Научная статья на тему 'Шумовые характеристики турбокомпрессорных агрегатов с газотурбинным приводом'

Шумовые характеристики турбокомпрессорных агрегатов с газотурбинным приводом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
598
58
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — В Н. Довженко, В П. Парафейник, В В. Петров, Е М. Меша, А Д. Токарев

Рассмотрены шумовые характеристики газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц с газотурбинным приводом авиационного и судового типа мощностью 6,325 МВт, созданного на основе двигателей НК-12СТ, НК-16СТ, Д-336-1/2, ДТ71П и других. Показано влияние конструктивных особенностей систем шумоглушения на шумовые характеристики агрегатов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — В Н. Довженко, В П. Парафейник, В В. Петров, Е М. Меша, А Д. Токарев

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Noise characteristics of gas transfer turbocompressor packages GPA-C of 6,3 ч 25 MW power driven by gas turbines of air craft and marine types on the basis of NK-12ST; NK-16ST; D-336-1/2; DT71P and others are presented. It is shown influence of noise silence systems design upon noise ecological safety of turbocompressor packages operation

Текст научной работы на тему «Шумовые характеристики турбокомпрессорных агрегатов с газотурбинным приводом»

УДК 621.515+62-848

В.Н. Довженко, В.П. Парафейник, В.В. Петров, Е.М. Меша, А.Д. Токарев ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе г. Сумы, Украина

ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБОКОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ

Аннотация: Рассмотрены шумовые характеристики газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц с газотурбинным приводом авиационного и судового типа мощностью 6,325 МВт, созданного на основе двигателей НК-12СТ, НК-16СТ, Д-336-1/2, ДТ71П и других. Показано влияние конструктивных особенностей систем шумоглушения на шумовые характеристики агрегатов.

Газоперекач, вающ, й агрега2, газо2урб, нный пр, вод, , с2очн, к, шума, акус2, ческое , злучен, е, звукова мощнос2ь, шумоглушен, е

Проблема обеспечения экологической безопасности по шуму турбокомпрессорных агрегатов (ТКА) природного газа типа ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16 мощностью 6,3 и 16 МВт, соответственно, является весьма актуальной как в связи с ужесточением действующих нормативных актов в области защиты окружающей среды от вредного акустического воздействия промышленного оборудования, так и в связи с развитием сети крупных компрессорных станций (КС) газовых и нефтяных месторождений, магистральных газопроводов, подземных хранилищ газа и других производств газовой и нефтяной промышленности. В связи с этим по мере расширения областей применения ТКА типа ГПА-Ц как разработчики, так и потребители газотранспортного оборудования еще ранее приступили к анализу их шумовых характеристик и к разработке рекомендаций по их улучшению [1 - 4 и др.].

Данное направление исследований оказывает существенное влияние на решение принципиальных вопросов в процессе проектирования и строительства газотранспортных предприятий, а также конструирования и производства оборудования для их оснащения:

- разработка унифицированных генеральных планов строительства КС;

- выбор компоновочных схем агрегатов и установок на их основе, а также других функциональных элементов в составе КС;

- поиск и реализация конструктивных решений, обеспечивающих в соответствии с нормативной документацией требуемые шумовые характеристики агрегатов на площадке КС.

В настоящее время с учетом конструктивных особенностей ТКА, создаваемых на основе газо-

турбинного привода (ГТП) авиационного и судового типа, рассмотрены основные источники шума (ИШ) в составе агрегатов, их влияние на звуковое поле, и уровни звукового давления (УЗД), полученные расчетным и экспериментальным путем, и сформулированы основные направления решения задач, связанных с экологической безопасностью ТКА по шуму. Вышеизложенное определяет научно-практическую ценность и перспективность проводимых работ.

Агрегаты, выпускаемые ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (далее ОАО) и использующие в качестве привода газотурбинные двигатели (ГТД) мощностью 6,3s25 МВт, являются мощными источниками шумового загрязнения окружающей среды с множеством ИШ различной интенсивности, расположенных на поверхности агрегата. Основными внутренними ИШ являются ГТП и центробежный компрессор (ЦК), а также в отдельных конструкциях агрегатов мультипликатор или редуктор. К внешним ИШ агрегатов можно отнести воздухоочистительное устройство (ВОУ) воздухоприемной системы ГТД, срез шахты выхлопа и ее стенки, стенки и крыши отсеков двигателя и компрессора.

Первыми агрегатами, произведенными ОАО, были газоперекачивающие агрегаты (ГПА) мощностью 6,3 МВт. Звуковая мощность этих агрегатов, определенная по действующим в те годы стандартам, достигала 115 s117 дБА. Исходя из этой мощности [1] и методик расчета распространения звука на местности, в отдельных случаях приходилось располагать КС на расстоянии нескольких километров от населенных пунктов. Однако, анализ спадов УЗД, выполненный согласно СНиП II-12-77 для различных расстояний от агрегатов, показал, что

© В.Н. Довженко, В.П. Парафейник, В.В. Петров, Е.М. Меша, А.Д. Токарев 2006

г.

наблюдается постоянное превышение расчетных данных над полученными экспериментально на ЮэЗО дБ для различных типов агрегатов и расстояний от них. Методика расчета спадов УЗД не могла дать столь значительной погрешности расчетов. Получаемая погрешность расчетов спадов УЗД была связана с некорректностью определения звуковой мощности агрегатов, а именно, сильным влиянием ближнего поля вблизи от ГПА и наличием значительного количества ИШ различной интенсивности на поверхности ГПА. Поэтому экспериментально определяемая звуковая мощность являлась завышенной. В связи с этим специалистами ОАО совместно с Институтом строительной физики (НИИ СФ г. Москва) и Балтийским ГТУ (г. С.-Петербург) был разработан и введен в действие с 1.07.1992 г. ГОСТ 12.2.16.4 [5], входящий в комплекс стандартов ГОСТ 12.2.16.1-ГОСТ12.2.16.5 по определению шумовых характеристик различного компрессорного оборудования. Ниже будет проведен анализ спадов УЗД для различных расстояний для некоторых конструкций агрегатов с ГТП, полученных расчетом и экспериментально.

Необходимо отметить, что в 70-х годах прошлого столетия, когда ОАО начало выпускать свои первые агрегаты с ГТД, высоких требований к ГПА по шуму не предъявлялось. В дальнейшем, в связи с ростом требований к обеспечению экологической безопасности с ГТП требования к их шумовым характеристикам (ШХ) значительно возросли. Для решения этой проблемы необходимо было в первую очередь повысить эффективность шумоглуше-ния на всасывании и выхлопе ГТД. Во-вторых, улучшить звукоизоляцию стенок контейнеров и, в-третьих, снизить шум различных ИШ, находящихся на поверхности агрегата, в частности, вентиляторов, которые во многом определяют ближнее звуковое поле агрегата.

Решение проблемы шума на всасывании и выхлопе ГТД решалось путем выбора наиболее целесообразной конструкции пластин шумоглушителем (их геометрии и расположения в пакете). В качестве звукопоглощающего материала в шумоглушителях используется базальтовое супертонкое волокно.

Улучшение звукоизоляции стенок контейнера агрегатов было достигнуто путем устранения неплотностей прилегания панелей и дверей контейнера к каркасу, улучшения технологии изготовления панелей и каркасов контейнера. В настоящее время контейнеры агрегатов имеют, как правило, сплошные стенки, исключающие возможность появления неплотностей.

Дальнейшее улучшение ШХ агрегатов связано с созданием агрегатов на основе судовых двигателей ДГ 90. На этих двигателях впервые был применен звукоизолирующий капот, используемый одновременно для подачи охлаждающего возду-

ха к ГТД. Установка этого кожуха внутри отсека двигателя позволила снизить уровень шума в отсеке со 115... s 118 дБ до 89.. .э91 дБ. Это позволило значительно снизить металлоемкость конструкции контейнера двигателя, т.к. необходимость в обеспечении высокой звукоизоляции от шума, распространяющего от ГТД, отпала. Аналогичные конструкции кожухов применяются в настоящее время и в новых компоновочных решениях агрегатов с авиационными ГТД.

Снижение шума вентиляторов первоначально решалась путем установки на них шумоглушителей. Это достаточно простое решение проблемы значительно усложнило конструкцию блоков маслоохладителей, где в основном и применялись вентиляторы, и затрудняло их эксплуатацию. В связи с этим в дальнейшем были разработаны вентиляторы с улучшенными на 4.. .э6 дБ характеристиками, которые получили широкое применение в агрегатах типа ГПА-Ц.

Все вышеперечисленные меры по улучшению безопасности по шуму ГТД агрегатов обеспечили уровни звука около контейнера в пределах 80-82 дБА. Основной проблемой по снижению шума осталась проблема, связанная с излучением шума технологическими трубопроводами и станционным оборудованием на КС. Именно они и определяют ШХ агрегатов в ближнем звуковом поле.

На рис.1 представлены результаты улучшения ШХ агрегатов типа ГПА-Ц-6,3, достигнутые как за счет совершенствования системы шумоглушения агрегата, так и за счет применения более точного метода определения звуковой мощности ГПА [4].

Правильность определения звуковой мощности для крупногабаритных ИШ, имеющих на своей поверхности значительное количество источников различной интенсивности, подтверждается приведенными на рис. 2 графиками спадов УЗД на различных расстояниях от контейнеров агрегатов. Для агрегатов типа ГПА-Ц-16 уровни звуковой мощности (УЗМ) определены по ГОСТ 12.1.028, для агрегатов типа ГПА-Ц-25 по новому ГОСТ 12.2.16.4. Следует отметить хорошее совпадение экспериментальных данных по спадам УЗД на различных расстояниях от агрегатов, не превышающее 3 дБ (кривые 2-4, рис. 2), а также расчетных и экспериментальных данных при определении УЗД на различных расстояниях от агрегата типа ГПА-Ц-25. Расчет этих УЗД проводился по звуковой мощности, определенной в соответствии с ГОСТ 12.2.16.4.

Для определения ШХ агрегатов на стадии проектирования было разработано с учетом методов геометрической акустики и требований ГОСТ 12.2.16.4 специальное программное обеспечение. Исходными данными являются ШХ источников шума как внутренних, так и внешних, и шумопог-лощающие и звукоизолирующие характеристики

¡ЭБЫ1727-0219 Вестник двигателестроения № 3/2006 — 4у —

комплексной системы шумоглушения. Например, максимальное расхождение между расчетными и экспериментальными уровнями звуковой мощности во всех октавных полосах частот для агрегата типа ГПА-Ц-25 не превышали 3дБ.

Выпускаемые в настоящее время блочно-кон-тейнерные агрегаты имеют звуковую мощность 103...эЮб дБА, а агрегаты и энергоблоки, размещенные в здании индустриального типа, 98..^100 дБА. Дальнейшее улучшение ШХ агрегатов с ГТП может быть достигнуто за счет увеличения эффективности шумоглушения, снижения шума в источнике и трубопроводной обвязке ГПА. Особое внимание следует обратить на арматуру, входящей в состав трубной обвязки.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Разработанная методика определения звуковой мощности крупногабаритных ИШ и внедренная ГОСТом 12.2.16.4 позволила с большей точностью определять шумовые характеристики собственно ИШ и УЗД на различных расстояниях от них.

2. Выполненная модернизация системы шумоглушения агрегатов с газотурбинным приводом позволила улучшить шумовые характеристики агрегатов на 75...10 дБ.

3. Улучшение шумовых характеристик агрегатов с газотурбинным приводом может быть достигнуто на основе комплексного подхода - путем снижения шума основных ИШ (ГТД, компрессор, вентиляторы, запорная и регулирующая арматура); дальнейшим совершенствованием системы шумог-лушения агрегата, улучшением компоновки и звукоизоляции технологической трубопроводной обвязки агрегатов с газотурбинным приводом.

Литература

1. Васильев Ю.Н., Терехов А.Л., Завражная О.Н. Распространение шума газоперекачивающих агрегатов с авиационным приводом на местности / Экспресс-информация «Транспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве», №7 -

ВНИИ Эгазпром. - М., 1983. -С.7-13.

2. Завражная О.Н., Олейников И.Н., Петров В.В. Определение шумовых характеристик газотранспортного оборудования блочного типа // Тезисы докладов IX Международной науч.-техн. конф. по компрессоростроению. - ЗАО « НИИтурбокомпрес-сор». - Казань. - 1993. - С. 93-94.

3. Лапко О.Я., Петров В.В. Методы расчета и измерения шумовых характеристик газоперекачивающих агрегатов на территории и в помещениях промышленных предприятий // Нафта i газ Укра'ни - 96: ма-терiали науково-практ. конф. (Хармв, 14-16 травня 1996 р.). - Хармв: УНГА, 1996. - Т. 3. -С. 91 -93.

4. Довженко В., Парафейник В., Петров В. Обеспечение экологической безопасности по шуму агрегатов типа ГПА-Ц // Газотурбинные технологии. - 2002 г. - №(17). - с. 40-44.

5. ГОСТ 12.2.16.4. Метод определения шумовых характеристик стационарных компрессорных установок.- М., Изд. стандартов, 1991. - С. 9.

Поступила в редакцию 25.07.06 г.

Рецензент: вице-президент концерна « Укрросме-толл» к.т.н. Лавренко А.М.

Рис. 2 - Уровни звука, создаваемые агрегатами на различных расстояниях от их звукоизлучающих поверхностей: 1 - агрегат ГПА-Ц-16/76, расчёт (определение УЗМ по ГОСТ 12.1.028);2 - агрегат ГПА-Ц-16/76, эксперимент; 3 - агрегат ГПА-Ц-25/76, расчёт (определение УЗМ по ГОСТ 12.2.16.4); 4 - агрегат ГПА-Ц-25/76, эксперимент

140 130 120 110 100 90 80

ДБ

1 2

о / 3

4 —

Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Рис. 1 - Уровни звуковой мощности агрегатов типа ГПА-Ц-6,3 с одно- и двухступенчатыми глушителями на всасывании и выхлопе: 1 - ГПА-Ц-6,3/56 с одноступенчатыми глушителями (определение УЗМ по ГОСТ 12.1.028); 2 -ГПА-Ц-6,3/56 с двухступенчатыми глушителями (определение УЗМ по ГОСТ 12.1.028); 3 - ГПА-Ц-6,3/56 с двухступенчатыми глушителями (определение УЗМ по ГОСТ 12.2.16.4); 4 - ГПА-Ц-6,3/76 с двухступенчатыми глушителями, вентиляторами пониженной шумности и звукоизолирующим капотом на ГТД (определение УЗМ по ГОСТ 12.2.16.4).

Анота^я: Розглянут'1 шумов характеристики турбокомпресорних агрегат ie з газотурб'1н-ним приводом авiацiйного i суднового типу потужнiстю 6,3-25 МВт, створеного на основ i двигун ie НК-12СТ; НК-16СТ; Д-336-1/2; ДТ71П та iнших. Показаний вплив конструк-тивних особливостей систем шумоглушiння на екологiчну безпеку по шуму агрегат'в, що знаходяться в експлуатацИ

Abstract: Noise characteristics of gas transfer turbocompressor packages GPA-C of 6,3 ч 25 MW power driven by gas turbines of air craft and marine types on the basis of NK-12ST; NK-16ST; D-336-1/2; DT71P and others are presented. It is shown influence of noise silence systems design upon noise ecological safety of turbocompressor packages operation.

ISSN 1727-0219 Вестник двигателестроения № 3/2006

45

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.