WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

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

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»