WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |
  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;

– эффективный коэффициент звукопоглощения стенок, численно равный отнесенному к потоку звуковой энергии через единицу площади поверхности поглощающих стенок канала (– волновое сопротивление рабочей среды).

Общее изменение уровня звукового давления на всем протяжении канала от сечения Х1 до сечения Х2 выражается в виде

.

При использовании системы шумоглушения с пластинчатым глушителем, образующим симметричные двумерные щелевые каналы переменной ширины, имеем:

,

где b (х) – ширина щелевого канала.

Модель является базовой при расчете оптимального коэффициента звукопоглощения материалов, используемых в системах шумоглушения, и акустических характеристик систем.

Для определения коэффициента звукопоглощения необходимо рассчитать поток звуковой энергии N через стенку канала применительно к его импедансной звукопоглощающей облицовке. Облицовка с локальной проводимостью наиболее эффективна и практически реализуется введением сотовых перегородок в рыхловолокнистую набивку звукопоглощающих пластин.

Величина потока звуковой энергии, отводимой через стенки канала, характеризуется зависимостью вида

,

где Po, Vo – амплитуды соответственно пристенного давления и нормальной скорости;

* – звездочка означает комплексно сопряженную величину;

Zo – входной импеданс облицовки, величина которого зависит от толщины h поглощающего слоя, постоянной распространения, волнового сопротивления W, поглощающего материала, а также импеданса Zh основания облицовки.

Получены зависимости при использовании звукопоглощающих пластин с жесткой центральной основой в том числе и для случая, когда звукопоглощающий материал полностью заполняет толщу пластины.

Применительно к варианту пластины с жестким основанием, когда Zh,

,

.

Для варианта звукопроницаемой пластины, когда Zh = c / W = I /,

=.

Зависимости для частотного спектра дополнительного снижения шума вследствие концевых эффектов аппроксимируются функцией

,

где = S0.5 f / c;

S – площадь поперечного сечения канала.

Расчет акустических характеристик систем шумоглушения основывается на конечно-разностном приближении полученных дифференциальных соотношений. Разностная схема использована для прямоугольной области с производными криволинейными границами. В этом случае уравнения выписываются в локальных криволинейных координатах и далее строится разностная схема, после чего осуществляется переход к декартовым координатам. Для уменьшения массива хранимых величин в качестве искомой функции использована комплексная величина – давление.

Уравнение в декартовых координатах имеет следующий вид:

.

Расчетная сетка строится следующим образом. Рассматриваемая область делится на макроэлементы, гомеоморфные квадратам (существует взаимнонепрерывное отображение макроэлемента на квадрат). Разбиение макроэлемента на ячейки должно удовлетворять условию непрерывности изменения ее густоты и производиться автоматически по заданному количеству расчетных ячеек. Значение искомой величины приписывается к центру тяжести ячейки.

Уравнение в разностном виде примет следующую форму:

Система разностных уравнений в матричном виде:

А Х = Y,

где А – матрица коэффициентов системы;

X – вектор искомых величин (давлений);

Y – вектор правых частей.

Решение системы производится методом сопряженных градиентов применительно к недоопределенным системам, который требует n2 операций, где n – порядок системы.

На каждом итерационном шаге вычисляются:

,

где

r I = r i-1 – ai * A * g i,

Х I = X i-1 + a i * g i.

Если контроль точности полученного приближения 2 = (ri * ri) удовлетворяется, то решение считается найденным; в противном случае вычисляются значения:

,

g i+1 = A* r i + b i* g i.

Далее расчет производится с заменой индекса «i» на «i+1»; точное решение получается за n итераций.

Выводы по главе 2

  1. Создана модель, описывающая процесс шумообразования в газовоздушным трактах ГТУ. Ее анализ позволяет сделать следующие заключения. Для предотвращения шумообразования в трактах всасывания и выхлопа ГТУ необходимо использовать аэродинамически отработанные формы канала, местные скорости потока в нем не должны превышать 30…50 м/с. В зонах возможного отрыва потока следует вводить продольные перегородки для размыкания обратной связи при автоколебаниях. Звукоотражательные элементы необходимо облицовывать перфорированным звукопрозрачным экраном, сглаживающим изменения направления рабочего потока. Применение облицовки наиболее эффективно в зонах поворотов и изменения формы сечения тракта.
  2. Создана модель для расчета акустического поля в области, представляющей собой участок канала произвольной формы с твердыми стенками; часть канала может быть заполнена звукопоглощающим материалом, возможно наличие жестких перегородок.
  3. Разработана модель для расчета коэффициента звукопоглощения применительно к импедансной звукопоглощающей облицовке, позволяющая оптимизировать выбор звукопоглощающих материалов.
  4. Получена модель для расчета шумоглушения при использовании неоднородных пластинчатых глушителей, учитывающая физические и геометрические параметры составляющих элементов. Расчет проводится с использованием разработанного численного метода решения уравнений для акустических волн давления в неоднородных диссипативных средах.
  5. Совокупность разработанных моделей позволяет производить расчет шумоглушения ГПА, но требует экспериментальной проверки.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований систем шумоглушения газоперекачивающих агрегатов.

Испытания систем шумоглушения проводились на аэроакустическом стенде, основным элементом которого является акустически заглушенная аэродинамическая труба. Они обеспечиваются контрольно-измерительным комплексом, включающим в себя:

- систему контроля и управления режимом работы стенда;

- систему измерений аэродинамических характеристик модели;

- систему измерений акустических характеристик стенда и модели.

Контролировался режим работы стенда и регистрировались паразитные стендовые шумы.

Испытаниям подверглась комбинированная система шумоглушения газовоздушных трактов, обеспечиваемого совместным действием элементов звукопоглощения и звукоизоляции.

Экспериментально определены спектральные характеристики систем шумоглушения четырнадцати вариантов (звукопоглощающий материал – АТМ-I плотностью 10 кг/м3):

1) канал глушителя без ЗПМ и поперечных перегородок;

2) канал глушителя со сплошной облицовкой: элементарные ячейки разделены перфорированными перегородками;

3) канал с облицовкой: 1 ячейка с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звукопрозрачными границами ячеек;

4) канал с облицовкой: 2 ячейки с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звукопрозрачными границами ячеек;

5) канал со сплошной облицовкой: элементарные ячейки разделены сплошными перегородками;

6) канал с облицовкой: 1 ячейка с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звуконепроницаемыми границами между ячейками;

7) канал с облицовкой: 2 ячейки с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звуконепроницаемыми границами между ячейками;

8) канал с облицовкой: 2 ячейки с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звуконепроницаемыми границами между свободными и заполненными ячейками;

9) канал с облицовкой: 4 ячейки с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звуконепроницаемыми границами между ячейками;

10) канал с облицовкой: 4 ячейки с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звукопроницаемыми границами между свободными и заполненными ячейками;

11) канал с облицовкой: 6 ячеек с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звуконепроницаемыми границами между ячейками;

12) канал с облицовкой: 6 ячеек с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звукопроницаемыми границами между свободными и заполненными ячейками;

13) канал с облицовкой: 9 ячеек с ЗПМ плюс 2 ячейки свободные – все ячейки, кроме свободных, разделены звуконепроницаемыми перегородками;

14) канал с облицовкой: 9 ячеек с ЗПМ плюс 2 ячейки свободные – со звукопроницаемыми границами между свободными и заполненными ячейками.

Анализ результатов эксперимента

  1. На низких частотах практически все варианты имеют близкие характеристики. На средних частотах в диапазоне 800…1000 Гц наблюдалось наиболее интенсивное поглощение звука.
  2. Лучшие интегральные показатели шумоглушения, составляющие 40…65 дБ в диапазоне частот 1…7 кГц, имели место у моделей с импедансной (сотовой) облицовкой и достаточно большим количеством звукопоглощающего материала.
  3. Возникновение дополнительных ярко выраженных узкополосных зон эффективного глушения звука выявлены в вариантах, где свободна каждая седьмая ячейка; уровень узкополосного глушения составил 61…67 дБ.
  4. На высоких частотах (свыше 10 кГц) сплошная облицовка практически не работала, что связывается с проявлением известного «лучевого эффекта».
  5. Снижение шума при использовании ячеистой облицовки 1+1 с перфорированными стенками, а также облицовки с разряженным расположением свободных ячеек 2+1 является следствием разрушения лучевой структуры акустических волн в канале и увеличения поверхности звукопоглощения.

Результаты испытаний и расчета позволяют выбрать оптимальную систему шумоглушения для конкретного газоперерабатывающего агрегата.

С целью проверки разработанных положений проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований.

Анализ выполнен в процессе реализации системы шумоглушения на ГПА производства ОАО НПО «Сатурн». С учетом экспериментальных данных для эффективного шумоглушения была выбрана модель № 6, а звукопоглощающий материал – АТМ-I с учетом оптимального коэффициента звукопоглощения.

Pages:     | 1 || 3 |






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