选型要求 / 低噪音柴油发电机选购方法

静音发电机组的结构设计原则和必须考虑的各种因素

Date: 2020-04-11Hits:

导读：摘要 : 文章系统的论述了低噪声柴油发电机组结构设计的原则和各部分结构设计必须考虑的各种因素 ,介绍了低噪声柴油发电机组结构设计的技术亮点。旨在使低噪声柴油发电机组最大限度的满足不同用户的个性化使用要求 ,不断提高低噪声柴油发电机组的应用水平。...

引言

静音发电机组因其安装和使用方便、投资成本低、机动性强以及环保低噪声等特点而被广泛应用于通信、电力、广电、金融、石油、交通和铁路建设等行业。本文主要针对 750 kVA 以下 ,带有防音箱 (隔声罩) ,而且在箱外操作、检修的低噪声柴油发电机组的结构设计进行论述。

低噪声柴油发电机组结构设计的基本原则是 :在规定工况条件下 ,满足额定功率输出并安全、可靠和低噪声运行 ,同时便于操作、检修、装卸、运输、安装、防尘、防雨雪和组装等。力求用最小的体积 ,较低的制造和运输成本达到各项技术指标和功能的目的。

一、低噪声柴油发电机组的外观、结构和系统说明

低噪声柴油发电机组主要由柴油机、发电机、控制系统、机座(连机底油箱) 、排气消声系统、减震装置、防音箱、进风降噪系统、排风降噪系统以及周边配套系统等组成。较为典型机组外形和结构如图 1 所示。

二、低噪声柴油发电机组的结构设计

低噪声柴油发电机组结构设计主要包括 :防音箱体、机座(连机底油箱) 、排气消声系统、减震装置、进风

降噪系统、排风降噪系统等。

1、防音箱体结构设计

防音箱体结构的设计 ,主要考虑能够容纳所有配套件(包括柴油机、发电机、启动电池、空气开关、控制系统和消声组件等) 和降噪所需空间、有足够的进排风通道面积 ,满足按标定功率输出并安全、可靠运行 ,同时便于操作、检修、装卸、运输、安装、防尘、防雨雪和组装等。力求用最小的体积 ,较低的制造和运输成本达到各项技术指标和功能的目的。

（1）防音箱体外形设计

防音箱体外形通常采用正长方体设计 ,该方案对于室内外使用环境条件适应性和机动性较强、制造工艺性也较好。

为节省空间和缩短长度 ,有时也采用在两下端切为斜角并作为进排风口的方案 ,但其带来的不足之处在于容易吸入或吹扬地面的尘土、安装于机房内时很难将热风引排至室外。

（2）防音箱体外形尺寸设计

长度≥发电机组长度 + 降噪进风室长度 + 降噪排风室长度 (包括排气消声器组件) + 吸音组件厚度 ;

宽度≥发电机组宽度(包括散热水箱) + 吸音组件厚度 ;

高度≥发电机组高度(包括散热水箱) + 减震组件 + 排气管组件 + 水箱注水口空间 + 吸音组件厚度。

基于低噪声柴油发电机组通常为扁长形的结构特点 ,在满足使用条件的前提下 ,优先控制防音箱体的长度 ,控制系统、开关、电池、接线等组件尽量利用其它空间设置。

对于个别过于扁长机型 ,箱体可以适当加宽 ,使其搬移和运行更为平稳 ,同时外观也较为协调美观。

在确定箱体的高度时 ,应关注水箱注水操作和观察水位的空间 ,必要时可以将注水口设置在机箱外顶部。

个别机型的增压器和排气管等高发热 (最高温度可达600 ℃) 组件可能比较靠近边缘 ,在确定箱体外形尺寸时 ,要充分考虑箱壁与其保持足够的距离 ,避免机组长时间运行时产生高温而烤损吸音材料或箱板。另外机组在启动和停机过程中部分组件摆幅较大 ,箱壁

也应与其保持足够的距离 ,避免产生撞伤和敲击异声。

（3）防音箱体的操作门及检修门设计

操作门通常置于发电机端 (进风侧) 的端部或两侧 ,处于运行环境温度相对较低的区域 ,避免电子元器件受高温影响而失效或损毁。操作门一般装上钢化玻璃观察窗口 ,便于随时察看机组的各种参数 ,同时兼有隔音作用。

检修门的设计 ,应充分考虑满足各种需要检修或操作的方便及可能性。一般日常的保养、检修项目 , 如 :更换三滤、频率和电压调整等 ,应能非常方便操作 ; 对于周期较长的保养、检修项目 ,如 :电池和清理水箱等 ,也应力求方便 ,必要时通过简单拆卸个别板件即能满足。

（4）防音箱体的防尘及防雨雪设计

机组安装在户外使用时 ,箱体设计应充分考虑防尘及防雨雪(即全天候) 的需要。进排风口一般采用百叶窗结构 ;对于环境粉尘污染较严重的区域 ,可以采用气弹簧全密封窗或加百叶窗结构 ,运行时仅简单打开密封窗即可 ,这时密封窗也兼具雨蓬功能 ,但这种结构很难适用全自动化机组 ;采用电动百叶窗结构 ,既可防雨雪 ,停机备用时也能有效的防尘 ,同时满足自动化启动并有利于防潮和提高低温加热启动速度 ,但结构较为复杂、成本偏高。

箱体上边缘加设雨檐 ,可以避免或减少雨水滴落在箱体表面 ;各门边加设橡胶密封垫 ,可以避免雨水渗入箱体内和由于振动而产生杂音 ;在箱体底部开设排水孔 ,可以防范雨水积聚。

（5）防音箱体的制造工艺性设计

防音箱体的设计 ,应充分考虑加工和装配等具有良好的制造工艺性 ,以便提高生产效率和降低成本 ;箱体应有足够的刚性 ,以满足在吊装和运输过程安全、可靠和不容易变形。

2、机座(连机底油箱) 结构设计

（1）低噪声柴油发电机组通常将油箱和机座设计为一整体 ,使机组只需简单的加油加水 ,立即可以投入运行。

（2）机座的结构设计 ,首先应满足柴油机和发电机的安装及运行时所需的刚性、扭转强度和动态承载的要求 ,然后考虑其油箱的容积、加工的工艺性、总装和搬移或吊装的方便性等。

（3）通常低噪声柴油发电机组油箱的容积 ,按机组满负载运行 8 h 左右的油耗设计 ,对于需要较长时间连续运行的一体化基站小功率机组 ,油箱的容积可以达到运行 15 h 以上 ,大容积油箱同时也抬高小型机组的高度 ,使其操作更为方便。

（4）作为机底油箱结构 ,必须考虑进回油口的分隔 ,可在油箱的中间位置设置隔油板 ,隔油板在适当位置打若干贯通孔 ,使油箱里的油能循环流动。进回油口分列在隔油板的两边 ,使柴油机回去的热油不会直接吸进机组。进油口必须配置吸油管 ,吸油管的长度以油箱的最低吸油高度为度 ,一般离油箱底为10～20 mm。吸油管与进油口接头焊接必须保证不漏气 ,如不能确保则须整体加工而成。油箱须在最低位置设计排污口和排污阀 ,排污阀须布置在方便操作的位置 ,如不方便操作 ,则要配置手动排污泵以便油箱的排污。油箱必须预留加油口、透气口和油位显示接口 ,还必须预留检修口。

（5）机座应合理设计必要的安装、搬移或吊装等装置。

3、静音发电机组降噪系统的结构设计

降噪系统的结构设计 ,主要是解决通风条件和降低噪声之间的矛盾 ,在有限的空间条件下 ,最大限度地降低噪声 ,同时不影响机组标定功率的持续输出。低噪声柴油发电机组按噪声等级 ,通常分为标准防音型(机箱外 1 m76 ～ 83 dB) 和超级防音型 (机箱外 1 m60 ～75 dB) 。

低噪声柴油发电机组主要的噪声源来自于 :柴油机高速运转所产生的机械噪声、冷却机组所需空气进入和排出的空气噪声及油缸内燃烧爆炸所产生的排气噪声等。降低系统的噪声 ,主要是设计合理的结构和选择合适的降噪材料 ,通过隔声、吸声和消声等措施来实现。

（1）机箱外进、排风口及其通道设计

进、排风口及其通道 ,是低噪声柴油发电机组结构设计的重要环节 ,关系到噪声能否得到有效地控制 ,同时机组又能在合理的通风条件下安全正常运行。进风口通常置于发电机侧的端部 ,必要时也可以布置在其两侧或在两侧安排辅助进风口 ;排风口一般置于柴油机水箱侧的前上部或两侧。

进风口的有效通风面积应大于水箱的面积 ,确保不低于标准裸机运行所需的通风冷却条件 ,使机组不会降低额定输出功率并能正常运行 ,同时应将风速控制在适当的范围内 :标准防音型为 10 m/ s 以下 ;超级防音型为 6 m/ s 以下。风速增大 ,将可能产生二次噪声。

风速 = 柴油机自带风扇标称的风量÷进风口有效通风面积

进排风口如果采用百叶窗结构 ,应特别关注百叶的结构形状和摆角 ,最大限度地利用有限的窗口面积提高通风条件和降低风阻。

进排风通道通常采用吸音挡板或隔板结构 ,使空气的流动改变方向和延长与吸音材料的接触距离 ,从而提高降噪效果。对于超级防音型机组 ,必要时设计成多级或细长的专用通道 ,以使噪声得到更有效的控制。挡板或机箱壁与水箱应有足够的距离 ,减少风阻和空气倒流 ,使排风更为顺畅。进排风通道的结构设计有较强的技巧性 ,在有限的空间选择合理的位置和形状可以得到事半功倍的最佳效果。

（2）隔声设计

噪声主要是通过空气传递的 ,所以隔声结构的设计 ,应力求最大限度地密闭 ,使各种噪声大部分控制在防音箱体内。尽量将吸音物料贴附在防音箱体面板上 ,减少噪声的穿透传播 ;门窗的边缘缝隙加垫橡胶封条 ,减少噪声的泄漏传播。

（3）吸音设计

在防音箱体内及进排风通道铺设吸音材料 ,能够吸收大量的噪声 ,减弱噪声的传播 ;进排风通道越长 , 降噪效果越好 ,但会增加风阻 ,削弱通风条件 ,设计时应取得其平衡 ,在进排风通道设置合适的挡风板 ,可以更有效地控制噪声。最好能再通过试验获取最佳组合结构和参数。吸音材料一般采用玻璃纤维棉表面加冲孔板 ,也可用发泡海绵等材料 ,前者吸音和耐高温效果较好 ,后者制造工艺性稍强 ;超级防音型机组可以通过加厚吸音材料和延长进排风通道来实现 ,但机箱的体积也必需随之增大。

（4）排气系统消声设计

排气噪声由于其频段较宽 ,通常需要采用工业型和住宅型组合消声器分别对高、中、低频噪声进行控制。工业型消声器主要利用吸音材料减弱高频段的噪声 , ;住宅型消声器主要是利用气体的干扰、压缩和扩张降低中低频段的噪声。消声器及其排气管和弯头 , 都会对柴油机的排气产生阻力 ,在结构设计时 ,要控制其背压在许可范围内 ,特别是排烟管需要加长时 ,更要进行严格地校核 ,避免输出功率下降 ,甚至机组无法正常运行。

4、静音发电机组隔震系统的结构设计

柴油机 / 发电机组件在高速运转时会产生很大的振动 ,主要通过底座和排气管传递至基础和建筑物 , 通常可以在机组与机座间和排气管中间设置减震装置 ,减少机组的振动并减轻振动的传播。

减震器的结构设计

减震器通常置于柴油机 / 发电机组件与机座的中间。一般采用橡胶材料圆柱型结构 ,该结构简单、减振性能好、成本也较低 ,但抗横向剪切力和安全性较差 ;采用橡胶材料碗型结构 ,可以提高安全性 ;对于抗冲击和振动要求较高的机组 ,可以采用弹簧减震器 ,但结构较复杂 ,成本也稍高。

膨胀节隔震器的结构设计

排气口是一强震源和高温区 ,其振动会通过排气管传递到其它结构件和建筑物 ,所以应在排气口与排烟管之间设置不锈钢材料的膨胀节 ,隔离振动的传播 , 同时膨胀节还可补偿排烟管的热伸缩量 ,使排烟管的热胀冷缩不对其它结构造成影响。

5、　静音发电机组排烟口的结构设计

排烟口通常置于顺排风的区域 ,有利于通过排风将烟吹散而且不被进风吸入回流。排烟口的结构设计原则是 :避免雨雪进入、较少对操作区间的污染和烟尘的积聚。根据现场使用条件 ,排烟口可以有三种结构选择 :

横向直接排放结构

该结构既简单 ,又安全可靠 ,但对操作区间会产生污染 ,如果排烟口能引至较高或远处 ,该结构是一首选方案。

向上排加活动盖结构

该结构使废气直接向上排放 ,对操作区间的污染较小 ,同时又能防雨雪和杂物 ,但可靠性稍差 ,当盖板动作失效时 ,可能会进水或排气不畅。使用该结构时 , 除应精心设计和选用合理的材料提高其可靠性外 ,还应特别加强日常的保养和检查 ,才能安全可靠工作。

向上排加固定雨盖结构

该结构安全可靠 ,但废气可能会下沉 ,污染操作区间 ,而且容易造成烟尘的积聚。使用时一般应将排烟口引至较高位置。

6、　静音发电机组其它结构设计其它结构设计包括 :

启动电池尽可能置于靠近启动电机的位置 , 减短电池线 ,提高启动性能。

消声器组件应安装在通风条件较好的位置 , 通常置于排风扇前面 ,有利于其散热。

控制屏及电子元器件 ,应采取有效地避震措施 ,防止其振坏或失效。

机箱外部设置紧急停机按钮 ,有利于突发事件的应急处置。

应充分考虑加放柴油、加放机油和注放水的操作方便性。

三、方案总结

随着科学技术和工艺水平的提高 ,用户对产品个性化的要求不断增加 ,对低噪声柴油发电机组结构设计也提出更高的要求。本文希望通过深入的研究探讨，为设计和选型提供较为系统的思路 ,使低噪声柴油发电机组产品得以最佳应用。

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康明斯动力设备（深圳）有限公司
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