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1、40FT冷藏货物运输发电箱降噪计算及方案设计建议武汉明圣科技发展有限公司2017年5月2日背景40FT冷藏货物运输发电箱是中车长江车辆有限公司为适应当前铁路冷藏货物集装箱运输而研发的一种新型发电箱。发电箱内设置2台柴油发电机组，用于列车中发电箱前后冷藏集装箱的供电。它必须安全、可靠、节能、环保。柴油发动机组在运转时发生的噪声一般都会超出声环境质量标准GB30962008及铁路边界噪声限值及其测量方法GB1252590规定的边界噪声限值，即：昼间70dB(A)，夜间60dB(A)。GB1252590规定：（1）铁路噪声系指机车车辆运行中所产生的噪声。（2）铁路边界系指铁路外侧轨道中心30m处。（
2、3）测量点原则上选在铁路边界高于地面1.2m，距反射物不小于1m处。中车长江车辆公司要求发电箱的噪声排放限值：距发电箱7米处噪声值不大于80dB(A)，距发电箱30米处噪声值不大于70dB(A).设计依据及参考文献1概述2噪声分析及计算3发电箱降噪方案4噪声模拟5目录 CONTENTS一、设计依据及参考文献1.声环境质量标准GB309620082.铁路边界噪声限值及其测量方法GB12525903.工业企业噪声控制设计规范GB/T50087204.热动力装置的排气污染与噪声科学出版社赵坚行王镇芳，刘勇编著5.工程噪声控制第版，科学出版社，（澳）DA比斯、CH汉森著。邱小军、于炎、刘嘉俊译校6.建
3、筑吸声材料及隔声材料化学工业出版社，钟祥璋编著；7.绝热用硅酸铝棉及其制品GB/T16400-2015 8.建筑材料的燃烧等级分级GB8624-20129. 建筑吸声产品的吸声性能分级标准GBT16731-199710. 连续热镀锌钢板及钢带GB/T2518-200811. 微穿孔板吸声结构的理论和设计马大猷著12. 柴油机生产厂家提供的数据13. 业主方的要求二、概述40FT发电箱内置2台柴油发电机组及燃油箱：u 柴油机型号为：东风康明斯6BTAA5.9-G2；u 发电机型号为：VCI274E；u 柴油机额定输出功率：120KW ；u 空载转速：750rpm；u 额定转速：1500rpm；u
4、 排风量：210m/min；u 排烟量：20m/min；u 排烟口直径：127mm；u Lp1m(距机组1m处的声压级）：102dB。箱体两端面（沿铁路中心线方向）各设柴油机冷却进排风百叶窗一扇，箱体两侧各设一扇进风百叶窗，两端的中间位置各设隔声门一扇。发电箱运用时，无人值守，远程监控。所以对安全性、可靠性提出了更高的要求。三、噪声分析及计算（一） 噪声分析：本案的噪声源就是柴油发电机组，其中发电机运转时的电磁噪声及机械噪声远远小于柴油机运转时所产生的噪声，所以这里不考虑发电机的噪声。只考虑柴油机运转时噪声，主要的有三个方面：1.燃烧噪声是由柴油机气缸内燃烧引起的压力骤变，柴油机在正常燃烧时燃
5、烧噪声在柴油机总噪声中占的比例较小，当柴油机燃烧不稳定时，会引发爆燃和振荡燃烧、后燃等现象，导致气缸内压力剧增且剧烈波动，能产生46KHz的高频爆燃噪声。通过分析气缸内压力变化和频谱，可以把燃烧噪声分解为三个部分：低频部分的声压级曲线是以发动机工作循环的基频为中心的宽广的峰值曲线；中频部分（5003000Hz）是人耳敏感声音的主要部分，主要取决于燃烧初期的压力升高率；高频部分出现另一个噪声峰值，是由气缸内气体的高频振动引起的。柴油机基频噪声频率为：f=r/60(Hz) z 气缸数 n转速rpm 行程系数，四冲程=2 ，二冲程=1f0=61500/602=75Hz2.机械噪声。主要有：活塞与气缸
6、的敲击声；配气机构噪声；齿轮噪声，轴承噪声；3.空气（进入的空气，燃烧后排出的废气）动力性噪声。柴油机运转时进排气系统以及冷却风扇系统产生的空气动力性噪声，特别是排气噪声是柴油机运转噪声中最强的噪声源。三、噪声分析及计算 （二） 噪声计算： 1、 排气噪声排气噪声主要包括：通过排气管路往外传递的气缸内的燃烧噪声；排气门流通截面处的高频涡流噪声；废气在排气管内的压力脉冲，产生低、中频噪声；若采用废气涡轮增压器，增压器涡轮端的涡轮噪声。柴油机排气口噪声可用下式计算：Lw=120+10lgN-K-LEX/1.2 （dBre10-2w）Lw一个未消声的排气管辐射的总声功率，（dB）N柴油机功率，（KW
7、） LEX排气管长度mK无涡轮增压中K=0；有涡轮增压的，K=6；本案：柴油机型号：6BTAA5.9G2，额定输出功率为120KW，有增压器，排气管长度约2.5m，则：Lw=120+10lg120-6-2.5/1.2=132dB换算成A计权dB（A）：柴油机未安装排气消声器时排气噪声A计权的修正值为12Lw=132-12=120dB（A）原机组带一阻性消声器，可采用别洛夫公式进行消声量的计算：L=4（a0）P/sl.L消声量，dB ；P消声器通道断面的有效截周长，m；S消声器通道断面的有效截面积，m2；L消声器有效长度，m；4（a0）由吸声系数a0所确定的消声系数。当a0=0.61.0时4（a
8、0）取11.5；在本案取1。L原=13.140.1023.14（0.102/2）20.884=34.7dB则排烟口的噪声值为：L排 120-34.7=85dB（A）排烟量为：20m3/min=0.33m3/s排烟口消声器的直径为：0.127m，面积为0.01267m2则排烟速度为V=26.05m/s必须指出的是，厂家提供的阻性消声器不适用于本案，主要原因为：烟气中的积碳颗粒会很好堵塞阻性消声器中的吸声材料中的空隙，造成吸声材料的吸声性能减弱，从而消声器的消声功能相应减弱。阻性消声器中气流通过速度对消声效果影响很大。气流通过消声器时会产生再生噪声，一是气流经过消声器时因局部阻力和摩擦阻力形流产生
9、的噪声；二是高速气流激发消声器构件振动辐射的噪声。其近似计算公式为：LOA=（182）60lgVLOA气流再生噪声，dB（A）； V消声器通道内的流速，m/s前面计算过，本案的V=26.05m/s则LOA=1860lg26.05=103dB（A）该消声器的再生噪声值达103dB（A）比排烟口不装消声器的原噪声值120dB(A)差不多，显然该型消声器不适应于本案。宜采用抗性或者阻抗复合型消声器。 2、 机体机壳辐射噪声燃烧噪声、机械噪声、空气动力性噪声通过柴油机的缸头、缸套、机体等固定件传播到外界。由于这些固定件的刚性较大，固有频率处于中、高频范围，低频成份不能顺利传出，固此人耳听到的燃烧噪声主
10、要处于中、高频的范围。燃烧噪声还可以通过活塞、连杆、曲轴（曲柄连杆机构）及主轴承由机体下部向外辐射。柴油机通过机体机壳辐射的噪声可按下式计算：Lw=93+10lgN+A+B+C+DLw柴油机机壳辐射的总声功率dB N柴油机功率KW，本案取120KWA转速修正值，本案取-2；B燃料修正值，本案取0；C气套安装修正值，本案取0；D进气口修正值，本案取0。则Lw=93+10lg120+（-2）+0+0+0=112dB换算成A计权声级dB(A),减去修正值3LwA=Lw-3=112-3=109dB(A)计算距柴油机1米处的声压级Lp1m：Lp=Lw+10lgD-10lgS S=4r Lp声压级dB；
11、Lw声功能级dB；r声源到测试点的距离m；D 一个接近反射面的简单声源的指向性因数（假设声源功率恒定）。自由空间：1；一个大平面的中心处：2；两个大平面相交形成的边缘中心处：4；三个大平面相交形成的角处：8；本案应取1。则Lp1m=112+10lg1-10lg(43.141）=101dB厂家提供：Lp1m：102dB。与计算结果101dB基本相符。三、噪声分析及计算 3、 进气口噪声对于无涡轮增压器的发动机，与机壳和排气噪声相比，进气口的噪声是可以忽略的。然而，对于有涡轮增压器的发动机，进气口噪声不可忽视，可利用下列公式计算进气口噪声的总声功率级：Lw=955lgkw-L/1.8Lw有涡轮增压
12、器时，进气口噪声的总声功率级dBre10-2W； L排气管长度，设为2m；则Lw=955lg1202/1.8=104dB换算成A计权声级dB(A),减去修正值3，则：LwA=101dB(A) 4、 发电箱内的总声功率级忽略发电机噪声、燃油泵噪声、列车运行时百叶窗的空气动力性噪声等较小噪声源时，主要的噪声源为柴油机排气噪声、机壳辐射噪声、进气噪声。排气噪声通过排气管及排气增压器将噪声引至了箱体外，箱体内的主要噪声为机体机壳的辐射噪声及进气口噪声。当发电箱内1台机组工作时，总声功率级：LW=10lg(1011.2+1010.4)=112.6dB当发电箱内2台机组同时工作时，总声功率级：L2W=10
13、9.610lg2=115.6dB 5、 箱体的隔声量（按1台机组工作时计算）5.1 箱体的平均插入损失发电箱外壁采用2mm的钢板，其箱内侧墙尺寸为10.5米2.4米，上开2个通风窗尺寸1.25米1.1米，依通风窗结构其隔声量按经验值为10dB(A)。(1) 2mm的钢板的平均隔声量：（实际工程中,面密度,在1003200HZ范围，平均隔声量的计算公式）=13.5lgm+14= 13.5lg(7800*1*1*0.002)+14=30 dB(2) 箱体的平均插入损失:521 箱体内平均吸声系数计算（1）发电箱内安装有吸声结构的各部分面积：箱顶面积S顶=2.25810.68=24.12；箱侧墙面S
14、墙=10.682.2362-S挡-S油箱侧 =28.176箱隔墙面S隔=11.93（2）发电箱内没有安装吸声结构的各部分面积：地面积S地=S顶=24.12；油箱侧面积S油箱侧=3.361.72=11.424油箱端面积S油箱端=0.8221.74=5.59进风窗雨挡面积S挡=2.0454=8.18（3）发电箱总内表面积SS=24.12+28.176+11.93+24.12+11.424+5.59+8.18=113.536（4）各表面平均吸声系数，依据下表取值有关材料的平均吸声系数 注：上述数据取自噪声控制学马大猷主编，科学出版社；和建筑吸声材料与隔声材料钟祥璋编著，化学工业出版社。安装有吸声结构
15、各表面平均吸声系数取0.86没有安装吸声结构各表面平均吸声系数取0.025（5）安装吸声结构之后发电箱内的平均吸声系数：5.2.2 箱体的隔声量NRNR 隔声量，dB 箱体墙壁的平均插入损失，dB； 箱体墙壁平均吸声系数，在本案取0.5，发电箱箱体的隔声量为：NR=16.5dB 箱体内衬吸声材料对整体降噪的贡献：假如箱体内没有安装吸声材料，则内壁(按墙面抹灰考虑）的平均吸声系数约为0.04.则箱体的隔声量:材料频率125250500100020004000砖墙抹灰末漆0.020.020.020.030.030.040.03普通玻璃0.350.250.180.120.070.040.17混凝土地
16、面0.010.010.020.020.020.030.02硅酸铝棉 实贴 （ 190kg/m, 40mm厚 ）0.290.861.011.010.961.050.86NR=19.5+10lg0.04=19.5-14=5.5dB从上述两种内墙表面的整体隔声量计算可以看出，发电箱体内壁吸声材料及吸声结构的运用，对整体降噪的贡献有（16.5-5.5=11）11dB。 6、距离柴油机7米的总声压级6.1、单台机组工作（不考虑排气噪声）：自由声场：Lp7m1=LwA+10lgD-10lgS=112.6+10lg1-10lg(43.147）=84.7dB(A)箱体的吸声隔声作用下：Lp7m=Lp7m1-NR=
