冷卻塔的落水噪聲和其防治措施
1、冷卻塔落水噪聲的檢測
在距進(jìn)風(fēng)口底緣即一般倒t形塔基的水池邊沿5m 處，測高點 1.2 m[1]，測得的一些自然通風(fēng)冷卻塔的實測噪聲及其頻譜。
2、冷卻塔落水噪聲的聲源特性
聲源屬性：噪聲源為落水區(qū)下的巨大圓形水面，為塔內(nèi)冷卻落水對池水.的大面積連續(xù)的液體間撞擊產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)水噪聲;是機(jī)械噪聲、空氣動力噪聲、電磁噪聲之外的一種特殊噪聲。
落水撞擊瞬時速度：7-8 m/s[2]
聲源聲級：80 db(a)左右。
頻譜：音頻分布呈高頻(1000-16 000 hz)及中頻(500-1000 hz)成分為主的峰形曲線;峰值位于4 000 hz左右。
聲速：c=340 m/s。
波長：λ=c/f;1.36m(250 hz)～o.02 m(1 000 hz)，以0.085 m(4 000 hz)為主。
3、冷卻塔落水噪聲的影響范圍
3.1 聲波的距離衰減規(guī)律
落水噪聲隨距離的衰減特性符合半球面波在傳播過程中隨著能量分布的擴(kuò)大而衰減的規(guī)律，其“點聲源” 的距離衰減規(guī)律為距離每增= 20 lg(r2 /r1)=6 db。
落水噪聲的聲源為內(nèi)置的一片圓形水面，腔體內(nèi)聲波通過進(jìn)風(fēng)口向外傳播，所以可將進(jìn)風(fēng)口視為聲源邊緣，其龐大特殊的弧面出聲口使“附近區(qū)域” 內(nèi)的聲波并不立即按“點聲源” 的距離衰減規(guī)律衰減，在這個由近及遠(yuǎn)的“附近區(qū)域”內(nèi)存在著一個按“面聲源”(聲波不衰減)及至“線聲源”(距離每增加一倍聲能衰減 3 db)的距離衰減規(guī)律的過渡區(qū)域，只有當(dāng)受聲點(測點)外移至可將冷卻塔的環(huán)形進(jìn)風(fēng)口視為一個“點” 以外的后方，聲波才開始按“點聲源”的距離衰減規(guī)律衰減。于是，在 “點聲源”以外的范圍內(nèi)，只要知道某測點的聲級，便可根據(jù)上式求得任一點的聲級。
3.2 冷卻塔為“點聲源”的起始位置
根據(jù)已有距離衰減實測資料，分析各起始位置d(視進(jìn)風(fēng)口為聲源邊緣)的規(guī)律可知，視冷卻塔為“點聲源”的起始位置d可用下式估算：
d=a1/2/4
式中：a——冷卻塔面積，m2。
以目前我國常見范圍的 2 000 m2(儀化電廠)-9 000 m2(吳徑電廠)的冷卻塔為例，其“點聲源”起始位置d點(以進(jìn)風(fēng)口底緣為起點)，分別為11.18 m及 23.72 m。由此可見，設(shè)在離塔(以進(jìn)風(fēng)口底緣為起點)25 m以外的噪聲測點基本上都可將所有的冷卻塔視為“點聲源”。
3.3 冷卻塔噪聲影響范圍的評估
冷卻塔噪聲聲級的絕對值在工業(yè)噪聲中雖然并不算很大，而且其聲能同樣隨著距離每增加一倍而衰減 6 db(“點聲源”)，但由于其聲源龐大，它的衰減起始距離較遠(yuǎn)(25m)，翻三番便已到了 200 m，相對于25m處也才降了 18 db，所以其影響范圍遠(yuǎn)大于一般性工業(yè)噪聲。仍以 2 000-9 000 m2 的冷卻塔為例，在25 m處(“點聲源” 以外測點、以進(jìn)風(fēng)口底緣為起點)實測所得聲級分別為71.7及77.ldb(a)，如按“點聲源”的距離衰減規(guī)律即距離每增加一倍聲能衰減 6 db計，則 50 m處的聲級應(yīng)分別為 65.7及 71.ldb(a);100 m處的聲級應(yīng)分別為 59.7及 65.ldb(a);200 m處的聲級應(yīng)分別為53.7 及 59.ldb(a)，220 m處的聲級用公式推算則應(yīng)分別為52.9及58.3 db(a)。這就是噪聲影響范圍(力度)的大致評估，它包含了目前常見的各類大小塔型范圍。借助此法，我們便可根據(jù) 10-25 m處(各塔與其塔型大小相應(yīng)的“點聲源”起始位置)以遠(yuǎn)測點實測所得聲級，評估各種塔型(單塔)的噪聲影響范圍(力度)。但這只是一種理想條件下的簡便、粗略的評估方法，在實際廠況環(huán)境中，由于受 池水水位變化、淋水密度變化、地表地形、障礙物分布、塔群分布、風(fēng)向風(fēng)力、氣候氣溫及其它聲源的影響，各類冷卻塔噪聲的實際分布、衰減規(guī)律將會有所出人。據(jù)對吳徑電廠 9 000 m2 冷卻塔的落水噪聲進(jìn)行的實測[4]，在距塔 220 m外的受聲點所測得的噪聲值為55.4-58.3 db(a)(另一次測試結(jié)果為 61.9 db(a)，估計受順風(fēng)影響)，與我們以 25 m處實測聲級為依據(jù)推算 220 m 處為 58.3 db(a)的結(jié)果十分吻合。圖2表示冷卻塔噪聲的影響范圍。從圖2中可以看出，由于冷卻塔聲源龐大，在距進(jìn)風(fēng)口 10-25 m范圍內(nèi)，噪聲級衰減很慢，其中“面聲源”距離范圍內(nèi)聲級衰減的理論值為零。但對于尺度很小(1m 左右)的一般性聲源，由于不存在“面聲源”及“線聲源”的衰減形態(tài)，所以聲源的聲級一開始就按“點聲源”的衰減速率迅速下降。
4、冷卻塔噪聲治理的基本途徑及治理方法
大型冷卻塔的噪聲屬于中高頻穩(wěn)態(tài)噪聲，聲源“標(biāo)稱聲級”在 80 db(a)左右，冷卻塔噪聲的治理目標(biāo)原則上應(yīng)是將受噪聲干擾的受聲點噪聲級控制在相應(yīng)于當(dāng)?shù)丨h(huán)境的噪聲國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。
4.1 治理途徑
針對噪聲的發(fā)生機(jī)理、傳播方式，可以把冷卻塔噪聲的治理歸結(jié)為塔內(nèi)、塔外兩條基本途徑，塔內(nèi)以聲源的降噪治理為主;塔外則包含有傳聲途徑上的聲波阻隔(隔聲)、聲波吸收(合沿程吸收衰減)以及距離衰減(聲能擴(kuò)散)等三種方式。其中以聲波阻隔輔以聲波吸收為塔外治理的主要手段，無論是塔內(nèi)的聲源治理技術(shù)還是國外已有應(yīng)用的塔外聲波阻隔技術(shù)，在我國的應(yīng)用還剛起步，因而都缺乏實踐應(yīng)用經(jīng)驗。下面列表歸納并推薦幾種冷卻塔噪聲的治理技術(shù)供工程參考選用，各自的特點、適用性。
4.2 塔內(nèi)聲源的治理
dy-1型冷卻塔落水消能降噪聲裝置主要由“支承構(gòu)架”及“落水消能降噪器”兩大部分組成。“支承構(gòu)架”又可分為漂浮式及固定式二種形式。“落水消能降噪器” 以六角蜂窩斜管為主體形式，層高 18 cm，由豎向?qū)硕巍o聲擦貼斜段、粘滯減速斜段、疏散灑落挑流段等四個功能段組成。
4.2.3 材質(zhì)選用
漂浮式落水消能降噪裝置主要由采用擠拉、注塑或熱壓成型的塑料件或玻璃鋼件(受力件)構(gòu)成。其材質(zhì)特點是結(jié)構(gòu)輕型、便于搬運(yùn)、易于安裝、防腐耐用。
固定式落水消能降噪聲裝置上部的支承框架及降噪器的材質(zhì)選用與漂浮式相同，所不同的是其下部固定的主、次支承梁系是由型鋼構(gòu)成的。經(jīng)防腐處理的型鋼(q235)具有強(qiáng)度高、剛度好的特點。
4.2.4 降噪效果
在落差 h=6 m、淋水密度 q=8 t/(m2·h)標(biāo)準(zhǔn)試驗工況下，冷卻塔模擬落水聲源與降噪裝置器的聲級及頻譜測試結(jié)果的對比參見圖 3 [5]。降噪器削去了落水聲源的高頻成分。采用飄浮式落水消能降噪裝置，260元/m2，固定式落水消能降噪裝置，300 元/m2
4.3 塔外傳聲途徑的聲波阻隔
4.3.1 降噪原理
聲波在傳播過程中遇到障礙時，就會發(fā)生反射、透射和繞射三種現(xiàn)象。聲屏障就是在聲源與受聲點之間插人一個設(shè)施，用以隔斷并吸收聲源到達(dá)受聲點的直達(dá)聲波，使部分聲波受阻反射，部分聲波則經(jīng)吸收衰減后通過屏體透射(極小)和屏頂繞射等附加衰減形式到達(dá)受聲點，達(dá)到減輕受聲點的噪聲影響、取得降噪效果的目的。
4.3.2 形式結(jié)構(gòu)
聲屏障的結(jié)構(gòu)可分為地上和地下二部分，地上部分為厚約 20 cm的屏蔽聲波的巨型、連續(xù)板式立面(包括斜撐)，其頂部為扇形吸聲體或內(nèi)傾式遮檐;地下部分則為承重、抗傾覆(風(fēng)荷載)的基礎(chǔ)。
屏障的高度及寬度原則上以隔斷聲源到達(dá)受聲點的直達(dá)聲波為最低限度，一般來說，為提高屏蔽效果，屏障的高度通常不低于進(jìn)風(fēng)口高度的1.3倍;為避免影響進(jìn)風(fēng)，屏障離進(jìn)風(fēng)口距離通常不小于進(jìn)風(fēng)口高度的2倍。
4.3.3 材質(zhì)選用
聲屏障的地上部分即屏蔽層可采用磚墻、薄鋼板、鋁合金、玻璃鋼、聚碳酸脂塑料等耐老化?？垢g材料;聲屏障的地下部分即基礎(chǔ)則以混凝土及鋼材為主。
4.3.4 降噪效果
聲波遇到屏障發(fā)生的繞射現(xiàn)象會減弱聲屏障的隔聲作用，而繞射能力與聲波的頻率有關(guān)，所以聲屏障的降噪效果與聲波的頻率即波長的關(guān)系很大。聲屏障對于波長短、不易繞射的高頻波的屏蔽作用十分顯著，可以在屏障后面形成很長的聲影區(qū);而對于波長、具有很強(qiáng)繞射能力的低頻波的屏蔽作用則十分有限。當(dāng)然，也可以通過加高屏障的辦法來削弱繞射聲波對受聲點的影響。由于聲屏障對高頻聲波產(chǎn)生明顯有效的屏蔽作用，而冷卻塔落水噪聲的頻譜以中高頻成分為主，所以采用聲屏障隔斷并吸收冷卻塔聲源到達(dá)受聲點的直達(dá)聲波可以取得一定的降噪效果。
聲屏障的降噪效果以聲影區(qū)中緊挨屏障的局部區(qū)域為最好，最高可達(dá) 25 db(a)左右[3]，這對于以廠界測試結(jié)果為達(dá)標(biāo)依據(jù)的評價規(guī)則很解決問題;然而，聲影區(qū)以外的降噪聲級則由于中頻繞射聲波的到達(dá)而有所反彈，但對于高頻波而言，衰減量一般還可達(dá)到 10-15 db(a)[6](不含距離衰減部分)，然而由于冷卻塔落水噪聲中尚含有中頻成分，所以其降噪效果會有折扣。這樣，對于廠外受聲點來說，為取得滿意的降噪效果，在不影響進(jìn)風(fēng)的前提下，尚應(yīng)通過加大屏障高度調(diào)節(jié)之。
在距進(jìn)風(fēng)口底緣即一般倒t形塔基的水池邊沿5m 處，測高點 1.2 m[1]，測得的一些自然通風(fēng)冷卻塔的實測噪聲及其頻譜。
2、冷卻塔落水噪聲的聲源特性
聲源屬性：噪聲源為落水區(qū)下的巨大圓形水面，為塔內(nèi)冷卻落水對池水.的大面積連續(xù)的液體間撞擊產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)水噪聲;是機(jī)械噪聲、空氣動力噪聲、電磁噪聲之外的一種特殊噪聲。
落水撞擊瞬時速度：7-8 m/s[2]
聲源聲級：80 db(a)左右。
頻譜：音頻分布呈高頻(1000-16 000 hz)及中頻(500-1000 hz)成分為主的峰形曲線;峰值位于4 000 hz左右。
聲速：c=340 m/s。
波長：λ=c/f;1.36m(250 hz)～o.02 m(1 000 hz)，以0.085 m(4 000 hz)為主。
3、冷卻塔落水噪聲的影響范圍
3.1 聲波的距離衰減規(guī)律
落水噪聲隨距離的衰減特性符合半球面波在傳播過程中隨著能量分布的擴(kuò)大而衰減的規(guī)律，其“點聲源” 的距離衰減規(guī)律為距離每增= 20 lg(r2 /r1)=6 db。
落水噪聲的聲源為內(nèi)置的一片圓形水面，腔體內(nèi)聲波通過進(jìn)風(fēng)口向外傳播，所以可將進(jìn)風(fēng)口視為聲源邊緣，其龐大特殊的弧面出聲口使“附近區(qū)域” 內(nèi)的聲波并不立即按“點聲源” 的距離衰減規(guī)律衰減，在這個由近及遠(yuǎn)的“附近區(qū)域”內(nèi)存在著一個按“面聲源”(聲波不衰減)及至“線聲源”(距離每增加一倍聲能衰減 3 db)的距離衰減規(guī)律的過渡區(qū)域，只有當(dāng)受聲點(測點)外移至可將冷卻塔的環(huán)形進(jìn)風(fēng)口視為一個“點” 以外的后方，聲波才開始按“點聲源”的距離衰減規(guī)律衰減。于是，在 “點聲源”以外的范圍內(nèi)，只要知道某測點的聲級，便可根據(jù)上式求得任一點的聲級。
3.2 冷卻塔為“點聲源”的起始位置
根據(jù)已有距離衰減實測資料，分析各起始位置d(視進(jìn)風(fēng)口為聲源邊緣)的規(guī)律可知，視冷卻塔為“點聲源”的起始位置d可用下式估算：
d=a1/2/4
式中：a——冷卻塔面積，m2。
以目前我國常見范圍的 2 000 m2(儀化電廠)-9 000 m2(吳徑電廠)的冷卻塔為例，其“點聲源”起始位置d點(以進(jìn)風(fēng)口底緣為起點)，分別為11.18 m及 23.72 m。由此可見，設(shè)在離塔(以進(jìn)風(fēng)口底緣為起點)25 m以外的噪聲測點基本上都可將所有的冷卻塔視為“點聲源”。
3.3 冷卻塔噪聲影響范圍的評估
冷卻塔噪聲聲級的絕對值在工業(yè)噪聲中雖然并不算很大，而且其聲能同樣隨著距離每增加一倍而衰減 6 db(“點聲源”)，但由于其聲源龐大，它的衰減起始距離較遠(yuǎn)(25m)，翻三番便已到了 200 m，相對于25m處也才降了 18 db，所以其影響范圍遠(yuǎn)大于一般性工業(yè)噪聲。仍以 2 000-9 000 m2 的冷卻塔為例，在25 m處(“點聲源” 以外測點、以進(jìn)風(fēng)口底緣為起點)實測所得聲級分別為71.7及77.ldb(a)，如按“點聲源”的距離衰減規(guī)律即距離每增加一倍聲能衰減 6 db計，則 50 m處的聲級應(yīng)分別為 65.7及 71.ldb(a);100 m處的聲級應(yīng)分別為 59.7及 65.ldb(a);200 m處的聲級應(yīng)分別為53.7 及 59.ldb(a)，220 m處的聲級用公式推算則應(yīng)分別為52.9及58.3 db(a)。這就是噪聲影響范圍(力度)的大致評估，它包含了目前常見的各類大小塔型范圍。借助此法，我們便可根據(jù) 10-25 m處(各塔與其塔型大小相應(yīng)的“點聲源”起始位置)以遠(yuǎn)測點實測所得聲級，評估各種塔型(單塔)的噪聲影響范圍(力度)。但這只是一種理想條件下的簡便、粗略的評估方法，在實際廠況環(huán)境中，由于受 池水水位變化、淋水密度變化、地表地形、障礙物分布、塔群分布、風(fēng)向風(fēng)力、氣候氣溫及其它聲源的影響，各類冷卻塔噪聲的實際分布、衰減規(guī)律將會有所出人。據(jù)對吳徑電廠 9 000 m2 冷卻塔的落水噪聲進(jìn)行的實測[4]，在距塔 220 m外的受聲點所測得的噪聲值為55.4-58.3 db(a)(另一次測試結(jié)果為 61.9 db(a)，估計受順風(fēng)影響)，與我們以 25 m處實測聲級為依據(jù)推算 220 m 處為 58.3 db(a)的結(jié)果十分吻合。圖2表示冷卻塔噪聲的影響范圍。從圖2中可以看出，由于冷卻塔聲源龐大，在距進(jìn)風(fēng)口 10-25 m范圍內(nèi)，噪聲級衰減很慢，其中“面聲源”距離范圍內(nèi)聲級衰減的理論值為零。但對于尺度很小(1m 左右)的一般性聲源，由于不存在“面聲源”及“線聲源”的衰減形態(tài)，所以聲源的聲級一開始就按“點聲源”的衰減速率迅速下降。
4、冷卻塔噪聲治理的基本途徑及治理方法
大型冷卻塔的噪聲屬于中高頻穩(wěn)態(tài)噪聲，聲源“標(biāo)稱聲級”在 80 db(a)左右，冷卻塔噪聲的治理目標(biāo)原則上應(yīng)是將受噪聲干擾的受聲點噪聲級控制在相應(yīng)于當(dāng)?shù)丨h(huán)境的噪聲國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。
4.1 治理途徑
針對噪聲的發(fā)生機(jī)理、傳播方式，可以把冷卻塔噪聲的治理歸結(jié)為塔內(nèi)、塔外兩條基本途徑，塔內(nèi)以聲源的降噪治理為主;塔外則包含有傳聲途徑上的聲波阻隔(隔聲)、聲波吸收(合沿程吸收衰減)以及距離衰減(聲能擴(kuò)散)等三種方式。其中以聲波阻隔輔以聲波吸收為塔外治理的主要手段，無論是塔內(nèi)的聲源治理技術(shù)還是國外已有應(yīng)用的塔外聲波阻隔技術(shù)，在我國的應(yīng)用還剛起步，因而都缺乏實踐應(yīng)用經(jīng)驗。下面列表歸納并推薦幾種冷卻塔噪聲的治理技術(shù)供工程參考選用，各自的特點、適用性。
4.2 塔內(nèi)聲源的治理
dy-1型冷卻塔落水消能降噪聲裝置主要由“支承構(gòu)架”及“落水消能降噪器”兩大部分組成。“支承構(gòu)架”又可分為漂浮式及固定式二種形式。“落水消能降噪器” 以六角蜂窩斜管為主體形式，層高 18 cm，由豎向?qū)硕巍o聲擦貼斜段、粘滯減速斜段、疏散灑落挑流段等四個功能段組成。
4.2.3 材質(zhì)選用
漂浮式落水消能降噪裝置主要由采用擠拉、注塑或熱壓成型的塑料件或玻璃鋼件(受力件)構(gòu)成。其材質(zhì)特點是結(jié)構(gòu)輕型、便于搬運(yùn)、易于安裝、防腐耐用。
固定式落水消能降噪聲裝置上部的支承框架及降噪器的材質(zhì)選用與漂浮式相同，所不同的是其下部固定的主、次支承梁系是由型鋼構(gòu)成的。經(jīng)防腐處理的型鋼(q235)具有強(qiáng)度高、剛度好的特點。
4.2.4 降噪效果
在落差 h=6 m、淋水密度 q=8 t/(m2·h)標(biāo)準(zhǔn)試驗工況下，冷卻塔模擬落水聲源與降噪裝置器的聲級及頻譜測試結(jié)果的對比參見圖 3 [5]。降噪器削去了落水聲源的高頻成分。采用飄浮式落水消能降噪裝置，260元/m2，固定式落水消能降噪裝置，300 元/m2
4.3 塔外傳聲途徑的聲波阻隔
4.3.1 降噪原理
聲波在傳播過程中遇到障礙時，就會發(fā)生反射、透射和繞射三種現(xiàn)象。聲屏障就是在聲源與受聲點之間插人一個設(shè)施，用以隔斷并吸收聲源到達(dá)受聲點的直達(dá)聲波，使部分聲波受阻反射，部分聲波則經(jīng)吸收衰減后通過屏體透射(極小)和屏頂繞射等附加衰減形式到達(dá)受聲點，達(dá)到減輕受聲點的噪聲影響、取得降噪效果的目的。
4.3.2 形式結(jié)構(gòu)
聲屏障的結(jié)構(gòu)可分為地上和地下二部分，地上部分為厚約 20 cm的屏蔽聲波的巨型、連續(xù)板式立面(包括斜撐)，其頂部為扇形吸聲體或內(nèi)傾式遮檐;地下部分則為承重、抗傾覆(風(fēng)荷載)的基礎(chǔ)。
屏障的高度及寬度原則上以隔斷聲源到達(dá)受聲點的直達(dá)聲波為最低限度，一般來說，為提高屏蔽效果，屏障的高度通常不低于進(jìn)風(fēng)口高度的1.3倍;為避免影響進(jìn)風(fēng)，屏障離進(jìn)風(fēng)口距離通常不小于進(jìn)風(fēng)口高度的2倍。
4.3.3 材質(zhì)選用
聲屏障的地上部分即屏蔽層可采用磚墻、薄鋼板、鋁合金、玻璃鋼、聚碳酸脂塑料等耐老化?？垢g材料;聲屏障的地下部分即基礎(chǔ)則以混凝土及鋼材為主。
4.3.4 降噪效果
聲波遇到屏障發(fā)生的繞射現(xiàn)象會減弱聲屏障的隔聲作用，而繞射能力與聲波的頻率有關(guān)，所以聲屏障的降噪效果與聲波的頻率即波長的關(guān)系很大。聲屏障對于波長短、不易繞射的高頻波的屏蔽作用十分顯著，可以在屏障后面形成很長的聲影區(qū);而對于波長、具有很強(qiáng)繞射能力的低頻波的屏蔽作用則十分有限。當(dāng)然，也可以通過加高屏障的辦法來削弱繞射聲波對受聲點的影響。由于聲屏障對高頻聲波產(chǎn)生明顯有效的屏蔽作用，而冷卻塔落水噪聲的頻譜以中高頻成分為主，所以采用聲屏障隔斷并吸收冷卻塔聲源到達(dá)受聲點的直達(dá)聲波可以取得一定的降噪效果。
聲屏障的降噪效果以聲影區(qū)中緊挨屏障的局部區(qū)域為最好，最高可達(dá) 25 db(a)左右[3]，這對于以廠界測試結(jié)果為達(dá)標(biāo)依據(jù)的評價規(guī)則很解決問題;然而，聲影區(qū)以外的降噪聲級則由于中頻繞射聲波的到達(dá)而有所反彈，但對于高頻波而言，衰減量一般還可達(dá)到 10-15 db(a)[6](不含距離衰減部分)，然而由于冷卻塔落水噪聲中尚含有中頻成分，所以其降噪效果會有折扣。這樣，對于廠外受聲點來說，為取得滿意的降噪效果，在不影響進(jìn)風(fēng)的前提下，尚應(yīng)通過加大屏障高度調(diào)節(jié)之。
