6.3.1 低噪声柴油机的设计
1.低噪声柴油机设计的基本原则
（1）应将柴油机各主要噪声源单独发声时的噪声级，降低到大致相同的程度，其中容易降低的，应降低得多一些。
（2）首先必须降低进、排气噪声，主要应采用有效的进排气消声器，使进排气噪声降低到低于燃烧噪声及机械噪声的水平。
（3）从声源和传播途径上采取措施时，应特别注意降低500～3000Hz的频率成分（因为此频段正处于人体最敏感的区域），并从实际可能和具体效果上作综合分析和试验，以确定最方便和最经济的降噪方案。
2.噪声辐射表面的降噪措施（从声源噪声着手）
（1）进排气噪声的降低方法
①合理选择进排气道，减小压力脉动、涡流强度并避免发生共振。
②采用进排气消声器。
（2）燃烧噪声的降低方法
影响柴油机燃烧噪声的因素主要是燃烧室型式及工作过程的组织。一般应使压力增长率dP/d？尽可能低。供油系统的一些参数中，喷油提前角θ的影响较显著。适当减小θ，可降低燃烧噪声。采用增压后，压力升高比Pz/Pc降低，工作更平稳，在同功率条件下，也可降低燃烧噪声。
（3）机械噪声的降低方法
①气门机构噪声的降低方法
包括减小气门间隙、采用液力挺柱或气门液力驱动、采用校正凸轮以减小气门升起及落座时的速度、采用新型凸轮廓线，降低气门升起及落座时的速度并有效地抑制气门的跳动。
②活塞敲击噪声的降低方法
减小活塞与气缸壁的间隙。实验表明，当活塞间隙减小到0.05～0.10mm时，柴油机的噪声比正常间隙时降低3～5dB（A）。减小间隙时，须采取防止拉缸的措施：销孔向气缸壁的主推力面偏移，一般取偏移量为0.05～0.10R（R为曲柄半径）；加长活塞裙部、减少活塞环数量；增加气缸套刚度；增加活塞敲击气缸壁时的阻尼，如在裙部外表面增加润滑油的积存。
（4）结构方面
柴油机向周围辐射噪声的外部结构有基本结构和附属结构两方面。
①基本结构：如曲轴箱、机体及气缸盖
基本结构的振动，不仅直接决定其外表面所辐射的噪声，而且也间接地影响到附属结构所辐射的噪声。降低由基本结构所辐射的噪声，主要有3种方法：加筋、增加壁厚、减少辐射表面的面积。因为降低基本结构表面所辐射的噪声比较困难，所以应在保证刚性的情况下尽可能减小基本结构的噪声辐射表面面积。
②附属结构：装在基本结构上的各种罩、盖和附件
在柴油机的噪声辐射表面积中，罩壳和盖板约占60%。降低罩壳和盖板辐射噪声的方法：涂阻尼材料、采用层状材料、选择合理的固定点、隔振。
3.隔声降噪（从传播途径着手）
柴油机的隔声，有局部隔声和整机隔声两种。
局部隔声指仅在噪声辐射较强的表面上装隔声罩壳。采用隔声罩壳应注意：（1）罩壳的固定应有弹性，罩壳与基本结构表面应留有适当的间隔，罩壳的自振频率应控制在100～300Hz以下；（2）采用阻尼涂层或层状材料做隔声罩壳，可提高隔声效果；（3）必须注意罩壳的密封。
整机隔声就是在紧靠柴油机外表面装一套整机隔声罩，使总表面噪声降低10～35dB（A）。与局部隔声相比，整机隔声的优点是隔声量大，缺点是会使机组的外形尺寸和重量增加，同时需要通风散热。
6.3.2 低噪声发电机的设计
1.降低电磁噪声的措施
（1）适当降低气隙磁通密度
（2）适当增大气隙长度
（3）合理选择异步电机定、转子槽配合
（4）合理选择转子斜槽
（5）增加电机定子刚度及避免机械共振
2.降低机械噪声的措施
为降低发电机的机械噪声，应选用振动噪声较低的轴承，装机前对单个轴承的振动加速度级作测量筛选；适当提高转子轴承和端盖轴承的精度，以保证较佳的轴承工作游隙；采用波形弹簧片对轴承外圆施加一轴向预压力，降低转子轴向窜动及由此产生的噪声；严格按操作规程清洗、加注润滑脂与装配轴承。
3.低通风噪声的措施
通风噪声是风叶转速、风量、风压等的函数，在发电机温升允许情况下，可采用减小风叶直径方法来减小风量和风压，以降低通风噪声。风扇的合理造型与设计，例如后倾风扇、轴流风扇比常用的径向离心风扇噪声低，但只允许单方向运转；合理设计风路系统以减小涡流声，并避免风扇与邻近的构件间隙的过小而产生“笛声”。
在要求噪声控制严格的条件下，采用消声器或隔声罩是降低电机通风噪声的重要措施。控制机组的噪声通常是将柴油机噪声和发电机噪声同时考虑。
6.3.3 低噪声发电机组设计
柴油发电机组作为市电的备用电源，是邮电、金融、医疗、宾馆等部门必备的应急设备。在许多市电供电不正常或市电不能到达的地方，柴油发电机组则是必备设备。但柴油发电机组给人们带来用电方便的同时，其强烈的噪声也带来了严重的噪声污染。随着广大群众对环保问题日益重视，国家的噪声控制法规也日益严格，是低噪声机组的设计成为人们广泛关注的紧迫问题。
1.降噪的基本方法
总的来说，噪声的控制有3种基本方法：一是降低噪声源的噪声；二是从传播途径上将噪声源与外界隔离（如隔声罩，罩内可填充吸声材料）；三是对噪声接收者进行保护（耳机、耳罩）。
在低噪声机组的设计中，除了降低声源噪声外，主要降噪手段是隔声和吸声。下面结合设计方案，介绍隔声和吸声降噪方法。
（1）隔声降噪
在低噪声机组的设计中，为了把噪声源同外界隔离，在机组外面应安装隔声罩作为屏障，阻止噪声的辐射。
①隔声罩的设计原则
在设计中，如果隔声罩的固有频率与噪声频率接近，噪声能量将会与隔声罩产生共振。在共振时，隔声罩就起不到隔离噪声的作用。柴油发电机组主要的噪声频率分布在中低频区域。在隔声罩的设计中，应使其结构的固有频率避开噪声的入射频率。
在隔声罩的结构中，采用不同材料重叠组合时，在材料交界面能够把一部分声能反射回去。在反射和再反射的过程中，消耗掉一部分噪声的能量，起到较好的隔声作用。所以，对于同样厚度的隔声屏障来说，两种材料或两种以上材料的重叠所得到隔声效果要比单一材料的效果好。
隔声罩采用多层结构时，各层材料的厚度和材质应选用不同种类。通过不同的厚度的材质，可以消耗不同频率的噪声，以提高隔声罩的隔声效果。
②隔声罩的结构设计
a。隔声罩可以有多种不同的结构形式：隔声罩由一层金属板和一层吸声材料组合而成。吸声材料可选择玻璃毛毡、泡沫塑料或超细玻璃棉等材料。
由于低噪声机组隔声罩内空间较小，散热条件差，所以机组在运行期间，罩内的温度相当高。因此，吸声材料除了应具有良好的吸声性能之外，还应具有良好的阻燃性能。玻璃毛毡本身不燃烧，而且相对于其它吸声材料而言，玻璃毛毡在250～1000Hz的频率区域有较好的吸声能力。所以，从使用性能上考虑，玻璃毛毡直接暴露在罩内的工作环境中，如果操作人员长期与之接触，会受到其中玻璃纤维的伤害。考虑到在低噪声机组中，由于温升、空间等因素，机组的仪表、操作部件都布置在罩外，操作人员仅在维修时才进入罩内，在一般情况下，与罩内的环境是不接触的。所以，采用玻璃毛毡作吸声材料是可以优先考虑的方案。
泡沫塑料的吸声效果较玻璃毛毡差，而且一般的泡沫塑料不具备阻燃性。低噪声机组选用这种材料时，必须专门加入阻燃材料。所以，外购时，应强调材料的阻燃性能，选用阻燃性泡沫塑料。
b。声屏障由一层金属板和两层吸声材料组合而成。在组合形式中，应选用不同性质的吸声材料。而且，两种材料在不同的频率区域内应有不同的吸声系数，以扩大隔声罩的吸声范围。
在低噪声机组的设计中可采用这种结构形式。以阻燃性泡沫塑料紧贴金属板，泡沫塑料的厚度为30mm；以玻璃毛毡作为外层，厚度为25mm。其中，玻璃毛毡在250～1000Hz的频率区域内，吸声能力较其它材料好；在125Hz时，吸声能力与泡沫塑料近似。通过这两种材料的组合，可增强隔声罩的吸声效果。
c。隔声板夹一层吸声材料，这是一种比较理想的结构形式。在这种结构中，两层隔声板的厚度和材料不一样，因此，可以通过材料界面消耗噪声能量，充分利用屏障上的每层材料，对不同频率的噪声起到很好的隔离作用。例如，当隔声罩的外层为薄金属板、中间为泡沫塑料、内层为孔铝板时，对于采用道依茨风冷柴油机为动力的75kW柴油发电机组，按GB2819-81要求的测距进行噪声测量，其最大噪声仅有75dB（A）。
d。两层不同材料和厚度的隔板，隔板中间为空心，然后在内隔板的外表面挂吸声材料。这种结构增加了中间的空心部分作为隔声层，在不增加成本的条件下，可提高了隔声罩的使用效果。
③隔声罩设计时应注意的事项
a。当选用多层隔声板的结构时，两层板之间应尽量少用刚性联接，以免由刚性联接形成的传播噪声，降低隔声罩的使用效果。
b。声材料全部粘在隔声板上会降低吸声效果，所以固定吸声材料时，应尽可能在较少部位使用粘结的方法。为了使吸声材料牢固可靠，可利用铁丝网把吸声材料固定的隔声板上，或者利用微穿孔板固定吸声材料。这种方式一方面起固定作用，另一方面微穿孔板本身是一种很好的吸声结构，但是价格相对来说稍微贵一些。除此之外，也可以利用在隔声板中镶嵌的方法固定吸声材料。
c。声板和吸声材料应具有良好的阻燃性能。
（2）消声器降噪
在柴油发电机组中，噪声的主要来源是柴油机。而柴油机的噪声主要来源于排气噪声，所以在柴油机进、排气管道上安装消声器是降低机组噪声的有效方法。
排气消声器的主要结构有阻性、抗性和阻抗复合消声器3种。
在阻性消声器中，噪声声波通过消声器通道时，吸声材料使声能转化为热能，起到消声作用。阻性消声器的性能取决于吸声材料的性能。柴油机的噪声频率主要分布在中低频区域，特别是在低频区噪声值最高。一般吸声材料在低频时吸声系数很小，吸声性能较差，所以不宜采用阻性消声器作为柴油机的排气消声器。由于它的中高频消声效果好，所以特别适用于消减增压柴油机的进气噪声。
抗性消声器是根据声波的滤波原理而设计的，其性能主要取决于几何尺寸和形状。它由膨胀室或共振腔与一些有限长的管子适当组合起来，利用管道截面的突然变化使沿管道传播的某些频率的或频段的噪声部分地反射回去，使部分噪声不能通过消声器。抗性消声器主要用于消减中低频噪声。柴油机主要噪声分布在中低频区域内。所以，选用抗性消声器是比较合理的。
阻抗复合消声器是综合抗性和组性的不同特点，能在更宽的频率范围内具有良好的消声效果。
2.结构设计特点
（1）机组的通风措施
为了保证机组的正常运行，在机组的结构中，应考虑舱内的散热以及新鲜空气的补充。要求机组中应有一定的通风、散热措施，可采用以下两种方案
方案一，柴油机冷却风扇的鼓风吹走发电机组的热量并吸入新鲜空气。在隔声罩上需安装百叶窗式进风口。
方案二，在隔声罩上安装换气扇，同时，最好在发电机风扇附近设置进风口。换气扇和进风口的进风量应满足柴油机排风量的要求。
在隔声罩上设置进风口，同时就注意以下几个问题：①进风口的进风量，应满足发动机排风量的要求；②进风口的位置，应设计在发电机风扇附近；③进风口的结构形式，应能阻挡声波的流出，同时应利于进风。
在设计中，进风口的截面结构采用百叶窗的形式。同时，在进风口内壁增设风斗式的屏障，以提高隔声罩的隔声效果。
（2）排风道的降噪
在机组运行的过程中，柴油机冷却风扇的排风噪声也是主要的噪声源。为了降低机组的噪声，设计中应考虑设置降噪的风道。风道的结构形式可以参考以下几点：①风道的截面形状以折线形式，可形成对噪声声波的反射降噪作用；②风道中应有吸声材料，通过吸声材料，吸收一部分噪声能量；③风道与机组的工作舱之间最好做成可拆卸的，以利于安装调整和维修。
（3）机组的布局
在低噪声机组中，由于机组运行中的热量不易排出使工作舱温度较高，在设计中，应将控制屏与工作舱隔开，避免电气元件因高温影响而过早老化。
对于消声器工作温度不高的机组，可将消声器安装在隔声罩内，仅将消声器排气尾管引出罩外，以提高降噪效果。此外，在确定机组的额定功率时，应考虑因降噪而引起的功率损失。
6.3.4 柴油发电机组噪声控制举例
1.40 kW低噪声挂车电站
福发股份公司研制的40kW低噪声挂车电站主要由柴油发电机组、隔声罩、排气消声器、挂车以及油箱、电缆盘、蓄电池等组成。采用上海柴油机厂生产的4135D型柴油机，配备福发股份引进英国Petbow公司以及美、日、意等国技术生产的TFE2-225M22型无刷发电机，控制装置由XF65控制箱和电气安装总成组成，励磁系统采用美国进口的MPR-5SE型自动电压调节器（AVR）。4135D型柴油机的噪声为102dB（A），通过低噪声设计（组合式全金属结构的隔声罩和大型阻抗复合型消声器）后，电站噪声降为79dB（A）。40kW低噪声挂车电站是为满足我军某部对供电设施需求而研制的新产品。其主要特点是机动灵活、操作维护简单、电气性能优良、噪声低，对环境适应性能强等。它还可广泛适用于邮电、商业、建筑、交通、市区应急等各行业。
2.40 /32GZQS1低噪声柴油机电站
该电站采用BJ130柴油机底盘，装备道依茨F6L912型风冷柴油机和T2S发电机组成。机组的控制屏安装在驾驶室内，驾驶室与机组间设有一扇可观测的隔声门。机组间的地板结构为：下层为15mm厚钢板与四周骨架全部焊接，中层为50mm厚松木板，上层为地板革。机组间四壁及顶部结构为：外层1.5mm厚钢板，钢板和钢板、钢板与骨架间全部焊接；中间层为50mm的岩面板，用玻璃丝包裹；内层为冲空率30%的铅板。进排气道均采用片式消声结构。维修门道采用双道密封结构。机组与地板之间加减振垫。由于F6L912柴油机为风冷式，所以在计算通风散热的基础上选择安装了一个34K-11轴流通风机。柴油机的排气经过消声器排到车外。原发电机组在距离机组1m处的噪声声压级为95dB（A）。改进设计后的40/32GZQS1柴油机机组的噪声声压级≤63dB（A），是一种优质的低噪声产品。目前，这种机组主要用作影视行业的现场拍摄电源。
3.CUMMINS固定式柴油发电机组的机房噪声综合治理
柴油发电机组的机房噪声治理，是一项难度比较大的工作，尤其是在人口稠密的居民区、商业区、及工业区的二类混合区更为突出。这里介绍了康明斯1000kW柴油发电机组通过隔声、隔振、吸声、消声等噪声综合治理技术措施，使得该发电机组噪声对环境影响由原来的115dB（A）下降到49.5dB（A）（机房外1m处），达到生活区域环境噪声标准的要求。
（1）柴油发电机组的噪声特性
这里所介绍的柴油发电机组额定功率为1000kW，采用四冲程水冷式V型16缸柴油机，标定转速1500r/min。该发电机房建造在距离居民楼15m处，距发电机组1.5m处的噪声级及频谱特性6-7.
由此可知，这种大功率的发电机组如果在建造发电机房时，不考虑其噪声及振动的综合治理工作，将对环境产生严重的噪声危害。由-7可见发电机组的噪声频带很宽，噪声较高的峰值集中在125Hz～2kHz之间。
（2）柴油发电机组噪声综合治理原则
①所有噪声治理措施不得影响发电机组的正常运行，操作和维修。
②机房采用封闭式土建结构，必须考虑足够的隔声量，同时为减少机房的混响声，房内宜采用吸声结构。
③机房土建尺寸，由于受到生活区规划及周围居民楼高压线、变电房限制，土建尺寸不得超过10×4×7m？。为此机房的进、排风道宜采用立式结构，同时应考虑机房内足够进风量和散热要求。
④发电机组离居民楼较近，机组除原有隔振措施外，还应考虑基础隔振措施。
⑤发电机组的排气噪声必须采用能消除高、低频噪声的复合式消声器。
⑥为保证通风，进风道下面应增加引风机，在排风道的墙上应增加散热风机。
（3）发电机组噪声治理技术措施
根据以上噪声治理原则，经过综合分析，采用下列噪声治理措施
①设计机房位置及土建隔声结构。由发电机组的噪声频谱可知，要达到噪声治理要求，机房的墙及屋顶的隔声量必须达到65dB的要求，由资料可知，采用240mm砖墙、双面抹灰，隔声量可达到52.56dB（A），虽然难以达到要求，其不足部分通过室内吸声来实现。
②为减少漏声，隔声门宜采用双层钢板，内侧进行阻尼处理，内填充吸声材料，并做成门斗形式，采用两个隔声门。
③室内吸声处理。由于发电机安装在密闭式的房间内，故混响声比较严重，须在室内作吸声处理。顶部加吸声吊顶，四周采用100mm厚碉棉，作吸声材料，容量80～100kg/m？，中空80mm，外加微穿孔铝板。吸声面积约占室内总面积的70%，经估算其吸声量约为12dB（A），这样可弥补隔墙隔声量的不足。
④进排风道的消声设计。该发电机组排风量为8×104m？/h左右，进风量为10×105m？/h左右，为了提高进排风的消声效果，在设计消声道尺寸时，尽量保证进排风速度小于5m/S，以减少再生噪声的影响。本设计采用片式长方形消声结构，为了消除低频噪声，消声片厚度取100mm，消声道的长度5.4mm，气流通道宽度200m，材料容重80～100kg/m？的岩棉，其消声量估算6-8.
平均消声量：△L=63.63dB（A）。考虑到室内消声处理，其进排风道消声量基本满足消声要求。
⑤排气消声器的设计。柴油机的排气噪声是整机噪声中贡献最大的声源，其峰值最大频率成分为
fmax=2i×n/60τ（6-9）
式中，I，发动机的气缸数；
n，转速；
τ，发动机的冲程数。
一般柴油机排气噪声的总声级可近似表示为
Lp=12logNe+30logn-9 dB（A）（6-10）
式中，Ne为柴油机额定功率。
代入该发电机组的参数，可得排气噪声级为
Lp=125. 05dB（A）
由于排气流为高温、高压、高速气流，要求消声器具有扩散、降速、变频，或改变喷注气注参数等功能，才能取得明显的效果。本消声器结构取各层的通流面积分别为：S1=8S、S2=4S、S3=2S。
根据理论估算，其消声量为32.205dB（A），不能满足消声要求，再考虑低频消声故增加两级扩张式消声器。由（6-9）式可知柴油发电机组噪声最大的频率为200Hz，另外考虑到低频段的影响，取两级扩张室的中心频率分别是125Hz和200Hz。消声器结构尺寸。
经理论估算，两级扩张室消声器消声量为40.05dB（A），这样排烟消声量总值为75.05dB（A），基本满足消声量要求。
⑥地基隔振处理。
由于该发电机距居民楼很近，发电机组工作时振动很大，直接影响到居民生活和休息，必须进行基础隔振处理。原发电机本身已采用了弹簧隔振，但不能满足要求，本设计采用质量隔振原理，制造一个大于发电机组质量4倍的刚性基础，机组安装在基础上，基础四周采用隔振沟、基础底部也采用10cm油毛毡进行隔振处理，其结构。基础经隔振处理后，机组工作时在居民楼一层楼处，感觉不到有振动。
发电机组经噪声综合治理后，发电机在正常运转时，其室内噪声由115dB（A）下降到102dB（A），室外噪声降到49.5dB（A），治理前后噪声倍频程谱。
发电机组的噪声治理与机房土建结构一起考虑，是发电机组噪声治理一种较经济和有效的途径。通过采用以上治理措施，不但使室外噪声级达到标准，同时室内噪声也有明显下降。
4.英国Wilson公司全屏蔽柴油发电机组的性能参数与安装尺寸
威尔信公司的发电机组具有广泛的适应性，其突出优点之一具有较低的噪声，其噪声值也能满足中国的国家标准和有关部级标准。各种型号的Wilson SA全屏蔽机组声压级。
柴油发电机组的安装、调试及验收
