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      静音柴油发电机国内外历史与现状

      更新时间:2020-08-27

      国外静音柴油发电机组研究历史与现状
             柴油发电机组的噪声抑制技术研究可以追溯到20世纪中期,大体可分为四个研究阶段:阶段是剖析柴油发电机组的噪声源头,运用实验对噪声机理进行分析;第二阶段是对柴油机燃爆噪声进行改进,发展低噪音的燃烧系统;第三阶段是有效的将现代CAD\CAE\CAM技术运用到柴油发电机组的振动、噪声辐射研究当中。尤其是进入21世纪,计算机技术得到了飞速发展,新技术的运用使得柴油发电机组振动、噪声研究进入一个崭新的阶段。
             现在国际上通用的有关柴油发电机组振动能分析大都是采用计算机有限元法。新加坡高能计算研究所曾经使用过有限元法对船舶柴油机组进行了CAE分析研究,数值模拟加装有弹减振装置的柴油机传递到船体的上振动,通过仿真分析表明:弹减振装置能够阻碍柴油机振动传递到船体上,尤其是在激振频率增加的状况下
             随着人们对噪声问题的日益关注,国外众多研究人员开始进行了许多有关于内燃机噪声方面的研究,在其噪声源识别、噪声预测、噪声的传递分析等方面获得了许多成果,对于噪声强度的抑制提出了许多解决措施,比如引入了具有隔声效果的静音舱结构,核心目标就是为了阻止机组的噪声辐射。通过在静音舱内部设计一种排气管通道作为消声器,它既可以保证具有优秀的散热能,同时还可以阻止噪声向外传播;基于声学分析软件仿真获得机组静音舱的隔声、散热效果,再运用实验进一步验证该静音舱的降噪能。运用BEM与实验结合的方法,对影响静音舱降噪隔音效果的几个关键要素进行重点研究,其中包括静音舱尺寸,进出风口尺寸和位置、吸声材料的静音能与噪声传播方向的关联问题等。
             对于柴油发电机组的冷却设计,通常运用经验公式得到发电机组整体的散热量,合理选取风扇、散热器等散热部件,在保证良好的通风时,完成整个机组冷却系统设计。加装有静音舱的柴油发电机组内部空间会非常狭小,为了更为直接的研究静音舱对机组通风散热的影响规律,可以运用CAE技术对静音舱内的空气流动进行有限元仿真分析。基于CFD有限元法考察舱内部件安装位置对空气流通的影响规律,重点考察风扇和散热器的相对安装位置和距离对空气流通顺畅的影响,结果表明,风扇和散热器的相对位置距离对风速影响明显,并根据仿真结果提出了有效的改进措施
             静音柴油发电机组产品一直是业界标杆,静音效果能够保持在65分贝以下,达到了超静音效果。在散热方面,该公司采用了独一无二的水冷技术,极大地提高了机组的工作可靠,同时整机具有体积小、重量轻的特点,且功率覆盖范围广,能够满足各种紧急供电需求。相较于国内发电机组,其整体能表现极为优秀,通常应用在游艇、医院、别墅、酒店等高档生活区域
      随着计算机技术的进步和发展,参照国外的有限元分析方法,国内许多科研人员针对柴油发电机组的静音技术也进行了很多尝试,其中上海交通大学科研团队以某一款柴油机为研究对象,建立了单层隔振和三层隔振系统的有限元模型,通过有限元分析方法得到采用刚度较小的材料制作支承件更有助于减振。
             目前国内大多数研究院所对于柴油发电机组的噪声研究主要是在噪声测试和噪声特两方面,如王日尧、彭美春等研究人员基于包面法对柴油发电机组进行声音强度测试实验,找出了排气噪声和风扇噪声相对应的噪声频率。采用声强法得到机组包络面的声功率、声功率级、频谱和声强云图,从而找到了主要的噪声源。对于静音舱的设计,国内大多仍采用经验公式进行估算,其他相关理论研究和解决方法还处于研究阶段,还没有用于工程实践。柴油发电机组外部静音舱材料大多采用普通钢板,在其内部贴附一些简单的静音材料实现降噪功能。
             国内对于静音舱通风散热研究还是相对比较少的。建立舱体内气体流动仿真模型,着重考虑了风扇一散热器这些因素对舱内空气流通的影响,利用己知的风扇旋转风量和其前后侧气压差值函数关系进行数值模拟。另外散热器则利用多孔介质代替,运用有限元分析得到散热器的温度分布关系,然后进行试验检测,利用测温仪检测散热器标定点温度,经分析整理可以看出温度分布的仿真结果和试验检测结果基本一致,从而为后续的结构改进提供了依据相比于国外,国内的柴油发电机组大都结构简单,对噪声的抑制作用有限。
             国内柴油发电机组基本上都是开架式的,或者是套上一个简单的静音舱壳体结构而己,不能起到很好的降噪效果,一般运行噪声都在85分贝以上,这种程度的噪声超过了很多使用场合的噪声标准。在特殊场合用途的发电机组领域完全落后于国外

      1.3主要研究工作
             针对柴油发电机组开展降噪减振技术研究,首先基于振动理论,分析了整机的振动特,并基于ANSYS有限元模态分析和谐响应分析,对减振装置进行了改进设计。然后从降低整机噪声的角度,设计了静音舱结构,选取了具有优良吸音能的降噪材料,对于静音舱设计引起的通风散热问题,以ANSYS中的Fluent为工具,对柴油发电机组的静音舱总体结构进行模拟仿真分析,运用经验公式计算出柴油发电机组散发到舱体内的总热量,进而计算得到冷风流速,通过流场云图,再对结构缺陷提出改进方案,达到良好的散热和静音效果,,在试验台架上对带静音舱的柴油发电机组进行了考核试验验证。
             1主要介绍国内外柴油发电机组的发展概况,通过对国内外发电机组现状的分析,找出差距,提出研究目标。
             2柴油发电机组的减振装置设计。基于振动理论,分析确定了减振频率比入,确定设计方案,利用三维Pro/E软件建立减振装置的三维模型,利用ANSYS软件进行减振系统的模态和谐响应分析,根据分析结果,优化减振装置设计。
             3柴油发电机组噪声抑制技术研究。初步设计了静音舱,选取了具有良好吸音效果的新型复合阻尼钢板作为静音舱材料。根据分析空气流动特和静音需要,优化设计了消声器结构。
             4开展带静音舱的柴油发电机组通风散热研究。运ANSYS的Fluent模块,进行静音发电机组简化模型的流场仿真分析,根据仿真结果,优化静音舱结构和布置方案。
             5静音发电机组噪声水平测试试验。基于所有优化仿真分析结果,设计制作了静音舱,并将装配好的柴油发电机组在台架上进行各方面能参数考核试验,测试了柴油发电机组降噪前后的噪声水平,经对比可见静音设计效果良好。

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