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渦輪增壓柴油機進氣消聲器設(shè)計與試驗驗證
進氣噪聲是渦輪增壓柴油機最主要的噪聲源，其中壓氣機產(chǎn)生的高頻旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲對整機噪聲的貢獻最大。當(dāng)前的研究均采用“聲源阻抗+消聲器四極參數(shù)+管口輻射阻抗”的計算策略，但對于大中型柴油機，進氣消聲器通常采用周向進氣形式，無法獲得進氣口的輻射阻抗，導(dǎo)致常規(guī)方法不再適用?；诖?，筆者提出了采用有限元方法結(jié)合自動匹配層(AML)技術(shù)模擬消聲器內(nèi)部聲場和進氣口的輻射噪聲，從而實現(xiàn)進氣消聲器插入損失的數(shù)值計算。筆者針對某渦輪增壓柴油機進氣噪聲控制問題，開展空氣過濾消聲器設(shè)計，計算并分析空氣過濾消聲器的插入損失和阻力損失，通過配機性能試驗分析空氣過濾消聲器的實際降噪效果。
01空氣過濾消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能計算1.1 設(shè)計方案
圖1 為組合式空氣過濾消聲器結(jié)構(gòu)示意。為提高中、高頻消聲效果，在原空氣過濾消聲器(內(nèi)部吸聲材料為毛氈)外側(cè)增加一個穩(wěn)流箱，在箱體內(nèi)部填充吸聲效果更優(yōu)的吸聲材料-硅酸鋁巖棉，形成組合式空氣過濾消聲器A(圖1a)。為有效降低壓氣機寬頻噪聲，在壓氣機進氣側(cè)增加一個阻性消聲器(消聲器內(nèi)填充毛氈)，與空氣過濾消聲器串聯(lián)，形成組合式空氣過濾消聲器B(圖1b)。
圖1 組合式空氣過濾消聲器結(jié)構(gòu)示意
1.2 聲學(xué)性能計算
圖2 為空氣過濾消聲器插入損失計算結(jié)果?？芍? 種消聲器的插入損失有相似的特性，第一個較為明顯的共振頻率出現(xiàn)在1 100 Hz，是由空氣過濾消聲器中整流腔的側(cè)支共振產(chǎn)生。插入損失在高頻時出現(xiàn)明顯差異，是由穩(wěn)流吸聲腔和阻性消聲器引起的。圖3 為進氣管道和3 種消聲器的聲功率譜，可得原空氣過濾消聲器和組合式空氣過濾消聲器A、B的插入損失分別為16.7、23.8 和25.1 dB。
圖2 消聲器的插入損失
圖3 輻射聲功率
1.3 阻力損失計算
圖4 為速度流線。氣流通過吸聲片之間的通道從不同方向匯集到空氣過濾消聲器內(nèi)，并由導(dǎo)流管進入進氣管道，產(chǎn)生較為明顯的旋渦結(jié)構(gòu)。氣流通過消聲器導(dǎo)流管時，前、后有較大的速度梯度，是造成阻力損失的主要原因，因而可以通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流管的喉部直徑來控制進氣消聲器的阻力損失。插入損失和阻力損失計算結(jié)果表明：兩種組合式消聲器設(shè)計方案均具有良好的消聲效果，且滿足進氣阻力限值要求。
圖4 不同消聲器的速度流線
2進氣消聲器配機性能試驗為避免柴油機本體輻射噪聲對進氣噪聲測量結(jié)果的影響，在壓氣機進氣側(cè)安裝一段3 m 的進氣導(dǎo)管，并在柴油機和傳聲器間豎立一道隔聲板，如圖5所示。試驗首先安裝組合式空氣過濾消聲器A，聲陣列距離穩(wěn)流箱進氣口為200 mm，呈45°；然后安裝組合式空氣過濾消聲器B，聲陣列距離空氣過濾器為200 mm。
圖5 進氣噪聲試驗
圖6 為不同空氣過濾消聲器的進氣噪聲測量結(jié)果。兩種設(shè)計方案均使進氣噪聲大幅降低，進氣基頻噪聲和諧頻噪聲、壓氣機旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲等得以有效控制，頻譜曲線上噪聲突出的頻率明顯減少。
圖6 安裝組合式空氣過濾消聲器前、后的噪聲頻譜
03、參考文獻
[1]韓康健,季振林,馬曉燕.渦輪增壓柴油機進氣消聲器設(shè)計與試驗驗證[J].內(nèi)燃機學(xué)報,2022,(04):331-337.
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