کنترل نویز ناخواسته ناشی از سیستم های قدرت ، در محل با رشد تأسیسات برقی آماده به کار در شرایط تقاضای محدود و اوج تقاضا در مناطق پر جمعیت ، توجه مهندسین طراح را به درک نحوه انتشار و کنترل نویز مجموعه ژنراتور متمرکز کرده است. هزینه زیاد مقاوم سازی محیط کار در مقابل کاهش نویز ، این نکته را برای ارزیابی زود هنگام نیازهای عملکرد نویز در مرحله طراحی سیستم قدرت در محل ضروری می سازد. طراحان دستگاه های دیزل ژنراتور و مصرف کنندگان نهایی ، با استفاده از اصول ذکر شده در این مقاله قادر خواهند بود که نویز ناخواسته ناشی از سیستم قدرت در محل خود را به راحتی کنترل کنند.
همانند بسیاری از ماشین های دوار ، ژنراتورهای با موتور رفت و برگشتی نیز نویز و ارتعاش ایجاد می کنند. در اغلب شرایط ، چه در حالت استفاده مستمر و چه به صورت آماده باش ، باید سطح نویز مربوط به این ژنراتورها برای انطباق با استانداردهای ملی ، ایالتی یا منطقه ای کاهش یابد. در آمریکای شمالی ، حداکثر سطح نویز مجاز بسته به محل و ناحیه در محدوده 45 تا 72 دسی بل تغییر می کند. در حقیقت ، اخیرا برخی جوامع و دولت ها با استفاده از فرکانس های باند اوکتاو محدودیت نویزی برای کاهش سطح نویز فرکانس پایینی که به اجتماعات مجاور می رسد ، تعیین نموده اند. از آنجا که سطح نویز کنترل نشده ژنراتور می تواند به 100 دسی بل یا بیشتر برسد ، هر دو مسأله مکان قرارگیری ژنراتور و کاهش نویز آن از اهمیت ویژهای برخوردارند.
به طور کلی ، دو دسته قوانین در مورد سطح نویزی که افراد یا جوامع در معرض آن قرار می گیرند ، مطرح است :
1- قوانین نویز وضع شده از طرف دولت یا شهرداری و دیگر ارگان ها ، آیین نامه ایمنی فدرال سیاست های ایمنی و بهداشت حرفه ای (OSHA). قانون اول به نویزهایی که ممکن است از حد مجاز فراتر روند و به جامعه آسیب برسانند ، اما به ندرت آنقدرها بلند هستند که از نظر ایمنی به عنوان خطر تلقی شوند ، رسیدگی می کند.
2- قانون دوم برای حفظ سلامتی کارکنان ، استانداردی برای سطح نویز مجاز در محیط کار معرفی می کند. آیین نامه های OSHA فقط در مورد کارکنانی مطرح می شود که با ژنراتورهایی سروکار دارند که سطح نویز آنها در هر لحظه بالای 80 دسی بل است. کارکنان با استفاده از تجهیزات شنیداری مناسب در هنگام کار در مقابل مجموعه ژنراتوری می توانند میزان قرارگیری در مقابل نویز را کاهش دهند. اروپا ، ژاپن و نیز تعدادی از سایر کشورها نیز استانداردی برای کنترل نویز در محیط کار و محیط های وسیع دارند.
تعریف نویز :
صوت چیزی است که گوش انسان می شنود ؛ نویز به زبان ساده یک صوت ناخواسته است. صدا با لرزش اجسام تولید می شود و به صورت امواج فشاری در هوا یا سایر محیط ¬ها به گوش شنونده می رسد. از نظر فنی ، صوت تغییر در فشار محیط مجاور گوش است. اگر میزان صدا آزاردهنده یا مخل آسایش باشد در واقع ، فشار هوای نزدیک گوش به میزان بسیار بالایی رسیده است.
گوش انسان چنان طیف دینامیکی گسترده ای دارد که برای بیان سطوح صدا از مقیاس دسی بل (dB) استفاده می شود. مقیاس دسی بل لگاریتمی است زیرا نسبت بین زیرترین صدایی که برای گوش انسان قابل شنیدن است و بلندترین صدایی که بدون آسیب رسیدن به گوش قابل درک است ؛ تقریبا یک میلیون به یک است. با استفاده از مقیاس لگاریتمی در مبنای 10، کل بازه شنوایی انسان با عددی بین 0 ( آستانه شنوایی نرمال ) تا 140 ( آستانه درد ) دسی بل قرار می گیرد.
دو مقیاس دسی بل A و L وجود دارد :
واحد dB-L یک مقیاس خطی است که در آن دامنه کلیه فرکانس های قابل شنیدن برابر است. با این حال، گوش انسان همه فرکانس های صوتی را با یک شدت نمی شنود. گوش به فرکانس هایی در بازه 1000 تا 4000 هرتز (سیکل در ثانیه) حساس است و به صداهایی با فرکانس های پایین تر یا بالاتر حساس نیست.
بنابراین، «فیلتر وزنی A» که تقریبی از شدت صدا است برای تصحیح فشار صوت و به منظور بازتاب دقیق تر درک گوش انسان استفاده می شود. این نتایج فرکانسی- وزنی در مقیاس dB-A در سال 1972 توسط OSHA به عنوان توصیف سطح صوت تنظیم شده رسمی به تصویب رسید.
نویز یک دستگاه دیزل ژنراتور توسط 6 عامل اصلی تولید می شود :
1- نویز ناشی از کارکرد دیزل – که اساسا در اثر نیروهای مکانیکی و احتراقی تولید می شود و بسته به اندازه موتور ، معمولا در محدوده dB(A) 100 تا dB(A) 121 در هر متر قرار می گیرد.
2- نویز فن واحد خنک سازی – که از صدای هوایی که با سرعت بین موتور و از طریق رادیاتور در حرکت است ، تولید می شود و معمولا در محدوده dB(A) 100 تا dB(A) 105 در هر متر قرار می گیرد.
3- نویز آلترناتور- که توسط فن واحد خنکسازی و اصطکاک جاروبک ها تولید می شود و در محدوده dB(A) 80 تا dB(A) 90 در هر متر قرار می گیرد.
4- نویز القایی- در اثر نوسانات جریان در سیم پیچ آلترناتور و در نتیجه نویز مکانیکی ایجاد می شود و در محدوده dB(A) 80 تا dB(A) 90 در هر متر قرار می گیرد.
5- اگزوز موتور- بدون صدا خفه کن ، در محدوده dB(A) 120 تا dB(A) 130 در هر متر قرار می گیرد و در صورت استفاده از یک صدا خفه کن یا منبع اگزوز استاندارد حدود dB(A) 15 کاهش می یابد.
6- نویز مکانیکی یا سازه ای – در اثر ارتعاشات مکانیکی بخشهای سازه ای و قطعات که به صورت صوت منعکس می شود ، ایجاد میشود.
اندازه گیری نویز :
قبل از تعیین سطح نویزی که باید کاهش یابد ، باید اندازه دقیق نویز موجود در محیط و نویز تولیدی ژنراتور اندازه گیری شود. سطح دقیق و معنی دار نویز ژنراتور در یک «محیط آزاد» اندازه گیری می شود. میدان آزاد ( که با «میدان پر انعکاس» متمایز است ) یک میدان صوتی است که اثرات ناشی از صوت انعکاسی از عوارض و موانع در آن ناچیز است. اندازه گیری نویز حداقل باید با یک صوت سنج و فیلتری با باند یک اوکتاو انجام شود تا امکان تحلیل دقیق تر توسط مشاوران آکوستیک فراهم شود.
هنگام اندازه گیری شدت صدا از فاصله 7 متری ، میکروفن هایی به صورت حلقوی با زاویه 45 درجه پیرامون ژنراتور قرار می گیرند. فاصله آرایه میکروفنی از کمربند موازی محاطی ژنراتور که معمولا به صورت فاصله از بدنه یا پایه ترمز بر حسب فوت تعریف می شود ، 7 متر است. هنگام اندازه گیری سطوح شدت صوت در کاربردهای اروپایی ، همانطورکه در استاندارد ISO 3744 سازمان استاندارد بین¬المللی تعریف شده است ، معمولا از یک آرایه میکروفنی متوازی السطوح استفاده می شود.
داده های شدت صوت ژنراتور شرکت تولید برق کامینز در CD نرم افزار طراحی شرکت به نام Power Suite و نیز در کتابخانه Power Suite روی وب سایت شرکت کامینز موجود است.
اندازه گیری های اولیه نویز معمولا در باندهای 8 اکتاوی از 63 هرتز تا 8000 هرتز انجام می شود؛ اگرچه بالاترین شدت صدای تولیدی معمولا در رنج 1000 تا 4000 هرتز (محدوده ای که گوش انسان بالاترین حساسیت را دارد) است. هرچند ، اندازه گیری ها روی یک طیف فرکانسی انجام می شود ، جمع لگاریتمی کلیه فرکانس ها مهمترین قرائت است. با این وجود ، اگر سطح کلی صوت از سطح مجاز بالاتر رود ، برای تعیین تغییرات لازم در طراحی برای کاهش سطح کلی نویز از داده های باند فرکانسی استفاده می شود.
تجمیع کلیه منابع نویز :
سطح نویز کلی ژنراتور از حاصل جمع تک تک منابع تولید نویز ، صرف نظر از فرکانس هر یک به دست می آید. با این حال ، با توجه به لگاریتمی بودن مقیاس dB-A ، نمی توان مقادیر لگاریتمی dB-A را به شیوه حسابی جمع و تفریق نمود. به عنوان مثال ، اگر نویز حاصل از منبع اول dB(A) 90 و نویز حاصل از منبع دوم نیز dB(A) 90 باشد ، کل نویز تولیدی dB(A) 93 است نه dB(A) 180. افزایش dB(A) 3 نشان دهنده دو برابر شدن قدرت صداست ؛ با این حال چنین شدت صوتی به زحمت برای گوش انسان قابل درک است.
شکل 3 نحوه جمع اعداد در مقیاس دسی بل را بر اساس اختلاف عددی میان دو سطح نویز نشان می دهد. مشابه مثال فوق، اگر هیچ اختلافی بین منبع نویز 1 و 2 نباشد ، جمع اندازه آن ها dB-A به اندازه dB(A) 3 افزایش می یابد از 90 به dB(A) 93. اگر نویز منبع اول dB(A) 100 و نویز منبع دوم dB(A) 95 باشد ، نویز حاصل از ترکیب این دو dB(A) 101 خواهد بود.
قوانین و مقررات نویزی :
در آمریکای شمالی ، کدهای محلی و ایالتی ، حداکثر نویز مجاز در یک خط خاص را ایجاد می کند. شکل 4 برخی از مقررات مربوط به سطوح نویز خارجی را نشان می دهد. انطباق با این قوانین نیازمند آگاهی از سطح نویز محیطی موجود بدون وجود ژنراتور در حال کار و سطح نویز ناشی از عملکرد ژنراتور با بار کامل است.
در اروپا ، قوانین سطح نویز از قانون EC/14/2000 (مرحله 2) که از سال 2006 تصویب شده است ، تبعیت می کنند. برای دیزل ژنراتورهایی با توان نامی کمتر از 400 کیلو وات ، حداکثر سطح شدت صوت مجاز با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:
DbA = Log Pel + 95
که در آن، Pel معرف توان نامی ژنراتور است.
ژنراتورهای با توان نامی 400 کیلو وات و بالاتر باید بر اساس شاخص LWA ( مقیاس اروپایی سطح شدت صوت ) که با استفاده از نتایج آزمون سازنده انجام می شود ، محاسبه شود. در بازار اروپا ، اکثر ژنراتورها با توان ظاهری نامی در محدوده 11 تا 550 کیلو ولت آمپر در محفظه های استاندارد قرار می گیرند که واحدها را با قوانین سازگار می کند. محفظه های استاندارد معمولا نویز تابشی را حداقل به میزان dB(A) 10 کاهش می دهد.
استراتژی های کاهش سطح نویز دستگاه دیزل ژنراتور :
صرف نظر از نوع دیزل ژنراتوری که قرار است شدت صدای آن کاهش یابد ، هفت روش اصلی برای کاهش سطح نویز ژنراتور وجود دارد :
1- کاهش سطح صوت از منبع.
2- موانع صوتی.
3- عایق های صوتی.
4- ایزولاسیون دهانه ها.
5- تضعیف جریان هوای خنک کننده.
6- صدا خفه کن یا منبع اگزوز.
7- تلاش برای به حداکثر رساندن فاصله میان ژنراتور و ساختمانها (افراد).
در صورت قراگیری ژنراتور در فضای باز خارجی ، استفاده از محفظه به ویژه محفظه های صداگیر کلیه استراتژی های فوق را در یک پوشش مناسب فراهم می کند که علاوه بر حفاظت در برابر تغییرات آب و هوا تضعیف صوت را نیز به همراه دارد. این استراتژی ها در شکل 5 خلاصه شده است.
شرایط اتاق دستگاه دیزل ژنراتور :
1- موانع صوتی- مواد سخت با سفتی و جرم زیاد مثل ورقهای فولادی پوشش ها و دیواره های سنگی یا سیمانی یا دیواره های سیمانی توپر اتاق تأسیسات ژنراتورهای داخلی که میزان انتقال صدا را کاهش می دهد. از بین بردن مسیر انتقال صوت از طریق شکاف های موجود در درها و دیواره ها یا نقاط دسترسی به اگزوز ، سیم کشی الکتریکی و لوله-های سوختی نیز مهم است.
2- عایق صوتی- مواد جاذب صدا برای پوشاندن مجرای هوا ، سیل کاری و پوشش دیواره ها در دسترس هستند. هدایت نویز در یک دیواره پوشانده شده با مواد جاذب صوت می تواند بسیار مؤثر باشد. بر اساس پارامترهایی مثل هزینه ، دسترسی ، چگالی ، اشتعال ناپذیری ، مقاومت به سایش ، زیبایی شناسی و قابلیت شستشو از مواد مقاوم به روغن و سایر آلودگی های موتور مثل فایبرگلاس یا فوم استفاده شود.
3- ایزولاسیون دهانه ها – تجهیزات لرزان در هوای محیط خود امواج فشاری صوتی (نویز) تولید می کنند. هر چیزی که به صورت فیزیکی به ژنراتور متصل شود ، باعث انتقال ارتعاشات به سازه بدنه خواهد شد. این نقاط اتصال شامل لنگرهای ترمز ، مجراهای هوایی تخلیه رادیاتور ، لوله کشی اگزوز ، لوله کشی سیال خنک کننده ، خطوط لوله سوخت و مجراهای سیم کشی است. جفت کردن این اتصالات با مفاصل انعطاف پذیر نویز انتقالی را به شکل مؤثری کاهش می دهد. نصب ژنراتور روی ایزولاتورهای لرزش فنری شکل ، نویز و ارتعاشات انتقالی از طریق زمین را به طور مؤثر کاهش می دهد.
4- تضعیف جریان هوای خنک کننده بافل های تضعیف هوای ورودی و خروجی می تواند به کاهش نویز تولیدی توسط هوای خنک کننده ای که در فضای موتور و رادیاتور جریان دارد ، کمک کند. نویز ناشی از جریان هوای خنک کننده به خاطر حجم هوای مورد نیاز قابل ملاحظه است حدود 20 متر مکعب بر ثانیه برای ژنراتوری با موتور دیزلی 50 لیتری. گزینه دیگر ، قرارگیری رادیاتور روی سقف است ؛ به عنوان مثال ، برای حذف این منبع نویز یا هدایت آن به محلی دور از محل حضور افراد یا مناطق مسکونی. همچنین ، عبور هوا از مجرایی با خم 90 درجه ، نویزهای فرکانس بالا را کاهش می دهد (ر.ک. شکل 6).
شکل 6 : کاهش نویز فرکانس بالا با گردش چندباره 90 درجه¬ای هوای خنک کننده ژنراتور در هنگام ورود به محفظه یا اتاق و خروج از آن.
5- به حداکثر رساندن فاصله هنگامی که هیچ دیواری برای بزرگنمایی نویز تولیدی ژنراتور وجود نداشته باشد ، سطح نویز با دو برابر شدن فاصله حدود dB(A) 6 کاهش می یابد (ر.ک. شکل 7).
اگر منطقه مسکونی به عرصه ژنراتور نزدیک باشد، سطح نویز قابل پیشبینی نخواهد بود. منطقه میدان نزدیک هر منطقه ایست که در محدوده دو برابر بزرگترین بعد منبع تولید نویز (ژنراتور) قرار میگیرد.
6- صدا خفه کن اگزوز اغلب ژنراتورها برای محدود کردن نویز ماشین به یک صدا خفه کن اگزوز ( منبع اگزوز ) مجهزند. صدا خفه کن های اگزوز انواع آرایشهای فیزیکی و جنسهای گوناگونی دارند. به طورکلی ، صدا خفه کن ها به دو دسته صدا خفه کن های اتاقکی یا حلزونی تقسیم میشوند. عملکرد نوع اتاقکی مؤثرتر است؛ اما نوع حلزونی فشرده تر است و میزان تضعیف کافی را برای بسیاری از کاربردها فراهم میکند. جنس صدا خفه کن ها میتواند از فولاد نورد سرد یا فولاد ضد زنگ باشد. فولاد ضد زنگ ماده ترجیحی برای استفاده در محیط های خارجی و با شدت خورندگی بالاست. صدا خفه کن ها در سطوح تضعیف نویز مختلف در دسترس هستند و معمولا با نام های صنعتی ، مسکونی و بحرانی شناخته می شوند. صدا خفه کن های صنعتی شدت نویز 12 تا dB(A) 18 ، صدا خفه کن های مسکونی شدت نویز 18 تا dB(A) 25 و صدا خفه کن های بحرانی شدت نویز 25 تا dB(A) 35 را کاهش می دهند. به طورکلی ، هرچه تأثیر یک صدا خفه کن در کاهش نویز اگزوز بیشتر باشد ، میزان محدودیت اگزوز موتور بیشتر است. در سیستم های اگزوز طولانی ، خود لوله کشی نیز تا حدی سطح نویز را کاهش خواهد داد.
محفظه های کاهنده صدا :
کلیه انواع محفظه های فولادی و آلومینیومی حداقل dB(A) 10 از شدت نویز ژنراتوری که باید در فضای خارجی قرار بگیرد می کاهند. در اکثر موارد ، هنگام استفاده همزمان با صدا خفه کن اگزوز ، این میزان تضعیف برای تحقق استانداردهای محلی آمریکای شمالی و اروپا کافیست. محفظه های استاندارد از اکثر سازندگان دیزل ژنراتور و تأمین کنندگان واسطه ای مختلف موجود است.
هنگامی که برای تحقق مقررات نویز محلی یا کاهش اثر آن بر پرسنل یا ساکنین به تضعیف نویز ژنراتور نیاز است ، باید از محفظه های تضعیف کننده صدای خاصی استفاده شود. به طورکلی ، هزینه محفظه با سطح کاهش نویز لازم ارتباط مستقیم دارد. در موارد بحرانی ، به خاطر هزینه بالای محفظه های کاهنده شدت صوت که تقریبا با قیمت خود دیزل ژنراتور برابری میکند ، استفاده از این محفظه¬ها رایج نیست. برخی محفظه ها نیز به خاطر محدود نمودن تهویه بر عملکرد ژنراتور و ظرفیت حمل بار آن اثر منفی دارند. به منظور تحقق اهداف کنترل نویز ضمن حفظ عملکرد ژنراتور ، طراحی دقیق از همان ابتدای امر مهم است.
برای مهار نویز دیزل ژنراتور از محفظه های خاص کاهش نویز به همراه استراتژی های کنترل نویز جذبی و انسدادی استفاده میشود. با وجود اینکه هر دو نوع محفظه های فولادی و آلومینیومی کاهش صوت موجود است ، کاهش نویز در محفظه های فولادی ( به خاطر جرم و سختی بیشتر آن ) حدود 2 تا 3 دسی بل بیشتر است. از محفظه های آلومینیومی معمولا در نواحی ساحلی که مقاومت نسبت به خوردگی در هوای نمکی مهم است ، استفاده میشود.
جمع بندی :
با توجه به اینکه حداکثر سطح نویز مجاز در نوار مسکونی بسته به محل و منطقه از dB(A) 52 تا dB(A) 72 تغییر میکند و سطوح نویز ناخواسته یک دستگاه دیزل ژنراتور حدود dB(A) 100 یا بیشتر است ؛ واضح است که کاهش نویز ژنراتور از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. علاوه بر این ، هزینه بالای بازسازی سایت برای کاهش نویز از ضرورت ارزیابی نیازهای عملکرد نویز در همان ابتدای مرحله طراحی سیستم قدرت آن سایت حکایت دارد. همکاری نزدیک با قانونگذاران محلی ، سازندگان دستگاه های دیزل ژنراتور ، مهندس مشاور یا متخصص صوت امکان تحقق اهداف مربوط به کاهش نویز را برای شما فراهم می آورد.