沼氣內燃機噪音產生機理分析及改善措施探討

任濤

摘要：在內燃機發展的一百多年來，其結構和性能已經發生了許多變化，技術更新十分迅速，內燃機作為發電廠的重要動力設備，其性能對發電效率有很大的影響。近年來，沼氣內燃機在發電領域受到了高度關注，但沼氣內燃機運行過程中會產生大量的噪音，成為制約內燃機效率提升的的重要原因之一。本文對沼氣內燃機噪音的產生機理進行了深入的研究，為沼氣內燃機減振降噪提供了理論和實踐參考。

關鍵詞：沼氣內燃機;噪音機理;減振降噪

隨著我國經濟社會的迅速發展和人們生活水平的提高，電力供應成為社會正常運作的重要條件，電力企業不但要保證發電量滿足社會需求，同時還要滿足環保要求，使發電企業面臨著越來越大的壓力。沼氣內燃機的引入使發電廠的環境保護、制造成本和動力要求之間的矛盾得到了一定程度的緩解，然而內燃機又會由于制造、匹配、操作、磨損等多方面的原因而帶來了不可避免的噪聲，對發電系統的性能造成了嚴重的影響。本文圍繞沼氣內燃機噪音問題展開了研究，具有十分重要的現實意義。

1沼氣發電技術概述

隨著全球硬化資源的日益緊張，各國對可再生能源的研究與開發投入不斷加大。沼氣技術經過多年的探索，目前已有許多工程項目投入使用或試用，在發酵工藝不斷完善的背景下，沼氣產量開始能夠滿足一些小規模的發電需求。而沼氣是通過內燃機來實現向電能轉化的，因而沼氣內燃機組的研究成為整個沒沼氣發電技術的核心之一。沼氣通過為發電機組提供燃燒原料，為整個沼氣發電系統提供了基礎，系統涉及的關鍵設備包括沼氣發電機組、發電機和熱回收裝置等等。沼氣經脫硫器由貯氣罐輸送至燃氣發電機組燃燒，放出的熱量驅動沼氣內燃機工作，成為機械能，這些機械能又通過傳動系統驅動發電機，從而產生電力。但是沼氣內燃機作為重要的動力裝置，其噪聲問題成為影響整體發電效率的重要因素之一。

2內燃機與噪聲的關系

沼氣內燃機的使用使發動機的環保性能得到改善，在動力、成本等方面也得到了最大程度的平衡，有效促進了發電企業的可持續發展。首先，沼氣內燃機在動力輸出不變的情況下，使能源得到了有效的節約，使生活垃圾等固廢得到了回收利用;其次，沼氣內燃機通過將沼氣的內能轉化為機械能后，其余熱還可以為其它工序提供熱量;再次，沼氣發電機組在理論上可以取得比傳輸發電系統更高的發電效率，使電廠的技術升級開拓了新的方向。從目前的技術來看，沼氣內燃機一般由一個機體、兩大機構和五大系統組成，其中兩大機構包括曲柄連桿機構和配氣機構，五大系統包括供給系統、潤滑系冷卻系統、點火系統和起動系統，這些機構和系統的零部件之間因為制造缺陷、裝配誤差或外部負荷不穩定等因素，在工作時會產生不可避免振動，振動通過結構體向外部空氣輻射，形成內燃機噪聲。理論和研究表明，沼氣內燃機噪聲主要源于運動機構，改善其噪聲狀況將對降低發電機組整體噪聲有著顯著的效果。

3沼氣內燃機噪聲的產生機理分析

沼氣內燃機的一個機體、兩大機構和五大系統均會產生一定水平的噪聲。機械振動的前提是受到動態激勵的作用。可以造成振動現象的動態激勵源按其產生部分可以分為外部激勵和內部激勵兩種類型，其中外部激勵就是系統在受到外部激勵作用時而相應出現的激勵，外部激勵通常有旋轉質量失衡、負載扭矩波動和系統中其他零部件的激勵。發動機在正常工作狀態下，如果負載的扭矩出現較大的波動，那么內燃機內部機構也會產生脈動變化的相應應力。造成振動的內部激勵主要出現在機械零部件的接觸與運動過程中，因而是由系統內部產生的，從激勵的來源不同可以將內部激勵分為剛度激勵、誤差激勵和嚙入嚙出沖擊激勵等幾種類型。簡單來說，沼氣內燃機在工作時的振動向外界輻射，就形成了噪聲。

4沼氣內燃機噪聲的改善措施探討

4.1? 優化齒輪轉速與功率控制

齒輪在高速轉動的過程中，會與周圍的空氣產生劇烈的摩擦，引發空氣的振動，最終形成噪聲。顯然，齒輪的轉動噪聲與其轉動速度是成正比的，也就是說，齒輪轉動速度越快，與周圍空氣的摩擦就越劇烈，對外輻射的噪聲就越大;反之，齒輪轉速度越小，對外輻射的噪聲水平就越低。對于一些高載荷的應用場合而言，齒輪的載荷也會很高，這時候的噪聲水平就與功率的高低有直接的關系了。齒輪傳遞的功率越大，產生的聲壓就越大，對外輻射的噪聲水平就越高。在降噪措施上，可以對齒輪的噪聲特性進行分析，充分考慮各種影響因素，科學計算變速箱的各項參數，對轉速與功率進行反復試驗，使各種工況下都能實現最優的轉速與功率控制，以應對高功率和高轉速帶來的齒輪噪聲。

4.2? 提高零件加工和裝配精度

曲柄機構等運動部件作為一種機械零件，在加工的時候不可能是完美的，由于機床的加工精度、零件本身的制造缺陷等原因多多少少會出現一些缺陷，例如表面突起、凹陷、軸向偏心、公差過大等，造成傳動不平穩。另外，在裝配過程中，如果軸不對中，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動部件從嚙入到嚙出的整個過程中不能得到理論齒廓的平滑接觸而發生碰撞，造成嚙合沖擊。對于高功率、高轉速的零件而言，幾何誤差帶來的噪聲將被進一步放大，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質量嚴加控制，在出廠時對零件各項尺寸進行加嚴驗收，盡量減小加工的公差范圍。各項參數越接近完美，其運行時的噪聲水平就越低。為了避免變形和對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，增加機械機構的緊固力來進一步抑制。

4.3? 改進箱體結構設計

不同的箱體結構對內部噪聲的反射和透射性質完全不同。規則的箱體設計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，但由于沼氣內燃機內部結構的復雜性，不可能將箱體設計成完成單一的幾何結構。為了與周邊機械設備相配合，并優化箱體內部的結構分布，各廠家的外箱都形成了自己的一套比較成熟的結構。試驗研究表明，圓筒形箱體結構對減震的效果是最好的，一般情況下可以比普通長方體結構的噪聲級低6dB以上，這個種改善對內燃噪聲水平的控制已經是相當有意義的了，可見箱體結構對噪聲的水平影響是十分顯著的，是一個影響沼氣內燃機噪聲的重要原因。另外，考慮到不同的箱體結構還會有不同的共振特性，為了避免箱體與內部運動機構的振動產生共振，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結語

本文對沼氣內燃機噪音的產生機理展開了全面的研究，并有針對性地總結分析了沼氣內燃機噪音的改善措施，同時具有一定的應用價值。隨著發電技術的進步，沼氣內燃機的結構和材料將更加復雜，對噪聲的控制也將更加嚴格，當前的分析技術從長遠來看是無法滿足發電企業的發展需求的，因此沼氣內燃機噪聲水平的評價、模型構建、結構的優化等方面將成為今后沼氣內燃機噪聲問題研究的焦點。

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