電廠冷卻塔產生噪聲的原理與減噪設計

摘 要：噪聲是危害較大的工業污染之一，電廠冷卻塔噪聲具有聲源面積大、瞬時沖擊力強、頻率高、傳播距離遠等特點，給工作人員及周邊居民生活、健康造成很大的影響。該文首先分析電廠冷卻塔產生噪聲的主要原理，并研究有效的減噪設計方案。

關鍵詞：電廠 冷卻塔 噪聲 原理 減噪設計

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（c）-0077-02

我國絕大部分電廠建設在人口稀少的郊區地區，但是因地理環境、生產條件等多種因素的限制，一些電廠不得不建設在距離城鎮不遠的近郊區甚至建設在人口較集中地區，這部分電廠冷卻塔產生的噪聲對周邊環境及人們生活與健康造成的影響更大[1]。因此了解冷卻塔產生噪聲的原理并采取針對性的減噪設計，對減少噪聲污染和提高周邊居民生活質量有非常重要的意義。

1 產生噪聲的原理

電廠冷卻塔是一種利用冷水吸收熱量達到冷卻效果的熱交換設備，主要由進風口、除水器、風機、馬達等部件組成[2]。其運行過程中會產生穩態、高頻噪聲，噪聲聲源主要有3種：一是冷凝器收水與布水系統生成的落水產生的噪聲；二是閥門、配管和水泵等部件引發塔體振動而產生的噪聲；三是風機進排氣、散熱而引起的噪聲。電廠冷卻塔主要噪聲聲源產生噪聲的原理如下。

1.1 落水噪聲產生原理

冷卻塔在運行作業時會因零部件振動、淋水而產生噪聲，其中淋水噪聲的影響比較大[3]。其產生原理有兩個：（1）凝水器水滴下落時會生成氣泡和產生輻射作用，從而產生噪聲，這類噪聲頻譜達500～1 000 Hz。（2）凝水器所流出的循環水自上方噴淋管往下做自由落體運動，落水連續、大面積地落到水池面時會產生極大的沖擊，進而產生穩態機械噪聲，經測試，落水撞擊水面的瞬時速度達到了8 m/s，是同空氣動力噪聲、機械噪聲和電磁噪聲一樣影響較大的特殊噪聲之一。

1.2 塔體噪聲產生原理

電廠冷卻塔塔體的噪聲主要是由各類部件振動而引起的，在冷卻塔預定過程中，相關的零部件會產生彈性形變，繼而出現振動[3]。這些具有彈性的零部件在工作過程中會產生振動能力并將其傳播到其他地方，當其傳播至有輻射作用的物體表面時，后者會將其反射至空氣中并向遠處傳播，最終形成影響范圍較大的機械噪聲。

1.3 風機噪聲產生原理

電廠冷卻塔風機設備是安裝于機械上方的，并且抽出方式為逆向抽出，從而起到降溫的作用。但是風機在機械工作過程中會高速旋轉，旋轉過程中風機葉片會作用于空氣而產生漩渦空氣流，形成一股向上的氣流而產生梯度壓力，進而導致運動速度和空氣流會出現脈動變化，同時部分旋轉零部件會存在一定的平衡差異，繼而引起風機結構的振動，最終產生空動力性的振動噪聲。

2 減噪設計策略

2.1 聲屏障減噪設計

聲屏障設計減噪指的是在受聲點和噪聲源之間設計專門的聲學障板，利用聲的傳播特性達到減噪的效果[4]。冷卻塔在工作過程中需要保持良好的散熱，如果采取封閉式隔聲設計會影響機械的運行，因此采取組合式聲屏障設計以達到減弱或阻止噪聲傳播的效果。第一，根據受聲點、聲源的地理位置特點、兩者距離特點以及聲音傳播特點科學計算出噪聲影響范圍內的全部敏感點，從而合理設計有效屏蔽范圍，確保全部噪聲敏感點均得到有效的噪聲屏蔽保護，實現減噪的目的。第二，綜合考慮地理條件、聲波繞射等因素，合理進行隔聲設計，聲屏障的頂部結構設計為吸——隔組合式隔聲結構，隔聲屏板選用可增強隔聲能力的雙層隔聲板，內層為中阻隔聲材料，外層為阻尼隔聲材料，兩層隔聲板之間留出一2～3 mm寬度的空氣層；吸聲屏板選用具有良好吸聲性能的寬頻帶組合式吸聲板。第三，在聲屏障風機進風口位置添加一個折板式的吸聲屏板，在保障冷卻塔充分散熱的基礎前提下將減噪效果最大化。

2.2 消聲器減噪設計

消聲器裝置的主要作用是在保障氣流通過的基礎上減弱或阻止聲音傳播強度，風機是電廠冷卻塔噪聲主要來源之一，對此可在風機出口位置裝置消音器裝置以達到減噪效果。按照環境整治提出的有關要求，通風性的消音裝置的減噪指標設計在12～18 dB（A）左右，壓力損耗控制在4.90 Pa以內。第一，通風性消音器減噪設計需要綜合考慮通風性能、電廠建筑結構、防水、防潮和降噪量等多種因素，從而合理選擇合適的聲學結構與減噪材料。例如ABS、PVC和聚碳酸酯等工程塑料具有良好的防水性能，且使用壽命長，可選用以上材料為主的新型材料設置組合式減噪單元結構。所選材料需滿足以下要求：一是機械在正常的運行條件下，材料耐受期限不短于15年；二是在最低氣溫標準條件下，材料不脆裂、不破碎；三是具有良好的抗熱、阻燃性能；四是在高溫條件下（65 ℃時）不會發生形變。第二，根據冷卻塔的類型設計消音器結構，保障冷卻塔良好的通風、散熱和冷卻效率。對冷卻塔外部和內部進行風洞實驗，以明確其內外部流暢分布情況，進一步分析在不同類型冷卻塔中，消音器裝置對塔內外部阻力大小、流暢分布和冷卻效果的影響作用，以對通風性消音器裝置進行優化設計，并對設計方案進行多次反復的實驗，在保障冷卻塔良好運行的基礎上使消音器裝置發揮最大的減噪作用。

2.3 塔內消能減噪設計

塔內聲源減噪設計主要針對冷卻塔落水噪聲源采取減噪措施，利用斜面消能減噪原理設計減噪結構以達到降噪的作用。在凝水器和水面之間設計一個斜面過渡裝置，凝水器產生的落水在落到水面之前可以在斜面上經過粘滯減速、疏散灑落、無聲擦貼和挑流分離等形式消能，經過一個緩沖的階段而不是直接掉落撞擊到水面，從而有效地減小落水噪聲。塔內消能減噪設計結構由消聲器與支承架結構共同組成。消聲器設計為六角形蜂窩式斜管結構，所選材料為乙丙共聚烯材料，經熱碾壓成型后粘結呈六角形的蜂窩式斜管結結構，分為曲面、斜面和垂面3個部分，共同組合成疏散灑落挑流功能段、粘滯減速功能段、無聲擦貼功能段和豎式導入功能段，采用了分段、多種、密集的消能方式，且具有耐堿、耐疲勞、耐腐蝕、耐酸、抗冰凍、抗高壓、抗沖擊、不易老化、質量輕、不易結垢、安裝簡便、自潔能力強、運行穩定和易維修等多種優點。支撐架結構設計為漂浮式的支承架結構，由支承柵、漂浮框架和浮體3種逐漸以節點卡座形式組合合成的，在組裝完成后還需進行防腐處理。塔內消能減噪對進風量沒有影響，因此適用于塔外空間條件取消便利治理條件，如氣候溫和不易結冰等南方地區的電廠冷卻塔中。

除此之外，還應對塔內其他噪聲源進行仔細查看，比如風機外殼、齒輪變速箱等部件在運行過程中的噪聲情況，及時排查零部件因存在老化、故障、摩擦力大、接觸媒質或者質量不佳等原因而增強塔內噪聲，對老化、質量不佳等零部件給予更換處理，對接觸聲響過高的接觸表面同樣采取更換處理，對于齒輪變速箱等結構需定時添加潤滑劑以減少臺內的內部阻力，通過一系列的措施降低塔內因素引起的噪聲。對于風機振動而引起的噪聲，還可以裝置彈簧減震器用于防震、減震以有效地降低噪聲。

3 結語

總之，電廠冷卻塔噪聲是一種多聲源、影響范圍較廣、影響力較大的噪聲，其主要噪聲源有落水噪聲、風機噪聲和塔體噪聲這3種。在進行降噪設計時，應先對噪聲產生的原理進行分析，然后針對各噪聲源及其傳播途徑的特點，同時結合冷卻塔的運行方式和工作效率等因素進行合理有效地改進，在保證冷卻塔正常穩定運行的基礎前提下將減噪效果最優化，減少冷卻塔噪聲對周邊環境和居民的消極影響。

參考文獻

[1]金康華，居國騰.冷卻塔聲源降噪技術在電廠的應用[J].電力勘測設計，2016（1）：30-33.

[2]劉歡，王健，李金鳳，等.冷卻塔的噪聲特性分析與噪聲治理[J].工業安全與環保，2014（6）：75-78.

[3]李凌，趙麗娜.冷卻塔的噪聲特點和噪聲措施研究[J].總共新技術新產品，2015（2）：153.

[4]胡正偉.冷卻塔噪聲的控制技術[J].綠色施工，2015（6）：713-714.