Повышение эффективности методов снижения шума центробежных нагнетателей

                         На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

МИНАЕВ ДМИТРИЙ  АНДРЕЕВИЧ

 

 

 

 

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ  МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ШУМА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

 

 

 

 

 

Специальность:

 

05.02.13 –

Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности

 

 

 

 

 

Автореферат

 

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2010

Работа выполнена в обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ» (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»)

 

 

 

Научный руководитель:	доктор технических наук,               доцент Терехов А.Л.
Официальные оппоненты:	доктор технических наук Засецкий В.Г.   кандидат технических наук,    профессор Власов Е.Н.
Ведущая организация:	ОАО «Гипроспецгаз»

 

 

 

 

Защита диссертации состоится «09» июня 2010 г. в 13:30 часов на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, поселок Развилка.

 

 

С диссертацией можно  ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

 

Автореферат разослан «06»  мая 2010 г.

 

 

 

 

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

И.Н. Курганова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение единичной мощности газоперекачивающих агрегатов в процессе реконструкции и строительства новых компрессорных станций (КС) приводит к увеличению шумоизлучения оборудования при его эксплуатации. В наибольшей степени такое повышение шумоизлучения характерно для центробежных нагнетателей (ЦБН), что связано с увеличением окружных скоростей их роторов и увеличением размеров сменных проточных частей (СПЧ).

В настоящее время для снижения шума наиболее широко распространены пассивные способы борьбы, такие как: применение различного типа глушителей, звукоизолирующих кожухов, экранов, кабин наблюдения и управления, звукопоглощающих облицовок, вибродемпфирующих и виброизолирующих покрытий. Работами различных авторов установлено, что уровни звука (УЗ), излучаемые газоперекачивающим оборудованием, зависят от его режима работы. Однако до настоящего времени комплексной оценки степени этого влияния не проводилось. В связи с этим при проведении акустических расчетов, осуществляемых на стадии проектирования КС, а также при разработке и реализации мероприятий по шумозащите до настоящего времени не учитывается влияние переменного режима работы газоперекачивающего оборудования на процесс шумообразования. Отсутствие достоверных данных, оценивающих степень этого влияния, ведет к снижению эффективности проектируемых и реализуемых средств защиты от вредного воздействия шума. Поэтому экспериментально-аналитическое обоснование снижения шумоизлучения на компрессорных станциях магистральных газопроводов  является актуальной темой исследований.

Цель работы. Совершенствование методов и средств защиты от шума, излучаемого центробежными нагнетателями, с учетом влияния переменных режимов их работы на интенсивность шумоизлучения при проектировании компрессорных станций магистральных газопроводов.

Основные  задачи исследований. Для реализации поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Провести анализ эксплуатационной документации для оценки диапазонов изменения технологических режимов работы 3-4 базовых типов центробежных нагнетателей за годовой цикл.
2. Обосновать применимость используемого методического обеспечения для проведения акустических испытаний центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов блочно-контейнерного исполнения, работающих на переменных режимах.
3. Провести экспериментальные исследования по оценке влияния переменных режимов работы выбранных типов центробежных нагнетателей на интенсивность их шумоизлучения.
4. По результатам обработки экспериментальных данных провести анализ зависимости уровней шумоизлучения от режимов работы, разработать математическую модель для оценки влияния на интенсивность шумоизлучения центробежных нагнетателей переменных режимов их работы и оценить ее погрешность.
5. Разработать критериальную оценку шумности центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов по результатам теоретических и экспериментальных исследований.
6. На основании проведенных работ подготовить корректирующие дополнения к нормативной документации ОАО «Газпром», используемой при проектировании средств шумоизоляции центробежных нагнетателей блочно-контейнерного исполнения. 

Научная новизна  работы.

Экспериментально исследовано влияние изменения режимов работы центробежных нагнетателей различных типов на компрессорных станциях магистральных газопроводов на интенсивность их шумоизлучения, и установлена необходимость его учета при проектировании средств защиты от шума.

Разработана математическая модель для оценки влияния переменных режимов работы центробежных нагнетателей на интенсивность их шумоизлучения, достоверность которой подтверждена хорошей сходимостью данных теоретических расчетов и экспериментальных исследований.

Разработана критериальная оценка шумности центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов, позволяющая вне зависимости от рабочих режимов сравнивать шумоизлучение однотипных и разнотипных машин при проектировании компрессорных станций.

Основные защищаемые положения.

1. Экспериментальное обоснование диапазонов изменения интенсивности шумоизлучения центробежных нагнетателей при переменных технологических режимах в круглогодичном эксплуатационном цикле.
2. Аналитически обоснованная и экспериментально подтвержденная математическая модель для оценки интенсивности шумоизлучения центробежных нагнетателей при изменении технологических режимов.
3. Критериальная оценка шумности для объективного сравнительного анализа уровней шумоизлучения выбираемых типов центробежных нагнетателей при проектировании компрессорных станций вне зависимости от режимов их эксплуатации.

Практическая ценность работы. Обоснована применимость стандартизированного методического обеспечения для проведения акустических испытаний центробежных нагнетателей в промышленных условиях их эксплуатации на компрессорных станциях.

Полученные количественные оценки изменения интенсивности  шумоизлучения при варьировании рабочих режимов центробежных нагнетателей подготовлены в форме корректирующих  дополнений к нормативной корпоративной документации, используемой при проектировании средств шумоизоляции отсеков центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении проектными организациями ОАО «Газпром».

Результаты работы внедрены на газотранспортных объектах ООО «Газпром трансгаз Кубань», а также используются при чтении лекций и проведении семинарских занятий по курсу «Безопасность жизнедеятельности» в Российском Государственном Университете нефти и газа имени И.М. Губкина.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 61-й научной конференции «Нефть и газ» (г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 2007 г.), на научно-практической конференции молодых ученых (Московская область, ООО «Газпром ВНИИГАЗ» 30 сентября - 1 октября 2008 г.), на восьмой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, ОАО «Газпром», 6-9 октября 2009 г.), на международной конференции «Экологическая безопасность в газовой промышленности» (Московская область, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 25-26 ноября 2009 г.), а также на заседаниях секции «Промышленная и экологическая безопасность. Охрана труда. Управление рисками» Ученого совета ООО «Газпром ВНИИГАЗ» (Московская область, ООО «Газпром ВНИИГАЗ» 2008-2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 - в изданиях, входящих в «Перечень...» ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и  объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, общих выводов по диссертации, библиографического списка использованной литературы из 78 наименований. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 34 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведения исследований по определению влияния переменных режимов работы центробежных лопаточных машин на интенсивность их шумоизлучения с целью улучшения условий труда работников газотранспортных организаций путем снижения шума на компрессорных станциях магистральных газопроводов, сформулированы цель и основные задачи работы, определены ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проанализированы основные опасные и вредные факторы, воздействующие на персонал предприятий ОАО «Газпром», установлено, что наиболее распространенным из них является производственный шум. Проанализировано негативное влияние интенсивного шума на здоровье человека, а также на безопасность производственных процессов. Рассмотрены перспективы развития газотурбинного парка России, основные шумовые характеристики эксплуатируемых газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях магистральных газопроводов, результаты акустического обследования газотранспортного оборудования. Результаты проведенного анализа свидетельствуют, что шум, излучаемый газотранспортным оборудованием на КС, значительно превышает действующие санитарные нормы. Обзор основных источников шума газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом показал, что одним из наиболее интенсивных из них является центробежный нагнетатель.

Проведенный анализ основных видов компоновки газоперекачивающих агрегатов (цеховое и блочно-контейнерное исполнение, индивидуальное укрытие) позволил обосновать выбор в качестве объекта исследований центробежные нагнетатели газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении.

Обоснованность такого выбора заключается в необходимости проведения достоверного эксперимента с минимальным влиянием фонового шума сторонних источников, что практически реализуемо лишь при блочно-контейнерной компоновке газоперекачивающих агрегатов.

Для обеспечения комплексности  проводимых исследований в работе рассмотрены как отечественные, с различными сменными проточными частями, так и импортные нагнетатели газоперекачивающих агрегатов различной мощности.  

Проведен обзор и  анализ научно-технической информации по вопросам генерации и распространения шума центробежных нагнетателей, эксплуатируемых на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Процессам шумообразования  и шумораспространения посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых: Р.И. Зинченко, А. Г. Мунина, Е.Н. Власова, Д.В. Баженова, Д. И. Блохинцева, Е.Я. Юдина, Ф.Е. Григорьяна, Л.Я. Гутина, Г.А. Хорошева, Н.И. Иванова, А.Л. Терехова, М.Е. Голдстейна, Р. Тэйлора и др.

Исследования показали, что шум, излучаемый центробежными нагнетателями, по своей природе является аэродинамическим, включающим в себя вихревой шум и шум от неоднородности потока, а также в некоторых случаях может присутствовать шум механического происхождения, обусловленный дисбалансом ротора или шумом подшипников.

Проведенные исследования свидетельствуют, что наиболее перспективными пассивными мероприятиями по снижению негативного влияния интенсивного шума, излучаемого центробежными нагнетателями газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении, на работников газотранспортных организаций являются применение звукопоглощающих облицовок их отсеков, средств индивидуальной защиты органов слуха, а также защита временем.

Проведенный анализ научно-исследовательских  работ, посвященных разработке и внедрению мероприятий по борьбе с шумом, а также соответствующей нормативно-технической документации свидетельствует о том, что при проектировании методов и средств защиты от шума не учитывается влияние переменных режимов работы газотранспортного оборудования на интенсивность шумоизлучения.

Поэтому для улучшения условий труда персонала КС, повышения эффективности проектируемых новых газотранспортных объектов, а также современных шумозащитных конструкций необходимо проводить разработку методов и средств по снижению шума с учетом влияния переменных режимов работы газотранспортного оборудования на интенсивность его шумоизлучения.

Во второй главе выполнен анализ государственных стандартов, регламентирующих существующие программы и методики измерений шумовых характеристик лопаточных машин, основанные на следующих методах измерений:

• в свободном звуковом поле;
• в отраженном звуковом поле;
• ориентировочным методом;
• с применением образцового источника шума.

По результатам проведенного анализа назначений, условий применимости, а также достижения максимальной эффективности при обеспечении требуемой точности перечисленных выше методов в настоящей работе обосновано применение ориентировочного метода, т.к. он может быть реализован в промышленных условиях и позволяет использовать стандартизированные методики измерений.