电厂冷却塔产生噪声的原理与减噪设计
摘 要：噪声是危害较大的工业污染之一，电厂冷却塔噪声具有声源面积大、瞬时冲击力强、频率高、传播距离远等特点，给工作人员及周边居民生活、健康造成很大的影响。该文首先分析电厂冷却塔产生噪声的主要原理，并研究有效的减噪设计方案。
关键词：电厂 冷却塔 噪声 原理 减噪设计
中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（c）-0077-02
我国绝大部分电厂建设在人口稀少的郊区地区，但是因地理环境、生产条件等多种因素的限制，一些电厂不得不建设在距离城镇不远的近郊区甚至建设在人口较集中地区，这部分电厂冷却塔产生的噪声对周边环境及人们生活与健康造成的影响更大[1]。因此了解冷却塔产生噪声的原理并采取针对性的减噪设计，对减少噪声污染和提高周边居民生活质量有非常重要的意义。
1 产生噪声的原理
电厂冷却塔是一种利用冷水吸收热量达到冷却效果的热交换设备，主要由进风口、除水器、风机、马达等部件组成[2]。其运行过程中会产生稳态、高频噪声，噪声声源主要有3种：一是冷凝器收水与布水系统生成的落水产生的噪声；二是阀门、配管和水泵等部件引发塔体振动而产生的噪声；三是风机进排气、散热而引起的噪声。电厂冷却塔主要噪声声源产生噪声的原理如下。
1.1 落水噪声产生原理
冷却塔在运行作业时会因零部件振动、淋水而产生噪声，其中淋水噪声的影响比较大[3]。其产生原理有两个：（1）凝水器水滴下落时会生成气泡和产生辐射作用，从而产生噪声，这类噪声频谱达500～1 000 Hz。（2）凝水器所流出的循环水自上方喷淋管往下做自由落体运动，落水连续、大面积地落到水池面时会产生极大的冲击，进而产生稳态机械噪声，经测试，落水撞击水面的瞬时速度达到了8 m/s，是同空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声一样影响较大的特殊噪声之一。
1.2 塔体噪声产生原理
电厂冷却塔塔体的噪声主要是由各类部件振动而引起的，在冷却塔预定过程中，相关的零部件会产生弹性形变，继而出现振动[3]。这些具有弹性的零部件在工作过程中会产生振动能力并将其传播到其他地方，当其传播至有辐射作用的物体表面时，后者会将其反射至空气中并向远处传播，最终形成影响范围较大的机械噪声。
1.3 风机噪声产生原理
电厂冷却塔风机设备是安装于机械上方的，并且抽出方式为逆向抽出，从而起到降温的作用。但是风机在机械工作过程中会高速旋转，旋转过程中风机叶片会作用于空气而产生漩涡空气流，形成一股向上的气流而产生梯度压力，进而导致运动速度和空气流会出现脉动变化，同时部分旋转零部件会存在一定的平衡差异，继而引起风机结构的振动，最终产生空动力性的振动噪声。
2 减噪设计策略
2.1 声屏障减噪设计
声屏障设计减噪指的是在受声点和噪声源之间设计专门的声学障板，利用声的传播特性达到减噪的效果[4]。冷却塔在工作过程中需要保持良好的散热，如果采取封闭式隔声设计会影响机械的运行，因此采取组合式声屏障设计以达到减弱或阻止噪声传播的效果。第一，根据受声点、声源的地理位置特点、两者距离特点以及声音传播特点科学计算出噪声影响范围内的全部敏感点，从而合理设计有效屏蔽范围，确保全部噪声敏感点均得到有效的噪声屏蔽保护，实现减噪的目的。第二，综合考虑地理条件、声波绕射等因素，合理进行隔声设计，声屏障的顶部结构设计为吸——隔组合式隔声结构，隔声屏板选用可增强隔声能力的双层隔声板，内层为中阻隔声材料，外层为阻尼隔声材料，两层隔声板之间留出一2～3 mm宽度的空气层；吸声屏板选用具有良好吸声性能的宽频带组合式吸声板。第三，在声屏障风机进风口位置添加一个折板式的吸声屏板，在保障冷却塔充分散热的基础前提下将减噪效果最大化。
2.2 消声器减噪设计
消声器装置的主要作用是在保障气流通过的基础上减弱或阻止声音传播强度，风机是电厂冷却塔噪声主要来源之一，对此可在风机出口位置装置消音器装置以达到减噪效果。按照环境整治提出的有关要求，通风性的消音装置的减噪指标设计在12～18 dB（A）左右，压力损耗控制在4.90 Pa以内。第一，通风性消音器减噪设计需要综合考虑通风性能、电厂建筑结构、防水、防潮和降噪量等多种因素，从而合理选择合适的声学结构与减噪材料。例如ABS、PVC和聚碳酸酯等工程塑料具有良好的防水性能，且使用寿命长，可选用以上材料为主的新型材料设置组合式减噪单元结构。所选材料需满足以下要求：一是机械在正常的运行条件下，材料耐受期限不短于15年；二是在最低气温标准条件下，材料不脆裂、不破碎；三是具有良好的抗热、阻燃性能；四是在高温条件下（65 ℃时）不会发生形变。第二，根据冷却塔的类型设计消音器结构，保障冷却塔良好的通风、散热和冷却效率。对冷却塔外部和内部进行风洞实验，以明确其内外部流畅分布情况，进一步分析在不同类型冷却塔中，消音器装置对塔内外部阻力大小、流畅分布和冷却效果的影响作用，以对通风性消音器装置进行优化设计，并对设计方案进行多次反复的实验，在保障冷却塔良好运行的基础上使消音器装置发挥最大的减噪作用。
2.3 塔内消能减噪设计
塔内声源减噪设计主要针对冷却塔落水噪声源采取减噪措施，利用斜面消能减噪原理设计减噪结构以达到降噪的作用。在凝水器和水面之间设计一个斜面过渡装置，凝水器产生的落水在落到水面之前可以在斜面上经过粘滞减速、疏散洒落、无声擦贴和挑流分离等形式消能，经过一个缓冲的阶段而不是直接掉落撞击到水面，从而有效地减小落水噪声。塔内消能减噪设计结构由消声器与支承架结构共同组成。消声器设计为六角形蜂窝式斜管结构，所选材料为乙丙共聚烯材料，经热碾压成型后粘结呈六角形的蜂窝式斜管结结构，分为曲面、斜面和垂面3个部分，共同组合成疏散洒落挑流功能段、粘滞减速功能段、无声擦贴功能段和竖式导入功能段，采用了分段、多种、密集的消能方式，且具有耐碱、耐疲劳、耐腐蚀、耐酸、抗冰冻、抗高压、抗冲击、不易老化、质量轻、不易结垢、安装简便、自洁能力强、运行稳定和易维修等多种优点。支撑架结构设计为漂浮式的支承架结构，由支承栅、漂浮框架和浮体3种逐渐以节点卡座形式组合合成的，在组装完成后还需进行防腐处理。塔内消能减噪对进风量没有影响，因此适用于塔外空间条件取消便利治理条件，如气候温和不易结冰等南方地区的电厂冷却塔中。
除此之外，还应对塔内其他噪声源进行仔细查看，比如风机外壳、齿轮变速箱等部件在运行过程中的噪声情况，及时排查零部件因存在老化、故障、摩擦力大、接触媒质或者质量不佳等原因而增强塔内噪声，对老化、质量不佳等零部件给予更换处理，对接触声响过高的接触表面同样采取更换处理，对于齿轮变速箱等结构需定时添加润滑剂以减少台内的内部阻力，通过一系列的措施降低塔内因素引起的噪声。对于风机振动而引起的噪声，还可以装置弹簧减震器用于防震、减震以有效地降低噪声。
3 结语
总之，电厂冷却塔噪声是一种多声源、影响范围较广、影响力较大的噪声，其主要噪声源有落水噪声、风机噪声和塔体噪声这3种。在进行降噪设计时，应先对噪声产生的原理进行分析，然后针对各噪声源及其传播途径的特点，同时结合冷却塔的运行方式和工作效率等因素进行合理有效地改进，在保证冷却塔正常稳定运行的基础前提下将减噪效果最优化，减少冷却塔噪声对周边环境和居民的消极影响。
参考文献
[1]金康华，居国腾.冷却塔声源降噪技术在电厂的应用[J].电力勘测设计，2016（1）：30-33.
[2]刘欢，王健，李金凤，等.冷却塔的噪声特性分析与噪声治理[J].工业安全与环保，2014（6）：75-78.
[3]李凌，赵丽娜.冷却塔的噪声特点和噪声措施研究[J].总共新技术新产品，2015（2）：153.
[4]胡正伟.冷却塔噪声的控制技术[J].绿色施工，2015（6）：713-714.