浅谈排涝泵站机组降噪优化措施

刘吴越

（惠州市惠州大堤北堤管理中心，广东 惠州 516000）

0 引言

近年来，广东省率先加快城市化建设，城市防洪排涝站也跟着如雨后春笋般建设起来，在中型排涝泵站的建设中，排涝机组中的电动机冷却大都采用空气冷却，即管道通风冷却，电动机与排风管之间采用薄钢板法兰连接，属于刚性连接，机组运行噪声相对较大。在排涝泵站的日常运行管理过程中，我中心根据实际运行经验及机电相关理论，通过对排涝泵站机组中电动机与排风管之间的连接方式进行改造，来降低排涝机组运行噪声，效果非常明显。

本文将对此方法进行总结，展示给广大读者，希望惠及更多排涝泵站建设单位及电动机生产厂家，便于在以后的排涝泵站建设过程中从根源处降低排涝机组运行噪声。

1 风门坳排涝泵站简介

我中心风门坳排涝泵站装机容量为4 110 kW，设计流量为48 m3/s，为中型排涝泵站，该站安装4台立式轴流泵，配套10 kV同步电动机，水泵型号为1900ZLB-4-3.3，配套同步电动机型号为TL1000-28/2150。原设计排涝泵站机组电动机冷却方式为半管道通风，电动机与排风管采用薄钢板法兰连接，风管材质为不锈钢板，属于刚性连接。在广东排涝泵站建设中，中型立式机组大多采用空气冷却，并且电动机与排风管之间采用刚性连接方式，机组在运行中噪声相对较大。风门坳排涝泵站于2008年7月投入运行，至2020年已经连续运行12年。由于机组平时运行时间长且广东天气比较湿润，电动机绕组绝缘老化严重，在测量中发现定子绕组绝缘值大幅度降低。按文献[1]中要求，电动机的定子绝缘值必须大于1 MΩ/kV的标准。在测量中发现部分电动机定子绕组绝缘值甚至低于10 MΩ，小于每1 MΩ/kV的要求，按照机组运行规程必须停机检修。

为了保证机组汛期的安全可靠运行，正常发挥排涝作用，风门坳排涝泵站人员多次对3#机组电动机定子绕组进行烘干处理，处理过后电子绕组绝缘值提升效果并不明显，并且过段时间又会降低到规范标准以下。我中心组织专业技术人员及相关专家在风门坳排涝泵站进行综合评估后，决定对风门坳排涝泵站4台排涝机组电动机的定子绕组进行更换。我单位组织力量按照要求更换完电动机定子绕组后，按照文献[2]、文献[3]等相关规范进行试运行及验收工作。更换电机定子绕组后，电机定子绝缘值达到了规范要求。2020年10月20日，在机组试运行过程中，对3#机组进水方向、出水方向及垂直进出水方向的A、B、C、D四个位置运行噪声进行了测量，3#机组运行噪声超过标准，不能正常验收。因此，须寻找降低机组运行噪声的方法，尽早解决问题，保证机组正常运行，通过检修后的验收工作。

下面介绍解决噪声问题的过程。

2 更换电机定子绕组前后的噪声测量

风门坳排涝泵站3#机组更换电机定子绕组前后，技术人员均对该机组进行了运行噪声测量并记录，测量数据如表1所示。

表1 机组大修前后噪声测量数据

文献[4]规定作业场所和生产设备房间噪声限制值为85 dB，经现场测定，噪声值超过规范标准。大修后3#机组试运行时发现电动机测温表显示瓦温过高，经过分析商讨后，决定适当放宽轴瓦间隙来达到降低运行瓦温的目的。调整轴瓦间隙后上导轴瓦温满足了要求，并且不再升高。调整轴瓦间隙后再次测量3#机组的噪声值，如表2所示。

表2 机组调瓦后噪声测量数据

由于噪声值超过标准，验收无法通过，下面就噪声产生原因进行分析。

3 机组运行噪声原因分析

机组运行噪声超标后，对产生机组噪声的原因进行了分析。从上述测量数据统计得出，机组大修后噪声指标有一些改善，但调瓦后噪声指标又有所增大，造成此现象的原因可能有以下几个方面。

3.1 流道较差

本次机组测试时水泵排水为循环来水，内河道来水量不能满足机组试运行所需要的抽排水量，为了补给前池来水，采用打开自流闸门从外江引水进入内河，来补充机组前池进水量。而大修前机组测试时水泵为正常排水，大修后机组运行工况发生了变化，由于前池来水不均匀，机组运行噪声加大。

3.2 轴瓦间隙加大

由于水泵基础严重下沉，而水泵拆分后进行大调整又不具备条件，只能调整电机来配合水泵，同时通过调整轴瓦与主轴的间隙来改善瓦温较高的情形。目前，轴瓦运行温度较好，满足规范要求，对机组安全可靠运行起到了至关重要的作用。但由于轴瓦与主轴的间隙增大，电动机定、转子之间的气隙在机组运行时变化幅值增大，而较大的电气间隙不均匀变化也会引起机组噪声增大。

3.3 电机设备与风管之间采用刚性连接

近年来，广东省在排涝泵站建设中，中型立式机组电机的冷却方式多采用空气冷却，即半管道通风进行风冷。风管和电机多采用钢板法兰连接，属于刚性连接，我中心风门坳排涝机组也是采用这种连接方式。风管在机组运行过程中产生的噪声相对其他因素影响比较明显，属于泵房中产生噪声的主要因素。根据通风空调工程中的要求，设备与风管采用柔性连接，可以明显降低噪声。那么，可以把该理论运用到水利工程建设中来，在排涝泵站机电设备安装时，可以考虑在电机与风管之间采取柔性连接来降低噪声。

3.4 水泵叶轮角度可能不一致

风门坳排涝泵站机组虽为半调结构，但叶片安放角度可能存在些许偏差，对比各机组的运行情况，3#水泵的叶轮角度可能对机组运行有不利影响，机组运行噪声也相对较大，环境变化时机组噪声幅值变化也更为明显。

3.5 原设计极槽选择存在问题

28极电机属于非标产品，技术相对不是很成熟，近年来为追求泵组高效运行才日渐被选用。从各厂家生产的28极电机的使用情况看，普遍存在电机噪声偏大的情形，其中定子槽数采用168槽的电动机，其噪声偏大情况更为突出。而本次改造的产品正好采用了该定子槽数设计，故原设计极槽选择是机组运行噪声偏大的主要元凶之一。考虑到28极电机普遍存在电机噪声偏大的情形，且改造产品受先天条件限制，即使更换铁芯、优化设计方案也不能完全避免噪声问题，故采用备选措施。

4 对于机组噪声过大采取的措施

根据以上分析对比，流道较差，属于水工建筑物问题，在设计阶段已经定型，泵站一旦建成就很难改变，本次不再考虑；轴瓦间隙加大，主要是针对间隙较小时瓦温增加过快采取的措施，因为轴瓦按照规范也有标准，不可随意调整，风门坳排涝泵站已经在安装精度范围内将轴瓦间隙放到最大，不能再次调整；水泵叶轮角度调整也相对比较困难，拆除工程量大，如果要调整叶片形状，就得把叶片返回生产厂家进行重新加工，需要工期相对较长，也暂不考虑；改变电机极槽，正如以上所说，难度大，且效果不会理想；而改变电动机与排风管之间的连接方式简单易行，并且可以显著降低机组运行噪声。

在对产生的噪声进行分析后，可以采取的所有整改措施中，便于操作可行的措施就是改变排风管和电动机的连接方式。这种方式也在通风空调工程中已经被验证，我们只要科学运用即可，有理论支持。

4.1 改造方案

第一步，将原有排风管与电动机的刚性连接段拆除，保证不影响原电动机的安装中心。第二步，把排风管与电动机连接段改成柔性连接。风管采用密闭不漏风不燃柔性材料，长度250 mm，根据现场实际情况采用压板铆接或者压板法兰连接，铆接孔间距60～80 mm。螺栓孔在固定螺栓前可以涂上密封胶，保证在螺栓固定后保持密闭。在风管弯头处可以设置导流片，以进一步消除排风管噪声影响。改造后的效果如图1所示。

图1 电机与风管连接方式改造后

排风管改造过程中，要注意在原排风管拆除时，不能影响电动机的安装精度及未拆除部分风管的重心位置。改造完成后，柔性材料不能受机械外力的作用。

4.2 改造后的噪声测试结果

2020年10月21日，按以上改造方法对我中心风门坳排涝泵站3#机组进行了改造处理；10月22日，3#机组改造完毕并试机运行。改造后机组噪声明显有了改善，按照之前的噪声测量方法，对3#机组四个位置的噪声重新进行测量，每个相同的测量位置噪声均比原来降低了接近10 dB，测量数据如表3所示。

表3 改造后测量噪声数据

从表3可以看出，机组运行噪声明显降低，满足了相关规范要求。改造后机组试运行合格，测量并记录相关数据，按照规范要求对机组进行了验收。

5 结语

排涝泵站机组运行噪声过高，在排除其他降低噪声的措施后，对机组电动机与风管的连接方式进行改造，将原来的刚性连接改造为柔性连接，机组运行噪声明显下降。这个方法在实践中被验证认可，并在新建改建排涝泵站过程中被推广应用，改造费用相对较低，工期较短，噪声降低非常明显。

这个降低噪声的方法简单，可操作性强，有理论支持，便于在以后排涝泵站建设中推广应用，服务于社会。惠州市惠城区2021年改建的排沙河排涝泵站，采用四台立式机组，电机单机容量1 000 kW，电机与风管之间就应用了柔性连接技术，如图2所示。

图2 惠城区改建成的排沙河排涝泵站

排沙河排涝泵站电机供货商与风门坳排涝泵站是同一个，在风门坳排涝泵站电动机与排风管改造后，机组运行噪声明显降低，所以排沙河排涝泵站电动机在设计阶段就将电动机与排风管连接方式设计为柔性连接，建成后噪声参数明显低于以往的刚性连接。