Автореферат (Исследование излучения шума паровыми струями различных параметров на ТЭС и разработка мероприятий по его снижению)

3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Шумовое воздействие на окружающую средурегламентируется Федеральными законами «Об охране окружающей среды» (№96ФЗ от 04.05.1999) и «Об охране атмосферного воздуха» (№7-ФЗ от 10.01.2002) и др.,наряду с ионизирующем излучением, газовыми выбросами и выбросами твердых частиц. Выбросы пара в атмосферу на тепловых электрических станциях являются самыми интенсивными источниками шумового воздействия на окружающую среду, всвязи с этим разработка мер шумоглушения паровых выбросов различных параметровна ТЭС является актуальной задачей.Степень разработанности темы исследования. Вопросам борьбы с шумом посвящены работы известных российских и зарубежных ученых: Айрбабамяна С.А., Белова А.И., Емельянова О.Н., Иванова Н.И., Комкина А.И., Медведева В.Т., Осипова Г.Л., Петрова Ю.И., Поболь О.Н., Терехова А.Л., Тюриной Н.В., Хорошева Г.А.,Цукерникова И.Е., Шубина И.Л., Юдина Е.Я., Лайтхила Дж., Хекла М., Мюллера Х.А.и др., а борьбой с шумом на объектах теплоэнергетики занимались такие ученые какГригорьян Ф.Е., Лукащук В.Н., Лысенко В.Г., Марченко Е.М., Михайлов Г.А., Пермяков А.Б., Перцовский Е.А., Рихтер Л.А., Тупов В.Б., Яблоник Л.Р.

и др. Несмотряна большое количество работ, тема исследования диссертационной работы являетсянедостаточно разработанной и требует более детального изучения.Целью диссертационного исследования является исследование излученияшума паровыми струями различных параметров на ТЭС и разработка мероприятийпо его снижению.Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:– разработана математическая модель парового выброса в программном комплексеAnsys Fluent и проведена её верификация;– выполнено моделирование паровой струи при различных режимах истечения;– определена область образования шума паровой струей при различных режимахистечения;– предложен метод определения акустического центра парового выброса;– рассмотрены особенности распространения шума от паровых выбросов в условияхжилой застройки с помощью моделей в программе Predictor;4– определено влияние климатических факторов (давления, температуры и влажностиатмосферного воздуха) и поверхности земли на определение требуемого сниженияшума паровых выбросов для различных климатических регионов России в течениегода;– предложена и внедрена на объекте теплоэнергетики оригинальная конструкция парового глушителя для снижения шума недорасширенных паровых струй, защищеннаяпатентом, а также конструкция парового глушителя для снижения шума изобарических паровых струй.Научная новизна работы состоит:– в уточнении области генерации шума струями паровых выбросов при различныхрежимах истечения: дозвуковом, околозвуковом и сверхзвуковом;– в разработке метода, позволяющего определить акустический центр источникашума, не имеющего четких границ и излучающего звуковую энергию неравномерно;– в получении данных, позволяющих учесть изменение уровней звука и уровней звукового давления в течение года для корректного определения величины требуемогоснижения для различных географических регионов;– в разработке оригинальной запатентованной конструкции парового глушителя.Теоретическая значимость работы:– получены картины полей скорости и давления в паровой струе;– предложен метод определения акустического центра парового выброса;– полученные данные уточняют механизмы шумообразования и могут быть использованы для корректировки методов расчета уровней звуковой мощности (УЗМ) паровых струй при различных режимах истечения.Практическая значимость работы:– результаты акустических расчетов от шума паровых выбросов в условиях жилой застройки могут быть использованы при разработке рекомендаций размещения жилыхдомов относительно ТЭС;– разработаны рекомендации для определения величины требуемого снижения шумаот парового выброса с учетом климатических изменений для рассматриваемого региона в течение года;5– разработаны конструкции глушителей шума паровых выбросов при докритическоми сверхкритическом истечении, которые рекомендуются для установки на выхлопныетрубопроводы объектов энергетики.Методология и методы исследования.

При проведении исследования использовались экспериментальные и расчетные методы, имеющие своей базой теорию турбулентных течений и теорию затухания звука при распространении на местности.Положения, выносимые на защиту:1. Результаты математического моделирования паровых выбросов при дозвуковом, околозвуковом и сверхзвуковом истечении.2. Метод определения акустического центра источника шума.3. Результаты акустических расчетов при выбросах пара в условиях жилой застройки, а также выводы и рекомендации, разработанные на их основе.4. Анализ влияния региональных климатических факторов и показателя поверхности земли на определение требуемого снижения шума.5.

Разработанная и запатентованная конструкция глушителя шума выброса пара,результаты испытания этой конструкции.Достоверность результатов обеспечивается применением положений теориитурбулентных течений, согласованием результатов математического моделированияс результатами экспериментов и отдельными результатами математического моделирования паровых струй и струй горячих газов летательных аппаратов, методами статистической обработки результатов измерений, использованием предписаний и рекомендаций действующих нормативных документов.Апробация результатов.

Материалы диссертационного исследования обсуждались и докладывались на IV Международном экологическом конгрессе «Экология ибезопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» (18-22сентября 2013 г., г. Тольятти, ТГУ), Международной научной конференции «Актуальные вопросы строительной физики. Энергосбережение. Надежность строительныхконструкций и экологическая безопасность» (2-4 июля 2013 г., г. Москва, НИИСФ),IXX, XX и XXI международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (2013, 2014 и 2015 г.,6г. Москва, НИУ «МЭИ»), на научном семинаре и заседании кафедры Тепловых электрических станций НИУ «МЭИ».Внедрение результатов. Разработанная оригинальная конструкция глушителядля недорасширенных струй, защищенная патентом, внедрена на ТЭЦ-8 – филиалеПАО «Мосэнерго»: всего установлено восемь глушителей на выхлопных трубопроводах от ГПК.

Разработанная автором конструкция парового глушителя для изобарических струй установлена на выхлопном трубопроводе от БРОУ 140/13 ТЭЦ-9 – филиала ПАО «Мосэнерго». Выполнен рабочий проект конструкций шумоглушителейна выхлопах пусковых эжекторов и эжекторов воздушного расхолаживания ЭБ ст.№3,5,6,7 ТЭЦ-25 – филиала ПАО «Мосэнерго».Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 печатных работах, втом числе в пяти изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, получен патент№143480 на полезную модель «Глушитель шума выхлопа пара».Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения, списка литературы и трех приложений.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ первой главе диссертации исследованы механизмы генерации шума паровойструей при различных режимах: дозвуковом (сверхзвуковом (1,1,1, изобарическая струя),1, недорасширенная струя), околозвуковом(1,1), где n=pк/pa – степень нерасчетности (pк, pa – соответственно давление на срезетрубы и атмосферное).Общий уровень звуковой мощности паровой струи складывается из шума, образующегося за счет дросселирования в клапане и шума самой паровой струи.

В зависимости от режима истечения один из двух механизмов шумообразования может становиться доминирующим.Истечение турбулентной струи пара в атмосферу сопровождается образованиемкогерентных структур – крупных вихрей, которые являются причиной излученияшума, поэтому при изучении механизмов генерации шума паровыми струями основная задача заключается в моделировании вихревых структур. Проведенный анализразличных методов моделирования показывает, что для моделирования турбулентного течения целесообразно использовать метод моделирования крупных вихрей7(LES), реализованный в программе Ansys Fluent. Метод LES позволяет разрешитьбольшие масштабы турбулентности непосредственным решением уравнений НавьеСтокса, а моделирование осуществляется только в области малых масштабов.

Выбранный метод моделирования турбулентности LES является принципиально трехмерным и нестационарным, что позволяет проследить не только регулярные, но и когерентные структуры и наиболее полно описать процессы шумообразования. Моделирование истечения паровой струи проводилось из конечного участка трубопроводадлиной 0,5 м с внутренним диаметром dвн=0,257 м. Температура пара изменялась вдиапазоне от 396 до 505°С, а степень нерасчетности n от 1 до 8,2. Расход выбиралсяот 5 до 90 кг/с, соответствующим режиму истечения. Давление за срезом выхлопноготрубопровода принималось равным одной стандартной атмосфере – 101 325 Па.При дозвуковом режиме смешение с атмосферой расширенной паровой струи(см. рисунок 1) начинается сразу после выхода пара из трубопровода.

В этом случае,общий уровень звуковой мощсмешение пара с атмосферойности паровой струи складывается из шума, образующегося засчет дросселирования в клапане, и частично шума самойпаровой струи. В этом случаешумом паровой струи, как показывают расчеты, можно пренебречь, а за акустический центризлучения паровой струи при-Рисунок 1 – Поле скоростей затопленной паровойструи (G=5 кг/с, M=0,5)нимается срез трубы. Под акустическим центром паровойструи понимается условная точка, расположенная на оси струи и излучающая звуковую мощность эквивалентную звуковой мощности всей струи.При околозвуковом режиме формируется начальный участок струи, когда смешение с атмосферой и, соответственно, генерация шума отсутствует (см.

рисунок 2).8Общий уровень звуковой мощности паровой струи складывается как из шума, образующегося как за счет дросселирования в клапане, так и шума самой струи. Акустисмешение пара сческий центр паровой струи приатмосферойначальныйоколозвуковом режиме нахоучастокдится выше среза трубы. В рассматриваемом случае околозвукового истечения паровой струи02468101214kобласть генерации шума находится на расстоянии k=2-12 калибров (калибр равен внутреннему диаметру выхлопного паро-Рисунок 2– Поле скоростей затопленной паровойструи (G=10 кг/с, M=0,98, n=1)провода).Присверхзвуковомре-жиме (см.