CC BY
21
УДК 621.438:628.517.2
РАСЧЕТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОЗДУХОЗАБОРНЫХ УСТРОЙСТВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ГТУ
В.Е. МИХАЙЛОВ
ОАО "НПО ЦКТИ" - ОАО "Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования имени И.И. Ползунова"
Представлены основные положения и структура акустического расчета воздухозаборных устройств энергетических ГТУ. Разработанный метод решает задачу определения на стадии проектирования оптимальных параметров средств шумозащиты, обеспечивающих нормативные характеристики шума, излучаемого из входного сечения воздухозаборного тракта в окружающую среду.
Ключевые слова: энергетические газотурбинные установки, воздухозаборные устройства, акустический расчет, глушение шума.
Нормативные значения шумовых характеристик в зоне всасывания компрессора газотурбинной установки достигаются за счет использования диссипативных глушителей, устанавливаемых в воздухозаборном тракте [1, 2]. Геометрические размеры и конструктивное исполнение используемых глушителей энергетических ГТУ большой мощности таковы, что заметно влияют на массогабаритные и стоимостные показатели конструкции тракта в целом. Так, например, двухступенчатый глушитель шума воздухозаборного тракта газотурбинной установки ГТЭ-65 для ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго» [3] конструкции ОАО «НПО ЦКТИ» содержит 37 звукопоглощающих панелей, заполняющих участок прямоугольного канала сечением 20 м2 длиной около 3 м.
В этих условиях актуальной оказывается задача определения на стадии проектирования оптимальных параметров глушителя, обеспечивающего требуемые характеристики шума, излучаемого из входного сечения воздухозаборного тракта в окружающую среду, при минимальных затратах и допустимом аэродинамическом сопротивлении. Разработанный в ОАО «НПО ЦКТИ» метод решения этой задачи основывается на современном акустическом расчете, учитывающем все значимые параметры конструкции и режима работы глушителя.
Инженерный метод расчета охватывает действие пластинчатых глушителей с однородной набивкой звукопоглощающим материалом, тканевым покрытием и перфорированной облицовкой с равномерной установкой пластин в прямом канале прямоугольного сечения. Допускается рассмотрение нескольких ступеней шумоглушения, располагаемых в произвольных участках воздухозаборного тракта. Учитываются: параметры работы первой ступени компрессора (динамические или акустические); геометрия тракта (в том числе элементов воздухоподготовительных модулей); параметры звукопоглощающих материалов и конструкций и допустимое аэродинамическое сопротивление глушителя.
Расчетная методика включает в себя следующие разделы.
• Определение параметров (мощности) шума всасывания компрессора газовой турбины (задаются или рассчитываются) в октавных полосах частот и в полосе А.
При расчете интегрального уровня шума, излучаемого турбомашиной в примыкающий тракт, в качестве рабочей принята модернизированная формула ASME, согласно которой интегральная мощность шума всасывания пропорциональна массовому расходу воздуха на входе в компрессор. Соответствующие октавные спектральные уровни мощности шума Lw и
уровень в полосе А определяются по разработанному в ОАО «НПО ЦКТИ» алгоритму, учитывающему частоту вращения ротора и число лопаток первой ступени компрессора.
• Расчет ослабления звуковой мощности излучаемого шума в воздухозаборном тракте от входного сечения патрубка ГТУ до сечения воздухозабора (без глушителей).
Основой расчета протяженных линейных участков служит уравнение баланса звуковой энергии, согласно которому снижение шума ^лин здесь пропорционально условному коэффициенту поглощения звука стенками тракта. Для расчета снижения шума ^у при
угловых поворотах тракта вследствие частичного отражения звуковых волн к источнику синтезированы выражения, представляющие собой коротковолновую и длинноволновую асимптотики решения задачи. Ослабление звуковой мощности на внутренних элементах воздухоподготовки (фильтры, влагоотделители) ALM определяется с учетом эффектов отражения звука и его затухания за счет вязко-термического взаимодействия акустических волн
с заполняющими канал поверхностями. Учитывается также снижение АЬвх шума вследствие отражения низкочастотных звуковых волн от входного сечения тракта.
Суммарное ослабление шума AL.jp во всасывающем тракте рассматривается как сумма отмеченных компонент:
^тр = ^лин + АЬу + АЬвн + ^вх ■ (1)
Последнее выражение относится к каждой частотной полосе анализа.
• Расчет аэродинамических и акустических характеристик шумоглушителей с вариантным заданием их габаритов, допустимого аэродинамического сопротивления и используемых звукопоглощающих и защитных материалов.
Аэродинамическое сопротивление ступеней глушителя, характеризуемое величиной потери полного давления, определяется стандартным образом по его габаритам, заданному массовому расходу и температуре воздуха, а также геометрии звукопоглощающих панелей.
Акустический расчет каждой ступени шумоглушителя включает в себя определение частотных компонент линейного АЬлин затухания шума в рабочих каналах с контролем концевых поправок АЬкон и предельно достижимой эффективности АЬпр. Линейное затухание
АЬлин определяется по постоянной распространения Г, являющейся корнем дисперсионного соотношения, построенного в рамках двумерной модели распространения звука в щелевом канале шумоглушителя. При этом
АЬ лин = 40^ в Re Г1
отн' (2)
где /отн - длина щелевого канала, отнесенная к его ширине. Используемая при определении параметра Г акустическая модель представляет распространение звука в среде, движущейся в бесконечном прямолинейном плоском канале с импедансными стенками. В соответствии с таким подходом учитываются режим течения воздуха и физические свойства элементов звукопоглощающей облицовки. При расчетах по соотношению (2) выбирается корень дисперсионного уравнения с минимальной действительной частью ИеГ.
Снижение шума АЬгл в глушителе на каждой из контрольных частот находится как сумма линейного затухания и концевой поправки, если эта сумма не превышает предельного значения. Таким образом, величина АЬгл рассчитывается по формуле
I АЬлин + АЬ
. г ш. I -лин ^ ^кон ,„ч
Мгл = М"! { АЬпр . (3)
• Определение октавных уровней звукового давления и уровня звука в полосе А в контрольной точке на входе в воздухозаборный тракт.
Показатели шума, излучаемого из воздухозаборного тракта, вычисляются исходя из найденных акустических параметров источника и рассчитанного согласно выражений (1)-(3) ослабления звука в тракте и ступенях шумоглушения с учетом площади £ входного сечения. Соответственно, спектральные составляющие уровней Ьр звукового давления в зоне воздухозабора определяются из соотношения
Ьр = - АЬтр - X (АЬгл ) -10^(й/йо ), (4)
где йо = 1 м2, АЬгл ) - суммарное снижение шума в ступенях глушителя.
Расчет осуществляется в звуковом диапазоне 31,5 Гц.. .16 кГц. Уровень звука в регламентируемой полосе А определяется стандартным образом по составляющим октавного спектра.
Оперативность выполнения и дальнейших приложений представленного акустического расчета поддерживается специально разработанной прикладной компьютерной программой, пользовательский интерфейс которой включает пополняемые электронные справочники по акустическим свойствам звукопоглощающих и конструкционных материалов и защитных покрытий, а также содержит «интеллектуальный» модуль, формирующий необходимую текстовую документацию по результатам расчета.
Summary
Main points and structure of energetic gas turbine units' air inlet device acoustic calculation is presented. Devised method on the stage of designing solves a task of determination the noise protection facilities optimal parameters which provide normative characteristics of noise, radiated from inflow face of air inlet duct into environment.
Key words: energetic gas turbine unit, air inlet device, acoustic calculation, muffling of noise.
Литература
1. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. Л.: Энергия, 1980.
2. Борьба с шумом стационарных энергетических машин / Ф.Е. Григорьян, Е.И. Михайлов, Г.А. Ханин, Ю.П. Щевьев. Л.: Машиностроение, 1983.
3. Михайлов В.Е. Конструктивные особенности воздухозаборного тракта газотурбинной установки ГТЭ-65 на ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго»// Промышленная энергетика. 2009. № 12.
Поступила в редакцию 27 октября 2009 года
Михайлов Владимир Евгеньевич - канд. техн. наук, генеральный директор ОАО «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования имени И.И. Ползунова», г. Санкт-Петербург. Тел. 8 (812) 310-59-33; 8 (812)-578-87-13. E-mail: general@ckti.ru.
