Исследование уровня шума центробежных нагнетателей и их трубопроводов обвязки на компрессорных станциях

ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ ШУМА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ И ИХ ТРУБОПРОВОДОВ ОБВЯЗКИ НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

Е.Н. Власов, В.К. Мамаев, А.П. Алексеев

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей

Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 6, Москва, Россия, 117198

В статье рассмотрены вопросы о путях снижения уровня шума центробежных нагнетателей и их трубопроводов обвязки на компрессорных станциях.

Ключевые слова: центробежный нагнетатель, уровень звуковой мощности, трубопроводы: обвязки, уровни звукового давления.

Увеличение мощности современных газоперекачивающих агрегатов, повышение скорости и давления газовоздушных потоков сопровождаются повышением уровня аэродинамического шума. Неоднородность потока на входе в рабочее колесо нагнетателя порождает нестационарное обтекание лопатки колеса. Особой разновидностью шума от неоднородности потока является шум взаимодействия направляющих и рабочих лопаток — сиренный шум, который является определяющим компонентом шума лопаточной ступени. Типичный третьоктавный спектр уровней шума нагнетателя, измеренный на расстоянии 1 м от звукоактивной поверхности нагнетателя, представлен на рис. 1.

Рис. 1. Третьоктавный спектр уровня шума нагнетателя

На кафедре теплотехники и тепловых двигателей РУДН выполнены значительные экспериментально-технические исследования по выбору оптимальных элементов проточной части нагнетателей с целью снижения аэродинамического шума. Разработаны и проверены способы борьбы с шумом в источнике его воз-

никновения: уменьшение уровня шума на основной частоте следования лопаток (сиренный шум) путем расфазировки источников шума одним из следующих способов:

— правильным выбором числа лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата;

— выбором оптимального зазора между лопатками ротора и статора;

— неравномерным размещением лопаток;

— применением наклонных лопаток;

— обеспечением равномерного потока на входе в ступень;

— обеспечением оптимального угла входа потока на рабочее колесо. Получены теоретические зависимости по оценке акустической мощности нагнетателей и влияния различных геометрических элементов проточной части нагнетателя на тональный шум. Звуковое давление на лопаточной частоте:

1 F .к- ю- т2 .к- ю- т2 . , . ^ч

рк =-;=---sin---sin---Al AS).

к 396,76-4t r-к-Ti 2 2

( p- AV21

где F — пульсационное аэродинамическое давление F = п - гяз - b 2 - Арст +--;

V 4 У

Арст — изменение статического давления; AV — изменение выходной скорости; b — ширина языка; гяз — радиус скругления языка; T — период; к — номер гармоники; r — расстояние до точки замера; т1 и т2 — время; w — круговая частота следования импульсов; p — плотность окружающей среды.

AL = A(AS) — уменьшение шума за счет увеличения зазора

г 2*к R

где 5 — абсолютный радиальный зазор, R — радиус колеса.

Суммарная звуковая мощность нагнетателя:

Lp = L + 25 lg Пк + 10 lg G,

где G, кг/с, если а > 6 и u > 50 м/с, то L = 92,5 ± 3 дБА, где пк — степень повышения давления; G — расход; а — коэффициент; u — окружная скорость; L — удельная шумность.

Входные и выходные трубопроводы (рис. 2), ведущие к нагнетательным, также являются источником шума на территории КС. Это излучение является результатом наложения шума нагнетателя и шума высокоскоростного потока и взаимодействия его с твердой стенкой трубы. Анализ схем обвязки трубопроводов показал, что входные и выходные трубопроводы имеют длину более 15 м по отдельности при диаметре трубы от 1 до 0, 5 м, что обеспечивает большую площадь излучения. Общее шумное загрязнение окружающей среды от открытого расположения обвязок трубопроводов на выходе компрессорной станции нередко имеет высокую интенсивность в рабочих зонах обслуживания систем трубопровода уровень шума достигает 100...110 дБА при допустимых по нормам 80 дБА Экв. ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования безопасности». Шум, излучаемый трубопроводами, обусловлен вибрацией труб, вызванной турбулентностью потока

ALÉ = 7,1 -141,7- — + 254,

газа. Пульсации давления высокоскоростного потока возбуждают вибрацию труб. Вибрирующие поверхности трубопровода генерируют звуковые волны в окружающей среде. Интенсивность и частотный спектр этого шума зависит от параметров газового потока, габаритных размеров и толщины стенок трубок, а также от конструкции трубопровода. Кроме того, проведенные ранее исследования показали, что шум трубопроводов технологической обвязки нагнетателей является одним из доминирующих на близлежащей к КС селитебной территории.

Рис. 2. Схема обвязки нагнетателя ГТН-25

На рис. 3 показаны результаты (данные завода изготовителя) измерений уровней шума у обвязки трубопроводов нагнетателя на всасывании и нагнетании и шумовой спектр нагнетателя Н-650-21-1 для газоперекачивающего агрегата ГТН-25 мощностью 25 МВт [1].

Рис. 3. Октавные уровни звукового давления нагнетателя Р-650-21-1 и трубопроводов обвязки, измеренные на компрессорной станции

Методы борьбы с шумом и вибрацией технологической обвязки предполагают использование мероприятий, предложенных специалистами ВНИИгаза [2]. Они рекомендуют снижать тональный шум нагнетателей, который генерирует шум технологической обвязки, а также производить установку специальных звукоизолирующих конструкций на ведущие к компрессору трубопроводы, заполненных стекловолокном, а также нанесение на поверхность трубопровода армированного вибропоглощающего покрытия из мастики определенного сорта.

Сравнивая шумовые спектры обвязки и нагнетателя, можно отметить сходство — наличие максимума в зоне частот от 500 до 2000 Гц (см. рис. 3). Можно предположить, что вклад нагнетателя в шум обвязки является основными. Это еще раз подтверждает тот факт, что нагнетатель является одним из основных источников шума на КС. Если учесть, что шум технологической обвязки генерируется нагнетателем и распространяется вдоль трубопроводов [2], то можно считать, что снижение шума центробежных нагнетателей является весьма важным. Также необходимо заметить, что одной из причин участившихся усталостных разрушений труб в системе обвязки трубопроводов на компрессорных станциях является акустическая усталость конструкции обвязки трубопроводов при нестационарных воздействиях. Шум технологической обвязки генерируется нагнетателем и распространяется вдоль трубопроводов, поэтому снижение тонального шума центробежных нагнетателей в диапазоне частот 500—2000 Гц при изменении геометрических параметров проточной части нагнетателя одновременно приведет к снижению вибрации трубопроводов обвязки нагнетателя.

Таким образом, снижение тонального шума нагнетателей является мерой, предупреждающей аварии трубопроводов обвязки нагнетателей в связи с акустической усталостью конструкции обвязки трубопроводов при нестационарных воздействиях.

В настоящее время все компрессорные станции строятся автоматизированными, и постоянные рабочие места сменного обслуживающего персонала находятся в отдельном звукоизолированном помещении. В связи с этим уровень шума в машинном зале, где расположен нагнетатель 650-21-2, является приемлемым.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Власов Е.Н. Шум нагнетательных машин на компрессорных станциях магистральных газопроводов и способы его снижения. — М.: РУДН, 1966. [Vlasov E.M. Shum nagneta-telnyh mashin na kompressornyh stancijah magistralnyh gazoprovodov i sposoby ego snige-nija. — M.: RUDN, 1966.]

[2] Терехов А.Л. Исследования и снижение шума на компрессорных станциях магистральных газопроводов. — М.: ИРЦ Газпром, 2000. [Terehov A.L. Issledovanie i snigenie shuma na kompressornyh stancijah magistralnyh gazoprovodov. — M.: IRC Gazprom, 2000.]

STUDY OF NOISE AND CENTRIFUGAL BLOWERS TRIM PIPING AT COMPRESSOR STATIONS

E.N. Vlasov, V.K. Mamaev, A.P. Alekseev

Department of heating engineers and heat engines

Peoples' Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

The questions on how to reduce noise centrifugal compressors and pipelines piping at compressor stations.

Key words: centrifugal supercharger sound power level, piping trim, sound pressure levels.