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(dāng)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。
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(dāng)氣流形成過程中遇到障礙物時,就會出現(xiàn)渦流。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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。
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(dāng)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。
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。