冷却塔落水降噪装置的试验研究

倪季良
（国家电力公司西北电力设计院，陕西 西安 710032）

　　摘要：冷却塔的噪声污染正成为当今亟待解决的问题。本文对新开发的冷却塔落水消能降噪装置在摸拟自然通风冷却塔的条件下的降噪效果进行了研究，结果表明，采用该降噪装置，在淋水密度为4～16t/(m²·h)的范围内，冷却塔的噪声可降低15dB以上，降噪装置主要是削减了声源中的高频成分。
　　关键词：冷却塔；噪声；降噪装置
　　中图分类号：TU991.42
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009-2455(2002)05-0039-03

Test and Research on the Noise Suppressor for Cooling Tower
NI Ji-liang
（Northwest Electric Power Design Institute，State Power Corporation，Xi‘an 710032，China）

　　Abstract：The noise pollution of the cooling tower is becoming a serious problenl that needs solving urgently．A newly-developed cooling tower noise suppressor was studied under the condition of simulation of natural ventilation cooling tower．When water spray density were 4～16t/(m²·h)，the reduction of noise of cooling tower exceeded 15 dB．Noise suppressor mainly killed high frequency parts of the sound source．
　　Key words：cooling tower；noise；noise suppressor

　　近年来，随着人民生活水平以及环保意识的提高，人们对生存环境的质量要求越来越高，冷却塔噪声对周围环境的影响已越来越引起人们的重视，开始出现了整治冷却塔噪声污染的呼声。妥善处理好冷却塔噪声对周围环境的影响问题正逐步成为全社会的共识。由西北电力设计院与金坛市塑料厂共同研制开发出的冷却塔落水降噪装置，及时为治理冷却塔的落水噪声提供了针对塔内声源的治理技术。

1 塔内声源的降噪原理

　　本技术采用的是斜面消能减噪原理。在冷却塔落水直接撞击水面之前，使落水先在斜面上以无声擦贴的接触形式实现缓冲消能。它隔断了冷却塔落水对水面的直接冲击，经无声擦贴、粘滞减速、挑流分离、疏散洒落等消能形式的过渡，取得消减落水冲击噪声的治理效果，是针对塔内声源的一项治理技术。

2 试验装置

　　试验装置的构成见图1。其中主体结构为钢架塔。塔底尺寸1.8m×1.8m；塔顶尺寸1.5m×1.5m；塔高11.0m；喷淋装置的落差、流量可调，通过填料底部下落的喷淋落水，系自由跌落、均匀分布且面积恒定、不受落差、流量影响；落水池尺寸2.3m×2.3m×0.6m。试验装置位于厂内较为开阔且远离车间的一块空地上，测点不受反射声于扰，符合噪声测试工作的环境要求。循环水泵采用无声（相对本底噪声）的潜水泵，试验系统无运行噪声。
2.1 测试工况
　　试验淋水面积1.0m²；池水深度0.5m；落差H=6m即喷淋箱底至水池水面的高度；淋水密度q为4，6，8，10，12，14，16t/(m²·h)；测点高1.2m，面对声源（擦贴斜面），离声源边缘1.0m，固定布置在试验装置的西侧并远离反射物体。
2.2 测试条件
　　气候条件：无风或软风（0～1.5m/s）、无雨雪，确保喷淋落水形态稳定；测试选择在背景噪声低于降噪后的噪声级10dB的时段，为此，某些降噪测试项目需在晚间进行。
2.3 测试仪表
　　①带频谱分析的江西ND2精密（一级）声级计；
　　②LZB-100玻璃转子流量计：5～25t/h，允许误差为1.5％。
2.4 检测项目
　　①A声级Leq为主、C声级为辅；
　　②倍频程频谱测量。
2.5 测试依据
　　①GB/T 14623-93《城市区域环境噪声测量方法》；
　　②GB/T 12349-90《工业企业厂界噪声测量方法》。

3 冷却塔模拟落水声源（降噪前）的声级测试

3.1 测试内容
　　降噪前试验测试了模拟声源落水噪声的频谱见图2，不同淋水密度模拟声源落水噪声的声级见表1，模拟声源的声级-距离衰减测试结果见表2。

表1 不同淋水密度模拟声源的声级 淋水密度/(t·m^-2·h^-1) 4 6 8 10 12 14 16 声级/dB(A) 80.3 82.1 83.1 83.8 84.3 84.7 85.2

表2 模拟声源的声级与距离的关系 测试项目 距离/m 1 5 10 20 40 声级随距离的衰减值/dB(A) 83.1 69.0 63.5 57.5 52.0 声级随距离的递减值/dB(A) 14.1 5.5 6.0 5.5 声级随距离累计降幅/dB(A) 14.1 19.6 25.6 31.1

3.2 试验结果及分析
　　①模拟声源落水噪声与仪征化纤厂3500m²工业塔落水噪声的频谱测试结果对比参见图2。

　　由图2知模拟声源为峰值在4000Hz左右的中高频声源，其频率分布与工业塔的实测频谱比较接近。说明本试验设定的标准试验工况是比较符合实际情况的。
　　声学理论指出，点声源在半自由声场中当距离成倍增加时，声级按6dB等差依次衰减，这就是距离衰减。公式为L₂=L₁-20lg(r₂/r₁)。其中L为某测点声级、r为某测点到声源的距离。表2中5～40m之间6dB左右的衰减级差十分清楚地反映了这一规律。噪声在5m测点处的衰减值，用上式算得为69.1dB，与本表结果4非常吻合。这也说明模拟声源属于点声源。
　　但模拟点声源的衰减特性不能代表工业塔（弧形）面声源的衰减特性，工业塔由面声源向线声源直至点声源的过渡距离，需根据实测数据分析确定。

4 降噪性能测试结果

4.1 淋水密度与降噪效果的关系
　　在落差H=6m条件下，不同淋水密度的降噪效果参见表3。

表3 不同淋水密度的降噪结果 测试项目 不同淋水密度/(t·m^-2·h^-1) 4 6 8 10 12 14 16 落水噪声声级/dB(A) 80.3 82.1 83.1 83.8 84.3 84.7 85.2 降噪器声级/dB(A) 64.6 65.4 67.6 67.8 67.7 69.0 69.6 降噪前后声级差/dB(A) 15.7 16.7 15.5 16.0 16.6 15.7 15.6

　　由表3知，随着淋水密度的增加落水噪声及降噪后的声级都略有提高，呈基本同步的变化趋势，因而各个淋水密度下的降噪效果（降噪前后声级差）基本不变，平均为16dB(A)。
　　标准试验工况下（落差H=6m、淋水密度q=8t/(m²·h))降噪效果为15.5dB(A)。
4.2 标准试验工况下的频谱
　　在标准试验工况下，降噪器与冷却塔模拟落水声源的频谱对比参见图3。

　　由厂模拟落水声源的频率分布以高频为主，降噪器则有效削去了落水声源中的高频成分，实现了降噪目标。

5 降噪装置的结构形式及其材质

5.1 结构形式
　　冷却塔落水消能降噪装置主要由“支承构架”及“落水消能降噪器”2大部分组成。支承构架又可分为漂浮式及固定式2种形式，“漂浮式支承构架”由浮体、支承框架和支承栅等3种组件通过万向连接卡座组装而成，支承框架和支承栅由浮体托起、漂浮在水面上方；“固定式支承构架”的布置层面稍高于设计正常水位高程，由以塔内立柱为支撑的主、次支承梁系、支承框架和支承栅等3种组件依次搁置而成，形成固定的支承层。“落水消能降噪器” 以六角蜂窝斜管为主体形式，层高18cm，由竖向导入段、无声擦贴斜段、粘滞减速斜段、疏散洒落挑流段等4个功能段组成。由“漂浮式支承”支承的“落水消能降噪器”的底部悬空在水面上方约10cm左右；由“固定式支承”支承的“落水消能降噪器”的底部悬空在设计水位上方5～10cm。
5.2 材质
　　漂浮式落水消能降噪装置主要由采用挤拉、注塑或热压工艺成型的塑料件构成。其材质特点是结构轻型、便于搬运、易于安装、防腐耐用。其中的落水消能降噪器由热压成型的塑料加厚片粘结而成，其材质质量按塑料淋水填料考虑，即符合2001年7月1日颁布实施的电力行业标准：DL/T742-2001《冷却塔塑料部件技术条件》。
　　固定式落水消能降噪装置上部的支承框架及降噪器的材质选用与漂浮式相同，所不同的是其固定的主、次支承梁系是由型钢或玻璃钢构成的。两种材质各有长处，型钢（Q235）强度高、刚度好、造价低但易锈蚀。玻璃钢（FRC）短时强度较高、防腐耐用、结构轻型、便于搬运、易于安装，但刚度介于塑料与钢材之间，很一般，故只适用于轻型构件的支承。本支承系统处于水中仅支承落水消能降噪器，长期荷载较小，扬长避短，刚好发挥了玻璃钢的特长，但造价偏高。

6 冷却塔落水噪声的声源治理要点

6.1 安装设计
　　漂浮式落水消能降噪装置的安装工作就是将漂浮框架通过万向连接卡座进行连续拼接直至铺满全塔水面，而塔内柱子在安装过程中被依次绕过的同时，便发挥了锁定大片漂浮框架的定位功能。铺设在漂浮框架上的落水消能降噪器则与漂浮框架的拼接工序同步进行，直至将全塔水面覆盖严密。此外，为确保柱子周边及其它障碍物边缘可能出现的暴露水面不受落水撞击，应根据实际安装情况，作好采用相应的消缺、覆盖措施的准备。
　　固定式落水消能降噪装置的安装工作可分为固定式支承梁系的安装以及其上的支承框架、降噪器的安装铺设二个部分。由型钢或玻璃钢构成的固定式支承梁系，利用原塔内的立柱作为主要支撑，辅以适当增补的小立柱。在全塔的设计正常水位附近构成完整的主、次支承梁系，支承框架及降噪器依次搁置于次梁上方。
6.2 支承形式的特点分析
　　漂浮式支承，施工安装可直接在水面上进行，但维修不便，增加了水池清淤的工作量；投运后能适应池水水位的变化，随水位的涨落而同步起伏、降噪效果不受水位变化的影响；造价较低。
　　固定式支承，施工安装只能在无水空池中进行，便于维修，对水池清淤工作的影响较小；但投运后不能适应池水水位的变化，降噪效果将因水位变化而有所降低，故须增设自动控制装置以控制好池水水位，以保持设计降噪效果；造价较高。
6.3 使用条件和运行要求
　　①冷却塔填料底部在冬季可能出现的挂冰坠落现象是危害落水消能降噪装置正常工作的主要因素，因此本消能降噪装置比较适用于我国的中、南部地区。对于我国中部偏北的地区使用本降噪装置应避免挂冰。
　　②对于固定式支承的消能降噪装置应采用水位自动监控装置，严格控制好池水水位。

---

作者简介：倪季良（1941～），男，上海崇明人，教授级高工，水力学专业，电话(029)2516947。