авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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

Разработка методов расчета и снижения шума от недорасширенных струй паровых выбросов энергетических комплексов

На правах рукописи

Чугунков Дмитрий Владимирович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И СНИЖЕНИЯ ШУМА ОТ НЕДОРАСШИРЕННЫХ СТРУЙ ПАРОВЫХ ВЫБРОСОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Специальности:

05.14.01 – «Энергетические системы и комплексы»;

05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность (в энергетике)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА – 2007 2

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (Техническом уни верситете) на кафедре Котельных установок и экологии энергетики.

Научный консультант: доктор технических наук профессор Тупов Владимир Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Зройчиков Николай Алексеевич доктор технических наук профессор Медведев Виктор Тихонович

Ведущая организация: ОАО «Мосэнерго»

Защита состоится « 19 » апреля 2007 г. в 15 час. 30 мин.

в аудитории Б-205 на заседании диссертационного совета Д 212.157.14 при Московском энергетическом институте (Техническом универ ситете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д.17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетическо го института (Технического университета).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан « 16 » марта 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157. к.т.н., доц. Буров В.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из актуальных задач при функционировании про мышленных предприятий является снижение неблагоприятных воздействий на челове ка, в том числе снижение шума от оборудования энергетических комплексов.

Наиболее мощным источником шумового воздействия на окружающую среду от энергетических комплексов являются выбросы пара в атмосферу, при которых проис ходит временное превышение уровня звука на 30...40 дБА в радиусе нескольких кило метров.

Надежная эксплуатация котлов энергетических комплексов связана с необходимо стью выброса пара в атмосферу при продувках пароперегревателей, срабатывании пре дохранительных клапанов и других производственных операциях. Особенностью вы бросов пара в атмосферу на энергетических комплексах является наличие существенно го перепада между статическим давлением в струе пара на срезе сбросного трубопрово да p и атмосферным давлением pа, при котором струя является недорасширенной. При этом степень нерасчетности струи (n = p/pа), как правило, превышает значение n 1,8, соответствующее критическому истечению, а уровни звука существенно превышают допустимые значения.

Поскольку шум от сбросов пара электростанций и промышленных предприятий не должен превышать значений, нормируемых в слышимом диапазоне и по инфразвуку по действующим санитарным нормам (СН 2.2.4/2.1.8.562-96;

СН 2.2.4/2.1.8.583-96), при создании и эксплуатации энергетических комплексов возникает важная и актуальная научная задача по разработке методов расчета и снижения шума недорасширенных струй паровых выбросов.

В развитие теории и практики снижения шума внесли вклад известные ученые:

Дж. Лайтхилл, М.С. Голдстейн, А.Г. Мунин, А.И. Белов, Е.Я. Юдин, Г.Л. Осипов, Н.И. Иванов, В.Т. Медведев, И.Е. Цукерников, О.Н. Поболь и др.

Вопросы шумоглушения энергетического оборудования нашли отражение в рабо тах Ф.Е. Григорьяна, Е.А. Перцовского, В.Н. Лукащука, В.Г. Лысенко, В.Б. Тупова, Л.А. Рихтера, Е.М. Марченко, М.Е. Марченко, А.Б. Пермякова, Н.А. Зройчикова, Л.Р. Яблоника и др.

Большая часть известных работ по вопросам расчета турбулентных струй и сниже ния шума от них относится к авиационной и ракетно-космической технике. Сущест вующие отдельные работы по характеристикам шума паровых выбросов носят частный характер, поскольку базируются на экспериментах в узких диапазонах степеней нерас четности струй, и не позволяют решать задачу по прогнозированию характеристик шу ма и требуемому его снижению в широком диапазоне параметров недорасширенных струй паровых выбросов.

Целью работы является разработка методов расчета и снижения шума недорасши ренных струй паровых выбросов для различных объектов энергетических комплексов.

Объектами исследования являются шум паровых выбросов, имеющих место на энергетических комплексах при эксплуатации котлов, сбрасывающих пар с избыточ ным давлением в атмосферу, а также устройства для его снижения.

Задачи исследования состоят в изучении закономерностей образования шума недо расширенными (нерасчетными) струями пара, в разработке методов расчета уровня шума и спектральных характеристик шума выбросов пара, а также метода снижения шума паровых выбросов за счет применения глушителей, устанавливаемых на выхлоп ных (продувочных) трубопроводах котлов энергетических комплексов.

Методы исследования. При выполнении работы применены экспериментальные и расчетные методы исследования.

Методологической базой исследования являются теория турбулентных струй, тео рия звука и методы защиты от шума. Комплекс исследовательских методов включает методы анализа систем, численного моделирования струйных течений, снижения шума, а также планирования и обработки эксперимента.

В качестве базы исследования использованы объекты энергетических комплексов:



Саранская ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ОАО «НЛМК»), ТЭЦ-9 и ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго».

Научная новизна и теоретическая значимость выполненной работы заключается в выявлении закономерностей образования шума от недорасширенных паровых струй объектов энергетических комплексов, в разработке методического аппарата расчета уровня и спектральных характеристик шума паровых выбросов энергетических ком плексов, в применении для снижения шума паровых выбросов оригинальной конструк ции глушителя, разработанной и запатентованной автором.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены применени ем основополагающих положений теории турбулентных струй, теории звука, методов статистической обработки результатов исследований, согласованием результатов рас четов, выполненных с использованием разработанного методического аппарата с ре зультатами экспериментов, проведенных на натурных объектах энергетических ком плексов с применением современной измерительной аппаратуры и учетом требований нормативных документов и имеющихся рекомендаций.

Практическая ценность работы состоит в возможности применения на практике разработанных методов расчета общего уровня шума и спектральных характеристик шума выбросов пара энергетических комплексов, в использовании выявленных зако номерностей образования шума недорасширенными (нерасчетными) струями паровых выбросов для разработки и внедрения мероприятий по снижению шума на объектах энергетических комплексов, в разработке конкретных примеров использования резуль татов диссертационного исследования в практической работе для снижения шума вы бросов пара на объектах энергетических комплексов.

Внедрение результатов. По результатам выполненной диссертации разработаны и внедрены глушители шума выброса пара конструкции МЭИ на линии продувки паро перегревателя котла ТГМЕ-464 Саранской ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», на выхлопном трубопроводе выброса насыщенного пара котла ОКГ- ОАО «НЛМК». При этом расчетная эффективность внедренных глушителей подтвер ждена результатами натурных акустических измерений при их функционировании.

Спроектированы глушители для выхлопных трубопроводов ГПК №3, 4 котла ст.№4 и для растопочной линии котлов ст.№4, №5 ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго».

Автор защищает:

- полученные результаты натурных измерений уровней шума выбросов пара на различном расстоянии от источников его возникновения на объектах энергетических комплексов в сравнении с допустимыми нормами;

- результаты экспериментального и численного моделирования структуры недо расширенных паровых струй;

- метод расчета общего уровня звуковой мощности выбросов пара;

- метод расчета спектральных характеристик шума паровой недорасширенной струи;

- схемы и результаты испытаний разработанной и запатентованной автором ориги нальной конструкции глушителя шума выброса пара.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсужда лись и получили одобрение на одиннадцатой, двенадцатой и тринадцатой Междуна родных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, Электротехника и энергетика» (2005, 2006 и 2007 гг., Москва, ГОУ ВПО МЭИ (ТУ)), на научно-технической конференции с международным участием «Строительная физика в XXI веке» (2006 г., Москва, НИИСФ), на научном семинаре кафедры котельных уста новок и экологии энергетики ГОУ ВПО МЭИ (ТУ).





Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 7 печатных работах, в том числе в двух изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, за ключения, списка использованной литературы, трех приложений. Работа содержит страниц основного текста, 37 рисунков, 22 таблицы, библиография содержит 112 ис точников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные цели и задачи исследования, приведены внедрение ре зультатов, реализация и апробация работы, показана научная новизна и теоретиче ская значимость работы, а также дано краткое описание содержания диссертации.

В первой главе диссертационной работы приведены основные источники шума выбросов пара. Отмечается, что выбросы пара являются неотъемлемой частью тех нологического процесса ряда объектов энергетических комплексов: тепловых элек трических станций (ТЭС), предприятий металлургической, химической промыш ленности и др. и относятся к источникам непостоянного шума.

Выбросы пара с избыточным давлением наиболее характерны для ТЭС, а ос новными источниками шума являются выбросы пара при растопке котлов, продув ки пароперегревателей котлов, выбросы пара при срабатывании главных предохра нительных клапанов (ГПК) и др.

В металлургической промышленности источником шума выброса пара являют ся котлы охладители конверторных газов (ОКГ) во время избытка тепловой энер гии.

Особенностями всех источников выбросов пара являются:

• наличие перепада давлений на срезе выхлопного трубопровода по сравнению с атмосферным при степенях нерасчетности образующейся паровой струи n 2, температуре t = 200…450 °С и расходе сбрасываемого пара до 300 т/ч;

• осуществление выброса пара через выхлопной паропровод, который, как правило, выводится на крышу здания на отметках 30…45 м.

Шум от оборудования, находящегося на земле, существенно снижается за счет рельефа местности и искусст венных препятствий. С этой точки зрения высотные источ ники шума, к которым относят ся выбросы пара, являются бо L, дБ 4 лее опасными по воздействию на жилой район, чем наземные.

Результаты акустических измерений выбросов пара в ат 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 мосферу на различном расстоя f, Гц Рис.1. УЗД от выброса пара на различном расстоянии от источника: нии от источника шума (рис.1) 1 – 15 м;

2 – 110 м;

3 – 170 м;

4 – 320 м;

показывают: высокие уровни 5 – допустимые нормы для жилой застройки с 23.00 до 7.00 ч;

6 – допустимые нормы для производственных территорий звукового давления (УЗД) на расстоянии от источника выброса пара;

высокочастотный характер шума, с нали чием максимума в спектре шума выброса пара исследуемых объектов в диапазоне октавных полос со среднегеометрическими частотами 1000–2000 Гц;

отсутствие тональных составляющих в спектре шума.

В результате анализа шумовых характеристик различного оборудования энер гетических комплексов установлено, что паровые выбросы являются наиболее ин тенсивными источниками шума, существенно влияющими на окружающий жилой район и производственную территорию. Показано, что уровни звука вблизи выбро сов пара составляют более 137 дБА и превышают не только допустимый, но и мак симально допустимый уровень звука в 110 дБА.

Во второй главе проведен анализ теоретических и экспериментальных работ по излучению шума свободной турбулентной струей. Шум свободной турбулентной струи при дозвуковых скоростях истечения создается в результате крупномасштаб ного и мелкомасштабного турбулентного перемешивания частиц газа, скорость ко торых близка к скорости истечения, с частицами окружающего газа. Шум сверх звуковых струй определяется: шумом смешения, излучаемым турбулентными вих рями в слое смешения;

излучением, создаваемым конвектируемыми со сверхзвуко вой скоростью по отношению к внешней среде турбулентными вихрями;

широко полосной составляющей ударного шума, генерируемой при взаимодействии турбу лентности с ударными волнами и дискретной составляющей, обусловленной неус тойчивостью струи при некоторых режимах течения.

Основной задачей при изучении шумов выброса пара является определение па раметров потока, установление связи между этими параметрами и создаваемым ими звуковым полем, определение характеристик распространения звука в потоке и вне его.

Для решения данной задачи определены основные параметры истечений струй пара в атмосферу на энергетических комплексах. Проведен анализ критической скорости истечения перегретого и насыщенного пара для диапазонов давлений и температур, имеющих место на выходе выхлопных трубопроводов объектов энер гетических комплексов, который показал, что в расчетах параметров шума недо расширенных струй пара в атмосферу можно использовать полученные средние значения критической скорости для перегретого (633,8 м/с) и для насыщенного па ра (466,2 м/с).

Для изучения генерации шума выбросами пара в атмосферу было проведено моделирование смешения недорасширенной струи пара с атмосферным воздухом, которое определяет характеристики образующегося шума. Для моделирования ис пользовалась обобщенная математическая модель течения сплошной среды, осно ванная на системе уравнений сохранения массы, импульса и энергии. Для замыка ния системы уравнений применялись соотношения энергии турбулентности и её диссипации с использованием k – модели турбулентности. Численное моделиро вание на ЭВМ позволило выявить особенности структуры струйных течений вы бросов пара в атмосферу на объектах энергетических комплексов.

Анализ полученных результатов моделирования показал, что струя пара, выте кающая из продувочного или выхлопного трубопровода с избыточным давлением, начинает расширяться и перерасширяться, вследствие чего происходит увеличение скорости пара до сверхзвуковых значений, с образованием одной «бочки», имею щей висячий, косой скачки уплотнения и диск Маха. В «бочке» имеют место ог ромные потери по давлению. За диском Маха давление несколько увеличивается, а затем становится практически равным атмосферному, и струя становится изобари ческой. Активное смешение пара с воздухом начинается после изобарического се чения.

На рис.2 приведено качественное сравнение расчетной структуры недорасши ренной паровой струи со степенью нерасчетности n = 3,8, температурой t = 400 °С и критической скоростью Диск Маха Зона интенсивного Диск Маха wк = 631,4 м/с с наблюдае (прямой скачок смешения (прямой скачок уплотнения) уплотнения) мой картиной течения, полу ченной в ходе проведения Зона интенсивного смешения эксперимента при выбросе пара от ГПК котла ТП– ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго» (на фотографии начальный участок струи, как и в рас четной структуре, содержит Висячий скачок уплотнения Висячий скачок одну «бочку» с явно выра уплотнения женными прямым, висячим и Рис.2. Качественное сравнение расчетной структуры недорас косым скачками уплотнений, ширенной паровой струи с наблюдаемой картиной течения, полученной в ходе проведения эксперимента при выбросе пара которые характерны для не от ГПК котла ТП–87 ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго» изобарических струй), что Образование когерентных структур позволяет судить о досто верности полученных ре зультатов моделирования.

Траектории развития неизобарической струи па ра (рис.3), полученные по результатам моделирова Рис.3. Траектории развития неизобарической струи пара ния, показывают на образование когерентных структур за изобарическим сечением струи, что обуславливает зону интенсивного смешения с генерацией аэродинами ческого шума.

Полученные результаты численного моделирования и экспериментальных дан ных структуры паровой недорасширенной струи позволили несколько иначе взгля нуть на механизм образования шума и методы расчета. Если пренебречь смешени ем пара с воздухом от среза трубопровода до изобарического сечения включитель но, то вполне обоснованно можно утверждать, что шум на этом участке струи не возникает, т.е. шумообразование паровой недорасширенной струи обусловлено участком струи за изобарическим сечением. Следовательно, в механизме генерации шума недорасширенными струями важная роль принадлежит параметрам струи в изобарическом сечении, которые необходимо связать с параметрами истечения и выходным сечением трубопровода сброса пара для разработки метода расчета шу ма выбросов пара в атмосферу от энергетических комплексов.

Третья глава диссертации содержит обзор существующих методов расчета об щего уровня звуковой мощности турбулентных струй, в которых использовались следующие подходы:

• на основе преобразования кинетической энергии турбулентных молей (аку стических квадруполей) в акустическую энергию;

• посредством генерации звука свободной струей на основе учета ее механи ческой энергии;

• на основе экспериментальных данных.

Анализ известных формул расчета уровня шума показывает на сложность рас чета по ним из-за неопределённости плотности пара на срезе выхлопного трубо провода, температуры, скорости истечения и др. Кроме этого, сравнение натурных измерений уровня шума парового выброса с результатами расчетов по сущест вующим методам показывает на невысокую точность прогнозирования уровней шума недорасширенных струй выброса пара энергетических комплексов в широ ком диапазоне их степеней нерасчетности.

Особенности механизма шумообразования паровой недорасширенной струи, выявленные на основе численного моделирования и натурных экспериментов, по зволили уточнить метод расчета уровня шума.

Расчет акустической мощности паровой недорасширенной (неизобарической) струи основывается на теории Лайтхилла, и предположении о том, что звуковая мощность струи может быть представлена через ее параметры в изобарическом се чении в виде:

2 w8 D P = k ( ) и и 5 и, (1) 0 c где P – звуковая мощность, Вт;

и – плотность пара в изобарическом сечении струи, кг/м3;

wи – средняя скорость в изобарическом сечении струи, м/с;

Dи – диа метр изобарического сечения струи, м;

– относительная скорость в изобариче ском сечении струи;

0 – плотность окружающей среды, кг/м3;

c0 – скорость звука в окружающей среде, м/с;

k ( ) – коэффициент пропорциональности, который оп ределялся автором по результатам экспериментов в диапазоне степеней нерасчет ности струй пара n = 1,5...13,3 и описан следующей степенной функцией, завися щей от относительной скорости в изобарическом сечении струи:

k ( ) = 10 (1,85 + 2, 01) (2) Параметры в изобарическом сечении определяются по известным зависимо стям теории турбулентных струй в предположении о том, что смешение струи пара с окружающим воздухом от среза выхлопного трубопровода до изобарического се чения включительно отсутствует:

wи = wк, (3) где wк – критическая скорость пара на срезе выхлопного трубопровода;

1 k 1 2 k + G = 1 + 2 1 0, (4) 2 k n k + Gи где G0 / Gи – отношение расхода на срезе трубопровода к расходу в изобарическом сечении;

0 = 1 – отношение скорости на срезе трубопровода к скорости звука в струе;

k = 1.3 – показатель адиабаты для перегретого пара;

n – нерасчетность струи, которая может быть определена из следующего соотношения:

wк G p n= =, (5) p а k S тр p а где pа – давление атмосферного воздуха, Па;

S тр – площадь среза выходного сече ния выхлопного трубопровода, м2;

G0 – расход сбрасываемого пара, кг/с.

Площадь изобарического сечения струи, м2:

k 1 Gи 0 k + S и = S тр n, (6) G0 1 k 1 k + Поскольку по результатам численного моделирования выявлено, что процесс смешения струи пара с атмосферным воздухом происходит, в основном за изоба рическим сечением, справедливым является соотношение G0 / Gи 1.

Плотность пара в изобарическом сечении определяется из уравнения неразрыв ности:

Gи и =. (7) S и wи Для существенного упрощения в расчетах характеристик шума может быть ис пользовано определенное среднее значение критической скорости перегретого пара wк = 633,8 м/с, использование которого вносит незначительную погрешность в ре зультаты расчетов.

После проведения соответствующих преобразований, получена следующая уточ ненная расчетная формула общего уровня звуковой мощности парового выброса, дБ:

G LP = 10 lg 10 lg n K (n) + 141,3, (8) S тр где K (n) – поправочный коэффициент, определяемый соотношением, дБ:

K (n) = 18,5 10 lg 1 0,13 2, (9) в котором относительная скорость в струе для перегретого пара, зависящая от n, определяется уравнением:

= 1,77 0,77 / n (10) При значениях n от 1 до 8 поправочный коэффициент K (n) изменяется от 18, до 13,3 дБ. При значениях n больше 8 коэффициент K (n) остается практически неизменным и равным 13,2 дБ.

Общий уровень звуковой мощности парового выброса зависит от пропускной способности клапана или за движки устройств выброса па ра, площади выходного сече ния выхлопного трубопровода Lp, дБ и степени нерасчетности струи пара, что существенно упро щает проведение расчетов по сравнению с существовавши 0 10 30 40 50 60 ми до настоящего времени ме G, кг/с Рис.4. Сравнение результатов расчетов уровня шума с резуль тодами.

татами измерений для выхлопного трубопровода внутренним диаметром 0,257 м: 1 – результаты расчетов;

– результаты Сравнение результатов измерений;

2 – границы доверительной вероятности результа тов измерений P = 0, расчета уровня шума выброса пара по предложенному методу с результатами акустических измерений, показало их удовлетворительное совпадение (рис.4).

Таким образом, предложенный метод расчёта позволяет рассчитывать общий уровень звуковой мощности выбросов перегретого пара на энергетических ком плексах, сбрасывающих пар с избыточным давлением в диапазоне степени нерас четности струй n = 1,5...13,3, подтвержденном результатами натурных эксперимен тов.

Четвертая глава диссертации посвящена характеристикам направленности из лучения и спектральным характеристикам шума выбросов пара на энергетических комплексах.

Из проведенного обзора различных источников установлено, что направлен ность излучения шума турбулентных струй зависит от многих параметров, а для шума выбросов пара показатель направленности Ф = 1.

Определение спектральных характеристик шума выбросов пара на энергетиче ских комплексах является обязательным при выполнении акустических расчетов.

Это объясняется тем, что расчеты УЗД на требуемом расстоянии от выбросов пара и сравнение с допустимыми нормами нужно проводить в октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 63 до 8000 Гц.

Октавные уровни звуковой мощности паровой струи LPп рассчитываются с уче том корректирующей поправки, получаемой для кратных и дробных нижних f н и верхних f в частот октавных полос, между которыми лежит максимум спектра излучения f макс :

LPп = LP +, (11) где LP – общий уровень звуковой мощности выброса пара, дБ, который определя ется по формуле (8).

Как показали результаты акустических измерений, существующие корректи рующие поправки к спектру звуковой мощности выбросов пара, а также зависи мость для определения частоты максимума в спектре шума не обеспечивают тре буемую точность, что обуславливает неправомерность их использования в расчетах спектральных характеристик шума недорасширенных струй пара энергетических комплексов. Для уточнения корректирующих поправок к спектру автором были осуществлены натурные акустические измерения в 15 м от выхлопного трубопро вода ГПК котла ТП-87 (ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго») внутренним диаметром 0,257 м и расходом пара 57,8…142,0 т/ч. Измерения осуществлялись частотным анализато ром спектра шума фирмы «Ларсон-Дэвис-Лэборэторис».

Значения корректирующих поправок для расчета октавных уровней звуковой мощности па Таблица Корректирующая поправка для определения октавных уровней звуковой мощности рового выбро парового выброса Частота, Гц fн fн fн fн fн fн fв 2 fв 4 f в 8 fв са, получен 32 16 8 4 Корректирующая -33,1 -27,3 -21,6 -15,8 -10,0 -4,9 -4,9 -8,0 -13,8 -22, ных по ре поправка, дБ зультатам из мерений, приведены в табл.1.

На основе проведенных автором исследований механизма образования шума от недорасширенных струй пара, истекающих в атмосферу, получена расчетная зависимость определения частоты максимума в спектре шума выбросов пара через параметры в изобарическом сечении недорасширенной струи перегретого пара:

) ( f макс = 300 3 / 2 / d тр n (1,15 0,15 2 ), (12) где d тр – диаметр выходного сечения выхлопного трубопровода, м;

n – степень нерасчетности струи, определяемая по соотношению (5);

– относительная ско рость, определяемая по зависимости (10) для перегретого пара.

Пятая глава диссертации посвящена вопросам снижения шума выбросов пара на энергетических комплексах.

В настоящее время основным способом снижения шума парового выброса яв ляется применение глушителей. Выполненный обзор различных глушителей пока зывает на необходимость совершенствования их конструкций.

Основными требованиями к конструкциям паровых глушителей являются: вы сокая акустическая эффективность, умеренные массогабаритные размеры глушите ля, высокая надежность и низкое гидравлическое сопротивление.

Разработка глушителей шума выброса пара, имеющих высокую акустическую эффективность при умеренных массогабаритных характеристиках, является на се годняшний день актуальной задачей.

При непосредственном участии диссертанта разработан глушитель шума вы броса пара, далее именуемый как глушитель конструкции МЭИ, схема которого показана на рис.5.

На конструкцию глушителя МЭИ получен патент на полез ную модель. Глушитель может иметь различные модификации и акустическую эффективность в зависимости от требуемого снижения уровня шума выброса пара.

Один из вариантов разрабо танного глушителя установлен на линии продувки паропере гревателя котла ТГМЕ-464 Са ранской ТЭЦ-2 ОАО «Мордов ская генерирующая компания».

Пароперегреватель котла Рис.5. Глушитель шума конструкции МЭИ 1 – корпус;

2, 8 – обечайка;

3 – выхлопные трубопроводы;

ТГМЕ-464 имеет два продувоч 4 – перегородка;

5 – дренажный патрубок;

6 – сетка;

7 – отражатель;

9 – направляющая перегородка;

10 – камера ных трубопровода: один – из глушения;

11, 12 – звукопоглощающий материал;

13 – крыша.

паросборной камеры, другой – из рассечки пароперегревателя. Ввиду близкого расположения выходных патруб ков продувочных трубопроводов, впервые было принято решение об установке од ного глушителя сразу на двух продувочных трубопроводах с целью снижения за трат.

Другой вариант конструкции глушителя МЭИ был установлен на выхлопном трубопроводе котла ОКГ-180 ОАО «НЛМК». На котле ОКГ-180 происходит выброс насыщенного пара в период избытка тепловой энергии в летнее время года. До глу шителя шума конструкции МЭИ на выхлопном трубопроводе котла ОКГ-180 был установлен малоэффективный глушитель в виде многотрубчатого насадка. В связи с этим, эффективность глушителя шума конструкции МЭИ определялась как разность между УЗД выброса пара с прежним глушителем и глушителем МЭИ.

Испытания внедренных глушителей шума проводились в соответствии с РД 34.02.310-89 «Методика испытаний глушителей шума выброса пара в атмосфе ру». Полученные результаты сравни вались с уровнем шума при сбросе пара через те же системы выброса па L, дБ ра без глушителя шума конструкции МЭИ рис.6, 7.

Эффективность глушителя шума МЭИ, установленного на линии про 31, 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 f, Гц дувки пароперегревателя котла Рис.6. Уровни шума в 15 м от места выброса пара ли ТГМЕ-464 Саранской ТЭЦ-2 составля нии продувки пароперегревателя котла ТГМЕ-464 Саранской ТЭЦ-2: 1 – без глушителя;

ет по УЗД 9,4…31,4 дБ на всех норми 2 – с глушителем конструкции МЭИ руемых октавных полосах со средне геометрическими частотами или по уровню звука 27 дБА;

эффективность L, дБ глушителя шума МЭИ, установленно го на выхлопном трубопроводе котла ОКГ-180 ОАО «НЛМК», составляет по УЗД 4,0…40,5 дБ на всех нормируе 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 f, Гц мых октавных полосах со среднегео Рис.7. Уровни шума в 20 м от места выброса пара котла ОКГ-180 ОАО «НЛМК»:

метрическими частотами или по уров 1 – с прежним глушителем;

2 – с глушителем конст рукции МЭИ ню звука 36,6 дБА. Полученные ре зультаты подтверждены актами о внедрении.

При участии диссертанта спроектирована система шумоглушения для выхлопных трубопроводов ГПК №№3, 4 котла ст.№4 ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго», разработанная на основе двух глушителей МЭИ, объединенных между собой коллектором, а также глушитель шума конструкции МЭИ для растопочной линии котлов ст. №№4, 5 ТЭЦ- ОАО «Мосэнерго».

Сравнение различных конструкций паровых глушителей проводилось по известной методике с одновременным учётом акустической эффективности глушителя, его массо вых характеристик и расхода сбрасываемого пара, как T = M /( D L), где M – масса глушителя, кг;

D – расход пара через глушитель, т/ч;

L – эффективность глушите ля, дБА. Чем меньше значение коэффициента T, тем более совершенной является конст рукция глушителя. Для глу Таблица Сравнение различных типов глушителей шителя шума конструкции Параметры котла Глушители p, С, D, M, L, Разработка T, МЭИ коэффициент T состав МПа С кг·ч/(т·дБА) т/ч кг дБА 13,0 550 154,4 300 27 МЭИ, Россия ляет 0,07, что является одним 0, 9,8 540 60 218 41 Zhanjiang, China 0, из лучших показателей среди 13,0 550 150,0 500 30 ЮжВТИ, СССР 0, 13,7 560 160 1000 25 CКБТ ВКТ, СССР 0, известных отечественных и 17,3 540 75 1000 35 Japan 0, 13,7 560 80,0 1450 45 «НПО ЦКТИ» 0, зарубежных аналогов (табл.2).

3,7 329 90 4820 28 U.S.A.

1, 9,3 510 32 3170 40 Tangshan, China 2, ВЫВОДЫ 1. Проведенные акустические измерения уровней шума выбросов пара на объектах энергетических комплексов показали значительное превышение (на 30…40 дБА) санитарных норм в окружающем районе в радиусе нескольких километров.

Уровни звука вблизи выброса пара могут составлять более 137 дБА, что превы шает значение максимально-допустимого уровня звука в 110 дБА. Это обуслав ливает необходимость изучения шума при истечении пара в атмосферу, разработ ки методов расчета и снижения шума.

2. Выявлено, что особенностью истечения пара в атмосферу от энергетических комплексов является наличие существенного перепада между статическим давлением в струе пара на срезе сбросного паропровода и атмосферным давле нием, при котором струя является недорасширенной (неизобарической).

3. Выполнено численное моделирование истечения пара в атмосферу с избыточ ным давлением на основе уравнений Навье-Стокса и проведены натурные экс перименты с акустическими измерениями выбросов пара в атмосферу, по ре зультатам которых определены структурные особенности и обоснован меха низм образования шума от недорасширенных паровых струй энергетических комплексов.

4. Предложен новый метод расчета акустической мощности струйных выбросов пара, определяющий шумообразование недорасширенной паровой струи через ее параметры в изобарическом сечении, на основе которого получена аналити ческая формула (8) для расчета общего уровня шума выбросов пара на объек тах энергетических комплексов.

5. Показано, что общий уровень звуковой мощности выбросов пара на энергети ческих комплексах, сбрасывающих пар с избыточным давлением, зависит от производительности устройств выброса пара, площади выходного сечения вы хлопного трубопровода и от степени нерасчетности струи пара на срезе вы хлопного трубопровода.

6. Результаты расчетов общего уровня звуковой мощности выбросов пара, вы полненных с использованием разработанного метода, удовлетворительно со гласуются с результатами экспериментов, проведенных на объектах энергети ческих комплексов, что позволяет использовать разработанный метод для рас чета общего уровня звуковой мощности струй перегретого пара в диапазоне степеней нерасчетности струй n = 1,5...13,3.

7. Экспериментально уточнены корректирующие поправки для определения уровней звуковой мощности выбросов пара в октавных полосах со среднегео метрическими частотами 63…8000 Гц (табл.1) и предложена формула (12) рас чета частоты максимума в спектре шума выброса пара на объектах энергетиче ских комплексов на основе исследований механизма образования шума от не дорасширенных струй пара, истекающих в атмосферу.

8. При непосредственном участии диссертанта разработана конструкция глуши теля шума выброса пара (рис.5), которая обладает одним из лучших коэффици ентов совершенства конструкции среди известных отечественных и зарубеж ных аналогов (табл.2) глушителей шума выбросов пара. На конструкцию глу шителя шума получен патент на полезную модель.

9. По результатам выполненной работы разработаны и внедрены глушители шу ма выброса пара на линии продувки пароперегревателя котла ТГМЕ- Саранской ТЭЦ-2 ОАО «Мордовская генерирующая компания», на выхлопном трубопроводе выброса насыщенного пара котла ОКГ-180 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», спроектированы глушители шума конструкции МЭИ для выхлопных трубопроводов ГПК №№3, 4 котла ст.№4 и для расто почной линии котлов ст.№№4, 5 ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго». Расчетная эффек тивность внедренных глушителей подтверждена результатами натурных аку стических измерений при их функционировании.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Глушитель шума выброса пара (варианты): Патент на полезную модель 51673 РФ, Заявка №2005132019. Заявл. 18.10.2005 / В.Б. Тупов, Д.В. Чугунков. – 4 с.: ил.

2. Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Глушитель шума выброса пара // Электрические станции. – 2006. – №8. – С. 41–45.

3. Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Шум выбросов пара тепловых электрических стан ций. Моделирование на ЭВМ. Строительная физика в XXI веке: Материалы на учно-технической конференции / Под ред. И.Л. Шубина. – М.: НИИСФ РААСН, 2006. – С. 319 – 322.

4. Чугунков Д.В., Тупов В.Б. Расчет уровня шума парового выброса энергетиче ских котлов // Теплоэнергетика. – 2007. – №2. – С. 62–65.

5. Чугунков Д.В., Тупов В.Б. Сравнительный анализ натурных измерений уровней звукового давления, излучаемого от продувки пароперегревателя с результатами расчетов по различным методикам // Радиоэлектроника, электротехника и энер гетика: Тез. докл. Одиннадцатой Межд. науч.-техн. конф. студентов и аспиран тов: В 3 т. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. – т.3. – С. 127–128.

6. Чугунков Д.В., Тупов В.Б. Уточнение методики расчета глушителей шума выброса пара на основе расчетного анализа параметров турбулентных струй пара // Радио электроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Двенадцатой Межд. науч.-техн.

конф. студентов и аспирантов: В 3 т. – М.: Изд-во МЭИ, 2006. – т.3. – С. 146–147.

7. Чугунков Д.В. Тупов В.Б. Расчет спектра шума выбросов пара на ТЭС // Радиоэлек троника, электротехника и энергетика: Тез. докл. Тринадцатой Межд. науч.-техн.

конф. студентов и аспирантов: В 3 т. – М.: Изд-во МЭИ, 2007. – т.3. – С. 116–117.

Подписано к печати Л Печ. л. Тираж Заказ.

Типография МЭИ (ТУ), Красноказарменная,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.