Эффективные решения по снижению шума от энергетического оборудования тэс и котельных. Звукоизоляция котельной

К.т.н. Л.В. Родионов, начальник отдела сопровождения научных исследований; к.т.н. С.А. Гафуров, старший научный сотрудник; к.т.н. В.С. Мелентьев, старший научный сотрудник; к.т.н. А.С. Гвоздев, ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва», г. Самара

Для обеспечения горячей водой и отоплением современных многоквартирных домов (МКД) в проекты иногда закладываются крышные котельные. Данное решение в некоторых случаях является экономически выгодным. При этом, зачастую, при монтаже котлов на фундаменты не обеспечивается должная виброизоляция . В результате жильцы верхних этажей подвержены постоянному шумовому воздействию.

Согласно действующим на территории России санитарным нормам уровень звукового давления в жилых помещениях не должен превышать 40 дБА – днём и 30 дБА – ночью (дБА – акустический децибел, единица измерения уровня шума с учётом восприятия звука человеком. – Прим. ред.).

Специалистами института акустики машин при Самарском государственном аэрокосмическом университете (ИАМ при СГАУ) были выполнены измерения уровня звукового давления в жилом помещении квартиры, расположенной под крышной котельной жилого дома . Выяснилось, что источником шума являлось именно оборудование крышной котельной. Несмотря на то что эту квартиру от помещения крышной котельной отделяет технический этаж, по результатам замеров зафиксировано превышение дневных санитарных норм, как по эквивалентному уровню, так и на октавной частоте 63 Гц (рис. 1).

Измерения были выполнены в дневное время суток. Ночью режим работы котельной практически не меняется, а фоновый уровень шума может быть ниже. Поскольку оказалось, что «проблема» присутствует уже днём, то измерения в ночное время суток решено не проводить.

Рисунок 1 . Уровень звукового давления в квартире в сравнении с санитарными нормами.

Локализация источника шума и вибрации

Для более точного определения «проблемной» частоты были выполнены измерения уровня звукового давления в квартире, котельной и на техническом этаже на разных режимах работы оборудования.

Наиболее характерным режимом работы оборудования, при котором появляется тональная частота в низкочастотной области, является одновременная работа трёх котлов (рис. 2). Известно, что частота рабочих процессов котлов (горение внутри) достаточно низкая и приходится на диапазон 30-70 Гц.

Рисунок 2. Уровень звукового давления в различных помещениях при работе трёх котлов одновременно

Из рис. 2 видно, что частота 50 Гц преобладает во всех измеренных спектрах. Таким образом, основной вклад в спектры уровней звукового давления в исследуемых помещениях вносят котлы.

Уровень фоновых помех в квартире не сильно меняется при включении котельного оборудования (кроме частоты 50 Гц), поэтому можно сделать вывод, что звукоизоляция двух перекрытий, отделяющих помещение котельной от жилых комнат, достаточна для снижения уровня воздушного шума, производимого котельным оборудованием до санитарных норм. Следовательно, следует искать другие (не прямые) пути распространения шума (вибрации) . Вероятно, высокий уровень звукового давления на 50 Гц обусловлен структурным шумом.

Для локализации источника структурного шума в жилых помещениях, а также для выявления путей распространения вибрации дополнительно проведены замеры виброускорения в котельной, на техническом этаже, а также в жилом помещении квартиры верхнего этажа.

Измерения проведены на различных режимах работы котельного оборудования. На рис. 3 представлены спектры виброускорений для режима, при котором работают все три котла.

По результатам проведённых замеров сделаны следующие выводы:

– в квартире на верхнем этаже под котельной санитарные нормы не выполняются;

– основным источником повышенного шума в жилых помещениях является рабочий процесс горения в котлах. Превалирующей гармоникой в спектрах шума и вибрации является частота 50 Гц.

– отсутствие должной виброизоляции котла от фундамента приводит к передаче структурного шума на пол и стены котельной. Вибрация распространяется как через опоры котлов, так и по трубам с передачей от них к стенам, а также полу, т.е. в местах жёсткого их соединения.

– следует разрабатывать мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией на пути их распространения от котла.

а) б)
в)

Рисунок 3 . Спектры виброускорения: а – на опоре и фундаменте котла, на полу котельной; б – на опоре выхлопной трубы котла и на полу около выхлопной трубы котла; в – на стене котельной, на стене технического этажа и в жилом помещении квартиры.

Разработка системы виброзащиты

Исходя из предварительного анализа распределения масс конструкции газового котла и оборудования, для выполнения проекта были выбраны тросовые виброизоляторы ВМТ-120 и ВМТ-60 с номинальной нагрузкой на один виброизолятор (ВИ) 120 и 60 кг соответственно. Схема виброизолятора показана на рис. 4.

Рисунок 4. 3D-модель тросового виброизолятора модельного ряда ВМТ.

Рисунок 5. Схемы закрепления виброизоляторов: а) опорная; б) подвесная; в) боковая.

Разработаны три варианта схемы закрепления виброизоляторов: опорная, подвесная и боковая (рис. 5).

Расчёты показали, что боковая схема установки может быть реализована с помощью 33 виброизоляторов ВМТ-120 (для каждого котла), что является экономически нецелесообразным. Кроме этого, предполагаются весьма серьёзные сварочные работы.

При реализации подвесной схемы усложняется вся конструкция, так как к раме котлов необходимо приваривать широкие и достаточно длинные уголки, которые также будут сварены из нескольких профилей (для обеспечения необходимой крепёжной поверхности).

Кроме того, сложна технология установки рамы котла на эти полозья с ВИ (неудобно крепить ВИ, неудобно ставить и центрировать котёл и т.п.). Ещё один недостаток такой схемы – свободное перемещение котла в боковых направлениях (раскачивание в поперечной плоскости на ВИ). Количество виброизоляторов ВМТ-120 для данной схемы составляет 14.

Частота виброзащитной системы (ВЗС) – около 8,2 Гц.

Третий, наиболее перспективный и технологически более простой вариант – со стандартной опорной схемой. Для неё потребуется 18 виброизоляторов ВМТ-120.

Расчётная частота ВЗС 4,3 Гц. Кроме этого, конструкция самих ВИ (часть тросовых колец расположена под углом) и грамотное их размещение по периметру (рис. 6), позволяет воспринимать при такой схеме и боковую нагрузку, величина которой составит порядка 60 кгс на каждый ВИ, при этом вертикальная нагрузка на каждый ВИ составляет около 160 кгс.

Рисунок 6. Размещение виброизоляторов на раме при опорной схеме.

Проектирование системы виброзащиты

На основе данных проведённых статических испытаний и динамического расчёта параметров ВИ была разработана система виброзащиты котельной жилого дома (рис. 7).

Объект виброзащиты включает три котла одинаковой конструкции 1 , установленные на бетонных фундаментах с металлическими стяжками; систему трубопроводов 2 для подвода холодной и отвода нагретой воды, а также отвода продуктов горения; систему труб 3 для подвода газа к горелкам котлов.

Созданная виброзащитная система включает внешние виброзащитные опоры котлов 4 , предназначенные для поддержки трубопроводов 2 ; внутренний виброзащитный пояс котлов 5 , предназначенный для изоляции вибрации котлов от пола; внешние виброзащитные опоры 6 для газовых труб 3.

Рисунок 7. Общий вид котельной с установленной виброзащитной системой.

Основные конструктивные параметры системы виброзащиты:

1. Высота от пола, на которую необходимо поднять силовые рамы котлов – 2 см (допуск при установке минус 5 мм).

2. Количество виброизоляторов из расчёта на один котёл: 19 ВМТ-120 (18 – во внутреннем поясе, несущем вес котла, и 1 – на внешней опоре для демпфирования вибраций водяного трубопровода), а также 2 виброизолятора ВМТ-60 на внешних опорах – для виброзащиты газового трубопровода.

3. Схема нагружения типа «опора» работает на сжатие, обеспечивая хорошую виброизоляцию. Собственная частота системы составляет в диапазоне 5,1-7,9 Гц, что даёт эффективную виброзащиту в области свыше 10 Гц.

4. Коэффициент демпфирования виброзащитной системы составляет 0,4-0,5, что обеспечивает усиление на резонансе не более 2,6 (амплитуда колебаний не более 1 мм при амплитуде входного сигнала 0,4 мм).

5. Для регулировки горизонтальности котлов на боковых сторонах котла в П-образных профилях предусмотрено девять посадочных мест под виброизоляторы аналогичного типа. Номинально установлено только пять.

При монтаже возможно располагать виброизоляторы в произвольном порядке в любые из предусмотренных девять мест для достижения совмещения центра масс котла и центра жёсткости виброзащитной системы.

6. Преимущества разработанной виброзащитной системы: простота конструкции и монтажа, незначительная величина подъёма котлов над полом, хорошие демпфирующие характеристики системы, возможность регулировки.

Эффект от использования разработанной виброзащитной системы

При внедрении разработанной виброзащитной системы уровень звукового давления в жилых помещениях квартир верхних этажей снизился до допустимого уровня (рис. 8) . Измерения были выполнены и в ночное время суток.

Из графика на рис. 8 видно, что в нормируемом частотном диапазоне и по эквивалентному уровню звука санитарные нормы в жилом помещении выполняются.

Эффективность от разработанной виброзащитной системы при измерениях в жилом помещении на частоте 50 Гц составляет 26,5 дБ, а по эквивалентному уровню звука 15 дБА (рис. 9).

Рисунок 8 . Уровень звукового давления в квартире в сравнении с санитарными нормами с учётом разработанной виброзащитной системы.

Рисунок 9. Уровень звукового давления в третьоктавных полосах частот в жилом помещении при работе трёх котлов одновременно.

Заключение

Созданная виброзащитная система позволяет защищать жилой дом, оборудованный крышной котельной, от вибраций, создаваемой работой газовых котлов, а также обеспечивать нормальный вибрационный режим работы для самого газового оборудования вместе с системой трубопроводов, увеличивая ресурс службы и снижая вероятность аварий.

Основными преимуществами разработанной виброзащитной системы являются простота конструкции и монтажа, низкая стоимость в сравнении с другими типами виброизоляторов, устойчивость к температурам и загрязнению, незначительная величина подъёма котлов над полом, хорошие демпфирующие характеристики системы, возможность регулировки.

Виброзащитная система препятствует распространению структурного шума от оборудования крышной котельной по конструкции здания, тем самым снижая уровень звукового давления в жилых помещениях до допустимого уровня.

Литература

1. Иголкин, А.А. Снижение шума в жилом помещении за счёт применения виброизоляторов [Текст] / А.А. Иголкин, Л.В. Родионов, Е.В. Шахматов // Безопасность в техносфере. № 4. 2008. С. 40-43.

2. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки», 1996, 8 с.

3. ГОСТ 23337-78 «Шум. Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий», 1978, 18 с.

4. Шахматов, Е.В. Комплексное решение проблем виброакустики изделий машиностроения и аэрокосмической техники [Текст] / Е.В. Шахматов // LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH&CO.KG. 2012. 81 с.

От редакции. 27.10.2017 г. Роспотребнадзор опубликовал на своём официальном сайте информацию «О воздействии физических факторов, в том числе шума, на здоровье населения» , в которой отмечает, что в структуре жалоб граждан на различные физические факторы наибольший удельный вес (свыше 60%) составляют жалобы именно на шум. Основными из них являются жалобы жителей, в т.ч., на акустический дискомфорт от систем вентиляции и холодильного оборудования, шум и вибрацию при работе отопительного оборудования.

Причинами повышенного уровня шума, создаваемого указанными источниками, служит недостаточность шумозащитных мероприятий на стадии проектирования, монтаж оборудования с отступлением от проектных решений без оценки генерируемых уровней шума и вибрации, неудовлетворительная реализация шумозащитных мероприятий на стадии ввода в эксплуатацию, размещение оборудования, не предусмотренного проектом, а также неудовлетворительный контроль за эксплуатацией оборудования.

Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека обращает внимание граждан, что при неблагоприятном воздействии физических факторов, в т.ч. шума, следует обращаться в территориальное Управление Роспотребнадзора по субъекту РФ.

Для устранения каждого из этих шумов требуются различные способы. Кроме того, каждый тип шума имеет свои свойства и параметры, и их необходимо учитывать при производстве малошумных холодильных чиллеров .

Можно применить большое количество различной изоляции и не добиться желаемого результата, а можно напротив, применив минимальное количество «правильного» материала в нужном месте, используя изоляцию по технологии, добиться отличной малошумности.

Для пониманию сути процесса звукоизоляции обратимся к основным методам достижения малошумности промышленных водоохладителей.

Для начала необходимо определиться с базовыми терминами.

Шум — нежелательный, неблагоприятный для целевой деятельности человека в радиусе его распространения звук.

Звук — волновое распространение колеблющихся, вследствие внешнего воздействия частиц в некоторый среде - твердой, жидкой или газообразной.

Есть и другие менее распространенные и существенно более дорогие и громоздкие решения для достижения тишины, приближенной к абсолютной, если этого требует место установки водоохладителя . Например, шумоиззоляции технического помещения, где находится компрессорно-испарительный блока чиллера , использование водяных конденсаторов или мокрых градирен без применения вентиляторов, и некоторые другие более экзотичные, но они крайне редко используются на практике.

Страница 7 из 21

В связи с тем, что на современных электростанциях шум, как правило, превышает допустимые уровни, в последние годы широко развернулись работы по шумоглушению.
Известны три основных метода уменьшения производственного шума: снижение шума в самом источнике; снижение шума на путях его распространения; архитектурно-строительные и планировочные решения.
Метод уменьшения шума в источнике его возникновения заключается в усовершенствовании конструкции источника, в изменении технологического процесса. Наиболее эффективно применение этого метода при разработке нового энергооборудования. Рекомендации по снижению шума в источнике даны в § 2-2.
Для звукоизоляции различных помещений электростанции (особенно машинного и котельного залов) как наиболее шумных используют строительные решения: утолщение наружных стен зданий, применение окон со сдвоенными стеклами, пустотелых стеклянных блоков, двойных дверей, многослойных акустических панелей, уплотнение окон, дверей, проемов, правильный выбор мест забора и выпуска воздуха вентиляционных установок. Необходимо также обеспечивать хорошую звукоизоляцию между машинным залом и подвальными помещениями, тщательной заделкой всех отверстий и проемов.
При проектировании машинного зала избегают небольших помещений с гладкими, непоглощающими звук стенами, потолком, полом. Обшивка стен звукопоглощающими материалами (ЗПМ) может дать снижение уровня шума приблизительно на 6-7 дБ в средних по величине помещениях (3000-5000 м3). Для больших помещений экономичность этого метода становится спорной.
Некоторые авторы, такие как Г. Кох и X. Шмидт (ФРГ), а также Р. Френч (США), считают, что акустическая обработка стен и потолков помещений станций мало эффективна (1-2 дБ). Данные же, опубликованные энергетическим управлением Франции (ЭДФ), говорят о перспективности этого метода шумоглушения. Обработка потолков и стен в помещениях котельных на электростанциях Сен-Депи и Шеневье позволила получить снижение звука на 7-10 дБ А.
На станциях часто сооружают отдельные звукоизолированные помещения щитов управления, уровень звука в которых не превышает 50-60 дБ А, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 12.1.003-76. Обслуживающий персонал проводит в них 80-90% рабочего времени.
Иногда в машинных залах устанавливают акустические кабины для размещения обслуживающего персонала (дежурные электрики и др.). Эти звукоизолирующие кабины представляют собой самостоятельный каркас на опорах, к которому прикрепляют пол, потолок, стены. Окна и двери кабины должны иметь повышенную звукоизоляцию (двойные двери, сдвоенные стекла). Для проветривания предусматривается вентиляционная установка с глушителями на входе и выходе воздуха.
Если необходимо иметь быстрый выход из кабины, ее выполняют полузакрытой, т. е. одна из стенок отсутствует. При этом акустическая эффективность кабины снижается, однако отпадает необходимость в устройстве вентиляции. По данным предельное значение средней звукоизоляции для полузакрытых кабин составляет 12-14 дБ.
Применение отдельных кабин закрытого или полузакрытого типа в помещениях станций можно отнести к индивидуальным средствам защиты обслуживающего персонала от шума. К индивидуальным средствам защиты относятся также различные типы вкладышей и наушников. Акустическая эффективность вкладышей и, особенно, наушников в области высоких частот довольно велика и составляет не менее 20 дБ. Недостатками этих средств является то, что наряду с шумом уменьшается уровень полезных сигналов, команд и т. п., а также возможно раздражение кожного покрова, главным образом, при повышенных температурах окружающей среды. Тем не менее рекомендуется использовать вкладыши и наушники при работе в условиях шума, превышающего допустимые уровни, особенно в области высоких частот. Безусловно, целесообразным является их применение при кратковременных выходах из звукоизолированных кабин или щитов управления в зоны повышенного шума.

Одним из способов снижения шума на путях его распространения в помещениях станций являются акустические экраны. Акустические экраны изготавливаются из тонколистового металла или другого плотного материала, который может иметь звукопоглощающую облицовку с одной или двух сторон. Обычно акустические экраны имеют небольшие размеры и обеспечивают локальные снижения прямого звука от источника шума, не оказывая существенного влияния на уровень отраженного звука в помещении. При этом акустическая эффективность не очень велика и зависит, главным образом, от соотношения прямого и отраженного звука в расчетной точке. Повышения акустической эффективности экранов можно достичь путем увеличения их площади, которая должна составлять, по крайней мере, 25-30% от площади сечения ограждений помещения в плоскости экрана. При этом эффективность экрана возрастает за счет снижения плотности энергии отраженного звука в экранируемой части помещения. Применение экранов больших размеров позволяет также существенно увеличить число рабочих мест, на которых обеспечивается снижение шума.

Наиболее эффективно применение экранов совместно с установкой на ограждающих поверхностях помещений звукопоглощающих облицовок. Подробное изложение методик расчета акустической эффективности и вопросов проектирования экранов дано в и
Для снижения шума во всем помещении машинного зала установки, излучающие интенсивный звук, закрывают кожухами. Звукоизолирующие кожухи обычно изготавливают из листового металла, облицованного с внутренней стороны ЗПМ. Можно поверхности установок сплошь или частично обшивать звукоизолирующим материалом.
По данным, приведенным американскими специалистами по шумоглушению на Международной конференции по энергетике в 1969 г., полное оснащение турбоагрегатов большой мощности (500-1000 МВт) звукоизолирующими кожухами позволяет уменьшить уровень излучаемого звука на 23-28 дБ А, При помещении же турбоагрегатов в специальные изолированные боксы эффективность возрастает до 28-34 дБ А.
Ассортимент материалов, применяемых для звукоизоляции, весьма широк и, например, для изоляции 143 паровых агрегатов, которые введены в США после 1971 г., распределяется следующим образом: алюминий -30%, листовая сталь - 27%, гелбест-18%, асбоцемент-11%, кирпич-10%, фарфор с наружным покрытием - 9%, бетон - 4%.
В сборных акустических панелях применяются следующие материалы: звукоизолирующие - сталь, алюминий, свинец; звукопоглощающие - пенопласты, минеральная вата, стекловолокно; демпфирующие - битумные компаунды; уплотняющие- резина, замазка, пластмассы.
Широкое применение получили пенополиуретан, стекловолокно, листовой свинец, винил, армированный свинцовым порошком.
Швейцарская фирма ВВС для уменьшения шума щеточного аппарата и возбудителей турбоагрегатов большой мощности покрывает их сплошным защитным кожухом с толстым слоем звукопоглощающего материала, в стенки которого встроены глушители на входе и выходе охлаждающего воздуха.

Конструкция обшивки обеспечивает свободный доступ к этим узлам для проведения текущего ремонта. Как показали исследования этой фирмы, звукоизолирующий эффект обшивки передней части турбины наиболее сильно проявляется на высоких частотах (6- 10 кГц), где он составляет 13-20 дБ, на низких частотах (50- 100 Гц) он незначителен - до 2-3 дБ.

Рис. 2-10. Уровни звукового давления на расстоянии 1 м от корпуса ГТУ типа ГТК-10-З
1- с декоративным кожухом; 2- со снятым корпусом

Особенно большое внимание надо уделять звукоизоляции на энергопредприятиях с газотурбинными приводами. Расчеты указывают, что на газотурбинных электростанциях размещение газотурбинных двигателей (ГТД) и компрессоров наиболее экономично в индивидуальных боксах (если число ГТД меньше пяти). При размещении в общем здании четырех ГТД строительная стоимость здания на 5% выше, чем при использовании индивидуальных боксов, а при двух ГТД разница в стоимости составляет 28%· Поэтому, когда установок больше пяти экономичнее размещать их в общем здании. Например, фирма «Вестингауз» устанавливает пять газовых турбин типа 501 -АА в одном акустически изолированном здании.

Обычно для индивидуальных боксов используются панели листового металла, с внутренней стороны которых находится звукопоглощающая облицовка. Звукопоглощающая облицовка может быть выполнена из минеральной ваты или минераловатных полужестких плит в оболочке из стеклоткани и покрывается со стороны источника шума перфорированным листом или металлической сеткой. Панели между собой соединяются болтами, в месте стыков - упругие прокладки.
Весьма эффективны применяемые за рубежом многослойные панели из внутреннего стального перфорированного и наружного свинцового листов, между которыми помещается пористый звукопоглощающий материал. Применяются также панели с многослойной внутренней облицовкой из слоя винила, армированного свинцовым порошком и расположенного между двумя слоями стекловолокна - внутреннего, толщиной 50 мм, и наружного, толщиной 25 мм.
Однако даже простейшие декоративно-звукоизолирующие обшивки дают существенное уменьшение шумового фона в машинных залах. На рис. 2-10 приведены уровни звукового давления в октавных полосах частот, измеренные на расстоянии 1 м от поверхности декоративного кожуха газоперекачивающего агрегата типа ГТК-10-3. Для сравнения там же приведен спектр шума, измеренный при снятом кожухе в тех же точках. Видно, что эффект кожуха из стального листа толщиной 1 мм, облицованного внутри стекловолокном толщиной 10 мм, составляет 10- 15 дБ по высокочастотной области спектра. Измерения производились в цехе, построенном по типовому проекту, где установлено 6 агрегатов ГТК-10-3, закрытых декоративной обшивкой.
Общей и весьма важной проблемой для энергопредприятий любого типа является звукоизоляция трубопроводов. Трубопроводы современных установок образуют сложную протяженную систему с громадной поверхностью тепло- и звукоизлучения.

Рис. 2-11. Звукоизоляция газопровода на ТЭС «Кирхлеигери»: а - схема изоляции; б - компоненты многослойной панели
1- металлическая обшивка из листовой стали; 2- маты из каменной шерсти толщиной 20 мм; 3- алюминиевая фольга; 4- многослойная панель толщиной 20 мм (масса I м2 равна 10,5 кг); 5- битумизироваиный войлок; 6- слои теплоизоляции; 7- слой пенопласта

Особенно это касается электростанций с комбинированным циклом, имеющим подчас сложную разветвленную сеть трубопроводов и систему шиберов.

Для уменьшения шума трубопроводов, транспортирующих сильно возмущенные потоки (например, на участках за редукционными клапанами), может быть рекомендована усиленная звукоизоляция, показанная на рис. 2-11.
Звукоизолирующий эффект такого покрытия составляет около 30 дБ А (снижение уровня звука по сравнению с «голым» трубопроводом) .
Для облицовки трубопроводов большого диаметра применяется многослойная теплозвукоизоляция, которая укрепляется с помощью ребер и крючков, привариваемых к изолируемой поверхности.
Изоляция состоит из слоя мастичной совелитовой изоляции толщиной 40-60 мм, поверх которого укладывается проволочная панцирная сетка толщиной 15-25 мм. Сетка служит для укрепления совелитового слоя и создания воздушной прослойки. Внешний слой образуется минераловатными матами толщиной 40-50 мм, поверх которых наносится слой асбоцементной штукатурки толщиной 15-20 мм (80% асбеста 6-7 сорта и 20% цемента марки 300). Этот слой закрывается (оклеивается) какой-либо технической тканью. При необходимости поверхность окрашивается. Подобный способ звукоизоляции с использованием ранее имевшихся элементов теплоизоляции позволяет заметно уменьшить шум. Дополнительные расходы, связанные с введением новых элементов звукоизоляции, по сравнению с обычной теплоизоляцией незначительны.
Как уже отмечалось, наиболее интенсивен аэродинамический шум, возникающий при работе вентиляторов, дымососов, газотурбинных и парогазовых установок, сбросных устройств (линий продувки, предохранительные линии, линии антипомпажных клапанов компрессоров ГТУ). Сюда же можно отнести и РОУ.

Для ограничения распространения такого шума по потоку транспортируемой среды и выхода его в окружающую атмосферу применяются шумоглушители. Глушители занимают важное место в общей системе мероприятий по снижению шума на энергопредприятиях, ибо через заборные или сбросные устройства звук из рабочих полостей может непосредственно передаваться в окружающую атмосферу, создавая наибольшие уровни звукового давления (по сравнению с другими источниками звукоизлучения). Также полезно ограничивать распространение шума по транспортируемой среде, чтобы предупредить чрезмерное проникновение его через стенки трубопровода наружу путем установки глушителей шума (например, участок трубопровода за редукционным клапаном).
На современных мощных паротурбинных блоках шумоглушители ставятся на всасе дутьевых вентиляторов. При этом падение давления строго лимитируется верхним пределом порядка 50-f-100 Па. Требуемая эффективность этих глушителей составляет по эффекту установки обычно от 15 до 25 дБ на участке спектра 200-1000 Гц.
Так, на ТЭС «Робинсон» (США) мощностью 900 МВт (два блока по 450 МВт) для уменьшения шума дутьевых вентиляторов, производительностью 832 000 м3/ч, установлены глушители на всасе. Глушитель состоит из корпуса (стальные листы толщиной 4,76 мм), в котором расположена решетка звукопоглощающих пластин. Корпус каждой пластины выполнен из перфорированных листов оцинкованной стали. Звукопоглощающий материал - минеральная вата, защищенная стеклотканью.
Фирма «Копперс» производит стандартные шумоглушащие блоки, используемые в глушителях шума вентиляторов, применяемых для просушки распыленного угля, подачи воздуха к горелкам котла, вентиляции помещений.
Шум дымососов зачастую представляет значительную опасность, так как по дымовой трубе он может выйти в атмосферу и распространиться на значительные расстояния.
Например, на ТЭС «Кирхленгерн» (ФРГ) уровень звука вблизи дымовой трубы составлял 107 дБ при частоте 500- 1000 Гц. В связи с этим было принято решение - установить в дымовой трубе котельного здания активный глушитель (рис. 2-12). Глушитель состоит из двадцати кулис 1 диаметром 0,32 м, длиной 7,5 м. Учитывая сложность транспортировки и монтажа, кулисы по длине разделены на части, которые соединяются друг с другом и с помощью болтов крепятся к несущей конструкции. Кулиса состоит из корпуса, изготовленного из листовой стали, и поглотителя (минеральная вата), защищенного стеклотканью. После установки глушителя уровень звука у дымовой трубы составил 89 дБ А.
Сложная задача снижения шума ГТУ требует комплексного подхода. Ниже приводится пример комплекса мероприятий по борьбе с шумом ГТУ, существенной частью которого являются шумоглушители в газовоздушных трактах .
Для уменьшения уровня шума ГТУ с ТРД «Олимпус 201» мощностью 17,5 МВт был проведен анализ необходимой степени шумоглушения установки. Требовалось, чтобы октавный спектр шума, измеренный на расстоянии 90 м от основания стальной дымовой трубы, не превышал бы ПС-50. Компоновка, представленная на рис. 2-13, обеспечивает ослабление шума всасывания ГТУ различными элементами (дБ):

Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц........................................					1000 2000 4000 8000
Уровни звукового давления на расстоянии 90 м от всасывания ГТУ до шумоглушения...................................................
Затухание в необлицованном повороте (колене) на 90° ................................
Затухание в облицованном повороте (колене) на 90°.................................
Ослабление за счет воздушного фильтра. . . .·.........................................................
Ослабление за счет жалюзей..............
Затухание в высокочастотной части глушителя................................................
Затухание в низкочастотной части глушителя.............................................................
Уровни звукового давления на расстоянии 90 м после шумоглушения....

На входе воздуха в ГТУ установлен двухступенчатый глушитель пластинчатого типа со ступенями высоких и низких частот. Ступени глушителя установлены вслед за фильтром очистки циклового воздуха.
На выхлопе ГТУ установлен кольцевой низкочастотный глушитель. Результаты анализа шумового поля ГТУ с ТРД на выхлопе до и после установки глушителя (дБ):

Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц........
Уровень звукового давления, дБ: до установки глушителя. . .
после установки глушителя. .

Для снижения шума и вибраций газогенератор ГТУ был заключен в кожух, а на входе воздуха в системе вентиляции установлены глушители. В результате шум, замеренный на расстоянии 90 м, составил:

Подобные системы шумоглушения используют для своих ГТУ и американские фирмы «Солар», «Дженерал электрик», японская фирма «Хитачи».
Для ГТУ большой мощности глушители на воздухозаборе зачастую представляют собой весьма громоздкие и сложные инженерные сооружения. Примером может служить система глушения шума на газотурбинной ТЭЦ «Вар» (ФРГ), на которой установлены две ГТУ фирмы «Броун - Бовери» мощностью по 25 МВт.

Рис. 2-12. Установка глушителя в дымовой трубе ТЭС «Кирхленгеря»

Рис. 2-13. Система шумоглушения для промышленной ГТУ с авиационным ГТД в качестве газогенератора
1- наружное звукопоглощающее кольцо; 2- внутреннее звукопоглощающее кольцо; 3- крышка байпаса; 4 - воздушный фильтр; 5- выхлоп турбины; 6- пластины высокочастотного глушителя на всасывании; 7- пластины низкочастотного глушителя на всасывании

Станция расположена в центральной части населенной зоны. На всасывании ГТУ установлен глушитель, состоящий из трех последовательно расположенных ступеней. Звукопоглощающим материалом первой ступени, предназначенной для глушения шума низких частот, служит минеральная вата, покрытая синтетической тканью и защищенная перфорированными металлическими листами. Вторая ступень аналогична первой, но отличается меньшими зазорами между пластинами. Третья ступень
состоит из металлических листов, покрытых звукопоглощающим материалом, и служит для поглощения шума высоких частот. После установки глушителя, шум электростанции даже в ночное время не превышал норму, принятую для этой местности (45 дБ Л).
Аналогичные сложные двухступенчатые глушители установлены на ряде мощных отечественных установок, например, на Краснодарской ТЭЦ (ГТ-100-750), Невинномысской ГРЭС (ПГУ-200). Описание их конструкции приведено в § 6-2.
Стоимость мероприятий по глушению шума на этих станциях составила 1,0-2,0% общей стоимости станции или около 6% от стоимости самой ГТУ. Кроме того, использование шумоглушителей связано с определенной потерей мощности и к. п. д. Строительство глушителей требует применения больших количеств дорогостоящих материалов и довольно трудоемко. Поэтому особо важное значение приобретают вопросы оптимизации конструкций шумоглушителей, что невозможно без знания наиболее совершенных методов расчета и теоретической базы этих методов.

В.Б. Тупов
Московский энергетический институт (технический университет)

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены оригинальные разработки МЭИ по снижению шума от энергетического оборудования ТЭС и котельных. Приводятся примеры снижения шума от наиболее интенсивных источников шума, а именно от паровых выбросов, парогазовых установок, тягодутьевых машин, водогрейных котлов, трансформаторов и градирен с учетом требований и специфики их эксплуатации на объектах энергетики. Даны результаты испытаний глушителей. Приведенные данные позволяют рекомендовать глушители МЭИ для широкого использования на объектах энергетики страны.

1. ВВЕДЕНИЕ

Решения экологических вопросов при эксплуатации энергетического оборудования являются приоритетными. Шум является одним из важных факторов, загрязняющих окружающую среду, снижение негативного воздействия которого на окружающую среду обязывают законы «Об охране атмосферного воздуха» и «Об охране окружающей природной среды», а санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96 устанавливают допустимые уровни шума на рабочих местах и территории жилой застройки.

Работа энергетического оборудования в штатном режиме связана с шумоизлучением, которое превышает санитарные нормы не только на территории энергетических объектов, но и на территории окружающего района. Особенно это важно для энергетических объектов, находящихся в крупных городах рядом с жилыми районами. Использование парогазовых установок (ПГУ) и газотурбинных установок (ГТУ), а также оборудования более высоких технических параметров связано с увеличением уровней звукового давления в окружающем районе.

Некоторое энергетическое оборудование имеет тональные составляющие в своем спектре излучения. Круглосуточный цикл работы энергетического оборудования обуславливает особую опасность шумового воздействия для населения в ночное время.

В соответствии с санитарными нормами санитарно-защитные зоны (СЗЗ) ТЭС эквивалентной электрической мощностью 600 МВт и выше, использующие в качестве топлива уголь и мазут, должны иметь СЗЗ не менее 1000 м, работающие на газовом и газомазутном топливе - не менее 500 м. Для ТЭЦ и районных котельных тепловой мощностью 200 Гкал и выше, работающих на угольном и мазутном топливе СЗЗ составляет не менее 500 м, а для работающих на газовом и резервном мазутном топливе - не менее 300 м.

Санитарные нормы и правила устанавливают минимальные размеры санитарной зоны, а действительные размеры могут быть больше. Превышение допустимых норм от постоянно работающего оборудования тепловых электрических станций (ТЭС) может достигать для рабочих зон - 25-32 дБ; для территорий жилых зон - 20-25 дБ на расстоянии 500 м от мощной тепловой электрической станции (ТЭС) и 15-20 дБ на расстоянии 100 м от крупной районной тепловой станции (РТС) или квартальной тепловой станции (КТС). Поэтому проблема снижения шумового воздействия от энергетических объектов является актуальной, и в ближайшее время её значение будет возрастать.

2. ОПЫТ СНИЖЕНИЯ ШУМА ОТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. Основные направления работы

Превышение санитарных норм в окружающем районе формируется, как правило, группой источников, разработкой мер по снижению шума, которым уделяется большое внимание как за рубежом, так и в нашей стране. За рубежом известны работы по шумоглушению энергетического оборудования таких компаний, как Industrial acoustic company (IAC), BB-Acustic, Gerb и других, а в нашей стране- разработки ЮжВТИ, НПО ЦКТИ, ОРГРЭС, ВЗПИ (Открытый университет), НИИСФ, ВНИАМ др. .

Московский энергетический институт (технический университет) с 1982 г. также проводит комплекс работ для решения этой проблемы . Здесь за последние годы разработаны и внедрены на объектах большой и малой энергетики новые эффективные глушители для наиболее интенсивных источников шума от:

паровых выбросов;

парогазовых установок;

тягодутьевых машин (дымососов и дутьевых вентиляторов);

водогрейных котлов;

трансформаторов;

градирен и других источников.

Ниже рассмотрены примеры снижения шума от энергетического оборудования разработками МЭИ. Работа по их внедрению имеет высокую социальную значимость, которая заключается в уменьшении шумового воздействия до санитарных норм для большого числа населения и персонала энергетических объектов.

2.2. Примеры снижения шума от энергетического оборудования

Сбросы пара энергетических котлов в атмосферу является наиболее интенсивным, хотя и кратковременным, источником шума как для территории предприятия, так и для окружающего района.

Акустические измерения показывают, что на расстоянии 1 - 15 м от парового выброса энергетического котла уровни звука превышают не только допустимый, но и максимально допустимый уровень звука (110 дБА) на 6 - 28 дБА.

Поэтому разработка новых эффективных паровых глушителей является актуальной задачей. Был разработан глушитель шума выброса пара (глушитель МЭИ) .

Паровой глушитель имеет различные модификации в зависимости от требуемого снижения уровня шума выброса и характеристик пара.

В настоящее время паровые глушители МЭИ внедрены на ряде энергетических объектов: Саранской теплоэлектроцентрали №2 (ТЭЦ-2) ОАО «Территориальная генерирующая компания-6», котле ОКГ-180 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ТЭЦ-9, ТЭЦ-11 ОАО «Мосэнерго». Расходы пара через глушители составляли от 154 т/ч на Саранской ТЭЦ-2 до 16 т/ч на ТЭЦ-7 ОАО «Мосэнерго».

Глушители МЭИ были установлены на выхлопных трубопроводах после ГПК котлов ст. №1, 2 ТЭЦ-7 филиала ТЭЦ-12 ОАО «Мосэнерго». Эффективность этого глушителя шума, полученная по результатам измерений, составила 1,3 - 32,8 дБ во всём спектре нормируемых октавных полос со среднегеометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц.

На котлах ст. № 4, 5 ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго» было внедрено несколько глушителей МЭИ на сбросе пара после главных предохранительных клапанов (ГПК). Проведенные здесь испытания показали, что акустическая эффективность составила 16,6 - 40,6 дБ во всём спектре нормируемых октавных полос со среднегеометрическими частотами 31,5 - 8000 Гц, а по уровню звука - 38,3 дБА.

Глушители МЭИ по сравнению с зарубежными и другими отечественными аналогами имеют высокие удельные характеристики, позволяющие достигать максимального акустического эффекта при минимальном весе глушителе и максимальном расходе пара через глушитель .

Паровые глушители МЭИ могут быть использованы для снижения шума сбросов в атмосферу перегретого и влажного пара, природного газа и др. Конструкция глушителя может эксплуатироваться в широком диапазоне параметров сбрасываемого пара и применяться как на блоках с докритическими параметрами, так и на блоках со сверхкритическими параметрами. Опыт применения паровых глушителей МЭИ показал необходимую акустическую эффективность и надёжность работы глушителей на различных объектах.

При разработке мер по шумоглушению ГТУ основное внимание было уделено разработке глушителей для газовых трактов .

По рекомендациям МЭИ выполнены конструкции глушителей шума газовых трактов котлов-утилизаторов следующих марок: КУВ-69,8-150 производства ОАО «Дорогобужкотломаш» для ГТЭС «Поселок Северный», П-132 производства АО «Подольский машиностроительный завод» (АО «ПМЗ») для Киришской ГРЭС, П-111 производства АО «ПМЗ» для ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго», котла-утилизатора по лицензии компании «Nooter/Eriksen» для энергоблока ПГУ-220 Уфимской ТЭЦ-5, КГТ-45/4,0-430-13/0,53-240 для Новоуренгойского газохимического комплекса (ГХК).

Для ГТУ-ТЭЦ «Посёлок Северный» проведен комплекс работ по снижению шума газовых трактов.

ГТУ-ТЭЦ «Посёлок Северный» содержит двухкорпусной КУ конструкции ОАО «Дорогобужкотломаш», который устанавливается после двух газовых турбин FT-8.3 компании «Pratt & Whitney Power Systems». Эвакуация дымовых газов от КУ осуществляется через одну дымовую трубу.

Проведенные акустические расчёты показали, что для выполнения санитарных норм в жилом районе на расстоянии 300 м от среза устья дымовой трубы необходимо снизить шум в пределах от 7,8 дБ до 27,3 дБ на среднегеометрических частотах 63-8000 Гц.

Разработанный МЭИ диссипативный пластинчатый глушитель шума для снижения шума выхлопа ГТУ с КУ располагается в двух в металлических коробах шумоглушения КУ с размерами 6000x6054x5638 мм над конвективными пакетами перед конфузорами.

На Киришской ГРЭС в настоящее время внедряется парогазовый блок ПГУ-800 с КУ П-132 горизонтальной компоновки и ГТУ SGT5-400F (Siemens).

Проведенные расчёты показали, что требуемое снижение уровня шума от выхлопного тракта ГТУ составляет 12,6 дБА для обеспечения уровня звука 95 дБА в 1 м от устья дымовой трубы.

Для снижения шума в газовых трактах КУ П-132 Киришской ГРЭС разработан цилиндрический глушитель, который размещается в дымовой трубе внутренним диаметром 8000 мм.

Глушитель шума состоит из четырёх цилиндрических элементов, размещенных равномерно в дымовой трубе, при этом относительное проходное сечение глушителя составляет 60 %.

Расчётная эффективность глушителя составляет 4,0-25,5 дБ в диапазоне октавных полос со среднегеометрическими частотами 31,5 - 4000 Гц, что соответствует акустической эффективности по уровню звука 20 дБА.

Использование глушителей для снижения шума от дымососов на примере ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» на горизонтальных участках дано в .

В 2009 г. для снижения шума газового тракта за центробежными дымососами Д-21,5x2 котла ТГМ-84 ст. № 4 ТЭЦ-9 был установлен пластинчатый глушитель шума на прямом вертикальном участке газохода котла за дымососами перед входом в дымовую трубу на отметке 23,63 м.

Пластинчатый глушитель шума для газохода котла ТГМ ТЭЦ-9 представляет собой двухступенчатую конструкцию.

Каждая ступень глушителя состоит из пяти пластин толщиной 200 мм и длиной 2500 мм, размещенных равномерно в газоходе размерами 3750x2150 мм. Расстояние между пластинами составляет 550 мм, расстояние между крайними пластинами и стенкой газохода - 275 мм. При таком размещении пластин относительное проходное сечение составляет 73,3 %. Длина одной ступени глушителя без обтекателей составляет 2500 мм, расстояние между ступенями глушителя составляет 2000 мм, внутри пластин находится негорючий, негигроскопичный звукопоглощающий материал, который защищается от выдувания стеклотканью и перфорированным металлическим листом. Глушитель имеет аэродинамическое сопротивление около 130 Па. Вес конструкции глушителя составляет около 2,7 т. Акустическая эффективность глушителя по результатам испытаний составляет 22-24 дБ на среднегеометрических частотах 1000-8000 Гц.

Примером комплексной проработки мер по шумоглушению является разработка МЭИ для снижения шума от дымососов на ГЭС-1 ОАО «Мосэнерго». Здесь предъявлялись высокие требования к аэродинамическому сопротивлению глушителей, которые было необходимо разместить в существующие газоходы станции.

Для снижения шума газовых трактов котлов ст. № 6, 7 ГЭС-1 филиала ОАО «Мосэнерго» МЭИ разработал целую систему шумоглушения. Система шумоглушения состоит из следующих элементов: пластинчатого глушителя, облицованных звукопоглощающим материалом поворотов газовых трактов, разделительной звукопоглощающей перегородки и пандуса. Наличие разделительной звукопоглощающей перегородки, пандуса и звукопоглощающей облицовки поворотов газоходов котлов, помимо снижения уровней шума, способствует снижению аэродинамического сопротивления газовых трактов энергетических котлов ст. № 6, 7 в результате исключения сталкивания потоков дымовых газов в месте их соединения, организации более плавных поворотов дымовых газов в газовых трактах. Аэродинамические измерения показали, что суммарное аэродинамическое сопротивление газовых трактов котлов за дымососами за счет установки системы шумоглушения практически не увеличилось. Общий вес системы шумоглушения составил около 2,23 т.

Опыт снижения уровня шума от воздухозаборов дутьевых вентиляторов котлов дан в . В статье рассмотрены примеры снижения шума воздухозаборов котлов глушителями конструкции МЭИ. Здесь приведены глушители для воздухозабора дутьевого вентилятора ВДН-25х2К котла БКЗ-420-140 НГМ ст. № 10 ТЭЦ-12 ОАО «Мосэнерго» и водогрейных котлов через подземные шахты (на примере котлов

ПТВМ-120 РТС «Южное Бутово») и через каналы, расположенные в стене здания котельной (на примере котлов ПТВМ-30 РТС «Солнцево»). Первые два случая компоновки воздуховодов являются довольно типичными для энергетических и водогрейных котлов, а особенностью третьего случая является отсутствие участков, на которых может быть установлен глушитель и высокие скорости потока воздуха в каналах.

Разработаны и внедрены в 2009 г. меры по снижению шума с помощью звукопоглощающих экранов от четырех трасформаторов связи марки ТЦ ТН-63000/110 ТЭЦ-16 ОАО «Мосэнерго». Звукопоглощающие экраны устанавливаются на расстоянии 3 м от трансформаторов. Высота каждого звукопоглощающего экрана - 4,5 м, а длина изменяется от 8 до 11 м. Звукопоглощающий экран состоит из отдельных панелей, установленных в специальные стойки. В качестве панелей экранов применяются стальные панели со звукопоглощающей облицовкой. Панель с лицевой стороны закрывается гофрированным металлическим листом, а со стороны трансформаторов - перфорированным металлическим листом с коэффициентом перфорации 25 %. Внутри панелей экранов находится негорючий, негигроскопичный звукопоглощающий материал.

Результаты испытаний показали, что уровни звукового давления после установки экрана снизились в контрольных точках до 10-12 дБ.

В настоящее время разработаны проекты по снижению шума от градирен и трансформаторов ТЭЦ-23 и от градирен ТЭЦ-16 ОАО «Мосэнерго» с помощью экранов.

Продолжалось активное внедрение глушителей шума МЭИ для водогрейных котлов . Только за последние три года установлены глушители на котлах ПТВМ-50, ПТВМ-60, ПТВМ-100 и ПТВМ-120 на РТС «Рублёво», «Строгино», «Кожухово», «Волхонка-ЗИЛ», «Бирюлёво», «Химки-Ховрино», «Красный Строитель», «Чертаново», «Тушино-1», «Тушино-2», «Тушино-5», «Новомосковская», «Бабушкинская-1», «Бабушкинская-2», «Красная Пресня», КТС-11, КТС-18, КТС-24 г. Москвы и др.

Испытания всех установленных глушителей показали высокую акустическую эффективность и надёжность, что подтверждается актами о внедрении. В настоящее время эксплуатируются более 200 глушителей.

Внедрение глушителей МЭИ продолжается.

В 2009 г. заключено соглашение в области поставки комплексных решений для снижения шумового воздействия от энергетического оборудования между МЭИ и Центральным ремонтным заводом (ЦРМЗ г. Москва). Это позволит более широко внедрять разработки МЭИ на объектах энергетики страны. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанный комплекс глушителей МЭИ для снижения шума от различного энергетического оборудования показал необходимую акустическую эффективность и учитывает специфику работы на объектах энергетики. Глушители прошли длительное эксплуатационное апробирование.

Рассмотренный опыт их применения позволяет рекомендовать глушители МЭИ для широкого использования на объектах энергетики страны.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-01. М.: Минздрав России, 2001.

2. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. Л.: Энергия, 1980. - 120 с.

3. Борьба с шумом на производстве / под ред. Е.Я. Юдина. М.: Машиностроение. 1985. - 400 с.

4. Тупов В.Б. Снижение шума от энергетического оборудования. М.: Издательство МЭИ. 2005. - 232 с.

5. Тупов В.Б. Шумовое воздействие энергетических объектов на окружающую среду и методы его снижения. В справочнике: «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» / под общ.ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина, Издательство МЭИ, 2004. Т. 4. С. 594-598.

6. Тупов В.Б. Шум от энергетического оборудования и способы его снижения. В учебном пособии: «Экология энергетики». М.: Издательство МЭИ, 2003. С. 365-369.

7. Тупов В.Б. Снижение уровня шума от энергетического оборудования. Современные природоохранные технологии в электроэнергетике: Информационный сборник / под общ ред. В.Я. Путилова. М.: Издательский дом МЭИ, 2007, С.251-265.

8. Марченко М.Е., Пермяков А.Б. Современные системы шумоглушения при сбросах больших потоков пара в атмосферу // Теплоэнергетика. 2007. №6. С. 34-37.

9. Лукащук В.Н. Шум при продувках пароперегревателей и разработка мероприятий по снижению его влияния на окружающую среду: дисс... канд. тех. наук: 05.14.14. М., 1988. 145 с.

10. Яблоник Л.Р. Шумозащитные конструкции турбинного и котельного оборудования: теория и расчет: дисс. ... док. тех. наук. СПб., 2004. 398 с.

11. Глушитель шума выброса пара (варианты): Патент

на полезную модель 51673 РФ. Заявка №2005132019. Заявл. 18.10.2005 / В.Б. Тупов, Д.В. Чугунков. - 4 с: ил.

12. Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Глушитель шума выброса пара // Электрические станции. 2006. №8. С. 41-45.

13. Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Использование глушителей шума при сбросах пара в атмосферу/УЛовое в российской электроэнергетике. 2007. №12. С.41-49

14. Тупов В.Б., Чугунков Д.В. Глушители шума на сбросах пара энергетических котлов// Теплоэнергетика. 2009. №8. С.34-37.

15. Тупов В.Б., Чугунков Д.В., Семин С.А. Снижение шума от выхлопных трактов газотурбинных установок с котлами-утилизаторами // Теплоэнергетика. 2009. № 1. С. 24-27.

16. Тупов В.Б., Краснов В.И. Опыт снижение уровня шума от воздухозаборов дутьевых вентиляторов котлов// Теплоэнергетика. 2005. №5. С. 24-27

17. Tupov V.B. Noise problem from power stations in Moscow// 9th International Congress on Sound and Vibration Orlando, Florida, USA, 8-11, July 2002.P. 488-496.

18. Tupov V.B. Noise reduction from blow fans of hot-water boilers//ll th International Congress on Sound and Vibration, St.Petersburg, 5-8 July 2004. P. 2405-2410.

19. Тупов В.Б. Способы снижения шума от водогрейных котлов РТС// Теплоэнергетика. № 1. 1993. С. 45-48.

20. Tupov V.B. Noise problem from power stations in Moscow// 9th International Congress on Sound and Vibration, Orlando, Florida, USA, 8-11, July 2002. P. 488^96.

21. Ломакин Б.В., Тупов В.Б. Опыт снижения шума на прилегающей к ТЭЦ-26 территории // Электрические станции. 2004. №3. С. 30-32.

22. Тупов В.Б., Краснов В.И. Проблемы снижения шума от энергетических объектов при расширении и модернизации// I специализированная тематическая выставка «Экология в энергетике-2004»: Сб. докл. Москва, ВВЦ, 26-29 октября 2004 г. М., 2004. С. 152-154.

23. Тупов В.Б. Опыт снижения шума энергетических установок/Я1 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», 17-19 марта 2009 г. Санкт-Петербург., С. 190-199.

14. Защита от вибраций

Допустимый уровень звука А (шум) от оборудования, установленного в теплопунктах или насосных

Согласно PN-87/8-02151/02 п. 3, уровень звука А (шум) от насосов или запорной арматуры, измеренный на расстоянии 1 м от оборудования, не должен превышать 65 дБ.

В книге “Технические условия строительства и приемки газовой или жидкотопливной котельной”, выпущенной Польской корпорацией санитарной, отопительной, газовой техники и кондиционирования (издание ІІ), приводятся допустимые значения уровней звука:

для котлов мощностью 30-120 кВт с атмосферными горелками – ниже 65 дБ (А);

для котлов мощностью 30-120 кВт с вентиляторными горелками – ниже 85 дБ (А);

для котлов мощностью более 120 кВт – не выше 85 дБ (А).

При установке котла мощностью менее 30 кВт в помещении отдельной кухни, уровень звука не должен превышать 51 дБ (А), а в кухне, совмещенной с другим помещением – 45 дБ (А). Источники, на основании которых приводятся указанные величины, авторам не известны. Предположительно их цитируют из инструкций, изданных

в западных странах.

В связи с тем, что польские нормы не содержат указаний относительно значений уровня звука, источником которого является котельная, запаздывая с изменениями на теплотехническом рынке, авторы ссылаются на немецкие указания VDI 2715 относительно понижения шума отопительного оборудования. Эти указания комплексно охватывают проблемы шума, создаваемого котельной.

Несмотря на очень строгие ограничения (даже ниже 25 дБ (А)) к шуму, производимому котельной (как к уровню звука, излучаемого в окружающую среду, так и к уровню звука, проникающего в прилегающие помещения), допустимый уровень звука в самом помещении котельной зависит от номинальной мощности котла и установленной горелки. Для котлов с вентиляторными горелками его значение можно определить по формуле:

Минимальные значения индекса изоляции воздушного шума перекрытием между котельной

и жилыми помещениями

Значение индекса изоляции воздушного шума перекрытием (с учетом всех путей косвенной звукопередачи) между помещением котельной и помещениями квартиры, в соответствии с нормами PN-B-02151-3 от 1999 г., не может быть меньше R’A1 = 55 дБ. Значение индекса приведенного уровня ударного шума, проникающего от пола котельной в квартиры, не должно превышать L’n.w = 58 дБ.

14.4. Шум, создаваемый группой “котел – горелка”

14.4.1. Влияние мощности котла на уровень излучаемого шума

На рис. 14.4 показаны корректированные уровни звука в дБ (А) для котлов различной мощности с вентиляторными горелками. На графике показаны кривые изменения уровня звука по октавным полосам в зависимости от мощности котла. Представленные характеристики получены опытным путем, в результате многочисленных экспериментов с котельными установками. Конечно, могут случаться отклонения, и их нужно учитывать при проектировании защиты от шума. Приведены данные фирмы RAICHLE.

14. Защита от вибраций

	давлениязвуковогоУровень	Мощность
			звукового
			давления, дБ (A)

Рис. 14.4. Распределение уровня звукового давления по октавным полосам для группы “котел – вентиляторная горелка”

различной мощности

14.4.2. Уровень звука котлов различного типа

В настоящее время все чаще применяются котлы с вентиляторными горелками. В пользу такого решения говорит много факторов, но, как правило, решающим оказывается более высокий КПД. Кроме ряда преимуществ, группа “котел – вентиляторная горелка” имеет и недостаток – повышенный уровень шума. Основным источником шума вентиляторной горелки являются завихрения, возникающие в перекачиваемом газе. Интенсивность этого звука прямо пропорциональна средней скорости лопастей в степени, величина которой находится в пределах <5, 6>. Интенсивность звука примерно одинаковая как на всасывании, так и на нагнетании вентилятора.

Согласно , уровень звуковой мощности для вентиляторов, определенный в полупространстве, можно ориентировочно рассчитать по формуле:

14. Защита от вибраций

При известной мощности W двигателя вентилятора (кВт), можно использовать следующие формулы:

L N = 85 + 10logW + 10log∆p
L N = 125 + 20logW – 10log

Для определения точных значений уровня звуковой мощности в зависимости от типа вентилятора и условий его работы можно использовать указания VDI 2081.

Уровни звуковой мощности, производимой вентилятором в зависимости от расходаи разности давлений

∆p , рассчитанные по формуле , представлены на рис. 14.5.

Рис. 14.5. Зависимость звуковой мощностиL N вентилятора от объемного расходаи разности давлений∆p

Как видно из графика, звуковая мощность L N прямо пропорциональна объемному расходупри определенной разности давлений∆p . Для сравнения на рис. 14.6 показан уровень звука А только для вентиляторных горелок различной мощности. Максимальные значения уровня звука для данной мощности котла колебаются в диапазоне частот от 500 до 2000 Гц. Сравнение графиков на рис. 14.4 и 14.6 позволяет сделать вывод о том, что уровень звука группы “котел – горелка” ненамного выше уровня звука одной вентиляторной горелки. Максимальные значения уровня звука группы “котел – горелка” отмечаются в диапазоне более низких частот 63-500 Гц. В этом случае имеем дело с низкочастотным шумом.

Упрощенно можно утверждать, что котел влияет на структуру и уровень звука, производимого вентиляторной горелкой, только качественно, но не количественно.

14. Защита от вибраций

Проведенные авторами исследования показали, что значения звука для котлов малой мощности, как с вентиляторными, так и с атмосферными горелками, практически одинаковые. Разница в излучении шума отмечалась для котлов мощностью выше 100 кВт. Повышение уровня звукового давления связано с ростом производительности вентилятора.

На рис. 14.6 показан уровень звуковой мощности А для вентиляторных горелок в зависимости от мощности котла.

Рис. 14.6. Уровень звуковой мощности А для вентиляторных горелок в зависимости от мощности котла

14.5. Акустическая модель отопительной установки

Изучение путей распространения упругих волн необходимо начать с анализа главного акустического механизма, связанного с отдельными элементами отопительной установки. Сначала нужно локализовать источники, которые генерируют колебания и шум. В отопительных установках – это группа “котел – горелка”, насосы и запорная арматура. Первоначально нужно оценить уровень генерируемого шума. Несмотря на то, что каждое из этих устройств может соответствовать требованиям действующих в этой области норм, суммарное воздействие шума от всего оборудования часто превышает допустимые значения для смежных помещений или окружающей среды.

Следующий этап – определение путей передачи звука. В отопительных установках существует несколько основных путей распространения звука. К ним относятся трубопроводы вместе с теплоносителем (преимущественно водой), дымоходы, вентиляционные каналы и отдельные устройства, которые через точки соприкосновения или крепления участвуют в распространении шума.

Последним этапом является локализация зон, излучающих звук. В результате такого анализа разработана причинно-следственная цепь генерации и распространения шума, представленная на рис. 14.7.

14. Защита от вибраций

Рис. 14. 7. Причинно-следственная цепь генерации и распространения шума

Шум, который возникает в одном из источников, распространяется дальше в виде колебаний частиц среды, с которой данный источник контактирует. В отопительной установке источники, генерирующие упругие волны, контактируют, в большинстве случаев, с веществом во всех физических состояниях – воздухом, жидкостью и твердым телом. Поэтому распространение возникающих колебаний необходимо рассматривать для всех этих трех категорий.

Общая модель отопительной установки представлена на рис. 14.8. Она разделена на динамические факторы, которые активно участвуют в процессе генерации упругих колебаний, и статические факторы, которые распространяют вибрацию и шумы. Динамические факторы – это главные источники шума, перечисленные выше: группа “котел – горелка”, насосы и запорная арматура.

К статическим факторам относятся трубопроводы систем отопления, вентиляционные каналы, дымоходы, корпуса и кожухи оборудования, перегородки и, конечно, конструкция дома в целом.

В зависимости от того, в какой среде происходит генерация или распространение шума, он и носит соответствующее название: воздушные шумы, шумы, распространяющиеся в воде, ударные шумы. Как показано на рис.14.8, не все источники создают упругие волны во всех трех категориях, как и не каждая среда играет ключевую роль в распространении шума от данного источника. Целью выделения факторов шума является идентификация доминирующих источников, путей передачи и излучающих поверхностей.

Конечным эффектом вибрации оборудования являются звуки (шумы), которые распространяются в воздушном пространстве и могут также побуждать вибрацию (колебания) перегородок и других строительных конструкций, находящиеся в окружающей среде.

14. Защита от вибраций

	Вентиляци-
			оборудования
			Конструкции
	Дымоходы
			Трубопроводы
	Перегородки		отопления
		Запорная
		арматура
	Статические	Динамические	Статические
	факторы шума	факторы шума	факторы шума

звук, распространяющийся в воздухе

звук, распространяющийся в жидкостизвук ударный

Рис. 14.8. Акустическая модель котельной и системы отопления

Источники шума

Шум при перемещении газов (продуктов сгорания, воздуха) возникает вследствие турбулентных явлений, ударов или пульсаций. Турбулентность является механизмом генерации шума, который может принимать различные формы. Например, может состоять из простых фоновых составляющих, связанных в основном с истечением газов из отверстий, или иметь широкополосный спектр при протекании их по каналам с острыми кромками, с запорными элементами или другими местными сопротивлениями.

Поток с большой скоростью, например на концах лопастей вентилятора или сопла, создает завихрения, способствующие возникновению шума в широком звуковом диапазоне. Его уровень и спектр зависят от скорости потока, вязкости среды и геометрии сопла.

Жидкость, как и воздух, генерирует шум вследствие турбулентности, пульсаций и ударов. Перечисленные выше принципы относятся и к жидкости. Кроме того, в ней может возникать явление кавитации, когда статическое давление опускается ниже давления насыщения пара. Возникновение кавитации – явление, характерное для запорной арматуры и насосов. В зоне падения давления ниже давления насыщения пара появляются кавитационные пузырьки пара. Во время повторного сжатия пузырьки лопаются, создавая зоны значительного повышения давления. В связи с тем, что повторное сжатие (компрессия) часто происходит в пристенном слое потока, кавитация является причиной эрозии. Кавитация генерирует шум обширного диапазона.

Удар является причиной структурного (ударного) шума в трубопроводах системы отопления. Наиболее важными параметрами, влияющими на возникновение ударного шума, являются масса и скорость частиц, которые сталкиваются, и продолжительность удара. Частотный анализ удара показывает, что высокие частоты преобладают над широкополосным шумом в связи с короткой продолжительностью самого удара.

14. Защита от вибраций
Каждый источник звука имеет определенную характеристику, специфический путь распространения и опреде-
ленное возбуждение излучающей поверхности. В современных котельных основным источником шума является
группа “котел – горелка” (особенно вентиляторная горелка). На рис. 14.9 показана котельная, в которой главным
источником шума является группа “котел – горелка”, пути распространения и методы снижения шума.
			звук, распространяющийся
			в воздухе
Шумоглушитель на			звук, распространяющийся
вытяжной вентрешетке			в жидкости
			звук ударный
крепление	Группа "котел – горелка"
	как источник
	колебаний и шума
			Шумоглушитель
			на приточной
Шумоглушитель			вентрешетке
на дымоходе
	компенсатор	Виброоснование
Рис. 14.9. Пути распространения и методы снижения шума от группы “котел-горелка”

Группа “котел – горелка” генерирует звук всех ранее перечисленных категорий. Пути распространения звука тоже разные: движущаяся жидкость, точки крепления, дымоходы, облицовка и кожухи оборудования. Общая звуковая мощность, излучаемая группой “котел – горелка”, – это сумма всех вышеперечисленных составляющих.

14.6. Снижение уровня шума в воздушном пространстве

В воздушное пространство шум проникает через приточные и вытяжные отверстия. По своей природе шум имеет направление, а наибольшая его интенсивность наблюдается вдоль оси канала. Отсюда следует вывод, что

в отверстии направление шума следует изменить, например с помощью экрана, или в отверстии или канале установить шумоглушитель.

Излучение шума с поверхностей оборудования зависит от размера, формы, упругости, массы и звукопоглощающих свойств поверхности. Поэтому желательно, чтобы оборудование имело компактную конструкцию, так как незначительные размеры, большая жесткость и масса уменьшают излучение шума.

14. Защита от вибраций

Шум, распространяющийся в воздушном пространстве, можно ограничить с помощью:

звукоизолирующих кожухов;

акустических экранов;

шумоглушителей;

звукопоглощающих покрытий.

Звукоизолирующий кожух

Под понятием кожух подразумевается оболочка, внутри которой находится источник шума (рис.14.10). Звукоизолирующий кожух представляет собой пассивное средство, ограничивающее распространение шума. Часто это единственная возможность снижения уровня шума от активных акустических источников – движущихся механизмов или их частей. Особенность кожуха состоит в том, что уровень шума снижается уже в непосредственной близости от источника. Это позволяет защитить также рабочие места, расположенные вблизи источника шума.

Кожух изготавливают преимущественно из тонколистовой стали. Для улучшения звукоизолирующих свойств его покрывают изнутри слоем пористого звукопоглощающего материала. Толщина слоя такого материала зависит от наиболее низкой частоты звука.

Уменьшение передачи ударного шума от источника к кожуху происходит за счет применения материалов, амортизирующих колебания в узлах крепления.

источник

Звукоизоляционный материал

Звукопоглощающий материал

Шумоглушитель на

вентиляционном отверстии

Виброоснование

Рис. 14.10. Разрез звукоизолирующего кожуха и пример звукоизолирующего кожуха горелки котла Vitoplex

Принципы проектирования оболочек вокруг источников звука:

плотная изоляция источника звука; даже небольшие щели или отверстия необходимо закрыть;

использование металла в качестве звукоизоляционного материала с внешней стороны кожуха;

применение звукопоглощающего материала внутри кожуха;

использование шумоглушителей в вентиляционных отверстиях, отверстиях для прохода кабелей, труб и т. п.;

отсутствие жестких соединений между оборудованием и кожухом, уменьшение количества точек крепления.

14. Защита от вибраций

Мерой эффективности звукоизолирующего кожуха является величина звукоизолирующей способности кожуха D кож – разность между средним уровнем звукового давления во всех точках измерения при работающем механизме или оборудовании без кожухаL m1 (дБ) и средним значением уровня звукового давления в тех же точках при работающем механизме, но уже со звукоизолирующим кожухомL m2 (дБ) на среднегеометрических частотах октавных полос от 63 до 8000 Гц. Значение звукоизолирующей способности кожухаD кож в дБ определяется по формуле:

D кож= L m1– L m2[дБ]

Изучая акустическую эффективность кожуха, не нужно смешивать понятия звукоизолирующей способности кожуха и удельной звукоизолирующей способности перегородки R w , определяемой акустическими свойствами элементов, из которых она изготовлена.

Экраны можно устанавливать возле небольших елементов оборудования с высоким уровнем излучения шума. Эффективность их значительно ниже эффективности звукоизолирующих кожухов и зависит от направления и расстояния от источника шума. Вместе с тем экраны могут быть полезны для снижения шума в ограниченных зонах, например на рабочем месте оператора.

Эффективность экранов ограничена частотами, при которых высота и длина экрана такие же, как и длина звуковой волны, передаваемой в воздухе, или больше.

Принципы проектирования экранов:

экраны применяются для защиты от шума рабочих мест операторов;

для изготовления экранов используются плотные звукоизоляционные материалы;

экраны со стороны источника шума покрываются звукопоглощающим слоем.

Шумоглушители

Шумоглушители – это элементы, которые препятствуют прохождению звука, передаваемого воздуховодами. Абсорбционные шумоглушители выполняются в виде “пористого канала”. Они часто встроены в кожухи вентиляторов для обеспечения охлаждения двигателей без снижения эффективности звукоизолирующих свойств.

Принципы проектирования шумоглушителей:

использование абсорбционных шумоглушителей для снижения широкополосного шума;

недопущение скорости движущейся среды выше 12 м/сек в абсорбционных глушителях;

применение реактивных шумоглушителей, действующих по принципу отражения для снижения шума на низких частотах;

использование шумоглушителей-расширителей на выходе сжатого воздуха.