CC BY
35
инар 13 : ;;
ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ: ГОРНЯКА
МОСКВА, МГГУ,- 25.01,99 - 29.01.99
^'М.М. Конорев, Г.Ф. Нестеренко,
2000
УДК: 622.4
М.М. Конорев, Г.Ф. Нестеренко
ЕМ^ААЇААІЕА МАІЕ6ДВІІ-АЕАЕАІЕхАМЕЕО 0аоаё6Аоём6ёё ббвАІАЕІбіАио ААёАА6АёАе
О
сновными источниками шума, возникающего при работе наземных установок на базе авиационных ТВД, являются: воздушный винт, внутренние агрегаты двигателя и струя выхлопных газов.
Вследствие того, что уровень громкости шума этих источников превышает предельно допустимые значения, возникает необходимость в соблюдении пауз после определенного периода работы установок, что снижает эффективность их использования.
Возникновение шума воздушного винта (звук вращения) обусловлено наличием разности давлений на двух сторонах лопасти, образованием вихрей, а так-же вибрацией лопастей и вала.
Причинами возникновения высокочастотного шума на срезе реактивного сопла являются высокая степень турбулентности и большие градиенты скорости струи газов.
Шум внутри ТВД обусловлен срывом вихрей с выходных кромок лопаток, приводящим к изменению давления и вызывающим беспорядочную вибрацию лопаток компрессора и турбины.
Таким образом, при борьбе с шумом, возникающим при работе наземных установок на базе авиационных ТВД, необходимо учитывать природу каждого источника шума.
Вследствие того, что уровень низкочастотного шума (при работе винта) снижается звукопоглощающими материалами незначительно, эффективным средством борьбы с таким шумом является улучшение условий
работы воздушного винта. В результате размещения винта в кольцевом кожухе можно добиться не только уменьшения срывов вихрей с концов лопастей, но и уменьшения вибрации, благодаря равномерному распределению тягового усилия между винтом и кольцом. Заполнение элементов конструкции кольцевого кожуха вспененными пластмассами и обработка внутренней поверхности вибродемпфирующей мастикой ВД-17 позволяет снизить уровень громкости шума на 1520 дБ.
Принцип действия известных глушителей шума реактивной струи основан на сдвиге уровня шума в область высоких частот и последующем подавлении его активными глушителями. Наиболее эффективным является глушитель, имеющий на срезе сопла 6 гофр с заглублением в струю на 1/3 радиуса. Гофры выполняются в виде шлицев, стенки которых сходятся под углом 120 к крепежному фланцу. Глушителем шума такой конструкции оборудован вентилятор НК-12КВ.
Анализ исследований по влиянию впрыскивания воды на шум реактивной струи свидетельствует о довольно высокой эффективности этого способа улучшения акустических характеристик наземных установок на базе авиационных ТВД.
В процессе проведения промышленных испытаний карьерного вентилятора НК-12КВ были произведены акустические съемки рабочих мест в карьере Гороблагодатского рудоуправления при работе вентилятора в вентиляционном и вентиляционнооросительном режимах. Измерения
уровней громкости шума выполнялись прецизионным шумометром PSJ-202 с октавным фильтром OF-101. Анализ результатов измерений показал, что введение воды в реактивную струю позволяет снизить уровень громкости шума в полосе низких и средних частот на 2^14 дБ и в полосе высоких частот от 2 до 10 дБ.
При этом существенно уменьшается вредное воздействие шума на машиниста-оператора в полосе низких и средних частот на 2^7 дБ и в полосе высоких частот на 10^40 дБ.
Анализ акустических характеристик (на 1=1000 Гц) рабочих мест в карьере при изменении режимов работы авиадвигателя показал, что оросительно-вентиляционный режим работы вентилятора позволяет по сравнению с вентиляционным снизить вредное воздействие шума установок на базе авиадвигателя НК-12МВ на 2^7 дБ.
Для более эффективного снижения шума, генерируемого воздушными винтами, вентилятор снабжен устройством для распыления и ввода в компрессор воды. В результате этого перед воздушным винтом и за ним на пути распространения звуковых волн образуется завеса из капелек воды. Распыленные частицы воды засасываются струей воздушного винта в кожух, где происходит дальнейшее их дробление и интенсивное испарение. Это приводит к образованию в кожухе зоны повышенной влажности, что также способствует снижению уровня интенсивности звука, генерируемого винтами и двигателем.
В целом разработанная система глушения шума снижает уровень интенсивности звука на 3-11 дБ (звуковой мощности в 2-5 раз) в зависимости от частоты, что позволяет уменьшить радиус дискомфортной зоны до 100-120 м.
Результаты интегральной оценки уровней интенсивности звука, замеренных в карьере Целинного горнохимического комбината (ЦГХК) (табл. 1), позволили определить рациональные режимы эксплуатации вентиляторов. Установлено, что за счет размещения винтомоторной группы в звукоизолирующем кожухе допустимое время непрерывной работы увеличивается в 2,4 раза, интегральный уровень интенсивности звука (Вт/м2) снижается в 3 раза.
На основании химического анализа проб отработавших газов (ОГ) ТВД АИ-20 и НК-12 МВ установлено, что концентрация оксида углерода, оксидов азота и бензапирена составляет соответственно 125 мг/м3, 48 мг/м3 и 0,144-10-6 мг/м3. Удельная интенсивность выделения вредных примесей в ОГ ТВД карьерного вентилятора НК-12КВ-1М составляет по СО 12,5 г/с, по NOх • 4,8 г/с и бензапирена 1,44-10' 6 г/с. Следует отметить, что за счет вовлечения в струю окружающего воздуха концентрация примесей в га-зо-воздушной струе снижается в 3 раза уже на расстоянии 5 калибров (диаметров винта 28 м) и становятся ниже ПДК [2,3].
Сравнительный анализ токсичности отработавших газов (ОГ) автосамосвала БелАЗ-7519 и вентилятора НК-12КВ-1М (табл. 2) показал, что по валовому приведенному выбросу вредных примесей ТВД карьерного вентилятора НК-12КВ-1М эквивалентен 2-м автосамосвалам БелАЗ-7519.
Однако следует учесть, что основные режимы работы вентилятора предусматривают применение воды, подводимой к струе реактивных газов через гидравлическое сопло. При этом обеспечивается очистка ОГ от токсичных компонентов за счет абсорбции последних жидкостью, абсорбции на поверхности твердого вещества (пыль, сажа) или химического превращения в безвредный газ при ис-
пользовании растворов солей угольной и кремниевой кислот - NA2COз, ^Юз.
Исследованиями Христича В.А. и Тумановского А.Г. установлено, что за счет введения воды в ТВД можно существенно сократить количество окислов азота в ОГ. Так при Gв=0,5Gг концентрация NOх снижается в 2 раза
[4].
Исследованиями токсических показателей ТВД установлено, что состав выхлопа зависит как от режима работы двигателя, так и от вида топлива. В частности возрастает концентрация окислов азота с увеличением нагрузки и ухудшаются токсические характеристики двигателя при переходе на тракторный керосин [2].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Совершенствование карьерных вентиляторов-оросителей НК-12КВ /Конорев М.М., Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф. и др. Наземное применение авиадвигателей в народном хозяйстве: часть 2, материалы межотраслевых н.-т. конф., совещаний, семинаров и выставок. -М.: ВИМИ, 1981, с.63-70.
2. Филатов С.С., Конорев ММ., Нестеренко Г.Ф. Результаты опыт-
но-промышленной эксплуатации карьерных вентиляторов на базе турбо-
винтовых двигателей НК-12 и АИ-«).-Труды/ГосНИИГА-М.: ОНТЭИ, 1975, вып. 113, с.17-24.
3. Столяровский А.Я. Водород. эффект защиты природы. Журнал «Энергия»: экономика, техника, технология, №10.-М.: 1986, с. 11-16.
4. Христич В.А., Тумановский А.Г. Газотурбинные двигатели и защита окружающей среды. -Киев: Техника, 1983.-144 с.
¡§г
~7
К онорса М.М. ка мл ила I I е \ н и ч ес к и \ н а у к. И н с I и I у I I ор и о I о ; ю. ш Ура. I ье ко 1001; ю. 10-
ми и РАН.
Нестеренко Г. Ф. — кандидат технических наук, Институт горного дела Уральского отделения РАН.
г
