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

Глушители активного типа - 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

Схема трубчатого глушителя
Рис. 3-1. Схема трубчатого глушителя
1 — корпус; 2— ЗПМ; 3— перфорированное покрытие
характеристика затухания в трубчатом глушителе
Рис. 3-2. Обобщенная характеристика затухания в трубчатом глушителе длиной три калибра

Активные глушители имеют множество различных модификаций. Наиболее простым является трубчатый глушитель, который представляет собой участок трубопровода круглого пли прямоугольного сечения с облицованными звукопоглощающим материалом стенками (рис. 3-1). Перфорированное звукопроницаемое покрытие служит для сохранения формы канала и предотвращения выдувания звукопоглощающего материала потоком. Для дополнительной защиты материала от выдувания могут использоваться стеклоткани, сетки или пленки, которые должны удовлетворять требованию высокой звукопрозрачности.
Затухание в трубчатом глушителе в децибелах приближенно может оцениваться по формуле Белова [1]:
(3-3)
где П — периметр проходного сечения, м; / — длина глушителя, м; S — площадь проходного сечения, м2; α'κη — эквивалентный коэффициент поглощения облицовки, зависящий от действительного коэффициента поглощения а' следующим образом:

Для трубчатых глушителей с внутренним диаметром D выражение (3-3) принимает вид:
(3-4)
В целом, затухание в трубчатых глушителях пропорционально числу калибров глушителя К™ — //Dr:
(3-5)
где D —45/ГГ — гидравлический диаметр проходного сечения, м.
Выражение (3-3) получено исходя из равномерного распределения плотности звуковой энергии по поперечному сечению глушителя. Однако на частотах выше граничной частоты, на которой внутренний поперечный размер глушителя равен половине длины волны, звуковое поле становится уже не равномерным по сечению, особенно при высоком коэффициенте звукопоглощения облицовки. При этом возникает «лучевой эффект» — осевой пучок звуковой энергии, на который облицовка глушителя оказывает сравнительно слабое воздействие, и величина затухания уменьшается.

Η. Ф. Егоровым разработан инженерный метод расчета трубчатых глушителей с поперечными размерами от 0,1 до 1 м, облицованными рыхловолокнистыми материалами типа матов из капронового волокна марки ВТ-4 и ВТ-4С с толщиной слоя 50 мм [21]. Согласно этой методике обобщенная характеристика затухания в трубчатых глушителях длиной три калибра с толщиной облицовки 50 мм в зависимости от безразмерной частоты — отношения f/fm имеет вид, показанный на рис 3-2. Характеристическая частота /т в герцах определяется эмпирической формулой:
(3-6)
где Dp — гидравлический диаметр проходного сечения глушителя, м; d — толщина звукопоглощающей облицовки, м.
Отклонение экспериментальных значений от обобщенной частотной характеристики для глушителей длиной в три калибра в большинстве случаев не превышает ±4 дБ. Наибольшее поглощение при характеристической частоте fm составляет в среднем 25 дБ. Обобщенная частотная характеристика имеет подъем от низких частот до характеристической частоты fm, а затем несколько более плавный спад, который обусловлен проявлением «лучевого эффекта».

Затухание (дБ/м) в трубчатых глушителях с толщиной облицовки 100 мм

Таблица 8-1

Затухание не постоянно по длине глушителя. Наибольшее значение затухание имеет на начальном участке глушителя из-за влияния волновых мод высоких номеров. По данным [21], наибольшее затухание для трубчатых глушителей — на первых трех калибрах, а затем затухание уменьшается. Поэтому экономически выгодно использовать сравнительно короткие трубчатые глушители длиной около трех калибров.
Схема пластинчатого глушителя
Рис. 3-3. Схема пластинчатого глушителя

Экспериментально определенное значение затухания в децибелах на 1 м длины трубчатых глушителей с различным поперечным сечением при толщине облицовки 100 мм и скорости потока не более 15 м/с приведено в табл. 3-1 [18].
Как видно из представленных в табл. 3-1 данных, в целом глушители трубчатого типа могут быть эффективно использованы для заглушения звука в трубопроводах небольшого диаметра. Для энергоустановок с большегабаритными газовоздуховодами применение трубчатых глушителей не дает существенного эффекта и целесообразно лишь при малой величине требуемого затухания.
Для увеличения затухания в газовоздуховодах больших размеров прибегают к равномерному распределению звукопоглощающего материала по проходному сечению. Этот принцип использован в пластинчатом глушителе (рис. 3-3).
Пластинчатый глушитель представляет собой ряд параллельных щитов со звукопоглощающим материалом, разбивающих газовоздуховод на ряд параллельных каналов. Боковые стенки щитов (пластин) выполняются из перфорированных листов или сеток, прозрачных для звуковых волн. Толщина пластин 2d\ и расстояние между ними 2do одинаковы по всему сечению канала. Исключение составляет расстояние между крайними пластинами и корпусом глушителя, которое равно половине расстояния между другими пластинами d0. В некоторых случаях используют схему глушителя с расположением крайних пластин вплотную к стенкам корпуса, но при этом толщина пластин должна быть равна половине толщины других пластин d\. Такие условия на геометрические размеры пластинчатого глушителя накладываются исходя из требования обеспечения одинакового затухания звука в каждом канале глушителя.
Формула Белова (3-3) для оценки затухания звука в пластинчатом глушителе принимает вид:
(3-7)

Таблица 3-5
Затухание (дБ/м) в пластинчатых глушителях


Звукопоглощающая конструкция

Толщина пластины 2d\, м

Расстояние
между
пластинами
2d0, м

Проход
ное
сечение.
%

Среднегеометрическая частота октавной полосы. Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

Волокно супертонкое стеклянное или базальтовое, рср = 25 кг/м3 в оболочке из стеклоткани марки Э-0,1 и перфорированного металлического листа

100

50

23

4

10

20

30

36

42

40

30

100

50

1,7

5,2

11,3

17,6

19.2

21,2

16,3

10.3

150

75

33

4,4

9,4

14,8

19,4

26,1

25

16,4

8,4

150

50

1,9

5

10,3

12,2

14

16,4

11

5.4

200

200

50

2,4

5,6

8,2

10,5

12,5

11

5,6

2,3

300

67

1,4

3

4,5

6,1

6,8

4

1,8

0,8

400

160

25

8,5

14

12

17

19

23

16

7,2

200

33

5,8

9,7

8,8

11,8

14,8

14,7

7,4

4,1

400

50

4

5,5

4

7

8

6

3

1.5

800

67

2,3

2,9

2,2

2,3

2,1

1,5

0,7

0,6

Полужесткие минераловатные плиты, рср =100 кг/м3, в оболочке из стеклоткани Э-0,1 и перфорированного металлического листа

100

50

33

2

6

16

30

42

40

30

16

100

50

1,5

4

10

15

20

17

12

7

200

100

33

3

7

10

20

28

29

25

8

200

50

1

4

7,8

12

15

13

6

1.5

400

67

1

2

5

7

7

4

1

0

400

200

33

4

8

12

15

15

13

10

2

600

200

25

6,5

9

14

16

11

7,5

0

0

300

33

5,5

7

10

10

8

3,5

1

0

где аэкв — эквивалентный коэффициент поглощения набивки пластин; 2do— расстояние между пластинами, м; 1 —  длина пластин, м.
Как видно из (3-7) затухание в пластинчатом глушителе пропорционально его длине и обратно пропорционально расстоянию между пластинами. Однако пользоваться формулой (3-7) для количественного расчета затухания в пластинчатых глушителях не рекомендуется ввиду целого ряда ограничений, на которые было уже указано при рассмотрении трубчатых глушителей. Более подробно методика расчета затухания в глушителях пластинчатого типа будет изложена в гл. 4 и 5.
Сотовый глушитель
Рис. 3-4. Сотовый глушитель

В табл. 3-2 приведены экспериментально определенные значения затухания для некоторых пластинчатых глушителей при скорости потока не более 15 м/с [18].
Как видно из табл. 3-2, эффективность пластинчатых глушителей довольно высока. Значение затухания зависит не только от расстояния между пластинами, но и от толщины самой пластины. При неизменном расстоянии между пластинами 2do с увеличением толщины пластины 2d[ область максимального затухания смещается в сторону более низких частот.
Для достижения сильного затухания в области высоких частот при сохранении постоянного проходного сечения необходимо применять тонкие пластины, расположенные более часто. Кроме хорошей акустической эффективности, глушители пластинчатого типа просты в конструктивном отношении и удобны для монтажа, что определило их широкое использование в технике борьбы с шумом.
Глушителем с пространственным распределением звукопоглотителя  в газовоздушном тракте является также глушитель сотового типа, поперечное сечение которого показано на рис. 3-4. Эти глушители можно рассматривать как ряд параллельных трубчатых глушителей прямоугольной формы, уложенных вплотную в сечении газовоздуховода. Затухание звука в сотовом глушителе равно затуханию звука в отдельной ячейке и может быть оценено по выражениям (3-3) — (3-5) и по экспериментальным данным (табл. 3-1). Хотя эффективность сотовых глушителей довольно высока, они не нашли широкого применения ввиду большей конструктивной сложности по сравнению с глушителями пластинчатого типа.

К пространственным глушителям относятся и глушители с цилиндрическими звукопоглотителями, которые представляют собой круглый или прямоугольный канал из нескольких вертикальных секций с рядами подвешенных параллельных звукопоглощающих цилиндров. Стенки вертикальных секций могут быть облицованы звукопоглощающим материалом. Поверхность цилиндрического звукопоглотителя, диаметр которого составляет 200 мм, выполняется из нержавеющей сетки при сыпучем наполнителе или из перфорированного листа при волокнистом наполнителе. Звукопоглощающие цилиндры размещаются равномерно по сечению глушителя так, чтобы не было излишних зазоров у поверхности вертикальных секций. Наиболее часто в качестве звукопоглощающего наполнителя для цилиндров используют мелкофракционный керамзит с размерами гранул 3—7 мм. Причем набивку керамзита производят с уплотнением на вибраторе.
Глушители с цилиндрическими звукопоглотителями не обладают особо высокой эффективностью на 1 м длины и простотой конструктивного исполнения, но их преимуществом является надежная работа в условиях высоких температур газа, воздействия воды, пара, вибраций и потока газа. Такие глушители нашли применение для глушения шума выхлопа турбореактивных двигателей в испытательных боксах. Диаметр поперечного сечения глушителей составляет от 1,4 до 7,2 м в зависимости от требуемой пропускной способности, а длина от 8 до 10 м.
Экспериментально определенная эффективность глушителей с цилиндрическими звукопоглотителями при скорости газовоздушного потока 20—25 м/с и исходных общих уровнях около 165 дБ приведена в табл. 3-3 [16].

Таблица 3-3
Эффективность (дБ) вертикальных глушителей с цилиндрическими звукопоглотителями


Тип
глуши
теля

Внутренний
диаметр,
м

Проходное
сечение,
мг

Длина
цилиндров,
м

Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

СВ-1

2,5

2,5

6

19

22

36

46

49

51

53

53

СВ-2

3,5

5,5

6

19

22

36

46

49

50

50

50

СВ-3

5,0

12,0

8

29

34

47

42

42

49

51

51

СВ-4

7,0

19,0

8

25

32

33

38

39

39

41

43

Примером глушителя активного типа является также горизонтальный (а) и вертикальный (б) глушители с насыпным поглотителем (рис. 3-5) [18]. В качестве насыпного материала могут использоваться керамзитовый или строительный гравий, щебенка или другой зернистый материал. В горизонтальном глушителе поглотитель 1 насыпают на дно канала между перегородками, создавая слой переменной толщины волнообразной формы и покрывая его сверху рядом крупных камней для защиты от выдувания.

Глушители с насыпным поглотителем
Рис. 3-5. Глушители с насыпным поглотителем
Частотные характеристики глушителей с насыпным поглотителем
Рис. 3-6. Частотные характеристики глушителей с насыпным поглотителем

В вертикальном глушителе поглотитель 1 из керамзитового гравия диаметром 15—30 мм заключен в перфорированную колонну с коэффициентом перфорации не менее 20%, которая может быть постоянного (рис. 3-5, б) или переменного сечения Частотные характеристики эффективности горизонтального (а) и вертикального (б) глушителей с насыпным поглотителем приведены на рис. 3-6. Преимуществом горизонтального глушителя с насыпным поглотителем является значительная (более 30 дБ) эффективность во всем звуковом диапазоне частот и высокая пропускная способность за счет увеличения ширины канала. Однако его размеры весьма велики и составляют более 30 м в длину. Вертикальный глушитель имеет меньшие размеры, однако его акустическая эффективность значительно ниже, и, кроме того, он имеет большее гидравлическое сопротивление и малую пропускную способность по сравнению с горизонтальным глушителем.

Глушители с насыпным поглотителем используют в авиапромышленности для снижения шума выхлопа горячих газов аэродинамических установок с большим расходом.
Другим видом глушителей активного типа являются экранные или концевые глушители в виде щитов, облицованных звукопоглощающим материалом, устанавливаемых на некотором расстоянии от концов газовоздуховодов. Форма щитов может быть разнообразная — плоская, цилиндрическая или сферическая. Теоретические методы определения эффективности глушителей экранного типа еще не полностью разработаны.
Проведенные Е. Я. Юдиным экспериментальные исследования круглого экранного глушителя диаметром d3 = 0,36 м с толщиной облицовки 0,1 м, установленного напротив выхлопного отверстия диаметром 0,18 м, позволили получить следующие качественные выводы [22]:

  1. экранный глушитель не эффективен в области очень низких частот (da/λ  < 0,2) и эффективен на частотах, где выполняется условие da/λ > 1;
  2. снижение шума экранным глушителем неравномерно по направлению. Для плоского экрана наибольшее снижение имеет место под углом 15° к оси глушителя;
  3. заглушение возрастает при уменьшении расстояния между экраном и трубопроводом, однако это ведет и к увеличению гидравлического сопротивления. Так, при расстоянии экрана от отверстия, равном 0,5 d3, уменьшение звуковой мощности не превышает 11 дБ, а при очень малом расстоянии, равном 0,1 d3, не превышает 16 дБ. Влияние изменения расстояния уменьшается при увеличении относительного диаметра экрана;
  4. применение экрана со звукопоглощающей облицовкой приводит к повышению затухания в области частот f  > сп/(4б), где с„ — скорость звука в поглотителе, м/с, δ — толщина облицовки, м;
  5. наиболее эффективны экранные глушители, снабженные облицованным цилиндрическим участком, который обеспечивает поворот потока на 180° и прохождение его в кольцевом облицованном канале.

Экранные глушители могут применяться при небольшом требуемом снижении шума — порядка 10 дБ или в качестве дополнительного глушителя к основному. При этом необходимо иметь в виду, что экранные глушители могут вносить значительное гидравлическое сопротивление потоку.
К глушителям активного типа можно отнести также и облицованные ЗПМ колена и повороты. Наиболее полные данные о затухании звука в прямоугольных поворотах на 90° и 180° имеются в [3]. За счет изменения направления движения звуковых волн эффективность прямоугольных поворотов по сравнению с трубчатым глушителем на высоких частотах, где сильно проявляется «лучевой эффект», может возрасти до 20 дБ. Однако для газовоздушных трактов энергетических машин стремятся к использованию плавных колен и поворотов с целью снижения гидравлического сопротивления потоку. При этом резко снижается акустическая эффективность, и для плавного поворота на 90° с расстоянием между стенками от 0,3 до 1,6 м она не превышает 5—8 дБ даже на высоких частотах [18].
Из рассмотренных типов активных глушителей наиболее подходящими для снижения шума в газовоздушных трактах энергетического оборудования являются трубчатые глушители при малых размерах газопроводов и пластинчатые глушители при больших проходных сечениях, которые сочетают высокую акустическую эффективность с хорошими аэродинамическими качествами, технологичностью в производстве и монтаже, а также с относительно невысокой стоимостью.



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