变频发电机组隔声设计与降噪

变频发电机组隔声设计与降噪

赵学政,贾中

郑州佛光发电设备股份有限公司

摘要：目前，中国的电力开发正在以多样化的速度发展，核能、水力、风力、热能等发电技术以及风力、潮汐、地热、太阳能等新能源得到广泛应用。但随着产业和国内电力的增长，中国的电力紧张局势越来越严重，国际环境保护要求也越来越严格。变频发电机作为电网的主要和备用电源，在工厂、冷链物流、医院、服务、工地、应急、军队等行业广泛使用，噪音低。目前国内外变频机组通过合理的消声降噪设计——静态消声器，可实现约30dB的降噪。本文主要分析变频发电机组的隔声设计与降噪。

关键词：发电机组；通风系统；降噪；优化设计

引言

变频发电机的通风问题是设计机房时需要特别注意的一个问题，如果处理不当，将对发电机组的正常运行产生直接影响。在设计通风系统时，通常需要考虑进风和出风进出机房的方向，以改善整个机房的空气流通，避免空气不畅造成机组功率降低的同时，机房进风应远离排风，以避免进风温度受排风温度的影响。噪声的传播路径主要是排风路径、进风路径和排烟路径。由于高速气流产生的空气噪声，需要在设计时考虑复合式消声系统，以确保机组正常运行时不会严重泄漏噪声。除了排烟考虑所需的消音器外，系统还必须考虑消音器设备本身对发动机排气造成的压力不得超过发动起排气背压规定的限值，否则会影响设备的正常运行。

1、变频发电机组工作原理

发动机将燃烧化学能转化为机械能，再驱动发电机将机械能量转换为电能。在发动机缸体内，空气滤清器过滤出的纯空气与喷油喷嘴喷射的高压雾化燃油完全混合，在活塞下行的压力下体积减小，温度迅速升高，达到燃油燃烧点。火花塞点火，混合气体迅速燃烧，体积迅速膨胀，活塞向上推动。每个气缸按顺序工作，作用于活塞的推力成为驱使连杆转动的力，从而导致传动轴高速转动。将无刷同步开关与发动机曲轴安装在同一轴上，可利用发动机传动轴旋转驱动发电机转子，利用电磁感应原理，发电机可输出感应电动势，电流可由此产生。此外，还建立了一些变频装置和发电机、发动机保护装置和电路，以确保电力的可使用性和稳定性。

2、噪声产生机理分析

变频发电机组空气动力学噪声包括排烟噪声、进风噪声、风扇噪声、机械噪声、排风噪声、风扇旋转过程中空气振动引起的噪声。

排烟噪声主要发生在发动机打开排气阀时，排气阀头部有环形间隙，废气在自身压力和活塞冲击压缩压力下通过脉冲逃离空间，迅速进入空气中，气流通过的管道壁(尤其是转弯)会在管道直径的剖面变化处产生复杂的噪音。排气噪声是变频发电机组最重要的噪声源，通常比发动机缸体辐射噪声高10 ~ 15db(a)。

进风噪声主要是进气阀打开时产生的涡旋噪声，当气流高速穿过进气阀的通过段时，气流发生碰撞产生了噪声，进风噪声远低于排烟噪声，可以忽略。

风扇噪声主要是由于风扇转动时叶片定期撞击空气质量点而产生的气压脉冲噪音。风扇噪声低于排烟噪声、燃烧噪声和发动机机械噪声。但是，由于变频发电机组本体发出的热量较大，风扇面积较大，噪声源中的风扇噪声也不容忽视。

机械噪音主要是由于缸内燃料燃烧过程中缸内压力大幅度增加而引起的动态载荷和冲击波的高频振动造成的，这些振动是由活塞、连杆、曲轴、车身和气缸体的辐射引起的。变频发电机组的机械噪声由机构零件的惯性力、不平衡力和扭振作用引起，引起相对运动零件之间的冲击和振动，并由主体的外部辐射噪声引起，主要包括活塞冲击噪声、齿轮机构噪声 气流分布机构噪声、高压油泵噪声、轴承噪声、机体振动噪声等。机械噪声是低速中频变频机组(700 ~ 2400r/min)的第三大噪声源，但随着变频机组转速提高到2400 r/min，机械噪声迅速上升，甚至超过了排烟噪声。

排风噪声以及风扇旋转过程中的空气振动引起的噪声都是由于发动机的散热风扇在运行过程中高速旋转，产生的高速气流通过散热水箱，气流与散热水箱相互碰撞产生的噪声，同时引起了周围的空气振动传递了噪声。

3、发电机组降噪方案设计

通过分析变频发电机组的噪声源分布和发电机组的噪声特性，采用两种途径来降低噪声源等级和传播过程中的噪声，即合理设计降噪结构和采取有效措施来减轻发电机组各部分的噪声。

3.1风扇噪声减弱设计

风扇噪声的形成主要是由于风扇高速旋转运动引起周围空气振动形成气流噪声，因此采用隔音、消声技术较为可取。根据风扇侧噪声特性，在发动机配套的散热水箱周围设计排风筒，使空气运动具有一定的导向性，并在排风筒与散热水箱连接处设置软连接过渡节套，以减轻两者间的振动传递。

3.2排风降噪和排烟降噪设计

为保证机组正常功率输出，防止机组产生高温，机房内应具有良好的热通风条件，另外，如果不采取有效的降噪措施，通风口处将会出现严重的噪声泄漏。因此，经过仔细分析，在排风口处设置了吸声装置。具体解决办法是:在排风口处安装金属框架；框架内设置有散热消声板，消声板垂直安装、均匀分布在散热框架内，散热消声板之间设有散热、通风通道；消声板的外层是隔声冲孔板，内层是表面光滑的金属板，隔声冲孔板与金属板之间设置了吸音棉填充层。根据发电机组的散热要求，金属板长度一般为50 ~ 60mm，冷却通道宽度一般为160~200mm，消声板宽度一般为180~200mm。

排烟噪声可以通过在发动机排烟口处加装具有一定伸缩量的波纹管，以减少发动机振动对排烟管道造成的影响，然后再管路中增加消声器，已达到降噪的目的。消声器主要有阻式和抗式两种结构，抗式消声器主要是通过管道截面的突变设计或旁接共振腔等各种消声单元，使声波在传播过程中发生反射和干涉，降低了声音的能量以达到消声目的。我们可根据机房的降噪要求对消声器进行合理布局，一般情况下，为了提高机房的整体降噪效果，我们可以在发动机排烟口处先接抗式消声器，然后串联一个阻式消声器，使降噪效果更好。

3.3机组减震降噪设计

减震器是缓冲冲击的一个重要组成部分，广泛用于各种类型的机器、机动车辆、铁路机车、水上运输工具、飞机和其他飞机。可以说减震器在任何需要减震的地方都是必要的，振动的减少在某种程度上也使噪声得以减轻。减震器大多使用的是橡胶减震器，它具有以下特点：

一、橡胶减振器可自由决定形状，通过调整橡胶配方成分控制硬度，满足各方向的刚度和强度要求；

二、橡胶减振器内部摩擦大，阻尼效果好，有利于穿越谐振区，降低高频振动和噪声；

三、橡胶减振器的弹性比金属小得多，可产生更具弹性的变形；

四、橡胶减振器无滑动部分，维护方便；

五、质量低，安装拆卸方便；

六、橡胶减振器冲击刚度大于静态和动态刚度，有利于冲击变形。

使用橡胶减振器，为发电机组运行过程中产生的振动获得有效缓冲，从而降低整个发电机组的机械噪音。经测试，选用合适的橡胶减振器可将发电机噪音降低10分贝。

3.4进风降噪设计

发电机组的正常运行需要有新鲜的空气进入，在机房进风口处一般会设置有进风通道，以满足机组进风、排风、排烟之间的空气平衡。发电机组运行期间，空气通过进风口进入机房。机组进风时，为了抑制噪音向外传播，同时增加声波反射并减少声波引起的振动，机房进风口处需要装有电动进风百叶窗。当发电机组开始运行时，电动百叶窗自动打开，空气从那里进入。电动百叶窗的表面设计用于在空气通过时吸收声波的能量，从而降低噪音。当发电机组停止工作时，电动百叶窗会自动关闭，从而提高降噪能力。此外，在减少噪音的基础上，为了更好地满足客户的需求，在进风口处增加进风降噪组件，进风降噪组件与排风消声组件结构类似，也是通过冲孔钢板及内部填充吸音降噪材料，对机组运行产生的噪声削弱、吸附，以达到降低噪声传递的目的，为客户的正常使用提供方便。

结束语

本文通过分析变频发电机组噪声源的产生原因、过程及传输机制，阐述了一些控制噪声源本身和噪声传输途径的方法，从降低进风噪声、排风噪声、排烟噪声、风扇噪声等方向出发，列举了相应的隔音降噪措施，并说明了所述降噪措施的有效性和可行性，改善了变频发电机组的噪声环境，具有很强的实用效果。

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