沼气内燃机噪音产生机理分析及改善措施探讨

任涛

摘要：在内燃机发展的一百多年来，其结构和性能已经发生了许多变化，技术更新十分迅速，内燃机作为发电厂的重要动力设备，其性能对发电效率有很大的影响。近年来，沼气内燃机在发电领域受到了高度关注，但沼气内燃机运行过程中会产生大量的噪音，成为制约内燃机效率提升的的重要原因之一。本文对沼气内燃机噪音的产生机理进行了深入的研究，为沼气内燃机减振降噪提供了理论和实践参考。

关键词：沼气内燃机;噪音机理;减振降噪

随着我国经济社会的迅速发展和人们生活水平的提高，电力供应成为社会正常运作的重要条件，电力企业不但要保证发电量满足社会需求，同时还要满足环保要求，使发电企业面临着越来越大的压力。沼气内燃机的引入使发电厂的环境保护、制造成本和动力要求之间的矛盾得到了一定程度的缓解，然而内燃机又会由于制造、匹配、操作、磨损等多方面的原因而带来了不可避免的噪声，对发电系统的性能造成了严重的影响。本文围绕沼气内燃机噪音问题展开了研究，具有十分重要的现实意义。

1沼气发电技术概述

随着全球硬化资源的日益紧张，各国对可再生能源的研究与开发投入不断加大。沼气技术经过多年的探索，目前已有许多工程项目投入使用或试用，在发酵工艺不断完善的背景下，沼气产量开始能够满足一些小规模的发电需求。而沼气是通过内燃机来实现向电能转化的，因而沼气内燃机组的研究成为整个没沼气发电技术的核心之一。沼气通过为发电机组提供燃烧原料，为整个沼气发电系统提供了基础，系统涉及的关键设备包括沼气发电机组、发电机和热回收装置等等。沼气经脱硫器由贮气罐输送至燃气发电机组燃烧，放出的热量驱动沼气内燃机工作，成为机械能，这些机械能又通过传动系统驱动发电机，从而产生电力。但是沼气内燃机作为重要的动力装置，其噪声问题成为影响整体发电效率的重要因素之一。

2内燃机与噪声的关系

沼气内燃机的使用使发动机的环保性能得到改善，在动力、成本等方面也得到了最大程度的平衡，有效促进了发电企业的可持续发展。首先，沼气内燃机在动力输出不变的情况下，使能源得到了有效的节约，使生活垃圾等固废得到了回收利用;其次，沼气内燃机通过将沼气的内能转化为机械能后，其余热还可以为其它工序提供热量;再次，沼气发电机组在理论上可以取得比传输发电系统更高的发电效率，使电厂的技术升级开拓了新的方向。從目前的技术来看，沼气内燃机一般由一个机体、两大机构和五大系统组成，其中两大机构包括曲柄连杆机构和配气机构，五大系统包括供给系统、润滑系冷却系统、点火系统和起动系统，这些机构和系统的零部件之间因为制造缺陷、装配误差或外部负荷不稳定等因素，在工作时会产生不可避免振动，振动通过结构体向外部空气辐射，形成内燃机噪声。理论和研究表明，沼气内燃机噪声主要源于运动机构，改善其噪声状况将对降低发电机组整体噪声有着显著的效果。

3沼气内燃机噪声的产生机理分析

沼气内燃机的一个机体、两大机构和五大系统均会产生一定水平的噪声。机械振动的前提是受到动态激励的作用。可以造成振动现象的动态激励源按其产生部分可以分为外部激励和内部激励两种类型，其中外部激励就是系统在受到外部激励作用时而相应出现的激励，外部激励通常有旋转质量失衡、负载扭矩波动和系统中其他零部件的激励。发动机在正常工作状态下，如果负载的扭矩出现较大的波动，那么内燃机内部机构也会产生脉动变化的相应应力。造成振动的内部激励主要出现在机械零部件的接触与运动过程中，因而是由系统内部产生的，从激励的来源不同可以将内部激励分为刚度激励、误差激励和啮入啮出冲击激励等几种类型。简单来说，沼气内燃机在工作时的振动向外界辐射，就形成了噪声。

4沼气内燃机噪声的改善措施探讨

4.1  优化齿轮转速与功率控制

齿轮在高速转动的过程中，会与周围的空气产生剧烈的摩擦，引发空气的振动，最终形成噪声。显然，齿轮的转动噪声与其转动速度是成正比的，也就是说，齿轮转动速度越快，与周围空气的摩擦就越剧烈，对外辐射的噪声就越大;反之，齿轮转速度越小，对外辐射的噪声水平就越低。对于一些高载荷的应用场合而言，齿轮的载荷也会很高，这时候的噪声水平就与功率的高低有直接的关系了。齿轮传递的功率越大，产生的声压就越大，对外辐射的噪声水平就越高。在降噪措施上，可以对齿轮的噪声特性进行分析，充分考虑各种影响因素，科学计算变速箱的各项参数，对转速与功率进行反复试验，使各种工况下都能实现最优的转速与功率控制，以应对高功率和高转速带来的齿轮噪声。

4.2  提高零件加工和装配精度

曲柄机构等运动部件作为一种机械零件，在加工的时候不可能是完美的，由于机床的加工精度、零件本身的制造缺陷等原因多多少少会出现一些缺陷，例如表面突起、凹陷、轴向偏心、公差过大等，造成传动不平稳。另外，在装配过程中，如果轴不对中，几何偏心率过大，也将带来难以避免的噪声。零件的加工误差和装配误差可以使各运动部件从啮入到啮出的整个过程中不能得到理论齿廓的平滑接触而发生碰撞，造成啮合冲击。对于高功率、高转速的零件而言，几何误差带来的噪声将被进一步放大，造成更显著的噪声影响。然而，几何误差是源头性的，在使用过程中是无法避免的，只能在加工过程中对质量严加控制，在出厂时对零件各项尺寸进行加严验收，尽量减小加工的公差范围。各项参数越接近完美，其运行时的噪声水平就越低。为了避免变形和对中误差造成的噪声过于显著，可以通过加大轴系和外壳的刚度，增加机械机构的紧固力来进一步抑制。

4.3  改进箱体结构设计

不同的箱体结构对内部噪声的反射和透射性质完全不同。规则的箱体设计可以有效地控制噪声的声场传播行为，例如圆柱形、球形、立方体等等，但由于沼气内燃机内部结构的复杂性，不可能将箱体设计成完成单一的几何结构。为了与周边机械设备相配合，并优化箱体内部的结构分布，各厂家的外箱都形成了自己的一套比较成熟的结构。试验研究表明，圆筒形箱体结构对减震的效果是最好的，一般情况下可以比普通长方体结构的噪声级低6dB以上，这个种改善对内燃噪声水平的控制已经是相当有意义的了，可见箱体结构对噪声的水平影响是十分显著的，是一个影响沼气内燃机噪声的重要原因。另外，考虑到不同的箱体结构还会有不同的共振特性，为了避免箱体与内部运动机构的振动产生共振，造成难以控制的噪声，因此必须通过共振测试来避免箱体的共振。

5结语

本文对沼气内燃机噪音的产生机理展开了全面的研究，并有针对性地总结分析了沼气内燃机噪音的改善措施，同时具有一定的应用价值。随着发电技术的进步，沼气内燃机的结构和材料将更加复杂，对噪声的控制也将更加严格，当前的分析技术从长远来看是无法满足发电企业的发展需求的，因此沼气内燃机噪声水平的评价、模型构建、结构的优化等方面将成为今后沼气内燃机噪声问题研究的焦点。

参考文献：

[1]   李景明，李冰峰，徐文勇.中国沼气产业发展的政策影响分析[J].中国沼气，2018，36（05）：3-10.

[2]   徐幸炜.浅析内燃机热传递和振动噪声控制问题[J].内燃机与配件，2018（22）：101-102.

[3]   刘鲲鹏，于明奇，白云川，李泽华，吕麒鹏.一种内燃机滚动轴承振动信号降噪方法[J].内燃机与配件，2018（15）：68-70.