авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Снижение шума при эксплуатации газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов cпециальность

-- [ Страница 1 ] --
На правах рукописи УДК 622.691.4.052.012-758.34 Заяц Богдан Степанович СНИЖЕНИЕ ШУМА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ
КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ Cпециальность 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный

технический университет»

Научный руководитель кандидат технических наук Яговкин Николай Германович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Нугаев Раис Янфурович
кандидат технических наук Шакиров Фарид Мигдэтович
Ведущее предприятие ОАО «ГазНИИпроект», г. Самара

Защита диссертации состоится « 19 » декабря 2008 г. 1400 на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан « » _____________ 2008 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета

кандидат технических наук Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Магистральные газопроводы относятся к опасным производственным объектам. Часть оборудования, например газоперекачивающие агрегаты (ГПА), являются не только источником потенциальной опасности, но и источником образования вредности. Следствием их работы является высокий уровень шума (90…130 дБА) аэродинамического и механического характера, создаваемый истечением рабочей среды в газовоздушных трактах всасывания и выхлопа, которые, с точки зрения акустики, представляют собой своеобразные волноводы, способные практически беспрепятственно транспортировать акустическую энергию.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями по снижению шума газотурбинных установок (ГТУ) занимались многие ученые: Занченко В.И., Леонтьев В.А., Кравчун П.А., Терехов А.Л., Юдин Е.А., Григорян Ф.И., Бэтчерлор Д., Рейнольдс А.Жд. и др. Разработанные ими теоретические положения, методики, способы и устройства позволяют снижать шум, возникающий при работе различных ГТУ.

Однако применительно к ГПА эти разработки не обеспечивают необходимую эффективность, так как ввиду многообразия конструкций агрегатов невозможно учесть всю совокупность влияющих на шумообразование факторов, таких как различия в геометрии каналов, нелинейность акустического взаимодействия и ряд других. Поэтому при создании и модернизации систем шумоглушения требуется проводить экспериментальные исследования, которые вследствие больших габаритов ГПА сложны, дорогостоящи и продолжительны по времени.



Цель работы повышение эффективности процедуры разработки и создания систем шумоглушения ГПА.

Основные задачи исследования:

  • проведение анализа процессов шумообразования в ГПА, известных способов снижения шума, технических решений по их реализации и методик проектирования;
  • создание по результатам анализа теоретической и на ее основе расчетной базы, позволяющей решать поставленную задачу;
  • проведение экспериментальных исследований процесса шумоглушения;
  • выполнение сравнительного анализа теоретических и экспериментальных разработок для использования полученных результатов при проектировании устройств шумоглушения.

Методы решения поставленных задач базировались на теориях звука, газовой динамики, гидродинамики, возбуждения звука турбулентностью, разностных систем, методах численного и волнового моделирования, решения жестких систем, линейной алгебры, сопряженных градиентов, конечно-разностного решения дифференциальных уравнений.

Научная новизна заключается в разработанных моделях:

  • шумообразования, которая позволяет на основе уравнения Блохвинцева-Хоу, с учетом общей теории турбулентности, оценивать уровень генерируемого и излучаемого с газовоздушным потоком шума из тракта турбомашины;
  • акустического поля, позволяющего оценивать уровень изменения звукового давления в трактах турбомашины с учетом установленной системы шумоглушения;
  • для расчета коэффициента звукопоглощения материалов, используемых для шумоглушения при применении шумопоглощающих пластин как с жесткой центральной основой, так и звукопроницаемых;
  • для расчета распределения звука в системах шумоглушения газовоздушных трактов турбомашин с использованием дифференциальных уравнений, для решения которых используется конечно-разностный метод, позволяющий упростить расчеты и повысить их точность.

На защиту выносятся:

  • модель шумообразования в газовоздушных трактах ГПА;
  • модель акустического поля, возникающего в газовоздушных трактах ГПА;
  • расчетная модель для определения коэффициента звукопоглощения материалов, используемых в газовоздушных трактах ГПА;
  • расчетная модель для определения акустических характеристик газовоздушных трактов ГПА.

Практическая ценность работы. Результаты позволяют проектировать системы шумоглушения ГПА с необходимой точностью и без экспериментальных исследований, что дает возможность повысить эффективность проектирования вследствие экономии средств и времени.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в практику шумоглушения ГПУ на компрессорной станции Тольяттинской ЛПУ ООО «Газпром трансгаз Самара» и использованы на предприятиях системы ООО «Газпром трансгаз Саратов», что позволило снизить шум в разных точках до санитарных норм.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на научно-практических конференциях кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Самарского государственного технического университета в 2005-2007 гг., научно-техническом совете ООО «Самаратрансгаз» в 2005 г., Областном совещании по охране труда в Самаре в 2007 г., VIII Международной научной конференции «Состояние биосферы и здоровья людей» в Пензе 2008 г., X Юбилейной международной научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение» в Туапсе 2008 г., XIII Международной конференции «Окружающая среда для нас и будущих поколений» в Самаре 2008 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 9 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 114 наименований, и 4 приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 4 таблицы.

Автор выражает благодарность Терехову А.Л. за помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность.

В первой главе рассмотрены природа возникновения аэродинамического шума, его источники, способы, средства и устройства шумоглушения ГПА и методы акустического расчета ГТУ.

Источники шума ГПА по физической природе делятся на аэродинамические и механические.

Аэродинамические шумы порождаются неоднородностью потоков воздуха и вихреобразованием на всасывании в компрессор; пульсациями давления в камере сгорания; скоростью и давлением отработанных газов на выхлопе турбины; колебаниями давления и неоднородностью потока во всасывающем и выхлопном трактах нагнетателя.

Механические шумы возникают в результате динамических взаимодействий металлических частей агрегата, вызванных дисбалансами роторов и отклонениями геометрических размеров подшипниковых узлов.

Всасывание компрессора и выхлоп турбины ГТУ являются источниками аэродинамического шума поверхности корпусов ГТУ и нагнетателя трубопроводов; излучают структурный шум, порождаемый как газодинамическими, так и механическими воздействиями.

Газоперекачивающий агрегат имеет четыре основных (первичных) источника шума: газотурбинный двигатель (ГТД), компрессор, нагнетатель и вентиляторы. Остальные источники стенки отсеков двигателя, компрессора и нагнетателя, трубопроводная обвязка, всасывающий и выхлопной тракты, запорная и регулирующая аппаратура и т.д. являются вторичными.

Основными источниками шума являются тракты всасывания и выхлопа ГТУ. Элементы конструкции ГТУ с точки зрения акустики представляют собой волноводы, способные практически беспрепятственно транспортировать шумовую энергию из зоны ее генерации в окружающую среду. Шум, излучаемый газовоздушными трактами всасывания и выхлопа, является главным источником шумового воздействия ГПА на прилегающие территории.

Эффективность существующих глушителей систем шумоглушения недостаточна, что обусловлено:

  1. несоответствием характера спектров поглощения и излучения;
  2. наличием акустических мостиков (минуя глушитель) для распространения звука;
  3. недостаточной площадью звукопоглощающей поверхности;
  4. дефектами конструкции (монтажными зазорами, неоправданно большим живым сечением);
  5. недолговечностью используемого звукопоглощающего материала (поролона).

Проектные решения и разработки современных агрегатов
ГПА-Ц-16 «Нева»; ГПА-16 «Волга», ГПА-12 «Урал» и др. заключаются в увеличении габаритов блоков шумоглушения, использовании многосекционных глушителей, применении новых звукопоглощающих материалов.

Глушение шума ГТУ осуществляется четырьмя основными способами. Первый из них диссипативное шумоглушение в трактах всасывания и выхлопа.

Эффективное звукопоглощение имеет место при наличии условий для проникновения колебаний в толщу звукопоглощающего слоя. С этой целью используют многослойные звукопоглощающие пластины с воздушным подслоем.

В качестве одного из средств снижения шума этим способом используются поглотители резонансного типа, простейшим из которых является ограниченная воздушная полость, соединенная отверстием (горлом) с окружающей средой.

Используются также мембранные поглотители, представляющие собой комбинацию резонаторов упругих и Гельмгольца. Их достоинством является отсутствие непосредственного контакта звукопоглощающих элементов с рабочей средой, что обеспечивает стабильность работы вне зависимости от загрязнения поверхности и не допускает выдувания звукопоглощающих материалов (ЗПМ) в рабочий канал с потоком.

Абсорбционное глушение звука в каналах связано с поглощением энергии звуковых волн вихревой компонентой поля течения, что приводит к значительному ослаблению звука при условии, что существует среднее течение, сносящее завихренность от стенки.

Второй способ основан на использовании реактивных глушителей.

Принцип их действия заключается в «запирании» распространяющихся мод звуковых колебаний и отражении их по каналу обратно к источнику шума. Наиболее широко он реализуются при разработке многомодовых звукоизоляторов в виде расширительных камер, представляющих собой участки каналов с увеличенным поперечным сечением, размеры которых сравнимы с длиной волны.

Третий способ активное шумоглушение в каналах.

Физический механизм снижения шума при использовании активных методов заключается, как и в случае применения обычных звукоизолирующих систем, в сложении (интерференции) колебаний с различными фазами, однако вторичное (компенсирующее) поле при этом создается не пассивным путем (например путем отражения), а излучается специальными электроакустическими преобразователями.





При использовании активных систем, как и во всех пассивных интерференционных системах, помимо ослабления шума в определенной области пространства наблюдается эффект их усиления, который выражен сильнее, чем у пассивных, что приводит к нежелательным последствиям.

Четвертый способ является комбинированным.

Использование различных способов шумоглушения в чистом виде оказывается зачастую нерациональным, поэтому на практике применяют шумоглушение комбинированного типа с использованием звукопоглотителей и звукоотражающих элементов. Введение элементов поглощения звуковой энергии в реактивные глушители улучшает их показатели, т.к. ослабляется эффект отражения звука от устройств реактивного типа и снижаются уровни звуковых давлений в зонах формирования нераспространяющихся мод колебаний. Звукопоглощающие элементы обеспечивают диссипативный отвод (сток) акустической энергии, переводя её в тепловую. В тех случаях, когда диссипация звука в естественных поглотителях (рабочей среде, стенках канала и т.п.) невелика, в реактивные глушители вводятся поглощающие элементы.

Выполнен анализ существующих методик расчета шумоглушения авиационных компрессоров; звукового поля в структурах сложной геометрии; звуковых полей в движущихся средах; акустических волн в каналах с завихренными потоками, прямолинейных каналах с жесткими стенками и квадратичным профилем и с вихревым потоком, звукопоглощением на границах канала; проведен синтез методик расчета неоднородных шумоглушителей. Показана невозможность их использования в чистом виде для расчета шумоглушения в ГПА.

Выводы по главе 1

  1. Наиболее интенсивными источниками возникновения аэродинамического шума газоперекачивающих агрегатов являются тракты всасывания и выхлопа, которые представляют собой волноводы, способные практически беспрепятственно транспортировать шумовую энергию из зоны ее генерации в окружающую среду.
  2. Способы и устройства глушения шума газоперекачивающих агрегатов основываются на использовании глушителей различных типов, диссипативном шумоглушении в трактах всасывания и выхлопа, активном шумоглушении в каналах и других. Наиболее эффективным является комбинированная система шумоглушения, заключающаяся в повышении эффективности глушителей и использовании элементов звукопоглощения и звукоизоляции, размещенных в газовоздушных трактах.
  3. Для каждого типа газоперекачивающего агрегата система шумоглушения выбирается расчетным путем. Единой методики расчета не существует, т.к. разрабатывались они на основании экспериментальных данных применительно к конкретному виду оборудования.
  4. Разработка эффективных способов и устройств шумоглушения требует создания соответствующей методики. С этой целью необходимо провести теоретический анализ процессов шумообразования в газовоздушных трактах ГТУ, провести моделирование акустического поля и разработать методики расчета коэффициента звукопоглощения для выбора акустических характеристик используемого материала в газовоздушных трактах.

Во второй главе исследованы процессы шумообразования и звукопоглощения при истечении газообразной рабочей среды в газовоздушных трактах всасывания и выхлопа газотурбинных установок.

Модель, описывающая пространственно-временные свойства акустической компоненты поля движения газообразной рабочей среды, разработана Блохвинцевым-Хоу. В связи с тем, что с точки зрения акустики тракт является не только волноводом, но и среда является источником шумообразования, эта модель при ограничениях (относительной протяженности газовоздушного тракта S/d и среднерасходной скорости Vср) преобразована в зависимость для определения генерируемого и излучаемого из газовоздушного тракта уровня шума Lвых

Lвых = (дБ),

где С – скорость звука в рабочей среде;

P0 – пороговое звуковое давление, P0 = 210-5 Па;

S – длина тракта;

d – поперечное сечение.

Шум, возникающий в тракте протяженностью S/d=10, заполненном потоком газообразной рабочей среды плотностью = 1 кг/м3 и скоростью звука С = 340 м/с, оценивается уровнями 10 м/с–10 дБ, 25 м/с–42 дБ, 50 м/с–66 дБ, 100 м/с – 90 дБ, 200 м/с – 114 дБ, то есть при скоростях Vср  20…30 м/с поток субъективно оценивается как практически бесшумный.

Таким образом, существуют два пути предотвращения аэроакустических автоколебаний и соответствующих резонансных эффектов в газовоздушных трактах. Первый обеспечивается безотрывностью течения рабочей среды в канале, поскольку при этом устраняется возможность возникновения мощных крупномасштабных когерентных структур. Второй основан на размыкании акустической обратной связи путем введения в тракт жестких продольных перегородок, препятствующих формированию интенсивных поперечных звуковых колебаний.

Модель для расчета акустических процессов основана на уравнениях Гельмгольца для потенциалов звуковой скорости в рабочей среде и звукопоглощающем материале с последующим сращиванием решений этих уравнений на основании условий непрерывности звуковых давлений и нормальных составляющих звуковой скорости на границе сред. Поглотитель рассматривается как гомогенная изотропная среда, волновые процессы в которой могут характеризоваться одними и теми же параметрами (плотностью, давлением, скоростью звука и т.д.) как в газе, так и в жидкости.

На основе теории гидродинамики уравнение неразрывности имеет вид

.

Путем преобразований получено базовое уравнение для расчета акустических взаимодействий

.

Решение его обеспечивается при условии непрерывности звуковых давлений и звуковых скоростей при любых (в том числе и разрывных) пространственных распределениях плотности и скорости звука среды.

С учетом предположения, что структура (модовый состав) акустического поля по длине щелевого канала остается неизменной, потоки акустической энергии через поперечные сечения канала пропорциональны во всей рассматриваемой области среднеквадратичным значениям пульсаций пристенного звукового давления (принцип автомодельности); уравнение баланса звуковой энергии в канале в рамках предлагаемой автомодельности и схемы может быть записано следующим образом:

,

где – изменение среднеквадратичных звуковых давлений на элементарном отрезке dx по оси канала;

S (x) – площадь поперечного сечения канала;

d Fст – площадь поглощающих стенок канала на протяжении от сечения х до сечения х+dх;



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.