Устройство для снижения вибрации и шума в трубопроводных системах энергетических установок. Разработка и исследование

Чернов Н. С., Мурановский В.П. Устройство для снижения вибрации и шума в трубопроводных системах энергетических _установок. Разработка и исследование_

технологического оборудования воздействует в первую очередь на операторов, обслуживающих это оборудование, и характеризуется сравнительно высокими уровнями.

Шум как физическое явление представляет собой волновое колебание частиц воздуха или упругое колебание рабочей среды (в гидропневмосистеме), его возникновение и распространение обусловлены физическими процессами.

Борьба с вибрацией и шумом является острой проблемой при проектировании и эксплуатации ЭУ и ТО.

Большое раздражающее воздействие на операторов оказывает не только механическая, но и акустическая вибрация (шум), обусловленная колебаниями рабочей среды в трубопроводных системах, инициированными отрывающимися вихрями или турбулентными пульсациями данной среды. Значение акустической частоты колебаний зависит от номера моды (формы колебаний): самая низкая частота характерна для первой моды, более высокая частота - для второй, третьей и т. д.

Кроме того, акустическая частота зависит от формы, геометрических размеров, а также скорости звука в ней, и может быть подсчитана по следующему соотношению:

/а = т • жзе па

где /а - акустическая частота; т - номер моды;

Жзв - скорость звука в межтрубной жидкости, м/с; ё - внутренний диаметр трубы, м.

Причем экспериментальные исследования показывают: пока возбуждающие частоты лежат в пределах до 20 % акустической частоты, возникает громкий шум и акустическая вибрация, совпадающая с собственной резонансной частотой любого элемента гидропневмосистемы, как правило, разрушающее его.

Единственным средством борьбы с шумом и вибрациями трубопроводных систем - это устройства, устанавливаемые в соответствующие магистрали: они превращают турбулентный поток газа или жидкости в ламинарный, т.е. поток, частота и амплитуда колебаний которого равны или близки к нулю.

Конструкции устройств, применяемых в отечественной промышленности и за рубежом, могут быть самыми разными: их выполняют в виде простейших вставок с небольшими отверстиями; регулировочных винтов и т. д., способных перемещаться в отверстиях; витых спиралей; наборов шайб с отверстиями и выфрезированными канавками, образующими сложные пространственные изломанные каналы и т. п. Но все они снижают вибрации и шум не более чем на 15-20 дБА.

Рассматриваемая проблема особенно актуальна для отраслей промышленности, применяющих измерительные приборы (манометры) в трубопроводных системах энергетических установок и технологического оборудования.

Рабочая среда - теплоноситель - в трубопроводах энергетических установок имеет ряд особенностей: высокие температуры и температурные градиенты, значительные скорости потока, высокие давления. В наиболее узких сечениях скорость жидкого теплоносителя достигает 14 м/с, газообразного - 100-150 м/с, давление 1625 Мпа, температура 300-400еС. Процессы в главных циркуляционных трубопроводах характеризуются значительными нестационарными расходами теплоносителя и интенсивными волновыми и вибрационными нагрузками.

Вибрации могут стать причиной усталостных разрушений трубопроводов, элементов энергетических установок, в результате которых нарушается проектная степень герметичности проточных трактов и появляются значительные течи

теплоносителя. Поэтому каждый случай появления вибрации трубопроводов требует квалифицированного анализа и принятия технического решения по стабилизации колебания давления в трубопроводе.

Основными источниками вибрации трубопроводов в большинстве случаев являются динамические нагрузки и пульсирующий поток теплоносителя.

1. Методы проведения исследований

Для исследования авторами была разработана новая конструкция дроссельного устройства. Внедрение комплекса мероприятий по виброшумоглушению начинается с установки дроссельных устройств в гидропневмосистемах эксплуатируемого и проектируемого оборудования. Выбор того или иного устройства определяется необходимым уровнем снижения шума, его спектром и другими условиями. В гидросистемах оборудования, работающего под высоким давлением, например, при подаче рабочей жидкости или сжатого газа под высоким давлением к измерительным приборам (манометрам), чтобы дроссельные устройства оказывали противодавление потоку рабочей жидкости.

Колебания давления в гидросистемах приводят к сильным вибрациям и перегрузкам всех передаточных элементов оборудования и измерительных звеньев. Подключение измерительных приборов к гидропневмосистеме через дроссельное устройство обеспечивает сужение поперечного сечения прохода, противодействует колебаниям давления в системе и сглаживает их, что исключает ошибочные показания измерительных приборов, предотвращает их выход из строя и снижает уровень шума.

Рис. 1. Дроссельное устройство

Чернов Н. С., Мурановский В.П. Устройство для снижения вибрации и шума в трубопроводных системах энергетических _установок. Разработка и исследование_

1 - соединительный штуцер; 2 - резьбовая коническая вставка; B - полость для подачи рабочей среды; C - кольцевая канавка; D - подсоединительный размер к манометру; d -подсоединительный размер подвода рабочей среды; dl - условный проход.

Разработанная авторами конструкция дроссельного устройства показана на

Рис. 1.

Дроссельное устройство состоит из соединительного штуцера 1 и плотно посаженной резьбовой вставки 2 в его коническое отверстие. Штуцер одним концом подсоединяется к измерительному прибору (манометру), а вторым к источнику давления [3].

Работает следующим образом.

Рабочая среда (жидкость или газ) под рабочим давлением подается к полости «Б». Из этой полости она через винтовой проход резьбовой вставки попадает в кольцевую канавку «С», снова в винтовой проход и, на вход манометра. Благодаря такому переменному по гидравлическому сопротивлению пути пульсации, пики давления гасятся и тем самым снижаются резкие динамические нагрузки на механизмы ЭУ и ТО.

Отличием описываемого дроссельного устройства от традиционных является то, что дросселирование осуществляется путем изменения проходного сечения канала рабочей среды через винтовой проход резьбовой вставки. При этом значительно повышается эффективность дросселирования и снижение уровня шума.

Опытной проверкой разработанного дроссельного устройства установлено, что шаг резьбы вставки должен быть равен 0,5-0,75 мм, а угол конуса 1.. .3°.

Выполнение профиля резьбы с шагом 0,5-0,75 мм обеспечивает оптимальную развернутую длину винтового прохода для снижения и сглаживания пиков давления рабочей среды с высокой пульсацией.

Выполнение резьбовой вставки конусной с углом 1.3°, обеспечивает при сборке высокую герметичность за счет плотного прилегания плоскосрезанной вершины резьбы (0,2. 0,4 мм) к конической поверхности соединительного штуцера и уменьшает утечки среды между соседними витками. Кроме того, при эксплуатации создается удобство разборки и сборки дросселя для промывки и очистки резьбовой вставки, тем самым обеспечивается надежность и ремонтопригодность устройства.

Кольцевая канавка «С» вставки гарантирует сочетание в ней ламинарного потока, образовавшегося в нижней части винтового прохода, с турбулентным, что повышает пропускную способность верхней части резьбы и скорость движения потока рабочей среды.

Рассматриваемый дроссель эффективен при давлении 0,4-40 Мпа (4400 кгс/см2). Диаметр его условного прохода составляет 4 мм, его эффект - снижение амплитуды колебаний давления на входе и выходе в 4-5 раз.

Таким образом, в рассматриваемом устройстве применено фактически ступенчатое дросселирование «резьба-канавка-резьба», которое выполняет задачу снижения вибраций и шума в 1,3-1,6 раза эффективнее (т. е. на 28-35 дБА), чем серийно выпускаемые дроссели, выпускаемые фирмами «^ЖА» и «"УВО-ОТА» (Германия).

Его технические характеристики:

- номинальное давление рабочей среды (жидкость, газ), МПа 40;

- диаметр условного прохода сечения, мм 4;

- снижение колебания давления на входе и выходе, раз 4.5;

- присоединительные размеры:

• к измерительным приборам (манометрам) (D) М12х1,5; М20х1,5;

• подвод среды к дросселю (d) М12х1,5; G1/4; G1/8 (Обозначения по ГОСТ 6357-81).

2. Результаты

Для сравнения эффективности разработанного дроссельного устройства с существующими аналогами, например, фирм «WIKA», «VDO-OTA» (Германия) были проведены экспериментальные испытания на стендовом и действующем оборудовании. Результаты испытаний по эффективности сведены в Табл. 1.

Таблица 1

Показатели эффективности дросселей

Наименование фирм Конструкция дросселя А, дБА

«WIKA» (Германия) Регулировочный винт ё=1,2 мм 20,5

«VDO-OTA» (Германия) Витая спираль 1=25 мм, а=0,8-1 мм 25,5

Разработка авторов Коническая резьбовая вставка 1=25 мм 32,5

Полученные результаты испытаний являются важными для оценки эффективности и эксплуатационной надежности применяемых конструкций дросселей в отраслях зарубежного и отечественного машиностроения.

Заключение

Разработанные дроссельные устройства обладают высокими акустическими и эксплуатационными характеристиками. Широко используются как для вновь практикуемого, так и при эксплуатации действующего технологического оборудования ВАЗа. А также, могут быть использованы в нефтяной и газовой промышленности.

Разработка и исследование направлены на отказ от закупки устройств по импорту.

Импортозамещение продуктов машиностроения. Экономический эффект от замены 1 единицы дроссельного устройства фирмы «WIKA» на отечественное составляет 400-450 руб. в зависимости от типа (в ценах на 01.12.2014г.).

Список литературы

1. Васильев А.В. Снижение вибрации и низкочастотного шума энергетических систем с использованием гасителей колебаний давления и активных компенсаторов / А.В. Васильев, А.И. Глейзер, Н.С. Чернов // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск Т.11, №3 - Самара, 2009. - с. 327-328.

2. Шахматов Е.В. Возбуждение пульсаций давления в рабочей жидкости при вибрации трубопровода / Е.В. Шахматов, А.Б. Прокофьев, Т.Б. Миронова // Вестник СГАУ №2, Ч..2 Самара, 2006 - с. 161-164.

3. Патент 2117204 Российская федерация, МПК F 16K 47/06. Дроссельное устройство / Н.С. Чернов, В.П. Мурановский; заявитель и патентообладатель ОАО «АвтоВаЗ» - № 96112689/06., заявл. 25.06.96, опубл. 10.08.98, Бюл. № 22 -4 с.: ил.

Использование шумовых карт города для выбора управленческих решений по регулированию автотранспортных потоков

1 2 3*

Волкодаева М.В. , Лёвкин А.В. , Демина К.В. 1 Профессор кафедры приборостроения НМСУ «Горный», г. Санкт-Петербург, Васильевский остров, 22-я линия, д. 1, РФ Аспирант кафедры приборостроения НМСУ «Горный», Главный специалист, ООО «ИПЭиГ», г. Санкт-Петербург, пр.Медиков, д.9, РФ Аспирант кафедры приборостроения НМСУ «Горный», Ведущий инженер эколог, ООО «ИПЭиГ», г. Санкт-Петербург, пр.Медиков, д.9, РФ

Аннотация

Актуальность: в статье обсуждается актуальная проблема - защита населения от повышенного шумового воздействия. Цель: обоснование необходимости создания шумовых карт городов для принятия корректных управленческих решений. Материалы и методы: приводятся данные по изменению количества автотранспортных средств на территории Европейского Союза и России. Также представлена информация об уровнях шума на территориях вдоль автомобильных дорог, наблюдаемых в некоторых городах России. Приведен алгоритм создания шумовой карты города, который включает проведение натурных наблюдений состава и интенсивности автотранспортного потока, формирование электронной базы данных уровней звука от каждого автотранспортного участка, проведение акустических расчетов, анализ результатов расчетов с точки зрения соблюдения гигиенических нормативов. Результаты: оценены уровни шума в центральной части города Санкт-Петербург, создаваемого автотранспортом, как на основании натурных исследований о составе и интенсивности автотранспортного потока, так и прогнозные - при ограничении движения автотранспортных средств. Заключение: ограничение движения автотранспорта может способствовать снижению воздействия, как шумового, так и значений максимальных приземных концентраций вблизи улиц, на которых ограничено движение, но в то же время может привести к увеличению негативного воздействия вблизи улиц, на которые перераспределится автотранспортный поток. Снижению значений максимальных приземных концентраций и уровней шума для такого крупного мегаполиса, как город Санкт-Петербург, будет способствовать комплекс природоохранных мероприятий, направленных на улучшение топлива, класса экологичности автотранспортных средств, развитие улично-дорожной сети с организацией движения с учетом экологических последствий предлагаемых мероприятий при использовании шумовых карт.

Ключевые слова: автотранспорт, интенсивность, акустические расчеты, шумовая карта города.

The use of noise maps of the city for selection of management decisions about the regulation

of road traffic

Volkodaeva M.V. 1, Levkin A.V.2, Demina K.V3

1 Professor, National mineral resources university (university of mines), Saint-Petersburg, Russia 2Postgraduate student, National mineral resources university (university of mines),

Chief engineer ecologist, LLC (IAEH), Saint-Petersburg, Russia 3Postgraduate student, National mineral resources university (university of mines), Engineer ecologist, LLC (IAEH), Saint-Petersburg, Russia

Abstract

The important problem is protection of population from high noise. This problem was discussed in the article. Also in the article was showed the necessity of the noise maps of the city for making correct management decisions is proved. There are presented data on the change in the number of vehicles on the territory of the European Union and Russia, information about noise levels in the territories along the roads in the cities of Russia, the algorithm for generating noise maps of the city. There were estimated noise levels generated by vehicles, in the Central part of the city of St. Petersburg for two scenarios: first on the basis offield studies on the

E-mail: volkodaeva@atr-sz.ru