Phòng cách âm máy phát điện công nghiệp
Số các công trình nguồn dự phòng, chủ lực và phủ đỉnh ngày một tăng tại các khu vực đông dân cư, vì vậy các kỹ sư thiết kế cần quan tâm tìm hiểu phương thức lan truyền tiếng ồn từ các tổ máy phát điện và phương cách khống chế tiếng ồn. Do chi phí cải tạo để giảm tiếng ồn tại chỗ rất cao nên nhất thiết phải sớm đánh giá yêu cầu về tính năng tiếng ồn ngay ở giai đoạn thiết kế hệ thống điện tại chỗ bằng cách áp dụng các nguyên tắc trình bày trong bài báo này. Dựa vào đó, người thiết kế cũng như người sử dụng cuối cùng có thể khống chế tiếng ồn không mong muốn từ hệ thống điện tại chỗ.
Cũng như nhiều kiểu máy quay khác, các tổ máy phát điện chạy bằng động cơ đốt trong đều phát ra tiếng ồn và rung động. Cho dù các tổ máy phát điện này vận hành liên tục như trong trường hợp nguồn điện chủ lực hay chỉ vận hành thi thoảng thì nhiều trường hợp vẫn phải cắt giảm tiếng ồn vận hành để đáp ứng các qui định tại địa phương, của bang hay liên bang. Ở Bắc Mỹ, mức tiếng ồn chung lớn nhất cho phép nằm trong khoảng từ 45 dB(A) đến 72 dB(A), tuỳ thuộc địa phương hoặc vùng. Thực tế là mới đây, một số bang và cộng đồng bắt đầu đưa ra các qui định về hạn chế tiếng ồn tại đường biên cơ ngơi bằng cách sử dụng các tần số dải bát độ (octave) nhằm giảm lượng tiếng ồn tần số thấp lan truyền tới khu lân cận trong cộng đồng. Mức tiếng ồn từ tổ máy phát điện chưa được xử lý có thể lên tới 100 dB(A) hoặc cao hơn, nên nơi đặt tổ máy phát điện cũng như việc giảm nhẹ tiếng ồn đều rất quan trọng.
Nhìn chung, có hai loại qui định về âm lượng tiếng ồn ảnh hưởng tới cá nhân hoặc người dân: Các qui định của bang hoặc địa phương về tiếng ồn và các qui định của liên bang về an toàn do Cục An toàn nghề nghiệp và Sức khoẻ (Occupational Safety and Health Administration – OSHA) ban hành. Loại qui định thứ nhất áp dụng cho tiếng ồn có thể truyền ra bên ngoài đường biên cơ ngơi gây phiền hà tới người dân nhưng thường không đủ lớn để gây nguy hiểm tới an toàn. Loại qui định thứ hai áp dụng cho phơi nhiễm tiếng ồn tại nơi làm việc nhằm bảo vệ sức khoẻ người lao động. Các qui định của OSHA thường chỉ áp dụng cho người lao động có thể bị phơi nhiễm tiếng ồn của tổ máy phát điện lớn hơn 80 dB(A) trong khoảng thời gian đáng kể. Người lao động có thể hạn chế phơi nhiễm bằng cách đeo nắp bịt tai thích hợp khi làm việc gần tổ máy phát điện đang vận hành. Châu Âu và Nhật Bản, cũng như nhiều quốc gia khác, cũng đã đặt ra các tiêu chuẩn về kiểm soát tiếng ồn tại nơi làm việc và trong môi trường nói chung.
Định nghĩa về tiếng ồn
Âm thanh là cái mà tai người nghe thấy được; tiếng ồn đơn giản là âm thanh không mong muốn. Âm thanh do vật rung động tạo ra, truyền tới tai người nghe ở dạng sóng áp lực trong không khí hoặc môi chất khác. Về mặt kỹ thuật, âm thanh là dao động áp suất trong vùng liền kề với tai. Khi âm lượng lớn tới mức gây khó chịu hoặc phiền hà, điều đó có nghĩa là các thay đổi về áp lực không khí gần tai đã đạt tới biên độ quá lớn. Tai người có dải động học khá rộng nên người ta sử dụng thang đềxiben (dB) để thể hiện mức âm thanh. Thang dB là loại thang lôga bởi vì tỉ số giữa âm thanh nhẹ nhất mà tai người có thể phát hiện và âm thanh lớn nhất mà tai người chịu được mà không bị hư hại bằng khoảng 1 phần triệu tức là 1/106. Nếu sử dụng thang lôga cơ số 10 thì có thể thể hiện toàn bộ dải cường độ âm thanh con người nghe được bằng một con số thuận tiện hơn, từ 0 dB (ngưỡng bình thường nghe được) tới 140 dB (ngưỡng đau tai). Có hai loại thang dB là A và L.
• Thang dB(L) là thang tuyến tính, mọi tần số nghe thấy được đều được coi là có giá trị như nhau. Tuy nhiên tai người không cảm nhận mọi tần số âm thanh to như nhau. Tai người đặc biệt nhạy cảm với các tần số trong dải từ 1.000 đến 4.000 Hz, và kém nhạy cảm hơn với các âm thanh có tần số thấp hơn hoặc cao hơn.
• Do vậy, người ta sử dụng “bộ lọc trọng số A”, mà thực chất là cách xác định gần đúng độ lớn âm thanh, để hiệu chỉnh mức áp lực âm thanh nhằm phản ánh chính xác hơn cái mà tai con người cảm nhận. Từ việc lấy trọng số theo tần số dẫn đến thang dB(A), được OSHA áp dụng từ năm 1972 để mô tả mức âm thanh trong các văn bản điều tiết chính thức. Hình 1 thể hiện các mức tiếng ồn điển hình gắn liền với các môi trường xung quanh và nguồn âm thanh khác nhau.
Nguồn tiếng ồn của tổ máy phát điện
• Tiếng ồn của động cơ. Chủ yếu là do các lực cơ và cháy, điển hình trong dải từ 100 dB(A) đến 121 dB(A), đo ở cách 1 m, tuỳ thuộc kích cỡ động cơ.
• Tiếng ồn của quạt làm mát. Do không khí chuyển động với tốc độ cao qua động cơ và bộ tản nhiệt. Dải tiếng ồn từ 100 dB(A) đến 105 dB(A) ở cách 1 m.
• Tiếng ồn của máy phát điện xoay chiều. Do không khí làm mát và ma sát chổi than gây ra. Dải tiếng ồn xấp xỉ từ 80 dB(A) đến 90 dB(A) ở cách 1 m.
• Tiếng ồn do hiện tượng cảm ứng. Do thăng giáng dòng điện trong cuộn dây máy phát điện xoay chiều dẫn đến tiếng ồn cơ khí trong dải từ 80 dB(A) đến 90 dB(A) ở cách 1 m.
• Xả khí từ động cơ. Nếu không có bộ giảm thanh khí xả từ động cơ, tiếng ồn trong dải từ 120 dB(A) đến 130 dB(A) hoặc cao hơn, nhưng thường được giảm thấp xuống mức tối thiểu là 15 dB(A) khi có lắp bộ giảm thanh tiêu chuẩn.
• Tiếng ồn do kết cấu cơ khí. Do rung động cơ khí của các chi tiết và bộ phận kết cấu khác nhau, bức xạ dưới dạng âm thanh.
Đo tiếng ồn
Trước khi xác định cần giảm nhẹ tiếng ồn ở đâu, bạn cần thực hiện các phép đo chính xác về tiếng ồn xung quanh hiện có và tiếng ồn mà tổ máy phát điện góp phần vào. Dữ liệu chính xác và có nghĩa về mức tiếng ồn âm thanh của tổ máy phát điện cần được đo trong “môi trường thoáng đãng”. Trường thoáng đãng khác với “trường phản xạ” ở chỗ nó là trường âm thanh ở đó ảnh hưởng của âm thanh phản xạ từ các vật cản hoặc bao quanh là không đáng kể. Các phép đo tiếng ồn cần thực hiện bằng cách sử dụng tối thiểu là một đồng hồ đo mức âm thanh và một thiết bị lọc dải octave để các nhà tư vấn về âm thanh có thể phân tích chi tiết hơn.
Khi đo mức âm thanh ở khoảng cách 7 m, các micrô được đặt thành dàn hình tròn xung quan máy phát điện, các vị trí đo lệch nhau 45o. Dàn đo đặt cách 7 m một hình hộp chữ nhật tưởng tượng ôm vừa đúng tổ máy phát điện, thường được xác định bởi các kích thước mặt bằng chiếm chỗ của đế máy hoặc khung máy.
Khi đo mức cường độ âm thanh đối với các ứng dụng ở châu Âu, điển hình sử dụng một dàn micrô hình hộp chữ nhật như được xác định trong tiêu chuẩn ISO 3744.
Có thể tham khảo các dữ liệu về tính năng âm thanh đối với các tổ máy phát điện của hãng Cummins Power Generation Inc. trên CD phần mềm thiết kế của hãng (mang tên “Power Suite”). Cũng có thể tham khảo trên web site www.cumminspower.com.
Các phép đo ban đầu thường được thực hiện trên các dải tám octave, từ 63 Hz đến 8.000 Hz, mặc dầu công suất âm thanh lớn nhất điển hình nằm trong dải từ 1.000 Hz đến 4.000 Hz, là dải âm thanh nhạy cảm nhất đối với tai con người.
Mặc dầu các phép đo được thực hiện trên toàn bộ phổ tần số, nhưng tổng lôga của tất cả các tần số là số đọc quan trọng nhất. Tuy nhiên khi mức âm thanh chung vượt quá mức cho phép đối với dự án, dữ liệu dải tần số được sử dụng để xác định những thay đổi nào về thiết kế là cần thiết để hạ thấp mức âm thanh chung sao cho phù hợp với các yêu cầu.
Lấy tổng tất cả các nguồn tiếng ồn
Mức ồn tổng từ tổ máy phát điện là tổng của tất cả các nguồn riêng lẻ, bất kể tần số là bao nhiêu. Tuy nhiên vì thang dB(A) là thang lôga nên các số đo dB(A) không thể cộng trừ theo cách số học thông thường. Ví dụ, một nguồn tiếng ồn gây ra 90 dB(A) và một nguồn tiếng ồn thứ hai cũng gây ra 90 dB(A) thì tiếng ồn tổng tạo ra là 93 dB(A) chứ không phải là 180 dB(A). Tăng tiếng ồn lên 3 dB(A) có nghĩa là tăng cường độ âm thanh lên gấp đôi, thế nhưng tai người hầu như không nhận ra được.
Bảng 1 minh hoạ cách cộng các đềxiben dựa trên sự chênh lệch về số giữa hai mức tiếng ồn. Như trong ví dụ trên, không có sự khác biệt giữa nguồn 1 và nguồn 2, số đo dB(A) kết hợp của chúng chỉ tăng lên 3 dB(A) - từ 90 dB(A) lên thành 93 dB(A). Nếu như nguồn 1 là 100 dB(A) và nguồn 2 là 95 dB(A) thì số đo kết hợp của chúng sẽ là 101 dB(A).
Luật pháp và qui định về tiếng ồn
Ở Bắc Mỹ, các qui chuẩn bang và địa phương qui định mức tiếng ồn lớn nhất cho phép tại đường biên cơ ngơi. Bảng 2 nêu một số qui định về mức tiếng ồn ngoài trời mang tính đại diện. Để phù hợp với các qui định này về tiếng ồn, cần hiểu biết về mức tiếng ồn xung quanh hiện có tại đường biên cơ ngơi khi chưa có tổ máy phát điện vận hành và mức tiếng ồn tổng cuối cùng sẽ là bao nhiêu khi tổ máy phát điện chạy đầy tải.
Ở châu Âu, qui định về tiếng ồn máy phát điện căn cứ theo luật 2000/14/EC/Giai đoạn II được áp dụng từ năm 2006. Đối với máy phát điện công suất động cơ sơ cấp dưới 400 kW, mức tiếng ồn cho phép được tính theo công thức sau:
95 + log Pel = dB(A)
trong đó Pel là công suất danh định của động cơ sơ cấp máy phát điện.
Máy phát điện có công suất danh định từ 400 kW trở lên phải có nhãn với con số LWA (phép đo châu Âu về “mức công suất âm thanh”) được tính toán từ các kết quả thử nghiệm triển khai của nhà chế tạo. Đối với thị trường châu Âu, phần lớn các máy phát điện từ 11 kVA đến 550 kVA đều được đặt trong vỏ bao tiêu chuẩn để tổ máy đáp ứng với phần lớn các qui định. Nói chung vỏ bao tiêu chuẩn giảm tiếng ồn bức xạ xuống mức tối thiểu là 10 dB(A).
