某型发电机组隔声罩隔声性能仿真分析

董 瑞，袁 帅，郭 彬，高 硕

（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061）

0 引言

柴油发电机组凭借单机容量等级多、安装地点灵活、热效率高等优点，近年来在企业、矿区、居民区等场所得到了非常广泛的应用。但机组在运行时会产生较大的噪声，对周围造成严重的噪声污染问题。在声学领域，通常按“源—路径—接受者”模型对噪声进行评价。而隔声罩作为噪声传递路径上的重要组成部分，对其进行吸声或隔声性能研究，对柴油发电机组的噪声控制具有重要的意义[1-2]。

吴建亮[3]按照半球法测定了不装封闭静音箱和装有静音箱的发电机组噪声数值，结果表明中增加静音箱，可使噪声降低10 dB 以上，并提出增加静音箱壁厚和静音海绵厚度可进一步优化静音箱的建议。胡联雄等[4]通过分析柴油发电机组各类噪声声源产生机理，将发电机组划分成不同的噪声控制区域，对现有静音箱的结构方案进行分析探讨，得出通过采用隔声、吸声、消声等措施，合理选择降噪材料，可使静音箱噪声降低至75 dB（A）的结论。Zhou 等[5]基于声学边界元法对隔声罩进行了辐射噪声预测，利用声学灵敏度分析，探究了对插入损失影响最大的因素。张树峰等[6]以某静音型柴油发电机组为研究对象，通过实验与数值模拟相结合的方式，验证了数值计算方法的可靠性，研究了吸声材料声阻抗率参数、通风口结构对隔声罩隔声性能的影响。

本文基于Simcenter 3D 软件，利用间接边界元算法，对某型发电机组不同通风口结构的隔声罩进行仿真分析，以探究不同通风口结构的隔声罩隔声性能差别，为以后隔声罩的降噪设计提供理论指导。

1 模型创建

1.1 结构模型

某型柴油发电机组隔声罩的三维模型如图1 所示。柴油发电机组主要由柴油发动机、发电机、隔声罩、控制柜等部分组成。柴油发电机组隔声罩通风口形式有通风拦网、百叶窗式和U 型窗式。通风拦网式结构噪声泄露最严重，本文不进行分析，仅对百叶窗式和U 型窗式通风口进行对比分析。百叶窗式和U型窗式通风口结构如图2 所示。

图1 发电机组的整机

图2 2 种通风口形式

1.2 声学模型

隔声罩的声学网格模型如图3 所示。图中灰色为刚性平面，用于模拟真实的地面反射条件。绿色为隔声罩声学网格，黄色为麦克风面网格，紫色MIC 点为麦克风点，用于请求压力、速度和强度等结果。

图3 隔声罩声学网格模型

隔声罩网格模型为不封闭模型，机组模型较大，属中大规模的声学求解问题，考虑计算资源及效率，本文采用间接边界元方法对隔声罩的噪声传递问题进行求解[7]，同时得到内部和外部声场信息，探究结构、吸声材料等因素对隔声罩隔声性能的影响。

按照国标《GBT 2820.10-2002 往复式内燃机驱动的交流发电机组 第10 部分噪声的测量（包面法）》的要求，测点的数目与布置如图4 所示[8]，本文仅对1点、以1 点为中心的矩形面A 及过1、3、9 点的矩形面B 的声压级进行对比。

图4 测量面及测点布置

柴油机发电机组的噪声十分复杂，存在风扇噪声、排气噪声、进气噪声及机械噪声等，本文仅对隔声罩的隔声性能的影响因素进行分析，不求获得准确的机组内外声场声压数值[9]。因此，本文声源激励采用一理想点声源，声功率为1W。

2 仿真计算

2.1 百叶窗型和U 型窗隔声罩对比仿真计算

隔声罩除通风口外其他结构及通风口大小、位置保持不变，仅改变通风口形式，经计算，百叶窗型和U型窗通风口测点1 处麦克风点的声压级曲线如图5所示。

图5 测点1 声压级曲线

由声压级曲线可以看出，在低频段（0 ～500 Hz）百叶窗和U 型窗结构的隔声性能相差较小，在中高频段（500 ～4000 Hz）两种结构声压级差距较大，U 型窗结构隔声性能优于百叶窗结构。

A、B 面的声压级云图如图6、图7 所示，图中上方对应百叶窗结构，下方对应U 型窗结构。500 Hz 时，百叶窗高声压级区域面积小于U 型窗高声压级区域面积，百叶窗隔声性能略优于U 型窗。3000 Hz 时，百叶窗云图中高声压级区域面积明显小于U 型窗高声压级区域面积，百叶窗性能低于U 型窗通风口性能。

图6 A 面声压级云图

图7 B 面声压级云图

2.2 百叶窗型叶片通风口角度仿真计算

修改百叶窗型叶片通风口角度α分别为30°、45°和60°，仿真得到1 点声压级曲线如图8 所示。100～1750 Hz 频段，各开口角度对声压级影响相差较小，2000 Hz ～3000 Hz 频段，各开口角度声压级相差较大。

图8 测点1 声压级曲线

计算得到的A、B 面声压级云图如图9、图10 所示，图中上、中、下依次对应开口角度为30°、45°、60°。2000 Hz 时，1 点的声压级由大到小依次为30°、60°、45°；2250 Hz 时，1 点的声压级由大到小依次为45°、30°、60°；3000 Hz 时，1 点的声压级由大到小依次为45°、60°、30°。但由声压级云图可看出三频率点处隔声性能由优到差依次为30°、60°、45°。

图9 A 面声压级云图

图10 B 面声压级云图

综上，百叶窗型通风口叶片开口角度为30°时，隔声性能最优。

2.3 通风口高度仿真计算

A 面所对应百叶窗初始位置为通风口底边距隔声罩底部210 mm，将百叶窗型通风口分别升高50 mm、100 mm，仿真得到1 点的声压级曲线如图11 所示。由声压级曲线可知，在整个频段内三个高度声压级整体相差较小，但在600 Hz、1600 Hz 及2050 Hz 处存在较大数值差异。

图11 测点1 声压级曲线

600 Hz 时所对应A 面声压级云图如图12 所示，图中由上到下依次为初始位置、升高50 mm、升高100 mm。600 Hz、1600 Hz、2050 Hz 声源激励下，升高50 mm 对应声压级云图高声压级区域面积均明显小于初始位置和升高100mm。因此，升高50 mm 时，百叶窗式通风口结构的隔声性能最优。

图12 A 面声压级云图

3 结语

本文利用声学间接边界元法对某型柴油发电机组隔声罩隔声性能进行仿真分析。得到结论如下：

（1）在低频段（0 ～500 Hz）百叶窗和U 型窗结构的隔声性能相差较小，在中高频段（500 ～4000 Hz）U型窗结构隔声性能优于百叶窗结构，整体隔声性能U型窗较优。

（2）100 ～1750 Hz 频段，开口角度30°、45°、60°对声压级影响相差较小，2000 ～3000 Hz 频段，三种开口角度声压级相差较大，整体隔声性能开口角度为30°时最优。

（3）在整个频段内初始高度、升高50 mm、升高100 mm 三种高度声压级整体相差较小，整体隔声性能在升高50 mm 时较优。

现代生活对噪声的要求日趋严格，对发电机组隔声罩的降噪要求越来越高，通过本文的对比仿真分析，合理设计隔声罩通风口结构，可使隔声罩的隔声性能进一步提高，以满足国家环境要求的噪声标准。