浅谈柴油机噪音的形成与降噪措施

浅谈柴油机噪音的形成与降噪措施

刘健国

黑龙江省航道局 150000

内容提要：浅谈一下柴油机的噪音产生的原因和控制，在实际工作中如何降低噪音。

关键词： 柴油机 噪音 隔音 吸音 消音

随着社会的发展，噪音污染越来越被人们所重视，尤其是在内河船舶，虽然柴油机自身噪音有了一定的改善，但是航行或是作业时产生的噪音还是很大，严重地影响了船员的工作和生活，危害了人们的身心健康，下面我就柴油机噪音产生的原因和噪音的控制浅谈一下自己的看法。

柴油机作为船舶的心脏，产生噪音是不可避免的，它所产生的噪音是一种包括多种声源的综合声源，它包括空气系统噪声和运动系统噪声两部分，其中空气系统噪声又包括进、排气噪声、燃烧噪声、冷却风扇噪声、发动机结构噪声等，运动系统噪声主要是传动齿轮噪声和传动机构产生的噪声，前者同发动机的转速有关，后者随机修人员装配质量的高低而变化。

一、柴油机进气噪音的产生原因和控制

进气噪声是柴油机进气门的周期性开启与闭合而产生的压力起伏变化而形成的。当进气门开启时，在进气管中产生一个压力脉冲，而随着活塞的继续运动，它受到阻尼；当进气门关闭时，同样产生一个有一定持续时间的压力脉冲。于是产生了周期性的进气噪声。其噪声频率成分主要集中在200 Hz以下的低频范围。与此同时，当气流以高速流经进气门流通截面时，产生湍流脱体，导致高频噪声的产生，由于进气门通流截面是不断变化的，因此湍流噪声具有一定的频率范围，主要集中在1 000 Hz以上的高频范围。进气管空气柱的固有频率与周期性进气噪声的主要频率相一致时，空气柱的共振噪声在进气噪声中也会较为突出。

对于采用涡轮增压的发动机，由于涡轮增压器的转速一般较高，因此其进气噪声明显高于非涡轮增压的发动机。涡轮增压器的噪声是由于叶片周期性地切割空气产生的旋转噪声和高速气流形成的湍流噪声而形成的，是一种连续性的高频噪声，主要分布在500～10 000 Hz的频率范围。

进气噪声与发动机的进气方式、进气门结构、缸径、凸轮型线等设计因素有关。对于同一台发动机来说，受转速的影响最大，转速提高一倍可导致进气噪声增加10～l5dB。

一般发动机均装有空气滤清器，进气噪声即可有较大衰减，成为次要声源。而当其它声源得到进一步控制后，进气噪声有可能成为主要声源，这时需考虑采用性能良好的进气消声器，通常进气消声器要和空气滤清器结合，进行一体化设计，既能满足进气和滤清方面的要求，又可使进气噪声得到有效的控制。

二、排气噪音的产生原因和控制 排气噪音是 柴油机的主要噪声源，它通常比其它噪音高20~30分贝。主要由发动机排气阀开、关引发，压力脉冲激发气流振动而产生的。噪声能量主要分布在200Hz以下的低频区，同期性排气噪声的基准为f=nz/60λ，其中z=汽缸数，n=转速，λ=2为四冲程，λ=1为二冲程。其数值的大小与发动机的转速和负荷情况有关，发动机在不同转速下其排气噪音的差别很大：转速增大十倍，其排气噪声同时增加40dB,既排气噪声与转速的4.5次方成正比。柴油机负荷增加时，排气压力的增加，排气噪音也要增加，据测定柴油机在全负荷时排气噪音比空负荷时增加15～120分贝。排气阀门的开启时间、阀门直径、阀门座的修复形状对排气噪音的强弱均有影响。

从发动机设计角度加以改进可降低10dB左右，但控制排气噪声的最有效方法是安装消音器。消音器的消音效果和功率损失为两项硬性指标，200kw柴油机消音值通常为30～40分贝，功率损失5%；200 kw以下柴油机消耗功率5%～10%，柴油机消音器由多个不同尺寸的扩张室与共振室进行适当组合而成，而消音容积设计为发动机排气量的4～5倍，并合理选择结构的控制流速，消音值可达30分贝，功率损耗不会超过4%。新型净化消音器是在消音器内放置催化剂，使其净化尾气，又能达到消音效果。

柴油机燃烧噪声的产生原因和控制

柴油机燃烧噪声是由于机械力作用和汽缸内气体受压缩，并燃烧产生的气体压力作用在活塞和汽缸壁上产生的，两者能引起其表面振动而形成辐射噪声。柴油机噪声和其燃烧方式、发动机结构、转速、排量、负荷等因素有关，其中燃烧是主要噪声源，柴油发动机噪声强度与转速的3次方成正比。控制发动机噪声首先在结构设计过程中应予以考虑，比如①为降低柴油机燃烧噪声可以选择合适的燃烧方式，降低汽缸压力上升率，减少不必要的异常燃烧。②为减少机械性噪声，可选择低噪音零件以提高装配质量及提高运行部件精度，以上措施可降低噪音。

四、运动噪音的产生原因和控制

运动噪音主要是柴油机内部各运动部件间隙和传动机构部件间隙不当造成的，由于各部的间隙不当，不仅使柴油机的性能降低，而且造成柴油机的噪音大大地增大，它随柴油机的转速增加而增大，当前此类噪音控制措施主要是从调整柴油机的间隙入手，使各部的间隙都调整到最适合的状态，采用适当的减震装置，从而降低噪音，此外还可以降低柴油机的额定转速，选柴油机时多采用低转速的柴油机，这样也可以适当地降低原动机的噪音，当然这可能造成柴油机与传动机构匹配上赞成一定的困难。

五、对船舶柴油机噪声的整体控制

柴油机本身的噪音是必然存在的，在柴油机噪音一定的情况下，如何降低环境的噪音呢？目前我认为主要是使用材料进行隔音和吸音。隔音和吸音是两项不同的措施，应该从概念上把两者分开。

用材料构件或结构来隔绝空气中传播的噪声，从而获得较安静的环境称为隔音。材料一侧声能与另一侧投射声能相错就是隔声量。声波透过媒质或入射到媒介分界面上的声能减少的过程称为吸音。当媒介为空气，声波在空气中传播，由于空气质点振动所产生的摩擦作用，声能转化为热能的损耗所引起声波随传播距离的增加逐渐衰减的现象称为空气吸收。当媒介分界面为材料表面，部分声能被吸收可称为材料吸声。吸音重于入射声一侧，反射声能的大小以反射越小吸音效果越好；隔音则注重于入射声能与另一侧的透射声能的比较，透射的声能越小，隔音效果越好，一般透射声能小的材料比较厚重，是良好的隔声材料，但质地较硬，这一点又使吸音能力大大降低；再有吸音是相对一个空间内消除声能，反射能使其由声源转变为热能，以获得一个较安静的环境。

吸音材料由于它的多孔性薄膜作用和共振作用，对入射声能或多或少都有吸声能力，通常平均吸声系数超过0.2的材料称为吸音材料。多孔吸声材料的特征是材料表面从表到里有互相贯通的孔，也即具有适当的透气性。

对多孔吸声材料的要求：

材料内部应有大量的微孔和间隙。不仅材料空气体积与材料总和之比高，

即空隙率要高，而且孔隙应可能细小并在材料内均匀分布，这样材料内部

筋络的总面积大，才有利于声能的吸收。

材料内部的微孔应该是相互贯通的，而不是空间单独的气泡，密闭的空间不能起到吸声的作用。

微孔应向外敞开，使声波易于进入微孔内，不具有敞开微孔，仅有凹凸表面的材料不会有好的吸声性能。据实验显示，按质量定律计算为27dB。实例测得数据为木门窗15dB～27dB，钢窗为20dB～28dB，塑窗为5dB～29dB。

充填吸声材料的量要适当，以在门窗窗腹中填吸声棉并稍微压缩，使棉材料紧紧地贴靠面板为标准，吸声棉不但消除或减弱了腔内共振，而且抑制了材料面板振动，使隔声能力提高，以面板为1mm厚钢板，中间间隙为8 mm为例，1.85Kg/cm²是满添量，3.2 Kg/cm²为满添压缩的充添量，此时隔音量有所增加，但添充量加到4.0 Kg/cm²时，门窗面板向两侧鼓出，此时门窗隔音量反而下降。

如何降低柴油机的噪音还要根据所处的环境、实际情况和实际需求来解决，我相信随着社会和科技的不断发展，柴油机本身的噪音会不断地降低，吸音和隔音材料会不断出现，从而柴油机周围的噪音得到更好的控制，使人们真正地工作和生活在低噪舒适的环境中。