柴油发电机室振动和噪声影响评价
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作者:曹璟
摘要：柴油发电机组在运转过程中会对周围环境产生振动和噪声，为了合理评价某柴油发电机室的振动和噪声环境，本文通过设计测量和评价方案以及数据处理给出了柴油发电机组基础振动速度峰值、柴油发电机室内地面振动计权加速度级和所排放的噪声等效值，并与相关标准所要求的振动容许值和噪声限值进行了对比分析，评价结果是柴油发电机室的振动和噪声排放满足标准要求。本文给出的柴油发电机室测量和评价方案，也可拓展推广到评价其他设备房间的振动和噪声环境中去，从而给出全面合理的结论。
关键词：柴油发电机;振动;噪声;评价
中图分类号： X827 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）03-00-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.006
Influence evaluation of vibration and noise in diesel generator room
Cao Jing
（Luoyang Environmental Monitoring Station，Luoyang He’nan 471002，China）
Abstract：A running diesel generator set will bring vibration and noise to surrounding environment. In order to reasonably evaluate the vibration and noise environment in a certain diesel generator room， the peak vibration velocity of the diesel generator set foundation，the weighted vibration acceleration level of the ground in the diesel generator room and the emitted noise equivalent value are given from a design of measurement and evaluation scheme and data processing， then these values are compared with the vibration allowable values and noise limit values required in some relevant standards.The evaluation result shows that the vibration and noise emission in the diesel generator room meet the standard requirements.The measurement and evaluation scheme of diesel generator room given in this paper can also be extended to evaluate the vibration and noise environment of other equipment rooms with a comprehensive and reasonable conclusion.
Key words：Diesel generator;Vibration;Noise;Evaluation
柴油发电机作为一项重要的设备，已广泛应用于日常生产、生活当中，涉及农业、工业、军事等多个领域。柴油发电机是动力机器的一种，其在运行当中可能会带来一些负面作用。首先，柴油发电机运行时会产生一定的振动，振动会作用于柴油发电机基础，如果柴油发电机设计、生产或安装不当就会对柴油发电机基础造成损坏，这样的不良结果又会导致柴油发电机使用寿命的减少，为了减少和避免该种事件的发生，我国出台了强制性的规范[1]来指导动力机器基础的设计;其次，柴油发电机运转产生的振动通过基础也会传递到柴油发电机室的地面或者其他位置，地面振动可能会引起周围工作人员疲劳或者身体不适[2-4];最后，柴油发电机的运转会带来高强噪声，它不仅会损伤操作人员的听觉器官，导致各种疾病，降低劳动生产率，而且会造成周围环境的噪声污染。判断柴油发电机运转产生的振动和噪声是否满足要求，就需要进行测量和评价分析。
本文针对某一柴油发电机室，对柴油发电机基础的振动值、柴油发电机室地面的振动值，以及柴油发电机室的噪声值进行测量，综合分析柴油发电机室的振动和噪声环境，对其影响进行合理地评价。
1 测量和评价方案
所测量的柴油发电机从下到上依次为混凝土基础，混凝土基础上布置隔振器，而隔振器与放置柴油发电机的钢制底座相连，那么该柴油发电机已进行了基础隔振。参照国家标准《往复式内燃机驱动的交流发电机组第9部分：机械振动的测量和评价》（GB/T 2820.9-2002）、《建筑工程容许振动标准》（GB 50868-2013）、《机械振动与冲击 建筑物的振动 振动测量及其对建筑物影响的评价和指南》（GB/T 14124-2009）的规定和方法等，对柴油发电机运转时，基础的振动值进行测量，钢制底座需满足隔振基础的振动容许值要求。对于钢制底座，测量点分别布置在钢制底座长方体上表面的中心位置及上表面长方形的四边中点处，共计5个测点，使用速度传感器进行测量，测量时长1min。由于柴油发电机采用了基础隔振，放置柴油发电机的钢制底座的振动更接近于柴油发电机自身的振动[5]，可以参照国家标准《往复式内燃机驱动的交流发电机组 第9部分：机械振动的测量和评价》（GB/T 2820.9-2002）的要求来进行评价，也可以参照国家现行标准《建筑工程容许振动标准》（GB 50868-2013）对发动机隔振基础的具体要求来进行评价，后者比前者的要求严格，所以本文参照后者來评价隔振基础的振动值。 对于柴油发电机室地面的振动值，主要是柴油发电机运行时会对进入或者工作在柴油发电机室的人员引起全身振动，根据全身振动作用可将振动控制界限分为舒适性界限和疲劳-工效降低界限。评价地面振动的标准本文采用建筑物内人体舒适性和疲劳-工效降低的容许振动值，具体参照国家标准《建筑工程容许振动标准》（GB 50868-2013）、《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1部分：一般要求》（GB/T 13441.1-2007）、《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第2部分：建筑物内的振动（1Hz～80Hz）》（GB/T 13441.2-2008），测量点分别布置在柴油发电机室地面的中心，柴油发电机周围的地面处，以及进入柴油发电机室的门口地面上，共计5个测点，每个测点测量时长为1min。
对于柴油发电机室的噪声值测量和评价，参照国家标准《声环境质量标准》（GB 3096-2008）、《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB 12348-2008）、《建筑工程容许振动标准》（GB 50868-2013）、《中小功率柴油机噪声限值》（GB 14097-1993）来进行。主要测点布置在柴油发电机室内，以及柴油发电机室的室外门口处。柴油发电机室的隔音门存在开启和关闭两种状态，因此，比较隔音门开启关闭状态下对噪声的影响。房间内噪声测量时，因为柴油发电机组是柴油发电机室最主要和最大的噪声源，所以室内测点设在柴油发电机组周围距任一反射面至少1m、距地面1.2m处;室外门口测量时，测点距离关闭状态的柴油发电机室隔音门2m、距地面1.2m处。噪声测试共计4个测点，每个测点测量时长1min。
2 数据处理
对于柴油发电机隔振基础的振动值，即钢制底座的振动值，通过仪器可以直接获得其振动速度峰值。对于柴油发电机室的噪声值，也可直接通过声级计直接读取，非常简便。
对于柴油发电机室地面的振动值，通过仪器测得1/3倍频程的振动加速度有效值，然后通过式（1）和式（2）进行数据分析，获得振动计权加速度级，从而评估地面振动值是否满足建筑物内人体舒适性和疲劳-工效降低的容许振动值。
式中，VL为振动计权加速度级;VALi为振动加速度级，计算公式见式（2）;ji为计权因子，分为竖向振动计权因子和水平向振动计权因子，可参照文献[3][4][5]选取，具体数值见表1。
式中，ai为振动加速度有效值;ao为基准加速度，取值为10-6m/s。通过仪器测得各测点1/3倍频程中心頻率对应的振动加速度有效值，然后运用式（2）进行振动加速度级的转换处理，得出柴油发电机室地面振动的加速度级如表2～表6所示。
3 实验结果与分析
3.1 隔振基础振动分析
通过测试仪器获得柴油发电机钢制底座振动速度峰值如表7所示，根据前文的评价方案，《建筑工程容许振动标准》（GB 50868-2013）给出隔振基础的容许振动速度峰值为20.0mm/s，表7中竖直向速度峰值和水平向速度峰值并不是出现在同一时刻，为了简化评价，假使竖直向和水平向的速度峰值出现在同一时刻，那么各测点的最大振动速度峰值分别为17.3mm/s、15.1mm/s、19.9mm/s、19.8mm/s、17.6mm/s，都小于隔振基础的容许振动速度峰值20.0mm/s，由此可以看出柴油发电机组的隔振基础满足振动要求。
3.2 地面振动分析
把数据分析得到的各测点振动加速度级，如表2～表6所示，代入公式（1），计算得到地面振动计权加速度级，如表8所示。柴油发电机室属于生产操作区，根据前文评价方案，暴露时长1min的生产操作区容许振动计权加速度级分别为：舒适性降低界限，竖向为121db，水平向为116db;疲劳-工效降低界限，竖向为130db，水平向为126db。上述容许振动计权加速度级与表8中的数值进行比较，不难看出柴油发电机室室内地面振动满足振动要求。
3.3 噪声分析
通过仪器测得的各种工况的等效噪声值如表9所示。首先，根据《声环境质量标准》（GB 3096-2008）和《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB 12348-2008）中声环境功能区的划分依据，柴油发电机室外走廊区域可被认为是3类声环境功能区，该类区域的等效噪声限值下限为55db。从表9可以看出，柴油发电机室的隔音门在开启时，门外走廊处噪声值是79.6db;隔音门关闭时，门外走廊处噪声值是41.4db，近似达到了0类声环境功能区的要求。说明柴油发电室的隔音门使得噪声值有很大幅度的下降，使得该区域的噪声值达到噪声限值要求。其次，由表9可以看出，柴油发电机室内噪声值可达到106.5db，该柴油发电机组为风冷发电机组，也并没有超过《中小功率柴油机噪声限值》（GB 14097-1993）对该类型柴油发电机噪声限值为107db的要求，况且柴油发电室的噪声值是所有噪声源共同作用的结果，往往要比柴油发电机单独产生的噪声值要大。最后，建议柴油发电机组操作人员佩戴噪声防护用品，在柴油发电机组开启运转正常后，马上关闭隔音门离开柴油发电机室，可在柴油发电机值班室定时检查柴油发电机的运转情况。通过上述分析，柴油发电机室的噪声排放满足相关标准要求。
4 结论
通过制定柴油发电机室的测量和评价方案，经过现场测量、数据处理和分析，采用相关技术指标对柴油发电机室的振动和噪声环境进行了评价，具体结论如下：
（1）采用振动速度峰值对柴油发电机组的隔振基础振动值进行了评价，隔振基础的测量值均小于容许值，满足振动要求;
（2）从人体全身振动的舒适性界限和疲劳-工效降低界限出发，采用计权振动加速度级对柴油发电机室的地面振动进行了评价，地面振动满足要求;
（3）采用等效噪声值对柴油发电机室的噪声环境进行了评价，噪声排放标准满足要求;柴油发电机室的隔音门对噪声值得影响较大，隔音效果明显。
参考文献
[1]GB 50040-96 动力机器基础设计规范[S].北京：中国计划出版社，1996.
[2]GB 50868-2013 建筑工程容许振动标准[S].北京：中国计划出版社，2013.
[3]GB/T 13441.1-2007 机械振动与冲击 人体暴露于全身振动的评价 第1部分 一般要求[S].北京：中国标准出版社，2007.
[4]ISO 2631-1：1997 Mechanical vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1：General requirements[S]. Switzerland： International Organization for Standardization， 1997.
[5]徐建.建筑工程容许振动标准理解与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
收稿日期：2019-12-15
作者简介：曹璟（1981-），女，硕士，工程师，研究方向为环境监测及环境污染防治。
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