Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Борьба с шумом трубопроводов, используемых для перекачки газа, является актуальной научно-технической и экологической задачей. Общее шумовое загрязнение окружающей среды от открыто расположенных обвязок трубопроводов (например, на выходе компрессорной станции) нередко имеет недопустимо высокую интенсивность. Так, уровни шума в рабочих зонах обслуживания машинистов, обеспечивающих функционирование систем трубопроводов, при допустимом уровне 80 дБАэкв. Особенно неблагоприятные условия труда сложились для ремонтного персонала, который в течение всей рабочей смены находится в непосредственной близости от звукоактивных трубопроводов. Превышение допустимых уровней шума составляет 20-30 дБА. Это безусловно является не только вредным для здоровья персонала, но и препятствует жилой застройке в окрестном районе поскольку для получения на территориях, примыкающих к жилым зданиям, уровня, не превышающего санитарных норм, потребовалось бы отнести эти здания от обвязки трубопроводов на расстояние не менее 1 км. Результаты замеров показывают, что, в зависимости от частотной области, уровень шума трубопроводов требуется понизить нередко на 15-20 дБА.
В связи с этим, наиболее подходящим в данном случае является метод
снижения шумо излучения трубопроводов при помощи
вибропоглощающих и звукоизолирующих конструкций, применение которых не требует изменения существующей структуры трубопроводов.
Цель работы заключалась в разработке методов расчета для прогнозирования шумо излучения обвязки трубопроводов компрессорных станций, а также определения эффективности проектирования
соответствующих звукоизолирующих и вибропоглощающих конструкций для обеспечения требуемого снижения уровня шума. Для этого было необходимо:
1. Получить и проанализировать данные натурных экспериментов о
распределении уровней вибрации в системе трубопроводов с целью
установления ее пространственной и спектральной структуры.
2. Выбрать, с учетом результатов анализа, адекватные физико-
математические модели:
для описания и расчета вибрации трубопроводов, в том числе с учетом влияния вибропоглощающего покрытия на снижение вибрации;
для расчета звукоизолирующих свойств стенок трубопровода и защитных звукоизолирующих кожухов с учетом применения вибро- и звукопоглощающих покрытий;
для расчета звукоизлучения отдельных элементов трубопровода и всей обвязки трубопроводов в целом с учетом направленности излучения.
-
На базе привлеченных физико-математических моделей получить численные и аналитические оценки, позволяющие определить основные закономерности шумо излучения трубопроводов и эффективность звукоизолирующих и вибропоглощающих конструкций.
-
Разработать методики расчета эффективности звукоизолирующих и вибропоглощающих конструкций, а также рекомендации по их проектированию.
5. Сопоставить данные натурных и лабораторных экспериментов с
расчетами шумности трубопроводов и эффективности способов ее
снижения на основе разработанных методик для подтверждения
допустимости упрощений, принятых при выборе расчетных моделей, а
также с целью подтверждения возможности применения этих методик в
отрасли для расчета шумовых полей трубопроводов и проектирования для
них оптимальных средств снижения шума.
Научная новизна работы заключается:
в систематизированном анализе экспериментальных данных, позволившем обосновать и привлечь адекватные физико-математические энергетические модели для расчета излучения обвязки трубопроводов, причем с учетом угловой направленности излучения;
- в обосновании и привлечении адекватной физико-математической
поточно-энергетической модели для расчета частотных характеристик
звукоизоляции цилиндрических защитных кожухов;
- в получении расчетных соотношений, позволивших рассчитать
частотные характеристики шумоизлучения обвязки трубопроводов,
определить активно излучающие участки трубопроводов, а также
эффективность применяемых средств звукоизоляции и вибропоглощения;
в получении методики для оценки эффективности звукоизолирующей конструкции и вибропоглощающего покрытия трубопроводов.
Практическая ценность работы заключается в разработке инженерной методики расчета эффективности средств снижения вибрации и шума трубопроводов, а также алгоритмов для расчета шумоизлучения трубопроводов, позволяющих прогнозировать шумовую обстановку на конкретных рабочих местах и в прилегающих районах предполагаемой жилой застройки. Кроме того, определенное практическое значение имеют результаты анализа влияния параметров вибропоглощающих и звукоизолирующих конструкций на эффективность снижения вибрации и шума, позволяющие выбирать рациональные способы виброакустической защиты и сформулировать рекомендации по применению этих способов для систем трубопроводов.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы методы: экспериментальный и аналитический с использованием специально разработанных программ. Достоверность полученных результатов, правомерность использования привлеченных физико-математических моделей и обеспечиваемая точность расчетов подтверждены хорошим совпадением результатов расчетов с данными натурных и лабораторных экспериментов.
На защиту выносятся:
результаты анализа экспериментальных данных, позволяющих установить основные закономерности пространственной и спектральной структуры вибрационного поля обвязки трубопроводов;
обоснование правомерности применения физико-математических моделей для описания и расчета колебаний и излучения трубопроводов и расчета величины звукоизоляции в энергетическом приближении;
инженерная методика расчета эффективности средств звукоизоляции и вибропоглощения для трубопроводов;
- результаты расчетов на базе разработанных методик и программ и
их сопоставление с экспериментами, позволяющие рекомендовать
использование данных программ и методик для практического
применения в отрасли;
- практические рекомендации по применению средств снижения
шума и вибрации трубопроводов.
Реализация работы. Разработанные методики и программы внедрены при расчетах уровней шума на рабочих местах ремонтного и эксплуатирующего персонала компрессорных станций, при расчете санитарно-защитной зоны (ССЗ) предприятий, а также при разработке
мероприятий по уменьшению шума и вибрации газопроводов системы «Голубой поток».
Апробация работы и основные результаты диссертации докладывались на заседании кафедры промышленной безопасности и охраны окружающей среды Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, на IV научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2001 г.), на Первой научно-практической конференции по проблемам охраны труда и экологии человека в газовой отрасли (Москва, май 2002 г.), на IV Международной научно-практической конференции «Экономика, экология и общество России в XXI столетии» (Санкт-Петербург, 2002 г.), на научно-практической конференции по проблемам охраны труда и экологии человека в газовой промышленности (Москва, 2002 г.).
Публикация работы. По теме диссертации опубликовано 9 научных статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов по диссертации, списка использованной литературы из 137 наименований. Диссертация содержит 167 страницы основного текста, в том числе 51 рисунок и 9 таблиц.
