Cadna/A軟件在空冷平臺(tái)降噪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳 笠，何 洋

（1.四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司建設(shè)工程咨詢分公司，四川 成都 610021）

0 引言

直接空冷系統(tǒng)利用空氣冷卻汽輪機(jī)排汽，具有耗水少、占地少、初投資少等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)北方缺水地區(qū)應(yīng)用較多［1］。近年來(lái)，我國(guó)電力企業(yè)不斷開(kāi)拓非洲市場(chǎng)，直接空冷系統(tǒng)在缺水的非洲地區(qū)也具有廣泛的應(yīng)用前景。空冷平臺(tái)是電廠直接空冷凝汽器系統(tǒng)的一種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)型式，布置陣列式大型軸流風(fēng)機(jī)群。大型風(fēng)機(jī)噪聲源強(qiáng)大、集中布置、安裝位置高，空冷平臺(tái)具有發(fā)聲體面積大、噪聲影響程度大、傳播范圍廣、治理困難等特點(diǎn)。本文基于西非某發(fā)電工程，使用Cadna/A噪聲軟件搭建仿真模型，預(yù)測(cè)空冷平臺(tái)的噪聲影響程度及分布特點(diǎn)，確定降噪措施及布置方案，以指導(dǎo)降噪工程設(shè)計(jì)。

1 工程背景

西非某燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目，建設(shè)規(guī)模為1×163 MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)+余熱鍋爐+1×82 MW純凝式蒸汽輪機(jī)，采用直接空冷方案，廠區(qū)用地面積為7.5×104m2，電廠總平面布置如圖1所示，空冷平臺(tái)主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 空冷平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

圖1 電廠總平面布置

電廠執(zhí)行《環(huán)境、健康與安全通用指南》中工業(yè)區(qū)噪聲值小于等于70 dB（A）相關(guān)要求。電廠內(nèi)噪聲源較多，廠界噪聲受多種聲源影響，空冷平臺(tái)距廠界較近，對(duì)臨近側(cè)廠界噪聲貢獻(xiàn)值較大?？绽淦脚_(tái)的降噪設(shè)計(jì)目標(biāo)為對(duì)廠外區(qū)域貢獻(xiàn)值低于65 dB（A）。

2 源強(qiáng)分析及建模預(yù)測(cè)

2.1 主要聲源及源強(qiáng)

空冷平臺(tái)以空氣為冷卻介質(zhì)，汽輪機(jī)排汽進(jìn)入空冷凝汽器散熱翅片后，軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉供應(yīng)冷空氣實(shí)現(xiàn)熱交換，空冷平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示?？绽淦脚_(tái)噪聲主要來(lái)源為軸流風(fēng)機(jī)、電機(jī)及管道。

圖2 空冷平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

軸流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生空氣動(dòng)力性噪聲主要為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲是風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)沖擊周圍空氣介質(zhì)，引起氣體壓力脈動(dòng)，向周圍輻射噪聲。渦流噪聲是氣流流經(jīng)葉片界面產(chǎn)生分裂，導(dǎo)致葉片上壓力波動(dòng)，從而輻射聲波。軸流風(fēng)機(jī)噪聲可等效為進(jìn)風(fēng)噪聲和排風(fēng)噪聲，排風(fēng)噪聲通過(guò)頂部風(fēng)口向外傳播，進(jìn)風(fēng)噪聲向下通過(guò)進(jìn)風(fēng)口傳播［2］。電機(jī)機(jī)械噪聲，主要為電機(jī)電磁噪聲以及機(jī)械碰撞、摩擦和振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。管道噪聲主要是氣流管道、散熱器翅片內(nèi)汽水流動(dòng)引起的流體噪聲［3］。冷卻平臺(tái)各主要噪聲源強(qiáng)如表2所示。

表2 冷卻平臺(tái)主要噪聲源強(qiáng)

2.2 軟件建模

本文采用Cadna/A軟件建模分析空冷平臺(tái)噪聲影響。Cadna/A軟件計(jì)算原理源于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 9613、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)TLS 90、Schall03等［4］。我國(guó)GB/T 17247.2—1998《聲學(xué)戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計(jì)算方法》等效采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的ISO 9613—2：1996標(biāo)準(zhǔn)［5］。

為針對(duì)性分析并治理空冷平臺(tái)噪聲，模型預(yù)測(cè)中僅考慮空冷平臺(tái)噪聲聲源，以屏蔽其他聲源干擾影響。根據(jù)各噪聲源發(fā)聲特征，在Cadna/A軟件預(yù)測(cè)中建立模擬聲源。

軸流風(fēng)機(jī)沿葉片旋轉(zhuǎn)平面引起風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力性噪聲，發(fā)聲區(qū)域可等效為葉片旋轉(zhuǎn)覆蓋區(qū)域，模型中風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口分別按與葉片旋轉(zhuǎn)面相同的直徑為9 m的圓形面聲源進(jìn)行模擬；電機(jī)體積較小，模型中其噪聲以點(diǎn)聲源進(jìn)行模擬；管道噪聲主要通過(guò)散熱翅片發(fā)散，呈片狀區(qū)域發(fā)聲，模型中按與翅片安裝面相貼合的傾斜矩形面聲源進(jìn)行模擬；空冷平臺(tái)支撐柱、擋風(fēng)墻在模型中分別設(shè)置為柱形結(jié)構(gòu)、屏障體；計(jì)算網(wǎng)格設(shè)置為1 m×1 m，計(jì)算高度為1.2 m。空冷平臺(tái)Cadna/A軟件模型源強(qiáng)模擬效果如圖3所示。

圖3 空冷平臺(tái)Cadna/A軟件模型源強(qiáng)模擬效果圖

2.3 空冷平臺(tái)噪聲影響特性分析

對(duì)空冷平臺(tái)周圍距地面1.2 m高度的噪聲影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。在無(wú)降噪措施的情況下，空冷平臺(tái)對(duì)區(qū)域噪聲貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖如圖4所示。由圍墻外1 m處起，以5 m為間距等距設(shè)置受聲點(diǎn)，查看特定點(diǎn)位的預(yù)測(cè)結(jié)果，距廠區(qū)圍墻邊界一定距離的空冷平臺(tái)噪聲貢獻(xiàn)值預(yù)測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖4 空冷平臺(tái)區(qū)域噪聲貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖（降噪前）

圖5 空冷平臺(tái)噪聲貢獻(xiàn)值與距離關(guān)系圖（降噪前）

由圖4、圖5分析空冷平臺(tái)噪聲貢獻(xiàn)值對(duì)區(qū)域聲環(huán)境影響。在廠區(qū)圍墻外5 m處（距空冷平臺(tái)邊界21 m處）達(dá)到廠外最大貢獻(xiàn)值69.2 dB（A）。隨后其影響隨著距離增大而衰減，但衰減緩慢，至廠區(qū)圍墻外50 m處貢獻(xiàn)值為64.6 dB（A），小于65 dB（A），達(dá)到本次設(shè)計(jì)降噪目標(biāo)值。至廠區(qū)圍墻外150 m處貢獻(xiàn)值為59.5 dB（A），可見(jiàn)空冷平臺(tái)地面噪聲貢獻(xiàn)值對(duì)區(qū)域聲環(huán)境影響范圍、程度均較大?？绽淦脚_(tái)周邊高大建筑物對(duì)其噪聲的傳播有明顯的遮擋作用，主廠房、油罐區(qū)均形成明顯的聲影區(qū)。

利用Cadna/A軟件查看各個(gè)聲源對(duì)圍墻外最大值處受聲點(diǎn)的貢獻(xiàn)值，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)噪聲貢獻(xiàn)值為51.9～60.1 dB（A），風(fēng)機(jī)出風(fēng)噪聲貢獻(xiàn)值為41.2～47.8 dB（A），電機(jī)噪聲貢獻(xiàn)值為24.7～33.2 dB（A），管道噪聲貢獻(xiàn)值為17.1～23.9 dB（A）?？梢?jiàn)，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)噪聲影響貢獻(xiàn)值最大，為主要噪聲影響源，其他聲源受側(cè)擋風(fēng)板遮擋或本身源強(qiáng)相對(duì)小，對(duì)近場(chǎng)噪聲的影響貢獻(xiàn)值遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)降噪目標(biāo)值。根據(jù)《環(huán)境、健康與安全通用指南》中工業(yè)區(qū)噪聲值小于等于70 dB（A）的相關(guān)要求，按空冷平臺(tái)對(duì)廠外區(qū)域貢獻(xiàn)值低于65 dB（A）作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)空冷平臺(tái)的噪聲治理應(yīng)首先考慮進(jìn)風(fēng)口聲源。

利用Cadna/A軟件計(jì)算垂直于空冷平臺(tái)臨近側(cè)圍墻和地面方向的空間立面噪聲影響，其貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖如圖6所示。

圖6 空冷平臺(tái)空間立面噪聲影響貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖

由圖6分析空冷平臺(tái)聲源在空間方向的發(fā)散特點(diǎn)，可見(jiàn)空冷平臺(tái)架設(shè)較高，噪聲源懸于高空，由高空向地面發(fā)散，廠界圍墻高度低，對(duì)其傳播影響微小。在傳播途徑中架設(shè)聲屏障降噪方案難以治理空冷平臺(tái)風(fēng)機(jī)群噪聲傳播對(duì)廠區(qū)外的噪聲影響。

3 降噪措施及治理效果

3.1 擬定降噪措施

根據(jù)Cadna/A軟件預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)風(fēng)口噪聲對(duì)空冷平臺(tái)的噪聲影響貢獻(xiàn)最大，是導(dǎo)致區(qū)域噪聲超標(biāo)的直接原因，需針對(duì)空冷平臺(tái)進(jìn)風(fēng)口噪聲開(kāi)展降噪設(shè)計(jì)。鑒于空冷平臺(tái)的進(jìn)風(fēng)通風(fēng)要求，擬在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口加裝矩陣式進(jìn)風(fēng)消聲器，并以鋼結(jié)構(gòu)架設(shè)安裝。

矩陣式消聲器是將獨(dú)立的消聲器呈網(wǎng)格狀布置，形成陣列式消聲結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大截面積通道的通風(fēng)、消聲降噪功能。相較于傳統(tǒng)片式消聲器，矩陣式消聲器利于氣流在通風(fēng)截面處的水平面橫向、垂向流動(dòng)，更能適應(yīng)大型軸流風(fēng)機(jī)機(jī)組進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)口復(fù)雜的氣流走向，減小阻力損失。矩陣式消聲器技術(shù)成熟，已在空冷平臺(tái)降噪中有所應(yīng)用［6］。

根據(jù)Cadna/A軟件Partial Level選項(xiàng)數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口對(duì)圍墻外最大值處受聲點(diǎn)的貢獻(xiàn)值為51.9～60.1 dB（A）。不同組風(fēng)機(jī)布設(shè)位置不同，因距離衰減、空冷平臺(tái)支撐柱遮擋等差異因素，不同組風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)噪聲對(duì)廠界噪聲的貢獻(xiàn)值不同，貢獻(xiàn)值隨著與圍墻的距離增大而減小，差值可達(dá)8.2 dB（A）。若對(duì)所有風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口采用統(tǒng)一的降噪標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)離廠界、貢獻(xiàn)值較小的風(fēng)機(jī)將過(guò)度降噪，導(dǎo)致消聲器、結(jié)構(gòu)支撐、基礎(chǔ)承載等方面過(guò)度投入。

為優(yōu)化方案以精細(xì)化設(shè)計(jì)降低治理成本，利用軟件Partial Level功能，將風(fēng)機(jī)以不同的廠界噪聲貢獻(xiàn)值排序，對(duì)靠近圍墻側(cè)9組貢獻(xiàn)值較大的風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口加裝矩陣式進(jìn)風(fēng)消聲器，設(shè)計(jì)降噪量為10 dB（A），對(duì)遠(yuǎn)離圍墻的6組貢獻(xiàn)值較小的風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口加裝矩陣式進(jìn)風(fēng)消聲器，設(shè)計(jì)降噪量為5 dB（A）。在Cadna/A軟件中，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口聲源，利用Attenuation功能，輸入消聲量5 dB（A）、10 dB（A），以模擬消聲后的源強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)機(jī)組的差異化降噪設(shè)計(jì)。

3.2 預(yù)測(cè)治理效果

利用Cadna/A軟件中聲源Attenuation選項(xiàng)，設(shè)置聲源消聲器傳遞損失，模擬消聲降噪效果。對(duì)降噪后噪聲影響進(jìn)行模型預(yù)測(cè)，降噪后空冷平臺(tái)對(duì)區(qū)域噪聲貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖如圖7所示。通過(guò)Receiver查看特定點(diǎn)位的預(yù)測(cè)結(jié)果，降噪后距廠界圍墻邊界一定距離的空冷平臺(tái)噪聲貢獻(xiàn)值預(yù)測(cè)結(jié)果如圖8所示。

由圖7、圖8可見(jiàn)，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)采取消聲降噪措施后，在廠界圍墻外5 m處（距空冷平臺(tái)邊界21 m處）達(dá)到廠外最大貢獻(xiàn)值62.3 dB（A），隨后其影響隨著距離增大而減小，至廠區(qū)圍墻外150 m處貢獻(xiàn)值為55.2 dB（A），小于65 dB（A），廠外區(qū)域均達(dá)到本次設(shè)計(jì)降噪目標(biāo)值。

圖7 空冷平臺(tái)區(qū)域噪聲貢獻(xiàn)值等聲級(jí)線圖（降噪后）

圖8 空冷平臺(tái)噪聲貢獻(xiàn)值與距離關(guān)系圖（降噪后）

4 結(jié)語(yǔ)

空冷平臺(tái)噪聲源架設(shè)高度高、噪聲影響范圍大，難以通過(guò)距離衰減實(shí)現(xiàn)區(qū)域聲環(huán)境達(dá)標(biāo)。本文基于電廠工程實(shí)例，利用Cadna/A軟件對(duì)空冷平臺(tái)產(chǎn)生的噪聲影響特性進(jìn)行了模擬分析，并利用軟件擬定并優(yōu)化了噪聲治理方案，為空冷平臺(tái)降噪工程設(shè)計(jì)提供參考。