电站方舱的设计

张乃龙，杨文通，费仁元，刘志峰

（北京工业大学机电学院，北京!"""’’

）摘要：静音箱在噪声控制中有良好的降噪效果。根据噪声源的分布及控制特点，把箱体内噪声控制分为四

个控制区。根据不同分区内噪声的特点，在不同控制区分别采用隔声、吸声和消声等噪声控制技术。在箱体尺寸受的条件下，利用有限的空间实现了较大的降噪量，取得了良好效果。

关键词：声学；发电机组；静音箱；消声器；噪声控制

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），男，山东省郯城人，博士生，研究方向为发电机组噪声控制技术研究。

当前我国电力紧张问题越来越突出，同时人们对环保的要求也越来越高。作为供电网的备用电源，带静音箱的柴油发电机组以其噪声小得到了大量使用，特别是作为医院、宾馆、高档生活社区、大型商场等对环境噪声要求严格的场所是不可缺少的应急设备。对于大功率机组由于本身噪声较大，只有实现较大的降噪量才能使机组的噪声水平满足当前环保的要求，为此，研究具有良好降噪性能的静音箱对于发电机组的发展及使用具有重要意义。本人针对康明斯(#"N O 柴油发电机组的静音箱进行了设

计，使噪声由!"L <-降到了)&<-以下，取得了良好的降噪效果。

:噪声分析和控制分区

根据燃机发电机组的工作原理，其噪声的产生非常复杂。从产生的原因和部位上来分，燃机发电

机组的噪声可以包括以下几部分［!，’］：（!）排烟噪

声；（’）机械噪声；（%）燃烧噪声；（(）冷却风扇和排风噪声；（&）进风噪声；（#）发电机噪声。:;:噪声控制区间分配

由于存在多种类型的噪声，且分布范围较广，单

纯某一种噪声控制方式很难有效解决机组的噪声污染问题。综合利用噪声控制技术设计静音箱使机组放置于箱体之中，可有效地把噪声局限于小范围内并分别处理。由于机组在运行时要产生大量的热，若箱体内温度过高将影响设备的正常运转，为此，根据机组对通风面积的要求，要在箱体上留出相应面积的进、排风口及内燃机排气通道。根据箱体基本结构和噪声的分布及其产生部位，把静音箱内空间主要分为四大噪声区域以方便噪声的控制，分别为进气噪声区、排气噪声区、内燃机排气噪声区和箱体机舱噪声区。对每一部分有针对性地分别处理，根据这个观点设计静音箱结构简图如图!所示。

图!

箱体噪声控制分区及基本结构简图

:;<各分区噪声分析

!

）内燃机排气噪声区即内燃机排烟通道，排

烟噪声是一种高温、高速的脉动性气流噪声，是机组噪声中能量最大，成分最多的部分，比进气噪声及机

!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!　万方数据

"）进气噪声区进气噪声区主要存在机组机械噪声、发电机噪声和气流噪声等。由于进气是被动进气，且所处位置远离主噪声源，噪声级与其他几个区相比相对较低，相对要求的降噪量就小。

!）机舱噪声控制区机舱噪声区主要有机械噪声、发电机噪声及内燃机燃烧噪声。但该区相对较封闭，所以主要考虑噪声的隔声问题，以减少噪声的向外传播。

#）排气噪声控制区排气噪声区主要成分为排风噪声、气流噪声、风扇噪声、机械噪声和内燃机燃烧噪声等。该区噪声源较多，噪声级较高，且由于机组采用强排风降温，增加了噪声的向外传播，所以此区的噪声控制相对较困难。

!静音箱设计

!"#隔声和吸声计算及设计

隔声箱体是为有效降低机组噪声对外界的影响，有效阻断噪声传播途径而设计的封闭空间。当机组放置于箱体内部时，由于隔声技术、吸声等技术有效地阻止噪声向外传播，将噪声源的噪声控制在箱体内部，从而降低其对外界的影响。隔声技术是用隔声体使部分声波的传播方向改变（反射、折射），使穿透该物体的声波能量减弱，从而降低隔声体另一面的噪声。物体的隔声量$%与构件的面密度!（&’／("）和声波激发频率"（)*）有关，单层板隔声量计算公式［!］为

#$%+,-’!&+"-’"’".（+）因此，面密度越大，惯性阻力越大，越难激发振动，声波越难透射，其隔声量也越大，故在设计时尽量选择面密度大的材料作为箱体壁板。在实际的工程应用中，常以平均隔声量计算壁板的隔声量，计算公式为

#$.//%+,-’!&,（"）根据实际隔声量要求，以式（"）计算壁板厚度。

在进行隔声处理的同时，大量的声波被反射回箱体内部，与原有声波形成混响声，将增加内部的噪声级和噪声能量，从而降低壁板的隔声效果。因此在进行隔声处理的同时要在壁板内侧贴附吸声材料，对内部噪声进行吸声处理。在降低噪声向外辐射的同时降低箱内的噪声能量，从而有效降低总体噪声级。吸声是声波在传播过程中，遇到各类材料时，一部分声能向材料内部传播而产生能量转移、转换、或干涉叠加，从而使声波的能量减弱，其直观表

现为声级的下降，使噪声值下降。不同材料有不同的吸声系数，其吸声效果也不同，吸声量可用下列公式计算［!］。

!$(%+/-’（!!"／!!+）（!）

图"隔声板结构

式中!!

+

、!!

"

为经表面处理

前后的平均吸声系数，!!

0（"!)*)）／*，!!)为房间

表面上的吸声系数，*

)

为

!!

)

所在平面的面积，1为

房间内表面面积总和。

根据以上隔声和吸声

理论及计算公式，箱体外

壳采用"2/((钢板制成，

内附#/((吸声材料（岩

棉），然后用+2/((穿孔

板固定，这几部分组装在

一起作为隔声壁板，可有

效阻隔噪声".34以上。

壁板结构如图"所示。为方便维修和观察数据而设置的门和观察窗成为隔声壁板的薄弱环节，所以对门进行加厚和密封处理，对观察窗采用双层玻璃结构，有效地解决了噪声从门、窗和空隙中传出的问题。

!"!进、排气口噪声处理

由于箱体采取自然进风、强制排风，在进、排风口产生孔洞，导致漏声，即形成进气噪声区和排气噪声区。为防止噪声从进、排风风道向外传播，进、排风风口均须安装消声器。根据排风量和燃气量，设计进风排气消声通道，保证在进、排风顺畅的前提下（风速一般取.(／5左右为宜），达到所有需要的消声效果。具体设计时，采用多通道折板式阻性消声器，如图!所示，其消声片的厚度取,/6+//((，通道宽取+"/6

+./((，材料用容

重,/&’／(!。消声

器长度计算公式为

+%!$・,／""（,/）

（#）

式中+为消声器长

度（(）；!$为所需

要消声量（34）；#

（,

/

）为消声系数；

!为气流通道的宽

度（(）。

片式消声器通

　万方数据

图!消声器结构简图

道的通流截面积设计为排风口截面积的!"#倍。

折板式阻性消声器利用声波在吸声材料中传播时因受摩擦将声能转化为热能而散发掉，并且由于拐角的存在使噪声不能直接通过消声通道，从而有效提高消声效果，达到消声的目的。阻性消声器其具有良好的中高频性能。另外在消声器出口处加装百叶窗避免雨水进入，对其实行有效保护。

!"#内燃机排气噪声的控制

由于排气管是柴油发电机组的最大噪声扩散源，因此抑制排气噪声最简单且最有效的方法就是在排气管上安装消声器。所采用的消声器应尽量减少通道各部件的压力损失，故要坚持以下原则：!）尽量降低排气通道中各部件的气流速度；$）尽量减小排气通道中直角弯头的次数，并扩大排气管截面。因此设计进行消声处理时遵循以上原则，在原有消声器的基础上再加一抗性消声器形成两级扩张式（抗性）消声器，膨胀系数%&’。经实际测量可知，排气噪声（排气管出口!%处）减少了()*+（消声器安装前为!),*+，安装后为-#*+）以上，达到了预期目的。但是，采用消声器会使排气管中气流阻力增大，降低柴油发电机组的有效功率，因此要加以注意。

#实例分析

在对康明斯./)01机组进行噪声处理时，由于机组已做防震处理，在此不再对机组的抗震问题进行处理。根据以上分析，箱体壁板采用$")%%钢板作为外壳，内附.)%%岩棉作为吸声材料，然后用!")%%穿孔板固定，

使钢板、岩棉和穿孔板形成一体以方便安装；进、排气口消声器采用折板式阻性消声器，折板由钢板两侧各贴吸声材料组合而成，且以穿孔板固定吸声材料，具体结构如图(所示。根据进、排气通道要求插入损失的不同，进风口消声器设计长为.))%%，出风口由于噪声较复杂且噪声级高消声器设计长为$)))%%；内燃机排气口由于噪声级较高，为增大插入损失，在原有消声器基础上安装一新抗性消声器形成二级消声器，各控制分区分别采取相应的噪声控制技术，综合控制使箱体外噪声

级降至-#*+以下，达到了良好的隔声效果。静音箱结构图如图.所示。如果带静音箱的机组放在机房内对发电机房采取二次降噪处理，将进一步降低噪声的影响。

图.静音箱设计结构图

$结语

为了降低柴油发电机组运行时的噪声，综合利用噪声控制技术设计了机组用静音箱。在设计时，根据控制方式把机组噪声控制分为四大区域。针对不同区域内噪声特点分别采用隔声、吸声和消声等控制措施。在受尺寸的条件下，使噪声降至-#*+以下，

达到了国家环境要求的标准。实践证明，本文所设计的静音箱可以有效地降低柴油发电机组噪声对外界的影响，这为进一步降低柴油发电机组运行时的噪声打下了坚实的基础。参考文献：

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