新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、噪聲測(cè)試和實(shí)例試驗(yàn)方法

 

摘要：振動(dòng)和噪聲的測(cè)定試驗(yàn)應(yīng)在發(fā)電機(jī)組空載、半載和滿載3種運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行。帶負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)為額定值（為減少室內(nèi)反射對(duì)噪聲測(cè)量結(jié)果的影響，試驗(yàn)安排在室外進(jìn)行時(shí)，如受負(fù)載條件所限，允許負(fù)載的功率因數(shù)為1)。取其中較差的數(shù)值作為考核數(shù)據(jù)。如對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度要求不是特別嚴(yán)格時(shí)，這兩項(xiàng)試驗(yàn)最好安排在穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整特性試驗(yàn)中進(jìn)行，這樣可節(jié)約時(shí)間。否則，康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲試驗(yàn)應(yīng)在符合技術(shù)條件規(guī)定的場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)時(shí)，除記錄振動(dòng)值和噪聲值外，還應(yīng)記錄發(fā)電機(jī)組的輸出電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)及試驗(yàn)環(huán)境的大氣壓、相對(duì)濕度、溫度等。

 

一、噪聲的基本測(cè)量方法

 

1、振動(dòng)測(cè)定試驗(yàn)

     在發(fā)電機(jī)組下列部位，沿發(fā)電機(jī)組的橫向、縱向及豎直向下三個(gè)方向選定測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量值的單位見該被試發(fā)電機(jī)組的技術(shù)條件（當(dāng)使用振幅值時(shí)，應(yīng)注意是單振幅還是雙振幅）。取各測(cè)量數(shù)值中的最大值作為試驗(yàn)結(jié)果。

（1）控制屏（安裝于電機(jī)上方者）上方；

（2）空氣濾清器上方；

（3）.油箱（安裝于發(fā)電機(jī)組上方者）上方；

（4）水箱（對(duì)水冷者）上方。

2、噪聲的測(cè)定試驗(yàn)

      試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)組安放地點(diǎn)可為專用的噪聲試驗(yàn)室或符合GB/T1859一2000《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)輻射的空氣噪聲測(cè)量工程法及簡(jiǎn)易法（內(nèi)燃機(jī)噪聲功率級(jí)的測(cè)量定準(zhǔn)工程法）》中規(guī)定的普通試驗(yàn)室或室外場(chǎng)地。室外場(chǎng)地應(yīng)平坦、空曠，在以測(cè)試中心為圓心的25m半徑圓范圍內(nèi)無(wú)大的的反射物（如圍墻、房屋或較大的設(shè)備等），環(huán)境噪聲應(yīng)比發(fā)電機(jī)組噪聲低(A)以上。試驗(yàn)時(shí)，用聲級(jí)計(jì)在發(fā)電機(jī)組兩側(cè)和發(fā)電機(jī)后端1。遠(yuǎn)處分別選定噪聲最大的3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，每點(diǎn)應(yīng)重復(fù)測(cè)量三次，每?jī)纱螠y(cè)量值之差不應(yīng)大于2dB（A)，否則應(yīng)重測(cè)。取三次的平均值作為一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果，取各測(cè)點(diǎn)測(cè)量值的平均值作為被測(cè)發(fā)電機(jī)組噪聲的最結(jié)果。

 

圖1 靜音型機(jī)組和排氣管噪聲測(cè)試圖

二、噪聲實(shí)例試驗(yàn)方法

 

      以K19系列康明斯50Hz閉式柴油發(fā)電機(jī)組為案例，機(jī)組常載功率380kW，備載功率418kW。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速1800r/min。降噪箱長(zhǎng)4.6m，寬1.7m，高2.4m。

1、測(cè)試系統(tǒng)

      測(cè)試采用LMS SCADAS Mobile多通道振動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)，麥克風(fēng)的型號(hào)為GRAS 40AE，麥克風(fēng)標(biāo)定器的型號(hào)為GRAS 42AB，數(shù)據(jù)分析使用LMS test.lab軟件。

2、試驗(yàn)方法

      試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO8528-10和SO6798-1996進(jìn)行噪聲測(cè)試：距離發(fā)電機(jī)組d=1m處布置15個(gè)麥克風(fēng)測(cè)試機(jī)組噪聲，分別對(duì)機(jī)組降噪箱的長(zhǎng)寬高區(qū)域和距離排氣管外表面d=1m處的徑向布置兩個(gè)麥克風(fēng)測(cè)試排氣噪聲。

3、試驗(yàn)工況

      試驗(yàn)利用分部運(yùn)行法進(jìn)行聲源分離，分離出風(fēng)扇噪聲、排氣噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體噪聲。使用啟停風(fēng)扇的方法分離風(fēng)扇噪聲，排氣口引長(zhǎng)管至100m遠(yuǎn)處的方法分離排氣噪聲。

4、噪聲測(cè)試結(jié)果

（1）試驗(yàn)機(jī)組常用功率為380kW，歐盟要求機(jī)組在75%常用載荷下的噪聲排放不得超過(guò)98分貝（A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)）。聲壓級(jí)和聲功率計(jì)均為A計(jì)權(quán)平均值，數(shù)據(jù)均處理為1/3倍頻程形式。

（2）工況1測(cè)試結(jié)果，75%常用載荷下機(jī)組1m聲壓級(jí)為84.9分貝，聲功率級(jí)為104.7分貝，超過(guò)限值6.7分貝，不滿足歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，得到噪聲頻譜。工況1是發(fā)電機(jī)組的噪聲頻譜，機(jī)組在中高頻的寬頻帶噪聲能量較高，且在160Hz，250Hz，500Hz，800Hz處分別有較高的尖峰，如圖 2 所示。

 

 

1、風(fēng)扇噪聲

（1）風(fēng)扇噪聲主要分為葉片通過(guò)噪聲和渦流噪聲。風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片周期性切割空氣，引起周圍空氣壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱為葉片通過(guò)噪聲，其特征頻率如下：

（2）渦流噪聲是指風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片帶動(dòng)周圍空氣產(chǎn)生渦流，由于粘滯力的作用，渦流又分裂為一系列小渦流，渦流和渦流分裂使空氣產(chǎn)生擾動(dòng)，空氣不斷的壓縮與稀疏，從而形成寬頻噪聲。

（3）試驗(yàn)機(jī)組的冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速1800r/min，9個(gè)葉片，葉片通過(guò)噪聲的特征頻率為270Hz。由于數(shù)據(jù)均已處理成1/3倍頻程數(shù)據(jù)，因此250Hz尖峰實(shí)際是270Hz的風(fēng)扇葉片通過(guò)噪聲，500Hz和800Hz噪聲分別是葉片通過(guò)噪聲的2階和3階諧波分量，如圖3所示。

    通過(guò)啟停風(fēng)扇的方法，分離風(fēng)扇噪聲。由工況2和4可知，當(dāng)風(fēng)扇停止運(yùn)行時(shí)，中高頻的寬頻噪聲從（70～75）分貝降低到約60分貝，250Hz/500Hz/750Hz的葉片通過(guò)噪聲消失。關(guān)停風(fēng)扇后，機(jī)組1m處的聲壓級(jí)從84.9分貝降低到75.6分貝，如圖2所示。

2、機(jī)體噪聲和排氣噪聲

      發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體噪聲是由于燃燒室內(nèi)氣壓急劇上升，致使發(fā)動(dòng)機(jī)各部件振動(dòng)而引起的噪聲。排氣系統(tǒng)噪聲主要由周期性的脈動(dòng)噪聲，渦流噪聲和空氣柱共鳴噪聲組成。排氣噪聲的低頻部分由周期性的脈動(dòng)氣流產(chǎn)生，與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體噪聲的頻率重疊。6缸發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒激勵(lì)頻率主要是3階和6階，轉(zhuǎn)速1500r/min，即75Hz和150Hz，與80Hz和160Hz相對(duì)應(yīng)，該噪聲由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體噪聲和排氣噪聲共同組成，如圖3所示。

      為了識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，使用排氣管尾端加裝長(zhǎng)管的方法，將排氣噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲分離。由工況3和工況4可知，當(dāng)把排氣引走時(shí)，機(jī)組在160Hz處的聲壓級(jí)為71.3分貝。當(dāng)排氣噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲混合在一起時(shí)，160Hz處噪聲為72.9分貝，經(jīng)計(jì)算可得，在160Hz處排氣噪聲對(duì)機(jī)組總噪聲的貢獻(xiàn)量為67.8分貝，如圖2所示。

      在排氣口測(cè)試的有無(wú)消聲器的噪聲數(shù)據(jù)，排氣噪聲以渦流噪聲為主，中高頻噪聲能量高，經(jīng)消聲器消聲后，中高頻的噪聲降低到65分貝以下。排氣噪聲在80Hz和160Hz處有兩個(gè)尖峰，經(jīng)消聲器消聲后，80Hz和160Hz的噪聲下降了約18分貝，如圖3所示。

3、各聲源貢獻(xiàn)量

      75%常用載荷下，機(jī)組1m處聲壓級(jí)為84.9分貝，由工況2和3可計(jì)算出風(fēng)扇噪聲貢獻(xiàn)量為83.8分貝，由工況3和4可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體噪聲貢獻(xiàn)量為75.6分貝，排氣噪聲貢獻(xiàn)量為70.6分貝。機(jī)組內(nèi)噪聲源排序依次為：冷卻風(fēng)扇，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，排氣，如圖4所示。

 

圖3 柴油發(fā)電機(jī)排氣噪聲頻譜

圖4 柴油發(fā)電機(jī)組各聲源貢獻(xiàn)示意圖

 

三、降噪技術(shù)與措施

 

      根據(jù)上節(jié)聲源排序的結(jié)果，風(fēng)扇噪聲貢獻(xiàn)量最大，且低頻的風(fēng)扇噪聲較難處理，考慮從聲源處降低風(fēng)扇噪聲。

1、降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速

      為滿足冷卻要求，保持風(fēng)量基本不變，選擇將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速?gòu)?800r/min降低至1350r/min，風(fēng)扇直徑從850mm增加至880mm，同時(shí)將風(fēng)扇螺旋角從30°增加至45°。工況1與工況7是改變風(fēng)扇后的測(cè)試數(shù)據(jù)，機(jī)組1m處聲壓級(jí)從84.9分貝降低到79.6分貝，降低了5.3分貝。風(fēng)扇的葉片通過(guò)頻率從250Hz偏移到200Hz，風(fēng)扇400Hz的2階通過(guò)噪聲依然有較高的峰值，中高頻的風(fēng)扇渦流噪聲大大降低。

2、機(jī)體噪聲和排氣噪聲

      發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體噪聲主要集中在低頻的80Hz和160Hz，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的3階和6階。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，3階和6階噪聲一般由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生，考慮降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的傳遞。更換較軟的減振墊后，此時(shí)風(fēng)扇處于關(guān)停狀態(tài)，排氣噪聲已隔離。80Hz處發(fā)動(dòng)機(jī)的3階噪聲從63.3分貝降低到了58.8分貝，160Hz噪聲從71.3分貝降低到68.5分貝。機(jī)組平均聲壓級(jí)從75.6分貝降低到了74.5分貝，降低了1.1分貝。

      經(jīng)過(guò)上述的降噪措施，機(jī)組噪聲在160Hz，200Hz和400Hz處仍有尖峰，為此，將消聲器增加Helmholtz諧振腔，加強(qiáng)對(duì)160Hz處的降噪，增加冷卻系統(tǒng)排風(fēng)腔內(nèi)吸音棉的厚度，從原來(lái)的40mm增加至100mm。機(jī)組最終的噪聲測(cè)試。結(jié)果表明，經(jīng)一系列降噪措施后，風(fēng)扇葉片通過(guò)噪聲尖峰消失，160Hz低頻排氣噪聲下降1.5分貝，發(fā)動(dòng)機(jī)3階噪聲尖峰減小，機(jī)組平均聲壓級(jí)降低到78.3分貝，聲功率級(jí)降低到98.1分貝，滿足CE要求。

 

總結(jié)：

      康明斯發(fā)電機(jī)公司在本文中分析了柴油發(fā)電機(jī)組各個(gè)噪聲源和傳遞機(jī)理，從噪聲源本身和傳遞路徑兩方面對(duì)噪聲進(jìn)行控制，采取降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、更換減振墊、增加吸音棉厚度和改善消聲器性能等降噪措施，并利用試驗(yàn)驗(yàn)證了所提降噪優(yōu)化措施的有效性與可行性，降噪效果明顯，使康明斯發(fā)電機(jī)公司所開發(fā)的重型閉式發(fā)電機(jī)組的噪聲滿足了歐盟法規(guī)要求。

 

 

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