新型穿孔隔声罩隔声性能

张 权，赵宸翦，罗晓春，程 伟

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

近年来，世界燃气轮机工业取得相当的成就和飞速的发展，几家著名的公司GE、ABB、Siemens和西屋等与航空发动机设计、研究、制造厂合作开发，将燃气轮机扩展应用在航空及船舶等领域。随着燃气轮机发电机组功率的提升及使用范围的增加，燃气轮机发电机组振动、噪声等舒适性方面的要求越来越严苛，尤其是对使用人员造成直接影响的噪声方面。各燃气轮机生产厂家在该方面均进行大量投入，从燃气轮机发电机组本体（噪声源）设计、传播途径等方面进行改进。受限于技术及加工能力方面的影响，进一步降低噪声源变得越来越困难。目前，主要通过传播途径对噪声进行控制，使用隔声罩已被证明为最有效的方式之一。随着设备空间、质量尺寸要求限制，对发电机等噪声较少的设备将被罩在隔声罩以外，即隔声罩单独覆盖燃气轮机的结构型式，该型式研究及应用相对较少。

此外，随着对设备运行时的环境要求越来越高，而噪声是用户舒适性体验最重要的影响因素之一，因此，对不同功率等级、不同结构尺寸的高噪声设备均存在加装隔声罩的需求。

鉴于上述情况，本文对旋转轴穿隔声罩密封结构设计技术进行攻关，解决穿孔结构的密封、连接和稳定运行等问题，同时确保整体隔声效果仍满足指标要求[1-5]。

1 设计方案

1.1 总体方案

新型穿孔隔声罩结构设计方案充分借鉴了以往柴油发电机组装置用隔声罩成熟的设计经验，按照技术要求对旋转轴穿隔声罩等进行了相应的初步设计，具体结构形式见图1。根据实际需求，设定隔声目标≥25 dB。

图1 方案示意图

1.2 隔声罩主体部分

隔声罩主体采用传统的隔声罩结构形式，根据现有某隔声罩结构形式进行等比例缩放。总体尺寸为2 000 mm×1 500 mm×1 500 mm，为了尽量接近实际情况，主体框架采用矩形钢结构，两侧及顶部采用隔声板结构形式，前方采用隔声门结构形式，无限接近实际情况，充分考虑结构的维修方便性，同时可验证门板结构的密封结构。后方采用钢板结构形式，方便穿孔结构的安装，具体结构形式见图2。

图2 主体结构示意图

1.3 穿孔隔声结构

穿孔隔声结构形式主要是依托尽量低的轴间隙来降低漏声量，具体结构形式见图3。总体尺寸为800 mm×800 mm×500 mm，通过安装吊耳完成与隔声罩主体的安装。隔声结构通过改变噪声的传递形式隔声结构，可实现噪声的初步降低，由于隔声结构与轴之间需预留足够的空间，避免出现轴系磕碰造成安全隐患。结构内径为290 mm，后续有200 mm轴进行穿孔，单边间距为45 mm，空间距离较为安全。耐磨护套主要成份为石墨结构，其本身不仅具有一定的润滑性，发生摩擦时不会对轴系产生影响，并且密度、强度等均较低，发生磕碰时同样不会对轴系产生影响，具有一定的保护作用，采用哈弗式结构，便于拆卸和安装，通过过盈配合的方式避免出现漏声的情况。考虑安装误差接不同结构形式的要求，设定了轴与耐磨护套最大单边间距为10 mm的轴向间距，满足联轴器1 cm补偿量的设计值。

图3 穿孔结构示意图

2 隔声性能计算

2.1 理论计算

隔声效果估算情况：隔声量与穿孔结构的关系为

式中：L为总隔声量；S为开孔的面积，即孔的面积减去轴测面积。

根据设定值，当孔径220 mm、轴颈200 mm时，隔声量约为21.8 dB，无法满足设计值[6-7]。

穿孔隔声结构形式见图3，总体尺寸为500 mm×800 mm，声波在通过其进行传播方程为

由于轴和管壁为硬边界，穿孔隔声结构的隔声量估算公式为

式中：Lw为隔声量；m为截面积比；l为轴段长度。

经估算及经验公式可知，其隔声效果与轴孔径叠加后为30 dB，远大于设计值可满足设计要求。

2.2 仿真计算

根据结构模型建立有限元模型，具体结构见图4，按照边界条件设定进口声压为120 dB，计算经过模型的传递损失。

图4 隔声结构有限元模型

场地进气改造后具体计算结果见图5。由图5可知，总体隔声量约为30 dB，满足设计要求。

图5 场地进气改造后

2.3 测试结果

照GJB 4058—2000噪声振动测量方法对结构进行隔声测试，具体见图6，在隔声罩内放入功率放大器及噪声测试传感器，在隔声罩外1 m位置放置噪声测试传感器。

图6 现场测试示意图

具体测试结果见图7。由图7可知当噪声源为85 dB时，隔声罩外噪声为58 dB，背景噪声为43 dB，隔声量为27 dB，满足设计要求。

图7 罩外噪声指标对比

3 结论

本文根据目前环境噪声使用需求，借鉴以往某柴油发电机组项目使用经验，设计新型穿孔隔声罩，提出设计目标，经过理论、仿真、试验对设计目标进行验证，验证结果均满足设计要求。对于旋转轴穿过隔声罩这种新型结构形式的设计有重要的借鉴意义。