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船用柴油機的噪聲控制技術

　　環境污染已引起了人們越來越多的關注 , 噪聲也是一種污染。為了防止船舶領域的噪聲污染 , 很多國家和地區都制定了許多關于船舶噪聲控制的標準和法規。世界上最早提出船舶降噪標準的國家之一是德國 , 它早在 1968 年就出版了一本聯合公約 ,對船上各部分的噪聲水平進行了規定。今天國際海事組織 ( IMO) 制定了“國際防止船舶污染公約”(MARPOL73/ 78) , 其中除了限制船舶柴油機的廢氣排放之外 , 也關注起噪聲污染及其危害 , 并相繼出

臺了噪聲控制標準。所有這些規定都對柴油機設計者提出了更高要求 : 應用低噪聲設計技術和隔聲技術減少噪聲源和噪聲傳播降低柴油機發出的噪聲。為此 , 有必要弄清楚船用柴油機噪聲產生的機理。

1 　船用柴油機噪聲機船用柴油機的噪聲源不同 , 可將柴油機噪聲分為三類 : 空氣動力性噪聲、燃燒噪聲和機械噪柴油機空氣動力性噪聲主要包括進、排氣噪聲( 主要是排氣噪聲 ) 、渦輪增壓器中的空氣與廢氣脈動噪聲。排氣噪聲生的機理是 [3] : 當柴油機氣門打開出現縫隙時 , 廢氣以脈沖形式從縫隙沖出 , 形成能量很高、頻譜復雜的噪聲。其主要組成包括 : 因排氣門開、關而產生的周期性壓力所激發的噪聲 ; 高速氣流通過排氣門和排氣管道時形成的渦流所產生的渦流噪聲 ; 張家界Perkins帕金斯1104D-E44TA發動機啟動馬達費用,果洛Perkins帕金斯1106D-E70TAG5發動機水泵、水泵襯墊多少錢,上饒Perkins帕金斯4012-46TWG2A發動機多小錢技術查詢中心,排氣總管中廢氣進入渦輪增壓器與其中空氣混合形成渦流產生的渦流噪聲。排氣噪聲隨氣壓力和轉速的增加而增大。采用渦輪增壓系統可使排氣噪聲有所降低 , 特別是能衰減廢氣脈沖產生的低頻噪聲 , 主要是因為定壓增壓系統排氣總管比較大 ,在一定程度上能起排氣消音器的作用。這也是現在的二沖程柴油機采用定壓增壓系統 , 而不用以前的脈沖增壓系統的重要原因之一。黃南Perkins帕金斯1104C-44TAG1發動機缸套組件費用報價單,鹽城Perkins帕金斯1106A-70TAG4柴油機大概的價錢,香港Perkins帕金斯404A-22G1發動機柴油泵、噴射泵組件哪里有,燃燒噪聲是燃料燃燒時缸內壓力急劇變化產生的動載荷和沖擊波引起的強烈振動 , 經氣缸蓋、氣缸套、活塞、連桿、曲軸主軸承傳播出來形成的噪聲 [4] 。燃燒噪聲的特性可以用氣缸壓力的頻譜曲線表示 , 對各種燃燒方式的內燃機制取缸內壓力譜表明 [4] , 最高壓力決定氣缸壓力譜的低頻成分 , 最高壓力升高率Δ p/ Δφ決定氣缸壓力譜的中高頻成分。試驗表明 , 燃燒噪聲是以 1kHz ～ 2kHz 為中心500kHz 以上的中、高頻成分為主 , 因此降低燃燒噪聲的關鍵是控制最高壓力升高率 , 也就是力求選擇柔和的燃燒過程。而壓力升高率的大小取決于著火延遲期內形成的可燃混合氣數量 , 因此燃燒系統的設計對降低燃燒噪聲相當關鍵。

機械噪聲是柴油機零部件之間機械撞擊所產生的振動激發的噪聲。機械噪聲的主要成分是活塞敲擊噪聲、正時齒輪噪聲和曲柄連桿機構等運動機件撞擊缸套、軸承及缸體產生的噪聲等。其中活塞敲擊氣缸壁產生的噪聲主要由燃燒過程引起 , 發生在上、下止點附近 , 以壓縮上止點附近嚴重。敲擊強度與氣缸內最高燃燒壓力和活塞與氣缸間隙有關。

正時齒輪噪聲是因為齒輪承受交變載荷時 , 嚙合傳動中齒間發生撞擊和摩擦 , 加上齒輪存在的各種誤差 , 使軸發生變形、軸承負荷加重、曲軸和凸輪軸扭振等 , 從而激發噪聲。隨著柴油機轉速的增加 ,齒輪噪聲也越來越大。

柴油機的主噪聲源不同 , 對環境產生的噪聲輻射類型也各不相同 , 主要有 : 排氣噪聲 ( 如氣體脈動 ) 、空間噪聲 ( 如機艙噪聲 ) 和結構噪聲激勵 ( 如柴油機底腳振動 ) 。

2 　柴油機噪聲的測量技術

　　柴油機主要噪聲的區分和識別是噪聲控制的前提 , 首先要區分和識別主要噪聲源 , 然后要確定主要的噪聲輻射表面。

2. 1 　區分和識別主要噪聲源的方法

　　分別運轉法是常用的噪聲源識別方法 , 即將柴油機的不同部件逐次拆除后 , 分別測定其噪聲級 , 便可求得各零部件的噪聲。但燃燒噪聲和機械撞擊噪聲難以截然分開 , 在確定燃燒噪聲的多種方法中 , 相關法是較有效的。該法認為被測噪聲部分由燃燒力產生 , 焦作Perkins帕金斯404D-22TAG發動機水溫機油壓力轉速傳感器大概的價錢,遵義Perkins帕金斯2806A-E18TAG3發動機散熱器組件大概的價錢, 部分由撞擊力產生 , 其余的則與兩者者無關。首先計算出輸入 ( 激勵力 ) 與輸出 ( 噪聲 ) 之間的相關函數 , 然后確定這兩種力的比例 , 從而確定主噪聲源。

2. 2 　確定主要表面輻射噪聲的方法

　　確定表面輻射噪聲的方法較多 , 目前采用的主要方法有 [2] 鉛板覆蓋法、振動測量法和聲通道法。

2. 2. 1 　鉛板覆蓋法

如柴油機全部裝置用鉛制隔聲板覆蓋的聲強為I 1 , 僅拆除實驗對象部分隔聲板時的聲強為 I 2 , 則(I

2- I 1 ) 便是從實驗對象部分輻射出的噪聲強度 [4] , 依次用這種方法于組成外表面的各部件 , 便可以確立主噪聲輻射部件 , 便于有針對性地采取降噪措施 , 這是比較準確的主因分析法。

2. 2. 2 　振動測量法測量實驗對象表面的振動量算出噪聲級。測振的位置和點數根據測定對象的面積和形狀不同 , 一般憑經驗決定。

2. 2. 3 　聲通道法

用截面積漸變的聲通道 , 截面小的一頭置于傳聲器邊 , 大的一頭置于柴油機邊 , 一次測定對象部件噪聲的方法。

2. 3 　柴油機空間噪聲的測量要求及方法

　　空間噪聲主要源于柴油機各個零部件及其受空氣波動輻射的表面。

柴油機平均空間噪聲級是根據“‘ CIMAC ’推薦的對于測量往復式柴油發動機整體噪聲”或類似其它標準來測量的 , 用來表達柴油機典型的空氣噪聲聲壓級。

計算的平均聲級取決于柴油機周圍各個不同點所測得的聲強的平均值。測量點依柴油機的大小而定 , 在柴油機周圍兩或三個不同高度處 , 離柴油機表面約一米遠的地方。在柴油機的每一側 , 每聲級的測量點數目必須等于氣缸數的一半。

3 　船舶噪聲標準

　　最大船舶噪聲聲壓級的限制由船東 ( 或船廠 ) 與船舶主機制造廠之間特別規定 , 或者是參照國家或國際在這方面的法規間接確定。大多數船東都參照SBG( 海上雇用人員責任保險 )規范或 IMO 規范。其中 IMO 關于船舶噪聲的標準如下 :

4 　柴油機噪聲控制技術

　　柴油機噪聲控制方法有降低聲源噪聲和控制噪聲傳播途徑 , 其中最基本的方法是降低聲源噪聲。

4. 1 　降低聲源噪聲

4. 1. 1 　對氣體動力噪聲的控制對進、排氣噪聲的控制 , 一方面從分析噪聲機理入手 , 采取相應的對策 , 如使進排氣通道避免急劇轉彎 , 內壁光滑通暢 ; 另一方面 , 也是最經濟簡單的方法 : 加裝消聲器 [5 ,6] 。傳統的無源消聲器有三種類型 : 抗式消聲器、阻式消聲器和阻抗復合式消聲器。

抗式消聲器里邊不敷設吸聲材料 , 福建Perkins帕金斯1206E-E66TA發動機連桿襯套費用,紅河Perkins帕金斯4008-30TAG3柴油機銷售中心供應服務商,而是通過改變消聲器內部通道的截面、設計共振腔或分支管使得聲波在消聲器內由于阻抗的改變而反射回到聲源方面 , 或使聲能消耗在共振結構內 , 從而達到消聲的目的。抗式消聲器按消聲原理分為擴張型、共振型和干涉型等。它構造簡單 , 耐高溫 , 耐氣體腐蝕和沖擊腐蝕 , 是目前應用最廣的一種 , 但存在高頻失效問題。

圖 1 　 25dB(A) 的吸收型消聲器下的典型噪聲衰減曲線

　　阻式消聲器是在消聲器內裝上多孔吸聲材料 ,用增加聲阻的辦法來達到吸收氣流噪聲能量并轉換為熱能 ( 散逸 ) 的目的。常見的阻式消聲器有管式消聲器、折板式消聲器和氣流式消聲器 , 其中氣流式消聲器兼顧了前兩者的優點 , 達到高消聲、低流阻的要求 , 常用于船用柴油機上用來衰減排氣噪聲。

阻抗復合式消聲器綜合了上述兩種消聲器的特點 , 既有阻式吸聲材料又有共振腔和擴張室等抗性元件 , 可以在較寬的頻率范圍內取得較高消聲量。

但其中的吸聲材料在高溫、腐蝕性氣體及有焦油、碳煙的情況下會很快失效 , 故其在柴油機上的應用受到一定限制。

設計消聲器時 , 普洱Perkins帕金斯4008TAG1A發動機機油泵聯系,梅州Perkins403D-11柴油機銷售中心網站,南京Perkins帕金斯403F-15發動機機油冷卻器費用, 其消聲頻率特性應是寬帶的 , 對低、中、高頻段都應有足夠的消聲量。同時還必須考慮噪聲法規限制 , 用戶可以接受的能量損失百分比 ,安裝消聲器的容許空間尺寸和位置以及生產成本、

使用壽命等多種因素 , 不同型號柴油機用消聲器一般需專門配套 , 才能達到良好的匹配性能。

船用柴油機上 , 由于排氣裝置 ( 如排氣鍋爐 ) 自身也會產生噪聲 , 所以建議將排氣消聲器盡可能安裝在內部靠近煙囪頂部的地方。最常用的是氣流消聲器 , 即一根管子內敷設吸聲材料 ( 礦石棉或玻璃纖

維) ,

安裝后其典型的噪聲衰減如圖 1 所示。另外 ,為保持噪聲低于最大允許值 , 如在橋樓處為 65dB(A) ,

通常還要選用體積龐大的 25dB (A) 的吸收型排氣消聲器。盡管無源消聲器的發展已比較成熟 , 但仍存在一些缺陷 : 容積大、重量大、安裝要求高。懷化Perkins帕金斯403F-15TG發動機銷售售后代理商中心,襄陽Perkins帕金斯4012-46TWG4發動機上下大修包歡迎來電,黃南卡特彼勒船用柴油機配件技術查詢中心,浙江Perkins帕金斯4008TAG1A發動機控制器模塊電話,隨著現代數字信號處理技術的發展 , 消聲器已朝有源控制的方向發展。日本已研制成功可應用于船用柴油機的管道內置式有源噪聲控制消聲器 (ANC)[7], 如圖 2

所示。實驗證明 , 它與傳統的無源消聲器比有以下特點:(1)有足夠的降噪性能;(2)通過引射效應具有足夠的冷卻效果;(3)結構緊湊 ( 體積是傳統消聲器的 80 %) 。

4. 1. 2 　對燃燒噪聲的控制

由前面燃燒噪聲的機理可知 , 降低燃燒噪聲的措施有 [8] : 合理組織供油 , 減小噴油提前角 , 縮短預燃期或在預燃期內減少噴油量 , 縮短著火延遲期和減少滯燃期內形成的可燃混合氣數量。

圖 2 　有源噪聲控制圖柴油機性能參數如下 :型 　　式 : 四沖程柴油機型 　　號 :Daihetsu 6DL 2 22輸出功率 :88kW

轉 　　速 :900r/ min

缸 　　敞 :6

柴油機如工廠的發電設備一片運轉

4. 1. 3 　對機械噪聲的控制

對于活塞敲擊氣缸壁產生的噪聲來說 , 完善燃燒過程 , 減小活塞間隙 , 將活塞銷孔中心適當向氣缸壁主推力面偏移等 , 都將具有降噪作用。

對于正時齒輪噪聲來說 , 主要采用控制齒輪的彈性剛度和齒輪誤差的方法。控制彈性剛度主要通過改進齒輪的結構設計參數和選用衰減率高( 內阻尼大 ) 的材料制造齒輪 , 即在滿足設計的條件下 ,盡量選取較小的模數、壓力角和外徑 ;適當增加齒輪厚度 ; 采用正時齒輪帶傳動來代替齒輪

傳動等 ; 誤差的控制主要靠改進制造工藝提高齒輪精度。

4. 2 　控制噪聲傳播途徑

　　控制噪聲傳播途徑和表面輻射噪聲的主要措施有 : 對柴油機結構及表面的噪聲輻射特性進行優化 ,提高柴油機結構剛度 , 應使各種蓋板和附件的固定點位于振級較低的機體部位 , 采用隔振安裝和涂敷阻尼材料等。

4. 2. 1 　空間噪聲的控制

空間噪聲一般都取決于機型 , 總的平均空間噪聲級主要受增壓器的影響。隨著船東和造船廠要求的柴油機的效率和功率值不斷提高 , 這種影響也不斷加大。

如圖 3 曲線 2 所示為 MAN B &W 6L80MC 柴油機在標定工況下的計算平均空間噪聲級 , 當配用高效率的增壓器時 , 噪聲級約為 NR101 和 105dB(A) ( 曲線2B)。噪聲級的不同是由于增壓器自身發出輻射的不同所造成的 , 且增壓器效率越高 , 平均空間噪聲級就越高。而且因為機艙中有聲音回響 , 在船上測得的以聲壓為基礎的噪聲可能要比在計算中以聲強為基準的噪聲級高 1 ～ 5dB(A) 。

在增壓器附近測得的最大噪聲級通常比柴油機的平均噪聲級高 3 ～ 5dB(A) 。在大型柴油機中 , 為了滿足噪聲限制要求 , 應采取以下措施: (1)在掃氣空氣管內裝吸聲材料;(2)在掃氣空氣冷卻器頂部裝環狀擴壓管吸收板;(3)在掃氣空間冷卻器外部裝隔音器;(4)在柴油機上和 ( 或 ) 機艙壁上裝附加吸聲材料;(5)另外在增壓器進口處裝消聲器;(6)在增壓器檢查蓋處附加消聲材料。鞍山珀金斯403D-11發動機原廠配件專業服務中心,揚州Perkins帕金斯2806D-E18TAG1A發動機曲軸前后油封大概的價錢,安徽Perkins帕金斯1106D-E70TAG4發動機啟動馬達大概的價錢,烏海Perkins帕金斯403A-11G1發動機缸套組件一般多少錢,因為空間噪聲的噪聲源除柴油機外還有很多 ,而且噪聲的傳播途徑也是多種多樣的 , 尤其是考慮到回聲和其他機器發出的噪聲的影響 , 所以要完全滿足機艙噪聲級的更嚴格的要求 , 例如要將 110dB(A) 降為 105dB (A) , 是非常困難的 , 而且對一臺現有的柴油機的降噪可能性也非常有限 ; 另外 , 雖然空間噪聲的噪聲源除柴油機外還有很多 , 不好逐一控制 , 但相對于柴油機 , 產生的噪聲小得多。因此從計量上講 , 其它噪聲源產生的空間噪聲的變化從機艙傳播到其它地方 , 通常對這些地方的現有噪聲級都不產生影響。

4. 2. 2 　結構產生的空間噪聲激勵的控制結構噪聲激勵是柴油機的振動能量通過柴油機的結構傳遞到機座 , 再由機座傳遞到船體艙底 , 然后再向外傳遞到船體結構上產生的振動 , 從而產生的噪聲。

振動能量以在柴油機機座和船體接觸表面之間的傳播為主 , 通常采用振動速度為度量單位。振動速度級 (dB) : L v = 20lg( v/ v 0) ,其中 v 0 為參考基準速度。MAN B &W 柴油機采用參考基準速度為 5 ×10- 8 m/ s , 而ISO 采用 10- 9 m/ s 。圖3 所示為在額定負荷下 6L80 MC 柴油機的結構噪聲激勵 , 給出了在柴油機地腳處垂直振動速度級。二沖程柴油機的振動速度級平均比四沖程的低約 15 ～ 20dB , 因此 , 四沖程的柴油機有時設有特殊的隔振器 ( 彈性裝置) ,安裝在柴油機座和船體艙柜頂之間 , 使結構噪聲約衰減 15 ～ 20dB(A) , 這個結果相當于安裝剛性底座的二沖程柴油機的振動速度級。

1 　排氣氣體噪聲 , 距聲源 15 米遠處 ( 相當于 2 × 10- 5Pa)

2 　空間噪聲 , 平均值和最大值 ( 相當于 2 × 10- 5Pa)

3 　結構噪聲 , 柴油機底座 ( 垂直 ) 處 ( 相當于 5 × 10- 8n/ s)

圖 3 　 6L80MC 機在 MCR 為 20580KW ,93rpm 時的 ISO 的 NR 曲線和噪聲級(A.帶高效增壓器 B. 帶普通增壓器

柴油機噪聲的控制 , 應在設計階段就予以充分的重視。目前 , 采用有限元法計算結構強迫振動和應用模態分析技術開發的預測柴油機結構噪聲的計算程序 , 用于結構噪聲的預測 , 從而進一步改進零件構 , 結合燃燒的改善 , 激勵的降低 , 獲得低噪聲優良指標。另外 , 還在消聲器的材料、結構設計方面有進展。日本研制的一種用樹脂和隔熱陶瓷復合材料制成的全新結構消聲器 [6] , 與傳統鋼制消聲器相比 , 不僅可提高消聲量 5 ～ 8dB(A) , 且可使功率損失大為減少 , 耐腐蝕性提高 , 重量變輕。另外 , 可以預見 , 有源消聲技術將更好地應用于船用柴油機。