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小功率汽油发电机组的低噪声技术改造

作者: 发布时间:2021-04-06 15:37:42点击:
  随着工业、第三产业的迅速发展和人民生活水平的不断提高,人们对电的依赖程度越来越大,电能的供需矛盾日益突出。在这种情况下,许多宾馆、饭店和商店纷纷购置发电机组,以备停电时使用。小功率汽油发电机组由于体积小、重量轻、易启动、工作平稳等优点而深受青睐。然而现在市面上的发电机组多采用开放工作方式,只是通过消声器来降低排气噪声,工作时噪声辐射较为强烈,造成严重的噪声污染,干扰了周围人们正常的工作和生活,影响身心健康¨j。虽然也有低噪音机组面市,但由于其本身有许多开放的孑L洞,并未达到真正意义上的低噪音,还会因通风散热不良而导致功率下降或不能正常工作,限制了其广泛使用。
 
  本文对LL5GF一3型汽油发电机组进行了噪声测量和分析,根据其噪声分布特点和原机组消声器设计存在的问题,对原消声器进行了重新设计,对机组进行了隔声、消声处理,并加强了机组内部的隔热和通风散热。经测试,完全达到了设计要求。
 
  1对原机组噪声的测量分析
 
  汽油发电机组排气噪声往往比机械振动噪声、燃烧噪声和进、排气噪声等高出10dB以上,因此控制其排气噪声是降低发电机组噪声的关键j。以LL5GF一3型汽油发电机组作为对象,对其各个面1米距离处的声压级和原装消声器的消声效果进行了测量。测量所用仪器为丹麦B&K2260型声学测量系统,测量方法和步骤均符合相关国家标准。其各个面1米处的声压级频谱如表1所示,原装消声器的消声效果如图1所示。
 
  从表1中可以看出,原机组工作时各个面均有宽频噪声,其中发动机侧噪声最高,其次是控制面板侧和缸头侧,消声器出口所在的发电机侧声压级最低。分析其原因,发动机侧有飞轮进气机构,其机械噪声和空气扰动噪声很大;发电机侧虽然有排气噪声,但由于原装消声器的存在,其噪声值已明显下降,在原机组工作时并不是噪声最大的了。
 
  由图1可知,原机组空管时1m处的噪声声压级高达113dBA,而且在31.5Hz一8000Hz频率范围内的噪声声压值均高于75dBA,其中在高频段的2000Hz和4000Hz处存在两个峰值101.8dBA和102.8dBA,在低频率段的250Hz处存在一个89.3dBA。机组原装消声器具有比较好的低频消声效果,在500Hz以下的频率范围内其消声量超过了20dBA,各频率噪声均降为70dBA以下,这一点是很难得的。但在500Hz以上的频率范围内,原装消声器的消声量明显不足,只有10dBA左右,致使人耳感觉十分敏感的500Hz一8000Hz的高频范围噪声高达80dBA左右。因此,虽然原装消声器的低频消声效果很好,但由于高频噪声过高,原机组工作时消声器出口所在的电机侧1米处声压级仍有90.4dBA,距离低噪声发电机组的要求(最大噪声方向1H1处声压级~80dBA)相差甚远。
 
  对原消声器进行结构解剖分析表明,机组原装排气消声器全部采用抗性消声结构,且消声频率与机组的排气噪声频谱峰值频率匹配较差,对人耳较为敏感的高频噪声的降噪量不够大,加之消声器容量不够,导致其消声量有限,无法满足低噪声发电
 
  机组对消声器的要求,成为低噪声发电机组研制的一个瓶颈。
 
  2改造的技术路线
 
  (1)飞轮进气机构的机械噪声和空气扰动噪声、机组表面振动造成的噪声等在数值上超过了排气消声器侧,可采用将机组用具有隔声和吸声作用的隔声罩封闭的办法得到较好的解决;
 
  (2)由于机组工作时不断向周围散发大量的热,机组封闭后很容易造成封闭空间内的热量堆积,从而影响机组的正常工作,因此必须对机组主要散热部件进行良好的隔热处理,使其与封闭空间相对隔离,还要对机组的封闭空间进行良好的通风
 
  散热处理,将机组封闭空间内堆积的热量及时排出;
 
  (3)原消声器高频消声量明显不足,导致机组噪声过高,由于排气消声器的出口直接与外界相通,因此必须对排气消声器进行重新设计,提高其消声量,否则达不到机组的低噪声设计要求。
 
  3隔声罩设计
 
  3.1隔声板设计
 
  由表1数据可知,要达到机组最大噪声方向1m处声压级~80dBA的设计要求,各个面的降噪量要达到15dBA以上,考虑到隔声板上必须设置通风散热口,因此隔声板的隔声量要留有较大的余量。2arm厚冷扎钢板的理论隔声量达到30dBA以上],能满足上述的隔声要求。但钢板表面较致密,容易造成封闭空间内声波的多次反射而形成严重降低隔声罩性能的驻波。防止形成驻波的措施一是在钢板内侧设置一定厚度的阻尼材料,形成自由阻尼结构,提高钢板衰减声能量的能力;二是在最内侧铺设波浪形吸声材料,波浪形材料与平板材料相比具有更大的吸声面积,吸声效率更高,能有效减小声波的多次反射。
 
  考虑到以上因素,隔声板外层采用2mm厚冷扎钢板,钢板上设置一定厚度的阻尼材料,隔声板内层铺设波浪形吸声材料。隔声板的结构如图2所示
 
  3.2通风散热设计
 
  汽油机的缸头和排气消声器是发电机组最大的热源。测量数据表明,满负载时缸头排风温度为60~C左右,而排气消声器出口的排气温度高达400oC以上,消声器表面温度也超过了200℃。原机组飞轮进气机构吸人外界冷空气对高温的缸头进行冷却,产生的热风通过缸头下部的散热翅片排出。排气消声器表面积较大,其热量直接散发到外界空气。机组封闭后,为了降低缸头和排气消声器向封闭空间内的散热,设计了具有隔热和吸声功能的风道,将缸头和排气消声器与机组封闭空间隔离开,利用机组本身的气流结构,用缸头排出的温度相对较低的空气对高温的排气消声器进行冷却,产生的热风排到外界空气。隔热材料具有多孔结构,兼具隔热和吸声的功能。缸头和排气消声器风道截面结构如图3所示。
 
  机组飞轮进气机构进气口、两个离心式风机的进排气口、轴流风机进气口和缸头一排气消声器风道的排风口均设置在隔声罩上,为了防止机组噪声通过这些进、排气口对外辐射,造成整个隔声罩设计的失败,在每个进、排气口部均设置迷宫形风道,风道内表面铺设多孔吸声材料和隔声板,隔声板外表面的风道口设置百叶窗,不仅美观而且减少了噪声的泄漏。
 
  4消声器设计
 
  通过对机组排气噪声频谱的分析,机组排气消声器采用阻一抗复合结构,阻性消声结构主要用于消除高频噪声,穿孑L管穿孔率均大于20%,吸声材料采用耐热性好的无碱超细玻璃棉。阻性消声器需要的空间较大,小型发电机组由于体积的限制难
 
  以满足。为了弥补阻性消声结构消声量的不足,针对1000Hz、2000Hz、4000Hz三个峰值频率设计抗性消声结构,适当扩大原装消声器的扩张比,提高高频消声量。针对125Hz一500Hz的强低频噪声,以250Hz为中心频率,设计共振式消声结构,消声频率范围覆盖125Hz一500Hz,其设计消声量≥15dBA。新设计的消声器体积较原装消声器大,为了满足发电机组体积小的要求,消声器分为两个单元,两个单元上下排列,用弯管进行串联连接。排气消声器外形如图4所示。
 
  5结语
 
  机组改造前采用开放式工作,机组工作产生的热量直接散发到周围空气中。改造后采用隔声罩+强制通风散热方式工作。为确保隔声罩内温升能满足机组长时间正常工作的要求,对改造后的机组进行了长时间负荷实验。实验结果表明,改造后的机组可满载工作6小时以上,功率损失在5%以内。对实验结果进行分析,可知改造后的机组采取了有效的强制通风散热措施,基本能保证隔声罩内热量堆积的问题,另外原机组排气消声器为了追求较高的降噪量,其出口管径比进口管径小,造成排气消声器阻力过大,新设计的消声器在结构上更加合理,从而克服了原消声器影响机组工作效率和排气消声器表面温度过高等问题。综上所述,隔声罩内机组温升能满足机组长时间稳定、安全工作的要求。
 
  经过上述的隔声罩设计和排气消声器设计,该型汽油发电机组的噪声水平已明显降低,达到了设计要求,机组最大噪声方向7米处声压级为60dBA一66dBA。通过合理的通风散热设计,低噪声机组通风良好,机组满负荷稳定工作时罩内温度能满足长期稳定工作的要求。
 
  原机组与低噪声发电机组各个面1米处的声压级值比较如图5所示。



参考文献:重庆通信学院 军事目标特征控制重点实验室,重庆 4003  《小功率汽油发电机组的低噪声技术改造》
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