Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность:

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности

центробежный нагнетатель компрессорный газопровод

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

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

МИНАЕВ ДМИТРИЙ АНДРЕЕВИЧ

Москва 2010

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

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

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО “Газпром ВНИИГАЗ”.

Автореферат разослан “06” мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук	И.Н. Курганова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

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

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

1. Провести анализ эксплуатационной документации для оценки диапазонов изменения технологических режимов работы 3-4 базовых типов центробежных нагнетателей за годовой цикл.

2. Обосновать применимость используемого методического обеспечения для проведения акустических испытаний центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов блочно-контейнерного исполнения, работающих на переменных режимах.

3. Провести экспериментальные исследования по оценке влияния переменных режимов работы выбранных типов центробежных нагнетателей на интенсивность их шумоизлучения.

4. По результатам обработки экспериментальных данных провести анализ зависимости уровней шумоизлучения от режимов работы, разработать математическую модель для оценки влияния на интенсивность шумоизлучения центробежных нагнетателей переменных режимов их работы и оценить ее погрешность.

5. Разработать критериальную оценку шумности центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов по результатам теоретических и экспериментальных исследований.

6. На основании проведенных работ подготовить корректирующие дополнения к нормативной документации ОАО “Газпром”, используемой при проектировании средств шумоизоляции центробежных нагнетателей блочно-контейнерного исполнения.

Научная новизна работы.

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

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

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

Основные защищаемые положения.

1. Экспериментальное обоснование диапазонов изменения интенсивности шумоизлучения центробежных нагнетателей при переменных технологических режимах в круглогодичном эксплуатационном цикле.

2. Аналитически обоснованная и экспериментально подтвержденная математическая модель для оценки интенсивности шумоизлучения центробежных нагнетателей при изменении технологических режимов.

3. Критериальная оценка шумности для объективного сравнительного анализа уровней шумоизлучения выбираемых типов центробежных нагнетателей при проектировании компрессорных станций вне зависимости от режимов их эксплуатации.

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

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

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

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

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

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

- в свободном звуковом поле;

- в отраженном звуковом поле;

- ориентировочным методом;

- с применением образцового источника шума.

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

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.



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 3d (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

Четвертая глава посвящена решению задачи по повышению акустической эффективности проектирования газотранспортных объектов, а также разработке методов и средств защиты от шума с учетом переменного режима работы центробежных нагнетателей путем использования предложенной критериальной оценки их шумности аналогичной применяемой для вентиляторов.

Для этого было проанализировано акустическое соотношение, применяемое для промышленных вентиляторов, в соответствии с которым уровень звуковой мощности может быть выражен через полное давление, объемный расход и критерий шумности следующим соотношением:

, (4)

где L_p - уровень звуковой мощности, дБА;

a - безразмерный коэффициент;

P - полное давление на выходе, кгс/м²;

Q - объемный расход, м³/c;

- критерий шумности, дБА.

Для центробежных нагнетателей зависимость (4) с учетом дипольного механизма излучения шума (а=3) будет иметь следующий вид:

, (5)

где P_o - 1 МПа;

Q_o - 1 м³/c.

Для выборок исследованных центробежных нагнетателей расчет критериев шумности проводился для 5-и машин 7V-3/100-1,7; 11-и машин Н-196-1,45 и 7-и машин НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) на рабочих режимах, характеризующихся различными технологическими параметрами, такими как: давление и температура на входе и выходе, частота вращения ротора нагнетателя, объемный расход и производительность.

Проведенные исследования свидетельствуют, что зависимость (5) справедлива для сравнения шумности центробежных нагнетателей, работающих на режимах с относительно сопоставимыми рабочими характеристиками (Q, P).

В рамках проведенных исследований были определены уровни звуковой мощности, излучаемые центробежными нагнетателями на различных режимах работы, с использованием стандартизированной методики проведения акустических измерений и соответствующие им значения рабочих параметров (Q, P), а также выполнен регрессионный анализ экспериментальных данных с расчетом значений критериев шумности (). Результаты расчета значений критериев шумности исследованных центробежных нагнетателей следующие:

- значения в регрессионном уравнении (5) для ЦБН 7V-3/100-1,7 соответственно равны ₁ = 85 дБА, ₂ = 86 дБА, ₃ = 85 дБА, ₄ = 84 дБА и ₅ = 85 дБА;

- значения в регрессионном уравнении (5) для ЦБН Н-196-1,45 соответственно равны ₁ = 115 дБА, ₂ = 115 дБА, ₃ = 115 дБА, ₄= 114 дБА, ₅ = 114 дБА, ₆ = 114 дБА, ₇ =115 дБА, ₈ = 115 дБА, ₉ = 115 дБА, ₁₀ = 115 дБА, ₁₁ = 114 дБА;

- значения в регрессионном уравнении (5) для ЦБН НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) соответственно равны ₁ = 111 дБА, ₂ = 111 дБА, ₃ = 111 дБА, ₄ =111 дБА, ₅ =112 дБА, ₆ =111 дБА, ₇ = 111 дБА.

Результаты исследований свидетельствуют, что значение критерия шумности для отдельно взятого центробежного нагнетателя является величиной постоянной, не зависимой от рабочего режима. Кроме того, различие в значениях критериев шумности для однотипных центробежных нагнетателей практически отсутствует, что позволяет определять его для конкретного типа ЦБН как среднеарифметическое значений критерия исследованных машин. Значения критериев шумности центробежных машин удобны для сравнения шумности как машин одного типа, так и различных.

Достоверность определения критериев шумности проверялась сериями повторных экспериментов на идентичных единицах оборудования с последующим проведением расчетов.

В целях разработки математической модели для оценки влияния переменных режимов работы центробежных нагнетателей на интенсивность их шумоизлучения был проведен анализ результатов акустических испытаний методами математической статистики на трех компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Как известно, генерация воздушного шума представляет собой случайный процесс, который применительно к центробежным нагнетателям зависит от многих факторов - конструктивных особенностей, износа сменных проточных частей, режимов работы и.т.д. Однако статистический анализ правомерно проводить только для случайных величин, принадлежащих к одной генеральной совокупности. Иначе говоря, необходимо было исключить возможность того, что наблюдаемые экспериментальные различия в звуковой мощности центробежных нагнетателей одного типа на исследованных режимах работы носят систематический характер. Проверка статистической гипотезы о том, что уровни звуковой мощности однотипных центробежных нагнетателей на всех исследованных режимах работы представляют собой выборку случайной величины из одной генеральной совокупности, подтвердила ее справедливость.

Кроме того, по общепринятым одномерным и двумерным статистическим критериям была подтверждена гипотеза о нормальности распределения уровней звуковой мощности для однотипных центробежных нагнетателей на всех исследованных режимах работы. Это позволило использовать методы регрессионного и дисперсионного анализа, выработанные для нормального распределения случайной величины.

Анализ данных, представленных на рис. 4, позволяет сделать вывод о возможности их аппроксимации линейной функцией (зависимости уровня звука от частоты вращения ротора нагнетателя) следующего вида:

, (6)

где L - усредненный уровень звука, дБА;

к₁, к₂ - расчетные коэффициенты;

n - частота вращения ротора нагнетателя, об/мин.



Рис. 4 Влияние варьирования режимов работы центробежных нагнетателей (а) Н-196-1,45, (б) 7V-3/100-1,7 и (в) НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) на излучаемые уровни шума

В аппроксимирующей линейной зависимости были определены коэффициенты k₁ и k₂ с помощью метода наименьших квадратов. Результаты расчета коэффициентов для исследованных центробежных нагнетателей соответственно равны: НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35) k₁=0,0050, k₂=65,3705; Н-196-1,45 k₁= 0,0028, k₂=84,0406; 7V-3/100-1,7 k₁= 0,0027, k₂= 79,0000.

Полученные соотношения позволяют оценивать ожидаемое изменение шумового режима в исследованных диапазонах для выборок центробежных нагнетателей различных типов с целью учета влияния варьирования режимов их работы на интенсивность шумоизлучения.

Был проведен дисперсионный анализ экспериментальных данных: определены доверительные интервалы уровней звука, излучаемого на экспериментальных режимах работы, для групп однотипных центробежных нагнетателей с использованием критерия Стьюдента.

Верхняя и нижняя границы интервала определяются следующим соотношением:

(7)

где		-	математическое ожидание уровня звука для некоторой частоты вращения;
	М	-	количество однотипных центробежных нагнетателей в исследуемой группе (число степеней свободы);
		-	среднее значение уровня звука в группе для некоторой частоты вращения;
		-	табличное значение критерия Стьюдента, соответствующее принятому доверительному уровню вероятности в и числу степеней свободы;
		-	среднеквадратическое отклонение.

Проведенные расчеты с доверительной вероятностью в = 95% позволяют утверждать, что математическое ожидание уровней звука, излучаемого центробежными нагнетателями одного типа на определенном режиме работы, находятся в пределах доверительных интервалов, приведенных на рис. 5.



Рис. 5 Излучаемые уровни шума и их доверительные интервалы при изменении режимов работы центробежных нагнетателей (а) Н-196-1,45, (б) 7V-3/100-1,7 и (в) НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35)

Из приведенного рисунка видно, что для различных типов центробежных нагнетателей размеры доверительных интервалов отличны друг от друга, что во многом объясняется конструктивными особенностями исследованных машин.

Повышение эффективности разрабатываемых методов и средств по снижению шума, излучаемого центробежными нагнетателями, может быть обеспечено путем учета влияния изменения режимов их работы в процессе эксплуатации на излучаемые уровни шума.

В работе также предложен наглядный метод прогнозирования интенсивности шумоизлучения центробежных нагнетателей на различных режимах их работы за счет построения доверительного коридора для уравнения регрессии:

, (8)

где		-	значение полуразмаха доверительного интервала;
	Soу	-	остаточное стандартное отклонение значения L;
	Ф	-	сомножитель (зависит от значений Z, N,), определяемый в соответствии с соотношением:

, (9)

где		-	уровень значимости (0,05);
		-	табличное значение числа Стьюдента (определяется в зависимости от уровня значимости и числа степеней свободы);
	N	-	значение размера выборки;
	Z	-	нормированное отклонение значения n.

, (10)

где	Li	-	i-ое значение уровня звука;
	ni	-	i-ое значение частоты вращения;
	N	-	значение размера выборки;
	к1, к2	-	расчетные коэффициенты.

Приведенный метод применим для оценки возможного изменения шумового режима в областях близких к исследованным, т.е. позволяет экстраполировать имеющиеся данные и комплексно оценивать изменение шумового режима во всем исследуемом диапазоне непрерывно (рис. 6).

Рис. 6 Экспериментальные данные по излучаемым уровням шума, линии регрессии и доверительные коридоры при изменении режимов работы центробежных нагнетателей (а) Н-196-1,45, (б) 7V-3/100-1,7 и (в) НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35)

Полученные в работе результаты по определению влияния переменных режимов работы центробежных нагнетателей на интенсивность шумоизлучения используются в производственном процессе при оптимизации эксплуатационных режимов с целью снижения шумовой нагрузки в производственных помещениях на территории компрессорных станций ООО “Газпром трансгаз Кубань” и позволяют определить значения поправок к шумовым характеристикам в нормативной документации ОАО “Газпром”, регламентирующей проведение акустических расчетов на стадии проектирования и реконструкции компрессорных станций, а также разработку средств защиты от шума (таблица 3).

Перспективным также является создание каталога шумовых характеристик газотранспортного оборудования, аналогичного действующему в настоящее время (СТО Газпром 2-3.5-041-2005) и содержащего значения критериев шумности для центробежных нагнетателей различных типов, эксплуатируемых в ОАО “Газпром”.

Таблица 3

Значения поправок к расчетным шумовым характеристикам в нормативной документации ОАО “Газпром”

№	Наименование СТО Газпром	Номер СТО Газпром	Корректируемое соотношение*	Значение поправки, дБА
				Н-196-1,45	НЦ-6,3-56-1,45 (СПЧ 1,35)	7V-3/100-1,7
1	“Регламент проведения акустического расчета на стадии проектирования компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, компрессорных станций подземных хранилищ газа”	2-1.21 - 127-2007		[-9ч-6]	[-12ч-6]	[-10ч-5]
2	“Методика расчета уровня шума от компрессорных станций”	2-3.5 - 042-2005		[-15ч-12]	[-18ч-12]	[-17ч-12]

* - все обозначения, используемые в соотношениях, приведенных в таблице, соответствуют применяемым в перечисленных СТО Газпром.

Каталог шумовых характеристик центробежных нагнетателей, содержащий значения критерия шумности, определенные с использованием результатов работы для других типов центробежных нагнетателей, будет являться достоверным источником данных для проведения акустических расчетов при проектировании компрессорных станций, разработке и внедрении методов и средств по защите от шума, излучаемого центробежными нагнетателями, а также нормировании условий труда персонала по фактору “шум”.

Основные результаты и выводы

1. Проведен анализ статистической информации, полученной из журналов диспетчеров о режимах работы различных типов центробежных нагнетателей, эксплуатируемых на компрессорных станциях, свидетельствующий, что продолжительность работы на номинальном режиме за определенный период времени существенно ниже продолжительности работы на альтернативных режимах.

2. Обосновано и подтверждено проверочным расчетом с учетом принятых допущений применение типовой стандартизированной методики для проведения акустических измерений шумовых характеристик центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении с учетом специфики их компоновки в отсеках.

3. Проведены акустические испытания центробежных нагнетателей различных типов на выбранных компрессорных станциях магистральных газопроводов, и получены экспериментальные значения уровней звукового давления, уровней звука и уровней звуковой мощности на характерных режимах эксплуатации центробежных нагнетателей, а также определены границы изменения интенсивности шумоизлучения для полного диапазона изменения их рабочих режимов.

4. Экспериментально подтверждена необходимость учета изменения интенсивности шумоизлучения для работающих на переменных режимах центробежных нагнетателей при проектировании компрессорных станций.

5. Проведен регрессионный анализ экспериментальных значений, который позволил получить адекватные математические модели, применимые для оценки влияния переменного режима работы исследованных центробежных нагнетателей на интенсивность их шумоизлучения.

6. Определены максимально возможные уровни шума, которые могут генерироваться однотипными центробежными нагнетателями на различных режимах работы в исследованных областях, а также оценены ожидаемые значения уровней шума в областях близких к исследованным.

7. Разработана критериальная оценка шумности центробежных нагнетателей. Проведен расчет критериев шумности для исследованных центробежных нагнетателей. Результаты расчетов показали, что предложенные для центробежных нагнетателей критерии шумности не зависят от режимов их работы и, следовательно, могут быть использованы для сравнения шумности как однотипных, так и разнотипных машин.

8. Результаты работы применены в качестве дополнений к нормативной документации ОАО “Газпром”, регламентирующей проведение акустических расчетов на стадии проектирования и реконструкции компрессорных станций, внедрены на газотранспортных объектах ООО “Газпром трансгаз Кубань”, а также используются в курсе лекций по специальности “Безопасность жизнедеятельности” РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Минаев Д.А. Разработка метода снижения шума на Приобской компрессорной станции // Нефть и газ - 2007. Сборник докладов 61-ой научной конференции. - М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2007. - С. 17.

2. Терехов А.Л., Минаев Д.А., Дробаха М.Н. Исследование шумовой характеристики газоперекачивающего агрегата ГТК-10 // Транспорт и подземное хранение газа. - М.: ИРЦ Газпром, 2007. - №3. - С. 30-36.

3. Минаев Д.А. Снижение шума центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов // Применение новых технологий в газовой отрасли: опыт и преемственность. Тезисы докладов международной научно-практической конференции молодых специалистов и ученых. - М.: ВНИИГАЗ, 2008. - С. 223-224.

4. Смирнов М.И., Терехов А.Л., Минаев Д.А. Акустический комфорт, пожарная безопасность и новые типы остекления // Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 3. - С. 2-8.

5. Смирнов М.И., Минаев Д.А. Звукоизоляция остекления и акустический комфорт в помещении // СтройПРОФИль. - 2008. - №8. - Ч.1. - С. 56-57.

6. Смирнов М.И., Минаев Д.А. Звукоизоляция остекления и акустический комфорт в помещении // СтройПРОФИль. - 2009. - №1. - Ч.2. - С. 46-48.

7. Минаев Д.А. Повышение промышленной безопасности на компрессорных станциях магистральных газопроводов // Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 6. - С. 17-21.

8. Минаев Д.А. Разработка метода акустического контроля технического состояния газотранспортного оборудования // Новые технологии в газовой промышленности. Тезисы докладов восьмой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов. - М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2009. - С. 10.

9. Терехов А.Л., Минаев Д.А., Водопьянова О.С. Разработка критериальной оценки шумности центробежных нагнетателей // Безопасность жизнедеятельности. - 2010. - № 2. - С. 9-11.

10. Терехов А.Л., Минаев Д.А. Определение влияния режима работы центробежных нагнетателей на интенсивность шумоизлучения // Вести газовой науки. Сборник научных статей аспирантов и соискателей ООО “Газпром ВНИИГАЗ”, 2009. - C. 162-167.

11. Минаев Д.А. Снижение шума газотранспортного оборудования на компрессорных станциях магистральных газопроводов // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции “Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России”. - М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2010. - С. 59.

Размещено на Allbest.ru