Geum.ru

Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. №1(13) Энергетическое машиностроение

Вид материалаДокументы

Содержание


Lmax= 108 дБ), наименьший шум наблюдается на частотах 31,5 и 8▪10 Гц (L
Подобный материал:

Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. № 1(13)

Энергетическое машиностроение


УДК 621.311


И.Г. Гоголев, А.М. Дроконов, Т.А. Николаева


ГЕНЕРАЦИЯ ШУМА МОЩНЫМИ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ

НАГНЕТАТЕЛЯМИ И МЕТОДЫ ЕГО СНИЖЕНИЯ


Представлены результаты исследования акустических характеристик широкого класса мощных цен­тробежных нагнетателей газа отечественного и зарубежного производства. Приведены технические реше­ния, направленные на снижение шума таких агрегатов.


Для компримирования природного газа на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов широко применяются одно- и двухступенчатые центробежные нагнетатели (ЦБН) . Первые, имеющие степень сжатия в одном агрегате 1,25…1,27, исполь­зуются при последовательной схеме компримирования газа на КС (рис. 1а), вторые - полнонапорные, со степенью сжатия 1,45…1,51- при коллекторной схеме обвязки станции (рис. 1б).




а) б)


Рис. 1. Конструкции нагнетателей: а – 370-18 НЗЛ; б – 2Н-16(2Н-25) ТМЗ

Современная тенденция увеличения мощности и производительности газоперекачивающих агрегатов (ГПА) при одновременном снижении массогабаритных характе­ристик связана с возрастанием динамических нагрузок на отдельные узлы и механизмы установок, что вызывает интенсификацию звукоизлучения в широком диапазоне частот.

В значительной степени это характерно для нагнетателей природного газа, генерирующих высокотональный шум, создаваемый преимущественно процессом течения энергоносителя в лопаточных каналах.

Звуковое давление в ЦБН по своей природе является аэродинамическим и включает вихревой шум и шум от неоднородности потока. Первый связан с вихреобразованием, обусловленным вязкостью реальных жидкостей, второй создается из-за нестационарного обтекания лопаточных венцов. Особой разновидностью последнего является сирен­ный шум, формирующийся в основном при взаимодействии турбулентного следа за ра­бочими лопатками с решеткой диффузора.

Наряду с указанными видами звуковой мощности нагнетатели генерируют шум механического происхождения.

С целью изучения акустических показателей ЦБН на газокомпрессорных станциях было проведено комплексное исследование широкого класса таких машин, что позволит разработать и внедрить при их проектировании и эксплуатации систему высокоэффективных технических решений, обеспечивающих снижение звукового давления, излучаемого энергоблоками КС.

Исследованию были подвергнуты ЦБН отечественного (НЗЛ и ТМЗ) и зарубежного (фирма «Нуово – Пиньони») производства.

Основные технические характеристики ряда исследованных центробежных компрессорных установок приведены в таблице.

Таблица

Характеристики ЦБН для транспорта природного газа


Тип

нагнетателя
Объемная

производительность,

м3/мин
Номинальная частота враще­ния, мин-1
Степень сжатия
Конечное дав­ление на вы­ходе,

МПа

НЗЛ:












260-12-1
258
5300
1,22
5,6

370-14-1
289
5300
1,25
5,66

370-18-2
370
4800
1,25
7,6

520-12-1
425
4800
1,27
5,6

ТМЗ :












Н-300-1,23
260
6150
1,24
5,5

2Н-16-76
415
5100
1,44
7,45

2Н-25-76
585
5650
1,44
7,45

«Нуово- Пиньони» :













PCL-802/24
520
4600
1,51
7,52


Шумовые характеристики исследовались по периферии нагнетателей на расстоянии 1м от звукоизо­лирующей поверхности в октавной полосе частот (ГОСТ 12.1.028-80). Уровень шума ре­гистрировался на мощностном режиме работы энергоблоков = 0,8...1,0 в частотном диапазоне … 8000 Гц.

Среднеквадратический уровень звукового давления (УЗД) определялся по резуль­татам испытаний согласно ГОСТ 12.1.050-86 по формуле

= 10 lg lg ,

где – количество точек измерения шума по периметру установки; – уровень звукового давления в -й точке замера.

Исследования нагнетателей газа конструкции НЗЛ позволили установить их следующие акустические характеристики.

Нагнетатель типа 280-12-7 (потребляемая мощность около 4 МВт при давлении 5,5 МПа) представляет собой одноступенчатую центробежную машину с осевым подводом энергоносителя.

Испытанный агрегат работал в комплексе с электроприводным газоперекачивающим агрегатом (ЭГПА) типа СТД-4-2 и был смонтирован в галерее нагнетателей совместно с редуктором – мультипликатором.

Исследования показали, что нагнетатели этого типа обладают достаточно высоким уровнем шума. Так, на частоте 2 Гц его значения достигали 93…95 дБ на стороне вы­хода газа (рис. 2, точка 4). Характерно, что в этой области частот редуктор – мультипли­катор также излучает звуковое давление наибольшего уровня (рис. 2, точки 1 и 5).

Спектральные зависимости шумовых характе­ристик блока «нагнетатель-редуктор» показывают, что начиная с частоты 250 Гц уровни генерируемой им звуковой мощно­сти превышают предельно допустимый уро­вень (ПДУ).

Наибольшей акустической активно­стью этот агрегат обладает в диапазоне вы­соких частот Гц, где допустимые значения превышены на 20…22 дБ (рис. 3). Разность величины излучаемого блоком шума и допустимого его уровня по шкале А (эквивалентное зна­чение параметра) составляет Δ дБА (рис. 3).

Нагнетатели типов 260-12-1, 370-14-1,

370-17-1 , 370-17-1М , 370-18-2 и 520-12-1,

в
Рис. 2. Шумодиаграммы нагнетателя газа типа 280-12-7: Н – нагнетатель; Р – редуктор; – точки измерения
ыпускаемые Невским машиностроительным заводом, выполнены как одноступенчатые центробежные машины с тангенциальным входом и вы ходом рабочего тела и оснащены лопаточным диффузором (рис. 1а).

Агрегаты типа 260-12-1 рассчитаны на давление газа 5,5 МПа при потребляемой мощности 4 МВт. Изучение шумодиаграмм этой установки показало, что спектр звукового давления имеет тональный характер с пиками УЗД при = 63 Гц и = Гц.

Спек­тры шума, постоянные по вре-

мени, в диапазоне высоких частот

превышают ПДУ. Так, в области

Гц Δ Lmax=16…25дБ.

Уровень звуковой мощности по

шкале А составляет 100 дБ

(рис. 3).

При использовании для

аналитической оценки акустичес-

кого показателя нагнета­теля типа

260-12-1 формулы Г.А. Хорошева :


Рис. 3. Спектры шума центробежных нагнетателей газа конструкции НЗЛ: – 520-12-1; – 370-18-2 (с редуктором); – 370-14-1; – 370-17-1М; – 370-17-1; – 280-12-7;
– 260-12-1; – 235-26-1 (с редуктором); – 235-21-1 (с ре-дуктором); 1-ПДУ ЗД


дБ (1)

где - расход; - полный напор;

и - соответственно внутрен-

ний и наружный диаметры рабочего колеса, его звуковая мощность соответствовала значению дБ [2].

На рис. 3 проиллюстрирован спектр шума нагнетателя типа 370-14-1, приводом которого является ГТУ ГТ-750-6 (Ладога). Звуковое поле этого агре­гата постоянно по времени, тонально. Пик УЗД приходится на частоту Гц (по контуру установки его значение достигало дБ), наименьшая звуковая мощность заре­гистрирована в области низких частот ( Гц), где дБ. Наибольшее превышение санитарных норм (ΔдБ) наблюдается на частотах Гц, а по шкале А ΔдБА. При использовании зависимости (1) расчетная величина звуко­вой мощности данного агрегата составила дБ.

Исследования нагнетателей типа 370-17-1, работающих совместно с энергетиче­скими комплексами «Дон»,показали, что шум ЦБН этой конструкции - постоянный по вре­мени, высокочастотный. Максимальное значение УЗД наблюдается в области частоты Гц, уровень звука по шкале А имеет значение 101 дБА (рис. 3).

Анализируя шумодиаграммы модернизированного варианта данной группы ЦБН нагнетате­лей типа 370-17-1М, работающих в блоках ГТ-750-6М (Аврора), – следует отметить, что спектры шума этих машин также высокочастотные. ПриГц наблюдается превыше­ние УЗД над ПДУ в пределах 20…26 дБ, а по шкале А - на 20 дБА (рис. 3).

Исследование акустической мощности нагнетателя типа 370-18-2 (рис. 1а), работаю­щего в блоке с редуктором в электроприводном газоперекачивающем агрегате СТД-12,5, позволило установить, что шумовой спектр данного ЦБН – высокочастотный, с широкопо­лосным характером. Значения излучаемого звукового давления достигали 100…105 дБ в области цилиндрической части корпуса нагнетателя на частотах Гц. При этом ПДУ ниже уровня генерируемого шума на 27…31 дБ, а эквивалентного значения – на 28 дБА (рис. 3).

В блоке «двухступенчатый нагнетатель типа 235-21-1 – редуктор», который использу­ется в ЭГПА СТД-12,5, наибольшие уровни звуковой мощности зафиксированы в зоне расположения коллектора газохода, где ее значения достигали 96…97 дБ, причем это ха­рактерно как для области низких ( Гц), так и для области высоких частот ( Гц). На дан­ных частотах редуктор – мультипликатор также обладает максимальной интенсивностью звука ( дБ). По шкале А шум рассматриваемого блока составил 99дБА (рис. 3). Следует отметить, что этому ЦБН свойственна наиболее высокая среди исследованных вариантов нагнетателей конструкции НЗЛ неравномерность акустического давления вдоль его контура.

Нагнетатель типа 235-26-1, также смонтированный в галерее совместно с редукто­ром – мультипликатором и работающий в составе ЭГПА СТД-12,5, имеет меньшую аку­стическую мощность в области низких частот по сравнению с газокомпрессором 235-21-1, однако в высокочастотном спектре обладает существенно большим ее значением. Макси­мальный уровень шума нагнетателя типа 235-26-1 зарегистрирован на средних частотах (Гц) в области газохода, где его значения составили 97…98 дБ. Спектральные характеристики данного блока, начиная с частоты 100 Гц, превышают ПДУ. Экстремальное различие этих параметров наблюдается в области высоких частот ( Гц), где Δ достигает 19…24 дБ. Разность величины излучаемого блоком шума и допустимого его уровня по шкале А составляет 21 дБА (рис. 3).

Наибольшей звуковой мощностью среди испытанных центробежных нагне­тателей газа конструкции НЗЛ обладает агрегат типа 520-12-1, работающий в турбоблоке типа ГТК-10-4.

Пик УЗД в этой установке характерен для частоты 103 Гц ( Lmax= 108 дБ), наименьший шум наблюдается на частотах 31,5 и 8▪103 Гц (Lmin = 80…81 дБ). ПДУ превзойдён в широком диапазоне частот: от f = 200 Гц и выше. При этом наибольшее отклонение уровня звука от установленных санитарных норм ΔLmax = 34 дБ наблюдается на частоте 103 Гц, а его эквивалентное значение превышает допустимое на ΔLА = 30 дБА (рис. 3). Расчётное значение звуковой мощности, полученное с использованием зависимости (1), соответствует величине Lp = 121,7 дБ.

С целью анализа акустической активности нагнетателей конструкции НЗЛ определены среднеинтегральные значения спектральных характеристик звуковой мощности испытанных образцов машин этого класса (рис. 3, штриховая кривая). Как видно, ЦБН НЗЛ обладают наиболее неблагоприятными акустическими показателями в частотной области f ≈ 103 Гц. Самый высокий среднеквадратический уровень шума зафиксирован у нагнетателей типов 520-12-1 (LА = 110 дБА) и 370-18-2 (LА = 108 дБА). Основная группа нагнетателей – 370-17-1, 370-17-1М, 260-12-1 и 235-26-1 – излучают шум уровня 100…102 дБА, а нагнетатели 370-14-1 и 235-21-1 –99 дБА (рис. 3). Наиболее благоприятные акустические характеристики свойственны ЦБН типа 280-12-7 этой фирмы: LА = 97 дБА, - хотя и этот показатель существенно превышает санитарные нормы.

Комплексное исследование нагнетателей природного газа производства ТМЗ позволило установить спектр их действительных акустических характеристик.

Нагнетатель типа Н-300-1,23 ТМЗ представляет собой одноступенчатый центробежный компрессор потребляемой мощностью 6 МВт, приводом его служат ГТУ типа ГТН 6 и ГТ-6-750.

Превышение ПДУ таким ЦБН имело наибольший уровень на частоте 103 Гц (ΔL = = 18 дБ), а ΔLА составило 17 дБА (рис. 4).

Нагнетатель типа 2Н-16-76-1,44, представляющий собой двухступенчатый компрессор (рис. 1б), работает в комплексе с ГТУ ГТН-16М-1 установленной мощностью 16,55 МВт.

С
Рис. 4. Спектры шума центробежных нагнетателей газа конструкции ТМЗ: – 2Н-16; – 2Н-25; – Н-300-1,23; фирмы «Нуово-Пиньони» (Италия): – PCL-804-2/36;
1-ПДУ ЗД

пектр шума такого нагнетателя носит среднечастот-ный характер. В области частот f ≥ 250 Гц его значения превы-шают допустимые. Так, ΔLmax = =20…21дБ на частотах 500 и 1000 Гц. Эквивалентный уро-вень звука нагнетателя 2Н-16 составляет 101 дБА (рис. 4).

Двухступенчатый нагне-татель типа 2Н-25-76-1,44 с приводом от ГТН-25-1 излучает постоянный по времени, тональный шум, превышающий при f ≥ 125 Гц допустимые нормы (ΔLmax = 21 дБ на частоте 103 Гц). Уровень звукового давления по шкале А составляет 98 дБА (рис. 4).

Среднеинтегральные значения акустической мощности, генерируемой испытанными агрегатами ТМЗ (рис. 4, кривая 2), свидетельствуют о том, что их наибольшая шумовая активность наблюдается в области частот 500…103 Гц, причем её экстремальные значения приблизительно на 5 дБ ниже, в сравнении с машинами НЗЛ (рис. 3, 4). Среди нагнетателей ТМЗ максимальным звуковым давлением обладает ЦБН типа 2Н-16 (LА = 101 дБА), наименьшим – Н-300 (LА = 97 дБА).





Испытание двухступенчатого нагнетателя PCL-804-2/36 итальянской фирмы «Нуово – Пиньони», приводом которого служит агрегат ГТК-25И, показало, что его акустическая характеристика уступает соответствующему параметру ЦБН типа 2Н-25 такой же мощности, особенно в области низких частот (рис. 4). Эквивалентный уровень шума рассматриваемой установки составил 99 дБА (рис. 4).

Проведенные исследования позволили установить, что центробежные нагнетатели природного газа – как отечественного, так и зарубежного производства – излучают шум, уровень которого существенно выше предельно допустимого по санитарным нормам LАдоп = 80 дБА. Следовательно, описанные ЦБН нуждаются в реконструкции с целью улучшения экологических показателей. При этом борьба с аэродинамическим шумом нагнетателей должна быть направлена в первую очередь на гашение сиренного шума различными конструктивными методами.

Следует учитывать, что нагнетатели газа генерируют также шум технологической обвязки трубопроводов, который распространяется по их системе. Излучаемое при этом акустическое давление образуется в результате наложения шумов нагнетателя и потока выходящего газа, а также вследствие передачи аэродинамических колебаний энергоносителя через стенки трубопроводов [1].

Классификация основных способов снижения шума аэродинамического происхождения в ГПА приведена на рис. 5, при выборе средств снижения виброактивности его различных элементов можно руководствоваться схемой рис. 6.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Апостолов, А.А. Акустические характеристики газотурбинных газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов / А.А. Апостолов, И.Г. Гоголев, А.М. Дроконов, Н.В. Дашунин.-Брянск: БГТУ, 2002.-180 с.
  2. Власов, Е.Н. Исследование шума лопаточных машин на компрессорных станциях магистральных газопроводов и способы его снижения / Е.Н. Власов, Е.В. Дедиков, А.Л. Терехов, С.В. Цулимов.-М.: ИРЦ Газпром, 1998.-287 с.


Материал поступил в редколлегию 07.12.06.