大型贯流泵站噪声现场测试与降噪措施分析

2023-11-06刘金生金晓宇

水科学与工程技术 2023年5期

丁平，刘金生，金晓宇，刘强，杨帆

（1.扬州市水利工程建设中心，江苏扬州 225000；2.扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州 225009；3.南京工业大学，南京 210029）

泵站作为水利工程的重要设施，在防洪减灾与供水安全、水生态环境改善中起到重要作用。随着经济社会的快速发展，针对泵站安全稳定运行的要求越来越高，管理、设计部门均提出运行环境低噪的新要求，泵房内噪声的监测及降噪措施的研究，得到越来越多科研工作者的关注，当前学者们对泵及泵站噪声的研究主要集中于各类泵水力噪声的研究，如张德胜等［1］采用计算流体力学与计算声学耦合数值模拟方法，研究多工况下喷水推进泵流致噪声机理；王春林等［2］采用ANSYS CFX15.0 和LMS Virtual.lab声学仿真软件相结合的一种间接混合计算方法，求解液下泵蜗壳偶极子内场噪声和叶片偶极子内场噪声；李照等［3］采用边界元法对混流泵进行反向发电时的声场进行数值分析。部分学者开展泵装置内流噪声的数值分析及现场监测，如：Zhang Fan 等［4］以大型泵站为研究对象，采用数值模拟技术分析水泵噪声对鱼类健康的影响。杨帆等［5］采用物理模型试验的方法分析轴流泵装置流道内部的噪声变化规律。蒋红樱等［6］以东台境内某泵站为研究对象，采用Norsonic N140 型声级计对不同开机台数下各工作面噪声声压进行采集及分析。通过文献检索及分析，泵站噪声现场测试的文献较少，SL548—2012 《泵站现场测试与安全检测规程》［7］噪声测量仅指出宜测量泵站中主水泵和主电动机的噪声，但并未给出噪声值的限定范围，泵站实际运行时厂房内噪声对管理人员身心健康的影响至关重要，如何合理地制定泵房内声环境噪声的合理值，并根据泵站的具体运行情况给出合理的降噪措施是值得每座泵站开展分析及研究，降低泵房内噪声有利于提高泵站安全稳定运行的效率，同时更切合当前管理的人文关怀，提高管理的效率与现代化水平。

在当前国内已建的潜水贯流泵站中，很少考虑泵房噪声治理问题并缺少降噪经验，本文以江苏省境内某大型泵站为研究对象，对不同机组的组合运行时泵房各特征位置开展噪声测试及分析，明确该类型泵站的噪声分布规律，并开展降噪措施的分析及现场测试，以期为同类泵站的噪声测试及降噪方案的制定提供技术参考。

1 工程概况

该泵站位于京杭运河古运河口西侧，与瓜洲泵站联合调度运行，保障江淮高水位时古运河外排出路和沿线平原区安全，提高主城区河道水环境容量，合理维持古运河的生态、景观水位。该泵站抽排设计流量为72 m3/s，抽引设计流量为29 m3/s。泵房采用堤身式块基型结构，进出水流道均为平直管，断流方式为快速闸门。泵站安装4 台潜水贯流泵装置机组，其中2 台为2400GZBW-20/2.44 型单向潜水贯流泵装置，2 台为2400GZBWS-16 （14.5）/2.44（0.65）型双速双向潜水贯流泵装置。泵站的泵房剖面和三维模型如图1，图1（b）中给出不同机组的编号。

图1 泵站的泵房剖面图

2 噪声测试与降噪分析

选取3 种运行工况分别测试各泵坑内噪声值，工况1 为4 台机组全开排涝工况，工况2 为1#机组和2#机组开机排涝工况，工况3 为3#机组和4#机组开机引水工况。

定义测点1、测点2、测点3 和测点4 分别位于1#～4#机组的基坑内泵机中部上方1 m 处，测点5 位于泵房1F 工作区的中间位置，测点6 和测点7 均位于泵站的控制室的进户门和控制室内中心位置，测点8 位于泵站的清污机桥的桥中。测点1～测点4 均位于机组的基坑内，噪声级高则采用C 计权声压级，测点5～测点8 均位于地面以上且噪声值接近于人耳感觉则采用A 计权声压级，噪声测试采用日本RION 理音NA-28 实时频谱及噪声分析系统，图2 为3 种运行工况时泵坑内各机组测点的C 计权声压级。

图2 不同工况时各测点的噪声值

工况1 时，4 个测点的噪声值均超过100 dB，其中4# 机组的泵坑测点4 的噪声值达到112.59 dB（C）；工况2 时，测点1、测点2 和测点3 的噪声均超过100 dB（C），噪声呈现出从1#机组泵坑至4#机组泵坑衰减的变化趋势，测点1 的噪声值是测点4 的1.116 倍；工况3 时，测点3 和测点4 的噪声值均在99 dB（C）和100 dB（C）之间，测点1 和测点2 的噪声均低于100 dB（C），噪声呈现出从4#机组至1#机组泵坑衰减的变化趋势，测点4 的噪声值是测点1 的1.085 倍。

图3 为4 台机组全开排涝时各测点的计权声压级的噪声值，泵站工作区测点5 的噪声值为105.75 dB（A），控制室的测点6 和测点7 的噪声平均值为73.08 dB （A），清污机桥的桥中噪声值为71.81 dB（A），泵站周边住宅区的A 计权声压级噪声值为56.88 dB（A），该值超过GB12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》规定工业企业厂界外环境噪声昼间不超过50 dB（A），夜间不超过40 dB（A）的规定，为此该泵站采取降噪措施显得意义更为重要。

图3 工况1 时各测点的噪声值

对该泵站4 台机组全开排涝时噪声与泵站1（如皋市境内泵站）、泵站2（东台市境内泵站）机组全开进行对比，噪声对比结果如图4。

图4 不同泵站机组全开时噪声对比

采用GB12348—2008 《工业企业厂界环境噪声排放标准》的计算方法计算3 座泵站的A 计权声压级，经计算该泵站的平均A 计权声压级相比泵站1和泵站2 高17～18 dB（A），泵站1 和泵站2 的最大噪声集中于500～1000 Hz，该泵站的最大噪声集中于250～500 Hz，表明该泵站比泵站1 和泵站2 的噪声频率更低，噪声强度更大，噪声更难吸收，则降噪措施更复杂。

为解决该泵站噪声大且难吸收的技术难题，开展了该泵站降噪措施的技术分析，对8 种不同吸声构造措施的吸声效果进行噪声测试试验，噪声测试的试验地点在南京工业大学的空旷实验室进行，采用全频段音响播放和泵机所测噪声相近的白噪声，分别制作厚度为2.5 mm 和0.7 mm、长宽高尺寸均为40 cm 的钢质盒子，盒子内贴不同的吸声材质，将钢质盒子覆盖在音响上并保证密封状态，在钢质盒子正上方距地面1 m 处分别测量不同方案的噪声，各方案噪声测量的A 计权声压级如表1。

表1 相同声源不同吸声构造措施效果对比

当使用两种不同厚度的钢板时，方案2 的降噪效果是方案8 降噪效果的1.38 倍，钢板厚度越大，隔声降噪效果更好；当同种厚度的钢板外侧复合钢板或铝板时，方案3 的隔声降噪效果优于方案5，多降噪4.08 dB（A），复合钢板的隔声降噪效果更好；当同时使用2.5 mm 钢板复合1 mm 钢板时，方案7 的隔音降噪效果优于方案6，内贴吸音棉的效果比内贴橡胶的隔音降噪效果更好。通过8 种不同吸声构造措施的噪声测试，选择方案7 即2.5 mm 钢板+1 mm钢板+吸音棉的降噪材料结构。

该泵站的泵房内噪声源主要有水泵、电动机和行星齿轮箱等，泵站内还有消防供水泵、检修渗漏水泵等辅助动力设备，辅助动力设备仅在运行时间断地发出噪声，且辅助动力设备的声级较低。水泵单独运行时噪声相对较低，对泵房整体噪声的影响也最小，水泵运行时机械转动产生的摩擦噪声可通过提高设备制造加工精度来降低噪声。行星齿轮箱噪声是在齿和齿啮合过程中，齿与齿摩擦装机中连续产生的、有频率特征的噪声，通过齿轮箱运行噪声指标列入招标关键参数以此控制齿轮箱运行的噪声水平。电动机运行噪声包括叶片空气动力噪声、机械转动噪声和电磁噪声等。通过上述分析，泵房内的噪声以电机最大，行星齿轮箱次之，水泵本身最小，为此降噪措施主要针对上述主要噪声源进行制定。以方案7 的吸声降噪材料为基础，设计了泵站的泵房综合降噪措施，从“基坑空间形体设计”着手，对泵房现有的顶部开敞矩形基坑空间进行优化，使之有利于声音的吸收，同时减少声音向基坑上部空间的传播。垂直钢结构支撑通过膨胀螺栓固定安装于基坑长轴方向垂直的混凝土壁面上，将强吸声构造吸声插片采用插件的方式固定在垂直钢结构支撑上，降低水泵机组在运行过程中向外传播的噪声，解决各种工况的泵房壁面吸声问题。在水泵机组外壳安装一种“隔、吸声相结合”的降噪装置，通过隔声和吸声相结合的方式减少水泵机组在运行过程中向外传播的噪声，从而改善泵房作业区管理人员的工作环境。水泵机组运行时发出的噪声经过上述两个降噪措施的处理，但还会有部分暴露于水泵机组的上方空间，为避免此部分噪声达到泵房顶部再次反射到其他区域，在水泵机组上方不影响起吊设备运行的空间安装一定数量的空间吸声体，在基坑内地面铺设吸声毛毡，上敷人工草皮，减少声音向基坑上部空间的传播。在泵房墙壁及水泵机组采用降噪措施的同时，为避免泵房间歇性声音加强的现象出现，在泵房柱和厂房墙面上设置装饰性的吸声折片，通过控制平行反射来减少声波的驻波现象。泵站的降噪措施实施如图5。