Cadna/A软件在空冷平台降噪设计中的应用

陈 笠，何 洋

（1.四川电力设计咨询有限责任公司，四川 成都 610041；2.国网四川省电力公司建设工程咨询分公司，四川 成都 610021）

0 引言

直接空冷系统利用空气冷却汽轮机排汽，具有耗水少、占地少、初投资少等优点，在我国北方缺水地区应用较多［1］。近年来，我国电力企业不断开拓非洲市场，直接空冷系统在缺水的非洲地区也具有广泛的应用前景。空冷平台是电厂直接空冷凝汽器系统的一种常见结构型式，布置阵列式大型轴流风机群。大型风机噪声源强大、集中布置、安装位置高，空冷平台具有发声体面积大、噪声影响程度大、传播范围广、治理困难等特点。本文基于西非某发电工程，使用Cadna/A噪声软件搭建仿真模型，预测空冷平台的噪声影响程度及分布特点，确定降噪措施及布置方案，以指导降噪工程设计。

1 工程背景

西非某燃气发电项目，建设规模为1×163 MW级燃气轮机+余热锅炉+1×82 MW纯凝式蒸汽轮机，采用直接空冷方案，厂区用地面积为7.5×104m2，电厂总平面布置如图1所示，空冷平台主要设计技术参数如表1所示。

表1 空冷平台主要技术参数

图1 电厂总平面布置

电厂执行《环境、健康与安全通用指南》中工业区噪声值小于等于70 dB（A）相关要求。电厂内噪声源较多，厂界噪声受多种声源影响，空冷平台距厂界较近，对临近侧厂界噪声贡献值较大。空冷平台的降噪设计目标为对厂外区域贡献值低于65 dB（A）。

2 源强分析及建模预测

2.1 主要声源及源强

空冷平台以空气为冷却介质，汽轮机排汽进入空冷凝汽器散热翅片后，轴流风机驱动扇叶供应冷空气实现热交换，空冷平台结构如图2所示。空冷平台噪声主要来源为轴流风机、电机及管道。

图2 空冷平台结构示意图

轴流风机产生空气动力性噪声主要为旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是风机叶片旋转时冲击周围空气介质，引起气体压力脉动，向周围辐射噪声。涡流噪声是气流流经叶片界面产生分裂，导致叶片上压力波动，从而辐射声波。轴流风机噪声可等效为进风噪声和排风噪声，排风噪声通过顶部风口向外传播，进风噪声向下通过进风口传播［2］。电机机械噪声，主要为电机电磁噪声以及机械碰撞、摩擦和振动产生的噪声。管道噪声主要是气流管道、散热器翅片内汽水流动引起的流体噪声［3］。冷却平台各主要噪声源强如表2所示。

表2 冷却平台主要噪声源强

2.2 软件建模

本文采用Cadna/A软件建模分析空冷平台噪声影响。Cadna/A软件计算原理源于国际标准化组织ISO 9613、德国标准TLS 90、Schall03等［4］。我国GB/T 17247.2—1998《声学户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法》等效采用了国际标准化组织规定的ISO 9613—2：1996标准［5］。

为针对性分析并治理空冷平台噪声，模型预测中仅考虑空冷平台噪声声源，以屏蔽其他声源干扰影响。根据各噪声源发声特征，在Cadna/A软件预测中建立模拟声源。

轴流风机沿叶片旋转平面引起风机空气动力性噪声，发声区域可等效为叶片旋转覆盖区域，模型中风机进风口、出风口分别按与叶片旋转面相同的直径为9 m的圆形面声源进行模拟；电机体积较小，模型中其噪声以点声源进行模拟；管道噪声主要通过散热翅片发散，呈片状区域发声，模型中按与翅片安装面相贴合的倾斜矩形面声源进行模拟；空冷平台支撑柱、挡风墙在模型中分别设置为柱形结构、屏障体；计算网格设置为1 m×1 m，计算高度为1.2 m。空冷平台Cadna/A软件模型源强模拟效果如图3所示。

图3 空冷平台Cadna/A软件模型源强模拟效果图

2.3 空冷平台噪声影响特性分析

对空冷平台周围距地面1.2 m高度的噪声影响进行预测。在无降噪措施的情况下，空冷平台对区域噪声贡献值等声级线图如图4所示。由围墙外1 m处起，以5 m为间距等距设置受声点，查看特定点位的预测结果，距厂区围墙边界一定距离的空冷平台噪声贡献值预测结果如图5所示。

图4 空冷平台区域噪声贡献值等声级线图（降噪前）

图5 空冷平台噪声贡献值与距离关系图（降噪前）

由图4、图5分析空冷平台噪声贡献值对区域声环境影响。在厂区围墙外5 m处（距空冷平台边界21 m处）达到厂外最大贡献值69.2 dB（A）。随后其影响随着距离增大而衰减，但衰减缓慢，至厂区围墙外50 m处贡献值为64.6 dB（A），小于65 dB（A），达到本次设计降噪目标值。至厂区围墙外150 m处贡献值为59.5 dB（A），可见空冷平台地面噪声贡献值对区域声环境影响范围、程度均较大。空冷平台周边高大建筑物对其噪声的传播有明显的遮挡作用，主厂房、油罐区均形成明显的声影区。

利用Cadna/A软件查看各个声源对围墙外最大值处受声点的贡献值，风机进风噪声贡献值为51.9～60.1 dB（A），风机出风噪声贡献值为41.2～47.8 dB（A），电机噪声贡献值为24.7～33.2 dB（A），管道噪声贡献值为17.1～23.9 dB（A）。可见，风机进风噪声影响贡献值最大，为主要噪声影响源，其他声源受侧挡风板遮挡或本身源强相对小，对近场噪声的影响贡献值远低于设计降噪目标值。根据《环境、健康与安全通用指南》中工业区噪声值小于等于70 dB（A）的相关要求，按空冷平台对厂外区域贡献值低于65 dB（A）作为设计目标，对空冷平台的噪声治理应首先考虑进风口声源。

利用Cadna/A软件计算垂直于空冷平台临近侧围墙和地面方向的空间立面噪声影响，其贡献值等声级线图如图6所示。

图6 空冷平台空间立面噪声影响贡献值等声级线图

由图6分析空冷平台声源在空间方向的发散特点，可见空冷平台架设较高，噪声源悬于高空，由高空向地面发散，厂界围墙高度低，对其传播影响微小。在传播途径中架设声屏障降噪方案难以治理空冷平台风机群噪声传播对厂区外的噪声影响。

3 降噪措施及治理效果

3.1 拟定降噪措施

根据Cadna/A软件预测结果，进风口噪声对空冷平台的噪声影响贡献最大，是导致区域噪声超标的直接原因，需针对空冷平台进风口噪声开展降噪设计。鉴于空冷平台的进风通风要求，拟在风机进风口加装矩阵式进风消声器，并以钢结构架设安装。

矩阵式消声器是将独立的消声器呈网格状布置，形成阵列式消声结构，实现大截面积通道的通风、消声降噪功能。相较于传统片式消声器，矩阵式消声器利于气流在通风截面处的水平面横向、垂向流动，更能适应大型轴流风机机组进风、排风口复杂的气流走向，减小阻力损失。矩阵式消声器技术成熟，已在空冷平台降噪中有所应用［6］。

根据Cadna/A软件Partial Level选项数据，风机进风口对围墙外最大值处受声点的贡献值为51.9～60.1 dB（A）。不同组风机布设位置不同，因距离衰减、空冷平台支撑柱遮挡等差异因素，不同组风机进风噪声对厂界噪声的贡献值不同，贡献值随着与围墙的距离增大而减小，差值可达8.2 dB（A）。若对所有风机进风口采用统一的降噪标准，远离厂界、贡献值较小的风机将过度降噪，导致消声器、结构支撑、基础承载等方面过度投入。

为优化方案以精细化设计降低治理成本，利用软件Partial Level功能，将风机以不同的厂界噪声贡献值排序，对靠近围墙侧9组贡献值较大的风机进风口加装矩阵式进风消声器，设计降噪量为10 dB（A），对远离围墙的6组贡献值较小的风机进风口加装矩阵式进风消声器，设计降噪量为5 dB（A）。在Cadna/A软件中，对风机进风口声源，利用Attenuation功能，输入消声量5 dB（A）、10 dB（A），以模拟消声后的源强，实现不同风机组的差异化降噪设计。

3.2 预测治理效果

利用Cadna/A软件中声源Attenuation选项，设置声源消声器传递损失，模拟消声降噪效果。对降噪后噪声影响进行模型预测，降噪后空冷平台对区域噪声贡献值等声级线图如图7所示。通过Receiver查看特定点位的预测结果，降噪后距厂界围墙边界一定距离的空冷平台噪声贡献值预测结果如图8所示。

由图7、图8可见，对风机进风采取消声降噪措施后，在厂界围墙外5 m处（距空冷平台边界21 m处）达到厂外最大贡献值62.3 dB（A），随后其影响随着距离增大而减小，至厂区围墙外150 m处贡献值为55.2 dB（A），小于65 dB（A），厂外区域均达到本次设计降噪目标值。

图7 空冷平台区域噪声贡献值等声级线图（降噪后）

图8 空冷平台噪声贡献值与距离关系图（降噪后）

4 结语

空冷平台噪声源架设高度高、噪声影响范围大，难以通过距离衰减实现区域声环境达标。本文基于电厂工程实例，利用Cadna/A软件对空冷平台产生的噪声影响特性进行了模拟分析，并利用软件拟定并优化了噪声治理方案，为空冷平台降噪工程设计提供参考。