任濤

摘要：在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一百多年來，其結(jié)構(gòu)和性能已經(jīng)發(fā)生了許多變化，技術(shù)更新十分迅速，內(nèi)燃機(jī)作為發(fā)電廠的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其性能對(duì)發(fā)電效率有很大的影響。近年來，沼氣內(nèi)燃機(jī)在發(fā)電領(lǐng)域受到了高度關(guān)注，但沼氣內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的噪音，成為制約內(nèi)燃機(jī)效率提升的的重要原因之一。本文對(duì)沼氣內(nèi)燃機(jī)噪音的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，為沼氣內(nèi)燃機(jī)減振降噪提供了理論和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：沼氣內(nèi)燃機(jī);噪音機(jī)理;減振降噪

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展和人們生活水平的提高，電力供應(yīng)成為社會(huì)正常運(yùn)作的重要條件，電力企業(yè)不但要保證發(fā)電量滿足社會(huì)需求，同時(shí)還要滿足環(huán)保要求，使發(fā)電企業(yè)面臨著越來越大的壓力。沼氣內(nèi)燃機(jī)的引入使發(fā)電廠的環(huán)境保護(hù)、制造成本和動(dòng)力要求之間的矛盾得到了一定程度的緩解，然而內(nèi)燃機(jī)又會(huì)由于制造、匹配、操作、磨損等多方面的原因而帶來了不可避免的噪聲，對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的性能造成了嚴(yán)重的影響。本文圍繞沼氣內(nèi)燃機(jī)噪音問題展開了研究，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1沼氣發(fā)電技術(shù)概述

隨著全球硬化資源的日益緊張，各國對(duì)可再生能源的研究與開發(fā)投入不斷加大。沼氣技術(shù)經(jīng)過多年的探索，目前已有許多工程項(xiàng)目投入使用或試用，在發(fā)酵工藝不斷完善的背景下，沼氣產(chǎn)量開始能夠滿足一些小規(guī)模的發(fā)電需求。而沼氣是通過內(nèi)燃機(jī)來實(shí)現(xiàn)向電能轉(zhuǎn)化的，因而沼氣內(nèi)燃機(jī)組的研究成為整個(gè)沒沼氣發(fā)電技術(shù)的核心之一。沼氣通過為發(fā)電機(jī)組提供燃燒原料，為整個(gè)沼氣發(fā)電系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵設(shè)備包括沼氣發(fā)電機(jī)組、發(fā)電機(jī)和熱回收裝置等等。沼氣經(jīng)脫硫器由貯氣罐輸送至燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組燃燒，放出的熱量驅(qū)動(dòng)沼氣內(nèi)燃機(jī)工作，成為機(jī)械能，這些機(jī)械能又通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生電力。但是沼氣內(nèi)燃機(jī)作為重要的動(dòng)力裝置，其噪聲問題成為影響整體發(fā)電效率的重要因素之一。

2內(nèi)燃機(jī)與噪聲的關(guān)系

沼氣內(nèi)燃機(jī)的使用使發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保性能得到改善，在動(dòng)力、成本等方面也得到了最大程度的平衡，有效促進(jìn)了發(fā)電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。首先，沼氣內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)力輸出不變的情況下，使能源得到了有效的節(jié)約，使生活垃圾等固廢得到了回收利用;其次，沼氣內(nèi)燃機(jī)通過將沼氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后，其余熱還可以為其它工序提供熱量;再次，沼氣發(fā)電機(jī)組在理論上可以取得比傳輸發(fā)電系統(tǒng)更高的發(fā)電效率，使電廠的技術(shù)升級(jí)開拓了新的方向。從目前的技術(shù)來看，沼氣內(nèi)燃機(jī)一般由一個(gè)機(jī)體、兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，其中兩大機(jī)構(gòu)包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)，五大系統(tǒng)包括供給系統(tǒng)、潤滑系冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)，這些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的零部件之間因?yàn)橹圃烊毕?、裝配誤差或外部負(fù)荷不穩(wěn)定等因素，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可避免振動(dòng)，振動(dòng)通過結(jié)構(gòu)體向外部空氣輻射，形成內(nèi)燃機(jī)噪聲。理論和研究表明，沼氣內(nèi)燃機(jī)噪聲主要源于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，改善其噪聲狀況將對(duì)降低發(fā)電機(jī)組整體噪聲有著顯著的效果。

3沼氣內(nèi)燃機(jī)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理分析

沼氣內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)機(jī)體、兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)均會(huì)產(chǎn)生一定水平的噪聲。機(jī)械振動(dòng)的前提是受到動(dòng)態(tài)激勵(lì)的作用。可以造成振動(dòng)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)激勵(lì)源按其產(chǎn)生部分可以分為外部激勵(lì)和內(nèi)部激勵(lì)兩種類型，其中外部激勵(lì)就是系統(tǒng)在受到外部激勵(lì)作用時(shí)而相應(yīng)出現(xiàn)的激勵(lì)，外部激勵(lì)通常有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量失衡、負(fù)載扭矩波動(dòng)和系統(tǒng)中其他零部件的激勵(lì)。發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作狀態(tài)下，如果負(fù)載的扭矩出現(xiàn)較大的波動(dòng)，那么內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)變化的相應(yīng)應(yīng)力。造成振動(dòng)的內(nèi)部激勵(lì)主要出現(xiàn)在機(jī)械零部件的接觸與運(yùn)動(dòng)過程中，因而是由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的，從激勵(lì)的來源不同可以將內(nèi)部激勵(lì)分為剛度激勵(lì)、誤差激勵(lì)和嚙入嚙出沖擊激勵(lì)等幾種類型。簡單來說，沼氣內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)的振動(dòng)向外界輻射，就形成了噪聲。

4沼氣內(nèi)燃機(jī)噪聲的改善措施探討

4.1? 優(yōu)化齒輪轉(zhuǎn)速與功率控制

齒輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，會(huì)與周圍的空氣產(chǎn)生劇烈的摩擦，引發(fā)空氣的振動(dòng)，最終形成噪聲。顯然，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲與其轉(zhuǎn)動(dòng)速度是成正比的，也就是說，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快，與周圍空氣的摩擦就越劇烈，對(duì)外輻射的噪聲就越大;反之，齒輪轉(zhuǎn)速度越小，對(duì)外輻射的噪聲水平就越低。對(duì)于一些高載荷的應(yīng)用場合而言，齒輪的載荷也會(huì)很高，這時(shí)候的噪聲水平就與功率的高低有直接的關(guān)系了。齒輪傳遞的功率越大，產(chǎn)生的聲壓就越大，對(duì)外輻射的噪聲水平就越高。在降噪措施上，可以對(duì)齒輪的噪聲特性進(jìn)行分析，充分考慮各種影響因素，科學(xué)計(jì)算變速箱的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)轉(zhuǎn)速與功率進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，使各種工況下都能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的轉(zhuǎn)速與功率控制，以應(yīng)對(duì)高功率和高轉(zhuǎn)速帶來的齒輪噪聲。

4.2? 提高零件加工和裝配精度

曲柄機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)部件作為一種機(jī)械零件，在加工的時(shí)候不可能是完美的，由于機(jī)床的加工精度、零件本身的制造缺陷等原因多多少少會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，例如表面突起、凹陷、軸向偏心、公差過大等，造成傳動(dòng)不平穩(wěn)。另外，在裝配過程中，如果軸不對(duì)中，幾何偏心率過大，也將帶來難以避免的噪聲。零件的加工誤差和裝配誤差可以使各運(yùn)動(dòng)部件從嚙入到嚙出的整個(gè)過程中不能得到理論齒廓的平滑接觸而發(fā)生碰撞，造成嚙合沖擊。對(duì)于高功率、高轉(zhuǎn)速的零件而言，幾何誤差帶來的噪聲將被進(jìn)一步放大，造成更顯著的噪聲影響。然而，幾何誤差是源頭性的，在使用過程中是無法避免的，只能在加工過程中對(duì)質(zhì)量嚴(yán)加控制，在出廠時(shí)對(duì)零件各項(xiàng)尺寸進(jìn)行加嚴(yán)驗(yàn)收，盡量減小加工的公差范圍。各項(xiàng)參數(shù)越接近完美，其運(yùn)行時(shí)的噪聲水平就越低。為了避免變形和對(duì)中誤差造成的噪聲過于顯著，可以通過加大軸系和外殼的剛度，增加機(jī)械機(jī)構(gòu)的緊固力來進(jìn)一步抑制。

4.3? 改進(jìn)箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不同的箱體結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)部噪聲的反射和透射性質(zhì)完全不同。規(guī)則的箱體設(shè)計(jì)可以有效地控制噪聲的聲場傳播行為，例如圓柱形、球形、立方體等等，但由于沼氣內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不可能將箱體設(shè)計(jì)成完成單一的幾何結(jié)構(gòu)。為了與周邊機(jī)械設(shè)備相配合，并優(yōu)化箱體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分布，各廠家的外箱都形成了自己的一套比較成熟的結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)研究表明，圓筒形箱體結(jié)構(gòu)對(duì)減震的效果是最好的，一般情況下可以比普通長方體結(jié)構(gòu)的噪聲級(jí)低6dB以上，這個(gè)種改善對(duì)內(nèi)燃噪聲水平的控制已經(jīng)是相當(dāng)有意義的了，可見箱體結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲的水平影響是十分顯著的，是一個(gè)影響沼氣內(nèi)燃機(jī)噪聲的重要原因。另外，考慮到不同的箱體結(jié)構(gòu)還會(huì)有不同的共振特性，為了避免箱體與內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)產(chǎn)生共振，造成難以控制的噪聲，因此必須通過共振測試來避免箱體的共振。

5結(jié)語

本文對(duì)沼氣內(nèi)燃機(jī)噪音的產(chǎn)生機(jī)理展開了全面的研究，并有針對(duì)性地總結(jié)分析了沼氣內(nèi)燃機(jī)噪音的改善措施，同時(shí)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。隨著發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，沼氣內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料將更加復(fù)雜，對(duì)噪聲的控制也將更加嚴(yán)格，當(dāng)前的分析技術(shù)從長遠(yuǎn)來看是無法滿足發(fā)電企業(yè)的發(fā)展需求的，因此沼氣內(nèi)燃機(jī)噪聲水平的評(píng)價(jià)、模型構(gòu)建、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等方面將成為今后沼氣內(nèi)燃機(jī)噪聲問題研究的焦點(diǎn)。

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