Генерация шума мощными центробежными нагнетателями и методы его снижения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Генерация шума мощными центробежными нагнетателями и методы его снижения

Энергетическое машиностроение

И.Г. Гоголев, А.М. Дроконов

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

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 Д дБА (рис. 3).

Нагнетатели типов 260-12-1, 370-14-1, 370-17-1 , 370-17-1М , 370-18-2 и 520-12-1, выпускаемые 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.

центробежный нагнетатель газ шум

Размещено на http://www.allbest.ru/

Спектры шума, постоянные по времени, в диапазоне высоких частот превышают ПДУ. Так, в области Гц Д Lmax=16…25дБ.

Уровень звуковой мощности по шкале А составляет 100 дБ (рис. 3).

При использовании для аналитической оценки акустического показателя нагнетателя типа 260-12-1 формулы Г.А. Хорошева :

дБ (1)

где - расход; - полный напор;

и - соответственно внутренний 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 (ДдБ) наблюдается на частотах Гц, а по шкале А ДдБА. 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 Д 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 ДLmax = 34 дБ наблюдается на частоте 103 Гц, а его эквивалентное значение превышает допустимое на ДLА = 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Превышение ПДУ таким ЦБН имело наибольший уровень на частоте 103 Гц (ДL = = 18 дБ), а ДLА 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.

Спектр шума такого нагнетателя носит среднечастот-ный характер. В области частот f ? 250 Гц его значения превы-шают допустимые. Так, ДLmax = =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 (ДLmax = 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

Размещено на Allbest.ru