1、 2019 火 电 厂 汽 轮 发 电 机 降 低 噪 音 的 研 究 与 应 用 张 利 文 江苏大唐国际金坛热电有限责任公司，江苏省常州市金坛区 618 号 213200；Reducing Noise of Turbogenerator in Thermal Power Plant Research and Application Jiangsu Datang International Jintan Thermal Power Co.,Ltd.,618 213200,Jintan District,Changzhou City,Jiangsu Province;摘 要：由于空冷 汽轮发
2、电机 的 结构额 特性，导 致其较 传统 水 冷和氢 冷发 电机 噪音水 平大。为降低 空冷 发电 机的噪 音，江苏大唐国际金坛热电有限责任公司两台 QFKN-170-2 空冷汽轮发电机噪音水平从设计阶段就将目标噪音水平控制在 85db（A）以下，为了实现该目标，两台空冷发电机从结构上创造性的使用了“大端盖采用夹层式钢板焊接结构”和“发电机底部与 冷却器室间采用“轴向墙体胶条密封+两侧整体密封罩”的密封方式”，同时在发电机本体外加装改进型隔音罩的措施，最终使两台发电机外壳外噪音 在运行时分别降低到 80 db（A）和 82db（A），低于目标保证值 85db（A）。关 键 词：发 电 机 噪
3、音；结 构 改 造；ABSTRACT:The noise level of Air-cooled Turbogenerator is higher than that of traditional water-cooled and hydrogen-cooled turbogenerator due to its structural characteristics.In order to reduce the noise of air-cooled generators,the noise level of two QFKN-170-2 air-cooled turbogenerators
4、in Jiangsu Datang International Jintan Thermal Power Co.,Ltd.has been controlled below 85db(A)from the design stage.In order to achieve this goal,two air-cooled generators have creatively used the big end cover from the structure.The sandwich steel plate welding structure and the sealing mode of axi
5、al wall rubber strip seal+integral sealing cover on both sides are adopted between the bottom of generator and the cooler room.Meanwhile,the measures of installing an improved sound insulation cover on the generator body are also adopted.Finally,the noise outside the shell of two generators is reduc
6、ed to 80 DB(A)and 82 DB(A)respectively during operation.（A),lower than the target guaranteed value of 85dB(A).KEY WORD:Generator noise;Structural modification;1 研 究 目 的 及 意 义 1.1 噪音污污染的危害 我国工业现代化 建设已达 到前所未有的高 度，与此同时也产 生了新的 环 境污染问题及 噪音污染。噪音污 染的 主要 来源 有交 通噪音、工业 噪音、施 工噪音和 社会 生活 噪音。一 般声音 在 30db 左 右时，不会影
7、 响人 们正 常的 生活 和休息。而 达 到 50db 以上时，人们 有较 大的 感觉，很难 入睡。一 般声音 达到 80db 或以 上就 会被 判定 为噪音。噪 音的 主要 危害有：a、噪音引起听力损伤。研究发现，如果人类长期 生活 或者 工作 在 85db 的 环境 中，会 有 10%的人会 耳朵 失聪；b、噪 音会 降低人 们的 工作 效率。相关研 究表 明，当人 们工 作在 85db 的 环境 中，人类就会产生焦 虑和烦躁 的 情绪，注意力 不能集中，从而降 低工 作效 率。C、噪 音污染 会导 致人 们引 起生理机 能的 一系 列病 变。强 噪音会 使人 的心 律失 常、血压升 高；
8、长期 处于 强噪 音 的环境 中，会出 现烦 躁、头晕、疲倦、记 忆力减 退 等症状。而 火力 发电 厂汽轮发电 机的 噪 音 一般 都 在 85120db。因此火 力电 厂如 何降 低各 设备的 噪音，也是 工业发展 的趋 势和 迫切 需求，目前我 国各 发电 设备 制造企业 正处 在针 对发 电设 备降低 噪音 的设 计、研 究阶段。1.2 中国噪音污染现状 噪音污 染与 水污 染、空 气 污染、固 体废 弃物 污染被称 为当 代社 会的 四大 环境污 染，为 防止 环境 噪音污染，保护 和改 善人 们 的生活 环境，保障 人体 健康，促 进经 济和 社会 可持 续发展，我 国 于 197
9、9 年颁布了 环境 保护 法，1996 年 首部 环境 噪音 污 2019 染防治 法 正式 颁行，环 境保护 部 于 2008 年发 布44 号公告两 项中央法规 及 工业企业厂 界环境噪音排放标准、社会生活 环境噪音排放 标准，从法律上 为防 止噪 音污 染提 供了有 力的 依据。发电机 的噪 音声 源主 要来 自以下 三个 方面：空气动 力噪 音。由 于空 冷发 电机是 利用 强制 流动的空 气作 为散 热的 载体，发电机 转子 上的 轴流 风扇叶运转时形 成的强风 流 过定子铁芯与 机壳的槽，最终将 线圈 和铁 芯产 生的 热量排 出，从 而达 到散 热的目的。而 发电 机转 子风 扇
10、叶在 3000rin/min 高速下运行 时，引起 气流 的变 换，从 而产 生很大 的噪 音。b、电磁噪音。由 于电磁力 的存在使定子产 生电磁振 动从 而产 生噪 音，而 噪音的 主 要 产生 位置 为发电机 的大 端盖。发电 机定 子机座 两端 设计 有大 端盖，起到 密封 和形 成风 路 的作用，大端 盖占 发电 机基 础 上方 表面 积的 30%，从 发 电机 定、转子 总 体布置上 看，转 子风 扇也 位 于大端 盖内 腔内，此位 置是噪音 的主 要产 生、传 导 位置；同 时传 统的 空冷 发电机大 端盖 采用 玻璃 钢材 质，材料 本身 对噪 音隔 离效果不 强，玻 璃钢 材料
11、 长 时间运 行后 也易 变形，导致与机 组之 间出 现缝 隙，加剧噪 音的 传导。c 由于 发电 机的 机械 噪声。产生机 械噪 声的 最大原因 是机 械结 构部 件的 振动产 生。通 常包 括发 电机旋转 过程 中旋 转部 件的 摩擦、撞 击、不平 衡以 及结构共 振所 形成 的噪 声。机 械噪声 较为 常见 的原 因有基座 松动、铁芯 松动、滑 环摩擦 或转 子不 平衡 所产生的 振动 噪声。其中 基 座松动、铁芯 松动 或转 子不平衡 所产 生的 振动 噪声 通常会 得到 有效 控制，而励磁碳 刷与 滑环 摩擦 产生 的噪音 很难 彻底 消除。发电机碳 刷通 常安 装在 碳刷 架中，在
12、 弹簧 压力 的作 用下使得 碳刷 和滑 环紧 密接 触，发电 机在 运行 时，碳刷和滑 环相 对滑 动产 生摩 擦，从而 实现 发电 机转 子和励磁 整流 系统 之间 的导 电。因此 碳刷 与碳 刷架 之间存在 安装 间隙 从而 产生 振动则 会产 生噪 音，同 时碳刷与 滑环 之间 的摩 擦也 会产生 噪音。1.3 火电厂汽轮发电机降低噪音的措施 汽轮发 电机 设备 体积 较 大，结 构简 单，对单 独某个部 件进 行降 噪处 理有 一定难 度，因 此常 见的 是采取补 救降 噪措 施，如 设置 隔声罩 将汽 轮发 电机 进行单独 隔离，也有 设备 厂商 在生产 过程 中对 某些 部件或者
13、 结构 进行 改进 从而 实现降 噪等 等。汽 轮发 电机常见 降噪 方法 如下：在汽轮 发电 机集 电环 部分 或者外 壳、基 础等 设置隔声 罩、隔音 门以 降低 噪音 隔声罩 通风 口安 装复 合式 消声设 备，削 弱通 风造成的 漏声 现象；3）汽轮发电机本 体结构或 者相关部件进行 隔音方面 技术 改进；4）在发电机铁芯 与机座之 间采取有效的减 震措施；5）施工过程中加 强施工质 量，降噪产品的 设计要紧 密与 现场 设备 配套，避免 漏声。1.4 国内外研究现状、发展动态 目 前 国 内 发 电 机 仍 然 处 于 通 过 降 噪 设 计 用 于解决电 厂噪 音污 染问 题阶 段
14、。哈尔 滨汽 轮机 有限 公司、上海 汽轮 机有 限公 司等 发电机 制造 企业 制造 的空冷汽 轮发 电机 普遍 存在 噪音超 标现 象，一 般都 会超过 85db 以 上的 噪音，会 损害车 间环 境及 工人 健康，同时 工业 噪音 污染 也是 地方环 保部 门的 查处 重点。据国外大电机 期刊记 载，2010 年，日本日立公 司制 作所 己完 成了 世界最 高效 率“且 低噪 音的空冷 发电 机“GH1550A”的研 制，出厂 了 5 台发电机。GH1550A 空 冷发 电机额 定效 率为 98 75（60Hz，PF0 85）和 98 77（50Hz，PF0 8）；发电机本体的噪音值分别
15、为 77dBA（60Hz）和74dBA（50Hz），达 到了 世 界最高 水平。为 了达 到这个性 能，该 公司 通过 网络 通风计 算和 定子 铁心 电磁计算，彻底 降低了损 耗 同时也降低了 噪音水平。另外，基 于各 种噪 音试 验 结果，开 发并 应用 了隔 振效果最 好的 防噪 结构，进 而利用 转子 振动 分析、温度分析、各部 分应 力分 析 等分析 技术，提高 了发 电机的性 能和 可靠 性。2 汽 轮 发 电 机 降 低 噪 音 技 术 原 理 声音是 由于 物体 的振 动而 产生的，发出 声音 的物体称 为声 源。声 源发 出的 声音必 须通 过 中 间媒 介才能传 播出 去，
16、媒 介包 括 常见的 空气 外，液 体和 固体也可 以传 播声 音。避 免噪 音可以 采用 反射 法或 隔离法，也 可以 采用 声音 吸 收法或 两者 结合，我公 司两台汽 轮发 电机 降低 噪音 除了常 规设 计以 外，还 创造性的 采用 了如 下方 法，从 而使两 台发 电机 的噪 音水平彻 底降 低到 了设 计保 证值以 下。2019 国内汽轮机发电机普遍 存在噪音超标现象，一般都 会产 生 85db 以 上的 噪音，会损 害作 业人 员身体健 康。目 前国 内汽 轮发 电机仍 然处 于降 噪设 计用于解 决电 厂噪 音污 染问 题阶段。据 国外 大电 机期刊记载，2010 年，日本 日
17、立公司制作完 成了 5台世界最高效率“且低噪音的 空 冷 发 电 机“GH1550A”的研 制，噪 音值 为 77dBA（60Hz）和 74dBA（50Hz），达到 了世界 最高 水平。本项目 创造 性采 用两 项技 术措施（目前 两项 技术措施正在专 利申报中），同时在发电机 本体加 装改进型 隔音 罩，从 根本 上降 低了发 电机 的噪 音水 平。为国内研究制造低汽轮发电机噪音提供了宝贵的经验。2.1 大端盖采用夹层式钢板焊接结构 空冷发 电机 结构 设计 上采 用座式 轴承，定子 机座两端 设计 有大 端盖，起到 密封和 形成 风路 的作 用，大 端 盖占 发电 机基 础 上方表 面 积
18、的 30%，从发 电机定、转 子总 体布 置上 看，转子风 扇也 位于 大端 盖内腔内，此 位置 是噪 音的 主要产 生、传导 位置；同时传统 的空 冷发 电机 大端 盖采用 玻璃 钢材 质，材 料本身对 噪音 隔离 效果 不强，玻璃钢 材料 长时 间运 行后也易 变形，导致 与机 组 之间出 现缝 隙，加 剧噪 音的传导。鉴于上 述情 况分 析，我 公司 两台空 冷汽 轮发 电机摒弃 了以 往的 玻璃 钢结 构，创造 性的 采用 了“夹层式钢板焊接 结构”，即 大 端盖为内外两 层钢板 焊接，中 间形 成夹 层，夹 层 内填充 隔音 材料，既 增加了大端 盖的 刚强 度，也实 现了降 低噪
19、音的 功能。图 1 大 端 盖 整 体 视 图 图 2“双 层 钢 板 焊 接+隔 音 材 料”示 意 2.2 发电机底部与冷却器室间采用“轴向墙体胶条密封+两 侧 整 体 密 封 罩”的 密 封 方 式 空冷汽 轮发 电机 冷却 器布 置在基 础下 方，由 发电机本 体与 基础 间配 合形 成封闭 腔体，以往 空冷 发电机的 底部 与冷 却器 室之 间的连 接采 用角 钢、钢 板现场焊 接的 密封 形式，但往 往现场 焊接 后仍 然遗 留有一定 数量 的缝 隙，加 剧 了噪音 的传 导，导 致冷 却器室成 为噪 音较 高的 区域。为解决 此问 题，我 公司 两台 发电机 在底 部与 冷却器室
20、 之间 的连 接采 用“轴向墙 体胶 条密 封+两侧整体密 封罩”，即：发 电机机 座底 部，沿轴 向设计有整 条角 钢，其 上部 把 和在机 座上，下部 镶有 密封胶条 与基 础预 埋钢 板相 挤压形 成轴 向密 封；两侧采用 焊接 为整 体的 密封 罩，上部 与机 座把 和，侧面基础 预埋 钢板 配钻 螺孔 后直接 安装。增加 隔音 效果，遏制 发电机 内部 噪音 的 传递，起 到降噪 的效 果。图 3 整 体 密 封 基础 整 体密 封底罩 轴 向 密 封 胶基 座底 部 2019 图 4 轴 向 密 封 细 节 图 2.3 发电机本体加装隔音罩 由 于 发 电 机 噪 音 主 要 由
21、各 种 风 磨 损 耗 以 及 风扇的其 它效 应而 产生，因此 在发电 机外 侧设 计隔 音罩。隔音 罩外 部设 计成 封 闭型钢 板焊 接结 构，钢 板厚度 为 2mm，中间填充 隔 音棉，隔音 罩内 壁使 用具有吸音效果的金属网格板，金属网格板厚度为1mm，隔音罩 的整 体厚 度 为 100mm。隔音罩内 部预留有 一定 空间 以便 于检 修。3 总结 我 公 司 两 台 汽 轮 发 电 机 在 设 计 上 创 造 性 的 采用“大端 盖采 用夹 层式 钢 板焊接 结构”、“发 电机 底部与冷 却器 室间 采用“轴 向墙体 胶条 密封+两侧 整体密封罩”的 密封方式”，同时在发电机 外加
22、装 改进型隔 音罩 的措 施，最 终使 两台发 电机 外壳 外噪 音在运行 时分 别降 低 到 80 db（A）和 82db（A），低于合同 保证 值 85db（A）。从根本 上降 低了 发电 机的噪音 水平。汽 轮 发 电 机 合 同 值 发 电 机 噪 音 的 大 小 是 衡 量 发 电 机 运 行 性 能 的一个重 要指 标，噪 音水 平也 间接反 映了 发电 机的 设计、制 造、安装 的质量 水 平，对 汽轮 发电 机组 噪音控制通 常有 两个 方面，一 是从发 电机 本身 考虑，即从设计、制 造、安装等 环 节进行 控制，从 源头 上实现噪音 的降 低；二是 对采 取吸音、隔 音的
23、措施，通常采用 加装 隔音 罩，即 从传 播的途 径上 来降 低噪 音。随着设 计、制 造技 术水 平的 不断进 步和 新型 高效 吸音材料 的应 用，汽 轮发 电机 的降噪 工作 将取 得更 高水平，噪 音污 染也 必将 成 为历史，从而 为生 产作 业人员创 造一 个更 加舒 适的 环境。参 考 文 献 1 智 乃 刚，许 亚 芬，噪 音 控 制 工 程 的 设 计 与 计 算 M.北京：水利电力出版社，1991.2 郭秀兰.工 业 噪 音 治 理 技 术 M.北京：中国环境科学出版社 1993.3 邱 克 立，杨 德 志.异 步 电 动 机 噪 音 及 其 控 制 J.湖 南 大 学（自 然 科学版，1999,26(4):49252.4 王萍辉，周庆华，王一朴.火电厂汽轮发电机噪音与控制.长 沙 电力学院学报（自然科学版，2000)5 蔡 俊，噪 声 污 染 控 制 工 程，中 国 环 境 科 学 出 版 社，2011.6 汪 葵，噪 声 污 染 控 制 技 术，中 国 劳 动 社 会 保 障 出 版 社，2010.作者简 介：张利文（1978 年 11 月 28 日），男，内蒙古 呼和 浩特 市，大学 本科，工程师，发 电机 降噪 密 封橡 胶条 角钢
