Исследование по шумоглушителям в промышленных горелках и способы снижения шума вентилятора

Введение

Одним из важных вопросов при выборе промышленной горелки с целью обеспечения первичной энергией для паровых и водогрейных котельных, является ее шум при работе. Шум в основном связан с движущимися частями горелки, а вентилятор и двигатель играют очень важную роль в этом. Очень важно учитывать шум вентилятора, особенно в местах, где работники постоянно подвергаются воздействию шумной среды. Обычно шум вентилятора не должен превышать 85 дБА на расстоянии 1 метра с места, где работники работают по 8 часов в день. Несмотря на то, что Управление по охране труда и технике безопасности допускает более высокие значения шума в зависимости от окружающей среды, в промышленности обычно значение шума считается 85 дБА. Но во первых, чтобы знать, как измерить шум и что подразумевается под значением дБА, представленным для шума горелки, мы должны знать два значения звуковой мощности и звукового давления, которые, несмотря на то, что обе они выражаются в децибелах (дБ), но считаются совершенно разными, и во многих случаях могут быть ошибочно понимать. Далее приведены вышеуказанные значения, а затем исследуется работа шумоглушителей в промышленных горелках.

Звуковая мощность

Звуковая мощность – это акустическая энергия, излучаемая источником звука, которая является определеным значением и не зависит от окружающей среды. Необходимо отметить, что значения звуковой мощности связаны с источником звука и на них не влияет расстояние от слушателя. Классификация звуковой мощности оборудования в акустической лаборатории обычно предоставляется производителем, а для ее расчета используется формула 1.

В этой формуле W0  относится к эталонному состоянию звуковой мощности, равной 10-1 Вт

Звуковое давление

Звуковое давление – это возмущение давления в атмосфере, концентрация которого зависит не только от мощности источника звука, но и от расстояния от слушателя и условий окружающей среды. То, что слышно нашими ушами, — это звуковое давление, которое измеряется для каждого конкретного места, на которое влияет множество факторов, в том числе размер помещения, тип стен, мебель в помещении. Звуковое давление в рабочем месте можно измерить с помощью шумомера, таким образом, для его измерения необходимы достаточные сведения о классификации мощности двигателя и акустических характеристиках окружающей среды. Формула 1 используется для определения значения звукового давления.

В этой формуле P0  относится к эталонному состоянию звуковоого давления, равной 2×105 Па.

Классификация дБА (акустический децибел) двигателя

Классификация дБА двигателя зависит от звукового давления. Поскольку звуковое давление вокруг двигателя зависит от различных факторов, его измерение возможно только при наличии звуковой мощности двигателя в определенном состоянии факторов окружающей среды. Производители двигателей представляют значение звука своих продуктов в виде значения звукового давления в дБА, как приведено выше. Представленные значения относятся к значениям звукового давления в ситуации, которую мог бы услышать кто-то, работающий в определенном месте на определенном расстоянии от двигателя. Эти значения обычно объявляются для свободной среды и используются только для сравнения значения звука аналогичных двигателей на том же расстоянии и в той же среде. Необходимо отметить, что никаким образом не следует предполагать, что уровни дБА, представленные в данных о работе двигателя, должны быть аналогичны тем, которые получены при фактической работе двигателя, и во многих случаях фактические значения шума в фактической работе двигателя в зависимости от окружающей среды значительно увеличиваются.

Шумоглушители или звукоизоляционные структуры

Шумоглушители или звукоизоляционные структуры снижают шума в «промышленных горелках». Эти структуры также называют акустические структуры. Их основная роль заключается в поглощении полученной звуковой энергии и предотвращении ее возврата или повторного излучения в окружающую среду. Данные материалы имеют коэффициент поглощения от нуля до 1, что цифра 1 указывает на полное поглощение полученной звуковой энергии, а цифра ноль, указывает на ее полное излучение. Одними из важнейших материалов в шумопоглащающих структоурах являются пористые материалы, которые благодаря наличию множества полостей пропускают фронт волны внутрь, поглощают его энергию и преобразуют в тепло. В этом процессе толщина играет важную роль. Чем толще используемый пористый материал, тем выше мощность поглощения звука на низких частотах. Полиуретаны являются одним из наиболее важных материалов среди пористых материалов для поглощения энергии звука. Полиуретан относится к группе химических веществ, которые получаются в результате реакции полиолов и изоцианатов в качестве основных материалов. Полиуретаны впервые были изобретены Отто Байером в 1937 году в Германии, а после этого эти материалы с их особыми свойствами получили большое распространение во всех видах промышленности мира. Полиуретан (ПУ) — это общее название полимеров, содержащих уретановые связи. Уретановая связь образуется в результате реакции присоединения между изоцианатной группой и сочинением, содержащим активным водородом, например гидроксильная группа. Изоцианатные группы обладают высокой реакционной способностью, поэтому протекание их реакции не требует повышения температуры, а реакция протекает при температуре окружающей среды. Важнейшей особенностью данной группы полимеров является то, что после реакции образуется стабильная структура. Эти материалы могут производиться в различных формах, например пеноматериалы, пленки, эластомеры, порошки, жидкости и эмульсии. На Рис. 1 приведена реакция производства данных материалов, а на Рис. 2 приведена структура данных материала.

Рис. 2 Структура и форма шумопоглащающего материала на полиуретановой основе

Очень важным моментом в этом разделе является отличие полиуретановых материалов от мягких пористых материалов с так называемым гибкой на рынке. Материалы с гибкой структурой имеют макропоры. Звук входит в большую полость пористых материалов и выходит с них до какого-либо поглощения. Поэтому гибкие материалы не оказывают существенного влияния на поглощение звуковой энергии. Полиуретаны имеют множество различных применений. От использования в студиях звукозаписи и мюзик-холлах до звукоизоляции внутренней конструкции автомобиля. Также в промышленности используются по-разному. На Рис. 3 приведен пример шумоглушителей, установленных на дымоходе котла в котельной. Полиуретановый материал хорошо виден в слоях этого шумоглушителя.

Способы снижения шума в промышленных горелках

Способы снижения шума в промышленных горелках производится с помощью полиуретановых материалов в системе шумоглушителей двумя традиционными способами. Первый способ, который встречается гораздо чаще, заключается в впрыскивании полиуретановых материалов в части входа воздуха горелки. В общем, шум вентилятора горелки выходит из двух секций. Из заслонки, и из дымохода котла. Шум дымохода обычно намного ниже, чем шум, издаваемый заслонкой горелки, из-за большего расстояния до источника звука (вентилятор горелки) и поглощения внутренней конструкцией котла. Таким образом, установка полиуретанового материала с геометрией, которая, естественно, очень эффективна с точки зрения его скорости поглощения, в секции заслонки горелки может иметь очень высокий эффект в поглощении звуковой энергии и снижении шума от горелки. Одним из важных моментов при выборе этих материалов является возможность их впрыскивание в форму и достижение наилучшей геометрии, подходящей для места установки, и максимальное шумопопоглощение. На Рис. 4 вы можете увидеть изображение конструкции и установки полиуретановых материалов в заслонке горелки.

Рис. 4 Впрыскивании полиуретановых материалов в заслонке горелки RBG-M-205 компании Packman

Второй способ снижения шума промышленной горелки, который в основном используется в двухблочных горелках (горелках, в которых секция подачи воздуха отделена от секции горения), заключается в использовании шумопоглощающих коробов и шумоглушителей на воздушных каналах. На Рис. 5 вы можете увидеть пример пластинчатого, цилиндрического и коробчатого шумоглушителей а на Рис. 6 вы можете увидеть пористую структуру канального шумоглушителя. Стенки шумопоглощающих коробов выполнены в виде сэндвич-панелей с наполнителем из полиуретанового материала с компактной (жесткой) пористостью.

Наконец, использование систем управления VSD, т. е. регулировка вращений двигателя, — еще один способ для уменьшения звука в режиме Low fire. В обычном режиме обычно горелка работает с максимальными вращениями двигателя, а необходимый воздух регулируется воздушной заслонкой. В то время как большинство времени горелка работает с мощностью ниже максимальной и требует меньше воздуха, чем максимальное количество воздуха, которое может быть обеспечено. Используя систему управления частотой вращения двигателя, можно снизить частоту вращения двигателя в моменты, когда верхний предел подачи воздуха не требуется, и в результате можно устранить шум, вызываемый его работы, а также высокий поток воздуха. Этот метод широко используется в продукции компании Weishaupt, которая считается одним из наилучших брендов европейских горелок. На Рис. 7 приведена система снижения частоты вращения двигателя на горелке RLGB-M/M-1050 производства компании Paсkman.

Конечно, внутренняя структура промышленной горелки и правильная конструкция путей, а также структура моноблочной горелки очень сильно влияют на бесшумную работу горелки. Например, одной из больших проблем промышленных горелок большой мощности является очень ужасный шум горелки во время работы, так что даже использование шумопоглощающих материалов в заслонке или строительство шумопоглощающих коробов для всей горелки не может быть достаточно эффективен. Одной из важных причин является конструкция корпуса промышленной горелки в виде двух частей  или двухблочной горелки. В двухблочных горелках в основном корпус вентилятора имеет очень большие габариты и листовую конструкцию. Эта конструкция вместе с каналами подачи воздуха от вентилятора к секции сгорания создает множество звуковых волн. На Рис. 8 вы можете видеть пример цельных горелок (моноблочная) перед двухсекционными горелками (двухблочная).

Рис. 8 моноблочные конструкции в сравнение с двухблочными. Двухблочные горелки, помимо больших габаритов и большого веса по сравнению с моноблочными, еще и производят больше шума.

На Рис. 9 приведен звук горелки для широкого спектра горелок компании Paсkman мощностью от 200 кВт до 10 000 кВт. Как видно, даже для мощностей и промышленных применений, которые в основном составляют от 3 МВт до 10 МВт, звук горелки измеряется ниже 85 дБ. Использование систем звукоизоляции с полиуретановым материалом, конструкция геометрического структура шумоглушителя вместе с конструкцией остальных частей горелки и цельная конструкция обеспечивают тихую работу даже при высокой мощности.

Заключение

Тишина в здании – одна из важных характеристиков в обеспечении комфорта. С помощью полиуретановых материалов с правильным классом пористости и надлежащей геометрической конструкцией для достижения толщины и инженерных габаритов можно снизить шум, производимый многими источниками шума, такими как промышленные горелки. Не путайте полиуретановые материалы с обычными гибкими материалами на рынке. Кроме использования данных материалов, практическими решениями по снижению шума при работе горелки являются строительство звукоизоляционных стен, цилиндрических шумоглушителей и шумопоглощающих коробов, а также использование двигателей с регулируемой скоростью для вентилятора горелки. Геометрическая конструкция остальных частей горелки, таких как корпус, головки сгорания и каналы, также вносит очень важный вклад в снижении шума устройства.