柴油机发电机消音器消音效果使用原理是什么？ 

        现在无论是汽轮机类还是船用发动机发展带动了整个世界的工业发展,成为一个国家现代化水平的最重要的标志之一。     但同时也将各种污染带给了人类,最主要的是空气污染和噪音污染。世界在取得汽车等有关发动机工业进步的同时,也受到污染的危害。各国对这两种污染一直很重视,各种新科技、新工艺都不断的应用于发动机工业,以降低有害排放,降低噪音污染,并且也取得了令人瞩目的成果。
        目前,柴油机噪音可接近80～85dB；我国生产的柴油发动机,噪音也接近这个水平。但是现阶段在降低噪音方面,可以说是举步维艰。噪音的污染包括机械部件运转的噪音、发动机机体辐射的噪音、进气噪音,最主要的是排气噪音。发动机所产生的噪音,大部分都来自于排气噪音。降低排气噪音的方法主要是在排气口安装柴油机发电机消音器,柴油机发电机消音器的性能,也就在很大程度上决定了降低噪音污染的水平。
        传统的柴油机发电机消音器有三种:阻性消音器、抗性消音器、阻抗复合消音器。其中阻性消音器使用为广泛。阻性消音器是靠增大排气道中的排气阻力,同时也延长排气时间,来削减排气峰值和排气压力,降低了排气噪音。抗性消音器是将排气道中气体压力波的波峰、波谷相叠加,使排气道中平均压力降低,来达到消音的效果。阻性消音器因为排气时气道中阻力的存在,严重地影响了充气效率,并消耗了相当一部分功率。也就同时增加了有害排放和燃油消耗。
        抗性消音器消音效果受工作频率的影响很大。传统的柴油机发电机消音器发展到今天,因为受各种条件的限制,进一步改善的空间已经越来越小。现在介绍一种新的消音器,虽然它仍然存在于构想之中,但我们经过长时间的思考、推理,期间也在关键技术方面求教于发动机、震动学方面的专家、得到了理论上肯定的支持。根据工作时柴油机发电机消音器的空间位置及工作状态的不同,我们可将传统的消音器称为静态消音器,而下面介绍的可被称作是一种动态消音器,其结构简图见图1。动态柴油机发电机消音器结构工作方式:从发动机排气管排出的废气经消音器进气口进入消音器腔,从两个方向相反的排气口排出。
        柴油机发电机消音器原理:高温、高压的废气从排气口排出时,消音器体受反冲力作用,开始旋转。发动机的排气管近似于单源噪音,其声功率表达式为:W=ρIV4/C(1)式中ρ—气体密度；I—有关长度;V—气体相对流速;C—声速。式中ρ、I、V、C对特定消音器来讲为常量,则上式又可表示为:W=kV4(2)对于旋转式消音器,只要存在相对速度V,就存在反冲力F=ρSV(ρ—气体密度,S—排气口截面积、V—相对速度),反冲力的作用使消音器旋转。柴油机发电机消音器旋转的同时,也就会受到空气摩擦力以及机械摩擦力的作用。如果F大于作用于消音器受到的各种摩擦力,消音器就会加速旋转。如果摩擦力足够小,根据(2)式可以推断出,其声功率W也足够小。对于发动机来说,V是一个接近周期性变化的量,其噪音标准可换算成V恒定的单源噪音。
        这种柴油机发电机消音器的消音原理也可以利用能量守恒定律来解释。废气能量转化为消音器与外界的摩擦热量,使废气能量减小,声功率下降,噪音也就变小。例如,增压发动机,其排气时废气压力远大于普通发动机排气压力,但它的排气噪声甚至比非增压发动机排气噪声略小。究其原因就是部分废气能量消耗在增压涡轮上,废气能量减小。下面以115单缸柴油机为例,对消音器的消音效果进行对比分析,见图1(A)(B)(C)。图1(C)是采用旋转式柴油机发电机消音器,排气口的理论气压波形。如图1(C)所示,整个波形随时间在PF两侧波动。其中,阴影部分1、2的面积大致相等。图1(C)的推理与分析:在发动机正常工作情况下,消音器达到正常的工作状态,排气口气体压力主要是用来克服各种摩擦力。所以,排气压力曲线以PF为中心。   
        同时,由于排气管排出的废气变化曲线如图1(A)所示,所以,产生一个对消音器周期性变化的冲击,这种冲击分为两部分,对空气的冲击和对排气管的反冲击,前者产生噪音,后者使排气管加速,转化成动能。冲击力的大小与排气管的转动惯量有关。结果是一方面使排气口压力波形变低变缓,另一方面使波形随时PF—与摩擦力平衡的消音器排气口气流压力。间在PF两侧波动。根据冲量定理m△V=Ft,由于平均速度与外界摩擦力关系是一定的,设废气反冲力大于排气管外接摩擦力时排气管受到的冲量是F1t1,废气反冲力小于排气管外接摩擦力时排气管受到的冲量是F2t2,则F1t1= F2t2,所以,阴影部分1、2的面积大致相等。图1(C)与图1(A)、图1(B)两图对比,排气口压力明显降低。我们从上述分析得出的结论是:旋转式柴油机发电机消音器有更好的消音效果。并且它还有如下优点:   
        (1)排气阻力明显减小,充气效率高；
        (2)更充分的利用了燃油,减小了对空气的污染；
        (3)泵气损失小,提高了发动机效率；
        (4)可将废气能量加以利用,如,在后支撑轴上接充电发电机等。
技术难点及建议:
        (1)相对旋转接触面,特别是发动机排气管与消音器进气口之间,由于都是高温部件相接触,所以,只能采用固体润滑。在此建议采用石墨环。为减少磨损,建议采取消音器立式安装；
        (2)与空气旋转摩擦面,力求有较小的摩擦阻力。从前面分析可知,摩擦阻力越小,消音效果越好。建议采用渐开线形式；
        (3)为减小排气时废气对柴油机发电机消音器冲击,建议冲击面与排气口之间平滑过渡；
        (4)高速旋转时消音器的平衡问题。