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摘 要：抽水蓄能电站负担电网调峰、填谷、调频、调相和事故备用等重要功能，发展迅速，但其运行时会产生噪声等职业病危害因素。通过对抽水蓄能电站噪声进行检测，主要是水轮机运行时噪声比较大，作业人员长期在这种高噪声作业场所下工作，会影响听力健康，严重的会造成噪声聋。水轮机产生噪声大一般主要有水力因素、电气因素和机械因素等原因。为此，该文提出了对水轮机改造、安装声闸和为作业人员配备护听器等相应的对策供抽水蓄能电站参考借鉴，以期达到降低噪声，减小对作业人员职业危害的目的。
关键词：抽水蓄能电站 水轮机 噪声 防治
中图分类号：R136.2 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（b）-0034-03
On the Detection and Control Measures of Noise Caused by Water Turbine in Pumped Storage Power Station
DOU Dandan1，2 GONG Quanquan1，2 ZHANG Zhaobo2 ZHANG Guoying2 CUI Fuxing1
（1.Shandong Electric Power Research Institute; 2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute， Jinan， Shandong Province， 250003 China）
Abstract： Pumped storage power station undertakes the important functions of power grid peak shaving， valley filling， frequency modulation， phase modulation and accident standby， and develops rapidly， but its operation will produce occupational hazard factors such as noise. The authors found that the level of the noise produced by hydraulic turbine was high. When the operators work in those workplaces for a long time， their hearing will be hurt， even occupational noise-induced deafness will be caused. The noise produced by hydraulic turbine is mainly caused by hydraulic factors， electrical factors and mechanical factors. Therefore， in order to reduce occupational hazards to operators， this paper puts forward corresponding countermeasures for pumped storage power station， such as the transformation of hydraulic turbine， the installation of sound gate and the provision of hearing protectors for operators.
Key Words： Pumped storage power station; Hydraulic turbine; Noise; Prevention and control
抽水蓄能电站在运行时具有机组水头高、容量大，转速快、工况转换频繁、运行区域跨度大、水力动态特性复杂等特点，致使抽水蓄能电站运行产生的噪声比较大，导致现场作业人员听力下降，甚至出现噪声聋。因此，该文重點对抽水蓄能电站水轮机产生的噪声进行检测，分析其产生噪声的原因，提出了相应对策建议，来保护作业人员职业健康。
1 抽水蓄能电站水轮机噪声检测
选用丹麦B&K公司2238型精密积分声级计，检测了6家抽水蓄能电站在不同工况下水轮机层的噪声，重点给出了水车室内的检测结果。
从检测数据看出，水轮机运行时噪声在91.3～102.1 dB（A）之间，整体偏高，主要原因是机组运行水轮机运转产生的振动和噪声。根据《工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素》（GBZ 2.2-2007）规定，每周工作5 d，每天工作8 h，噪声限值为85 dB（A）[1]，如果作业人员长期在此工作场所中，肯定会影响作业人员听力健康。所以，该文重点分析水轮机产生噪声的原因和对策。
2 水轮机产生噪声原因分析
备用工况下，水车室内噪声远小于抽水和发电工况，对作业人员危害不大。非备用工况下，水轮机运行产生的振动噪声一般有水力因素、电气因素和机械因素等原因。
2.1 水力因素
一般说来，水轮机组的噪声主要是水力因素引起的。水轮发电机组进流水道蜗壳、导叶中的不匀称流场造成涡带，进到转轴造成机组振动，这种振动随机组工作状况转变而转变，且一会儿消失，一会儿明显。转轴叶片尾端的卡门涡也会引起机组振动，卡门涡列的产生与水流速率和绕流体尾端的横断面规格和尺寸相关。水轮机在非最优工况下运行，旋转的转轮出口水流，会在尾水管中形成涡带，造成压力脉动。高水头水泵水轮发电机组因止漏环构造形式和空隙组成不合理，及运作空隙不匀称造成水压力脉动引起机组振动，振动摆度及压力脉动幅度值，均随机组负载和过总流量的提升而显着增加，从而产生的噪声很大[2-4]。 2.2 电气因素
发动机转子磁极线圈的匝间短路，还有转子不圆，定子与转子之间的空隙不均匀，在定子与电机转子间造成不平衡磁抗拉力，定子绕组选用分数槽产生的次谐波电流磁势与基波磁势相作用，造成次谐波电流振动。因定子齿槽效应磁导波造成振动。另外，定子支路间的电场或负序电流也很有可能造成机组振动产生噪声。
2.3 机械因素
机械因素通常是由于设备缺陷或常见故障引起振动和噪声。机械设备不平衡状况是较普遍现象，尤其是高水头和高速旋转的机组更加突显。一般造成的原因是转子质量不平衡，其次是机组轴线倾斜，还有就是导轴承缺陷等[3-5]。
3 水轮机噪声防治对策
3.1 水轮机运行噪声防治
对于噪声源的治理，在研究设计阶段就应选用低振动低噪声型号的水轮机。对于在运的水轮机在安全运行的前提下进行改造，定期检维修，避免设备故障引起的噪声和振动。改造水轮机可以从更换优化设计转轮、挑选定子槽数、改造定子铁芯、控制线棒温度等方面着手考虑。通过优化水力设计转轮，使新转轮的叶片进口呈月牙形且泄水锥加长，转轮叶片进口呈月牙形相当于增大了导叶分布圆直径比，可减小转轮和导叶之间的流动干扰即减小转轮与导叶间的动静干涉，从而降低无叶区压力脉动幅值;加长的泄水锥具有引流作用，从而减小转轮出口处的压力脉动，还可改善水泵方向的空化性能，使厂房振动过大与高频噪声问题可以得到解决[6]。重新确定水轮发电机的定子槽数，从定子铁芯轭齿、铁芯卡紧方法、定子含铜量3个方面对水轮发电机的定子铁芯改造，从定子线棒的原材料、绕组方法及其绝缘层开展改造控制定子线棒的温度等都可以进一步降低噪声的产生，达到减噪目的。
3.2 噪声传播途径防治
机组运行时，水车室内噪声多为中低频噪声，水车室均为钢筋混凝土结构的硬性反射面，通常是在水车室出口处安装声闸以隔绝水车室噪声，且声闸的通道间形成吸声层。声闸采用双层或多层隔声门结构，同时配以通道吸声处理，达到降低声源混响声及隔绝其漏声双重目标。利用墙面、立柱、水车室混凝土墙体设置吸声隔声层、顶部悬挂空间吸声体、水车室门的隔声处理、渗漏泵周边的吸隔声处理降低室内的声压级与降低厂房振动产生的二次辐射噪声，用大小吊物孔的隔声处理降低上下部噪声通过通吊物孔的上下传递总体降噪目标[7]。根据调查，少数抽水蓄能电站还存在没有水车室，只是用围栏隔离水轮机，强烈建议设置水车室和声闸，隔绝噪声传播。
3.3 作业人员噪声个体防护
工业企业从声源降噪不仅成本过高且受环境影响有时还难以实现，配备护听器就成了对劳动者保护的最后一步。防噪耳塞使用方便，成本较低，因此广泛使用。企业为工人配备防噪耳塞应达到防护要求，也要避免过度防护。建议企业采购防噪耳塞及耳塞分配器，分别安装至水轮机层主副厂房端门口和水轮机层水车室入口处，由劳动者即取即用[8]。但不同耳塞因形状、材质的差异，降噪性能也不尽相同，有的研究表明火箭型耳塞降噪效果要好于子弹头型耳塞降噪效果，可以优先选用该类型耳塞[9]。
4 结语
抽水蓄能电站中水轮机产生的噪声极大，危害作业人员听力健康，该文通过分析水轮机运转产生噪声的原因，提出了对水轮机改造、安装声闸和为作业人员配备护听器等相应的对策供抽水蓄能电站参考借鉴，达到降低噪声，减小对作业人员职业危害的目的。
参考文献
[1] 中华人民共和国卫生部.工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素：GBZ2.2-2007[S].北京：人民卫生出版社，2008：20-21.
[2] 周涛，刘棣中.水轮机振动原因分析与处理[J].广西水利水电，2019（3）：92-95.
[3] 姜明利，孙铭君.抽水蓄能电站水轮机噪声测试分析案例[J].水电站机电技术，2020，43（2）：49-52.
[4] 姜明利，庄坚菱，杨跃超，等.福建仙游抽水蓄能电站水轮机顶盖振动特性分析[J].水电站机电技术，2019，42（1）：6-10，37，71.
[5] 陶琴.广场舞在城镇地区开展现状及发展中存在的问题研究——以湖北省十堰市房县为例[J].当代体育科技，2020，10（6）：173-174.
[6] 尹淑欣.强噪声环境下管道泄露检测关键技术研究[D].大庆：东北石油大学，2019.
[7] 王雯彥，张开瑞.环评工作中常见噪声源的噪声控制[J].科技创新导报，2020，17（16）：129，133.
[8] 赵兢兢，郭一冰.污染类建设项目验收监测中噪声监测问题探析[J].科技资讯，2020，18（18）：72-73.
[9] 张倩.噪声职业病危害管理系统的研究与应用[D].天津：天津医科大学，2020.
关键词：抽水蓄能电站 水轮机 噪声 防治
中图分类号：R136.2 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（b）-0034-03
On the Detection and Control Measures of Noise Caused by Water Turbine in Pumped Storage Power Station
DOU Dandan1，2 GONG Quanquan1，2 ZHANG Zhaobo2 ZHANG Guoying2 CUI Fuxing1
（1.Shandong Electric Power Research Institute; 2.State Grid Shandong Electric Power Research Institute， Jinan， Shandong Province， 250003 China）
Abstract： Pumped storage power station undertakes the important functions of power grid peak shaving， valley filling， frequency modulation， phase modulation and accident standby， and develops rapidly， but its operation will produce occupational hazard factors such as noise. The authors found that the level of the noise produced by hydraulic turbine was high. When the operators work in those workplaces for a long time， their hearing will be hurt， even occupational noise-induced deafness will be caused. The noise produced by hydraulic turbine is mainly caused by hydraulic factors， electrical factors and mechanical factors. Therefore， in order to reduce occupational hazards to operators， this paper puts forward corresponding countermeasures for pumped storage power station， such as the transformation of hydraulic turbine， the installation of sound gate and the provision of hearing protectors for operators.
Key Words： Pumped storage power station; Hydraulic turbine; Noise; Prevention and control
抽水蓄能电站在运行时具有机组水头高、容量大，转速快、工况转换频繁、运行区域跨度大、水力动态特性复杂等特点，致使抽水蓄能电站运行产生的噪声比较大，导致现场作业人员听力下降，甚至出现噪声聋。因此，该文重點对抽水蓄能电站水轮机产生的噪声进行检测，分析其产生噪声的原因，提出了相应对策建议，来保护作业人员职业健康。
1 抽水蓄能电站水轮机噪声检测
选用丹麦B&K公司2238型精密积分声级计，检测了6家抽水蓄能电站在不同工况下水轮机层的噪声，重点给出了水车室内的检测结果。
从检测数据看出，水轮机运行时噪声在91.3～102.1 dB（A）之间，整体偏高，主要原因是机组运行水轮机运转产生的振动和噪声。根据《工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素》（GBZ 2.2-2007）规定，每周工作5 d，每天工作8 h，噪声限值为85 dB（A）[1]，如果作业人员长期在此工作场所中，肯定会影响作业人员听力健康。所以，该文重点分析水轮机产生噪声的原因和对策。
2 水轮机产生噪声原因分析
备用工况下，水车室内噪声远小于抽水和发电工况，对作业人员危害不大。非备用工况下，水轮机运行产生的振动噪声一般有水力因素、电气因素和机械因素等原因。
2.1 水力因素
一般说来，水轮机组的噪声主要是水力因素引起的。水轮发电机组进流水道蜗壳、导叶中的不匀称流场造成涡带，进到转轴造成机组振动，这种振动随机组工作状况转变而转变，且一会儿消失，一会儿明显。转轴叶片尾端的卡门涡也会引起机组振动，卡门涡列的产生与水流速率和绕流体尾端的横断面规格和尺寸相关。水轮机在非最优工况下运行，旋转的转轮出口水流，会在尾水管中形成涡带，造成压力脉动。高水头水泵水轮发电机组因止漏环构造形式和空隙组成不合理，及运作空隙不匀称造成水压力脉动引起机组振动，振动摆度及压力脉动幅度值，均随机组负载和过总流量的提升而显着增加，从而产生的噪声很大[2-4]。 2.2 电气因素
发动机转子磁极线圈的匝间短路，还有转子不圆，定子与转子之间的空隙不均匀，在定子与电机转子间造成不平衡磁抗拉力，定子绕组选用分数槽产生的次谐波电流磁势与基波磁势相作用，造成次谐波电流振动。因定子齿槽效应磁导波造成振动。另外，定子支路间的电场或负序电流也很有可能造成机组振动产生噪声。
2.3 机械因素
机械因素通常是由于设备缺陷或常见故障引起振动和噪声。机械设备不平衡状况是较普遍现象，尤其是高水头和高速旋转的机组更加突显。一般造成的原因是转子质量不平衡，其次是机组轴线倾斜，还有就是导轴承缺陷等[3-5]。
3 水轮机噪声防治对策
3.1 水轮机运行噪声防治
对于噪声源的治理，在研究设计阶段就应选用低振动低噪声型号的水轮机。对于在运的水轮机在安全运行的前提下进行改造，定期检维修，避免设备故障引起的噪声和振动。改造水轮机可以从更换优化设计转轮、挑选定子槽数、改造定子铁芯、控制线棒温度等方面着手考虑。通过优化水力设计转轮，使新转轮的叶片进口呈月牙形且泄水锥加长，转轮叶片进口呈月牙形相当于增大了导叶分布圆直径比，可减小转轮和导叶之间的流动干扰即减小转轮与导叶间的动静干涉，从而降低无叶区压力脉动幅值;加长的泄水锥具有引流作用，从而减小转轮出口处的压力脉动，还可改善水泵方向的空化性能，使厂房振动过大与高频噪声问题可以得到解决[6]。重新确定水轮发电机的定子槽数，从定子铁芯轭齿、铁芯卡紧方法、定子含铜量3个方面对水轮发电机的定子铁芯改造，从定子线棒的原材料、绕组方法及其绝缘层开展改造控制定子线棒的温度等都可以进一步降低噪声的产生，达到减噪目的。
3.2 噪声传播途径防治
机组运行时，水车室内噪声多为中低频噪声，水车室均为钢筋混凝土结构的硬性反射面，通常是在水车室出口处安装声闸以隔绝水车室噪声，且声闸的通道间形成吸声层。声闸采用双层或多层隔声门结构，同时配以通道吸声处理，达到降低声源混响声及隔绝其漏声双重目标。利用墙面、立柱、水车室混凝土墙体设置吸声隔声层、顶部悬挂空间吸声体、水车室门的隔声处理、渗漏泵周边的吸隔声处理降低室内的声压级与降低厂房振动产生的二次辐射噪声，用大小吊物孔的隔声处理降低上下部噪声通过通吊物孔的上下传递总体降噪目标[7]。根据调查，少数抽水蓄能电站还存在没有水车室，只是用围栏隔离水轮机，强烈建议设置水车室和声闸，隔绝噪声传播。
3.3 作业人员噪声个体防护
工业企业从声源降噪不仅成本过高且受环境影响有时还难以实现，配备护听器就成了对劳动者保护的最后一步。防噪耳塞使用方便，成本较低，因此广泛使用。企业为工人配备防噪耳塞应达到防护要求，也要避免过度防护。建议企业采购防噪耳塞及耳塞分配器，分别安装至水轮机层主副厂房端门口和水轮机层水车室入口处，由劳动者即取即用[8]。但不同耳塞因形状、材质的差异，降噪性能也不尽相同，有的研究表明火箭型耳塞降噪效果要好于子弹头型耳塞降噪效果，可以优先选用该类型耳塞[9]。
4 结语
抽水蓄能电站中水轮机产生的噪声极大，危害作业人员听力健康，该文通过分析水轮机运转产生噪声的原因，提出了对水轮机改造、安装声闸和为作业人员配备护听器等相应的对策供抽水蓄能电站参考借鉴，达到降低噪声，减小对作业人员职业危害的目的。
参考文献
[1] 中华人民共和国卫生部.工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素：GBZ2.2-2007[S].北京：人民卫生出版社，2008：20-21.
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[4] 姜明利，庄坚菱，杨跃超，等.福建仙游抽水蓄能电站水轮机顶盖振动特性分析[J].水电站机电技术，2019，42（1）：6-10，37，71.
[5] 陶琴.广场舞在城镇地区开展现状及发展中存在的问题研究——以湖北省十堰市房县为例[J].当代体育科技，2020，10（6）：173-174.
[6] 尹淑欣.强噪声环境下管道泄露检测关键技术研究[D].大庆：东北石油大学，2019.
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