汽輪機組噪聲特性分析與治理

劉睿迪　王健　劉歡　劉旭旭　朱斌

摘 要： 文章對某公司的汽輪機組噪聲進行分析，根據所測噪聲信號，對其頻譜加以分析，判斷產生噪聲的主要頻率。同時對現場的噪聲聲源和傳播路徑進行檢測分析，并從吸聲和隔聲兩個方面闡述阻斷聲音傳播的噪聲治理方案，使降噪達到理想效果。結果證明，此方案是一套有效的控制措施，降噪效果顯著，完全滿足國家技術標準的要求，為其他汽輪機組的噪聲處理提供參考。

關鍵詞： 汽輪機 噪聲特性 降低噪聲

1.現狀分析

某廠為了處理污水啟動此項工程，但是在運行中發現隨著鍋爐流量、壓力、溫度等參數的提高，排汽噪聲也大大增加，汽輪機的噪聲遠遠超過《工業企業噪聲控制設計規范》規定的生產車間及作業場所低于90dB的指標，成為廠內最大的噪聲源。

對汽輪機的運行狀態監測，能夠對潛在故障進行早期檢測和預報。在對汽輪機運行狀態進行實時監測時，一般是通過振動信號檢測汽輪機的早期故障。由于各種復雜因素的影響，振動信號中一般都含有大量噪聲，因此在進行故障分析之前必須進行信號消噪處理。

汽輪機組在結構上具有層次性。可根據機組的層次結構對機組實施狀態綜合評價。在建立起機組狀態評價的層次結構模型后，機組的狀態評價過程由部件級到子子系統級再到子系統級，然后是機組級。整個機組的狀態評價過程是從“部件級”開始的，完成“部件級”評價后，進入“子子系統級”評價；完成所有的“子子系統級”評價后，進入“子系統級”評價；完成全部的“子系統級”評價后，進入“機組級”狀態評價。利用機組的層次結構模型可實現對機組狀態的準確評價。在對任何一個級別進行狀態評價時，都要借助適當的評價數學模型，下面對典型的評價模型進行論述。

2.噪聲測量和分析

兩汽輪機組在機房內輪換工作，對工作狀態下的汽輪機組進行測量，用噪聲測試儀測量距離機器測點為1米的多次平均聲壓值。操作室和工人休息室距離汽輪機組約6米，室內設有電話，經過測量室內噪聲聲壓級為81dB?！豆I企業廠區各類地點噪聲標準》規定，生產車間及作業場所噪聲限制值為90dB，高噪聲車間設置的值班室、觀察室、休息室有電話通訊要求時噪聲限制值為70dB。車間內噪聲聲壓級平均值達到109dB，最大值達到116dB，已經遠遠超出標準要求。

對采集的噪聲信號進行頻譜分析，汽輪機組的噪聲頻帶很寬，包括低、中、高頻，各頻率的聲壓級都很高，中低頻部分，聲壓級上下變化不大，大體保持在85至90dB之間，高頻部分變化較大，聲壓級最大值已經接近120dB。選用A計權聲壓級對汽輪機組的噪聲進行評價。A計權聲壓級是噪聲控制工程中常用的評價方法，能夠比較確切地反映人耳聲音強度和頻率的聽力感受，用于不隨時間而起伏變化的連續穩態噪聲。通過修正A計權系數，低頻部分平均聲壓級接近85dB，中頻部分平均聲壓級接近90dB，高頻部分平均聲壓級接近120dB，從而得出噪聲的主要成分是中高頻部分。

3.吸聲隔聲結構選定及隔聲量計算

消噪的方法主要有硬件濾波和軟件濾波兩種方法。硬件濾波主要是設計一些濾波器電路，以濾除信號中的噪聲頻率成分，軟件濾波是在程序中設計一些數字濾波器，通常都是基于Fourier變換原理的一些方法，如FFT分析，倒譜分析，短時Fourier分析，Wigner分布，等等。在汽輪機振動的各種早期故障表現在振動信號中，很大一部分是非穩態的或突的弱信號，無論是采用硬件濾波還是采用基于Fourier變換的軟件濾波方法，其結果必然是在降低噪聲的同時展寬波形，平滑甚至可能抹去信號中包含故障特征的弱突變信息。

軟件消噪的另一種方法是利用信號的小波分解或小波包分解的非線性降噪。小波分解消噪法是通過浮動閾值將大部分噪聲及接近噪聲強度的小波系數均視為零而舍去，其效果類似于將信號原有的能量壓縮或集中到少數幾個大振幅的小波系數上。小波包分解消噪法則是對小波分解中所得到的高頻部分再繼續細分為一些子頻帶，并且每個子頻帶提取各自的閾值，因此具有更精細的消噪能力。在用一維小波進行信號的消噪處理中，最重要的就是閾值選取的原則和閾值量化的標準。對于消噪閾值的選取，筆者提出一種以小波包能量為基礎，以原始信號與降噪后信號之間的均方誤差（MSE）極小化為目標的基于小波包的降噪算法，并與傳統的Donoho的硬閾值降噪算法加以比較。

罩板和阻尼層通常存在隔聲罩的外部，為了達到理想的降噪效果，我們沒有使用普通的罩板加阻尼層的結構，而是把這—層換成專利技術，阻尼隔聲板，其優點是在達到同等隔聲量的情況下，阻尼隔聲板比普通的結構，如鋼板加阻尼漆的重量要輕，價格也便宜。

4.治理后效果

在噪聲治理過后，降噪效果非常明顯，經過在廠內實地測量，汽輪機房內平均聲壓級降到79.9dB，符合工業噪聲標準。隔聲罩內噪聲得到有效控制，平均聲壓級100dB。控制室噪聲平均聲壓級下降到69dB，均達到《工業企業噪聲控制設計規范》的要求。

參考文獻：

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