣噪聲是柴油機(jī)最主要的噪聲源，其強(qiáng)度與柴油機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，并隨柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的變化而變化。
柴油機(jī)排氣噪聲的頻譜呈明顯的中低頻性，但高頻也達(dá)到了一定的程度。中頻噪聲由基頻的高次諧波所致。而高頻噪聲主要是排氣時產(chǎn)生的紊流聲、氣缸內(nèi)燃燒爆炸聲，以及撞擊、機(jī)件振動、管壁自振所附加的噪聲。
排氣噪聲頻譜常包含以下頻率成分：以每秒鐘內(nèi)排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲、管道內(nèi)氣柱共振噪聲、氣缸亥姆霍茲共振噪聲、廢氣噴注和沖擊噪聲、排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面處的紊流噪聲和氣閥桿背部的卡門渦流噪聲等。
A. 基頻排氣噪聲
基頻噪聲是由于柴油機(jī)每一缸的排氣閥啟開時，氣缸內(nèi)燃?xì)馔蝗灰愿咚賴姵?，氣流沖擊到排氣道內(nèi)氣閥附近的氣體上，使其產(chǎn)生壓力劇變而形成壓力波，從而激發(fā)出噪聲。這種噪聲是一種典型的低頻噪聲，基頻噪聲頻率與每秒鐘的排氣次數(shù)有關(guān)系，即和氣缸爆發(fā)頻率是相同。
在排氣噪聲頻譜上，通常在基頻 f0 或其第二、三次諧波 2f0、3f0 附近出現(xiàn)峰值，頻率再高時，以排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲聲壓級不大。對排氣噪聲信號進(jìn)行頻域分析可知，排氣噪聲在低頻段主要由諧波組成，由一系列離散的諧波組成。
通常情況下，柴油機(jī)排氣噪聲的主要成分是以柴油機(jī)點火頻率為基頻的周期性噪聲，但中間有雜波，這是各個氣缸的燃燒情況、各個排氣閥的磨損不完全相同，所以各缸排氣噪聲的周期略有不同。
B. 氣柱共振噪聲
排氣系統(tǒng)管道中的空氣柱，在周期性排氣噪聲的激發(fā)下，因發(fā)生共振而產(chǎn)生空氣柱共振噪聲。排氣管內(nèi)氣柱聲成分包括排氣管、尾管、消聲器內(nèi)部的各部分引起的共振聲。
柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中，從關(guān)閉的氣門經(jīng)排氣道、排氣管到大氣，構(gòu)成一條一端封閉（氣門端）、一端敞開（大氣端）的氣柱，通常在其固有頻率及其高次諧波處出現(xiàn)噪聲峰值。
C. 噴注噪聲、紊流噪聲和渦流噪聲
基頻噪聲是排氣氣流速度起伏引起的。即使氣流噴注速度恒定不變，也會激發(fā)出噪聲，叫噴注噪聲，其聲功率與氣流速度的 8 次方成正比，其頻率與氣流速度的一次方成正比。
高速氣流和缸壁、管壁摩擦?xí)?dǎo)致紊流，氣流通過節(jié)氣門、氣門和噴口等節(jié)流元件時也會形成紊流，氣流流過氣門桿時還會脫流而形成渦旋，這些都會導(dǎo)致噪聲，這些噪聲組成了排氣噪聲的中高頻部分，其頻率分布隨內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速升高而移向高頻段。
D. 亥姆霍茲共振噪聲
內(nèi)燃機(jī)排氣門打開時，氣缸與排氣道、排氣管組成一個亥姆霍茲共振腔，它有一個共振頻率。廢氣流動激發(fā)的噪聲中與共振頻率一致的頻率成分在這個共振腔中得到充分的放大。
亥姆霍茲共振噪聲的最大特點是，其頻率與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，但其共振頻率隨氣缸工作容積而變。亥姆霍茲共振噪聲在單缸機(jī)中表現(xiàn)得最為突出，在兩缸機(jī)和三缸機(jī)中也能發(fā)現(xiàn)，但在四缸以上的多缸機(jī)中，由于各缸之間相互干擾，排氣支管及總管較長，故此噪聲并不突出。
4) 風(fēng)扇噪聲
風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲又叫葉片噪聲，是由于旋轉(zhuǎn)的葉片周期性地打擊空氣質(zhì)點，引起空氣的壓力脈動產(chǎn)生噪聲，其基頻 f1=nZ/60（n 為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；Z 為葉片數(shù)）。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時使周圍氣體產(chǎn)生渦流，此渦流由于粘滯力的作用又分裂成一系列分立的小渦流。渦流和渦流分裂使空氣發(fā)生擾動，形成壓縮與稀疏過程而產(chǎn)生渦流噪聲，一般是寬頻帶噪聲。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣管安裝消聲器后，冷卻風(fēng)扇便成為重要的噪聲源。風(fēng)扇噪聲一般可達(dá) 100dB(A)左右。
5) 燃燒噪聲
混合器燃燒產(chǎn)生的缸內(nèi)氣體里引起的結(jié)構(gòu)振動通過外部和內(nèi)部傳遞途徑傳到內(nèi)燃機(jī)表面，并由內(nèi)燃機(jī)表面輻射形成空氣聲，稱為燃燒噪聲。
在柴油機(jī)的燃燒過程中，柴油以油霧狀噴入燃燒室后，在高溫高壓作用下，在很短時間內(nèi)與空氣混合后便自行發(fā)火燃燒，氣缸內(nèi)氣壓急速上升到 6～9MPa，溫度也升到 2000～2500K，在燃燒作功的同時，產(chǎn)生燃燒噪聲。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)壓縮比高，一般為 16～22，汽油機(jī)一般為 6～9，所以柴油機(jī)的燃燒噪聲遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。
6) 電磁噪聲
電磁噪聲是由電磁場交替變化而引起某些機(jī)械部件或空間容積振動而產(chǎn)生的。電磁噪聲的主要特性與交變電磁場特性、被迫振動部件和空間的大小形狀等因素有關(guān)。電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器和霓虹燈鎮(zhèn)流器等發(fā)出的噪聲是典型的電磁噪聲。
7) 振動
柴油機(jī)是一種往復(fù)式機(jī)械，運行時的振動是不可避免的。發(fā)電機(jī)組運行時產(chǎn)生的振動，除了直接向空間輻射噪聲外，還在與機(jī)組相連的基礎(chǔ)表面?zhèn)鞑?，在傳播過程中，又會激起基礎(chǔ)、墻體、天花板、門窗、管道等振動，在這些物體表面再次輻射噪聲，產(chǎn)生固體聲。因此對柴油機(jī)組進(jìn)行振動控制是十分必要的。
噪聲源分析
機(jī)房的噪聲源來自柴油發(fā)電機(jī)組，參照上文中對發(fā)電機(jī)組的主要噪聲源進(jìn)行的分析，該機(jī)組的主要噪聲源有：風(fēng)扇噪聲、進(jìn)、排氣噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲和機(jī)組振動傳聲等。
機(jī)房噪聲向外傳播的主要途徑有排煙道出口，進(jìn)、排風(fēng)口，門和墻體的聲透射。
按照經(jīng)驗分析，當(dāng)大功率發(fā)電機(jī)組滿載荷啟動時，室內(nèi)噪聲可高達(dá) 100dB(A)以上，廠界和敏感點噪聲雖經(jīng)衰減，但聲壓級依然較高（因機(jī)組尚未就位，上為經(jīng)驗數(shù)據(jù)），對周邊聲環(huán)境產(chǎn)生極大的影響。根據(jù)理論分析和相關(guān)經(jīng)驗，高速柴油機(jī)（＞800rpm）的噪聲頻率在 800～5000Hz 范圍內(nèi)呈現(xiàn)較高的聲級，同時由于冷卻風(fēng)扇的影響在 125～500Hz 內(nèi)亦有較高的聲級。由于機(jī)組位于負(fù)一層，噪聲通過墻體向外透射對于敏感點的影響較小，而風(fēng)扇噪聲、排氣噪聲和機(jī)械噪聲通過風(fēng)口向外傳播為主要途徑。
以上就是柴油發(fā)電機(jī)組噪音的主要來源和表現(xiàn)形式，只有弄清楚了噪音的來源，才能有針對性的展開措施，降低或者避免噪音帶來的環(huán)境污染，不僅為員工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，也確保生產(chǎn)不影響到周邊住戶或居民。
柴油發(fā)電機(jī)組的主要噪聲源是柴油機(jī)的排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲和發(fā)電機(jī)的電磁噪聲以及機(jī)組運行時的振動等。
1) 機(jī)械噪聲
柴油機(jī)的機(jī)械噪聲是由于氣體壓力及機(jī)件的慣性作用，使相對運動零件之間產(chǎn)生撞擊和振動而激發(fā)的噪聲。機(jī)械噪聲主要包括活塞的敲擊噪聲、齒輪機(jī)構(gòu)噪聲、配氣機(jī)構(gòu)噪聲、軸承噪聲、高壓油泵噪聲、不平衡慣性力引起的機(jī)體振動和噪聲等。
柴油機(jī)機(jī)械噪聲隨轉(zhuǎn)速的提高而迅速增加。低速運轉(zhuǎn)時，機(jī)械噪聲和其他噪聲相比并不重要；但高速運轉(zhuǎn)時，機(jī)械噪聲往往是主要的噪聲源。
2) 進(jìn)氣噪聲
進(jìn)氣噪聲是柴油機(jī)的主要空氣動力噪聲源之一，它是由進(jìn)氣閥的周期性開、閉而產(chǎn)生的進(jìn)氣管內(nèi)壓力起伏變化所形成的。當(dāng)進(jìn)氣閥開啟時，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個壓力脈沖，隨著活塞的繼續(xù)運動，這個壓力波很快受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉時，同樣產(chǎn)生一個持續(xù)一定時間的壓力脈沖，也是受到阻尼而迅速消失。在柴油機(jī)運轉(zhuǎn)過程中這樣兩個壓力脈沖交替出現(xiàn)，這就形成了周期性的進(jìn)氣噪聲。
對于非增壓柴油機(jī)和汽油機(jī)，進(jìn)氣噪聲比排氣噪聲低，接近內(nèi)燃機(jī)運動部件產(chǎn)生的機(jī)械噪聲水平。
對于有增壓器的大型柴油發(fā)電機(jī)組，增壓器會產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻噪聲。增壓器吸氣時產(chǎn)生的氣流脈動基頻噪聲及其各次諧波噪聲與進(jìn)氣管口空氣的強(qiáng)烈渦流噪聲疊加，最高可達(dá) 130dB 左右。
3) 排氣噪聲
柴油機(jī)工作時，氣缸內(nèi)的高溫高壓廢氣隨排氣閥間斷開閉周期性地噴射到排氣管內(nèi)，排氣管口排出高溫高速的脈動氣流，由此產(chǎn)生周期性的排氣噪聲。排氣噪聲是柴油機(jī)最主要的噪聲源，其強(qiáng)度與柴油機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)，并隨柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的變化而變化。
柴油機(jī)排氣噪聲的頻譜呈明顯的中低頻性，但高頻也達(dá)到了一定的程度。中頻噪聲由基頻的高次諧波所致。而高頻噪聲主要是排氣時產(chǎn)生的紊流聲、氣缸內(nèi)燃燒爆炸聲，以及撞擊、機(jī)件振動、管壁自振所附加的噪聲。
排氣噪聲頻譜常包含以下頻率成分：以每秒鐘內(nèi)排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲、管道內(nèi)氣柱共振噪聲、氣缸亥姆霍茲共振噪聲、廢氣噴注和沖擊噪聲、排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面處的紊流噪聲和氣閥桿背部的卡門渦流噪聲等。
A. 基頻排氣噪聲
基頻噪聲是由于柴油機(jī)每一缸的排氣閥啟開時，氣缸內(nèi)燃?xì)馔蝗灰愿咚賴姵?，氣流沖擊到排氣道內(nèi)氣閥附近的氣體上，使其產(chǎn)生壓力劇變而形成壓力波，從而激發(fā)出噪聲。這種噪聲是一種典型的低頻噪聲，基頻噪聲頻率與每秒鐘的排氣次數(shù)有關(guān)系，即和氣缸爆發(fā)頻率是相同。
在排氣噪聲頻譜上，通常在基頻 f0 或其第二、三次諧波 2f0、3f0 附近出現(xiàn)峰值，頻率再高時，以排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲聲壓級不大。對排氣噪聲信號進(jìn)行頻域分析可知，排氣噪聲在低頻段主要由諧波組成，由一系列離散的諧波組成。
通常情況下，柴油機(jī)排氣噪聲的主要成分是以柴油機(jī)點火頻率為基頻的周期性噪聲，但中間有雜波，這是各個氣缸的燃燒情況、各個排氣閥的磨損不完全相同，所以各缸排氣噪聲的周期略有不同。
B. 氣柱共振噪聲
排氣系統(tǒng)管道中的空氣柱，在周期性排氣噪聲的激發(fā)下，因發(fā)生共振而產(chǎn)生空氣柱共振噪聲。排氣管內(nèi)氣柱聲成分包括排氣管、尾管、消聲器內(nèi)部的各部分引起的共振聲。
柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中，從關(guān)閉的氣門經(jīng)排氣道、排氣管到大氣，構(gòu)成一條一端封閉（氣門端）、一端敞開（大氣端）的氣柱，通常在其固有頻率及其高次諧波處出現(xiàn)噪聲峰值。
C. 噴注噪聲、紊流噪聲和渦流噪聲
基頻噪聲是排氣氣流速度起伏引起的。即使氣流噴注速度恒定不變，也會激發(fā)出噪聲，叫噴注噪聲，其聲功率與氣流速度的 8 次方成正比，其頻率與氣流速度的一次方成正比。
高速氣流和缸壁、管壁摩擦?xí)?dǎo)致紊流，氣流通過節(jié)氣門、氣門和噴口等節(jié)流元件時也會形成紊流，氣流流過氣門桿時還會脫流而形成渦旋，這些都會導(dǎo)致噪聲，這些噪聲組成了排氣噪聲的中高頻部分，其頻率分布隨內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速升高而移向高頻段。
D. 亥姆霍茲共振噪聲
內(nèi)燃機(jī)排氣門打開時，氣缸與排氣道、排氣管組成一個亥姆霍茲共振腔，它有一個共振頻率。廢氣流動激發(fā)的噪聲中與共振頻率一致的頻率成分在這個共振腔中得到充分的放大。
亥姆霍茲共振噪聲的最大特點是，其頻率與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，但其共振頻率隨氣缸工作容積而變。亥姆霍茲共振噪聲在單缸機(jī)中表現(xiàn)得最為突出，在兩缸機(jī)和三缸機(jī)中也能發(fā)現(xiàn)，但在四缸以上的多缸機(jī)中，由于各缸之間相互干擾，排氣支管及總管較長，故此噪聲并不突出。
4) 風(fēng)扇噪聲
風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲又叫葉片噪聲，是由于旋轉(zhuǎn)的葉片周期性地打擊空氣質(zhì)點，引起空氣的壓力脈動產(chǎn)生噪聲，其基頻 f1=nZ/60（n 為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；Z 為葉片數(shù)）。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時使周圍氣體產(chǎn)生渦流，此渦流由于粘滯力的作用又分裂成一系列分立的小渦流。渦流和渦流分裂使空氣發(fā)生擾動，形成壓縮與稀疏過程而產(chǎn)生渦流噪聲，一般是寬頻帶噪聲。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣管安裝消聲器后，冷卻風(fēng)扇便成為重要的噪聲源。風(fēng)扇噪聲一般可達(dá) 100dB(A)左右。
5) 燃燒噪聲
混合器燃燒產(chǎn)生的缸內(nèi)氣體里引起的結(jié)構(gòu)振動通過外部和內(nèi)部傳遞途徑傳到內(nèi)燃機(jī)表面，并由內(nèi)燃機(jī)表面輻射形成空氣聲，稱為燃燒噪聲。
在柴油機(jī)的燃燒過程中，柴油以油霧狀噴入燃燒室后，在高溫高壓作用下，在很短時間內(nèi)與空氣混合后便自行發(fā)火燃燒，氣缸內(nèi)氣壓急速上升到 6～9MPa，溫度也升到 2000～2500K，在燃燒作功的同時，產(chǎn)生燃燒噪聲。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)壓縮比高，一般為 16～22，汽油機(jī)一般為 6～9，所以柴油機(jī)的燃燒噪聲遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。
6) 電磁噪聲
電磁噪聲是由電磁場交替變化而引起某些機(jī)械部件或空間容積振動而產(chǎn)生的。電磁噪聲的主要特性與交變電磁場特性、被迫振動部件和空間的大小形狀等因素有關(guān)。電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器和霓虹燈鎮(zhèn)流器等發(fā)出的噪聲是典型的電磁噪聲。
7) 振動
柴油機(jī)是一種往復(fù)式機(jī)械，運行時的振動是不可避免的。發(fā)電機(jī)組運行時產(chǎn)生的振動，除了直接向空間輻射噪聲外，還在與機(jī)組相連的基礎(chǔ)表面?zhèn)鞑?，在傳播過程中，又會激起基礎(chǔ)、墻體、天花板、門窗、管道等振動，在這些物體表面再次輻射噪聲，產(chǎn)生固體聲。因此對柴油機(jī)組進(jìn)行振動控制是十分必要的。
噪聲源分析
機(jī)房的噪聲源來自柴油發(fā)電機(jī)組，參照上文中對發(fā)電機(jī)組的主要噪聲源進(jìn)行的分析，該機(jī)組的主要噪聲源有：風(fēng)扇噪聲、進(jìn)、排氣噪聲、燃燒噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲和機(jī)組振動傳聲等。
機(jī)房噪聲向外傳播的主要途徑有排煙道出口，進(jìn)、排風(fēng)口，門和墻體的聲透射。
按照經(jīng)驗分析，當(dāng)大功率發(fā)電機(jī)組滿載荷啟動時，室內(nèi)噪聲可高達(dá) 100dB(A)以上，廠界和敏感點噪聲雖經(jīng)衰減，但聲壓級依然較高（因機(jī)組尚未就位，上為經(jīng)驗數(shù)據(jù)），對周邊聲環(huán)境產(chǎn)生極大的影響。根據(jù)理論分析和相關(guān)經(jīng)驗，高速柴油機(jī)（＞800rpm）的噪聲頻率在 800～5000Hz 范圍內(nèi)呈現(xiàn)較高的聲級，同時由于冷卻風(fēng)扇的影響在 125～500Hz 內(nèi)亦有較高的聲級。由于機(jī)組位于負(fù)一層，噪聲通過墻體向外透射對于敏感點的影響較小，而風(fēng)扇噪聲、排氣噪聲和機(jī)械噪聲通過風(fēng)口向外傳播為主要途徑。
以上就是柴油發(fā)電機(jī)組噪音的主要來源和表現(xiàn)形式，只有弄清楚了噪音的來源，才能有針對性的展開措施，降低或者避免噪音帶來的環(huán)境污染，不僅為員工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，也確保生產(chǎn)不影響到周邊住戶或居民。