抽水蓄能電站水輪機噪聲檢測與防治對策分析

竇丹丹 鞏泉泉 張兆波 張國英 崔福興

摘? 要：抽水蓄能電站負擔電網調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等重要功能，發展迅速，但其運行時會產生噪聲等職業病危害因素。通過對抽水蓄能電站噪聲進行檢測，主要是水輪機運行時噪聲比較大，作業人員長期在這種高噪聲作業場所下工作，會影響聽力健康，嚴重的會造成噪聲聾。水輪機產生噪聲大一般主要有水力因素、電氣因素和機械因素等原因。為此，該文提出了對水輪機改造、安裝聲閘和為作業人員配備護聽器等相應的對策供抽水蓄能電站參考借鑒，以期達到降低噪聲，減小對作業人員職業危害的目的。

關鍵詞：抽水蓄能電站? ?水輪機? ?噪聲? ?防治

中圖分類號：R136.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）08（b）-0034-03

On the Detection and Control Measures of Noise Caused by Water Turbine in Pumped Storage Power Station

DOU Dandan1，2? ?GONG Quanquan1，2? ?ZHANG Zhaobo2? ?ZHANG Guoying2? ?CUI Fuxing1

（1.Shandong Electric Power Research Institute; 2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute， Jinan， Shandong Province， 250003 China）

Abstract： Pumped storage power station undertakes the important functions of power grid peak shaving， valley filling， frequency modulation， phase modulation and accident standby， and develops rapidly， but its operation will produce occupational hazard factors such as noise. The authors found that the level of the noise produced by hydraulic turbine was high. When the operators work in those workplaces for a long time， their hearing will be hurt， even occupational noise-induced deafness will be caused. The noise produced by hydraulic turbine is mainly caused by hydraulic factors， electrical factors and mechanical factors. Therefore， in order to reduce occupational hazards to operators， this paper puts forward corresponding countermeasures for pumped storage power station， such as the transformation of hydraulic turbine， the installation of sound gate and the provision of hearing protectors for operators.

Key Words： Pumped storage power station; Hydraulic turbine; Noise; Prevention and control

抽水蓄能電站在運行時具有機組水頭高、容量大，轉速快、工況轉換頻繁、運行區域跨度大、水力動態特性復雜等特點，致使抽水蓄能電站運行產生的噪聲比較大，導致現場作業人員聽力下降，甚至出現噪聲聾。因此，該文重點對抽水蓄能電站水輪機產生的噪聲進行檢測，分析其產生噪聲的原因，提出了相應對策建議，來保護作業人員職業健康。

1? 抽水蓄能電站水輪機噪聲檢測

選用丹麥B&K公司2238型精密積分聲級計，檢測了6家抽水蓄能電站在不同工況下水輪機層的噪聲，重點給出了水車室內的檢測結果。

從檢測數據看出，水輪機運行時噪聲在91.3～102.1 dB（A）之間，整體偏高，主要原因是機組運行水輪機運轉產生的振動和噪聲。根據《工作場所有害因素職業接觸限值第2部分：物理因素》（GBZ 2.2-2007）規定，每周工作5 d，每天工作8 h，噪聲限值為85 dB（A）[1]，如果作業人員長期在此工作場所中，肯定會影響作業人員聽力健康。所以，該文重點分析水輪機產生噪聲的原因和對策。

2? 水輪機產生噪聲原因分析

備用工況下，水車室內噪聲遠小于抽水和發電工況，對作業人員危害不大。非備用工況下，水輪機運行產生的振動噪聲一般有水力因素、電氣因素和機械因素等原因。

2.1 水力因素

一般說來，水輪機組的噪聲主要是水力因素引起的。水輪發電機組進流水道蝸殼、導葉中的不勻稱流場造成渦帶，進到轉軸造成機組振動，這種振動隨機組工作狀況轉變而轉變，且一會兒消失，一會兒明顯。轉軸葉片尾端的卡門渦也會引起機組振動，卡門渦列的產生與水流速率和繞流體尾端的橫斷面規格和尺寸相關。水輪機在非最優工況下運行，旋轉的轉輪出口水流，會在尾水管中形成渦帶，造成壓力脈動。高水頭水泵水輪發電機組因止漏環構造形式和空隙組成不合理，及運作空隙不勻稱造成水壓力脈動引起機組振動，振動擺度及壓力脈動幅度值，均隨機組負載和過總流量的提升而顯著增加，從而產生的噪聲很大[2-4]。

2.2 電氣因素

發動機轉子磁極線圈的匝間短路，還有轉子不圓，定子與轉子之間的空隙不均勻，在定子與電機轉子間造成不平衡磁抗拉力，定子繞組選用分數槽產生的次諧波電流磁勢與基波磁勢相作用，造成次諧波電流振動。因定子齒槽效應磁導波造成振動。另外，定子支路間的電場或負序電流也很有可能造成機組振動產生噪聲。

2.3 機械因素

機械因素通常是由于設備缺陷或常見故障引起振動和噪聲。機械設備不平衡狀況是較普遍現象，尤其是高水頭和高速旋轉的機組更加突顯。一般造成的原因是轉子質量不平衡，其次是機組軸線傾斜，還有就是導軸承缺陷等[3-5]。

3? 水輪機噪聲防治對策

3.1 水輪機運行噪聲防治

對于噪聲源的治理，在研究設計階段就應選用低振動低噪聲型號的水輪機。對于在運的水輪機在安全運行的前提下進行改造，定期檢維修，避免設備故障引起的噪聲和振動。改造水輪機可以從更換優化設計轉輪、挑選定子槽數、改造定子鐵芯、控制線棒溫度等方面著手考慮。通過優化水力設計轉輪，使新轉輪的葉片進口呈月牙形且泄水錐加長，轉輪葉片進口呈月牙形相當于增大了導葉分布圓直徑比，可減小轉輪和導葉之間的流動干擾即減小轉輪與導葉間的動靜干涉，從而降低無葉區壓力脈動幅值;加長的泄水錐具有引流作用，從而減小轉輪出口處的壓力脈動，還可改善水泵方向的空化性能，使廠房振動過大與高頻噪聲問題可以得到解決[6]。重新確定水輪發電機的定子槽數，從定子鐵芯軛齒、鐵芯卡緊方法、定子含銅量3個方面對水輪發電機的定子鐵芯改造，從定子線棒的原材料、繞組方法及其絕緣層開展改造控制定子線棒的溫度等都可以進一步降低噪聲的產生，達到減噪目的。

3.2 噪聲傳播途徑防治

機組運行時，水車室內噪聲多為中低頻噪聲，水車室均為鋼筋混凝土結構的硬性反射面，通常是在水車室出口處安裝聲閘以隔絕水車室噪聲，且聲閘的通道間形成吸聲層。聲閘采用雙層或多層隔聲門結構，同時配以通道吸聲處理，達到降低聲源混響聲及隔絕其漏聲雙重目標。利用墻面、立柱、水車室混凝土墻體設置吸聲隔聲層、頂部懸掛空間吸聲體、水車室門的隔聲處理、滲漏泵周邊的吸隔聲處理降低室內的聲壓級與降低廠房振動產生的二次輻射噪聲，用大小吊物孔的隔聲處理降低上下部噪聲通過通吊物孔的上下傳遞總體降噪目標[7]。根據調查，少數抽水蓄能電站還存在沒有水車室，只是用圍欄隔離水輪機，強烈建議設置水車室和聲閘，隔絕噪聲傳播。

3.3 作業人員噪聲個體防護

工業企業從聲源降噪不僅成本過高且受環境影響有時還難以實現，配備護聽器就成了對勞動者保護的最后一步。防噪耳塞使用方便，成本較低，因此廣泛使用。企業為工人配備防噪耳塞應達到防護要求，也要避免過度防護。建議企業采購防噪耳塞及耳塞分配器，分別安裝至水輪機層主副廠房端門口和水輪機層水車室入口處，由勞動者即取即用[8]。但不同耳塞因形狀、材質的差異，降噪性能也不盡相同，有的研究表明火箭型耳塞降噪效果要好于子彈頭型耳塞降噪效果，可以優先選用該類型耳塞[9]。

4? 結語

抽水蓄能電站中水輪機產生的噪聲極大，危害作業人員聽力健康，該文通過分析水輪機運轉產生噪聲的原因，提出了對水輪機改造、安裝聲閘和為作業人員配備護聽器等相應的對策供抽水蓄能電站參考借鑒，達到降低噪聲，減小對作業人員職業危害的目的。

參考文獻

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