淺談發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲治理分析

呂金剛

（城林環(huán)保技術(shù)（上海）有限公司，上海 201306）

近年來(lái)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，輕型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組主要應(yīng)用在離用電單位及居民較近的區(qū)域，所產(chǎn)生的噪聲對(duì)人們的工作和生活影響很大，需要對(duì)輕型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理進(jìn)行分析，并探索治理方法，促進(jìn)我國(guó)的輕型燃?xì)廨啓C(jī)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1 輕型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲機(jī)理

燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲主要由三部分組成：氣動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲、燃燒噪聲。我國(guó)的輕型燃?xì)廨啓C(jī)主要以航改型燃?xì)廨啓C(jī)為主，航改型燃?xì)廨啓C(jī)是指將渦噴、渦扇等成熟的航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造，并配裝動(dòng)力渦輪用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，使其成為發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)。航改型燃?xì)廨啓C(jī)噪聲源主要壓氣機(jī)、燃燒室和動(dòng)力渦輪，其中由于燃料燃燒后產(chǎn)生的高速氣流推動(dòng)動(dòng)力渦輪的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪聲，并且?jiàn)A雜著燃燒室等前端部件傳播過(guò)來(lái)的噪聲，動(dòng)力渦輪的噪聲最大，不僅中高頻噪聲值高，低頻噪聲也很高。航改型燃?xì)廨啓C(jī)的外壁很薄，隔聲性能差，因此，除了壓氣機(jī)進(jìn)氣口噪聲高、動(dòng)力渦輪排氣口噪聲高以外，其機(jī)體外的噪聲也非常高。

圖1 是國(guó)產(chǎn)某航改型燃?xì)廨啓C(jī)的的噪聲頻譜。

2 發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲治理措施

由于發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)使用地更接近于用電單位和老百姓，其噪聲治理的要求更高，治理難度更大。噪聲治理主要從兩方面入手，首先是降低輕型燃?xì)廨啓C(jī)的本體噪聲，進(jìn)行低噪聲設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高加工及裝配精度和使用精度；控制噪聲傳播路徑，在傳播途徑減少噪聲向外傳播。

圖1 某型發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)噪聲頻譜

2.1 噪聲治理措施分析

除了動(dòng)力渦輪以外，航改型燃?xì)廨啓C(jī)的零部件60%以上都是使用原航空發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，針對(duì)降低噪聲的改造升級(jí)空間受限，很難做到低噪聲運(yùn)行。況且，航改型燃?xì)廨啓C(jī)本身的原材料比重型燃?xì)廨啓C(jī)的要求更高，成本也更高，故在燃?xì)廨啓C(jī)本體噪聲控制工作以及傳播途徑的工作中，還要注重經(jīng)濟(jì)性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?？刂圃肼晜鞑ネ緩绞侵覆捎孟暋⑽?、隔聲等方式，并考慮氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、溫度場(chǎng)等要求而設(shè)計(jì)的降噪設(shè)備，所帶來(lái)的成本也已經(jīng)成為輕型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組價(jià)格占比較高的附屬設(shè)備，所以在實(shí)現(xiàn)噪聲治理目標(biāo)的同時(shí)還要注重經(jīng)濟(jì)性。有的發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)使用環(huán)境同重型燃?xì)廨啓C(jī)，放置在大型電廠內(nèi)，通常配備了降噪設(shè)備的燃?xì)廨啓C(jī)噪聲目標(biāo)控制在85dB(A)即可；更多的發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)的使用環(huán)境不同于重型燃?xì)廨啓C(jī)，使用在分布式能源站，甚至就設(shè)置在辦公樓宇內(nèi)，噪聲衰減距離很短，對(duì)噪聲目標(biāo)要求提高到75dB(A)，有的要求甚至更高，噪聲控制難度劇增。

2.2 降低輕型燃?xì)廨啓C(jī)的本體噪聲

受用途的影響，航改型燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器在原型機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)并不把噪聲控制放在重點(diǎn)，且其主要的結(jié)構(gòu)、零部件都已經(jīng)定型，可以考慮在改造時(shí)進(jìn)行如下幾個(gè)方面的優(yōu)化：

（1）在可替換的零部件的材料選取上，特別是固定材料的選擇上，盡量選擇那些質(zhì)量好并且具有減震、隔振、防震功能的材料。

（2）動(dòng)力渦輪的殼體及排氣蝸殼使用帶有隔聲層的結(jié)構(gòu)，或者在殼體外二次包裹保溫材料，并且用鋼板做蒙皮。此結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)的使用中效果很好，且起到的保溫隔熱作用。

（3）裝設(shè)防喘可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，或在流道的某個(gè)位置或多個(gè)位置安裝防喘放氣閥等方式避免產(chǎn)生喘振噪聲。

（4）使用更加潤(rùn)滑的軸承、潤(rùn)滑劑。

2.3 控制噪聲傳播路徑

控制噪聲傳播路徑是目前治理輕型燃?xì)廨啓C(jī)噪聲最重要的噪聲控制方法，主要控制方向有燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣入口噪聲的治理、燃?xì)廨啓C(jī)本體噪聲的治理、排氣出口噪聲的治理、使用環(huán)境的反作用及利用。

（1）進(jìn)氣入口噪聲的傳播治理。輕型燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣口聲壓級(jí)可以達(dá)到130dB(A)，其噪聲治理不僅要選擇合適的消聲設(shè)備，還要兼顧進(jìn)氣口的氣動(dòng)流場(chǎng)、進(jìn)氣系統(tǒng)的總流阻損失、消聲設(shè)備內(nèi)潔凈度等因素。進(jìn)氣口的消聲可通過(guò)設(shè)置足夠隔聲量的進(jìn)氣蝸殼、隔聲通道及使用消聲器實(shí)現(xiàn)。對(duì)進(jìn)氣噪聲治理的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意盡量避免出現(xiàn)以下問(wèn)題：如果進(jìn)氣口的氣動(dòng)流場(chǎng)紊亂，壓氣機(jī)葉片受力不均勻?qū)?dǎo)致輕型燃?xì)廨啓C(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至出現(xiàn)喘振；因?yàn)橄暺鞯脑O(shè)置阻力過(guò)大，輕型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率將下降；消聲設(shè)備內(nèi)有灰塵或吸聲材料飄散，長(zhǎng)期運(yùn)行后發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上將積灰，影響壓氣機(jī)葉片動(dòng)平衡和負(fù)載；消聲設(shè)備內(nèi)有小件物體脫落就有可能打壞葉片，甚至出現(xiàn)輕型燃?xì)廨啓C(jī)葉片全部被打壞的事故。

（2）輕型燃?xì)廨啓C(jī)本體噪聲的治理。因?yàn)闆](méi)有厚重的殼體，輕型燃?xì)廨啓C(jī)的本體噪聲要更大一些，也可以達(dá)到130dB(A)。通常利用燃?xì)廨啓C(jī)的罩殼進(jìn)行隔聲，并在罩殼上設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)罩殼內(nèi)進(jìn)行冷卻。罩殼的隔聲性能重點(diǎn)要從四個(gè)方面去考慮：避開(kāi)共振頻率、壁板結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)高隔聲量、接縫及洞口的密封處理、門(mén)體鉸鏈及門(mén)鎖牢固可靠。

為避讓共振頻率，采用改變結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的方法，合理選用外板厚度、貼附阻尼層、增加加強(qiáng)筋等形式。輕型燃?xì)廨啓C(jī)罩殼壁板的隔聲量要達(dá)到45dB(A)以上，普通隔聲壁板很難達(dá)到，可采用2 ～3 層的隔層鋼板結(jié)構(gòu)，為降低成本，隔層鋼板厚度不宜過(guò)厚，但需要做好四周密封和防腐。接縫和穿線洞口是降噪的難點(diǎn)，可以選用結(jié)構(gòu)縫以及特制的密封膠條來(lái)實(shí)現(xiàn)。為避免膠條老化和彈性減弱，密封膠條的密封性能應(yīng)與罩殼內(nèi)氣壓關(guān)聯(lián)，通過(guò)外界與罩殼內(nèi)的氣壓差使得密封越來(lái)越嚴(yán)。門(mén)體也是輕型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲控制的難點(diǎn)，除了門(mén)體和密封膠條外，由于隔聲性能的門(mén)體較重，長(zhǎng)期使用可能導(dǎo)致鉸鏈和門(mén)鎖變形，門(mén)邊出現(xiàn)漏聲現(xiàn)象，特制或選用質(zhì)量好的門(mén)鉸鏈和門(mén)鎖可以使得噪聲治理效果持續(xù)更長(zhǎng)久。

（3）排氣出口噪聲的治理。排氣出口噪聲治理應(yīng)選用足夠隔聲量的隔聲壁板、足夠降噪量的消聲器可以實(shí)現(xiàn)噪聲指標(biāo)。雖然輕型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣壓力是很大的，但也要考慮消聲器的氣動(dòng)性能，消聲器內(nèi)流速控制30m/s 左右比較好。輕型燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度很高，排氣用消聲器要充分考慮溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，否則也會(huì)影響排氣出口噪聲的治理效果，此前一些實(shí)際項(xiàng)目案例中就出現(xiàn)過(guò)高溫使得排氣通道損壞，消聲器掉落或吹飛、吸聲材料被高速氣流吹出等現(xiàn)象。

（4）使用環(huán)境的反作用和利用。發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)的使用環(huán)境是分析噪聲治理方案的重要考慮因素，這些因素包括廠區(qū)（或者樓內(nèi)）的布局、位置、周?chē)O(shè)置等。背景噪聲頻率相近產(chǎn)生疊加、反射墻產(chǎn)生混響、地面?zhèn)鲗?dǎo)振動(dòng)等因素會(huì)影響噪聲的治理效果；利用好噪聲的指向性，增設(shè)減振、消除混響、躲避敏感點(diǎn)、廠區(qū)噪聲治理等方式，獲得更好噪聲治理效果的同時(shí)降低降噪措施成本。目前對(duì)于輕型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲治理主要是以上幾種方法，隨著科技的進(jìn)步，一些新材料、新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，相信一些更為先進(jìn)的治理方法也會(huì)不斷推出。

3 應(yīng)用案例

中國(guó)聯(lián)通天津某數(shù)據(jù)港被評(píng)為國(guó)內(nèi)5A 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房，共有五層樓，應(yīng)急電源設(shè)置于大樓的一層，使用了國(guó)產(chǎn)航改型燃?xì)廨啓C(jī)，功率等級(jí)128MW，最大噪聲等級(jí)達(dá)到135dB(A)，樓宇外立面距離廠界5 米，且附近就有居民區(qū)。此發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)如果不能進(jìn)行很好的噪聲治理，會(huì)對(duì)附近居民和工作人員造成嚴(yán)重的噪聲傷害。通過(guò)利用以上提出的噪聲治理分析方法，選用了經(jīng)濟(jì)且高效噪聲治理措施，從總體上統(tǒng)籌兼顧，提前設(shè)置了減震溝、房間內(nèi)設(shè)置高效吸聲墻面等環(huán)境措施，采用高降噪量消聲器、搞隔聲量的壁板、以及系統(tǒng)的降噪設(shè)備，使得樓宇廠界達(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008) Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，白天不大于60dB(A)，夜間不大于50dB(A)。

4 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不僅可以應(yīng)用在電廠，還可以應(yīng)用在小型分布式能源站、數(shù)據(jù)中心、辦公大樓，甚至是在我們身邊作業(yè)的電源車(chē)。發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲治理效果尤其重要。本文通過(guò)對(duì)輕型燃?xì)廨啓C(jī)噪聲治理的分析，有助于我們更好的了解航改型燃?xì)廨啓C(jī)的噪聲治理方向，可以采用更經(jīng)濟(jì)高效的措施實(shí)現(xiàn)噪聲治理目標(biāo)。目前，我國(guó)輕型燃?xì)廨啓C(jī)還處于起步階段，后續(xù)隨著國(guó)家的“兩機(jī)專(zhuān)項(xiàng)”、“三輕一重”等燃機(jī)戰(zhàn)略的發(fā)展，逐步形成更加完善的燃?xì)廨啓C(jī)噪聲治理設(shè)計(jì)規(guī)范。