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:     | 1 ||

Снижение шума при эксплуатации газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов cпециальность

-- [ Страница 2 ] --

– 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-14,

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.

В соответствии с полученными теоретическими результатами была принята следующая методика расчета системы шумоглушения. Задается требуемая акустическая характеристика шумоглушения в виде набора необходимых значений снижения уровней звуковой мощности в полосах частот . Далее для каждой частотной полосы с учетом эксплуатационных условий и расчетных данных подбираются оптимальный звукопоглощающий материал, тип элемента пластины (звукопроницаемая или с жестким основанием) и толщина облицовки, определяющие максимальные коэффициенты звукопоглощения. В нулевом приближении ширина канала b полагается постоянной, равной максимальной толщине пластины, определяются по заданным A и найденным эф необходимые протяженности l участков (блоков) глушения шума в соответствующих частотных диапазонах. В качестве огибающей рассчитанных блоков формируется криволинейная образующая базовой пластины глушителя аэродинамически совершенной формы.

Проводятся вариантные акустические и аэродинамические расчеты конструкции глушителя с базовой формой звукопоглощающих пластин при различных шагах пластин и профилях жесткого основания. Выполняется поверочный численный расчет акустических характеристик глушителя по расчетной модели и проводится необходимая корректировка параметров.

На рисунке 1 показано сравнение расчетной и экспериментальной зависимостей применительно к перспективному варианту № 6 исследованной экспериментальной модели шумоглушителя.

Совпадение расчетной и экспериментальной зависимостей получено путем введения поправочного коэффициента .

1 – расчет; 2 – эксперимент, вариант 6 (канал с облицовкой: 1 ячейка с ЗПМ плюс 1 ячейка свободная – со звуконепроницаемыми границами между ячейками)

Рисунок 1 – Сравнение расчетной и экспериментальной зависимостей модельного диссипативного шумоглушителя с ячеистой облицовкой

Выводы по главе 3

  1. Результаты экспериментальных исследований четырнадцати моделей систем шумоглушения позволяют оптимизировать ее применительно практически к любому газоперекачивающему агрегату.
  2. Выполнены систематические расчеты звукопоглощения стенок применительно к двум вариантам пластин глушителя: с жесткой основой и звукопроницаемым заполнителем для девяти типов рыхловолокнистых набивок, используемых в пластинчатых глушителях. Тем самым исследовано все многообразие возможных акустических свойств стенок глушителя.
  3. Установлена специфика области оптимального использования различных систем шумоглушения (звукопоглощающих материалов и конструктивных схем пластинчатых глушителей). Установлено, что низкочастотное глушение достигается при использовании конструкций глушителей со звукопроницаемыми пластинами, в то время как применительно к глушению шума на средних и высоких частотах оптимальным является использование пластин с жесткой основой и резонансными звукопоглощающими слоями.
  4. Совпадение результатов расчета и экспериментальных данных позволило использовать методику для снижения шума ГПА на КС Тольяттинской ЛПУ.

Заключение

  1. Основными источниками шумообразования газотурбинных установок являются тракты всасывания и выхлопа. Наиболее эффективный способ его подавления состоит в использовании системы, включающей в себя элементы звукопоглощения и звукоизоляции. Известные методики не обеспечивают точность расчета таких систем, а экспериментальные методы продолжительны по времени, сложны и дорогостоящи.
  2. Создана методика расчета систем снижения шума газотурбинных установок. Она включает в себя модели, позволяющие описать акустическое поле и процесс распространения звука в нем, рассчитать уровень образующегося шума и коэффициенты звукопоглощения облицовок трактов всасывания и выхлопа с учетом основных характеристик газоперекачивающих агрегатов.
  3. Экспериментальное исследование характеристик четырнадцати систем шумоглушения позволило разработать рекомендации по их использованию в различных по конструкции газоперекачивающих агрегатах, а сравнение экспериментальных и расчетных данных показало высокую сходимость результатов, что дает возможность использовать теоретические положения для снижения шума в действующих и проектируемых ГПА.
  4. Результаты работы внедрены в практику шумоглушения ГТУ 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.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Заяц Б.С. Современные методы и средства глушения шума ГТУ // Проблемы экологии газовой промышленности. – М.: ИРЦ Газпром, 2003. – № 2. – С. 48-56
  2. Терехов А.Л., Заяц Б.С. Экспериментальные исследования моделей и диссипативных шумоглушителей нового типа // Транспорт и подземное хранение газа. – М.: ИРЦ Газпром, 2003. – № 3. – С. 51-60
  3. Терехов А.Л., Заяц Б.С. Анализ процессов шумообразования в газовоздушных трактах всасывания и выхлопа приводных ГТУ и пути его предотвращения // Диагностика оборудования и трубопроводов. – М.: ИРЦ Газпром, 2003. – № 5. – С. 7-16
  4. Терехов А.Л., Заяц Б.С. Основное содержание и пути совершенствования инженерных методик расчета пластинчатых глушителей ГТУ // Проблемы экологии газовой промышленности. – М.: ИРЦ Газпром, 2003. – № 2. – С. 56-63
  5. Терехов А.Л., Заяц Б.С. Основное содержание и пути совершенствования инженерных методик расчета пластинчатых глушителей и современные методы, средства глушения шума ГТУ // Снижение шума газоперекачивающих агрегатов и повышение безопасности труда на объектах ОАО «ГАЗПРОМ»: Сб. научн. работ. – М.: ВНИИГАЗ, 2004. – С. 56-63
  6. Заяц Б.С. Повышение эффективности глушителей шума газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. – Владикавказ, 2008. – Т. 13. – № 3. – С. 170-172.
  7. Волохина А., Иванова М., Прусенко Б., Заяц Б. Компьютерное тестирование персонала // Охрана труда и социальное страхование № 8 – Москва, Август 2008. – С. 22-26.
  8. Заяц Б.С. Методика расчета шумообразования газотурбинных установок // Состояние биосферы и здоровья людей. Сб. статей VIII Междунар. научн. конф. – Пенза, 2008. – С. 51-54
  9. Заяц Б.С. Экспериментальные исследования систем шумоглушения газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов // Окружающая среда для нас и будущих поколений. Сб. тр. XIII Междунар. конф. – Самара, 2008. – С. 120.


Pages:     | 1 ||
 








 
© 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.