柴油发电机组的噪声度量和治理措施

摘要：柴油发电机组的噪声治理是确保其环保合规、避免扰民的关键环节。通过合理和科学的治理措施，柴油发电机组噪声可显著降低至环保要求范围内，同时兼顾设备性能与运行可靠性。实际发电机房降噪工程中需结合噪声频谱分析定制方案，必要时采用声学仿真软件（如COMSOL）预评估降噪效果。

一、噪声的危害

      人们对空气环境的要求，除了温度、湿度、清洁度、气流速度等“四度”要求外，还有一个安静的要求，即不要有嘈杂的声音，通常把这种嘈杂的声音称为噪声。

      噪声对人的危害是多方面的，目前国际上对噪声危害的研究表明，噪声对人体的危害不亚于大气污染对人体的危害。因此，在环境保护中，应对噪声进行控制。虽然人对噪声有一定的适应能力，但必须有一个限度。如果声级高达140～150dB时，可以使人耳发生损伤，导致听力下降，甚至全聋。如果人长期在90dB左右的噪声环境下工作，人耳的听力将会逐渐下降。强烈的噪声会刺激人体中枢神经系统诱发各种疾病，导致神经衰弱、血压升高和心动过速等。再低一些的噪声虽不会导致直接人体病变，但会影响人们的休息和工作，导致睡不好觉、吃不下饭、精神困倦、工作效率低等。长期如此，也会影响人们的身体健康。

      噪声就是由于机械振动等引起空气波动而产生的，因此柴油发电站是产生振动、噪声的一个源，为使柴油发电站的操作人员能正常工作，同时尽可能不影响电站邻近各房间的环境，有必要在建设柴油发电站时考虑到消音和减振措施。

二、声音的量度分析

      衡量声音的强弱通常用声级，声级通常又可分为声强级、声压级、声功率级等，下面简要介绍几个声音量度的参数。

1、声强与声强级

      声强与声强级是描述声波在介质中各点的强弱的物理量。声强用1表示，声场中某一点的声强，是指在该点垂直于声波方向上的单位面积上在单位时间内通过的声波的平均能量，即

式中：p为介质的密度，kg/m³；C为声速，m/s；A为声波的振幅，m；ω为圆频率，1/s。

      声强级是表述声强大小的。由于直接用声强单位来表示声音的强弱使数字过大，也不方便，所以人们用一个倍比关系的对数量来表示声强的大小——级。

式中：L_I为声强级，贝耳（B）；I为声场中某一点的声强，W/㎡；I₀为基准声强，I₀＝10-12W/㎡。

      基准声强是指正常人刚刚能听到的声音的声强。而正常人所能忍受的最大声强为1W/㎡，当声强大于1W/㎡时，会使人耳疼痛，而且不能引起听觉，因此能引起人的听觉的声强范围是10^-12～1W/㎡。

      声强级往往用贝耳的1/10作单位，称为分贝（dB）。

1贝耳（B）＝10分贝（dB）

2、声压与声压级

      声压与声压级也是描述声波在介质中各点的强弱的物理量。声压用P表示。在声场中某一点空气的压力，由于该点声波的存在，使在原来的大气压力上叠加了一个压力，这个叠加的压力就叫做声压。当然声波是随时间作周期性变化的，某点的声压也是随声波的变化而变化的，即

P＝P_mcos(ω_t＋φ)

式中：P_m为声压的振幅。

P_m＝ρ·C·A·ω

      可见声压振幅与介质密度、声速、声波振幅、圆频率有关。

      由于声压是随时间变化的，两个声音的强弱用声压就不好比较了，因此，通常用有效声压P来表示，它是指在一个周期内声压的均方根值，即

      由此可得声压与声强的关系：

      因此，只要测出声场中某点的声压，也就知道了该点的声强。

      如同电流、电压一样，通常所说的声压都是指有效值，而不是指瞬时值。

      声压级同声强级一样，采用声场中某点的声压P与基准声压P₀（P₀＝2×10^-5N/㎡）的比值的对数表示声压的级别。用L_p表示，单位与声强级单位一样。

3、声功率与声功率级

      为了直接表示声源发出声能量的大小，引用声功率的概念。声源在单位时间内以声波的形式辐射的总能量叫做声功率，用W表示，单位为J/s或W。

      同声强、声压一样，声功率也可用“级”表示：

式中：W₀为基准声功率，W₀＝10^-12J/s。

4、声音的频谱

      频谱是指声音的频率分布情况。人耳所能听到的声音，其频率为20～20000Hz，有1000倍的变化范围。为了方便，人们把这宽广的声频范围，划分为几个有限的频段，或频程、频带。

      目前通用的频程中心频率是31.5Hz，63Hz，125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz，4000Hz，8000Hz，16000Hz等10倍频程。这10个倍频程所包括的频段如表1所列。

5、响度级和等响曲线

      声强和声强级（或声压和声压线）是量度声音强弱的客观物理量。但是，人们通常用人耳来衡量声音“响”的程度。一般来说声压越大，声音就越响。但是，人耳对声音的感觉不仅与声压有关，而且也与频率有关。声压级相同而频率不同的两个声音，我们听起来就不一样响。例如，两个声压级都是40dB的声音，一个频率是100Hz，另一个频率是1000Hz，人耳听起来就会觉得频率为1000Hz的声音要比频率为100Hz的声音响得多。所以声强和声强级（或声压和声压级）是反映声音大小的客观物理量，而响度是人耳对声音大小反应的主观量。

      根据人耳的这种特性，人们仿照声压级的概念，引出一个与频率有关的综合人耳对声压和频率的总的感觉的量-响度级，其单位是“方”（Phon）。若选取1000Hz的纯音作为基准声音，它的响度级就等于它的声压级。其他噪声的响度级，就由人耳将它和基准声音进行比较来确定。

      例如，某噪声听起来与频率为1000Hz的声压级为85dB的基准声音同样，则该噪声的响度级就是85Phon。

      利用与基准声音相比较的方法，经过大量试验，可以得出整个可听范围内的声响度级。把这一结果绘制成图，称为等响曲线图，如图1所示。图中每条曲线表示了频率和声压不同而响度相同的声音。图上各等值曲线上的数值表示声音的响度级（Phon值），同时也就是和这个声音同样的频率为1000Hz的纯音的声压线。 

三、噪声治理措施

1、隔声与吸声设计

（1）静音箱体（隔声罩）：

① 结构：双层钢板（1.52mm）+阻尼层（23mm）+吸声棉（50~100mm岩棉/玻璃纤维）。

② 降噪量：约20~30 dB(A)，配合通风消声器后可达35 dB(A)以上。

③ 细节：门缝/接缝处采用密封条（EPDM橡胶），观察窗用双层夹胶玻璃。

（2）机房隔声（固定式机组）：

① 墙体：240mm砖墙+吸声结构（穿孔铝板+吸声棉），隔声量≥45 dB。

② 门窗：隔声门（隔声量≥35 dB）、双层隔声窗（5mm+6mm玻璃）。

2、消声器优化

（1）排气消声器：

① 类型：抗性消声器（消除低频）+阻性消声器（吸收高频）组合。

② 参数：消声量≥25 dB(A)，背压损失≤5 kPa（避免影响发动机功率）。

③ 材料：不锈钢外壳（耐高温），内部填充耐高温玻璃纤维（≥600℃）。

（2）进气消声器：

结构：多级扩张室+吸声材料，消声量≥15 dB(A)。

3、减振与隔振

（1）机组减振基础：

① 弹簧减振器：适用于低频振动（固有频率5~10 Hz），隔振效率≥90%。

② 橡胶减振垫：适用于中高频振动，隔振效率≥80%。

（2）管道软连接：

① 排气管：不锈钢波纹管（长度≥200mm），补偿热膨胀并隔离振动。

② 油管/水管：高压橡胶软管（耐温≥120℃）。

4、辅助降噪措施

（1）冷却风扇降噪：选用低转速轴流风扇（转速≤1500 rpm），叶片倾斜角优化。加装导流罩，降低气流涡旋噪声。

（2）燃烧优化：高压共轨燃油喷射技术，减少燃烧爆震噪声。预燃室设计（适用于小型机组），降低燃烧粗暴度。

四、场景化治理方案

1、城市居民区/医院（超静音要求）

（1）治理目标：7米处噪声≤55 dB(A)（昼间），50 dB(A)（夜间）。

（2）方案：全封闭静音箱（双层隔声+迷宫式进排风通道），排气采用三级消声器（抗性+阻性+尾管消声），冷却系统外置（远程散热器+低噪声水泵）。

2、工业厂区/工地（经济型方案）

（1）治理目标：1米处噪声≤75 dB(A)。

（2）方案：半封闭隔声罩（顶部开放，侧板可拆卸），简易排气消声器（抗性结构）。

基础减振+橡胶软连接。

3、船用/海上平台

（1）治理目标：满足IMO MSC.337(91)船舶噪声规范。

（2）方案：浮筏隔振系统（机组整体安装在弹性基座上），排气水下排放（通过舷侧消声器），舱壁敷设复合隔声材料（隔声+阻尼+吸声）。

五、验收标准与注意事项

1、测量方法

按ISO 3744/GB/T 3767标准，布点距机组表面1米，高度1.5米。

（1）限值要求：普通型：1米处≤75 dB(A)；静音型：≤65 dB(A)；超静音型：≤55 dB(A)。

（2）频谱分析：重点关注63~4000 Hz频段，避免低频噪声（<250 Hz）穿透隔声结构。

2、常见误区与改进建议

（1）误区：仅依赖隔声罩，忽视低频振动传递。

→改进：隔声与减振必须同步设计。

（2）误区：消声器过度降阻导致发动机功率下降。

→改进：通过CFD仿真优化消声器流道。

（3）误区：忽略电磁噪声对精密设备干扰。