柴油发电机消声器噪音试验标准与步骤

摘要：柴油发电机组排气机构噪声是由排气管、消声器、排烟管吊架和附件结构的装置所产生的噪声。当柴油发电机燃烧时，会产生发热高压的气体，这些气体会通过排烟管排放到空气中。因为气体的高速流动，因此会发生一定的振动和噪音。本文中康明斯公司首先使用 X射线荧光光谱仪（XRF）对材料中各元素的含量进行检查，确保其符合中国GB相关标准。再使用专业的声学测试装备，按照国标ISO3745对排烟管消声器的噪音等级进行测试。通过测量并讲述其声压级，康明斯公司可以评估消声器对噪声的有效控制能力；同时利用消声器试验的结果来验证的排烟消声器与康明斯柴油发电机匹配布置是否科学合理以及有效性。

● GB/T25516-2010 声学管道消声器和风道末端单元的实验室测量方法插入损失、气流噪声和全压损失

● GB/T33928-2017 往复式内燃机排气消声器测量方法声压法排气噪声声容量级和插入损失及容量损失比

● GB/T36079-2018 声学单元并排式阻性消声器传声损失、气流再生噪声和全压损失系数的测定等效法

● GB/T16405-1996 声学管道消声器无气流状态下插入损失检测实验室简易法

      抗性消声器也称为反应消声器，是一种由声学阻抗组件结构的消声器，组成如图1所示。声阻元件类似于AC电路中的电抗元件的电容或电感。它是抵消声压变化和声音振动转速变化的一个组成部分。它们不消耗声能，但可以存储和反射声能。阻尼消声器的优点是：它不使用吸音材料，而是将管段连接到管道上的截面或旁通腔的突然变化，并利用声阻抗不匹配来发生某些声波。频率发生在声阻抗突然的界面处。反射，干扰等，达到降噪的目的。耐低温消声器对低IF范围内的噪声具有良好的消声效果，其检测规格主要包括扩张室式消声器， 共振腔式消声器，微穿孔板式消声器和干涉型消声器。 

      阻性消声器也称为吸收消声器，是利用吸声材料的吸音使沿着通道传播的噪音被吸收并逐渐衰减的系统，构造如图2所示。吸声材料固定在空气流过的管道的周壁上，或者以某种方式设置在通道中以形成电阻消声器。噪声处置的机理是：当声波进入消声器时，它会在电阻消声器中的多孔材料中引起空气和纤维震动。因为摩擦阻力和粘性阻力，一部分声能被切换成热能并且丢失，并且声音被处理。电阻消声器对中高频范围的噪声具有良好的消声效果，运用范围广。其检测型号包括直管消声器，芯片消声器，蜂窝消声器，折迭板消声器，声流消声器，弯管消声器和迷宫消声器。

      阻抗复合消声器，它是电阻消声器与阻力消声部分组合而成的一部分，构成如图3所示。一般，复合消音器的电阻在前面，电阻在后面，即首先处置低频声音，然后解决高频声音。总消声量可以视为两者的总和。然而，由于声波传播期间的反射，衍射，折射和干涉的特性，降噪量不是简单的迭加关系。阻抗复合消声器结合了电阻和电阻消声器的特性，可在低，中，高频率范围内实现更好的噪声解除。 

      消声器特点试验可采用ANSYS CFX流场阐述的排烟背压作为声学讲述的声源。将CFD网格上背压参数与声学网格建立对应关系，其数据传递具体流程如图4所示。观察其能确保计算精度的较小计算频率是否大于等于3 600 Hz，是则进行计算，否则重新调整。

      在进行振动噪声检测前，需要根据实际情形制定测试措施。一般来说，噪声检测一般需要在不同的载荷要素下进行，以模拟不同的带载运行状况。

      在试验检测中，柴油发电机应按照GB/T6072.1-2000中规定的标准工况，即在标定容量和相应的转速下稳定运转。油温、水温达到适宜值时进行测定，测量未加消声器的排烟噪音时应加装和消声器长度相同，管径和排烟管相同的空管。测点要求布局与在排烟口气流轴向成45°角、距离为0.5米处，声级计指向排烟口。为保证检测时声场分布状况不变，四周应为宽阔场地，保证测点附近符合自由声场的要素。

      DASP是INV303/306多功用采集解决机构的一个详细软件包。它基本具备以下作用：

      试验用消声器为康明斯柴油发电机配套的消声器，由GB1495-2002可知，其A声级允许加载噪声限值为83dB，根据噪声评价曲线NR数与A声级允许加载噪声限值以及近场噪音限值的关系换算得到噪音限值。先根据柴油发电机型号选购消声器构造发电机十大品牌，再设定各优化参数初始值和计算范围：穿孔管的穿孔率p的初始值为0.2，计算上下限为0.2～0.4，穿孔板的孔数n的初始值为280，计算上下限为280～560。然后用优化软件计算得到各优化数据的较优值：穿孔管的穿孔率为0.32，穿孔板的孔数约为370个。

       实际测量的频率范围是31.5-8000Hz，记录了倍频程中心频率处的声级。测量的转速为1500转/分钟、1800转/分钟。试验分别测定了装配空管和装配消声器时管口处的声级。

       以康明斯发电机在额定1500转/分钟和1800转/分钟工况下试验测得的未安装消声器和安装消声器时的噪声谱以及其与噪音限值的比较。

      从图5、图6可以看出，在两种转速下装配了优化的消声器后的排烟噪声声压级基本都在噪音限值以下，说明此软件有较高的精度，因此在实际应用中柴油发电机保养内容，可以利用优化软件计算结果来指导消声器与柴油发电机的匹配。当柴油发电机速度较高时，其排烟噪音声压级有时会超过噪声限值，说明此软件有一定的误差。发生误差的因由具体有以下几点：

      在柴油发电机排烟口辐射的噪音可以分为以下几类：

    有关讨论表明，前两项的影响所占的比重比较小，排烟噪音是一种空气动力性噪声，其中在排气门附近由于剧烈的排气而发生的空气动力性噪音是具体部分，这也就是作为消声器入口处的声源的具体组成部分。

      当柴油发电机排出的高速进入消声器时，脉动气流不仅能发生噪声，而且气流与声波之间还能产生干涉功用，这显然会对消声器的消声效果产生较大的危害。

      消声器中因为气体不稳定流动产生的噪音，一部分是因为气流在消声器中遇到截面突变、穿孔元件以及和管道壁面发生摩擦时产生涡流并激发出噪音。这种噪声的声功率和气流转速的六次方成正比，因此当气流转速偏高时，将会发生很强的再生噪声。另一部分是当转速高到一定程度时产生的喷气噪声，其声容量和气流速度的八次方成正比。这些再生噪声属于中高频，抗性消声器对它们的消声效果不明显，从而使消声器在中高频范围的消声效果变差。

       本文只考虑了平均流动转速的影响，显然和实际存在的脉动气流之间有着差距，另外，对于平均气流速度的考虑也详细表现在对声速及其传播特征的影响方面，而不是气流转速和再生噪声之间的关系方面。所以，试验结果和理想值在中高频段上出现了一定的差距。

       高速脉动气流在消声器中还会冲击管道、壳体、隔声板等，从而激发振动产生固体辐射噪声。气流速度的变化还会危害尾管辐射声阻抗的变化。气流在尾管处还会因为素流扩散而发生空气动力性噪声。

      由此可见，气流的存在对消声器的消声性能有着较大的影响，这也是前面计算和试验之间误差的具体原由。

      传递矩阵法作为一维近似理论，在频率偏低且管道截面变化较小时成立。在遇到扩张室等截面较大的情形时，平面波的假设不再成立。在实际的消声器中，扩张室的形状不规则，室内声场分布复杂，这时声的传播已不是平面波的传播，这也是利用传递矩阵法进行性能计算和优化布置时产生误差的详细原因之一。

      在测定过程中，测功机的噪声无法完全屏蔽，它会危害到测量结果。由于柴油发电机其他规格噪音的存在（例如表面辐射噪声），使得记录的结果不仅仅是排气噪声。这两点使得试验结果发生了误差。

      在消声器中存在着复杂的传热情形，因此，将其视为等嫡流程或认为是线性温度梯度显然和实际情形有出入。此外，参数优化模型和优化计算的精度也与误差有一定的关系。

      在进行噪音检测时，需要将测试发电机起动，让其处于相应的转速状态下，同时对震动和噪声进行测量。一般来说柴油发电机维修清单，需要进行多次测定，并对测定结果进行平均排除，以得到较终的测试结果。

      柴油发电机排烟消声器试验包括台架试验、密封性试验、耐压强度试验、内压耐久性试验、内压耐久性试验、振动试验、耐压强度试验、容量损失试验、噪音试验、排烟背压测定、插入损失试验，本文详细推荐了噪声试验的步骤和实测细说。

      本章用优化布置软件为康明斯发电机组的配套消声器计算出了重要数据的优化值并用试验结果验证了声学设计模型的准确性。试验结果表明：装配了优化的消声器后的排烟噪音声压级基础都在噪声限值以下，说明此消声器优化设计声学模型正确合理，而当柴油发电机速度较高时，由于气体流动、平面波假设及试验环境等要素的危害，计算会有一定的误差。在实际运用中，此优化软件对于消声器与柴油发电机的匹配规划具有一定的指导意义。康明斯公司希望通过以上详述和测试结果对排气管消声器的性能进行全面展示，以便您了解产品的优点和适合性。