柴油發(fā)電機室振動和噪聲影響評價

　　柴油發(fā)電機作為一項重要的設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)、生活當(dāng)中，涉及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事等多個領(lǐng)域。柴油發(fā)電機是動力機器的一種，其在運行當(dāng)中可能會帶來一些負(fù)面作用。首先，柴油發(fā)電機運行時會產(chǎn)生一定的振動，振動會作用于柴油發(fā)電機基礎(chǔ)，如果柴油發(fā)電機設(shè)計、生產(chǎn)或安裝不當(dāng)就會對柴油發(fā)電機基礎(chǔ)造成損壞，這樣的不良結(jié)果又會導(dǎo)致柴油發(fā)電機使用壽命的減少，為了減少和避免該種事件的發(fā)生，我國出臺了強制性的規(guī)范[1]來指導(dǎo)動力機器基礎(chǔ)的設(shè)計;其次，柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動通過基礎(chǔ)也會傳遞到柴油發(fā)電機室的地面或者其他位置，地面振動可能會引起周圍工作人員疲勞或者身體不適[2-4];最后，柴油發(fā)電機的運轉(zhuǎn)會帶來高強噪聲，它不僅會損傷操作人員的聽覺器官，導(dǎo)致各種疾病，降低勞動生產(chǎn)率，而且會造成周圍環(huán)境的噪聲污染。判斷柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和噪聲是否滿足要求，就需要進行測量和評價分析。

　　本文針對某一柴油發(fā)電機室，對柴油發(fā)電機基礎(chǔ)的振動值、柴油發(fā)電機室地面的振動值，以及柴油發(fā)電機室的噪聲值進行測量，綜合分析柴油發(fā)電機室的振動和噪聲環(huán)境，對其影響進行合理地評價。

　　1 測量和評價方案

　　所測量的柴油發(fā)電機從下到上依次為混凝土基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)上布置隔振器，而隔振器與放置柴油發(fā)電機的鋼制底座相連，那么該柴油發(fā)電機已進行了基礎(chǔ)隔振。參照國家標(biāo)準(zhǔn)《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組第9 部分：機械振動的測量和評價》(GB/T 2820.9-2002)、《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50868-2013)、《機械振動與沖擊 建筑物的振動 振動測量及其對建筑物影響的評價和指南》(GB/T 14124-2009)的規(guī)定和方法等，對柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)時，基礎(chǔ)的振動值進行測量，鋼制底座需滿足隔振基礎(chǔ)的振動容許值要求。對于鋼制底座，測量點分別布置在鋼制底座長方體上表面的中心位置及上表面長方形的四邊中點處，共計5 個測點，使用速度傳感器進行測量，測量時長1min。由于柴油發(fā)電機采用了基礎(chǔ)隔振，放置柴油發(fā)電機的鋼制底座的振動更接近于柴油發(fā)電機自身的振動[5]，可以參照國家標(biāo)準(zhǔn)《往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組 第9 部分：機械振動的測量和評價》(GB/T 2820.9-2002)的要求來進行評價，也可以參照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50868-2013)對發(fā)動機隔振基礎(chǔ)的具體要求來進行評價，后者比前者的要求嚴(yán)格，所以本文參照后者來評價隔振基礎(chǔ)的振動值。

　　對于柴油發(fā)電機室地面的振動值，主要是柴油發(fā)電機運行時會對進入或者工作在柴油發(fā)電機室的人員引起全身振動，根據(jù)全身振動作用可將振動控制界限分為舒適性界限和疲勞-工效降低界限。評價地面振動的標(biāo)準(zhǔn)本文采用建筑物內(nèi)人體舒適性和疲勞-工效降低的容許振動值，具體參照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50868-2013)、《機械振動與沖擊 人體暴露于全身振動的評價 第1 部分：一般要求》(GB/T 13441.1-2007)、《機械振動與沖擊 人體暴露于全身振動的評價 第2 部分：建筑物內(nèi)的振動(1Hz ～80Hz)》(GB/T 13441.2-2008)，測量點分別布置在柴油發(fā)電機室地面的中心，柴油發(fā)電機周圍的地面處，以及進入柴油發(fā)電機室的門口地面上，共計5 個測點，每個測點測量時長為1min。

　　對于柴油發(fā)電機室的噪聲值測量和評價，參照國家標(biāo)準(zhǔn)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096-2008)、《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12348-2008)、《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50868-2013)、《中小功率柴油機噪聲限值》(GB 14097-1993)來進行。主要測點布置在柴油發(fā)電機室內(nèi)，以及柴油發(fā)電機室的室外門口處。柴油發(fā)電機室的隔音門存在開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)，因此，比較隔音門開啟關(guān)閉狀態(tài)下對噪聲的影響。房間內(nèi)噪聲測量時，因為柴油發(fā)電機組是柴油發(fā)電機室最主要和最大的噪聲源，所以室內(nèi)測點設(shè)在柴油發(fā)電機組周圍距任一反射面至少1m、距地面1.2m 處;室外門口測量時，測點距離關(guān)閉狀態(tài)的柴油發(fā)電機室隔音門2m、距地面1.2m 處。噪聲測試共計4 個測點，每個測點測量時長1min。

　　表1 豎向與水平向計權(quán)因子

　　表2 柴油發(fā)電機室地面測點1 振動加速度級

　　2 數(shù)據(jù)處理

　　對于柴油發(fā)電機隔振基礎(chǔ)的振動值，即鋼制底座的振動值，通過儀器可以直接獲得其振動速度峰值。對于柴油發(fā)電機室的噪聲值，也可直接通過聲級計直接讀取，非常簡便。

　　對于柴油發(fā)電機室地面的振動值，通過儀器測得1/3 倍頻程的振動加速度有效值，然后通過式(1)和式(2)進行數(shù)據(jù)分析，獲得振動計權(quán)加速度級，從而評估地面振動值是否滿足建筑物內(nèi)人體舒適性和疲勞-工效降低的容許振動值。

　　式中，VL 為振動計權(quán)加速度級;VALi 為振動加速度級，計算公式見式(2);ji 為計權(quán)因子，分為豎向振動計權(quán)因子和水平向振動計權(quán)因子，可參照文獻[3][4][5]選取，具體數(shù)值見表1。

　　式中，ai 為振動加速度有效值;ao 為基準(zhǔn)加速度，取值為10-6m/s。通過儀器測得各測點1/3 倍頻程中心頻率對應(yīng)的振動加速度有效值，然后運用式(2)進行振動加速度級的轉(zhuǎn)換處理，得出柴油發(fā)電機室地面振動的加速度級如表2 ～表6 所示。

　　表3 柴油發(fā)電機室地面測點2 振動加速度級

　　表4 柴油發(fā)電機室地面測點3 振動加速度級

　　表5 柴油發(fā)電機室地面測點4 振動加速度級

　　表6 柴油發(fā)電機室地面測點5 振動加速度級

　　3 實驗結(jié)果與分析

　　3.1 隔振基礎(chǔ)振動分析

　　通過測試儀器獲得柴油發(fā)電機鋼制底座振動速度峰值如表7 所示，根據(jù)前文的評價方案，《建筑工程容許振動標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50868-2013)給出隔振基礎(chǔ)的容許振動速度峰值為20.0mm/s，表7 中豎直向速度峰值和水平向速度峰值并不是出現(xiàn)在同一時刻，為了簡化評價，假使豎直向和水平向的速度峰值出現(xiàn)在同一時刻，那么各測點的最大振動速度峰值分別為17.3mm/s、15.1mm/s、19.9mm/s、19.8mm/s、17.6mm/s，都小于隔振基礎(chǔ)的容許振動速度峰值20.0mm/s，由此可以看出柴油發(fā)電機組的隔振基礎(chǔ)滿足振動要求。

　　3.2 地面振動分析

　　把數(shù)據(jù)分析得到的各測點振動加速度級，如表2 ～表6 所示，代入公式(1)，計算得到地面振動計權(quán)加速度級，如表8 所示。柴油發(fā)電機室屬于生產(chǎn)操作區(qū)，根據(jù)前文評價方案，暴露時長1min 的生產(chǎn)操作區(qū)容許振動計權(quán)加速度級分別為：舒適性降低界限，豎向為121db，水平向為116db;疲勞-工效降低界限，豎向為130db，水平向為126db。上述容許振動計權(quán)加速度級與表8 中的數(shù)值進行比較，不難看出柴油發(fā)電機室室內(nèi)地面振動滿足振動要求。

　　3.3 噪聲分析

　　通過儀器測得的各種工況的等效噪聲值如表9 所示。首先，根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3096-2008)和《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 12348-2008)中聲環(huán)境功能區(qū)的劃分依據(jù)，柴油發(fā)電機室外走廊區(qū)域可被認(rèn)為是3 類聲環(huán)境功能區(qū)，該類區(qū)域的等效噪聲限值下限為55db。從表9 可以看出，柴油發(fā)電機室的隔音門在開啟時，門外走廊處噪聲值是79.6db;隔音門關(guān)閉時，門外走廊處噪聲值是41.4db，近似達到了0 類聲環(huán)境功能區(qū)的要求。說明柴油發(fā)電室的隔音門使得噪聲值有很大幅度的下降，使得該區(qū)域的噪聲值達到噪聲限值要求。其次，由表9 可以看出，柴油發(fā)電機室內(nèi)噪聲值可達到106.5db，該柴油發(fā)電機組為風(fēng)冷發(fā)電機組，也并沒有超過《中小功率柴油機噪聲限值》(GB 14097-1993)對該類型柴油發(fā)電機噪聲限值為107db的要求，況且柴油發(fā)電室的噪聲值是所有噪聲源共同作用的結(jié)果，往往要比柴油發(fā)電機單獨產(chǎn)生的噪聲值要大。最后，建議柴油發(fā)電機組操作人員佩戴噪聲防護用品，在柴油發(fā)電機組開啟運轉(zhuǎn)正常后，馬上關(guān)閉隔音門離開柴油發(fā)電機室，可在柴油發(fā)電機值班室定時檢查柴油發(fā)電機的運轉(zhuǎn)情況。通過上述分析，柴油發(fā)電機室的噪聲排放滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　表7 鋼制底座振動速度峰值

　　表8 柴油發(fā)電機室地面振動計權(quán)加速度級

　　表9 柴油發(fā)電機室噪聲排放值

　　4 結(jié)論

　　通過制定柴油發(fā)電機室的測量和評價方案，經(jīng)過現(xiàn)場測量、數(shù)據(jù)處理和分析，采用相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對柴油發(fā)電機室的振動和噪聲環(huán)境進行了評價，具體結(jié)論如下：

　　(1)采用振動速度峰值對柴油發(fā)電機組的隔振基礎(chǔ)振動值進行了評價，隔振基礎(chǔ)的測量值均小于容許值，滿足振動要求;

　　(2)從人體全身振動的舒適性界限和疲勞-工效降低界限出發(fā)，采用計權(quán)振動加速度級對柴油發(fā)電機室的地面振動進行了評價，地面振動滿足要求;

　　(3)采用等效噪聲值對柴油發(fā)電機室的噪聲環(huán)境進行了評價，噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)滿足要求;柴油發(fā)電機室的隔音門對噪聲值得影響較大，隔音效果明顯。