世界实时：涡轮增压柴油机进气消声器设计与试验验证

2022-08-30 08:40:00来源：内燃机学报

进气噪声是涡轮增压柴油机最主要的噪声源，其中压气机产生的高频旋转噪声和涡流噪声对整机噪声的贡献最大。当前的研究均采用“声源阻抗+消声器四极参数+管口辐射阻抗”的计算策略，但对于大中型柴油机，进气消声器通常采用周向进气形式，无法获得进气口的辐射阻抗，导致常规方法不再适用。基于此，笔者提出了采用有限元方法结合自动匹配层(AML)技术模拟消声器内部声场和进气口的辐射噪声，从而实现进气消声器插入损失的数值计算。笔者针对某涡轮增压柴油机进气噪声控制问题，开展空气过滤消声器设计，计算并分析空气过滤消声器的插入损失和阻力损失，通过配机性能试验分析空气过滤消声器的实际降噪效果。

(资料图)

空气过滤消声器结构设计与性能计算

1.1 设计方案

图1 为组合式空气过滤消声器结构示意。为提高中、高频消声效果，在原空气过滤消声器(内部吸声材料为毛毡)外侧增加一个稳流箱，在箱体内部填充吸声效果更优的吸声材料-硅酸铝岩棉，形成组合式空气过滤消声器A(图1a)。为有效降低压气机宽频噪声，在压气机进气侧增加一个阻性消声器(消声器内填充毛毡)，与空气过滤消声器串联，形成组合式空气过滤消声器B(图1b)。

图1 组合式空气过滤消声器结构示意

1.2 声学性能计算

图2 为空气过滤消声器插入损失计算结果。可知3 种消声器的插入损失有相似的特性，第一个较为明显的共振频率出现在1 100 Hz，是由空气过滤消声器中整流腔的侧支共振产生。插入损失在高频时出现明显差异，是由稳流吸声腔和阻性消声器引起的。图3 为进气管道和3 种消声器的声功率谱，可得原空气过滤消声器和组合式空气过滤消声器A、B的插入损失分别为16.7、23.8 和25.1 dB。

图2 消声器的插入损失

图3 辐射声功率

1.3 阻力损失计算

图4 为速度流线。气流通过吸声片之间的通道从不同方向汇集到空气过滤消声器内，并由导流管进入进气管道，产生较为明显的旋涡结构。气流通过消声器导流管时，前、后有较大的速度梯度，是造成阻力损失的主要原因，因而可以通过调节导流管的喉部直径来控制进气消声器的阻力损失。插入损失和阻力损失计算结果表明：两种组合式消声器设计方案均具有良好的消声效果，且满足进气阻力限值要求。

图4 不同消声器的速度流线

进气消声器配机性能试验

为避免柴油机本体辐射噪声对进气噪声测量结果的影响，在压气机进气侧安装一段3 m 的进气导管，并在柴油机和传声器间竖立一道隔声板，如图5所示。试验首先安装组合式空气过滤消声器A，声阵列距离稳流箱进气口为200 mm，呈45°；然后安装组合式空气过滤消声器B，声阵列距离空气过滤器为200 mm。

图5 进气噪声试验

图6 为不同空气过滤消声器的进气噪声测量结果。两种设计方案均使进气噪声大幅降低，进气基频噪声和谐频噪声、压气机旋转噪声和涡流噪声等得以有效控制，频谱曲线上噪声突出的频率明显减少。

图6 安装组合式空气过滤消声器前、后的噪声频谱

03、

参考文献

[1]韩康健,季振林,马晓燕.涡轮增压柴油机进气消声器设计与试验验证[J].内燃机学报,2022,(04):331-337.

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