景長(zhǎng)青
水電站廠房的噪聲主要是由水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行而造成的。當(dāng)機(jī)組全部滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),就會(huì)產(chǎn)生高分貝噪音。人員如果長(zhǎng)期在高分貝場(chǎng)所下工作,就會(huì)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(yán)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(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)單解決方法,減少噪音對(duì)人員的污染,提高設(shè)備的使用壽命。
水輪發(fā)電機(jī)組的噪聲來源有多種,主要來源于空氣動(dòng)力噪聲、電磁噪聲、機(jī)械振動(dòng),水力沖擊噪聲,以及氣蝕引起的噪聲。
空氣動(dòng)力噪聲的產(chǎn)生是由于氣體分子振動(dòng)引起的。當(dāng)氣流形成過程中遇到障礙物時(shí),就會(huì)出現(xiàn)渦流。當(dāng)氣流在風(fēng)道中遇到溝槽等阻礙物時(shí),風(fēng)壓發(fā)生改變,使溝槽上形成周期性風(fēng)壓波動(dòng),就會(huì)形成共鳴。當(dāng)發(fā)電機(jī)徑向通風(fēng)道上的氣流阻力出現(xiàn)周期性的壓力脈動(dòng)變化時(shí),也會(huì)產(chǎn)生共鳴。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子與定子通風(fēng)溝內(nèi)將有大量空氣流動(dòng),會(huì)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(chǎng)和轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的徑向力所激發(fā)的噪聲。這種噪聲強(qiáng)度與發(fā)電機(jī)的負(fù)荷成正比。運(yùn)行時(shí)由于電磁、溫度和機(jī)械振動(dòng)的綜合作用,有時(shí)會(huì)引起鐵芯松動(dòng),導(dǎo)致鐵芯扇張,發(fā)生顫振并形成噪聲源,同時(shí)又會(huì)降低鐵芯層間絕緣,造成局部磁場(chǎng)密度過高,引起鐵芯局部過熱,絕緣老化,反過來又會(huì)導(dǎo)致顫振加強(qiáng),從而增加了噪聲強(qiáng)度。
機(jī)械振動(dòng)主要是由于水流經(jīng)過導(dǎo)葉,沖擊漿葉帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)而引起的徑向軸承振動(dòng)。通過振動(dòng),表面運(yùn)動(dòng)形成聲源,產(chǎn)生機(jī)械噪音。當(dāng)軸承振動(dòng)過大時(shí),不但降低軸承的使用壽命,還通過與發(fā)電機(jī)的連接振動(dòng),引起基礎(chǔ)和外殼的振動(dòng)。
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(shí),由于每個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉的角度有微小的變化,在導(dǎo)葉附近形成一個(gè)小的紊流區(qū),并產(chǎn)生一個(gè)交變力作用于導(dǎo)葉上,使其產(chǎn)生振動(dòng)。水流沖擊漿葉,流經(jīng)錐管和尾水管時(shí),產(chǎn)生了復(fù)雜的尾流沖擊,并引起了尾水管振動(dòng),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(bǔ)氣量偏小時(shí),尾水管開始擺動(dòng)并在管壁上產(chǎn)生壓力脈動(dòng)。壓力脈動(dòng)振幅越大,產(chǎn)生的脈動(dòng)噪聲的強(qiáng)度越大。
而氣蝕是水輪機(jī)的又一個(gè)噪聲源。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的各個(gè)導(dǎo)流部件的流速和壓力不同時(shí),若某點(diǎn)壓力低于當(dāng)時(shí)水溫下的氣化壓力時(shí),該點(diǎn)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(qiáng)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(duì)人體有強(qiáng)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(duì)人體的傷害的辦法。
一是空氣動(dòng)力噪音,就需要設(shè)計(jì)人員改進(jìn)生產(chǎn)工藝,使噪音減少到最低。在機(jī)組停運(yùn)時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行維護(hù),清掃粉塵,保持通道的暢通。
二是電磁噪音的強(qiáng)度與發(fā)電機(jī)的有功、無功有關(guān),為了減輕噪音,在設(shè)計(jì)上要將定子視為振動(dòng)的彈性環(huán),以避開諧振現(xiàn)象為重點(diǎn)降低噪音。機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后就會(huì)引起鐵芯的輕微松動(dòng),導(dǎo)致噪音加大,甚至影響設(shè)備的安全運(yùn)行。因此就需要運(yùn)行一定時(shí)間后進(jìn)行檢修維護(hù)。
三是機(jī)組振動(dòng)過大時(shí),不但會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械噪聲,還會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命,因此在檢修時(shí),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(gè)槳葉的間隙,盡量減少軸承的過大振動(dòng),使水輪機(jī)組平穩(wěn)的運(yùn)行。
四是水力沖擊是引起蝸殼和尾水管振動(dòng)的主要原因,要減少振動(dòng),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(dòng)補(bǔ)氣閥,防止壓力脈動(dòng)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(qiáng)烈的噪聲,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(jī)組的平穩(wěn),造成強(qiáng)烈的振動(dòng)。要防止、減少氣蝕的產(chǎn)生,可以采用以下4個(gè)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(jì);第三,改善機(jī)組的運(yùn)行條件。第四,實(shí)現(xiàn)零氣蝕檢修。
在噪聲的防護(hù)措施上,除了在聲源上降低噪音,在傳播途徑和人員防護(hù)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(zhǎng)時(shí)間在充滿噪音的廠房工作時(shí),就要做好防護(hù)工作,如帶上耳塞,防止噪音對(duì)人體的傷害。
通過對(duì)機(jī)組設(shè)備的維護(hù)檢修和對(duì)隔音間的處理,降低了水輪發(fā)電機(jī)組的噪音,保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。經(jīng)過測(cè)量,中控室達(dá)到了兩類工業(yè)企業(yè)界GB12348-90標(biāo)準(zhǔn)。