某型發電機組隔聲罩隔聲性能仿真分析

董 瑞，袁 帥，郭 彬，高 碩

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

0 引言

柴油發電機組憑借單機容量等級多、安裝地點靈活、熱效率高等優點，近年來在企業、礦區、居民區等場所得到了非常廣泛的應用。但機組在運行時會產生較大的噪聲，對周圍造成嚴重的噪聲污染問題。在聲學領域，通常按“源—路徑—接受者”模型對噪聲進行評價。而隔聲罩作為噪聲傳遞路徑上的重要組成部分，對其進行吸聲或隔聲性能研究，對柴油發電機組的噪聲控制具有重要的意義[1-2]。

吳建亮[3]按照半球法測定了不裝封閉靜音箱和裝有靜音箱的發電機組噪聲數值，結果表明中增加靜音箱，可使噪聲降低10 dB 以上，并提出增加靜音箱壁厚和靜音海綿厚度可進一步優化靜音箱的建議。胡聯雄等[4]通過分析柴油發電機組各類噪聲聲源產生機理，將發電機組劃分成不同的噪聲控制區域，對現有靜音箱的結構方案進行分析探討，得出通過采用隔聲、吸聲、消聲等措施，合理選擇降噪材料，可使靜音箱噪聲降低至75 dB（A）的結論。Zhou 等[5]基于聲學邊界元法對隔聲罩進行了輻射噪聲預測，利用聲學靈敏度分析，探究了對插入損失影響最大的因素。張樹峰等[6]以某靜音型柴油發電機組為研究對象，通過實驗與數值模擬相結合的方式，驗證了數值計算方法的可靠性，研究了吸聲材料聲阻抗率參數、通風口結構對隔聲罩隔聲性能的影響。

本文基于Simcenter 3D 軟件，利用間接邊界元算法，對某型發電機組不同通風口結構的隔聲罩進行仿真分析，以探究不同通風口結構的隔聲罩隔聲性能差別，為以后隔聲罩的降噪設計提供理論指導。

1 模型創建

1.1 結構模型

某型柴油發電機組隔聲罩的三維模型如圖1 所示。柴油發電機組主要由柴油發動機、發電機、隔聲罩、控制柜等部分組成。柴油發電機組隔聲罩通風口形式有通風攔網、百葉窗式和U 型窗式。通風攔網式結構噪聲泄露最嚴重，本文不進行分析，僅對百葉窗式和U 型窗式通風口進行對比分析。百葉窗式和U型窗式通風口結構如圖2 所示。

圖1 發電機組的整機

圖2 2 種通風口形式

1.2 聲學模型

隔聲罩的聲學網格模型如圖3 所示。圖中灰色為剛性平面，用于模擬真實的地面反射條件。綠色為隔聲罩聲學網格，黃色為麥克風面網格，紫色MIC 點為麥克風點，用于請求壓力、速度和強度等結果。

圖3 隔聲罩聲學網格模型

隔聲罩網格模型為不封閉模型，機組模型較大，屬中大規模的聲學求解問題，考慮計算資源及效率，本文采用間接邊界元方法對隔聲罩的噪聲傳遞問題進行求解[7]，同時得到內部和外部聲場信息，探究結構、吸聲材料等因素對隔聲罩隔聲性能的影響。

按照國標《GBT 2820.10-2002 往復式內燃機驅動的交流發電機組 第10 部分噪聲的測量（包面法）》的要求，測點的數目與布置如圖4 所示[8]，本文僅對1點、以1 點為中心的矩形面A 及過1、3、9 點的矩形面B 的聲壓級進行對比。

圖4 測量面及測點布置

柴油機發電機組的噪聲十分復雜，存在風扇噪聲、排氣噪聲、進氣噪聲及機械噪聲等，本文僅對隔聲罩的隔聲性能的影響因素進行分析，不求獲得準確的機組內外聲場聲壓數值[9]。因此，本文聲源激勵采用一理想點聲源，聲功率為1W。

2 仿真計算

2.1 百葉窗型和U 型窗隔聲罩對比仿真計算

隔聲罩除通風口外其他結構及通風口大小、位置保持不變，僅改變通風口形式，經計算，百葉窗型和U型窗通風口測點1 處麥克風點的聲壓級曲線如圖5所示。

圖5 測點1 聲壓級曲線

由聲壓級曲線可以看出，在低頻段（0 ～500 Hz）百葉窗和U 型窗結構的隔聲性能相差較小，在中高頻段（500 ～4000 Hz）兩種結構聲壓級差距較大，U 型窗結構隔聲性能優于百葉窗結構。

A、B 面的聲壓級云圖如圖6、圖7 所示，圖中上方對應百葉窗結構，下方對應U 型窗結構。500 Hz 時，百葉窗高聲壓級區域面積小于U 型窗高聲壓級區域面積，百葉窗隔聲性能略優于U 型窗。3000 Hz 時，百葉窗云圖中高聲壓級區域面積明顯小于U 型窗高聲壓級區域面積，百葉窗性能低于U 型窗通風口性能。

圖6 A 面聲壓級云圖

圖7 B 面聲壓級云圖

2.2 百葉窗型葉片通風口角度仿真計算

修改百葉窗型葉片通風口角度α分別為30°、45°和60°，仿真得到1 點聲壓級曲線如圖8 所示。100～1750 Hz 頻段，各開口角度對聲壓級影響相差較小，2000 Hz ～3000 Hz 頻段，各開口角度聲壓級相差較大。

圖8 測點1 聲壓級曲線

計算得到的A、B 面聲壓級云圖如圖9、圖10 所示，圖中上、中、下依次對應開口角度為30°、45°、60°。2000 Hz 時，1 點的聲壓級由大到小依次為30°、60°、45°；2250 Hz 時，1 點的聲壓級由大到小依次為45°、30°、60°；3000 Hz 時，1 點的聲壓級由大到小依次為45°、60°、30°。但由聲壓級云圖可看出三頻率點處隔聲性能由優到差依次為30°、60°、45°。

圖9 A 面聲壓級云圖

圖10 B 面聲壓級云圖

綜上，百葉窗型通風口葉片開口角度為30°時，隔聲性能最優。

2.3 通風口高度仿真計算

A 面所對應百葉窗初始位置為通風口底邊距隔聲罩底部210 mm，將百葉窗型通風口分別升高50 mm、100 mm，仿真得到1 點的聲壓級曲線如圖11 所示。由聲壓級曲線可知，在整個頻段內三個高度聲壓級整體相差較小，但在600 Hz、1600 Hz 及2050 Hz 處存在較大數值差異。

圖11 測點1 聲壓級曲線

600 Hz 時所對應A 面聲壓級云圖如圖12 所示，圖中由上到下依次為初始位置、升高50 mm、升高100 mm。600 Hz、1600 Hz、2050 Hz 聲源激勵下，升高50 mm 對應聲壓級云圖高聲壓級區域面積均明顯小于初始位置和升高100mm。因此，升高50 mm 時，百葉窗式通風口結構的隔聲性能最優。

圖12 A 面聲壓級云圖

3 結語

本文利用聲學間接邊界元法對某型柴油發電機組隔聲罩隔聲性能進行仿真分析。得到結論如下：

（1）在低頻段（0 ～500 Hz）百葉窗和U 型窗結構的隔聲性能相差較小，在中高頻段（500 ～4000 Hz）U型窗結構隔聲性能優于百葉窗結構，整體隔聲性能U型窗較優。

（2）100 ～1750 Hz 頻段，開口角度30°、45°、60°對聲壓級影響相差較小，2000 ～3000 Hz 頻段，三種開口角度聲壓級相差較大，整體隔聲性能開口角度為30°時最優。

（3）在整個頻段內初始高度、升高50 mm、升高100 mm 三種高度聲壓級整體相差較小，整體隔聲性能在升高50 mm 時較優。

現代生活對噪聲的要求日趨嚴格，對發電機組隔聲罩的降噪要求越來越高，通過本文的對比仿真分析，合理設計隔聲罩通風口結構，可使隔聲罩的隔聲性能進一步提高，以滿足國家環境要求的噪聲標準。