Повышение эффективности методов снижения шума центробежных нагнетателей

Выбранная типовая методика основана на применении ориентировочного метода определения корректированного по шкале А уровня звуковой мощности по измеренным уровням звукового давления или эквивалентного уровня звука для проведения измерений в помещении в соответствии с определяемыми данной методикой условиями звукового поля над звукоотражающей плоскостью.

Стандартизированная методика регламентирует необходимость  избегать любых звукоотражающих  поверхностей, не являющихся полом  или частью поверхности испытательного помещения, которые в силу своей вибрации могут излучать заметный шум.

Однако технологические  особенности размещения и подключения  нагнетателя обуславливают наличие в его отсеке различных технологических трубопроводов, которые могут рассматриваться в качестве отражателей звука (рис. 1 (а)).

Для обоснования  выбора типовой методики, основанной на применении ориентировочного метода, была проведена оценка возможности ее использования для блочно-контейнерной компоновки нагнетателей, определены максимальные уровни погрешностей измерений для используемых в ней схем расположения измерительных точек, а также проведено их сравнение с допустимыми при ее применении.

Условия звукового  поля, учитываемые в соответствии с типовой методикой, предусматривают расчет показателя акустических условий по эквивалентной площади звукопоглощения, а также коррекции на фоновый шум.

а	б
в

Рис. 1 Расположение технологических трубопроводов (а), огибающего

 параллелепипеда (б), а также измерительной поверхности с точками измерения (в)

Как видно  из рис. 1 (б), внутри отсека ЦБН (на примере НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35)) может быть построен огибающий параллелепипед, использование которого предполагает рассматриваемая методика, путем определения характеристического размера источника шума d₀, а также измерительная поверхность с помощью определения оптимального измерительного расстояния d.

Выбор измерительной  поверхности в виде параллелепипеда  с расположенными на ней точками  измерений, а также измерительного расстояния d = 0,5 м, представленных на рис. 1 (в), проводился с учетом геометрических размеров отсека, а также наличия в нем некоторого числа звукоотражающих объектов помимо пола и исследуемого источника шума.

Для определения точек измерения каждая грань измерительной поверхности разделялась на наименьшее возможное число прямоугольных участков равной площади с максимальной длиной стороны 3 d (d — измерительное расстояние). Точки измерения помещались в центр каждого участка и по его углам, кроме углов, прилегающих к звукоотражающей плоскости.

При проведении измерений  предполагается определение среднего на измерительной поверхности уровня звука с учетом коррекций на фоновый шум и акустические условия окружающей среды для последующего расчета уровня звуковой мощности.

Типовая методика регламентирует, что ориентировочный метод должен обеспечивать среднеквадратическое отклонение воспроизводимости измерений корректированного по шкале А уровня звуковой мощности при показателе акустических условий, находящегося в пределах 5-7 дБА, равное 4 дБА или меньше.

Превышение верхнего предельного значения среднеквадратического отклонения воспроизводимости измерений свидетельствует о неприменимости выбранной методики к существующим на практике условиям  или о нарушении устанавливаемых ею требований.

Поэтому было необходимо определить среднеквадратическое отклонение воспроизводимости измерений и сравнить его с верхним предельным значением для экспериментально полученных данных на исследуемых рабочих режимах.

 Верхнее предельное значение сравнивалось с расчетным значением полной погрешности (к_пол) акустических измерений.

Для оценки полной погрешности использовалась наиболее распространенная методика квадратичного сложения случайной (к_сл) и систематической (к_пр) составляющих. В соответствии с этой методикой случайная составляющая полной погрешности равна значению среднеквадратического отклонения уровня звуковой мощности и определяется в соответствии со следующим соотношением:

                                           ,                                         (1)

где   - среднее значение уровня звуковой мощности в группе для некоторой (i-ой) частоты вращения;

L_j - значение уровня звуковой мощности для некоторой (i-ой) частоты вращения для некоторого (j-ого) центробежного нагнетателя;

М - количество однотипных центробежных нагнетателей в исследуемой группе (число степеней свободы).

Значение систематической  погрешности (приборная погрешность) с учетом применения шумомера 1-ого класса точности в соответствии с паспортом прибора Октава 110 А составляет к_пр=  ± 0,7 дБА.

После проведения оценки как случайной, так и систематической погрешностей можно рассчитать полную погрешность измерений, определяемую в соответствии со следующим соотношением:

                                                                                                         (2)

Результаты расчета  значений среднеквадратического отклонения уровней звуковой мощности, а также полной погрешности для полных рабочих диапазонов изменения рабочих режимов испытуемых центробежных нагнетателей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета  среднеквадратического отклонения значений уровней звуковой мощности для исследованных центробежных нагнетателей

ЦБН Н-196-1,45
№ п/п	n, об/мин		,   дБА	, дБА		№ п/п		n, об/мин		,  дБА	, дБА
1	7500		0,646	0,953		7		8100		0,539	0,883
2	7600		0,786	1,053		8		8200		0,674	0,972
3	7700		0,700	0,990		9		8300		0,632	0,943
4	7800		0,632	0,943		10		8400		0,504	0,863
5	7900		0,539	0,883		11		8500		0,539	0,883
6	8000		0,774	1,044		-		-		-	-
ЦБН НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35)
№ п/п		n, об/мин	,   дБА		, дБА		№ п/п		n, об/мин	,  дБА	, дБА
1		7050	0,690		0,983		13		7650	0,487	0,853
2		7100	0,690		0,983		14		7700	0,377	0,795
3		7150	0,377		0,795		15		7750	0,755	1,030
4		7200	0,377		0,795		16		7800	0,487	0,853
5		7250	0,487		0,853		17		7850	0,690	0,983
6		7300	0,577		0,907		18		7900	0,377	0,795
7		7350	0,534		0,880		19		7950	0,690	0,983
8		7400	0,487		0,853		20		8000	0,690	0,983
9		7450	0,377		0,795		21		8100	0,377	0,795
10		7500	1,069		1,278		22		8200	0,377	0,795
11		7550	0,899		1,139		23		8300	0,534	0,880
12		7600	0,690		0,983		-		-	-	-
ЦБН 7V-3/100-1,7
№ п/п		n, об/мин	,   дБА		, дБА		№ п/п		n, об/мин	,  дБА	, дБА
1		4900	1,095		1,300		11		5600	1,140	1,338
2		5000	1,140		1,338		12		5700	0,836	1,090
3		5050	1,140		1,338		13		5800	0,894	1,135
4		5100	1,516		1,670		14		5900	1,140	1,338
5		5150	1,516		1,670		15		6000	0,707	0,995
6		5200	0,894		1,135		16		6100	1,140	1,338
7		5250	0,894		1,135		17		6200	0,447	0,831
8		5300	1,140		1,338		18		6300	0,894	1,135
9		5400	1,140		1,338		19		6400	0,547	0,888
10		5500	1,140		1,338		20		6500	0,447	0,831

Поскольку определение погрешности экспериментальных данных было целью оценки возможности применения стандартизированной методики, то подробного анализа ее зависимости от переменных режимов работы не проводилось. Однако из приведенных в таблице 1 результатов расчетов полной погрешности видно, что ее значения минимальны на номинальных и близких к ним режимах работы. Анализируя итоги расчета полной погрешности для проведенных измерений, можно утверждать, что они не превышают верхнего предельного значения, установленного стандартизированной методикой и, следовательно, подтверждают возможность ее применения и достоверность полученных с ее использованием результатов акустических испытаний.

В третьей главе проведен анализ типовых режимов работы центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов, сопоставлена продолжительность работы на номинальных и альтернативных режимах работы (рис. 2).  

Рис. 2 Характеристика режимов работы ЦБН различных типов (а) Н-196-1,45; (б) 235-24-1; (в) 7V-3/85-1,54; (г) 7V-3/100-1,7

Представленные материалы свидетельствует о том, что в процессе эксплуатации режимы работы центробежных нагнетателей на газотранспортных объектах (компрессорных станциях магистральных газопроводов) варьируются в достаточно широких пределах, причем продолжительность работы на номинальном режиме значительно ниже продолжительности работы на альтернативных режимах.

Результаты анализа подтверждают необходимость проведения акустических испытаний с целью определения влияния переменных режимов работы на процесс шумообразования центробежных нагнетателей.

В процессе выполнения работы были проведены акустические испытания, позволяющие определить зависимости значений основных шумовых характеристик центробежных нагнетателей различных типов (Н-196-1,45; НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35); 7V-3/100-1,7) от переменных режимов их работы (рис. 3).

 

Рис.3 Влияние изменения режимов работы на интенсивность шумоизлучения, а также спектральную характеристику для выборок ЦБН Н-196-1,45 (а, б); НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) (в, г); 7V-3/100-1,7 (д, е)

Как видно из данных, приведенных на рис. 3, шум исследованных центробежных нагнетателей по спектральной характеристике является широкополосным, по временной - постоянным. Максимальное шумоизлучение центробежных нагнетателей наблюдается в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями частот 63, 125, 1000 Гц.

Представленные результаты свидетельствуют о том, что варьирование режимов работы приводит к значительному изменению основных шумовых характеристик исследованных центробежных нагнетателей  в процессе их эксплуатации.

Поэтому при проектировании шумозащитных мероприятий требуется внесение соответствующих корректировок.

На основании полученных экспериментальных данных также была выполнена оценка влияния переменных режимов работы центробежных нагнетателей на громкость шума, субъективно воспринимаемую работниками газотранспортных объектов.

Значение уровня звука в дБА численно совпадает со значением уровня громкости (L_ф) в фонах. Для измерения уровня субъективно воспринимаемой громкости (G_с) применяется линейная шкала, соответствующая человеческому восприятию громкости, единицей измерения в которой является сон. При этом 1 сон соответствует уровню громкости 40 фон.

В интервале 40 < L_ф< 120 значение уровня громкости в фонах связано с величиной субъективной громкости в сонах соотношением:

                                             

                                               (3)

Расчеты, проведенные на основе полученных экспериментальных данных (таблица 2) для исследованных групп центробежных нагнетателей Н-196-1,45 и 7V-3/100-1,7, показывают, что в результате варьирования режимов работы и шумового режима происходит увеличение субъективно воспринимаемой громкости в 1,32 и 1,41 раза соответственно, а для выборки центробежных нагнетателей НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) в 1,74 раза.                                            

Таблица 2

Результаты расчета  изменения субъективной громкости

при варьировании режимов работы исследованных центробежных нагнетателей

Исследованные  типы ЦБН	Усредненные значения уровня звука, дБА = Lф, фон		Gс, сон
	Мах	Min	Max	Min	Max/Min
Н-196-1,45	109	105	119	91	1,32
НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35)	107	99	104	60	1,74
7V-3/100-1,7	97	92	52	37	1,41