Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Яблоник Леонид Романович. Шумозащитные конструкции турбинного и котельного оборудования: теория и расчет : диссертация ... доктора технических наук : 05.04.12.- Санкт-Петербург, 2004.- 398 с.: ил. РГБ ОД, 71 05-5/773

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

1. Аэродинамическая генерация шума в элементах котлотурбинного
оборудования 12

1.1. Возбуждение шума турбулентностью 12

1.1.1. Турбулентный шум внутреннего потока 12

  1. Шумообразование в клапанах паровых турбин 16

  2. Генерация шума в редукционно-охладительных устройствах 23

1.2. Аэроакустические автоколебания 33

1.2.1. Аэроакустические процессы в конвективных газоходах

паровых котлов теплоэнергетических установок 33

1.2.2 Условия аэроакустического резонанса в трубчатых теп
лообменниках 41

1.3. Генерация шума пристеночными пульсациями давления 50

  1. Механизмы генерации шума пристеночными пульсациями 50

  2. Пульсации давления при струйном обтекании поверхности 51

  1. Статистические характеристики турбулентных пульсаций давления 59

  2. Модели полей пристеночных пульсаций давления 65

1.4. Методические аспекты исследования источников шума 75

1.4.1. Некоторые проблемы нормирования показателей

источников шума 75

  1. Пространственный анализ поля турбулентных давлений 79

  2. Помехоустойчивые измерения пульсаций давления 88

2. Распространение шума по элементам котлотурбинного
оборудования 1

2.1. Распространение шума по рабочим трактам энергоустановок 101

2.1.1. Вязко-термическое поглощение звука в рабочей среде... 101

  1. Структурное демпфирование 108

  2. Влияние местных неоднородностей канала на распространение звука по тракту 118

2.2. Прохождение шума через ограждающие конструкции 127

2.2.1. Акустический расчет многослойных теплозвукоизоли-

рующих покрытий 127

2.2.2 Влияние соединительных элементов на характеристики
изолирующего покрытия 132

2.3. Распространение звука через типовые элементы шумоглушителей 149

  1. Диссипативные шумоглушители 149

  2. Ступенчатые дроссельные устройства 162

2.3.3 Устройства непрерывного дросселирования 168

3. Расчет и оптимизация диссипативных шумоглушителей
газотурбинных и парогазовых установок 177

3.1. Расчет типового шумоглушителя газового тракта ПТУ 177

3.1.1. Расчет исходного шума на выходе газового тракта 178

  1. Расчет шумоглушителей 187

  2. Практические рекомендации и информация расчетчику.. 195

3.2. Проблема долговечности и ресурса диссипативных шумоглуши
телей ГТУ 197

3.2.1. Состояние вопроса и пути решения 197

  1. Влияние мероприятий на показатели шумоглушения 200

  2. Начальный этап накопления повреждений - данные опытов 205

3.3. Акустические свойства шумоглушителей с ячеистой облицовкой.. 210

  1. Результаты экспериментов 210

  2. Расчет ячеистой облицовки 221

4. Акустический расчет тепло-звукоизолирующих покрытий газовых

трактов ПГУ 230

4.1. Инженерный метод расчета 230

4.1.1. Расчет теплоизоляции покрытий 230

  1. Расчет звукоизоляции стенок и покрытий 232

  2. Определение мощности акустических источников 240

  3. Определение шума в расчетных точках 245

4.2. Компьютерная пользовательская программа расчета 249

5. Акустико-аэродинамический расчет и выбор параметров

шумоглушителей сброса пара и газа высокого давления 275

5.1. Инженерный метод расчета 275

  1. Расчет трубопровода 277

  2. Расчет дроссельного блока 297

  3. Расчет внутренней звукопоглощающей облицовки 312

  4. Расчет ступени звукопоглощения 314

  5. Расчет выхлопной части шумоглушителя 322

5.2. Компьютерное программное обеспечение расчета 327

5.2.1. Построение схемы трубопровода 327

  1. Проектирование схемы шумоглушителя 336

  2. Выполнение расчетов 341

  3. Работа со справочниками 345

  4. Настройка параметров и печать отчета 348

5.3. Специфика расчета шумоглушителей сброса газа с контура

газотурбинных компрессорных станций 351

5.3.1. Определение режимных параметров шумоглушителя 351

5.3.2 Шумовые показатели сброса газа с контура КС 359

5.4. Разработка типовых рабочих схем и конструкций шумоглушите
лей и их расчетные показатели 364

Основные результаты и выводы 375

Литература 382

Введение к работе:

Изменение условий хозяйствования, возрастающая открытость отечественной экономики выдвигают новые требования к разработчикам и производителям энергетического оборудования. Растут требования к конкурентоспособности продукции, оперативности выполнения разработок.

Указанные общие обстоятельства стимулировали возрастающее внимание к проблеме расчетного обеспечения шумовых показателей создаваемого и реконструируемого оборудования. Обеспечение необходимых акустических характеристик становится неотъемлемой составляющей современных разработок. Шумовые параметры оборудования, тесно связанные с фактором эксплуатационной и экологической безопасности, в значительной мере характеризуют его качество и конкурентоспособность.

Как известно, многие рабочие процессы в энергоустановках неизбежно сопровождаются генерацией акустической энергии (шума), которая зачастую представляет угрозу безопасности и здоровью людей, оказывает негативное воздействие на состояние окружающей среды. Главные источники шума энергооборудования, вызывающие в настоящее время наибольшее внимание и демонстрируемые на схематическом примере парогазовой установки, рис. 1, характеризуются, как правило, большими значениями механической мощности, обусловленной высокими скоростями и расходами рабочей среды. Энергия порождаемого шума распространяется в окружающее пространство либо непосредственно по рабочим каналам (источники Q) - (4), (8) на схеме рис. 1), либо через стенки корпуса конструкций (источники (5), (J6), (9)).

Существует принципиально два направления решения задачи снижения шума. Первый - воздействие на сами рабочие процессы, минимизирующее порождение звуковой энергии. Второе - локализация звукового поля в зоне генерации с обеспечением энергетического стока волновой энергии при умеренных, допустимых с точки зрения технической безопасности уровнях колебаний непосредственно в специально создаваемых шумозащитных элементах конструкции.

Рис.1. Основные источники шума котлотурбинного оборудования: всас Q) и выхлоп (2) газовоздушного тракта; технологические сбросы пара (3) и газа (4) высокого давления; стенки (5) газового тракта; аэроакустические автоколебания в котельном газоходе (6); дроссельные устройства и клапана (7) паровых турбин; градирня (8); вспомогательное оборудование (9).

Оба отмеченных направления нашли свое развитие в работах отечественных и зарубежных специалистов, связанных с защитой от техногенного шума. Применительно к задаче защиты от шума стационарного энергетического оборудования значительную роль сыграли, в частности, работы, выполненные в нашей стране коллективами под руководством Ф.Е.Григорьяна (ЦКТИ), В.Г.Лысенко (ЮжВТИ), Ю.В.Ржезникова (ВТИ), Л.А.Рихтера и В.Б.Тупова (МЭИ), А.Л.Терехова (ВНИИГАЗ), Ю.П.Щевьева (ЛМЗ).

Существенное влияние на уровень и направленность разработок оказали отечественные и зарубежные исследования в смежных областях технической и теоретической акустики, проведенные под началом И.И.Боголепова (ЛИОТ), А.С.Гиневского и А.Г.Мунина (ЦАГИ), Л.М.Лямшева (АКИН),

7 А.С.Никифорова (ЦНИИ Крылова), Е.Л.Шендерова (Океанприбор),

Е.Я.Юдина (МВТУ им.Баумана), А.Каммингса (США), Л.Кремера и

М.Хекла (Германия), М.Хау (Англия).

Тем не менее, практика инженерного расчета и проектирования шумо-защитных конструкций энергооборудования до последнего времени основывалась главным образом на эмпирических и директивных соотношениях справочного характера, не обладающих необходимой общностью. При этом сохранялись существенные ограничения в части возможности учета значимого многообразия конструктивных и технологических факторов, определяющих фактические показатели акустической эффективности применяемых технических решений.

В условиях разнообразия современных подходов и решений в создании энергооборудования необходим адекватный инструментарий их полного, в том числе акустического, расчета. Недавний период высветил ряд практических проблем, требующих совершенствования теории и методов расчета шу-мозащитных конструкций турбомашин и комбинированных турбоустановок.

Так, развитие современных технологий привело к созданию новых материалов, в том числе вибро- звукопоглощающих, использование которых в практике защиты от шума в значительной степени сдерживается ограниченными возможностями известных инженерных методик их акустического расчета. Опыт эксплуатации средств защиты от шума газотурбинных установок последних десятилетий выявил проблемы увеличения долговечности звукоизолирующих элементов без ухудшения их рабочих характеристик, а также повышения эффективности низкочастотного шумоглушения выхлопного тракта. Определенные трудности возникают в вопросах предотвращения мощных аэроакустических автоколебаний в котельных газоходах. В ряде случаев требуется значительное повышение рабочих показателей средств защиты от шума сброса пара и газа высокого давления.

Необходимые решения возникающих проблем требуют модернизации или создания новых моделей и методов акустического расчета взамен разра-

8 ботанных главным образом в семидесятые годы и ориентированных на соответствующий технологический уровень расчетного обеспечения.

Последний период, характеризуемый бурным прогрессом информационных технологий, во многом изменил возможности разработчиков. Появилась практическая возможность использовать более точные физические модели для расчета шумозащитных устройств, что позволяет с большей надежностью прогнозировать акустические показатели энергооборудования на стадии проектирования, выбирать наиболее экономичные и эффективные решения. Существенно возросли также возможности экспериментальных методов исследования нестационарных процессов, порождающих колебания и шум элементов конструкций. Естественно повысились и требования к созданию малошумных устройств, соответствующих современному техническому уровню.

Отмеченные факторы способствовали заметному развитию представлений об акустических процессах в элементах энергооборудования, включая как процессы генерации шума, так и его распространения, а также соответствующего совершенствования методов акустического расчета.

Цель настоящей работы - создание комплекса методов и практических инструментов расчета и совершенствования шумозащитных конструкций турбинного и котельного оборудования, базирующегося на развитии современных физических моделей процессов генерации и распространения звуковых колебаний. Прикладная составляющая работы связана с защитой от шума энергетических газовых трактов (источники (1), (2), (5), (6) на схеме рис.1), технологических сбросов пара и газа высокого давления (источники Q) і (4)), а также дроссельных устройств и регулирующих клапанов паровых турбин (источники 7)) При этом разрабатываемые методы и практические расчетные методики носят достаточно общий характер, поскольку используемые в расчетах базовые теоретические положения исходят из фундаментальных соотношений механики и акустики.

9 В ходе выполнения работы получены новые теоретические результаты

по динамическим процессам аэродинамического шумообразования и распространения шума в элементах энергоустановок. На основании развитых физических моделей построены инженерные методики акустического расчета типовых и вновь разработанных схем шумозащитного оборудования энергоустановок, включая системы шумоглушения и звукоизоляции газовых трактов ГТУ и ПГУ, а также шумоглушителей сбросов пара и газа высокого давления. Разработанные методики в форме пользовательских компьютерных программ нашли применение на ряде ведущих отечественных предприятий энергомашиностроения при создании новых шумозащитных конструкций энергетического оборудования.

Диссертация включает пять глав, первые две из которых содержат в основном рассмотрение общих вопросов генерации и распространения звука в элементах энергоустановок, а остальные непосредственно связаны с практическими задачами расчета шумозащитных устройств.

Первая глава диссертации включает материалы исследований процессов аэродинамической генерации шума в рабочих узлах энергоустановок. Изучены вопросы генерации шума свободной турбулентностью в корпусных конструкциях, включая шумообразование в клапанах паровых турбин и ре-дукционно-охладительных устройствах. Выполнен анализ физических процессов и условий возникновения аэроакустических автоколебаний в каналах с трубчатыми теплообменниками. Проведены исследования пристеночных турбулентных пульсаций давления как динамического источника шумового возбуждения.

Во второй главе изучены физические механизмы распространения и затухания звуковых колебаний в элементах энергетического оборудования. Подробно рассмотрены вопросы снижения шума при распространении по рабочим трактам энергоустановок за счет вязко-термического поглощения в рабочей среде и структурного демпфирования стенками канала, а также влияние местных неоднородностей на распространение звука по тракту. По-

10 строєна теоретическая модель прохождения звука через многослойную преграду с учетом влияния соединительных элементов. Исследованы процессы распространения звука через типовые элементы диссипативных и дроссельных узлов шумоглушителей.

В третьей главе рассмотрены вопросы оптимизации и расчета средств шумоглушения газотурбинных и парогазовых установок. Предложена методика расчета типового шумоглушителя газового тракта ПГУ, включающая, в частности, оценку затухания шума в элементах тракта и учитывающая физические параметры используемых звукопоглощающих и защитных материалов. Рассмотрены вопросы повышения долговечности и ресурса диссипативных шумоглушителей. Исследованы акустические свойства перспективных неоднородных шумоглушителей с ячеистой облицовкой.

Четвертая глава содержит изложение практической методики акустического расчета тепло-звукоизолирующих покрытий газовых трактов ПГУ. Разработанный инженерный метод расчета учитывает температурный перепад, многослойность и неоднородность покрытия, присутствие соединительных элементов изоляции и позволяет определить шумовые показатели в контрольных точках в зоне прохождения тракта. Приведено техническое описание программного продукта, предназначенного для пользовательской реализации метода.

В пятой главе представлены обоснование рабочей схемы и методика акустико-аэродинамического расчета нового поколения шумоглушителей сброса пара и газа высокого давления, в состав которого входят как дроссельные, так и звукопоглощающие элементы. Методика реализована компьютерной программой, позволяющей пользователю выполнять оперативные вариантные расчеты аэродинамических, силовых и акустических параметров потока в сбросном трубопроводе и элементах шумоглушителя. Исследованы специфические особенности расчета шумоглушения нестационарных сбросов природного газа с контура газотурбинных компрессорных станций. Проде-

монстрированы некоторые результаты расчетов и типовые разработанные конструкции.

На защиту выносятся:

теоретические положения о процессах и источниках аэродинамического шумообразования в элементах турбинного и котельного оборудования;

теоретические положения о физических механизмах распространения и затухания звуковых колебаний в элементах энергетического оборудования;

метод акустического расчета многослойных теплозвукоизолирующих покрытий энергетических газовых трактов в присутствии соединительных элементов;

методы расчета и рекомендации по совершенствованию средств шу-мозащиты газотурбинных и парогазовых установок;

метод расчета и рабочая схема нового поколения шумоглушителей технологических сбросов пара и газа высокого давления.

Представленные в диссертации материалы были инициированы договорными работами по заказам крупных энергомашиностроительных и газотранспортных предприятий. Ряд разработок выполнен в рамках отраслевых программ научно-исследовательских работ ОАО «Газпром» 1995...2004 гг. Часть исследований поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (грант 01-079008) и Федеральной целевой программой «Интеграция» (проект А-0030).

Подобные работы
Чернышев Андрей Владимирович
Создание теории рабочих процессов, методов расчета и разработка оборудования для ПЦР-диагностики
Нгуен Чам (Трам) 0
Теория пространственных расчетов мостовых конструкций как сложных комплексных систем
Шапошников Владимир Николаевич
Особенности работы многонагельных соединений элементов деревянных конструкций и теория их расчета при действии кратковременных, длительных и повторных нагрузок. Приложения
Афоничев Дмитрий Николаевич
Совершенствование теории расчета и параметров конструкции сборных покрытий лесовозных автомобильных дорог
Лисичкин Сергей Евгеньевич
Развитие теории и совершенствование методов расчета массивных железобетонных и напорных сталежелезобетонных конструкций гидротехнических сооружений
Зарецкий Анатолий Абрамович
Развитие теории расчета грузоподъемных кранов по предельным состояниям
Асанов Арстанбек Авлезович
Теория, расчет и проектирование формовочных машин с гидрообъемным приводом
Иванов Сергей Павлович
Развитие теории расчета нелинейных пластинчатых систем
Папоян Ашот Рафикович
Совершенствование теории расчета и методики проектирования высокоскоростных роторных систем текстильных машин
Халаби Салем Махмуд
Моментная теория расчета псевдо-торсовых геликоидальных оболочек в криволинейных неортогональных координатах

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net