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    小功率汽油發電機組的低噪聲技術改造

    作者:admin 發布時間:2021-04-06點擊:60
      隨著工業、第三產業的迅速發展和人民生活水平的不斷提高,人們對電的依賴程度越來越大,電能的供需矛盾日益突出。在這種情況下,許多賓館、飯店和商店紛紛購置發電機組,以備停電時使用。小功率汽油發電機組由于體積小、重量輕、易啟動、工作平穩等優點而深受青睞。然而現在市面上的發電機組多采用開放工作方式,只是通過消聲器來降低排氣噪聲,工作時噪聲輻射較為強烈,造成嚴重的噪聲污染,干擾了周圍人們正常的工作和生活,影響身心健康¨j。雖然也有低噪音機組面市,但由于其本身有許多開放的孑L洞,并未達到真正意義上的低噪音,還會因通風散熱不良而導致功率下降或不能正常工作,限制了其廣泛使用。
     
      本文對LL5GF一3型汽油發電機組進行了噪聲測量和分析,根據其噪聲分布特點和原機組消聲器設計存在的問題,對原消聲器進行了重新設計,對機組進行了隔聲、消聲處理,并加強了機組內部的隔熱和通風散熱。經測試,完全達到了設計要求。
     
      1對原機組噪聲的測量分析
     
      汽油發電機組排氣噪聲往往比機械振動噪聲、燃燒噪聲和進、排氣噪聲等高出10dB以上,因此控制其排氣噪聲是降低發電機組噪聲的關鍵j。以LL5GF一3型汽油發電機組作為對象,對其各個面1米距離處的聲壓級和原裝消聲器的消聲效果進行了測量。測量所用儀器為丹麥B&K2260型聲學測量系統,測量方法和步驟均符合相關國家標準。其各個面1米處的聲壓級頻譜如表1所示,原裝消聲器的消聲效果如圖1所示。
     
      從表1中可以看出,原機組工作時各個面均有寬頻噪聲,其中發動機側噪聲最高,其次是控制面板側和缸頭側,消聲器出口所在的發電機側聲壓級最低。分析其原因,發動機側有飛輪進氣機構,其機械噪聲和空氣擾動噪聲很大;發電機側雖然有排氣噪聲,但由于原裝消聲器的存在,其噪聲值已明顯下降,在原機組工作時并不是噪聲最大的了。
     
      由圖1可知,原機組空管時1m處的噪聲聲壓級高達113dBA,而且在31.5Hz一8000Hz頻率范圍內的噪聲聲壓值均高于75dBA,其中在高頻段的2000Hz和4000Hz處存在兩個峰值101.8dBA和102.8dBA,在低頻率段的250Hz處存在一個89.3dBA。機組原裝消聲器具有比較好的低頻消聲效果,在500Hz以下的頻率范圍內其消聲量超過了20dBA,各頻率噪聲均降為70dBA以下,這一點是很難得的。但在500Hz以上的頻率范圍內,原裝消聲器的消聲量明顯不足,只有10dBA左右,致使人耳感覺十分敏感的500Hz一8000Hz的高頻范圍噪聲高達80dBA左右。因此,雖然原裝消聲器的低頻消聲效果很好,但由于高頻噪聲過高,原機組工作時消聲器出口所在的電機側1米處聲壓級仍有90.4dBA,距離低噪聲發電機組的要求(最大噪聲方向1H1處聲壓級~80dBA)相差甚遠。
     
      對原消聲器進行結構解剖分析表明,機組原裝排氣消聲器全部采用抗性消聲結構,且消聲頻率與機組的排氣噪聲頻譜峰值頻率匹配較差,對人耳較為敏感的高頻噪聲的降噪量不夠大,加之消聲器容量不夠,導致其消聲量有限,無法滿足低噪聲發電
     
      機組對消聲器的要求,成為低噪聲發電機組研制的一個瓶頸。
     
      2改造的技術路線
     
     ?。?)飛輪進氣機構的機械噪聲和空氣擾動噪聲、機組表面振動造成的噪聲等在數值上超過了排氣消聲器側,可采用將機組用具有隔聲和吸聲作用的隔聲罩封閉的辦法得到較好的解決;
     
     ?。?)由于機組工作時不斷向周圍散發大量的熱,機組封閉后很容易造成封閉空間內的熱量堆積,從而影響機組的正常工作,因此必須對機組主要散熱部件進行良好的隔熱處理,使其與封閉空間相對隔離,還要對機組的封閉空間進行良好的通風
     
      散熱處理,將機組封閉空間內堆積的熱量及時排出;
     
     ?。?)原消聲器高頻消聲量明顯不足,導致機組噪聲過高,由于排氣消聲器的出口直接與外界相通,因此必須對排氣消聲器進行重新設計,提高其消聲量,否則達不到機組的低噪聲設計要求。
     
      3隔聲罩設計
     
      3.1隔聲板設計
     
      由表1數據可知,要達到機組最大噪聲方向1m處聲壓級~80dBA的設計要求,各個面的降噪量要達到15dBA以上,考慮到隔聲板上必須設置通風散熱口,因此隔聲板的隔聲量要留有較大的余量。2arm厚冷扎鋼板的理論隔聲量達到30dBA以上],能滿足上述的隔聲要求。但鋼板表面較致密,容易造成封閉空間內聲波的多次反射而形成嚴重降低隔聲罩性能的駐波。防止形成駐波的措施一是在鋼板內側設置一定厚度的阻尼材料,形成自由阻尼結構,提高鋼板衰減聲能量的能力;二是在最內側鋪設波浪形吸聲材料,波浪形材料與平板材料相比具有更大的吸聲面積,吸聲效率更高,能有效減小聲波的多次反射。
     
      考慮到以上因素,隔聲板外層采用2mm厚冷扎鋼板,鋼板上設置一定厚度的阻尼材料,隔聲板內層鋪設波浪形吸聲材料。隔聲板的結構如圖2所示
     
      3.2通風散熱設計
     
      汽油機的缸頭和排氣消聲器是發電機組最大的熱源。測量數據表明,滿負載時缸頭排風溫度為60~C左右,而排氣消聲器出口的排氣溫度高達400oC以上,消聲器表面溫度也超過了200℃。原機組飛輪進氣機構吸人外界冷空氣對高溫的缸頭進行冷卻,產生的熱風通過缸頭下部的散熱翅片排出。排氣消聲器表面積較大,其熱量直接散發到外界空氣。機組封閉后,為了降低缸頭和排氣消聲器向封閉空間內的散熱,設計了具有隔熱和吸聲功能的風道,將缸頭和排氣消聲器與機組封閉空間隔離開,利用機組本身的氣流結構,用缸頭排出的溫度相對較低的空氣對高溫的排氣消聲器進行冷卻,產生的熱風排到外界空氣。隔熱材料具有多孔結構,兼具隔熱和吸聲的功能。缸頭和排氣消聲器風道截面結構如圖3所示。
     
      機組飛輪進氣機構進氣口、兩個離心式風機的進排氣口、軸流風機進氣口和缸頭一排氣消聲器風道的排風口均設置在隔聲罩上,為了防止機組噪聲通過這些進、排氣口對外輻射,造成整個隔聲罩設計的失敗,在每個進、排氣口部均設置迷宮形風道,風道內表面鋪設多孔吸聲材料和隔聲板,隔聲板外表面的風道口設置百葉窗,不僅美觀而且減少了噪聲的泄漏。
     
      4消聲器設計
     
      通過對機組排氣噪聲頻譜的分析,機組排氣消聲器采用阻一抗復合結構,阻性消聲結構主要用于消除高頻噪聲,穿孑L管穿孔率均大于20%,吸聲材料采用耐熱性好的無堿超細玻璃棉。阻性消聲器需要的空間較大,小型發電機組由于體積的限制難
     
      以滿足。為了彌補阻性消聲結構消聲量的不足,針對1000Hz、2000Hz、4000Hz三個峰值頻率設計抗性消聲結構,適當擴大原裝消聲器的擴張比,提高高頻消聲量。針對125Hz一500Hz的強低頻噪聲,以250Hz為中心頻率,設計共振式消聲結構,消聲頻率范圍覆蓋125Hz一500Hz,其設計消聲量≥15dBA。新設計的消聲器體積較原裝消聲器大,為了滿足發電機組體積小的要求,消聲器分為兩個單元,兩個單元上下排列,用彎管進行串聯連接。排氣消聲器外形如圖4所示。
     
      5結語
     
      機組改造前采用開放式工作,機組工作產生的熱量直接散發到周圍空氣中。改造后采用隔聲罩+強制通風散熱方式工作。為確保隔聲罩內溫升能滿足機組長時間正常工作的要求,對改造后的機組進行了長時間負荷實驗。實驗結果表明,改造后的機組可滿載工作6小時以上,功率損失在5%以內。對實驗結果進行分析,可知改造后的機組采取了有效的強制通風散熱措施,基本能保證隔聲罩內熱量堆積的問題,另外原機組排氣消聲器為了追求較高的降噪量,其出口管徑比進口管徑小,造成排氣消聲器阻力過大,新設計的消聲器在結構上更加合理,從而克服了原消聲器影響機組工作效率和排氣消聲器表面溫度過高等問題。綜上所述,隔聲罩內機組溫升能滿足機組長時間穩定、安全工作的要求。
     
      經過上述的隔聲罩設計和排氣消聲器設計,該型汽油發電機組的噪聲水平已明顯降低,達到了設計要求,機組最大噪聲方向7米處聲壓級為60dBA一66dBA。通過合理的通風散熱設計,低噪聲機組通風良好,機組滿負荷穩定工作時罩內溫度能滿足長期穩定工作的要求。
     
      原機組與低噪聲發電機組各個面1米處的聲壓級值比較如圖5所示。



    參考文獻:重慶通信學院 軍事目標特征控制重點實驗室,重慶 4003  《小功率汽油發電機組的低噪聲技術改造》