謝能金

摘要：正是因?yàn)椴裼蜋C(jī)本身具有較高的熱效率，因此被廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)之中，但是也因?yàn)椴裼蜋C(jī)工作相對(duì)較為粗暴，噪聲較大，所以如何進(jìn)一步降低柴油機(jī)的噪聲問(wèn)題儼然已經(jīng)成為最為棘手的問(wèn)題所在。尤其是消聲器設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直接影響到柴油機(jī)的排氣噪聲大小?；诖吮疚墓P者即結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)，就柴油機(jī)排氣消聲器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此進(jìn)一步降低柴油機(jī)的噪聲問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);消聲器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)優(yōu)化

前言：

柴油機(jī)排氣消聲器設(shè)計(jì)工作本身就是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，其設(shè)計(jì)好壞不僅會(huì)直接影響到整個(gè)柴油機(jī)排氣噪聲大小，同時(shí)還會(huì)對(duì)消聲器本身的機(jī)構(gòu)性能造成一定的影響。所以進(jìn)一步優(yōu)化柴油機(jī)排氣消聲器設(shè)計(jì)，以此降低柴油機(jī)排氣噪聲則尤為重要。為此以下筆者即以CBTK00型柴油機(jī)為例展開粗淺的探討，以期能夠進(jìn)一步提高消費(fèi)者在使用柴油機(jī)過(guò)程中的舒適度。

1.消聲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一，確定氣流流通面積。在設(shè)計(jì)消聲器的過(guò)程中，合理的控制消聲器中的氣流速度，盡可能的降低氣流對(duì)消聲效果所帶來(lái)的影響，對(duì)氣流的再生噪聲有著十分積極的抑制作用。因此氣流速度的控制是消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)所在。通常情況增大管道流通面積雖然能夠減少氣流速度，但是卻會(huì)導(dǎo)致消聲器夸張比減小。所以，在綜合的考慮氣流速度與擴(kuò)張比的前提下，可以將消聲器內(nèi)部氣流速度控制在40～60m/s范圍內(nèi)。因?yàn)镃BTK00柴油機(jī)的排氣消聲器，其進(jìn)口直徑為60mm，截面積為2826mm2，并且因?yàn)橄暺鞯膬?nèi)部有穿孔板和穿孔管的存在，流通面積為1865m2，這也就是消聲器內(nèi)部的有效的流通面積。本次設(shè)計(jì)中CBTK00柴油機(jī)的實(shí)際進(jìn)氣流量為84m3/h，消聲器內(nèi)的排氣流速為41m/s，其流通面積則應(yīng)該為1865m2。

第二，選擇消聲器的腔數(shù)與腔長(zhǎng)。對(duì)于消聲器而言，想要獲得較好的高頻消聲效果必須要增加腔數(shù)，這樣不僅會(huì)造成低頻消聲效果相對(duì)較差，還會(huì)進(jìn)一步增加制造與加工成本。而如若想要獲得較好的低頻消聲效果而減少腔數(shù)，又會(huì)造成高頻消聲效果較差。所以在綜合考量CBTK00型柴油機(jī)的排氣噪聲頻譜特性以后，將消聲器均勻的分割成為2到3個(gè)腔最為適宜。此外，當(dāng)消聲器各個(gè)腔體內(nèi)部的消聲峰值和排氣噪聲主要峰值相同時(shí)，消聲器的效益效果最佳，所以通過(guò)排氣噪聲頻譜特性還可以確定各個(gè)腔的長(zhǎng)度。需要注意的是因?yàn)橄暺鞯牡谝磺粚?duì)高速氣流具有緩沖作用，所以將第一腔設(shè)計(jì)為最長(zhǎng)腔的做法最為常見。當(dāng)然因?yàn)橄暺髯詈笠磺坏臍饬鞯钠骄鶞囟壬献畹停栽谛路桨钢幸部梢詫⒆詈笠磺辉O(shè)計(jì)成為最長(zhǎng)腔。

第三，選擇消聲元件。確定好消聲器的腔數(shù)與各腔長(zhǎng)度以后，可以直接采取在隔板上開孔的方法對(duì)各個(gè)腔體進(jìn)行連接，也可以采取內(nèi)插管連接方法。而選擇內(nèi)插管的方式既可能增大有效消聲頻段內(nèi)的消聲量，也能夠減少大部分的通過(guò)頻率，有效提高擴(kuò)張腔內(nèi)的消音性能。所以，在CBTK00型柴油機(jī)的排氣消聲器腔體之間使用內(nèi)插管連接最為適宜。此外為了彌補(bǔ)這種消聲器在高頻段上存在的消聲量不足這一問(wèn)題，可以使用穿孔消聲元件。

2.消聲器設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

基于上述消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，我們可以清楚的看到對(duì)消聲器消聲性能造成較大影響的具體參數(shù)，進(jìn)而以此為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)出兩種消聲器，分比為1#，2#。

1#消聲器的外殼尺寸為Φ210×264mm，采用的是三腔回流結(jié)構(gòu)，最長(zhǎng)腔為第三腔，一二腔之間使用穿孔板，出口管則采取穿孔管結(jié)構(gòu)。在穿孔管與穿孔板之間布置66個(gè)Φ6小孔，流通面積為594π（mm2），進(jìn)口流通面積為576π（mm2）并小于穿孔流通面積。可采取擴(kuò)大容積、增加腔數(shù)、采用內(nèi)插管的方式進(jìn)行改進(jìn)。具體而言可以將殼體的直徑加大至210mm，長(zhǎng)度加大至268mm，從而進(jìn)一步增大了容積比與擴(kuò)張比。

2#消聲器依舊采取原有直徑與長(zhǎng)度，173mm、264mm。采取帶有穿孔管的回流結(jié)構(gòu)作為消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了獲得更加良好的消聲效果，進(jìn)出口管均可使用穿孔管。腔內(nèi)部的四根流通管直徑為34mm，流通面積為578π。此外為了方便打孔以及孔的布置，應(yīng)將進(jìn)氣口直徑改為60mm，小孔直徑為5mm，進(jìn)氣管布置96個(gè)孔，流通面積為600π，排氣管出口同樣布置96個(gè)孔。

3.試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)CBTK00型柴油機(jī)九點(diǎn)聲壓級(jí)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，計(jì)算整機(jī)的聲功率級(jí)，對(duì)新型消聲器的消聲性能加以考察，具體如表1所示。

從表1中我們可以清楚的看到，1#消聲器雖然具有較好的消聲效果與油耗性能，但是因?yàn)轶w積相對(duì)較大，所以在安裝、生產(chǎn)方面會(huì)產(chǎn)生一定的影響，成本會(huì)被進(jìn)一步加大。

而2#消聲器雖然體積較小，適合于批量生產(chǎn)，但是在消聲效果與油耗性能上則稍顯遜色，想要達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的整機(jī)噪聲水平需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的其他部件進(jìn)行改進(jìn)。

從整體的試驗(yàn)研究來(lái)看，尺寸相對(duì)較小的消聲器更加適合工廠的大批量生產(chǎn)，值得進(jìn)行深層次的研究與論證。

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