Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности изменения излучаемого шума от газовых трактов модернизируемых водогрейных котлов типа ПТВМ 10
1.1. Результаты акустических измерений около энергетических объектов с котлами типа ПТВМ 10
1.2. Факторы, влияющие на изменение излучаемого шума при модернизации водогрейных котлов 13
1.3. Объекты исследований 19
Глава 2. Шумовые характеристики газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ 24
2.1. Факторы, влияющие на излучение шума от газовых трактов котлов типа ПТВМ 24
2.2. Методика проведения измерений по определению шумовых характеристик газовых трактов 29
2.3. Влияние режима работы котла ПТВМ на шумовые характеристики газового тракта 32
2.3.1. Шумовые характеристики газовых трактов котлов типа ПТВМ при 70%-ной рабочей нагрузке 33
2.3.2. Шумовые характеристики газовых трактов котлов при изменении нагрузки при постоянном количестве работающих горелок 37
2.3.3. Шумовые характеристики газовых трактов котлов при изменении нагрузки при разном количестве работающих горелок 43
2.4. Оценка погрешности измерений уровней звукового давления на срезах дымовых труб 47
2.5. Выводы по главе 2 49
Глава 3. Определение звукопоглощающих свойств стеклопластиковых каналов 51
3.1. Актуальность проблемы 51
3.2. Обоснование методики определения коэффициента звукопоглощения для стеклопластиковых каналов 54
3.3. Значения коэффициентов звукопоглощения стеклопластиковых каналов, полученные в результате натурных измерений 68
3.4. Определение предельной погрешности измерений коэффициента звукопоглощения стеклопластиковых каналов 70
3.5. Сравнение коэффициентов звукопоглощения стеклопластиковых каналов с коэффициентами звукопоглощения других материалов 71
3.6. Снижение уровней звуковой мощности в стеклопластиковых каналах 73
Глава 4. Расчет снижения шума в элементах газовых трактов модернизируемых водогрейных котлов типа ПТВМ 78
4.1. Применяемые компоновки газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ 78
4.2. Методика расчета снижения уровней звуковой мощности в газовых трактах 86
4.3. Сравнение снижения уровней звуковой мощности в газовых трактах водогрейных котлов до и после модернизации 90
Глава 5. Рекомендации по снижению шума от газовых трактов котлов типа ПТВМ 100
5.1. Изменение режимов работы котлов 100
5.2. Снижение уровня шума на путях распространения 102
5.2.1. Снижение уровня шума в элементах газового тракта 102
5.2.2. Снижение уровня шума с расстоянием от устья трубы 103
5.2.3, Снижение уровня шума с помощью глушителей 107
5.3. Шумоглушители конструкции МЭИ ..113
5.3.1. Шумоглушители МЭИ в цоколях дымовых труб 113
5.3.2. Шумоглушители во внешних газоходах 119
5.3.3. Шумоглушители в коробе над котлом до дымовой трубы 124
5.4. Выводы по главе 5 128
Заключение 130
Список используемой литературы 133
Приложение 138
- Факторы, влияющие на изменение излучаемого шума при модернизации водогрейных котлов
- Влияние режима работы котла ПТВМ на шумовые характеристики газового тракта
- Обоснование методики определения коэффициента звукопоглощения для стеклопластиковых каналов
- Методика расчета снижения уровней звуковой мощности в газовых трактах
Введение к работе
В последнее время большое внимание уделяется снижению неблагоприятного воздействия на человека при работе объектов топливно-энергетического комплекса, в том числе снижению шума от объектов энергетики. Необходимость осуществления снижения шумового воздействия на окружающую среду обязывают законы России «Об охране окружающей природной среды» и «Об охране атмосферного воздуха» [1, 2], которые ставят шумовое воздействие в один ряд с такими негативными факторами, как, например, воздействие от газообразных выбросов (оксидов серы и азота) или твердых частиц (золы).
Во многих случаях шум от оборудования энергетических объектов может стать лимитирующим фактором при их расширении, поэтому вопрос снижения шума от них следует рассматривать как важнейшую составляющую в комплексе решения экологических проблем [29]. Особенно актуален этот аспект для крупных промышленных городов с развитой системой централизованного теплоснабжения, предприятия которой расположены в непосредственной близости к селитебной территории.
На районных и квартальных тепловых станциях (РТС и КТС) Предприятий тепловых станций и сетей ГУП «Мостеплоэнерго», на теплоэлектроцентралях ОАО «Мосэнерго» (в качестве пиковых водогрейных котлов) наиболее часто используются водогрейные котлы типа ПТВМ производства Дорогобужского котельного завода (ПТВМ-50, ПТВМ-100). За время эксплуатации произошло значительное моральное и физическое старение этого оборудования, некоторые проектные решения уже не являются оптимальными с точки зрения обеспечения экономичной и экологичной работы. Поэтому в настоящее время ведется активная модернизация водогрейных котлов типа ПТВМ, установленных на РТС, КТС и ТЭЦ г. Москва.
Реконструкция идет по пути увеличения единичной тепловой производительности водогрейных котлов как уже установленных на существующих теплостанциях, так и устанавливаемых на строящихся. Установка новых более мощных котлов, а также увеличение количества установленного оборудования приводит, с одной стороны, к повышению надежности снабжения населения теплом, с другой стороны, к повышенному шумоизлучению от станций в окружающие жилые районы, при этом шум от оборудования станций не должен превышать существующих нормируемых значений в слышимом диапазоне по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [3]; по инфразвуку - СН 2.2.4/2,1,8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» [4].
В развитие теории и практики снижения шума внесли вклад известные ученые: А.И. Белов, О.Н. Поболь, Е.Я. Юдин, Н.И. Иванов, Г.А. Хорошев, Ю.И. Петров, И.Е. Цукерников, Г.Л. Осипов и др.
Вопросы шумоглушения энергетического оборудования нашли отражение в работах Тупова В.Б., Рихтера Л.А., Ф.Е. Григорьяна, Е.А. Перцовского, Р.Н. Старобинского и др.
Однако вопросы, связанные с изменением шумоизлучения от газовых трактов водогрейных котлов при их реконструкции и снижением шума модернизированных котлов типа ПТВМ до настоящего времени не рассматривались.
В ходе модернизации водогрейных котлов активно используются новые схемы компоновок газовых трактов, новые материалы, имеющие лучшие эксплуатационные характеристики, дымовые трубы новых типов. При этом вопрос об изменении шумоизлучения от газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ в процессе реконструкции до настоящего времени являлся недостаточно проработанным.
Поэтому целями настоящей работы являлись: исследование шумовых характеристик газовых трактов модернизированных котлов типа ПТВМ и соотношение их с характеристиками до осуществления реконструкции; оценка влияния режимных факторов работы котла на шумовые характеристики; определение изменения снижения уровня шума в газовых трактах водогрейных котлов с различными компоновками и применяемыми материалами до и после модернизации; разработка рекомендаций по снижению шума от газовых трактов водогрейных котлов при их модернизации.
В первой главе настоящей диссертационной работы показано, что эксплуатация водогрейных котлов типа ПТВМ, установленных на тепловых станциях, связана с повышенным шумоизлучением. Одними из основных источников шума для окружающих районов при этом являются газовые тракты. Проводящиеся на теплостанциях реконструкции могут стать причиной превышения допустимых норм по шуму в жилых районах. В результате анализа научно-технической литературы выявлены факторы, определяющие изменение уровня излучения шума от газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ при их модернизации. На основании полученных материалов сформулированы задачи исследования.
Во второй главе подробно рассмотрены сложные механизмы шумообразования в топочной камере при сжигании газа. Приведена методика проведения акустических измерений для определения шумовых характеристик газовых трактов водогрейных котлов. Впервые получены шумовые характеристики газовых трактов модернизированных котлов типа ПТВМ и значения прироста уровня шума, излучаемого от срезов устий дымовых труб, после осуществления реконструкции.
Проведена оценка влияния режимных факторов работы котла (количество работающих на котле горелочных устройств, расход газа) на шумоизлучение от газового тракта. На основании выполненного анализа большого количества экспериментальных данных получены аппроксимирующие зависимости для расчета уровней звуковой мощности, излучаемой от газовых трактов модернизированных котлов.
Третья глава диссертации посвящена экспериментальному нахождению звукопоглощающих свойств и определению расчетными методами снижения уровней шума в стеклопластиковых газоотводящих каналах, широко применяемых в реконструируемых дымовых трубах ТЭЦ, РТС и КТС, что позволит правильно оценить шумовое воздействие от них на селитебную территорию.
Четвертая глава посвящена вопросам снижения шума в элементах газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ. Приведены наиболее часто используемые схемы компоновок, узлы газовых трактов до и после модернизации, рассчитаны величины снижения уровня шума в газовых трактах для различных вариантов модернизации водогрейных котлов. Показано, что проведение реконструкции может значительно уменьшить шумоглушение непосредственно в газовом тракте котла и привести к росту шумоизлучения от срезов устий дымовых труб и, как следствие, к превышению допустимых норм по шуму в жилом районе.
В пятой главе диссертационной работы рассмотрены различные способы снижения воздействия газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ на селитебную территорию. Показано, что в некоторых случаях в газовые тракты необходимо устанавливать глушители. На основании анализа работ, выполненных МЭИ в этой области, приведены конструкции диссипативных глушителей, устанавливаемых в цоколях дымовых труб, во внешних газоходах и коробах шумоглушения модернизированных котлов типа ПТВМ.
Указанные работы осуществлялись в рамках хоздоговорных работ в составе научной группы лаборатории шумоглушения энергетического оборудования кафедры котельных установок и экологии энергетики Московского энергетического института (Технического университета). Результаты работ нашли применение на РТС ГУП «Мостешюэнерго».
Выражаю свою глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Тупову В.Б. за значительную помощь при подготовке работы. Автор признателен зам.зав.кафедрой КУиЭЭ МЭИ (ТУ) доценту Прохорову В.Б. за предоставленные материалы аэродинамических расчетов и измерений по газовым трактам котлов РТС «Терешково», всестороннее обсуждение результатов работы.
Выражаю благодарность коллективу кафедры КУиЭЭ МЭИ (ТУ) за замечания и советы, которые были учтены автором при написании работы, а также сотрудникам лаборатории шумоглушения энергетического оборудования н.с. Сейфельмлюковой Г.А. и м.н.с. Чугункову Д.В. за помощь при проведении исследований и поддержку.
Факторы, влияющие на изменение излучаемого шума при модернизации водогрейных котлов
Основные факторы, влияющие на изменение шумоизлучения от газовых трактов модернизируемых водогрейных котлов типа ПТВМ, могут быть представлены в виде следующей зависимости;где ALPuM - изменение излучаемого от среза устья дымовой трубы уровня звуковой мощности после модернизации, дБ; LP) L p — уровень звуковой мощности, излучаемой котлом в газовый тракт до и после модернизации, дБ; AL» AL - снижение УЗМ на прямом участке газохода с постоянным диаметром до и после модернизации, дБ; п,-, п ) — число поворотов, имеющих один и тот же угол изгиба до и после модернизации; ALnoeh AL noei - снижение УЗМ на повороте до и после модернизации, дБ; ALome, AL oma - снижение УЗМ в ответвлениях до и после модернизации, дБ; А1Ц, ЬЬ\- снижение УЗМ в цоколе дымовой трубы до и после модернизации, дБ; ALmp, AL mp — снижение УЗМ в дымовой трубе до и после модернизации, дБ; A##, АЬ цн — показатель направленности до и после модернизации, дБ.
Уровень звуковой мощности, излучаемой котлом в газовый тракт LP, определяется процессами горения внутри топки, конструкцией горелок и их производительностью, типом и числом работающих дутьевых вентиляторов,
В [6] по результатам анализа экспериментальных данных получена аппроксимирующая формула для определения суммарного уровня звуковой мощности от срезов труб котлов ПТВМ-50 и ПТВМ-100:где А - коэффициент, зависящий от типа котла; Qs — расход газа, нм3/ч; п -коэффициент, зависящий от конструкции горелки:
По результатам измерений для котлов ПТВМ-50 А=14,& и для котлов ПТВМ-100 А=9. Коэффициент и изменяется от 1 до 3. Для котлов типа ПТВМ п=Ъ. Увеличение производительности котла типа ПТВМ приводит к увеличению излучаемой звуковой энергии от среза устья трубы.
В результате проводимой в настоящее время широкой модернизации тепловых станций котлы типа ПТВМ-50 и ПТВМ-100 реконструируются с увеличением их единичной теплопроизводительности до 60 и 120 Гкал/ч соответственно. Подобная реконструкция связана с заменой горелочных устройств на более производительные (для котлов ПТВМ-50 - замена горелок МГМГ-6 и ГГРУ-600 на ГГРУ-600М, для котлов ПТВМ-100 - замена горелок МГМГ-8 на ГГРУ-1000), а также с заменой тягодутьего оборудования (дутьевых вентиляторов), В ходе реконструкции изменяется конфигурация топки -увеличивается ее высота, вследствие чего увеличивается поверхность топки и повышается эффективность работы топочного пространства. Каркас котла также увеличивается по высоте на 1 м за счет вставок. В зависимости от года изготовления котла замене подвергаются потолочные балки [17].
При проведении подобной модернизации в значительной мере изменяется уровень шума, излучаемого в газовый тракт котла LP, при этом важно знать количественное изменение. Этот вопрос в литературных источниках не освящен, поэтому были проведены специальные исследования, позволившие определить шумовые характеристики газовых трактов модернизированных котлов типа ПТВМ-60 и ПТВМ-120. Этому посвящена глава 2 настоящей работы.
Величина ДІяя в формуле (1.1), которая называется показателем направленности и арактеризует направленность излучения, определяется как:Д1да=101ЕФ,где Ф — фактор направленности, учитывающий особенности излучения и существенно влияющий на точность акустических расчетов для таких источников, как газовые тракты водогрейных котлов [23].
Для показателя направленности от среза дымовой трубы, полученного в ходе экспериментальных измерений, справедлива эмпирическая формула [6]: где к, b - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 1.1, р - угол излучения. Формулу (1.3) можно использовать для углов =90-270. На рис. 1.4 показана зависимость показателя направленности АЬПН от относительного расстояния г/Я, где г - расстояние от дымовой трубы до расчетной точки, м, Я- высота дымовой трубы, м.
Минимального значения Ы пн достигает под дымовой трубой (cos 180 = — 1) и затем возрастает по мере удаления от нее. Из рис. 1.4 видно, что для высоких труб значение показателя направленности меньше, чем для низких. Это играет важную роль, т.к. в результате модернизации котлов часто изменяется высота дымовых труб.
Значительную роль в снижении шума при модернизации водогрейных котлов типа ПТВМ играет выбор материалов, из которых выполнены газоходы и дымовые трубы котлов. Ранее в газовых трактах водогрейных котлов типа ПТВМ использовались, в основном, металлические и футерованные внутри кирпичом
Влияние режима работы котла ПТВМ на шумовые характеристики газового тракта
Шумовые характеристики газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ ввиду значительной сложности процесса шумообразования при сжигании газа в топке котла определялись экспериментальным путем по результатам акустических измерений на срезах устий дымовых труб котлов. Объекты проведения измерений и основные характеристики газовых трактов котлов, участвующих в измерениях, приведены в табл. 1.2.
В ходе проведения экспериментов по изучению шумовых характеристик газовых трактов модернизированных котлов типа ПТВМ определялись как значения уровней излучаемой звуковой мощности в октавных полосах частот, так и значения суммарного уровня звуковой мощности от срезов труб котлов.
Далее рассмотрены уровни звуковой мощности, излучаемой от газовых трактов:- при постоянной нагрузке, равной 70% от номинальной, для котлов типов ПТВМ-50, ПТВМ-60, ПТВМ-100 и ПТВМ-120;- при постоянно работающих 6, 8 и 10 горелках на котлах типов ПТВМ-50, ПТВМ-60, ПТВМ-100 и ПТВМ-120;- при увеличении нагрузки котлов типов ПТВМ-50, ПТВМ-60, ПТВМ-100 и ПТВМ-120 при разном количестве работающих горелок.
Октавные уровни звуковой мощности, излучаемые от срезов устий дымовых труб котлов, определялись по формуле (2.1), уровень суммарной звуковой мощности - по формуле (2.3).
Следует отметить, что шумовые характеристики модернизированных водогрейных котлов ПТВМ-60 и ПТВМ-120 до настоящего времени вообще не изучались.
В качестве шумовой характеристики были выбраны уровни звуковой мощности от газовых трактов котлов типа ПТВМ при их работе на 70%-ной рабочей нагрузке. Это основной рабочий режим водогрейных котлов типа ПТВМ, установленных на районных тепловых станциях. Такую нагрузку котлы несут значительную часть времени работы; при большей нагрузке котлы работают малое количество времени лишь при значительных отрицательных температурах наружного воздуха.
Шумовые характеристики газовых трактов котлов типов ПТВМ-50, 60, 100 и 120, полученные по результатам обработки результатов акустических измерений, приведены в табл.2.1 и на рис.2.2, 2.3. Представленные результаты говорят об увеличении шумоизлучения от газовых трактов котлов типа ПТВМ после их модернизации.На рис.2.4 показано изменение уровней излучаемой звуковой мощности от срезов устий дымовых труб LPi для среднегеометрических частот от 63 до 4000 Гц при увеличении единичной тепловой производительности котла ПТВМ-50 до 60 Гкал/ч и котла ПТВМ-100 до 120 Гкал/ч после их реконструкции.
Диаграмма на рис.2.4 составлена по результатам многочисленных акустических измерений на расстоянии 1 м от срезов устий дымовых труб с учетом одинакового (70%-ного) режима работы сравниваемых котлов.
Увеличение излучаемых уровней звуковой мощности более чем на 5 дБ имеет место при увеличении теплопроизводительности котлов с 50 до 60 Гкал/час на среднегеометрических частотах 63, 1000, 2000 и 4000 Гц; при увеличении теплопроизводительности со 100 до 120 Гкал/час — на 63, 500, 2000 Гц. Наименьшее увеличение УЗМ, которое при модернизации котлов ПТВМ-50 составляет 2,2 дБ, при модернизации котлов ПТВМ-100 - 0,9 дБ, зафиксировано на среднегеометрической частоте 125 Гц. Увеличение уровня звуковой мощности на частоте 8000 Гц выявлено не было.
При реконструкции котла ПТВМ-50 получено повышение суммарного излучаемого от срезов устий дымовых труб уровня шума на 4,5 дБ, при реконструкции котла ПТВМ-100 - на 3,9 дБ.
Видно, что удельные величины прироста излучаемой звуковой энергии для котлов большей теплопроизводительности несколько ниже, чем для котлов меньшей мощности.
Интересно отметить, что суммарный уровень звуковой мощности, излучаемой от газового тракта котла ПТВМ-60, практически соответствует суммарному уровню звуковой мощности, излучаемой от газового тракта котла ПТВМ-100.
Полученные экспериментальные данные для котлов ПТВМ позволили рассмотреть, как изменяются шумовые характеристики при изменении расхода природного газа при одном и том же количестве работающих горелок. Здесь впервые отмечен эффект снижения излучаемого суммарного уровня звуковой мощности при увеличении расхода газа на котельный агрегат.
Данный эффект выявлен при работе котельных агрегатов ПТВМ-50 и ПТВМ-120 (при работе на б, 8 и на 8 горелках, соответственно). Всего в разное время было обследовано 9 котлов типа ПТВМ-50 и 5 котлов типа ПТВМ-120.
Для котла ПТВМ-50 при увеличении расхода газа с 63,7% до 72,4% (на 8,7%) от номинального при работе на 8 горелках происходит снижение излучаемого суммарного УЗМ на 4,7 дБ (рис.2.5). Основное снижение уровней звуковой мощности приходится на среднегеометрические частоты 63-1000 Гц, максимальное (до 7,7 дБ) - на частоту 250 Гц (рис.2.6). На среднегеометрических частотах 4000-8000 Гц снижения УЗМ не наблюдается.
Аналогичные результаты получены при рассмотрении влияния режимных параметров на шумовые характеристики газовых трактов котлов типа ПТВМ-50 с установленными в них диссипативными глушителями шума (РТС «Бабушкино-1»). При работе котла на 8 горелочных устройствах при росте расхода газа на котел с 69,0% до 75,5% (на 6,5%) от номинального получено снижение суммарного излучаемого УЗМ на 3,5 дБ; снижение октавных УЗМ приходится на среднегеометрические частоты 63-250 Гц. При этом тангенс угла наклона зависимостей, описывающих уменьшение суммарного УЗМ, излучаемого от газовых трактов котлов ПТВМ-50 с глушителями и без них, остается постоянным.
Схожие результаты получены при анализе излучаемых уровней звуковой мощности от срезов устий дымовых труб котлов типа ПТВМ-50 с диссипативными глушителями шума газовых трактов конструкции МЭИ при работе котлов на 6 горелочных устройствах (РТС «Волхонка-Зил»).
Обоснование методики определения коэффициента звукопоглощения для стеклопластиковых каналов
В настоящее время широко используются следующие методы измерения коэффициентов звукопоглощения материалов.
Первый, известный как метод «импедансной трубки» или «метод стоячих волн с использованием акустического интерферометра», описанный в [11, 13, 15], характеризуется тем, что звук распространяется перпендикулярно образцу. Этот метод имеет серьезные недостатки, так как с его помощью невозможно точно рассчитать звукопоглощение образца, на который падает хаотичный звук. Тем не менее, преимущество метода заключается в том, что применяются образцы небольших размеров, и он позволяет определять, нормальный удельный акустический импеданс, который представляет собой отношение комплексного звукового давления рк составляющей скорости частиц t7, перпендикулярной кповерхности образца:где г - акустическое сопротивление; х реактивное акустическое сопротивление;
Тот факт, что нормальное удельное акустическое сопротивление z может иметь действительную и мнимую части, говорит о том, что акустическое давление и акустическая скорость частиц не совпадают точно по фазе у поверхности образца.
Обычно используют предметы различных размеров и площадей, поэтому удобнее рассматривать их звукопоглощение на единицу площади. Таким образом, коэффициент нормального звукопоглощения ап равен части падающей звуковой энергии, поглощенной материалом. Следует заметить, что ап может изменяться в зависимости от размера поверхности звукопоглощающего предмета. Коэффициент нормального поглощения: + pCгде pc - характеристическое акустическое сопротивление воздуха свободного пространства; р- плотность воздуха; с - скорость звука.
Коэффициент нормального звукопоглощения можно непосредственно определять, зная амплитуды максимального и минимального давления стоячих волн, создаваемых в трубке (рис. 3.1), по уравнению [11]:
Использование импедансной трубки позволяет производить измерения в пределах десятикратного изменения частотного диапазона для любого заданного диаметра трубки и при значениях коэффициента поглощения от 1,00 до 0,05. Стенка трубки должна быть массивной и жесткой, а плотность поверхности равномерной по всей длине в пределах 0,2%. Произведение длины трубки (в м) и самой низкой частоты (в Гц), при которой следует производить измерения, должно составлять приблизительно 328. Произведение внутреннего диаметра трубки и самой высокой используемой частоты не должно превышать 2440. Образец следует вводить таким образом, чтобы, по возможности, его поверхность была перпендикулярна центральной оси. Края образца должны быть очень чистыми или уплотнены материалом, например, смазкой или лепной глиной. Использование образцов с шероховатыми или текстурованными поверхностями практически возможно только при частотах, близких к нижнему предельному значению. Поперечные колебания в трубке с подобными образцами представляют собой циклическое изменение последовательных минимальных уровней давления. Сигнал, подаваемый к громкоговорителю, должен быть свободен от гармоник, и необходимо принимать все меры для того, чтобы трубка преобразователя не контактировала с громкоговорителем или с другой трубкой. Работоспособность трубки обычно проверяют, заменяя тяжелую стальную пластину образцом и измеряя максимально возможный коэффициент стоячей волны; в основном звукопоглощение в 45 дБ является допустимым минимумом, в то время как 50 дБ или больше - приемлемый предел,
Определение звукопоглощающих свойств методом стоячих волн обладает некоторыми недостатками: ограничением частотного диапазона длиной трубки и необходимостью изменения воздушного промежутка между образцом материала и стенкой на каждой частоте.
От этих недостатков свободен способ определения волнового сопротивления и постоянной распространения методом бегущей волны, описанный в [13]. Структурная схема установки для измерения акустических параметров звукопоглощающего материала методом бегущей волны представлена на рис.3.2. Образец материала 4 помещается в звуковой канал 3, поле в котором возбуждается динамиком 2, помещенным в камеру /. Электрический сигнал на динамик поступает со звукового генератора 8. Уровни звукового давления измеряются с помощью тонкого зонда - микрофона 5, электрический сигнал с которого поступает на вход спектрометра 6. Сдвиг фаз между сигналами в разных на который подается со звукового генератора 8.
Для определения постоянной распространения измеряют уровни звукового давления в образце материала при двух расстояниях от его поверхности, обращенной к громкоговорителю. Практически для этих измерений можно использовать наборы шайб из испытуемого материала определенной толщины Д/. За измерительным концом зонда 5 располагают ряд шайб 4 из звукопоглощающего материала с отверстиями для прохода зонда, которые должны обеспечить достаточное затухание отраженной звуковой волны, чтобы ее влиянием на результаты измерения можно было пренебречь.Разность уровней звукового давления в двух точках материала с разностьюхода бегущей волны Д/ составляет Ai=20«A/lge. Откуда можно найти
Еще один метод измерения звукопоглощения известен как метод «реверберационной камеры» и описан в [11]. В этом методе используется характеристика образца, на который воздействует хаотически падающий звук, возникающий только тогда, когда образец находится в диффузном звуковом поле. Коэффициент звукопоглощения, полученный по методу реверберационной камеры, обозначается arev для того, чтобы отличить его от коэффициента звукопоглощения ап. Создание диффузного звукового поля настолько затруднительно, что его можно получить только в специальных лабораторных условиях, Может возникнуть сомнение в пригодности данных, получаемых в подобном специальном оборудовании, так как образец должен использоваться в реальных окружающих условиях. Этот вопрос рассматривается ниже.
Есть также вероятность, что в диффузном звуковом поле одинаковое количество энергии будет проходить через заданную точку в любом направлении, поэтому поток общей энергии будет одинаковым во всех направлениях (вектор интенсивности нулевой). Если с помощью какого-либо процесса энергия может равномерно распространяться в реверберационной камере и через поглощающий материал, помещенный в любом месте камеры, общий поток энергии будет направлен в сторону этого материала, что затрудняет определение диффузного звукового поля. Поэтому при проведении любых измерений коэффициент звукопоглощения всей поверхности камеры должен быть таким же, что и образца, или размер образца должен быть настолько мал, чтобы поток общей энергии, направленный на него, нельзя было обнаружить. Не существует какого-либо метода для создания диффузного звукового поля для первого условия, поэтому используется второй с учетом того, что конечный размер образца вносит незначительную погрешность. Следует отметить, что помещение называется реверберационной камерой в том случае, когда в нем имеется диффузное звуковое поле. Помещение должно обладать возможно большими реверберационными способностями. Допускается применение рассеивателей звука для улучшения диффузности поля.
Методика расчета снижения уровней звуковой мощности в газовых трактах
Шум, излучаемый от устий срезов дымовых труб водогрейных котлов, установленных на районных теплостанциях и ТЭЦ, расположенных на незначительном удалении от жилых районов, может служить основным источником превышения в них допустимых санитарных норм по шуму. Поэтому важно иметь возможность правильно определить уровень шума, излучаемый в окружающий район, что требует проведения расчетов по нахождению шумоглушения в газовом тракте водогрейного котла.
Определение расчетным путем снижения шума на прямых участках, поворотах и ответвлениях газоходов представляет большой практический интерес, так как позволяет: находить уровень шума от газовых трактов в окружающем районе; уменьшать уровень шума в элементах газоходов без дополнительных затрат на глушители; выбирать наиболее эффективные меры по шумоглушению еще на стадии проектирования.
Методика расчета снижения уровня шума для энергетических каналов разработана проф.В.Б. Туповым [6].
Здесь энергетические каналы по размерам сечения условно делятся на малые и большие. Малые каналы имеют размеры сечения меньше, а большие - больше значений, приведенных ниже:
К малым каналам в энергетике относятся воздухопроводы местной вентиляции, к большим - воздухозаборные и выхлопные тракты ГТУ; воздухозаборные тракты от дутьевых вентиляторов; газовые тракты после дымососов; газовые тракты котлов, работающих на самотяге.
Снижение уровня шума внутри больших каналов, когда длины звуковых волн рассматриваемого диапазона частот меньше размеров сечения канала, описывается энергетическими уравнениями. В соответствии с известными данными [15, 23], снижение уровня звуковой мощности на поворотах не зависит от частоты, а также отсутствует в конце канала с большой площадью сечения (больше 3 м ) из-за отражения звука от его открытого конца. Основные элементы газоходов показаны на рис.4.9: прямые участки постоянного и переменного сечений; повороты (с разным углом изгиба, степенью расширения канала после поворота, звукопоглощающими свойствами стенок поворота), различные ответвления.
Для конического канала с переменным углом по длине (dR/dx=j, где j -тангенс угла наклона образующей с горизонталью) снижение уровня звуковой мощности находится по формуле:где m=F\IFu - степень расширения канала; FQ, FI — площади сечений канала до и после поворота, м ; р - угол поворота.
Второе слагаемое в формуле (4.5) определяет снижение уровня шума за счет поглощения звуковой энергии стенками поворота и рассчитывается как: шгде аде — коэффициент звукопоглощения отражающей поверхности поворота; or, - коэффициент звукопоглощения боковых поверхностей поворота; Dr=4S/n — гидравлический диаметр облицованного поворота, м (S, П — площадь и периметр сечения канала до поворота).
Цоколь дымовой трубы (рис.4.9г) можно рассматривать как поворот на 90 с расширением канала. Тогда выражение (4.6) принимает вид:
Ответвления больших каналов рассматриваются как частный случай сложного поворота Снижение уровня звуковой мощности здесь происходит за счет отражения части звуковой энергии обратно в канал и звукопоглощения стенками поворота. Расчет снижения УЗМ хорошо проработан и представлен в
Для расчета снижения УЗМ в элементах газоходов по приведенным выше формулам (4.1 - 4.7) необходимо использовать коэффициенты звукопоглощения. Приведенные в главе 3 настоящей работы коэффициенты звукопоглощения для стеклопластиковых каналов позволяют рассчитать снижение уровня звуковой мощности в различных элементах, выполненных из этого материала. Глушение шума, излучаемого в газовый тракт котла, происходит в элементах газоходов и в дымовой трубе. Как отмечалось ранее, обеспечение необходимого снижения в самом газовом тракте является оптимальным вариантом шум о глушения, так как не требуется дополнительных затрат на установку и эксплуатацию глушителей. Поэтому важно знать, как изменится снижение уровня шума в газовых трактах водогрейных котлов после их модернизации, при изменении компоновочных решений и применяемых в них материалов.
Рассмотрим несколько вариантов модернизации газовых трактов водогрейных котлов типа ПТВМ-50 и ПТВМ-100, среди которых выделим решения для котлов с индивидуальными дымовыми трубами, установленными на каркасе котла, с отдельностоящими металлическими трубами, с кирпичными и железобетонными дымовыми трубами с внутренней кирпичной футеровкой.
Различные компоновки газоходов водогрейных котлов типа ПТВМ, применяемые на теплостанциях, характеризуются различным снижением уровня шума в газовых трактах. Расчет снижения уровней звуковой мощности в газовых трактах котлов до и после модернизации проведем с помощью данных, приведенных в п.4.2.
В табл.4.1 выделены возможные варианты модернизации газовых трактов котлов типа ПТВМ с индивидуальными дымовыми трубами, связанные с перетрассировкой газоходов и применением новых материалов, таких как стеклопластик, при реконструкции дымовых труб. В табл.4.2 приведены значения снижения УЗМ при изменении среднегеометрической частоты с 31,5 до 8000 Гц в газовых трактах котлов типа ПТВМ с индивидуальными трубами в ходе различных вариантов их модернизации. Полученные данные проиллюстрированы в виде диаграмм на рис.4.10-4.13.
