Стартовая >> Архив >> Генерация >> Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок

Общие методы уменьшения шума на энергопредприятиях - Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок

Оглавление
Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок
Акустические определения
Аппаратура для измерения и анализа шума
Вопросы нормирования уровней шума
Источники шума на паротурбинных электростанциях
Шум газотурбинных установок
Общие методы уменьшения шума на энергопредприятиях
Характеристики глушителей и звукопоглощающих материалов
Глушители активного типа
Реактивные глушители шума
Физико-механические свойства звукопоглощающих материалов
Акустические характеристики звукопоглощающих материалов
Моделирование каналовых глушителей
Выбор звукопоглощающего материала и защитного покрытия для облицовки каналов
Влияние геометрических размеров канала на характеристики затухания
Влияние концевых эффектов и гидравлический расчет глушителя
Акустический расчет глушителя
Глушители шума дутьевых машин
Глушители шума для газовых турбин
Глушители на выбросе пара
Список литературы

мощный глущитель электроустановки

В связи с тем, что на современных электростанциях шум, как правило, превышает допустимые уровни, в последние годы широко развернулись работы по шумоглушению.
Известны три основных метода уменьшения производственного шума: снижение шума в самом источнике; снижение шума на путях его распространения; архитектурно-строительные и планировочные решения.
Метод уменьшения шума в источнике его возникновения заключается в усовершенствовании конструкции источника, в изменении технологического процесса. Наиболее эффективно применение этого метода при разработке нового энергооборудования. Рекомендации по снижению шума в источнике даны в § 2-2.
Для звукоизоляции различных помещений электростанции (особенно машинного и котельного залов) как наиболее шумных используют строительные решения: утолщение наружных стен зданий, применение окон со сдвоенными стеклами, пустотелых стеклянных блоков, двойных дверей, многослойных акустических панелей, уплотнение окон, дверей, проемов, правильный выбор мест забора и выпуска воздуха вентиляционных установок. Необходимо также обеспечивать хорошую звукоизоляцию между машинным залом и подвальными помещениями, тщательной заделкой всех отверстий и проемов.
При проектировании машинного зала избегают небольших помещений с гладкими, непоглощающими звук стенами, потолком, полом. Обшивка стен звукопоглощающими материалами (ЗПМ) может дать снижение уровня шума приблизительно на 6—7 дБ в средних по величине помещениях (3000—5000 м3). Для больших помещений экономичность этого метода становится спорной.
Некоторые авторы, такие как Г. Кох и X. Шмидт (ФРГ), а также Р. Френч (США), считают, что акустическая обработка стен и потолков помещений станций мало эффективна (1—2 дБ). Данные же, опубликованные энергетическим управлением Франции (ЭДФ), говорят о перспективности этого метода шумоглушения. Обработка потолков и стен в помещениях котельных на электростанциях Сен-Депи и Шеневье позволила получить снижение звука на 7—10 дБ А.
На станциях часто сооружают отдельные звукоизолированные помещения щитов управления, уровень звука в которых не превышает 50—60 дБ А, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 12.1.003—76. Обслуживающий персонал проводит в них 80—90% рабочего времени.
Иногда в машинных залах устанавливают акустические кабины для размещения обслуживающего персонала (дежурные электрики и др.). Эти звукоизолирующие кабины представляют собой самостоятельный каркас на опорах, к которому прикрепляют пол, потолок, стены. Окна и двери кабины должны иметь повышенную звукоизоляцию (двойные двери, сдвоенные стекла). Для проветривания предусматривается вентиляционная установка с глушителями на входе и выходе воздуха.
Если необходимо иметь быстрый выход из кабины, ее выполняют полузакрытой, т. е. одна из стенок отсутствует. При этом акустическая эффективность кабины снижается, однако отпадает необходимость в устройстве вентиляции. По данным [9] предельное значение средней звукоизоляции для полузакрытых кабин составляет 12—14 дБ.
Применение отдельных кабин закрытого или полузакрытого типа в помещениях станций можно отнести к индивидуальным средствам защиты обслуживающего персонала от шума. К индивидуальным средствам защиты относятся также различные типы вкладышей и наушников. Акустическая эффективность вкладышей и, особенно, наушников в области высоких частот довольно велика и составляет не менее 20 дБ. Недостатками этих средств является то, что наряду с шумом уменьшается уровень полезных сигналов, команд и т. п., а также возможно раздражение кожного покрова, главным образом, при повышенных температурах окружающей среды. Тем не менее рекомендуется использовать вкладыши и наушники при работе в условиях шума, превышающего допустимые уровни, особенно в области высоких частот. Безусловно, целесообразным является их применение при кратковременных выходах из звукоизолированных кабин или щитов управления в зоны повышенного шума.

Одним из способов снижения шума на путях его распространения в помещениях станций являются акустические экраны. Акустические экраны изготавливаются из тонколистового металла или другого плотного материала, который может иметь звукопоглощающую облицовку с одной или двух сторон. Обычно акустические экраны имеют небольшие размеры и обеспечивают локальные снижения прямого звука от источника шума, не  оказывая существенного влияния на уровень отраженного звука в помещении. При этом акустическая эффективность не очень велика и зависит, главным образом, от соотношения прямого и отраженного звука в расчетной точке. Повышения акустической эффективности экранов можно достичь путем увеличения их площади, которая должна составлять, по крайней мере, 25—30% от площади сечения ограждений помещения в плоскости экрана. При этом эффективность экрана возрастает за счет снижения плотности энергии отраженного звука в экранируемой части помещения. Применение экранов больших размеров позволяет также существенно увеличить число рабочих мест, на которых обеспечивается снижение шума.

Наиболее эффективно применение экранов совместно с установкой на ограждающих поверхностях помещений звукопоглощающих облицовок. Подробное изложение методик расчета акустической эффективности и вопросов проектирования экранов дано в [5] и [18]
Для снижения шума во всем помещении машинного зала установки, излучающие интенсивный звук, закрывают кожухами. Звукоизолирующие кожухи обычно изготавливают из листового металла, облицованного с внутренней стороны ЗПМ. Можно поверхности установок сплошь или частично обшивать звукоизолирующим материалом.
По данным, приведенным американскими специалистами по шумоглушению на Международной конференции по энергетике в 1969 г., полное оснащение турбоагрегатов большой мощности (500—1000 МВт) звукоизолирующими кожухами позволяет уменьшить уровень излучаемого звука на 23—28 дБ А, При помещении же турбоагрегатов в специальные изолированные боксы эффективность возрастает до 28—34 дБ А.
Ассортимент материалов, применяемых для звукоизоляции, весьма широк и, например, для изоляции 143 паровых агрегатов, которые введены в США после 1971 г., распределяется следующим образом: алюминий —30%, листовая сталь — 27%, гелбест—18%, асбоцемент—11%, кирпич—10%, фарфор с наружным покрытием — 9%, бетон — 4%.
В сборных акустических панелях применяются следующие материалы: звукоизолирующие — сталь, алюминий, свинец; звукопоглощающие — пенопласты, минеральная вата, стекловолокно; демпфирующие — битумные компаунды; уплотняющие— резина, замазка, пластмассы.
Широкое применение получили пенополиуретан, стекловолокно, листовой свинец, винил, армированный свинцовым порошком.
Швейцарская фирма ВВС для уменьшения шума щеточного аппарата и возбудителей турбоагрегатов большой мощности покрывает их сплошным защитным кожухом с толстым слоем звукопоглощающего материала, в стенки которого встроены глушители на входе и выходе охлаждающего воздуха.

Конструкция  обшивки обеспечивает свободный доступ к этим узлам для проведения текущего ремонта. Как показали исследования этой фирмы, звукоизолирующий эффект обшивки передней части турбины наиболее сильно проявляется на высоких частотах (6— 10 кГц), где он составляет 13—20 дБ, на низких частотах (50— 100 Гц) он незначителен — до 2—3 дБ.
Уровни звукового давления на расстоянии 1 м
Рис. 2-10. Уровни звукового давления на расстоянии 1 м от корпуса ГТУ типа ГТК-10-З
1— с декоративным кожухом; 2— со снятым корпусом

Особенно большое внимание надо уделять звукоизоляции на энергопредприятиях с газотурбинными приводами. Расчеты указывают, что на газотурбинных электростанциях размещение газотурбинных двигателей (ГТД) и компрессоров наиболее экономично в индивидуальных боксах (если число ГТД меньше пяти). При размещении в общем здании четырех ГТД строительная стоимость здания на 5% выше, чем при использовании индивидуальных боксов, а при двух ГТД разница в стоимости составляет 28%· Поэтому, когда установок больше пяти экономичнее размещать их в общем здании. Например, фирма «Вестингауз» устанавливает пять газовых турбин типа 501 -АА в одном акустически изолированном здании.

Обычно для индивидуальных боксов используются панели листового металла, с внутренней стороны которых находится звукопоглощающая облицовка. Звукопоглощающая облицовка может быть выполнена из минеральной ваты или минераловатных полужестких плит в оболочке из стеклоткани и покрывается со стороны источника шума перфорированным листом или металлической сеткой. Панели между собой соединяются болтами, в месте стыков — упругие прокладки.
Весьма эффективны применяемые за рубежом многослойные панели из внутреннего стального перфорированного и наружного свинцового листов, между которыми помещается пористый звукопоглощающий материал. Применяются также панели с многослойной внутренней облицовкой из слоя винила, армированного свинцовым порошком и расположенного между двумя слоями стекловолокна — внутреннего, толщиной 50 мм, и наружного, толщиной 25 мм.
Однако даже простейшие декоративно-звукоизолирующие обшивки дают существенное уменьшение шумового фона в машинных залах. На рис. 2-10 приведены уровни звукового давления в октавных полосах частот, измеренные на расстоянии 1 м от поверхности декоративного кожуха газоперекачивающего агрегата типа ГТК-10-3. Для сравнения там же приведен спектр шума, измеренный при снятом кожухе в тех же точках. Видно, что эффект кожуха из стального листа толщиной 1 мм, облицованного внутри стекловолокном толщиной 10 мм, составляет 10— 15 дБ по высокочастотной области спектра. Измерения производились в цехе, построенном по типовому проекту, где установлено 6 агрегатов ГТК-10-3, закрытых декоративной обшивкой.
Общей и весьма важной проблемой для энергопредприятий любого типа является звукоизоляция трубопроводов. Трубопроводы современных установок образуют сложную протяженную систему с громадной поверхностью тепло- и звукоизлучения.
Звукоизоляция газопровода на ТЭС
Рис. 2-11. Звукоизоляция газопровода на ТЭС «Кирхлеигери»: а — схема изоляции; б — компоненты многослойной панели
1— металлическая обшивка из листовой стали; 2— маты из каменной шерсти толщиной 20 мм; 3— алюминиевая фольга; 4— многослойная панель толщиной 20 мм (масса I м2 равна 10,5 кг); 5— битумизироваиный войлок;      6— слои теплоизоляции; 7— слой пенопласта

Особенно это касается электростанций с комбинированным циклом, имеющим подчас сложную разветвленную сеть трубопроводов и систему шиберов.

Для уменьшения шума трубопроводов, транспортирующих сильно возмущенные потоки (например, на участках за редукционными клапанами), может быть рекомендована усиленная звукоизоляция, показанная на рис. 2-11.
Звукоизолирующий эффект такого покрытия составляет около 30 дБ А (снижение уровня звука по сравнению с «голым» трубопроводом) .
Для облицовки трубопроводов большого диаметра применяется многослойная теплозвукоизоляция, которая укрепляется с помощью ребер и крючков, привариваемых к изолируемой поверхности.
Изоляция состоит из слоя мастичной совелитовой изоляции толщиной 40—60 мм, поверх которого укладывается проволочная панцирная сетка толщиной 15—25 мм. Сетка служит для укрепления совелитового слоя и создания воздушной прослойки. Внешний слой образуется минераловатными матами толщиной 40—50 мм, поверх которых наносится слой асбоцементной штукатурки толщиной 15—20 мм (80% асбеста 6—7 сорта и 20% цемента марки 300). Этот слой закрывается (оклеивается) какой-либо технической тканью. При необходимости поверхность окрашивается. Подобный способ звукоизоляции с использованием ранее имевшихся элементов теплоизоляции позволяет заметно уменьшить шум. Дополнительные расходы, связанные с введением новых элементов звукоизоляции, по сравнению с обычной теплоизоляцией незначительны.
Как уже отмечалось, наиболее интенсивен аэродинамический шум, возникающий при работе вентиляторов, дымососов, газотурбинных и парогазовых установок, сбросных устройств (линий продувки, предохранительные линии, линии антипомпажных клапанов компрессоров ГТУ). Сюда же можно отнести и РОУ.

Для ограничения распространения такого шума по потоку транспортируемой среды и выхода его в окружающую атмосферу применяются шумоглушители. Глушители занимают важное место в общей системе мероприятий по снижению шума на энергопредприятиях, ибо через заборные или сбросные устройства звук из рабочих полостей может непосредственно передаваться в окружающую атмосферу, создавая наибольшие уровни звукового давления (по сравнению с другими источниками звукоизлучения). Также полезно ограничивать распространение шума по транспортируемой среде, чтобы предупредить чрезмерное проникновение его через стенки трубопровода наружу путем установки глушителей шума (например, участок трубопровода за редукционным клапаном).
На современных мощных паротурбинных блоках шумоглушители ставятся на всасе дутьевых вентиляторов. При этом падение давления строго лимитируется верхним пределом порядка 50-f-100 Па. Требуемая эффективность этих глушителей составляет по эффекту установки обычно от 15 до 25 дБ на участке спектра 200—1000 Гц.
Так, на ТЭС «Робинсон» (США) мощностью 900 МВт (два блока по 450 МВт) для уменьшения шума дутьевых вентиляторов, производительностью 832 000 м3/ч, установлены глушители на всасе. Глушитель состоит из корпуса (стальные листы толщиной 4,76 мм), в котором расположена решетка звукопоглощающих пластин. Корпус каждой пластины выполнен из перфорированных листов оцинкованной стали. Звукопоглощающий материал — минеральная вата, защищенная стеклотканью.
Фирма «Копперс» производит стандартные шумоглушащие блоки, используемые в глушителях шума вентиляторов, применяемых для просушки распыленного угля, подачи воздуха к горелкам котла, вентиляции помещений.
Шум дымососов зачастую представляет значительную опасность, так как по дымовой трубе он может выйти в атмосферу и распространиться на значительные расстояния.
Например, на ТЭС «Кирхленгерн» (ФРГ) уровень звука вблизи дымовой трубы составлял 107 дБ при частоте 500— 1000 Гц. В связи с этим было принято решение — установить в дымовой трубе котельного здания активный глушитель (рис. 2-12). Глушитель состоит из двадцати кулис 1 диаметром 0,32 м, длиной 7,5 м. Учитывая сложность транспортировки и монтажа, кулисы по длине разделены на части, которые соединяются друг с другом и с помощью болтов крепятся к несущей конструкции. Кулиса состоит из корпуса, изготовленного из листовой стали, и поглотителя (минеральная вата), защищенного стеклотканью. После установки глушителя уровень звука у дымовой трубы составил 89 дБ А.
Сложная задача снижения шума ГТУ требует комплексного подхода. Ниже приводится пример комплекса мероприятий по борьбе с шумом ГТУ, существенной частью которого являются шумоглушители в газовоздушных трактах [23].
Для уменьшения уровня шума ГТУ с ТРД «Олимпус 201» мощностью 17,5 МВт был проведен анализ необходимой степени шумоглушения установки. Требовалось, чтобы октавный спектр шума, измеренный на расстоянии 90 м от основания стальной дымовой трубы, не превышал бы ПС-50. Компоновка, представленная на рис. 2-13, обеспечивает ослабление шума всасывания ГТУ различными элементами (дБ):


Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц........................................

63

125 250 500

1000 2000 4000 8000

Уровни звукового давления на расстоянии 90 м от всасывания ГТУ до шумоглушения ...................................................

74

83

87

94

93

90

87

82

Затухание в необлицованном повороте (колене) на 90° ................................

6

7

5

3

3

3

3

3

Затухание в облицованном повороте (колене) на 90°.................................

6

11

10

10

10

10

10

10

Ослабление за счет воздушного фильтра . . . .·.........................................................

 

 

 

 

 

 

1

6

Ослабление за счет жалюзей..............

 

 

 

 

 

 

6

6

Затухание в высокочастотной части глушителя................................................

_

1

3

11

26

38

36

14

Затухание в низкочастотной части глушителя.............................................................

3

8

18

24

20

9

1

_

Уровни звукового давления на расстоянии 90 м после шумоглушения....

59

56

51

46

34

30

30

43

На входе воздуха в ГТУ установлен двухступенчатый глушитель пластинчатого типа со ступенями высоких и низких частот. Ступени глушителя установлены вслед за фильтром очистки циклового воздуха.
На выхлопе ГТУ установлен кольцевой низкочастотный глушитель. Результаты анализа шумового поля ГТУ с ТРД на выхлопе до и после установки глушителя (дБ):


Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц ........

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Уровень звукового давления, дБ: до установки глушителя . . .

76

68

66

64

59

48

40

29

после установки глушителя . .

73

59

45

38

42

41

39

29

Для снижения шума и вибраций газогенератор ГТУ был заключен в кожух, а на входе воздуха в системе вентиляции установлены глушители. В результате шум, замеренный на расстоянии 90 м, составил:

Подобные системы шумоглушения используют для своих ГТУ и американские фирмы «Солар», «Дженерал электрик», японская фирма «Хитачи».
Для ГТУ большой мощности глушители на воздухозаборе зачастую представляют собой весьма громоздкие и сложные инженерные сооружения. Примером может служить система глушения шума на газотурбинной ТЭЦ «Вар» (ФРГ), на которой установлены две ГТУ фирмы «Броун — Бовери» мощностью по 25 МВт.

Установка глушителя в дымовой трубе ТЭС
Рис. 2-12. Установка глушителя в дымовой трубе ТЭС «Кирхленгеря»
Система шумоглушения для промышленной ГТУ
Рис. 2-13. Система шумоглушения для промышленной ГТУ с авиационным ГТД в качестве газогенератора
1— наружное звукопоглощающее кольцо; 2— внутреннее звукопоглощающее кольцо; 3— крышка байпаса; 4 — воздушный фильтр; 5— выхлоп турбины; 6— пластины высокочастотного глушителя на всасывании; 7— пластины низкочастотного глушителя на всасывании

Станция расположена в центральной части населенной зоны. На всасывании ГТУ установлен глушитель, состоящий из трех последовательно расположенных ступеней. Звукопоглощающим материалом первой ступени, предназначенной для глушения шума низких частот, служит минеральная вата, покрытая синтетической тканью и защищенная перфорированными металлическими листами. Вторая ступень аналогична первой, но отличается меньшими зазорами между пластинами. Третья ступень
состоит из металлических листов, покрытых звукопоглощающим материалом, и служит для поглощения шума высоких частот. После установки глушителя, шум электростанции даже в ночное время не превышал норму, принятую для этой местности (45 дБ Л).
Аналогичные сложные двухступенчатые глушители установлены на ряде мощных отечественных установок, например, на Краснодарской ТЭЦ (ГТ-100-750), Невинномысской ГРЭС (ПГУ-200). Описание их конструкции приведено в § 6-2.
Стоимость мероприятий по глушению шума на этих станциях составила 1,0—2,0% общей стоимости станции или около 6% от стоимости самой ГТУ. Кроме того, использование шумоглушителей связано с определенной потерей мощности и к. п. д. Строительство глушителей требует применения больших количеств дорогостоящих материалов и довольно трудоемко. Поэтому особо важное значение приобретают вопросы оптимизации конструкций шумоглушителей, что невозможно без знания наиболее совершенных методов расчета и теоретической базы этих методов.



 
« Разработка усовершенствованной технологии пуска дубль-блоков 300 МВт   Расчет минимального взрывоопасного содержания кислорода в аэровзвесях пыли топлива »
электрические сети