泡沫鋁在200千瓦柴油發(fā)電機(jī)組中降噪的應(yīng)用研究

劉 賀,李玉海，魏 莉

(沈陽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽110159)

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泡沫鋁在200千瓦柴油發(fā)電機(jī)組中降噪的應(yīng)用研究

劉 賀,李玉海，魏 莉

(沈陽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽110159)

針對泡沫鋁材料在柴油發(fā)電機(jī)隔聲降噪方面的應(yīng)用進(jìn)行研究。通過柴油發(fā)電機(jī)噪聲源測試，研究噪聲規(guī)律及產(chǎn)生原因。研究泡沫鋁材料厚度與不同空間結(jié)構(gòu)對發(fā)電機(jī)噪聲影響規(guī)律及在發(fā)電機(jī)實(shí)際機(jī)體中的降噪效果，制作泡沫鋁外殼作為柴油發(fā)電機(jī)吸聲結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：發(fā)電機(jī)發(fā)出的噪音是一種混合型噪音，包括低、中和高頻率成分，噪音能量主要集中在中低頻(63～500Hz)；當(dāng)閉孔泡沫鋁厚度為20mm、空腔距離為20mm時(shí)降噪效果最好，在500Hz時(shí)噪音下降14.71%。

泡沫鋁；柴油發(fā)電機(jī)；降噪

隨著社會的快速發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)作為一種備用供電設(shè)備使用越來越普遍。由于柴油發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)噪聲值達(dá)110dB甚至更高[1]，嚴(yán)重影響周圍居民的正常生活，其運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲污染問題急待解決。泡沫鋁作為柴油發(fā)電機(jī)吸聲材料，具有其他材料無法比擬的優(yōu)良性能[2-4]：具有耐高溫(最高可耐780℃的高溫)的特點(diǎn)，而且受熱時(shí)不會釋放有毒物質(zhì)，有利于環(huán)境保護(hù)；具有輕質(zhì)的特點(diǎn)，便于運(yùn)輸、施工與裝配，可滿足柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備的輕量化、低能耗的發(fā)展要求；具有良好的散熱性能，可有效防止溫升導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)受損影響使用壽命。傳統(tǒng)上應(yīng)用駐波管法測試泡沫鋁吸聲系數(shù)[5]，主要測試垂直入射吸聲系數(shù)，但僅能測試單一頻率下的吸聲系數(shù)；對于混合頻率的工程機(jī)械降噪問題，應(yīng)直接進(jìn)行整體降噪分析。本文對原裝柴油發(fā)電機(jī)噪聲測試并分析，研究其噪聲規(guī)律及產(chǎn)生原因；再將不同厚度的泡沫鋁材料、不同結(jié)構(gòu)的泡沫鋁加鋼板結(jié)構(gòu)安裝在柴油發(fā)電機(jī)組上，研究泡沫鋁材料厚度、空間結(jié)構(gòu)對發(fā)電機(jī)噪聲的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 發(fā)電機(jī)噪聲頻譜測試

獲取發(fā)電機(jī)噪聲源分四步：(1)打開并校準(zhǔn)多功能聲級計(jì)(杭州愛華儀器有限公司出品的AWA6228型)；(2)穩(wěn)定運(yùn)行柴油發(fā)電機(jī)；(3)對柴油發(fā)電機(jī)四個(gè)方向進(jìn)行標(biāo)號，用聲級計(jì)在距離每個(gè)面7m處進(jìn)行噪聲測試[1](如圖1所示)；(4)讀取實(shí)測噪聲值，用excel軟件對數(shù)據(jù)處理并分析。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)四個(gè)方向標(biāo)號

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

分別在柴油發(fā)電機(jī)組四壁加裸泡沫鋁(閉孔泡沫鋁，開孔泡沫鋁)(如圖2a所示)；泡沫鋁加鋼板結(jié)構(gòu)(圖2b)；用臺鉆打孔，打孔率不超過2%，孔徑2mm的泡沫鋁與鋼板空腔結(jié)構(gòu)(圖2c)。要求距離機(jī)組7m處噪聲達(dá)到70dB以下，按圖1進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 柴油發(fā)電機(jī)噪聲源頻譜特點(diǎn)與規(guī)律分析

發(fā)電機(jī)測試得到的噪聲結(jié)果如圖3所示。

圖2 測試結(jié)構(gòu)

柴油發(fā)電機(jī)的噪聲主要有氣體動力噪音、廢氣排氣噪聲、燃料在氣缸內(nèi)燃燒的聲音、活塞往復(fù)運(yùn)動的機(jī)械噪聲、冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的氣流聲和發(fā)電機(jī)的電磁聲等[6]。由圖3a看出，發(fā)電機(jī)發(fā)出的噪音是一個(gè)混合型噪音，高分貝的聲音主要集中在中低頻63～250Hz頻率段，在7m處聲強(qiáng)可達(dá)到80.3dB；在500Hz的頻率下，7m處聲強(qiáng)在71.9dB；而大于1kHz頻率下，發(fā)電機(jī)噪聲聲強(qiáng)在7m處都低于69dB。圖3b、3c和3d具有相同規(guī)律。測試的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示中可以看到，發(fā)電機(jī)在7m處的平均聲強(qiáng)(即C計(jì)權(quán))為74.4dB。

由以上數(shù)據(jù)分析可知，對發(fā)電機(jī)噪聲的處理不僅是隔斷高頻聲源，更應(yīng)降低低頻段的噪聲，使平均噪音值降低。

2.2 泡沫鋁材料降噪效果

在柴油發(fā)電機(jī)組外殼四壁加裸泡沫鋁，進(jìn)行噪聲測試，因?yàn)樗拿娼翟胍?guī)律基本一致，故僅對圖3b位置進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖3 柴油發(fā)電機(jī)噪聲源頻譜

圖4 發(fā)電機(jī)組外殼加裸泡沫鋁降噪結(jié)果比較

由圖4可知，7m處這幾種泡沫鋁材料對頻率大于500Hz的噪音都有明顯的降低作用，隨著頻率的升高，降噪效果越來越明顯；而對于63～250Hz的聲音，降低效果不明顯。在低頻段(31～500Hz)，開孔泡沫鋁材料比閉孔泡沫鋁材料的降噪效果好；隨著孔徑的減少，降噪效果增強(qiáng)。0.9mm孔徑的開孔泡沫鋁比1.6mm孔徑的開孔泡沫鋁降噪效果好。在高頻段(大于500Hz)，閉孔泡沫鋁材料比開孔泡沫鋁材料的降噪效果好，如在頻率為1kHz時(shí)，厚度為9mm閉孔泡沫鋁比厚度為8mm開孔泡沫鋁降噪效果好10.6dB。隨著泡沫鋁板厚度的增加，降噪效果增強(qiáng)。20mm厚度的閉孔泡沫鋁板降噪效果最好。

2.3 泡沫鋁加鋼板結(jié)構(gòu)降噪效果

在發(fā)電機(jī)組四壁分別加厚度為20mm、9mm、6mm閉孔泡沫鋁,內(nèi)襯加襯1.5mm厚鋼板的復(fù)合板，與厚度為8mm、4mm開孔泡沫鋁內(nèi)側(cè)加襯1.5mm厚鋼板的復(fù)合板，在發(fā)電機(jī)7m處進(jìn)行測試，僅對圖3b位置進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 發(fā)電機(jī)組外殼加泡沫鋁鋼板復(fù)合板降噪效果

由圖5可知，這幾種泡沫鋁材料在大于125Hz時(shí)噪聲開始明顯降低，與未加鋼板的泡沫鋁板相比，降低的拐點(diǎn)前移了一個(gè)頻率段(泡沫鋁板從500Hz才顯現(xiàn)降噪作用)。隨著頻率的升高，降噪效果越來越明顯。在低頻段(31～500Hz)閉孔泡沫鋁加鋼板內(nèi)襯比開孔泡沫鋁加鋼板內(nèi)襯的降噪效果好；并隨著泡沫鋁板厚度的增加，降噪效果增強(qiáng)；20mm厚度的閉孔泡沫鋁加鋼板內(nèi)襯的降噪效果最好。如在頻率為63Hz、125Hz和500Hz時(shí)，該結(jié)構(gòu)降噪效果達(dá)到20dB以上。在高頻段(大于500Hz)開孔泡沫鋁內(nèi)襯鋼板的結(jié)構(gòu)噪聲下降非?？?，尤其是開孔0.9mm孔徑的材料，在1kHz以上比閉孔泡沫鋁降噪效果好，如在頻率為2kHz時(shí)輕體復(fù)合板也顯示出同樣的特點(diǎn)，實(shí)測噪聲聲強(qiáng)為55.6dB，優(yōu)于其他材料的降噪效果。但從總體的比較分析看，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的噪聲頻率大多為低頻，故認(rèn)為閉孔20mm的泡沫鋁加鋼板內(nèi)襯結(jié)構(gòu)更適合降噪。

2.4 打孔泡沫鋁加鋼板空腔結(jié)構(gòu)降噪效果

在泡沫鋁板上打孔，打孔率不超過2%，孔徑2mm，保持鋼板內(nèi)襯與泡沫鋁空腔的距離為10mm、20mm，將打孔泡沫鋁鋼板空腔結(jié)構(gòu)加在發(fā)電機(jī)組四壁，在發(fā)電機(jī)7m處進(jìn)行測試，結(jié)果如圖6所示。

圖6 發(fā)電機(jī)組外殼加打孔泡沫鋁鋼板空腔結(jié)構(gòu)降噪效果比較

將泡沫鋁材料進(jìn)行打孔處理，可使吸聲系數(shù)提高[7-8]。在打孔泡沫鋁后加空腔，可用泡沫鋁自有的亥姆赫茲共振器效應(yīng)消耗聲能，還因?yàn)榇蚩椎呐菽X形成了穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，因此打孔泡沫鋁與鋼板內(nèi)襯空腔結(jié)構(gòu)可視為亥姆赫茲并聯(lián)共振器。亥姆赫茲共振器在聲學(xué)方面主要有兩個(gè)作用[9]：(1)頸口附近和頸內(nèi)摩擦可以吸收聲能；(2)頸口的二次輻射作用可以擴(kuò)散入射聲波。由圖6可見，表現(xiàn)出明顯的亥姆赫茲并聯(lián)共振器吸聲特性。在20mm厚的閉孔泡沫鋁上打孔后，從大于125Hz的頻率開始，噪聲下降的程度明顯增加。在7m處，20mm厚打孔閉孔泡沫鋁加空腔結(jié)構(gòu)在2kHz、4kHz與8kHz時(shí)噪聲下降明顯，特別在4kHz與8kHz時(shí)，實(shí)測噪聲聲強(qiáng)小于30dB，因此20mm空腔結(jié)構(gòu)噪聲下降最明顯；對于低頻頻段(小于500Hz)，厚度為20mm的閉孔泡沫鋁加20mm空腔降噪效果優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)；在低于250Hz時(shí)，最大降噪6.3dB。

3 結(jié)論

柴油發(fā)電機(jī)噪音是一種混合型噪音，主要集中在中低頻(63～500Hz)。對比發(fā)電機(jī)組外殼加裸泡沫鋁、泡沫鋁加鋼板結(jié)構(gòu)和打孔泡沫鋁加鋼板空腔結(jié)構(gòu)的降噪效果，得出，20mm厚打孔閉孔泡沫鋁加20mm空腔結(jié)構(gòu)降噪效果優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)。在低于250Hz頻率段，最大降噪6.3dB。

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(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Research on the Application of Foam Aluminum in the 200kW Diesel Generator Set

LIU He，LI Yuhai，WEI Li

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

The application of aluminum foam in sound insulation and noise reduction of diesel generator is studied.The noise source of diesel generator is tested.Through studying the rule of aluminum foam with different thickness and space structure influence on generator noise,the shell with closed-cell aluminum foams was manufactured as sound-absorbing materials of diesel generators and the effect of aluminum foam on noise reduction was investigated.Experimental results show that generator noise is a kind of mixed noise at high,medium and low frequency.Noise energy mainly concentrates in the low frequency(63～500Hz)region.Some experiments have shown the better effect of noise reduction,when closed-cell aluminum foam is under the condition that thickness is 20mm and the cavity distance is 20mm,the noise reduction percentage is 14.71% at 500Hz.

aluminum foam;diesel generator;noise reduction

2015-04-23

劉賀(1990—)，男，碩士研究生；通訊作者：李玉海(1962—)男，教授，博士，研究方向：材料表面加工。

1003-1251(2016)04-0088-04

TB34

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