Меню

Глушители для газовой турбины

Фильтры и глушители газотурбинных установок (ГТУ)

Фильтры и глушители газотурбинных установок. Инерционный, самоочищающийся, сухой фильтры ГТУ.

Воздух, поступающий в компрессор, содержит пыль, влагу, и всяческие загрязнения (насекомые, цветочная пыльца, листья) и другие примеси. Пыль, содержащаяся в воздухе, попадает в проточную часть компрессора и турбины. При ударе твердых частиц о поверхность лопаток частички металла отрываются. Этот процесс называют эрозией.

С промышленными выбросами, а также на берегу моря в атмосферу попадают соли. Если они засасываются в тракт ГТУ, возникает коррозия деталей проточной части.

Инерционные фильтры (рис.1) основаны на принципе механического отделения (сепарации) твердых частиц при резком изменении направления движения воздуха. Воздух попадает в камеру, образованную стенками в виде жалюзи 2. При повороте потока воздуха твердые частицы отделяются от него и на выход идет очищенный воздух. Загрязненный воздух с больший концентрацией пыли удаляется из камеры отсоса 3. Однако такие фильтры плохо улавливают мелкие частицы. Для улавливания мелких частиц используют масляные фильтры разных типов.

Кассетные масляные фильтры состоят из неподвижных металлических сеток, смазанных маслом. При проходе воздуха через сетки пыль налипает на них. По мере засорения сетки очищают и вновь смазывают маслом.

Самоочищающиеся фильтры представляют собой полотно, которое, постоянно перематываясь, проходит через ванну с маслом. При проходе воздуха через полотно пыль налипает на его волокнах, смазанных маслом.

Рис.2. Самоочищающийся фильтр

Кроме масляных применяют сухие фильтры (рис.3), представляющие собой полотно из специальной ткани, стекловолокна или металлической сетки, которое перематывается с одного вала на другой. Воздух проходит сквозь полотно, которое задерживает пыль, при очень малой запыленности воздуха фильтры не устанавливают. В этом случае воздух забирают с помощью трубы высотой 50—70 м. На такой высоте запыленность воздуха мала. Верх трубы оснащают специальным заборным устройством, которое исключает прямое попадание в ГТУ дождя и снега.

При большой запыленности (например, при частых пылевых бурях) воздух подвергается двухступенчатой очистке в инерционном и сухом рулонном фильтрах, которые воздух проходит последовательно, прежде чем попадает в компрессор.

Газотурбинные установки являются источниками шума большой интенсивности, излучаемого их элементами или потоком рабочего тела. Основным источником шума является компрессор.

На выходе из газовой турбины шум значительно меньше. Если канал, через который выбрасывают в атмосферу отработанные газы, имеет значительную длину и повороты, то специальных мер для шумоглушения не предпринимают. Если же канал короткий, на выхлопе из турбины также устанавливают устройства для глушения шума.

Источник

Содержание материала

В ГТУ интенсивный шум возникает в системе всасывания воздуха и выхлопа газов, в вентиляторе системы охлаждения, в корпусе турбомашины и в генераторе.
Шум, создаваемый в процессе всасывания воздуха в компрессор, обусловлен взаимодействием турбулизоваиного ротором компрессора воздуха со статором, т. е. переменными аэродинамическими силами, а также явлениями неустойчивости турбулентного. потока.
Аэродинамический шум компрессора разделяют на два вида: вихревой: и сиренный. Основная частота вихревого шума соответствует скорости вращения ротора и равна числу оборотов в секунду (n/60). Для промышленных газовых турбин она колеблется в пределах 50—160 Гц. Частота, соответствующая произведению числа лопаток ротора на число оборотов в секунду (z/60)—основная частота сиренного шума. Для газовых турбин она составляет-1000—5000 Гц. Сиренный шум является наиболее вредным по воздействию на человека. Интенсивность его зависит от давления в проточной части компрессора, числа лопаток, скорости вращения. Интенсивность сиренного шума пропорциональна, окружной скорости колеса в третьей степени.

На рис. 2-6, а приводятся спектры шума на всасывании двух энергетических ГТУ «Фиат — Вестингаус», а на рис. 2-6, б — спектры шума на всасывании некоторых отечественных ГТУ.
Шум, создаваемый явлениями неустойчивости воздушного потока, обычно ощутим лишь в режиме пуска компрессора. Однако он может существенно возрасти при резонансе.


Рис. 2-6. Уровни звуковой мощности шума всасывания газовых турбин: а — фирмы «Фиат—Вестннгауз»; б — отечественных ГТУ 15 МВт: 2—ГТУ 31 МВт; 3—ГТ-25-700 (ЛМЗ); 4—ГТ-35 (ХТГЗ); 5—ГТ-100-750 (ЛМЗ)

В результате теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на моделях осевых компрессоров в цкти и на ряде натурных объектов, авторами была предложена полуэмпирическая формула для расчета ожидаемой мощности шума всасывания:
где k — некоторая эмпирическая постоянная для обширного класса ГТУ; S — площадь сечения воздухозаборного канала; М — число Маха для окружной скорости концов рабочих лопаток первой ступени; i — номер лопаточного ряда; δi— относительные осевые зазоры (по первым двум ступеням); |μi|—абсолютные разности чисел рабочих и направляющих лопаток в соседних рядах для первых двух ступеней; Ει— коэффициент, учитывающий экранирование второй ступени первой ступенью: Ει, 2 = 1, Ез, 4 = 0,5. Таким образом, для уровня звуковой мощности имеем:
(2-4)
Если положить в этой формуле Αίο = 0,5; 6(0 = 0,2, то постоянная В должна быть равна 144 дБ.
Эта формула верна для компрессора с дозвуковыми скоростями обтекания лопаток, при числе рабочих лопаток в первой и

второй ступени близкими друг к другу, что и бывает обычно на практике.
Строго говоря, формула (2-4) определяет уровень звуковой мощности для основной гармоники сиренного шума. Однако общий уровень практически не отличается от уровня первой гармоники — она является доминирующей в спектре. Сплошной спектр располагается ниже на 20—25 дБ. Уровни высших гармоник сиренного шума могут быть рассчитаны по формуле Lpj = Lp — —20 lg j, где j — номер гармоники. Уровень вихревого шума спадает в сторону низких частот 3 дБ на октаву.
Некоторый подъем спектра на частоте вращения ротора обычно бывает вызван остаточным дисбалансом ротора и влиянием звуков вращения, механизм возникновения которых отличен от механизма звуков взаимодействия решеток.
Шум, производимый на выхлопе ГТ, вызван процессом горения, высокой скоростью прохождения газов через проточную часть турбины и турбулентностью газового потока на выхлопе, что является главной составляющей шума. Известно, что он значительно ослабляется при уменьшении средней скорости выхлопных газов и неравномерности скоростей в секциях выхлопного патрубка. Кроме того, по своему физиологическому воздействию шум на выхлопе газовых турбин менее вреден, чем шум на всасывании компрессора (общий уровень и частота ниже).
Серьезную проблему шум выхлопа может представить при возникновении газодинамических колебаний в теплообменниках, зачастую устанавливаемых в выхлопном тракте для утилизации тепла.
При определенных, неблагоприятных сочетаниях конструктивных параметров, колебания могут также возникать в трубчатых теплообменниках (экономайзерах, утилизационных котлах). Интенсивность этих колебаний настолько велика, что они нередко приводят к разрушению теплообменников и вызывают очень сильный шум, значительно превышающий допустимые нормы. Причиной возникновения колебаний служит срыв вихрей с трубок водогрейного пучка. Авторами были исследованы колебания, возникшие при наладке парогазовой установки ПГУ-1 конструкции ЦКТИ [6]. Экономайзер ПГУ-1 представлял собой автономный теплообменник высотой 8,5 м и сечением 2,4Х2Г2 м. Горизонтальные пучки трубок с рядным расположением имели шаг по потоку 40 мм и перпендикулярно потоку 37 мм. Наблюдались тональные звуки с основной частотой 83 Гц при средней скорости прохождения газов через теплообменник 15,3 м/с и 160 Гц при скорости газов 18,25 м/с. Уровни этих составляющих в спектре звукового давления составляли 110—113 дБ (при измерениях на расстоянии 1 м от обшивки).

Читайте также:  Уральская 129 запчасти для бытовой техники

Поскольку наблюдавшиеся частоты колебаний соответствовали резонансам газового объема теплообменника, были установлены секционирующие перегородки. Впоследствии ни на одном из режимов работы ПГУ-1 колебания не наблюдались.

Рис. 2-7. Частотная характеристика шума выхлопа ГТК-10

Пластинчатые регенераторы, являющиеся основным видом теплообменных аппаратов газотурбинных установок, до сих пор рассматривались как устройства, дополнительно снижающие шум на выхлопе. И в большинстве случаев это действительно так. Однако в последнее время авторами был обнаружен и исследован случай возникновения звуковых колебаний в пластинчатых регенераторах газоперекачивающей установки типа ГТК-Ю. Звук имеет тональный характер. Спектр его при режиме работы установки, близком к расчетному, приведен на рис. 2-7.
Уровень звукового давления на частоте 560 Гц составлял в районе газоходов 100—105 дБ.
Проведенное исследование динамики процесса (при разных расходах газа через регенератор) позволяет предположить, что колебания вызываются неустойчивостью растекания струек газа по сложной системе двуугольных каналов между пластинами регенератора.
Через дымовые трубы этот звук, имеющий очень неприятный тембр, может распространяться в радиусе нескольких километров.
Шум, создаваемый корпусами ГТ, является следствием турбулентности потока воздуха и газов в зоне горения в трубопроводах и определяется размерами корпусов, их жесткостью. Большое разнообразие существующих типов газовых турбин затрудняет определение значений уровня шума, создаваемого корпусами. Можно лишь отметить, что уровень звуковой мощности возрастает с увеличением размеров газовой турбины.
В табл. 2-5 приведены октавные уровни звуковой мощности, излучаемой агрегатами ГТУ в машинный зал. Оценка общего уровня звуковой мощности шума агрегатов ГТУ, применительно к установкам с другими параметрами, производится по формуле Lp = Н + lOlgN, где N—номинальная мощность ГТУ, МВт. Постоянная Н, полученная экспериментально, составляет 105 дБ для агрегатов ГТУ, покрытых теплоизоляцией, и 113 дБ — без слоя теплоизоляции.
Октавные уровни звуковой мощности находят по формуле Ln = Lp + ΔLpi, где Δίρ,- определяют по рис. 2-8, на котором приведен расчетный относительный спектр звуковой мощности агрегатов ГТУ, облицованных теплоизоляцией.

Таблица 2-5
Уровни звуковой мощности, излучаемой ГТУ в машинный зал (ДБ)

Среднегеометрическая частота октавной полосы, Гц

Источник

Глушители для газовой турбины

§ 36. Глушители шума

Для снижения шума аэрогазодинамических установок, попадающего в окружающую среду по газовоздушному тракту, применяются глушители шума. Выбор типа глушителя зависит от ряда факторов, главными из которых являются: спектр шума источника, величина требуемого снижения шума, конструкция заглушаемой установки и условия ее работы, допустимое аэродинамическое сопротивление, стоимость глушителя.

Глушители шума с цилиндрическими звукопоглотителями делаются двух видов. В первом из них (рис. 78, г) звукопоглощающими элементами являются цилиндры 4 диаметром 0,2 м и длиной 1 м из перфорированного металла или сетки, заполненные керамзитовой крошкой. Цилиндры устанавливают равномерно по сечению шахты 5 в несколько рядов (секций) по высоте. Эти глушители применяются чаще всего для снижения шума выхлопа в боксах для испытания ТРД.

Читайте также:  Как поменять бендекс на стартере

В глушителях второго типа (рис. 78, д) звукопоглощающим элементом служит один большой перфорированный цилиндр 6 диаметром 1,5-2 м и высотой 6-8 м, заполненный керамзитовым гравием и установленный в железобетонном корпусе 7. Такие глушители применяются в основном для снижения шума небольших аэродинамических труб, обеспечивая уменьшение шума 25-30 дБ в широком диапазоне частот.

Таблица 46
Внутренний диаметр глушителя, м Количество секций, шт. (длина секций глушителя 1 м) Снижение уровня звукового давления в дБ на среднегеометрических частотах-октавных полос, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
115 1(1) 22 21 37 30 39 37 40 41
2 27 29 60 56 75 70 72 53
3 31 38 60 70 75 75 75 70
4 36 46 60 70 75 75 75 70
5 41 55 60 70 75 75 75 70
194 1(1) 17 15 26 31 37 33 29 23
2 20 22 46 39 51 58 58 58
3 24 29 60 57 75 75 68 58
4 27 35 60 70 75 75 75 62
5 30 41 60 70 75 75 75 70
285 1(1) 13 13 16 15 19 25 20 15
2 16 18 29 26 33 41 30 20
3 18 24 42 37 47 57 40 25
4 21 29 55 49 61 73 50 30
5 23 34 60 60 75 75 60 35
375 1(1) 11 9 15 13 20 22 17 13
2 12 14 27 23 33 34 23 16
3 14 18 39 32 46 47 30 19
4 15 22 51 42 59 60 27 22
5 17 26 60 52 72 73 43 25
6 18 30 60 61 75 75 50 28
7 20 34 60 70 75 75 56 31
440 1(1) 10 10 14 11 19 19 13 10
2 11 13 24 18 29 29 15 11
3 12 17 35 25 40 39 18 12
4 13 20 25 32 50 49 20 13
5 14 24 55 39 60 59 23 14
6 15 27 60 46 71 69 26 15
Таблица 47
Звукопоглощающая конструкция Толщина пластны, мм Расстояние между пластинами, мм Относительное свободное сечение глушителя, % Длина глушителя, м Снижение уровня звукового давления (дБ) на среднегеометрических частоах октавных полос, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Супертонкое базальтовое или стеклянное волокно (р=20-25 кг/м 3 ) в оболочке из стеклоткани и перфориванного листа (перфорация не менее 25%) 100 50 33 1 5 13 20 25 38 45 36 17
2 10 25 36 44 67 75 63 44
3 15 38 53 63 75 75 75 70
То же 100 100 50 1 2 2 13 20 29 31 25 15
2 4 10 21 34 49 53 39 20
3 6 14 28 50 69 73 54 25
4 8 19 37 63 75 75 69 30
5 10 24 45 70 75 75 75 35
6 11 28 53 70 75 75 75 40
-»- 200 100 33 1 4 10 16 21 27 31 28 21
2 8 18 28 34 45 52 45 32
3 13 26 39 48 62 73 63 42
4 17 35 50 62 75 75 75 53
-»- 200 200 50 1 3 9 13 16 18 19 17 13
2 5 14 19 23 27 28 23 16
3 7 20 26 31 36 36 30 19
4 10 26 32 38 45 45 36 22
5 14 37 46 53 63 63 49 28
-»- 400 200 33 1 6 9 12 16 20 22 17 12
2 11 15 18 24 30 34 24 14
3 17 21 24 32 41 46 31 17
4 23 30 40 52 58 38 19
5 29 34 36 48 63 70 45 21
Полужесткие минераловатые плиты (р=100 кг/м3) в оболочке из стеклоткани и перфорированного листа (перфорация не менее 25%) 100 100 50 1 2 4 12 22 29 27 22 17
2 3 8 22 37 49 44 34 24
3 5 12 28 52 69 61 46 31
4 6 16 36 6 75 75 58 39
5 8 20 44 70 75 75 70 45
То же 200 200 50 1 1 4 13 20 25 23 14 12
2 2 7 20 32 40 36 18 13
3 3 10 27 44 55 49 22 15
4 4 13 34 56 70 62 26 16
5 5 17 41 68 75 75 30 17
6 6 19 48 70 75 75 34 19
Читайте также:  Как снять стартер ниссан примера р10 видео
Таблица 48
Характеристика глушителя Относительное свободное сечение глушителя, % Число рядов цилиндрических звукопоглотителей Исходный общий уровень звуковой мощности, дВ (не менее) Скорость потока, м/с (не более) Снижение уровня звукового давления, дБ, на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Внутренний диаметр глушителя 1380 мм 50 2 132 10 4 13 22 28 40 35 38 38
4 7 21 29 25 63 60 62 63
6 10 27 30 49 66 76 75 75
8 13 29 30 59 66 75 75 75
Внутренний диаметр глушителя 2500 мм 50 2 132 10 4 13 21 28 40 35 38 38
4 7 20 25 42 60 60 62 68
6 9 24 25 44 61 72 75 75
8 12 25 25 54 61 72 75 75
Внутренний диаметр глушителя 2500-5400 мм, секция глушителя с внутренней стороны облицованы минераловатными плитами толщиной 100 мм на длине 8 м 50 6 165-175 20 24 32 38 50 70 69 70 68
30 24 32 38 50 65 62 64 64
40 24 32 38 50 56 52 50 54
То же, для глушителя с диаметром 7200 мм. Облицовка секций на длине 10 м 60 8 165 20 25 33 40 56 67 63 63 67
30 30 32 38 48 53 51 51 54
40 20 28 34 39 43 41 41 43
170 20 25 33 40 56 67 65 66 68
30 25 33 39 51 56 54 54 58
40 24 32 38 43 47 44 44 47
175 20 25 33 40 56 69 67 68 69
30 25 33 40 52 58 57 57 60
40 25 32 39 46 50 47 47 49

Нужно отметить, что снижение эффективности цилиндрических глушителей на высоких частотах при увеличении скорости потока от 20 до 40 м/с объясняется вторичным шумообразованием в глушителе. Это явление характерно и для других конструкций глушителей абсорбционного типа.

В литературе часто приводятся данные по затуханию шума на 1 м длины трубчатого или пластинчатого глушителя. В этом случае эффективность всего глушителя определяется по формуле

Глушители реактивного типа применяются в основном для снижения шума с резко выраженными дискретными составляющими, свойственного для двигателей внутреннего сгорания, поршневых компрессоров и других установок. Они устанавливаются

В трубопроводах cравнительно небольших размеров, когда длина волны заглушаемого звука значительно больше характерного размера, например диаметра трубопровода.

Для обеспечения эффективности снижения шума двигателей внутреннего сгорания глушители для них делаются в виде набора различных шумоглушащих элементов реактивного типа, что обеспечивает широкополос-ность работы таких глушителей.

Экранные глушители (рис. 81,6) могут устраиваться на выходе из канала в атмосферу или на входе в канал. На низких частотах экран практически не оказывает действия на излучаемый шум. На высоких частотах эффективность его установки составляет 10-25 дБ, причем максимальный эффект наблюдается в осевом направлении. Большое значение имеет расстояние экрана до канала и диаметр экрана чем ближе экран расположен и чем больше его диаметр, тем эффективней его установка. Диаметр экрана принимается обычно в два раза большим, чем диаметр канала. Что же касается расстояния экрана от конца канала, то здесь требования акустики приходят в противоречие с требованиями аэродинамики, так как при слишком близком расположении экрана резко увеличивается гидравлическое сопротивление. Поэтому при установке экранов приходится находить оптимальное решение.

В последние годы начинают получать все большее распространение глушители с так называемой последовательной фрикцией (рис. 82), когда звук с потоком воздуха проходит через слой пористого материала, в качестве которого используется гравий или щебень (в установках со сбросом воздуха, рис. 82, а), проницаемые материалы типа поропласта, керамики (для сброса небольших количеств воздуха, рис. 82,6).

Естественно, что подобные глушители имеют достаточно высокое аэродинамическое сопротивление, поэтому их применение возможно лишь в установках, где противодавление глушителя не оказывает особого влияния на работу заглушаемой установки.

Источник