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热力站噪声与振动的研究和控制

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/8 19:46:54   

  所属频道:  火力发电    关键词:  振动 噪声 控制

摘要:本文叙述了热力站内各种噪声和振动源的声学特性及其传播规律,针对不同的声源提出了不同的治理措施,并以北京某小区热力站噪声振动综合治理为实例,介绍了采取综合治理前后的室内噪声情况。
  关键词:热力站 噪声 振动 噪声控制
引 言
  热力站的动力设备产生的振动与噪声,经墙体、管路等固体媒介及空气媒介造成振动及固体声、空气声传播,严重干扰了居民的正常生活。在一些小区,因为噪声污染问题,业主与物业或开发商的关系日趋紧张,有的还引起了诉讼。为了维护社会安定和居民的利益,国家环保局和市、区环保局都加大了噪声污染投诉的受理力度,当实测居民室内噪声超过国家标准允许的范围时,责任人或责任单位将会受到罚款并被要求限期治理。因此,热力站的噪声与振动的控制是势在必行的。
1 水泵噪声产生的原因及其控制措施
1.1 水泵噪声产生原因分析
  泵房噪声主要由水泵运行产生的。水泵运行过程中,一方面,泵壳及驱动水泵的电机向周围辐射空气声。泵壳辐射的噪声主要由水泵叶轮叶片引起的,离心泵运转时,每当叶片的后边缘经过涡壳的舌部或导向器导叶的前边缘时,压力就会发生变动,而且一直传到排出管中和泵壁上,并辐射出空气噪声,空气噪声衰减较快。另一方面,水泵属于旋转运动机器,由于叶轮等旋转部件的质量分布不均匀,其质心与转动中心存在着偏心距,从而产生扰力,会激励水泵振动,泵体的振动以弹性波的形式通过水泵基础、连接管道及其支/吊架传递至建筑结构,并经建筑结构传递出去。结构噪声属于固体声,频率较低,声波在以钢筋混凝土的钢性建筑结构中随传播距离的衰减很小。在高层建筑中,水泵或其它产生振动设备引起的结构噪声可影响该建筑的所有楼层,是室内噪声超标的主要噪声源之一。
1.2 水泵的噪声振动控制
  设备基础隔振应遵循匹配的原则:
  1)必须对所有敏感设备都作全面有效的隔振处理,彻底隔断“振桥”;
  2)为了安装和调整方便,通常均应加设配重隔振底座(或隔振台架);
  3)隔振器的选择,应根据隔振降噪的要求、设备的转速、机房的环境和工程投资而定。
  在一般情况下,选择橡胶隔振器和隔振垫等即可,当设备转速低,或要求隔振效率较高时,应采用金属弹簧隔振器;另外,在进行多台设备隔振时注意避免“差拍效应”的不良影响。典型的水泵隔振见图1。
1.3 泵基座隔振设计
  水泵基础隔振,如图1所示,隔振的基本参数是隔振体系的质量m和质量惯性矩J,隔振器的刚度k和阻尼比ξ,隔振体系的传递率。在正式详细地进行隔振计算之前,隔振体系基本参数的选择,可假定隔振体系为单自由度体系(对一般简单的隔振工程,如刚性台座制作合适,隔振器布置合理,也可视为单自由度体系),按下列步骤进行:
  1)根据实际工程需要,确定振动传递率μ,则隔振效率β为
β=1-μ
  2)计算水泵的干扰圆频率:
f0==
式中:n为水泵转速。
  3)由传递率μ求出隔振体系的自振频率ω(rad/s):
μ=
式中:D为隔振体系的阻尼比。
  若采取橡胶隔振器,阻尼比可忽略不计,一般为
ω=ωe
  4)根据实际结构情况,假定隔振体系总参振质量m(包括机组及台座等)。
  5)按下列公式计算隔振体系的总刚度k
k=mω2
式中 k——隔振体系总刚度(kN/m);
   m——隔振体系总质量(t);
  6)按下式计算隔振器数量N:
N
式中 ki——所选用的单个隔振器的刚度(kN)。
  7)按下式核算隔振器的总承载能力
Npi≥W+1.5Pd
W=mg
式中pi——单个隔振器容许承载力(kN);
  W——隔振体系总重量(kN);
  m——隔振体系总质量(t);
  g——重力加速度(9.81m/s2);
  Pd——作用在隔振器上的干扰力(kN)。
  8)隔振器的固有频率计算
f0=
式中:δ为隔振器的压缩量(mm)。
  根据以上计算结果可准确确定隔振器型号,从而选出匹配的隔振器达到良好的隔振效果。
1.4 隔振基座配重的设计
  为了安装和调整方便,一般均应加隔振台座(或隔振台架),如条件允许,可增加隔振台座的质量,这样做的目的为:
  1降低了隔振系统重心,增加了稳定性,并减少隔振台座的位移振幅,从而减少了设备因设置隔振基础而增加的颤动。
  2相对减少了机组重心偏移的影响,从而使作为支点的各隔振器压缩量接近(当采用刚度相同的隔振器时)。
  隔振基座配重质量m1可根据下式确定:
m1≥-m
式中[ν]——台座允许的振动速度和振动位移;
  m——设备质量;
  P——扰力的合力;
  ωe——设备扰力圆频率。
  在一般工程中,台座质量可以为1~5倍的机组质量,台座的几何尺寸要根据被隔振设备的几何尺寸、安装和操作条件以及是否需要降低体系质心等而定,通常采用矩形,有时采用“T”字多角形,需要时也可采用其他形式。台座材料一般为钢筋混凝土或钢结构。
2 流体管道系统噪声和振动控制
2.1 流体管道系统产生噪声原因分析
  流体管道系统噪声主要有调节阀噪声、管道噪声。调节阀的噪声主要包括阀门部件机械振动引起的噪声、空穴作用引起的噪声以及阀门减压时发生的气体动力性噪声。一般来说管道噪声是比较低的,但由于管网设计和配置不恰当可能发生强烈噪声。主要包括:当液体流速较高,管内突出物或管道截面突变和有方向急转,流体受到约束而产生的湍流噪声;当管道内有障碍物,局部的高速和低压,在特定的压力低于其蒸汽压,从而产生气泡,当这些气泡流经障碍物,流速降低而压力增加,致使气泡突然破裂产生噪声即空穴噪声、当阀门或水泵突然开启或管闭,管内流速及压力突然改变,其产生的加速度使变化的压力传给液体,作为压力波沿管道向前后反射所致水锤声;由于管道内液体的气化或空气漏入管内,在一定程度会使管内液体产生液体振荡而产生震颤声。
2.2 流体管道系统噪声振动控制
  (1)管道噪声控制
  在发生液体交变压力的附近应设置液体消声器,当液体进入消声器内,由于液体的脉动,从而产生的脉动压力波在消声器内受到扰动,使脉动压力波得到缓解,达到管道内由于气流脉动而产生的振动。
  (2)管道隔振
  对管道进行隔振,可以通过水泵与管道之间用弹性元件连接、管道与楼板或墙弹性吊架和支撑来实现,当管道穿墙时,应作隔振处理,详见图2和图3。
  在工程实际中,水泵与进水管、出水管的连接,一般可采用橡胶挠性软接管和不锈钢波纹管,但不锈钢波纹管隔振效率较差,因此一般选用橡胶挠性软接管。在设计时可根据水管尺寸和工作压力选择合适的软接管。软接管根据外形可分为单球和双球,其隔振降噪效果与橡胶材料的硬度、接管的结构、剖面形状、接管的长度和管内煤质的压力及管道的固定和安装方式都有关。在设计弹簧支吊架时,查阅相关标准规范,考虑不同管径的管道对支吊架特性的要求,以确定弹性支吊架的型号以及安装。
  管道隔振对降低机房本身的噪声作用甚小,但对降低毗邻房间的噪声是显著的,通常可获得4~7dB的减噪量。减噪量也可以从隔振效果(加速度级差)来估算,设备装配软接管后毗邻房间的减噪量为:
ΔL=7.59lga-2.12
  其中:a为软接管两端的振动加速度之比,a可通过实际测量求得。
  由于设备本身振动状况和管道内压力的差异,所得的结果还存在一定的离散度。更确切的结果应该通过较多的工程事例求得统计值。这里所给出的结果仅供设计人员估算时参考。
3 泵房内做吸声处理
  由于声波投射到材料表面上,部分声能透入材料孔隙内,使材料的纤维筋络或颗粒等发生振动而产生的摩擦,以及空气的粘滞性和热传导效应使声能转化为热能而损耗。因此在泵站的房间墙壁加装吸声处理可有效的降低房间内的混响声,吸声吊顶和吸声墙体安装详见图4和图5。
  假定室内吸声处理前后的房间常数分别为R1和R2,其相应的吸声量分别为A1和A2,则处理前后室内总声压级的降低量△L为:
  △L=10lg≈10lg(单位:dB)
  一般采取吸声处理措施后房间内混响噪声可降低3~8dB(A)。
4 工程实例
  北京某小区热力站噪声振动综合治理室内噪声治理前后测试结果如下页表2:
5 治理效果
  根据对表2的测试结果分析,热交换站内2台热交换器底座下安装橡胶隔振器、蒸汽及水管支撑和吊架改为弹性支、吊架、蒸汽及水管穿墙作隔振处理,房间内做吸声处理后居民室内噪声降低12.1dB,达到设计预期效果。其它水泵系统进行隔振处理后居民室内噪声基平均降低13dB(A)。治理后居民室内噪声级由58.6dB(A)降为33.9dB(A),降低了24.7dB(A),远远低于《城市区域环境噪声标准GB3096-93》45dB(A)的标准,室内几乎听不到由于热力站设备引起的噪声,治理效果明显,得到了甲方的好评。
  结束语
  总之,随着生活水平的不断提高,人们对居住环境的质量要求越来越高。热力站作为噪声和振动的污染源之一,对它的控制应引起高度的重视。而热力站噪声和振动的控制,又是一项典型的系统工程,每一环节都应认真对待,若其中任一环节隔振或降噪不到位,都会引起事倍功半的结果。所以,在对热力站进行“减振降噪”的工作时,首先要确定污染源,然后制定控制方案,最后找专业的公司施工,几个环节都得到有效控制,才能收到预期的效果。
参考资料
[1]《城市区域环境噪声标准GB3096-93》
[2]《城市区域环境振动标准GB10070-88》
[3]《环境工程手册(环境噪声控制卷)》,郑长聚等,高等教育出版社,北京,2000
[4]《噪声与振动控制工程手册》,马大猷等,机械工业出版社,北京,2002
[5]北京世纪静业噪声振动控制技术有限公司产品说明书,北京,北京世纪静业噪声振动控制技术有限公司,2002
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来源:中国电站集控运行网
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