浅谈发电用轻型燃气轮机的噪声治理分析

吕金刚

（城林环保技术（上海）有限公司，上海 201306）

近年来，燃气轮机发电产业发展迅猛，轻型燃气轮机发电机组主要应用在离用电单位及居民较近的区域，所产生的噪声对人们的工作和生活影响很大，需要对轻型燃气轮机产生噪声的机理进行分析，并探索治理方法，促进我国的轻型燃气轮机的长远发展和广泛应用。

1 轻型燃气轮机的噪声机理

燃气轮机的噪声主要由三部分组成：气动噪声、机械噪声、燃烧噪声。我国的轻型燃气轮机主要以航改型燃气轮机为主，航改型燃气轮机是指将涡喷、涡扇等成熟的航空发动机进行改造，并配装动力涡轮用于带动发电机，使其成为发电用轻型燃气轮机。航改型燃气轮机噪声源主要压气机、燃烧室和动力涡轮，其中由于燃料燃烧后产生的高速气流推动动力涡轮的高速旋转产生噪声，并且夹杂着燃烧室等前端部件传播过来的噪声，动力涡轮的噪声最大，不仅中高频噪声值高，低频噪声也很高。航改型燃气轮机的外壁很薄，隔声性能差，因此，除了压气机进气口噪声高、动力涡轮排气口噪声高以外，其机体外的噪声也非常高。

图1 是国产某航改型燃气轮机的的噪声频谱。

2 发电用轻型燃气轮机的噪声治理措施

由于发电用轻型燃气轮机使用地更接近于用电单位和老百姓，其噪声治理的要求更高，治理难度更大。噪声治理主要从两方面入手，首先是降低轻型燃气轮机的本体噪声，进行低噪声设计优化，提高加工及装配精度和使用精度；控制噪声传播路径，在传播途径减少噪声向外传播。

图1 某型发电用轻型燃气轮机噪声频谱

2.1 噪声治理措施分析

除了动力涡轮以外，航改型燃气轮机的零部件60%以上都是使用原航空发动机的零部件，针对降低噪声的改造升级空间受限，很难做到低噪声运行。况且，航改型燃气轮机本身的原材料比重型燃气轮机的要求更高，成本也更高，故在燃气轮机本体噪声控制工作以及传播途径的工作中，还要注重经济性和价格竞争优势。控制噪声传播途径是指采用消声、吸声、隔声等方式，并考虑气动、结构、温度场等要求而设计的降噪设备，所带来的成本也已经成为轻型燃气轮机发电机组价格占比较高的附属设备，所以在实现噪声治理目标的同时还要注重经济性。有的发电用轻型燃气轮机使用环境同重型燃气轮机，放置在大型电厂内，通常配备了降噪设备的燃气轮机噪声目标控制在85dB(A)即可；更多的发电用轻型燃气轮机的使用环境不同于重型燃气轮机，使用在分布式能源站，甚至就设置在办公楼宇内，噪声衰减距离很短，对噪声目标要求提高到75dB(A)，有的要求甚至更高，噪声控制难度剧增。

2.2 降低轻型燃气轮机的本体噪声

受用途的影响，航改型燃气轮机的燃气发生器在原型机设计时并不把噪声控制放在重点，且其主要的结构、零部件都已经定型，可以考虑在改造时进行如下几个方面的优化：

（1）在可替换的零部件的材料选取上，特别是固定材料的选择上，尽量选择那些质量好并且具有减震、隔振、防震功能的材料。

（2）动力涡轮的壳体及排气蜗壳使用带有隔声层的结构，或者在壳体外二次包裹保温材料，并且用钢板做蒙皮。此结构在现有燃气轮机的使用中效果很好，且起到的保温隔热作用。

（3）装设防喘可转导叶，或在流道的某个位置或多个位置安装防喘放气阀等方式避免产生喘振噪声。

（4）使用更加润滑的轴承、润滑剂。

2.3 控制噪声传播路径

控制噪声传播路径是目前治理轻型燃气轮机噪声最重要的噪声控制方法，主要控制方向有燃气轮机进气入口噪声的治理、燃气轮机本体噪声的治理、排气出口噪声的治理、使用环境的反作用及利用。

（1）进气入口噪声的传播治理。轻型燃气轮机的进气口声压级可以达到130dB(A)，其噪声治理不仅要选择合适的消声设备，还要兼顾进气口的气动流场、进气系统的总流阻损失、消声设备内洁净度等因素。进气口的消声可通过设置足够隔声量的进气蜗壳、隔声通道及使用消声器实现。对进气噪声治理的过程中，应当注意尽量避免出现以下问题：如果进气口的气动流场紊乱，压气机叶片受力不均匀将导致轻型燃气轮机不能正常运转，甚至出现喘振；因为消声器的设置阻力过大，轻型燃气轮机的运转效率将下降；消声设备内有灰尘或吸声材料飘散，长期运行后发动机叶片上将积灰，影响压气机叶片动平衡和负载；消声设备内有小件物体脱落就有可能打坏叶片，甚至出现轻型燃气轮机叶片全部被打坏的事故。

（2）轻型燃气轮机本体噪声的治理。因为没有厚重的壳体，轻型燃气轮机的本体噪声要更大一些，也可以达到130dB(A)。通常利用燃气轮机的罩壳进行隔声，并在罩壳上设置通风系统对罩壳内进行冷却。罩壳的隔声性能重点要从四个方面去考虑：避开共振频率、壁板结构能实现高隔声量、接缝及洞口的密封处理、门体铰链及门锁牢固可靠。

为避让共振频率，采用改变结构振动频率的方法，合理选用外板厚度、贴附阻尼层、增加加强筋等形式。轻型燃气轮机罩壳壁板的隔声量要达到45dB(A)以上，普通隔声壁板很难达到，可采用2 ～3 层的隔层钢板结构，为降低成本，隔层钢板厚度不宜过厚，但需要做好四周密封和防腐。接缝和穿线洞口是降噪的难点，可以选用结构缝以及特制的密封胶条来实现。为避免胶条老化和弹性减弱，密封胶条的密封性能应与罩壳内气压关联，通过外界与罩壳内的气压差使得密封越来越严。门体也是轻型燃气轮机的噪声控制的难点，除了门体和密封胶条外，由于隔声性能的门体较重，长期使用可能导致铰链和门锁变形，门边出现漏声现象，特制或选用质量好的门铰链和门锁可以使得噪声治理效果持续更长久。

（3）排气出口噪声的治理。排气出口噪声治理应选用足够隔声量的隔声壁板、足够降噪量的消声器可以实现噪声指标。虽然轻型燃气轮机的排气压力是很大的，但也要考虑消声器的气动性能，消声器内流速控制30m/s 左右比较好。轻型燃气轮机的排气温度很高，排气用消声器要充分考虑温度对结构的影响，否则也会影响排气出口噪声的治理效果，此前一些实际项目案例中就出现过高温使得排气通道损坏，消声器掉落或吹飞、吸声材料被高速气流吹出等现象。

（4）使用环境的反作用和利用。发电用轻型燃气轮机的使用环境是分析噪声治理方案的重要考虑因素，这些因素包括厂区（或者楼内）的布局、位置、周围设置等。背景噪声频率相近产生叠加、反射墙产生混响、地面传导振动等因素会影响噪声的治理效果；利用好噪声的指向性，增设减振、消除混响、躲避敏感点、厂区噪声治理等方式，获得更好噪声治理效果的同时降低降噪措施成本。目前对于轻型燃气轮机的噪声治理主要是以上几种方法，随着科技的进步，一些新材料、新技术也不断涌现，相信一些更为先进的治理方法也会不断推出。

3 应用案例

中国联通天津某数据港被评为国内5A 标准机房，共有五层楼，应急电源设置于大楼的一层，使用了国产航改型燃气轮机，功率等级128MW，最大噪声等级达到135dB(A)，楼宇外立面距离厂界5 米，且附近就有居民区。此发电用轻型燃气轮机如果不能进行很好的噪声治理，会对附近居民和工作人员造成严重的噪声伤害。通过利用以上提出的噪声治理分析方法，选用了经济且高效噪声治理措施，从总体上统筹兼顾，提前设置了减震沟、房间内设置高效吸声墙面等环境措施，采用高降噪量消声器、搞隔声量的壁板、以及系统的降噪设备，使得楼宇厂界达到《声环境质量标准》(GB3096-2008) Ⅱ类标准要求，白天不大于60dB(A)，夜间不大于50dB(A)。

4 结语

发电用轻型燃气轮机的应用越来越广泛，不仅可以应用在电厂，还可以应用在小型分布式能源站、数据中心、办公大楼，甚至是在我们身边作业的电源车。发电用轻型燃气轮机的噪声治理效果尤其重要。本文通过对轻型燃气轮机噪声治理的分析，有助于我们更好的了解航改型燃气轮机的噪声治理方向，可以采用更经济高效的措施实现噪声治理目标。目前，我国轻型燃气轮机还处于起步阶段，后续随着国家的“两机专项”、“三轻一重”等燃机战略的发展，逐步形成更加完善的燃气轮机噪声治理设计规范。