某潛水貫流泵站噪聲現(xiàn)場測試與分析

蔣紅櫻，劉金生，丁平，顏紅勤，夏鶴鵬，彭克偉，成立

（1.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇南京 210029；2.揚州市水利工程建設(shè)中心，江蘇揚州 225000；3.南京工業(yè)大學，江蘇南京 210029；4.揚州大學水利科學與工程學院，江蘇揚州 225009）

0 引言

潛水貫流泵站因其結(jié)構(gòu)緊湊、流道順直、裝置效率高而被廣泛采用于防洪排澇、工農(nóng)業(yè)送水、區(qū)域調(diào)水等大流量、低揚程場合，由于大多數(shù)貫流泵采用干式安裝，造成運行時噪聲偏大，給泵站運行人員及儀器設(shè)備等造成不良影響。抽水泵站因為水泵機組的運行工況、工作年限、負荷狀態(tài)等原因，在實際運行與工程驗收狀態(tài)下，泵站的聲環(huán)境與設(shè)計并不一定相符，往往不符合設(shè)計對噪聲控制的要求。因此，如何合理制定泵站的聲環(huán)境噪聲控制目標，保障運行管理人員的生理與心理健康，合理規(guī)劃泵站的聲環(huán)境，改善周邊人居環(huán)境，成為泵站設(shè)計、運行管理中亟待解決的問題。對此，研究其產(chǎn)生原因并進行安全評價，對提高泵站安全運行效率和現(xiàn)代化管理水平具有重大實際意義。

目前，國內(nèi)外學者對泵站現(xiàn)場測試進行了廣泛研究。姜明利［1］等分析了抽水蓄能電站噪聲特性和特點，并提出有效地降低廠房內(nèi)噪聲，是電站亟需解決的問題，李斌［2］等研發(fā)了大型泵站機組振動測試診斷系統(tǒng)，可以實現(xiàn)機組振動、噪聲、擺渡等參數(shù)的在線監(jiān)測，柏木生［3］分析了機組產(chǎn)生振動與噪聲的原因，并提出降低泵站振動與噪聲的措施，石麗建［4］等對不同工況下大型箱涵式泵裝置進行壓力脈動及振動特性分析，張愛霞［5］等從水泵本身結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進方面闡述了雙向貫流泵提效降噪的方案，陳斌［6］等針對雙向貫流泵在干坑安裝情況下振動噪聲較大的現(xiàn)象，對振動原因進行了診斷分析，張輝［7］從工業(yè)廠房噪音的特點及危害入手，闡述了工業(yè)廠房的隔音與降噪治理措施，陳貴清［8］等結(jié)合具體案例，對引起水電機組共振和噪聲的幾種主要因素、抬機現(xiàn)象和廠房共振進行了分析研究，楊經(jīng)卿［9］等對已投運多座大型抽水蓄能電站發(fā)電廠房進行噪聲測試，分析了解廠房噪聲的成因和特性，曹崇宏［10］等從水泵生產(chǎn)振動和噪聲的原因入手，提出有效解決水泵振動和噪聲的有效措施，王圣光［11］等從水泵系統(tǒng)振動噪聲傳播途徑控制的角度，分析了振動噪聲空氣傳播的阻隔與吸收。國內(nèi)外學者多以離心泵以及水電機組的振動及噪聲測試為研究方向，而對潛水貫流泵振動及噪聲的研究較為少見。因此，本文以工程實際為例，通過對泵站周界及泵站內(nèi)工作面的特征部位展開噪聲測試，探詢泵站噪聲特性、分布規(guī)律及產(chǎn)生的原因，從而得出系統(tǒng)性、整體性結(jié)論，上述研究成果可為今后同類型泵站噪聲環(huán)境模擬及控制方案提供堅實的技術(shù)支撐。

1 工程概況

某潛水貫流泵站位于東臺市境內(nèi)，站身采用堤身式鋼筋砼塊基型結(jié)構(gòu)，平面尺寸為26.5 m×16.0 m，水泵采用平直管進水流道，斜直管出水流道，快速閘門斷流。泵站布置3 臺2000GZBW-8.6/1.9 型潛水貫流泵，配YQGN740-6P-330kW/10kV 潛水電機，采用行星齒輪傳動。泵站設(shè)計抽引流量24 m3/s，總裝機功率990 kW，滿足區(qū)域供水灌溉，同時承擔里下河腹部東南片地區(qū)的排澇。圖1為該泵站布置圖。

2 測試與分析內(nèi)容及目的

通過對某潛水貫流泵站室內(nèi)、室外關(guān)鍵部位的噪聲測試及分析，探究聲源頻譜特性、工作面噪聲分布規(guī)律及該型泵站的噪聲特點及特性，為該泵站機組噪聲控制、同類型泵站噪聲控制目標制定及控制技術(shù)提供設(shè)計依據(jù)。

3 噪聲測點分布及排放標準

3.1 噪聲測點布置及數(shù)據(jù)整理

按照《工業(yè)企業(yè)噪聲測量規(guī)范》GBJ 122-88要求進行測點布置及噪聲測量，噪聲測點布置在廠房周界、大門入口，管理區(qū)入口，泵室首層工作面、負一層工作面、基坑處，采用NorsonicN140 型聲級計對不同開機臺數(shù)下各工作面噪聲聲壓進行采集，并通過測量的數(shù)據(jù)提取各測點A計權(quán)聲壓級（LAeq）、各頻率聲壓級及A計權(quán)聲壓級瞬時最大值［LAF（max）］，并將上述數(shù)據(jù)生成相關(guān)圖表。

3.2 廠界環(huán)境噪聲排放標準、各類工作場所噪聲限值

根據(jù)《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50087-2013）（以下簡稱《規(guī)范》）及《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》（GB 12348-2008）（以下簡稱《標準》），工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放限值及各類工作場所噪聲限值見表1、2。

表1 工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放限值 dB（A）Tab.1 Environmental noise emission limits of industrial enterprises

表2 各類工作場所噪聲限值 dB（A）Tab.2 Noise limits of various workplaces

4 測試結(jié)果分析

4.1 泵站室外噪聲分布情況

按照《工業(yè)企業(yè)噪聲測量規(guī)范》GBJ 122-88 要求，對抽水泵站室外噪聲進行了測量，噪聲水平及頻譜特性分布見圖2、3。

圖2 泵站開機、未開機狀態(tài)下室外噪聲對比圖Fig.2 Comparison of outdoor noise when the pumping station is start-up and shutdown

圖3 泵站室外開機狀態(tài)各點位噪聲頻譜分布圖Fig.3 Noise spectrum distribution of outdoor points when the pumping station is started

由于所測泵站周邊環(huán)境空曠，且臨近區(qū)域沒有工業(yè)、企業(yè)，因此廠界周邊環(huán)境本底噪聲水平低，各點位噪聲均在40～45 dB（A）。在開機狀態(tài)下廠界噪聲排放達到《標準》［13］中廠界外聲環(huán)境功能區(qū)類別1 類標準。對各測點噪聲頻譜進行分析，發(fā)現(xiàn)其主要以中、低頻聲為主。通過測試與分析，該泵站室外聲環(huán)境良好，無需要特殊考慮要素。

4.2 泵站室內(nèi)噪聲分布情況

按照《工業(yè)企業(yè)噪聲測量規(guī)范》要求，依次對泵站開1 臺、3臺泵機組（全開）時首層工作面（1F）、負一層工作面（-1F）、基坑進行了噪聲測量，見圖4、5，之后將兩種工況下首層工作面、負一層工作面、基坑的噪聲測量結(jié)果及頻譜分布如下，見圖6～20。

圖4 只開2號機組時噪聲測量點位圖Fig.4 Noise measurement points when only No.2 unit is operated

圖5 3臺機組全開時噪聲測量點位圖Fig.5 Noise measurement points when 3 units is fully operated

圖6 開2號機1F（首層）等效A聲級及最大值分布圖Fig.6 Equivalent A sound level and maximum value of the first floor when only No.2 unit is operated

圖7 開2號機1F（首層）各點位噪聲頻譜分布圖Fig.7 Noise spectrum at each point of the first floor when only No.2 unit is operated

圖8 開2號機-1F（負一層）等效A聲級及最大值分布圖Fig.8 Equivalent A sound level and maximum value at the negative layer when No.2 unit is operated

圖9 開2號機-1F（負一層）各點位噪聲頻譜分布圖Fig.9 Noise spectrum at each point of the negative layer when No.2 unit is operated

圖10 2號基坑等效A聲級及最大值分布圖Fig.10 Distribution diagram of equivalent A sound level and maximum value at No.2 foundation pit

圖11 2號基坑各點位噪聲頻譜分布圖Fig.11 Noise spectrum distribution of each point at No.2 foundation pit

圖12 1F（首層）3臺全開等效A聲級及最大值分布圖Fig.12 Equivalent A sound level and maximum value at the ground floor when 3 units is fully operated

圖13 1F（首層）3臺全開各點位噪聲頻譜分布圖Fig.13 Noise spectrum at each point of the ground floor when 3 units is fully operated

圖14 -1F（負一層）3臺全開等效A聲級及最大值分布圖Fig.14 Equivalent A sound level and maximum value at the negative layer when 3 units is fully operated

圖15 -1F（負一層）3臺全開各點位噪聲頻譜分布圖Fig.15 Noise spectrum at each point of the negative layer when 3 units is fully operated

根據(jù)測量結(jié)果，在泵站只開1 臺（2 號）泵機組情況下，首層、負一層工作面各測量點位無論是等效A 聲級還是瞬間最大值均滿足《規(guī)范》［12］中規(guī)定的生產(chǎn)車間85 dB（A）的噪聲限值要求，只有個別點位超標；但是在2號基坑內(nèi)各測量點位無論等效A 聲級還是瞬間最大值都大大超過了限值，超限最大值為9 dB（A）。2 號基坑（圖10）等效A 聲級及最大值分布圖出現(xiàn)突降點，主要是該點位附近有連接相鄰基坑的出入洞口，該處的聲音反射聲較弱，因此聲壓級較低。

圖16 基坑位置三臺全開等效A聲級及最大值分布圖Fig.16 Equivalent A sound level and maximum value at the foundation pit when 3 units is fully operated

圖17 三臺全開基坑位置各點位噪聲頻譜分布圖Fig.17 Noise spectrum at each point at the foundation pit when 3 units is fully operated

圖18 1F（首層）開2號機、三臺全開噪聲對比分析圖Fig.18 Comparative analysis of the noise of No.2 unit operation on the ground floor and fully 3 units operation

圖19 -1F（負一層）開2號機、三臺全開噪聲對比分析圖Fig.19 Comparative analysis of the noise of No.2 unit operation on the negative layer and fully 3 units operation

圖20 2號基坑開2號機、三臺全開噪聲對比分析圖Fig.20 Comparative analysis of the noise of the 2#unit operation at No.2 foundation pit and fully 3 units operation

在泵站3臺泵機組同時開啟時，首層工作面、負一層工作面只有個別點位等效A 聲級不超過限值，瞬間最大值都超過了噪聲限值，負一層工作面超限最大值為2 dB（A）；基坑內(nèi)各點位超限最大值為10 dB（A）。各層工作面、基坑各點位噪聲頻譜特性基本相同，由圖21可計算出基坑內(nèi)修正后低、中、高頻區(qū)噪聲平均聲壓級分別為74、83.5、62 dB，未修正低、中、高頻區(qū)噪聲平均聲壓級分別為97、86、63 dB，由此可知高頻聲能在總聲能中的占比很小，超標噪聲絕大部分主要分布在中、低頻區(qū)域，聲能分布由低頻向中高頻逐漸降低，中低頻聲能占比較大。因此后期噪聲治理措施應主要針對31.5、63、125、250、500、1 000、2 000 Hz的噪聲展開。見圖21。

圖21 基坑位置各頻率修正、未修正平均聲壓級比較Fig.21 Comparison of corrected and uncorrected average sound level of each frequency at the foundation pit

將3 臺機組全開與只開2 號機組時各層工作面上數(shù)據(jù)加以比較，可以發(fā)現(xiàn)從首層至負一層到基坑內(nèi)各點位等效A 聲級均呈現(xiàn)顯著提升，且超標呈愈加嚴重態(tài)勢；一層工作面相同點位上各頻率的聲壓級分別增加5～8 dB，負一層相同點位上各頻率的聲壓級增加5～12 dB，基坑處變化幅度相對較?。桓鞴ぷ髅嫦嗤c位的噪聲頻譜特性基本相同?；釉肼曋党掭^大主要是基坑內(nèi)混凝土壁面反射，混凝土材質(zhì)反射率較高，對主機組運行時散發(fā)的噪聲基本上沒有吸收，幾乎全被壁面反射到四周空間，因此要采取合適的降噪措施，控制、改變噪聲傳播途徑，削弱噪聲傳播強度，可以大幅降低基坑處的噪聲水平，也是泵站噪聲控制的關(guān)鍵。

測試工作在開單臺機組和3 臺機組全開兩種模式下進行，測試單臺機組的目的是為了解單臺機組的聲學指標及特性。3臺機組全開是泵站正常運行時的狀態(tài)，通過對比明確了兩種工況下泵站各工作面噪聲的特性有無差異、噪聲超標情況以及噪聲變化水平等。通過實測，在掌握其噪聲特性的基礎(chǔ)上，將單臺泵機組做為一立體聲源，可將其與周邊基坑看作為源聲源聲場，后期可建立泵站整體聲學模型形成耦合聲場，模擬各種工況條件下泵站運行時的聲學環(huán)境，為泵站噪聲治理最終達標建立堅實的基礎(chǔ)。

4.3 結(jié)論

通過對泵站室外、室內(nèi)噪聲測量及噪聲分布圖的繪制、分析，可得出如下4點結(jié)論。

（1）同類型的潛水貫流泵站可采用面密度較大的外維護結(jié)構(gòu)，在隔聲量達40～50 dB 的情況下，大部分噪聲可被限制在泵站空間內(nèi)，廠界環(huán)境噪聲排放標準可符合廠界外聲環(huán)境功能區(qū)1或者2類標準。

（2）潛水貫流泵站廠內(nèi)噪聲水平在各層工作面上分布較為均勻，在同一工作面上測量點位的噪聲聲壓級變化不大；室內(nèi)噪聲聲壓級從泵機組基坑到最上層工作面呈逐層遞減分布狀態(tài)；泵機組基坑內(nèi)、-1F（首層）工作面噪聲平均值分別為91～93 dB（A）和87～88 dB（A），超出國家標準6～8 dB（A）和2～3 dB（A）。在噪聲控制中應優(yōu)先處理基坑內(nèi)主機組噪聲，可在基坑內(nèi)壁進行吸聲降噪處理。

（3）采用該類型潛水貫流泵及類似設(shè)計、布局模式的泵站，由于泵機組、基坑材質(zhì)及構(gòu)造特性，其基坑噪聲基本可視為相對穩(wěn)態(tài)聲源，基坑各處噪聲值與平均值相比，振幅數(shù)值約1～2 dB（A）。

（4）超標噪聲主要分布在中、低頻率。從首層工作面到基坑低頻聲能量占比逐漸加大，室內(nèi)大量低頻聲能的存在會損傷人的聽力、引發(fā)人體的疾病、影響人的正常工作狀態(tài)及效率、對建筑物和儀器設(shè)備也有危害，因此需重點處置。