呂金剛

（城林環(huán)保技術(shù)（上海）有限公司，上海 201306）

近年來，燃氣輪機發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，輕型燃氣輪機發(fā)電機組主要應(yīng)用在離用電單位及居民較近的區(qū)域，所產(chǎn)生的噪聲對人們的工作和生活影響很大，需要對輕型燃氣輪機產(chǎn)生噪聲的機理進行分析，并探索治理方法，促進我國的輕型燃氣輪機的長遠發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1 輕型燃氣輪機的噪聲機理

燃氣輪機的噪聲主要由三部分組成：氣動噪聲、機械噪聲、燃燒噪聲。我國的輕型燃氣輪機主要以航改型燃氣輪機為主，航改型燃氣輪機是指將渦噴、渦扇等成熟的航空發(fā)動機進行改造，并配裝動力渦輪用于帶動發(fā)電機，使其成為發(fā)電用輕型燃氣輪機。航改型燃氣輪機噪聲源主要壓氣機、燃燒室和動力渦輪，其中由于燃料燃燒后產(chǎn)生的高速氣流推動動力渦輪的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪聲，并且夾雜著燃燒室等前端部件傳播過來的噪聲，動力渦輪的噪聲最大，不僅中高頻噪聲值高，低頻噪聲也很高。航改型燃氣輪機的外壁很薄，隔聲性能差，因此，除了壓氣機進氣口噪聲高、動力渦輪排氣口噪聲高以外，其機體外的噪聲也非常高。

圖1 是國產(chǎn)某航改型燃氣輪機的的噪聲頻譜。

2 發(fā)電用輕型燃氣輪機的噪聲治理措施

由于發(fā)電用輕型燃氣輪機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，首先是降低輕型燃氣輪機的本體噪聲，進行低噪聲設(shè)計優(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)電用輕型燃氣輪機噪聲頻譜

2.1 噪聲治理措施分析

除了動力渦輪以外，航改型燃氣輪機的零部件60%以上都是使用原航空發(fā)動機的零部件，針對降低噪聲的改造升級空間受限，很難做到低噪聲運行。況且，航改型燃氣輪機本身的原材料比重型燃氣輪機的要求更高，成本也更高，故在燃氣輪機本體噪聲控制工作以及傳播途徑的工作中，還要注重經(jīng)濟性和價格競爭優(yōu)勢?？刂圃肼晜鞑ネ緩绞侵覆捎孟?、吸聲、隔聲等方式，并考慮氣動、結(jié)構(gòu)、溫度場等要求而設(shè)計的降噪設(shè)備，所帶來的成本也已經(jīng)成為輕型燃氣輪機發(fā)電機組價格占比較高的附屬設(shè)備，所以在實現(xiàn)噪聲治理目標的同時還要注重經(jīng)濟性。有的發(fā)電用輕型燃氣輪機使用環(huán)境同重型燃氣輪機，放置在大型電廠內(nèi)，通常配備了降噪設(shè)備的燃氣輪機噪聲目標控制在85dB(A)即可；更多的發(fā)電用輕型燃氣輪機的使用環(huán)境不同于重型燃氣輪機，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，對噪聲目標要求提高到75dB(A)，有的要求甚至更高，噪聲控制難度劇增。

2.2 降低輕型燃氣輪機的本體噪聲

受用途的影響，航改型燃氣輪機的燃氣發(fā)生器在原型機設(shè)計時并不把噪聲控制放在重點，且其主要的結(jié)構(gòu)、零部件都已經(jīng)定型，可以考慮在改造時進行如下幾個方面的優(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)有燃氣輪機的使用中效果很好，且起到的保溫隔熱作用。

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

（4）使用更加潤滑的軸承、潤滑劑。

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氣輪機噪聲最重要的噪聲控制方法，主要控制方向有燃氣輪機進氣入口噪聲的治理、燃氣輪機本體噪聲的治理、排氣出口噪聲的治理、使用環(huán)境的反作用及利用。

（1）進氣入口噪聲的傳播治理。輕型燃氣輪機的進氣口聲壓級可以達到130dB(A)，其噪聲治理不僅要選擇合適的消聲設(shè)備，還要兼顧進氣口的氣動流場、進氣系統(tǒng)的總流阻損失、消聲設(shè)備內(nèi)潔凈度等因素。進氣口的消聲可通過設(shè)置足夠隔聲量的進氣蝸殼、隔聲通道及使用消聲器實現(xiàn)。對進氣噪聲治理的過程中，應(yīng)當(dāng)注意盡量避免出現(xiàn)以下問題：如果進氣口的氣動流場紊亂，壓氣機葉片受力不均勻?qū)?dǎo)致輕型燃氣輪機不能正常運轉(zhuǎn)，甚至出現(xiàn)喘振；因為消聲器的設(shè)置阻力過大，輕型燃氣輪機的運轉(zhuǎn)效率將下降；消聲設(shè)備內(nèi)有灰塵或吸聲材料飄散，長期運行后發(fā)動機葉片上將積灰，影響壓氣機葉片動平衡和負載；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)輕型燃氣輪機葉片全部被打壞的事故。

（2）輕型燃氣輪機本體噪聲的治理。因為沒有厚重的殼體，輕型燃氣輪機的本體噪聲要更大一些，也可以達到130dB(A)。通常利用燃氣輪機的罩殼進行隔聲，并在罩殼上設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)對罩殼內(nèi)進行冷卻。罩殼的隔聲性能重點要從四個方面去考慮：避開共振頻率、壁板結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)高隔聲量、接縫及洞口的密封處理、門體鉸鏈及門鎖牢固可靠。

為避讓共振頻率，采用改變結(jié)構(gòu)振動頻率的方法，合理選用外板厚度、貼附阻尼層、增加加強筋等形式。輕型燃氣輪機罩殼壁板的隔聲量要達到45dB(A)以上，普通隔聲壁板很難達到，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，可以選用結(jié)構(gòu)縫以及特制的密封膠條來實現(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)，通過外界與罩殼內(nèi)的氣壓差使得密封越來越嚴。門體也是輕型燃氣輪機的噪聲控制的難點，除了門體和密封膠條外，由于隔聲性能的門體較重，長期使用可能導(dǎo)致鉸鏈和門鎖變形，門邊出現(xiàn)漏聲現(xiàn)象，特制或選用質(zhì)量好的門鉸鏈和門鎖可以使得噪聲治理效果持續(xù)更長久。

（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現(xiàn)噪聲指標。雖然輕型燃氣輪機的排氣壓力是很大的，但也要考慮消聲器的氣動性能，消聲器內(nèi)流速控制30m/s 左右比較好。輕型燃氣輪機的排氣溫度很高，排氣用消聲器要充分考慮溫度對結(jié)構(gòu)的影響，否則也會影響排氣出口噪聲的治理效果，此前一些實際項目案例中就出現(xiàn)過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)電用輕型燃氣輪機的使用環(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、周圍設(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)振動等因素會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、廠區(qū)噪聲治理等方式，獲得更好噪聲治理效果的同時降低降噪措施成本。目前對于輕型燃氣輪機的噪聲治理主要是以上幾種方法，隨著科技的進步，一些新材料、新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，相信一些更為先進的治理方法也會不斷推出。

3 應(yīng)用案例

中國聯(lián)通天津某數(shù)據(jù)港被評為國內(nèi)5A 標準機房，共有五層樓，應(yīng)急電源設(shè)置于大樓的一層，使用了國產(chǎn)航改型燃氣輪機，功率等級128MW，最大噪聲等級達到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)電用輕型燃氣輪機如果不能進行很好的噪聲治理，會對附近居民和工作人員造成嚴重的噪聲傷害。通過利用以上提出的噪聲治理分析方法，選用了經(jīng)濟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，使得樓宇廠界達到《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3096-2008) Ⅱ類標準要求，白天不大于60dB(A)，夜間不大于50dB(A)。

4 結(jié)語

發(fā)電用輕型燃氣輪機的應(yīng)用越來越廣泛，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。發(fā)電用輕型燃氣輪機的噪聲治理效果尤其重要。本文通過對輕型燃氣輪機噪聲治理的分析，有助于我們更好的了解航改型燃氣輪機的噪聲治理方向，可以采用更經(jīng)濟高效的措施實現(xiàn)噪聲治理目標。目前，我國輕型燃氣輪機還處于起步階段，后續(xù)隨著國家的“兩機專項”、“三輕一重”等燃機戰(zhàn)略的發(fā)展，逐步形成更加完善的燃氣輪機噪聲治理設(shè)計規(guī)范。