水電站廠房噪音的分析與處理

景長青

水電站廠房的噪聲主要是由水輪發(fā)電機組的運行而造成的。當機組全部滿負荷運行時，就會產(chǎn)生高分貝噪音。人員如果長期在高分貝場所下工作，就會造成聽力下降、神經(jīng)衰弱、甚至引起心臟血管傷害等各種疾病，嚴重影響了工作人員的身心健康。本文通過分析噪聲的來源，提出相對應(yīng)的簡單解決方法，減少噪音對人員的污染，提高設(shè)備的使用壽命。

1. 噪聲產(chǎn)生的原因

水輪發(fā)電機組的噪聲來源有多種，主要來源于空氣動力噪聲、電磁噪聲、機械振動，水力沖擊噪聲，以及氣蝕引起的噪聲。

空氣動力噪聲的產(chǎn)生是由于氣體分子振動引起的。當氣流形成過程中遇到障礙物時，就會出現(xiàn)渦流。當氣流在風(fēng)道中遇到溝槽等阻礙物時，風(fēng)壓發(fā)生改變，使溝槽上形成周期性風(fēng)壓波動，就會形成共鳴。當發(fā)電機徑向通風(fēng)道上的氣流阻力出現(xiàn)周期性的壓力脈動變化時，也會產(chǎn)生共鳴。當發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子與定子通風(fēng)溝內(nèi)將有大量空氣流動，會發(fā)出一種與風(fēng)笛相似的尖銳噪聲。

電磁噪聲主要是定子諧波磁場和轉(zhuǎn)子諧波磁場相互作用產(chǎn)生的徑向力所激發(fā)的噪聲。這種噪聲強度與發(fā)電機的負荷成正比。運行時由于電磁、溫度和機械振動的綜合作用，有時會引起鐵芯松動，導(dǎo)致鐵芯扇張，發(fā)生顫振并形成噪聲源，同時又會降低鐵芯層間絕緣，造成局部磁場密度過高，引起鐵芯局部過熱，絕緣老化，反過來又會導(dǎo)致顫振加強，從而增加了噪聲強度。

機械振動主要是由于水流經(jīng)過導(dǎo)葉，沖擊漿葉帶動軸承旋轉(zhuǎn)而引起的徑向軸承振動。通過振動，表面運動形成聲源，產(chǎn)生機械噪音。當軸承振動過大時，不但降低軸承的使用壽命，還通過與發(fā)電機的連接振動，引起基礎(chǔ)和外殼的振動。

水力沖擊噪聲是高速水流通過管道、蝸殼和導(dǎo)葉，沖擊漿葉后，流經(jīng)尾水管而引起的一系列噪聲。水流經(jīng)過導(dǎo)葉時，由于每個活動導(dǎo)葉的角度有微小的變化，在導(dǎo)葉附近形成一個小的紊流區(qū)，并產(chǎn)生一個交變力作用于導(dǎo)葉上，使其產(chǎn)生振動。水流沖擊漿葉，流經(jīng)錐管和尾水管時，產(chǎn)生了復(fù)雜的尾流沖擊，并引起了尾水管振動，形成了復(fù)雜的噪聲。尾水管的出口水流具有旋轉(zhuǎn)速度，當補氣量偏小時，尾水管開始擺動并在管壁上產(chǎn)生壓力脈動。壓力脈動振幅越大，產(chǎn)生的脈動噪聲的強度越大。

而氣蝕是水輪機的又一個噪聲源。當運轉(zhuǎn)中的各個導(dǎo)流部件的流速和壓力不同時，若某點壓力低于當時水溫下的氣化壓力時，該點的水發(fā)生沸騰現(xiàn)象，析出的氣體形成氣泡。在流體與導(dǎo)流部件表面氣泡急劇增大，到高壓區(qū)快速潰滅，形成強度很大、頻率較高的破裂聲。氣蝕包括翼型氣蝕、間隙氣蝕、局部氣蝕和空腔氣蝕。

2. 降低噪聲的處理辦法及防護措施

高分貝噪音對人體有強烈的傷害作用，因此從噪音產(chǎn)生的途徑，提出相應(yīng)減少噪音或減少對人體的傷害的辦法。

一是空氣動力噪音，就需要設(shè)計人員改進生產(chǎn)工藝，使噪音減少到最低。在機組停運時對發(fā)電機進行維護，清掃粉塵，保持通道的暢通。

二是電磁噪音的強度與發(fā)電機的有功、無功有關(guān)，為了減輕噪音，在設(shè)計上要將定子視為振動的彈性環(huán)，以避開諧振現(xiàn)象為重點降低噪音。機組長時間運行后就會引起鐵芯的輕微松動，導(dǎo)致噪音加大，甚至影響設(shè)備的安全運行。因此就需要運行一定時間后進行檢修維護。

三是機組振動過大時，不但會產(chǎn)生強烈的機械噪聲，還會嚴重影響設(shè)備的壽命，因此在檢修時，要做好上導(dǎo)瓦、水導(dǎo)瓦、和推力瓦的刮磨，調(diào)整好軸承的水平和各個槳葉的間隙，盡量減少軸承的過大振動，使水輪機組平穩(wěn)的運行。

四是水力沖擊是引起蝸殼和尾水管振動的主要原因，要減少振動，就要調(diào)整導(dǎo)葉的開口角度，使之盡量勻稱，減少紊流的產(chǎn)生，并設(shè)立自動補氣閥，防止壓力脈動的產(chǎn)生。

五是氣蝕是導(dǎo)流部件的一大殺手，不但產(chǎn)生強烈的噪聲，嚴重時還會使槳葉產(chǎn)生蜂窩，甚至形成大片凹坑，影響設(shè)備的出力和機組的平穩(wěn)，造成強烈的振動。要防止、減少氣蝕的產(chǎn)生，可以采用以下4個步驟：第一，采用抗氣蝕材料，提高加工工藝；第二，改善葉片的翼型設(shè)計；第三，改善機組的運行條件。第四，實現(xiàn)零氣蝕檢修。

在噪聲的防護措施上，除了在聲源上降低噪音，在傳播途徑和人員防護上也要采取措施。如在廠房頂部安裝吸音壁，降低聲源。在廠房和中控室之間，采用隔音材料，如隔音板、隔音玻璃、隔音門，建立隔音間。當人員長時間在充滿噪音的廠房工作時，就要做好防護工作，如帶上耳塞，防止噪音對人體的傷害。

3. 處理后的效果

通過對機組設(shè)備的維護檢修和對隔音間的處理，降低了水輪發(fā)電機組的噪音，保證了設(shè)備的正常運行。經(jīng)過測量，中控室達到了兩類工業(yè)企業(yè)界GB12348-90標準。