淺談發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C的噪聲治理分析

呂金剛

（城林環(huán)保技術(shù)（上海）有限公司，上海 201306）

近年來，燃?xì)廨啓C發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，輕型燃?xì)廨啓C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?xì)廨啓C產(chǎn)生噪聲的機理進(jìn)行分析，并探索治理方法，促進(jìn)我國的輕型燃?xì)廨啓C的長遠(yuǎn)發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1 輕型燃?xì)廨啓C的噪聲機理

燃?xì)廨啓C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?xì)廨啓C主要以航改型燃?xì)廨啓C為主，航改型燃?xì)廨啓C是指將渦噴、渦扇等成熟的航空發(fā)動機進(jìn)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?xì)廨啓C。航改型燃?xì)廨啓C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?xì)廨啓C的外壁很薄，隔聲性能差，因此，除了壓氣機進(jìn)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?xì)廨啓C的的噪聲頻譜。

2 發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C的噪聲治理措施

由于發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C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?xì)廨啓C的本體噪聲，進(jìn)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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C本身的原材料比重型燃?xì)廨啓C的要求更高，成本也更高，故在燃?xì)廨啓C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(jì)性和價格競爭優(yōu)勢。控制噪聲傳播途徑是指采用消聲、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?xì)廨啓C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(biāo)的同時還要注重經(jīng)濟(jì)性。有的發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C使用環(huán)境同重型燃?xì)廨啓C，放置在大型電廠內(nèi)，通常配備了降噪設(shè)備的燃?xì)廨啓C噪聲目標(biāo)控制在85dB(A)即可；更多的發(fā)電用輕型燃?xì)廨啓C的使用環(huán)境不同于重型燃?xì)廨啓C，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(biāo)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?xì)廨啓C的本體噪聲

受用途的影響，航改型燃?xì)廨啓C的燃?xì)獍l(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(jìn)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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C噪聲最重要的噪聲控制方法，主要控制方向有燃?xì)廨啓C進(jìn)氣入口噪聲的治理、燃?xì)廨啓C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(jìn)氣入口噪聲的傳播治理。輕型燃?xì)廨啓C的進(jìn)氣口聲壓級可以達(dá)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(jìn)氣口的氣動流場、進(jìn)氣系統(tǒng)的總流阻損失、消聲設(shè)備內(nèi)潔凈度等因素。進(jìn)氣口的消聲可通過設(shè)置足夠隔聲量的進(jìn)氣蝸殼、隔聲通道及使用消聲器實現(xiàn)。對進(jìn)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(jìn)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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C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(fù)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?xì)廨啓C葉片全部被打壞的事故。

（2）輕型燃?xì)廨啓C本體噪聲的治理。因為沒有厚重的殼體，輕型燃?xì)廨啓C的本體噪聲要更大一些，也可以達(dá)到130dB(A)。通常利用燃?xì)廨啓C的罩殼進(jìn)行隔聲，并在罩殼上設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)對罩殼內(nèi)進(jìn)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?xì)廨啓C罩殼壁板的隔聲量要達(dá)到45dB(A)以上，普通隔聲壁板很難達(dá)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(yán)。門體也是輕型燃?xì)廨啓C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(biāo)。雖然輕型燃?xì)廨啓C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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C的噪聲治理主要是以上幾種方法，隨著科技的進(jìn)步，一些新材料、新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，相信一些更為先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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?xì)廨啓C，功率等級128MW，最大噪聲等級達(dá)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?xì)廨啓C如果不能進(jìn)行很好的噪聲治理，會對附近居民和工作人員造成嚴(yán)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(jì)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(dá)到《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096-2008) Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)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?xì)廨啓C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?xì)廨啓C的噪聲治理效果尤其重要。本文通過對輕型燃?xì)廨啓C噪聲治理的分析，有助于我們更好的了解航改型燃?xì)廨啓C的噪聲治理方向，可以采用更經(jīng)濟(jì)高效的措施實現(xiàn)噪聲治理目標(biāo)。目前，我國輕型燃?xì)廨啓C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?xì)廨啓C噪聲治理設(shè)計規(guī)范。