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涡轮增压柴油机进气消声器设计与试验验证
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。
01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
2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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