抽水蓄能電站水輪機(jī)噪聲檢測與防治對策分析

竇丹丹 鞏泉泉 張兆波 張國英 崔福興

摘? 要：抽水蓄能電站負(fù)擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等重要功能，發(fā)展迅速，但其運(yùn)行時會產(chǎn)生噪聲等職業(yè)病危害因素。通過對抽水蓄能電站噪聲進(jìn)行檢測，主要是水輪機(jī)運(yùn)行時噪聲比較大，作業(yè)人員長期在這種高噪聲作業(yè)場所下工作，會影響聽力健康，嚴(yán)重的會造成噪聲聾。水輪機(jī)產(chǎn)生噪聲大一般主要有水力因素、電氣因素和機(jī)械因素等原因。為此，該文提出了對水輪機(jī)改造、安裝聲閘和為作業(yè)人員配備護(hù)聽器等相應(yīng)的對策供抽水蓄能電站參考借鑒，以期達(dá)到降低噪聲，減小對作業(yè)人員職業(yè)危害的目的。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站? ?水輪機(jī)? ?噪聲? ?防治

中圖分類號：R136.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）08（b）-0034-03

On the Detection and Control Measures of Noise Caused by Water Turbine in Pumped Storage Power Station

DOU Dandan1，2? ?GONG Quanquan1，2? ?ZHANG Zhaobo2? ?ZHANG Guoying2? ?CUI Fuxing1

（1.Shandong Electric Power Research Institute; 2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute， Jinan， Shandong Province， 250003 China）

Abstract： Pumped storage power station undertakes the important functions of power grid peak shaving， valley filling， frequency modulation， phase modulation and accident standby， and develops rapidly， but its operation will produce occupational hazard factors such as noise. The authors found that the level of the noise produced by hydraulic turbine was high. When the operators work in those workplaces for a long time， their hearing will be hurt， even occupational noise-induced deafness will be caused. The noise produced by hydraulic turbine is mainly caused by hydraulic factors， electrical factors and mechanical factors. Therefore， in order to reduce occupational hazards to operators， this paper puts forward corresponding countermeasures for pumped storage power station， such as the transformation of hydraulic turbine， the installation of sound gate and the provision of hearing protectors for operators.

Key Words： Pumped storage power station; Hydraulic turbine; Noise; Prevention and control

抽水蓄能電站在運(yùn)行時具有機(jī)組水頭高、容量大，轉(zhuǎn)速快、工況轉(zhuǎn)換頻繁、運(yùn)行區(qū)域跨度大、水力動態(tài)特性復(fù)雜等特點(diǎn)，致使抽水蓄能電站運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲比較大，導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)人員聽力下降，甚至出現(xiàn)噪聲聾。因此，該文重點(diǎn)對抽水蓄能電站水輪機(jī)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行檢測，分析其產(chǎn)生噪聲的原因，提出了相應(yīng)對策建議，來保護(hù)作業(yè)人員職業(yè)健康。

1? 抽水蓄能電站水輪機(jī)噪聲檢測

選用丹麥B&K公司2238型精密積分聲級計，檢測了6家抽水蓄能電站在不同工況下水輪機(jī)層的噪聲，重點(diǎn)給出了水車室內(nèi)的檢測結(jié)果。

從檢測數(shù)據(jù)看出，水輪機(jī)運(yùn)行時噪聲在91.3～102.1 dB（A）之間，整體偏高，主要原因是機(jī)組運(yùn)行水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和噪聲。根據(jù)《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第2部分：物理因素》（GBZ 2.2-2007）規(guī)定，每周工作5 d，每天工作8 h，噪聲限值為85 dB（A）[1]，如果作業(yè)人員長期在此工作場所中，肯定會影響作業(yè)人員聽力健康。所以，該文重點(diǎn)分析水輪機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因和對策。

2? 水輪機(jī)產(chǎn)生噪聲原因分析

備用工況下，水車室內(nèi)噪聲遠(yuǎn)小于抽水和發(fā)電工況，對作業(yè)人員危害不大。非備用工況下，水輪機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的振動噪聲一般有水力因素、電氣因素和機(jī)械因素等原因。

2.1 水力因素

一般說來，水輪機(jī)組的噪聲主要是水力因素引起的。水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)流水道蝸殼、導(dǎo)葉中的不勻稱流場造成渦帶，進(jìn)到轉(zhuǎn)軸造成機(jī)組振動，這種振動隨機(jī)組工作狀況轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，且一會兒消失，一會兒明顯。轉(zhuǎn)軸葉片尾端的卡門渦也會引起機(jī)組振動，卡門渦列的產(chǎn)生與水流速率和繞流體尾端的橫斷面規(guī)格和尺寸相關(guān)。水輪機(jī)在非最優(yōu)工況下運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪出口水流，會在尾水管中形成渦帶，造成壓力脈動。高水頭水泵水輪發(fā)電機(jī)組因止漏環(huán)構(gòu)造形式和空隙組成不合理，及運(yùn)作空隙不勻稱造成水壓力脈動引起機(jī)組振動，振動擺度及壓力脈動幅度值，均隨機(jī)組負(fù)載和過總流量的提升而顯著增加，從而產(chǎn)生的噪聲很大[2-4]。

2.2 電氣因素

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈的匝間短路，還有轉(zhuǎn)子不圓，定子與轉(zhuǎn)子之間的空隙不均勻，在定子與電機(jī)轉(zhuǎn)子間造成不平衡磁抗拉力，定子繞組選用分?jǐn)?shù)槽產(chǎn)生的次諧波電流磁勢與基波磁勢相作用，造成次諧波電流振動。因定子齒槽效應(yīng)磁導(dǎo)波造成振動。另外，定子支路間的電場或負(fù)序電流也很有可能造成機(jī)組振動產(chǎn)生噪聲。

2.3 機(jī)械因素

機(jī)械因素通常是由于設(shè)備缺陷或常見故障引起振動和噪聲。機(jī)械設(shè)備不平衡狀況是較普遍現(xiàn)象，尤其是高水頭和高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)組更加突顯。一般造成的原因是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，其次是機(jī)組軸線傾斜，還有就是導(dǎo)軸承缺陷等[3-5]。

3? 水輪機(jī)噪聲防治對策

3.1 水輪機(jī)運(yùn)行噪聲防治

對于噪聲源的治理，在研究設(shè)計階段就應(yīng)選用低振動低噪聲型號的水輪機(jī)。對于在運(yùn)的水輪機(jī)在安全運(yùn)行的前提下進(jìn)行改造，定期檢維修，避免設(shè)備故障引起的噪聲和振動。改造水輪機(jī)可以從更換優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)輪、挑選定子槽數(shù)、改造定子鐵芯、控制線棒溫度等方面著手考慮。通過優(yōu)化水力設(shè)計轉(zhuǎn)輪，使新轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)口呈月牙形且泄水錐加長，轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口呈月牙形相當(dāng)于增大了導(dǎo)葉分布圓直徑比，可減小轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉之間的流動干擾即減小轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間的動靜干涉，從而降低無葉區(qū)壓力脈動幅值;加長的泄水錐具有引流作用，從而減小轉(zhuǎn)輪出口處的壓力脈動，還可改善水泵方向的空化性能，使廠房振動過大與高頻噪聲問題可以得到解決[6]。重新確定水輪發(fā)電機(jī)的定子槽數(shù)，從定子鐵芯軛齒、鐵芯卡緊方法、定子含銅量3個方面對水輪發(fā)電機(jī)的定子鐵芯改造，從定子線棒的原材料、繞組方法及其絕緣層開展改造控制定子線棒的溫度等都可以進(jìn)一步降低噪聲的產(chǎn)生，達(dá)到減噪目的。

3.2 噪聲傳播途徑防治

機(jī)組運(yùn)行時，水車室內(nèi)噪聲多為中低頻噪聲，水車室均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的硬性反射面，通常是在水車室出口處安裝聲閘以隔絕水車室噪聲，且聲閘的通道間形成吸聲層。聲閘采用雙層或多層隔聲門結(jié)構(gòu)，同時配以通道吸聲處理，達(dá)到降低聲源混響聲及隔絕其漏聲雙重目標(biāo)。利用墻面、立柱、水車室混凝土墻體設(shè)置吸聲隔聲層、頂部懸掛空間吸聲體、水車室門的隔聲處理、滲漏泵周邊的吸隔聲處理降低室內(nèi)的聲壓級與降低廠房振動產(chǎn)生的二次輻射噪聲，用大小吊物孔的隔聲處理降低上下部噪聲通過通吊物孔的上下傳遞總體降噪目標(biāo)[7]。根據(jù)調(diào)查，少數(shù)抽水蓄能電站還存在沒有水車室，只是用圍欄隔離水輪機(jī)，強(qiáng)烈建議設(shè)置水車室和聲閘，隔絕噪聲傳播。

3.3 作業(yè)人員噪聲個體防護(hù)

工業(yè)企業(yè)從聲源降噪不僅成本過高且受環(huán)境影響有時還難以實(shí)現(xiàn)，配備護(hù)聽器就成了對勞動者保護(hù)的最后一步。防噪耳塞使用方便，成本較低，因此廣泛使用。企業(yè)為工人配備防噪耳塞應(yīng)達(dá)到防護(hù)要求，也要避免過度防護(hù)。建議企業(yè)采購防噪耳塞及耳塞分配器，分別安裝至水輪機(jī)層主副廠房端門口和水輪機(jī)層水車室入口處，由勞動者即取即用[8]。但不同耳塞因形狀、材質(zhì)的差異，降噪性能也不盡相同，有的研究表明火箭型耳塞降噪效果要好于子彈頭型耳塞降噪效果，可以優(yōu)先選用該類型耳塞[9]。

4? 結(jié)語

抽水蓄能電站中水輪機(jī)產(chǎn)生的噪聲極大，危害作業(yè)人員聽力健康，該文通過分析水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪聲的原因，提出了對水輪機(jī)改造、安裝聲閘和為作業(yè)人員配備護(hù)聽器等相應(yīng)的對策供抽水蓄能電站參考借鑒，達(dá)到降低噪聲，減小對作業(yè)人員職業(yè)危害的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國衛(wèi)生部.工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第2部分：物理因素：GBZ2.2-2007[S].北京：人民衛(wèi)生出版社，2008：20-21.

[2] 周濤，劉棣中.水輪機(jī)振動原因分析與處理[J].廣西水利水電，2019（3）：92-95.

[3] 姜明利，孫銘君.抽水蓄能電站水輪機(jī)噪聲測試分析案例[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2020，43（2）：49-52.

[4] 姜明利，莊堅菱，楊躍超，等.福建仙游抽水蓄能電站水輪機(jī)頂蓋振動特性分析[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2019，42（1）：6-10，37，71.

[5] 陶琴.廣場舞在城鎮(zhèn)地區(qū)開展現(xiàn)狀及發(fā)展中存在的問題研究——以湖北省十堰市房縣為例[J].當(dāng)代體育科技，2020，10（6）：173-174.

[6] 尹淑欣.強(qiáng)噪聲環(huán)境下管道泄露檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2019.

[7] 王雯彥，張開瑞.環(huán)評工作中常見噪聲源的噪聲控制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2020，17（16）：129，133.

[8] 趙兢兢，郭一冰.污染類建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收監(jiān)測中噪聲監(jiān)測問題探析[J].科技資訊，2020，18（18）：72-73.

[9] 張倩.噪聲職業(yè)病危害管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].天津：天津醫(yī)科大學(xué)，2020.