高原靜音系列汽車電站設(shè)計(jì)

羅陳　周丹

【摘 要】高原靜音系列汽車電站采用了降噪設(shè)計(jì)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、高效減震設(shè)計(jì)技術(shù)、車載技術(shù)、系列化設(shè)計(jì)等，具有“噪音低、系列化程度高、全天候的視頻監(jiān)視、適應(yīng)高海拔工作”的特點(diǎn)，本文介紹了高原靜音系列汽車電站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了進(jìn)排風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】靜音；系列；汽車電站

0 前言

高原靜音系列汽車電站由20kW、50kW、75kW、100kW四個(gè)功率段汽車電站組成，為用電設(shè)備提供400V，50Hz三相工頻交流電源，每臺(tái)電站均為獨(dú)立的供電單元，能夠根據(jù)用戶需求，為用戶提供不同功率段的電源。電站主要由陜汽二類汽車底盤、4米或5米標(biāo)準(zhǔn)大板車廂、（20kW～100kW）柴油發(fā)電機(jī)組、1套集中控制柜、蓄電池組、排煙消聲器、電纜盤、輸出電纜、暖風(fēng)機(jī)、備件柜、文件柜及隨機(jī)備附件等組成。

1 電站總體結(jié)構(gòu)概述

高原靜音系列汽車電站均采用汽車電站方式，車廂內(nèi)分隔為機(jī)組室、排風(fēng)室和進(jìn)風(fēng)室，中間用隔聲墻隔開(kāi)。

機(jī)組室和排風(fēng)室內(nèi)進(jìn)行降噪處理，排風(fēng)道采用迷宮式消聲結(jié)構(gòu)消聲，排風(fēng)口設(shè)在廂體頂部，排風(fēng)道在前部。進(jìn)風(fēng)道采用列管式消聲結(jié)構(gòu)消聲，在雙開(kāi)門上設(shè)置有進(jìn)風(fēng)百葉窗。兩側(cè)壁分別開(kāi)設(shè)兩個(gè)單開(kāi)維修門，門上設(shè)置有滅火器。

機(jī)組室內(nèi)布置安裝20kW～100kW柴油發(fā)電機(jī)組，其水箱朝前對(duì)應(yīng)排風(fēng)口位置，機(jī)組輻射熱量和柴油機(jī)冷卻水熱量由水箱風(fēng)扇排入排風(fēng)道內(nèi)并排出車外。機(jī)組排煙消聲器在機(jī)組室頂部。柴油機(jī)的廢氣經(jīng)消聲器消聲后經(jīng)車廂頂部排出。

進(jìn)風(fēng)室內(nèi)安裝有列管式進(jìn)風(fēng)消音體，可對(duì)電站的進(jìn)風(fēng)進(jìn)行有效降噪處理。燃油箱布置在進(jìn)風(fēng)室內(nèi)消音體下面。

在機(jī)組室和消音室艙體內(nèi)壁增加吸音、隔音材料，通過(guò)以上的消音隔腔和材料處理，保證艙外噪聲不大于70dB（A）。

具體內(nèi)部布置如圖1。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 降噪設(shè)計(jì)和散熱平衡設(shè)計(jì)

電站在體積小、重量輕的約束條件下對(duì)電站的降噪處理存在一定難度，設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用列管式和空腔復(fù)合阻抗式降噪設(shè)計(jì)技術(shù)。根據(jù)對(duì)噪聲源的分析，噪聲主要分為空氣動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲、燃燒噪聲等。針對(duì)噪聲源的特點(diǎn)，電站進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)。第一，在排風(fēng)口運(yùn)用了迷宮形式的空腔風(fēng)道，對(duì)氣流噪聲進(jìn)行氣壓釋放空腔復(fù)合阻抗式的降噪處理；第二，在進(jìn)風(fēng)口運(yùn)用了列管式的進(jìn)風(fēng)風(fēng)道，對(duì)氣流進(jìn)行降噪處理；第三，在車廂四周和頂部采用吸音層結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)組的機(jī)械噪聲進(jìn)行降噪處理，消除艙體內(nèi)部的部分混響聲；第四，對(duì)柴油機(jī)的排氣噪聲采用降噪型消聲器對(duì)進(jìn)行降噪，降低排煙輻射噪聲；第五，對(duì)發(fā)電機(jī)組采用二次高效減震減小電站振動(dòng)，從而降低噪聲。

a.進(jìn)排風(fēng)道降噪及隔離設(shè)計(jì)

本車廂內(nèi)部空間長(zhǎng)度只有3.9米，進(jìn)風(fēng)風(fēng)道設(shè)置在車廂的后側(cè)，通過(guò)在車廂的風(fēng)道內(nèi)設(shè)置列管式消音器，將機(jī)組室內(nèi)壁的噪聲通過(guò)消音器陣列排布的微穿孔塑料消聲管的吸收后，傳至車廂外部，達(dá)到降噪的預(yù)期效果。

電站的排風(fēng)風(fēng)道位于車廂的前端，為了達(dá)到預(yù)期的70dB（A），電站的排風(fēng)降噪設(shè)計(jì)也是本項(xiàng)目的關(guān)鍵之一。柴油機(jī)的散熱器前端設(shè)有柔性導(dǎo)風(fēng)罩，將機(jī)組散熱器排出的熱風(fēng)導(dǎo)到消聲室，防止熱風(fēng)回流至機(jī)組室，導(dǎo)致風(fēng)路短路引起發(fā)電機(jī)組過(guò)熱。消聲室內(nèi)的排風(fēng)道采用板式消聲結(jié)構(gòu)，對(duì)氣流噪聲進(jìn)行氣壓釋放空腔復(fù)合阻抗式的降噪處理；

b.通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)

靜音電站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是解決降低噪聲和通風(fēng)散熱之間的矛盾，通風(fēng)散熱是否良好直接影響到電站能否正常工作并輸出相應(yīng)功率，參考以下公式進(jìn)行電站的通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)：

根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算發(fā)電機(jī)組所需的最低鮮風(fēng)量后進(jìn)一步反推至進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)的風(fēng)速，為設(shè)計(jì)方艙的進(jìn)風(fēng)門、排風(fēng)門大小和風(fēng)道的阻力系數(shù)換算提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.2 列管消聲器設(shè)計(jì)

為了降低電站的進(jìn)風(fēng)噪聲，在進(jìn)風(fēng)通道內(nèi)采用列管式消音器進(jìn)行降噪處理，該消音器由陣列排布的微穿孔塑料消聲管構(gòu)成。消聲管之間填充消聲泡沫，管的端頭使用ABS面板作為護(hù)面板，并用鋁合金扣條壓緊面板，鋼制外殼進(jìn)行防護(hù)和隔聲。該消聲器對(duì)不同的頻率有不同的降噪效果，具體如下：

該消聲器主要為中高頻的消聲，消聲量為30～40dB（A）。

列管消音器與其他相同消聲量性能的消音器相比，具有重量輕、消聲長(zhǎng)度短、體積小、占用空間小、造價(jià)低、外形美觀、模具制造、不銹蝕等特點(diǎn)，特別適合應(yīng)用于重要的成套設(shè)備中。如果使用片式消音器，在同樣的消聲量情況下，消聲長(zhǎng)度需達(dá)到4m至8m長(zhǎng)，消音器的體積會(huì)變得很龐大，有時(shí)甚至超過(guò)了主機(jī)的體積，占用大量的設(shè)備使用空間。折板式消音器其流阻過(guò)大的特點(diǎn)嚴(yán)重影響機(jī)組的正常使用。另外片式或折板式消音器，在加工過(guò)程中孔板焊接到骨架上時(shí)，孔板內(nèi)側(cè)無(wú)法防腐，這一情況是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的通病，完全防腐始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而列管式消音器能夠很好解決這一問(wèn)題。

2.3 模塊化、系列化進(jìn)、排風(fēng)降噪設(shè)計(jì)

進(jìn)、排風(fēng)降噪消聲體因產(chǎn)品的不同，使設(shè)計(jì)種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且往往一些迷宮式消聲風(fēng)道多與箱體或方艙做成一體，加工繁瑣、工藝性差、方艙的制作難度大。本項(xiàng)目所用列管式進(jìn)風(fēng)消聲體為模塊化單元，加工簡(jiǎn)單，并可自由組裝，可滿足不同產(chǎn)品的需求，不僅提高了工藝性、還降低了箱體和方艙的制作成本。該降噪方案可形成系列化的降噪結(jié)構(gòu)，滿足20kW～100kW功率段的電站降噪要求。

2.4 高原適應(yīng)性及環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

通過(guò)選用高原型發(fā)動(dòng)機(jī)、大容量發(fā)電機(jī)、高原型水箱，使電站能夠滿足在海拔高度不小于4500m時(shí)輸出額定功率。電站排風(fēng)室采用上排風(fēng)結(jié)構(gòu)，能夠避免風(fēng)向?qū)﹄娬九棚L(fēng)的影響，使電站在任何方向均可穩(wěn)定工作。電站進(jìn)風(fēng)口處設(shè)計(jì)有百葉窗和防砂網(wǎng)，能夠防止雨水和砂塵進(jìn)入，排風(fēng)室處下方開(kāi)有漏水孔，可疏導(dǎo)雨水和砂塵排出，保證電站在風(fēng)砂和雨天惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。進(jìn)風(fēng)室和排風(fēng)室均可方便進(jìn)入，用高壓水槍進(jìn)行清洗，且列管式進(jìn)風(fēng)消聲體可快速拆卸，進(jìn)行清理，維護(hù)方便。

2.5 車廂內(nèi)部設(shè)備全天候監(jiān)視設(shè)計(jì)

在電站機(jī)組室布置有高清視頻探頭，視頻探頭安裝在云臺(tái)上，可360°旋轉(zhuǎn)，對(duì)發(fā)電機(jī)組等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行視頻監(jiān)控。

視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，電站監(jiān)控點(diǎn)攝像機(jī)的視頻信號(hào)及控制信號(hào)通過(guò)數(shù)字視頻服務(wù)編碼器編碼壓縮成MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，直接與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)真正意義的數(shù)字化視頻采集。并設(shè)計(jì)有視頻圖像監(jiān)控單步應(yīng)急操作程序，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組在非正常情況下通過(guò)視頻圖像界面進(jìn)行單步遠(yuǎn)控操作，解決電站應(yīng)急供電需求。

根據(jù)需要，可將視頻采集系統(tǒng)擴(kuò)展為電站與中心站的交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電站與中心站（或其他擴(kuò)展站）的視頻交流，為電站的維修保障等管理工作提供了一個(gè)交互性強(qiáng)、可視化程度高的技術(shù)支持平臺(tái)。

2.6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電站控制系統(tǒng)由集中控制柜，溫濕度監(jiān)控模塊以及視頻監(jiān)控裝置等控制裝置組成。

電站系統(tǒng)控制主要完成電站系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示、故障診斷保護(hù)、自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行流程操作、電站環(huán)境監(jiān)測(cè)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)信息交換等功能。電站控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制技術(shù)，具有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制兩套獨(dú)立的回路，提高了電站系統(tǒng)的任務(wù)可靠性。

集中控制柜可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)視發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，故障檢測(cè)及保護(hù)等功能。同時(shí)提供通訊接口，與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)電站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息化管理。

3 結(jié)論

高原靜音系列汽車電站具有“噪音低、系列化程度高、全天候的視頻監(jiān)視、適應(yīng)高海拔工作”的特點(diǎn)，技術(shù)性能優(yōu)異，進(jìn)、排風(fēng)單元、控制單元均采用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，大大降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)該項(xiàng)目充分考慮了全天候、全地域復(fù)雜環(huán)境下的工作，能適應(yīng)于各種特殊要求的環(huán)境條件，具備起點(diǎn)高、技術(shù)功能齊全、人機(jī)環(huán)境合理等特點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景，產(chǎn)品具有長(zhǎng)期的市場(chǎng)壽命。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王文奇，江珍泉，噪聲控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987，10.