Реферат: Анализ вредных факторов при работе дизель-генератора вблизи АЭС

В соответствии с ГОСТ 27436 – 87 и ОСТ 27.004.022 – 86 уровень шума, измеренный на расстоянии 7,5 м от осевой линии двигателя, для дизелей не должен превышать 77 дБ.

Проектирование глушителей впуска и выпуска

1.     Ожидаемые уровни звукового давления.

м,

 – показатель направленности;

 дБ

а) ожидаемые уровни незаглушенного впуска, дБ:

L63 = 69,5 L125 = 86,5 L250 = 84,5 L500 = 77,5		L1000 = 79,5 L2000 = 73,5 L4000 = 71,5 L8000 = 65,5

б) ожидаемые уровни незаглушенного выпуска, дБ:

L63 = 79,5 L125 = 89,5 L250 = 92,5 L500 = 94,5		L1000 = 96,5 L2000 = 89,5 L4000 = 79,5 L8000 = 71,5

2.     Исходя из допустимого уровня общего шума LAД, определяются допустимые уровни звукового давления в каждой октавной полосе частот (в дБ):

3.      

;

где m – число октавных полос, принимаемых в расчете m = 8.

fс.г.,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
DA	26	16	9	3	0	-1	-1	1

Lд63 = 94 Lд125 = 84 Lд250 = 77 Lд500 = 71		Lд1000 = 68 Lд2000 = 67 Lд4000 = 67 L д8000 = 69

4.     Требуемое снижение октавных уровней звукового давления шума:

дБ,

где  – количество источников шума

а) впуска

DLтр63 = -19,8		DLтр1000 = 16,2
DLтр125 = 7,2		DLтр2000 = 11,2
DLтр250 = 12,.2		DLтр4000 = 9,2
DLтр500 = 11,2		DLтр8000 = 1,2

б) выпуска

DLтр63 = -9,8		DLтр1000 = 33,2
DLтр125 = 10,2		DLтр2000 = 27,2
DLтр250 = 20,.2		DLтр4000 = 7,2
DLтр500 = 28,2		DLтр8000 = 7,2

5.     Выбор принципиальной схемы построения глушителей

При выборе типа глушителя учитывают в основном возможности его компоновки на силовой установке, требуемую акустическую эффективность, необходимость в техническом обслуживании и допустимое значение гидравлического сопротивления. Для любого двигателя может быть рассчитан и изготовлен глушитель камерного типа, имеющий необходимую акустическую эффективность и минимальное сопротивление. Однако глушитель такой конструкции может иметь большие размеры, что практически исключает возможность его использования на силовой установке.

Комбинированные глушители имеют приемлемые габаритные размеры и гидравлическое сопротивление. Наиболее эффективным и имеющим минимальные размеры является клиновой активный глушитель, но он имеет также большое гидравлическое сопротивление и сложен в изготовлении. Активно-реактивные глушители со звукопоглощающими материалами для глушения шума системы выпуска применяют редко, так как в них происходит засмоление материала и снижается акустическая эффективность. Такие глушители требуют периодической очистки звукопоглощающих элементов. Поэтому в качестве глушителей шума системы выпуска используют камерно-резонансные или камерные с перфорированными активными элементами глушители.

Глушители впуска целесообразно совмещать с воздухофильтром. Камерный глушитель состоит из расширительных камер, соединенных между собой трубопроводом. Глушитель пропускает звуковые колебания ниже некоторой граничной частоты fгр и поглощает колебания, частота которых выше граничной.

Акустическую эффективность реактивных элементов определяют исходя из теории линейной акустики, для частотного диапазона существования плоских волн. Этот диапазон для элементов круглого сечения ограничен частотой

, Гц;

где  - скорость звука в шумопоглащающем элементе, м¤с,

Т – температура газов, К,

D – наибольший диаметр элемента, м.

Снижение шума впуска.

Для снижения шума впуска рассмотрим цилиндрический однокамерный глушитель следующей схемы:

Принимаем температуру воздуха Т = 293 К, тогда с = 343 м¤с, fгр = 811 Гц.

Величину заглушения в однокамерном глушителе определим, используя графики расчета заглушения камерным глушителем (²Охрана окружающей среды² под ред. С.В. Белова, М, ²Высшая школа² 1991 г., стр. 241, рис. 106,б), по соотношениям:

1), где Fк – площадь поперечного сечения камеры; Fm – площадь поперечного сечения трубы; ;

2)klk, где  - волновое число;

f и c – частота и скорость звука; lk – длина камеры глушителя.

 дБ при  м-1 и klk=0,23;

 дБ при k=4,59 и klk=0,46;

 дБ при k=9,16 и klk=9,2.

Таким образом, данный глушитель производит эффективное заглушение в диапазоне 125, 250 и 500 Гц. Для требуемого снижения уровня шума на частоте 1000 и 2000 Гц рассмотрим резонаторный элемент, который возможно совместить с камерным элементом глушителя.

Dk=0,1 м, dm=0,05 м,с=343 м/с, lk=0,03 м,fгр=2000 Гц.

Эффективность реактивного элемента:

, дБ,

где V – объем резонаторной камеры,

F – площадь проходного сечения трубопровода,

k – проводимость горла резонатора.

.

Принимаем fр=1050 Гц, тогда

;

;

Определим диаметр и количество отверстий.

Принимаем dотв=15 мм, dтр=2 мм,

Определим эффективность снижения шума:

 дБ;

 дБ

.

Таким образом, данный элемент глушителя производит эффективное глушение на частоте f=1000 Гц.

Снижение уровня шума выпуска

Принимаем температуру отработавших газов Т=705 К, тогда скорость звука  м/с.

Рассмотрим камерный элемент глушителя, у которого входной и выходной каналы введены в полость расширительной камеры.

l1=l2=l=0,15 м, lm=2l=0,3 м, d1=d2=0,045 м, Dk=0,15 м.

;

где  - волновое число;

;

Таким образом, получаем m=10,11. Граничная частота: Гц.

1)     При f=125Гц, k=1,433; дБ.

2)     При f=250Гц, k=2,86; дБ.

3)     При f=500Гц ; k=5,73;дБ.

4)     При f=1000Гц; k=11,46;дБ.

5)     При f=2000Гц; k=22,93;дБ.

Таким образом, использование камерного глушителя не позволяет полностью достигнуть требуемого снижения уровня шума и требуется дополнительное глушение.

Для этого рассмотрим резонаторный глушитель кольцевого типа.

Dk=0,18 м,dтр=0,045 м,lk=0,25 м,с=548 м/с,fгр=1784 Гц.

.

Принимаем резонансную частоту fp=180 Гц, тогда проводимость горла резонатора:

Определяем диаметр и количество отверстий. Принимаем dотв=0,006 м, тогда количество отверстий:

В результате получаем:

 дБ;

 дБ;

 дБ;

 дБ;

 дБ.

Таким образом, произведено  снижение уровня шума до требуемой величины в диапазоне октавных частот от f=125 Гц до f=2000 Гц.

Расчет полного сопротивления глушителя

Полное сопротивление включает потери давления на входе, в активной зоне и на выходе: Ргл= Ракт+Рвх+Рвых.

Потери давления на входе определяются  по формуле:

Рвх=Рвых=0,5m×r×u2;

где m=0,34 – коэффициент гидравлических потерь на входе в глушитель,

r=0,685 кг/м3 – плотность газа при рабочей температуре глушителя,

u=0,05 см/с – скорость газа в глушителе.

Þ Рвх=0,5×0,34×0,685×0,052=2,9 Па.

Потери давления в активной зоне:

Ракт=0,5m×r×u2×L/Dp;

где L=0,3 м – длина первой камеры глушителя шума.

U=0,4V/F;

где V=0,0052 м3  - объем первой камеры,

F=0,003318 м2 – площадь внутренней трубки глушителя.

Средняя скорость потока: U=0,4×0,0052/0,003318=0,62 м/с.

Ракт1=0,5×0,34×0,685×0,622×0,23/0,15=686 Па.

Р1=686+5,8=692 Па.

L=0,12 м – длина второй камеры глушителя шума,

V=0,0027 м3 – объем второй камеры.

Ракт2=0,5×0,34×0,685×0,3252×0,12/0,15=99,8 Па.

Р2=99,8+5,8=105,6 Па.

Так как система состоит из двух элементов, то:

Рсумм=Р1+Р2=797,6 Па.

Применение глушителей шума выпуска приводит к увеличению противодавления, что в свою очередь приводит к уменьшению коэффициента наполнения.

Оценить влияние дросселирования газов на выпуске можно, смоделировав тепловой расчет двигателя с помощью программы расчета рабочего процесса ДВС – Дизель РК.

Расход топлива и мощность без глушителя составили:

ge=0,2130 кг/кВтч, Ne=4960 кВт.

Расход топлива и мощность с глушителем составили:

ge=0,214 кг/кВтч, Ne=4900 кВт.

Это составило около 1% от расхода двигателя, не оснащенного глушителем. Увеличение расхода топлива двигателя является незначительным по сравнению с тем экологическим эффектом, который получен благодаря использованию глушителя.