碗米坡水电厂大轴补气阀噪声原因分析与治理(论文).doc

1碗米坡水电厂机组大轴补气阀噪声原因分析与治理碗米坡水电厂机组大轴补气阀噪声原因分析与治理罗忠启 刘凯胜 (五凌电力碗米坡水电厂 湖南省保靖县 415000)【 【摘要摘要】 】 本文对碗米坡电厂机组原大轴补气阀噪声产生原因进行了分析，通过对补气阀进行改造，消除了原补气阀噪声大的问题，提高了机组运行稳定性 【关关键词键词】 】 水电机组、大轴补气阀、噪声、治理1 概述碗米坡水电厂位于湖南沅水支流酉水的中游，湘西土家族苗族自治州保靖县境内电站安装 3 台 80MW 机组，总装机容量 240MW，1＃～3＃机组分别于 2004 年 2 月、5 月和 8 月投产，设计年利用小时数 3300h，多年设计平均发电量 7.92 亿 kW·h碗米坡水电厂水轮发电机主要参数：水轮机型号：HL（PO50）-LJ-525转轮直径：5.25m额定水头：39.00m额定功率：82.50MW额定转速：100.0 转/分钟最大出力：92.50MW飞逸转速：200 转/分钟额定流量：243.77m3/s机组安装高程：205.21m最大水头：44.68m生产厂家：富士富春江水电设备有限公司发电机型号：SJ80-60/10400额定功率：80MW最大功率：90MW额定电压：13.8kV功率因素：0.9额定电流：3718.8A额定效率：98.11%碗米坡水电厂水轮发电机大轴补气阀原采用东芝公司产品，机组在低负荷区域（0～30MW间）运行大轴补气时大轴补气阀发出高频啸叫声，发电机补气罩周围噪声范围在88～114dB之间，远远超过《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中生产车间及作业场所（工人每天边界接触噪声8h）噪声限制值为65dB(A)的要求。

且同时伴有水轮机尾水压力脉动值超标现象为改善厂房生产环境及机组稳定性，电厂联合制造单位对大轴补气阀噪声产生原理进行分析，对补气阀进行了改造，新的补气阀噪声大大减小，并改善机组稳定性22 原大轴补气阀噪声状况及原因分析当水轮机偏离最优工况时，由于流量改变，在转轮出口处的水流具有或正或负的环量，从而在转轮出口与尾水管内产生一个或多个涡带涡带在尾水管内以某一频率作偏心公转，导致尾水管内压力场和速度场周期性变化，这样尾水管内便产生了和涡带旋转同频率的压力脉动这种压力脉动会引起尾水管壁、转轮、导水结构、蜗壳等振动因此，尾水管涡带是影响水轮发电机组稳定运行的一个主要因素目前国内、外消除尾水管涡带采用的最有效方式就是补气碗米坡水电厂水轮机原大轴补气装置结构形式见图 1，该结构是利用机组运行时尾水管内压力与大气压之间的压力差来打开和关闭补气阀，阀内设有弹簧用以调节不同压力时阀门的开度图1 改造前大轴补气阀原理结构图实际运行过程中，机组在低负荷区域（0～30MW）工况下运行时，发电机层补气阀处噪声最大达到114.82 dB，水轮机室内噪声最大时达到了100dB，对现场环境产生较大噪声污染针对原大轴补气阀存在噪声大的问题，通过分析其原理，并在机组运行时观察补气阀阀座动作情况，初步得出噪声产生原因如下：由于弹簧的弹力是线性变化的，当压力差较小时，阀门开度较小，导致阀座与阀盘间间隙较小。

由于进气速度：v=Q/A，其中Q是补气量；A（进气口截面积）=πd×δ（d：进气口直径，δ为间隙），当δ很小、趋近于0时，v理论是无穷大，较大的气流速度是产生噪声的主要原因此外，阀门进气口处气流进气不畅，气流进入阀门后需改变较大方向，3才能通过阀门，这些都增大了噪声的产生因此，初步分析噪声是由于阀门进气口气流的速度和方向的大幅增加所致由于进气不畅，造成机组在30MW工况附近补气量不足，尾水管压力脉动较大，导致顶盖振动较大，影响机组运行稳定性因此要降低补气阀的噪声，关键是对阀盘式补气结构进行改进，同时应安装消音设施3 改进后的补气阀结构与运行情况针对原补气阀存在的问题，电厂与制造厂专业人员通过分析、研究，对大轴补气阀原理进行改造，改造后的结构形式详见图2图 2 补气装置改造后原理结构图该结构由空气阀和消音器两部份组成，外侧是一个空气阀结构，利用底部橡胶环的自然弹性，实现阀的开度调节；内侧是消音器，用不锈钢穿孔薄板制成，利用微穿孔板吸声结构消声，穿孔板后内填装的吸声材料为不锈钢金属软丝利用吸声材料的吸声原理，进一步达到降噪消声的作用，其吸声系数高，吸收频带宽，压力损失小，气流再生噪声低，且易于控制。

使用该结构的补气阀后，试验测量与原补气阀比各轴承摆度、各部件振动、压力脉动和噪声情况有明显改善消音 器内充不锈钢软 丝作吸声材料44 大轴补气阀改造前后噪声治理与机组稳定性改善情况4.1 噪声治理情况通过对大轴补气阀处15点负荷变化测试（测试数据见附表1、图1），平均噪声下降23.82dB，最大噪声从114.8dB(A)降至88.5dB(A)，尾水人孔门处噪声也有所改善（对比情况见图2）可见，大轴补气阀改造后明显改善了电厂以往高噪音的工作环境表 1：碗米坡水电厂 3# 机组大轴补气阀噪声改造前、后噪声测试数据改造前噪声改造后噪声有功（MW）开度（%）大轴补气阀噪声 dB(A)有功（MW）开度（%）大轴补气阀噪声 dB(A)0.5611.75106.431.3811.7588.5210.0318.53104.2710.3818.5379.9420.0227.98105.1818.6227.9883.630.2536.14112.7131.2136.1485.9635.8839.05114.8235.7739.0584.0339.6442.16110.0540.9742.1682.3344.5245.14110.6744.2445.1482.3551.2047.64106.4851.0747.6483.0554.7151.76106.4355.6851.7683.3260.3954.08106.6560.554.0884.0865.1957.16106.3766.1457.1682.1670.0860.26106.8469.6460.2681.2775.4566.10111.0475.0966.179.7880.0874.6984.4579.9874.6978.0783.0383.85107.0483.1883.8583.62图 3 补气阀改造前后大轴补气阀处噪声-有功趋势图5图 4 补气阀改造前后水轮机室噪声-有功趋势图图 5 补气阀改造前后尾水管进人门噪声-有功趋势图4.2 机组运行稳定性改善情况大轴补气阀改造后各试验工况下各轴承摆度、各部件振动、压力脉动在大部份运行工6况都有不同程度的改善（见图4～图13），特别是30MW工况附近的顶盖振动、尾水管水压脉动有明显降低。

通过大轴补气阀处15点负荷变化测试，蜗壳脉动平均下降0.353KPa，尾水管脉动平均下降了4.57KPa，顶盖垂直振动平均下降了4.74μm，补气阀改造前后水导轴承水平振动变化不明显，从以上分析，补气阀改造后机组运行稳定性有明显改善图 6 补气阀改造前后顶盖水平振动-有功趋势图图 7 补气阀改造前后顶盖垂直振动-有功趋势图图 8 补气阀改造前后蜗壳压力脉动-有功趋势图7图 9 补气阀改造前后尾水管压力脉动-有功趋势图图 10 补气阀改造前后下导 X 方向摆度-有功趋势图8图 11 补气阀改造前后下导 Y 方向摆度-有功趋势图图 12 补气阀改造前后水导 X 方向摆度-有功趋势图图 13 补气阀改造前后水导 Y 方向摆度-有功趋势图9图 14 补气阀改造前后定子水平振动-有功趋势图图 15 补气阀改造前后水导轴承水平振动-有功趋势图105 结语碗米坡水电厂通过对原机组大轴补气阀结构原理进行分析，对补气阀结构进行改进，不仅消除了厂房发电机层的强噪声，而且改善了机组的运行稳定性，特别对蜗壳、尾水管压力脉动、顶盖振动等改善明显，大轴补气阀改造取得预期成果参考文献：《流体力学》上海交通大学上上作者: 张鸿雁 , 张志政 , 王元 编 科学出版社《噪声控制新技术与消声器设计选用及质量检测标准规范实用手册》 北方工业出版社作者简介： 罗忠启（1971～ ）， 男, 高级工程师，1994年参加工作，碗米坡水电厂副厂长，长期从 事水电厂设备检修维护与技术管理工作。

联系 13574368067 联系地址：湖南省湘西自治州保靖县碗米坡镇碗米坡电厂 邮编 415000刘凯胜（1979～ ），男，助理工程师，技师，1999年参加工作，碗米坡电厂专责工程师， 长期从事水电厂机械设备检修维护与技术管理工作联系：13627432456联系地址：湖南省湘西自治州保靖县碗米坡镇碗米坡电厂 邮编 415000。