Глава 15 - Шум ГТД

этого в нормативную документацию, определяющую общие технические условия на проектирование установок, введены разработанные на основе общих положений санитарных норм СН 2.2.4/ 2.1.8.562-96 .[15.7.9] требования к шумовым характеристикам [15.7.10, 15.7.1].

Требования к уровням шума ГТУ содержат два основных положения:

-уровни звукового давления в октавных полосах частот (L, дБ ) и уровень звука (LА, дБА) в местах постоянного присутствия обслуживающего персонала (в операторной) не должны превышать значений предельного спектра ПС-60 и 65 дБА соответственно, эквивалентный уровень звука (LА экв, дБА), воздействующий на обслуживающий персонал при кратковременном техническом осмотре работающего оборудования в течение рабочей смены, не должен превышать 80 дБА;

-уровни звукового давления в октавных полосах частот и уровень звука на границе санитар- но-защитной зоны эксплуатирующего предприятия не должны превышать значений предельного спектра ПС-40 и 45 дБА соответственно.

Проектирование мероприятий по снижению шума промышленных ГТУ выполняется на основе акустического расчета, включающего в себя:

-определение спектральных и энергетических характеристик шума на всасывании компрессора, на выходе из силовой турбины и в ближнем поле корпуса двигателя;

-оценку необходимого снижения уровней шума каждого из источников и двигателя в целом,

ñучетом количества одновременно работающих установок;

-выбор необходимых мероприятий по результатам расчетно-экспериментальной оценки акусти- ческой эффективности средств и способов снижения шума и анализа возможности их использования в данной конструкции.

15.4.5 – Конструкция глушителей шума наземных ГТД

Снижение шума ГТУ выполняется путем установки глушителей шума в каналах всасывания и выхлопа (см. Рис. 9.4.2.1), виброизоляции двигателя и укрытия его звукоизолирующим кожухом. В настоящее время применяются шумоглушители, в которых снижение уровня шума достигается за счет поглощения энергии звуковой волны в рыхлых волокнистых материалах. Эффективность шумоглушения зависит от многих параметров:

-от скорости потока газа в шумоглушителе;

-от площади шумоглушащей поверхности;

Рисунок 15.4.5_1 - Шумоглушитель 1 – корпус шумоглушителя;

2 – внутренняя вставка; 3 – лист перфорированный; 4 – волокнистый звукопоглощающий материал

-от толщины поглощающего материала;

-от формы и размеров каналов, по которым движется газ.

Конструктивно шумоглушитель состоит из корпуса 1 и внутренних вставок 2 (см. Рис. 15.4.5_1). Корпус, как правило, состоит из сваренного из стандартного прокатного профиля каркаса и шумоглушащих панелей, устанавливаемых в проемы каркаса. Внутренние вставки предназначены для разделения проточной части на множество каналов и увеличения площади звукопоглощения. Вставки могут выполняться в виде плоских панелей или стержней цилиндрической или шестигранной формы. Вставки располагают в корпусе обыч- но в два яруса. При этом вставки второго яруса смещают относительно вставок первого яруса на полшага, чтобы перекрыть просветы между вставками первого яруса и предотвратить прямое распространение звуковых волн.

Панели корпуса и внутренние вставки представляют собой коробчатые конструкции, сваренные из листа. Стенки вставок и внутренние стенки панелей корпуса выполняются из перфорированного листа 3. Степень перфорации должна быть такой, чтобы с одной стороны обеспечить звукопрозрачность стенки, а с другой стороны - сохранить ее прочность. Внутренняя полость вставок и панелей корпуса заполняется волокнистым звукопоглощающим материалом 4, облицованным стеклотканью.

Устанавливаемые на выходе из ГТУ шумоглушители работают при высоких температурах. По-

1131

Глава 15 - Шум ГТД

этому материалы для их изготовления должны обладать достаточной теплостойкостью. Кроме того, крепление внутренних вставок к корпусу шумоглушителя должно обеспечивать компенсацию разности теплового расширения корпуса и вставок.

15.5 - Обеспечение акустических характеристик компрессоров и венти-

ляторов

Как уже говорилось, для снижения шума двигателя необходимо минимизировать уровни турбулентности, снизить интенсивность взаимодействия между лопатками ротора и статора, а оставшееся акустическое излучение по возможности, подавить звукопоглощающей облицовкой.

Шум может быть минимизирован снижением степени неравномерности потока, порождающей турбулентность. Это достигается минимизацией окружных скоростей, скорости потока и снижением следовой интенсивности с увеличением расстояния между роторными и статорными лопатками. Также должно быть достигнуто оптимальное соотношение между числами статорных и роторных лопаток, что позволит отсечь частоту основного тона рабочего колеса, т.е. реализовать нераспространяющиеся или неоднородные формы акустических колебаний на частоте следования лопаток РК. Кроме этого, шум вентилятора может быть снижен установкой наклонного спрямляющего аппарата (см. Рис. 15.5.1_2) [15.7.12], что позволяет добиться линейной фазовой зависимости следового взаимодействия по длине

Рисунок 15.5_1 – Система активного шумоглушения

1132

Глава 15 - Шум ГТД

лопатки статора, и в результате минимизировать шум тональной составляющей вентилятора.

Следует сказать, что в настоящее время активно развиваются методы проектирования малошумного вентилятора на основе его трехмерного аэродинамического и акустического расчета.

Большое внимание уделяется также разработке активных методов подавления шума [15.7.13]. Один из примеров активной системы снижения шума показан на Рис. 15.5_1

Падающая со стороны перфорированного листа волна возбуждает в резонаторе акустические колебания, частота амплитуда и фаза которых определяются с помощью анализирующей системы. На выходе системы генерируется электрический сигнал, поступающий на вход пьезоэлемента, который в свою очередь генерирует акустическую волну. Пьезоакустическая волна возбуждает колебания

âрезонансной полости на той же частоте, как и падающая, но со своей амплитудой и фазой.

Регулируя амплитудные и фазовые соотношения падающей и пьезоакустической волны можно добиться либо высокого заглушения в полости, либо практически полного переизлучения волны но уже

âполусферу. В результате в обоих случаях достигается высокая эффективность шумоглушения.

Следует сказать, что снижение шума самолета достигается не только мероприятиями по двигателю, но и обязательным акустическим проектированием воздухозаборника (см. Рис. 15.5.1_2), чтобы добиться сбалансированного снижения шума в передней и задней полусферах излучения. Кроме этого, необходима оптимизация по шуму траекторно-скоростных характеристик самолета.

15.6 – Англо-русский словарьминимум

absorption – поглощение angle – угол

approach – посадка broadband – широкополосный cavity – полость

cell – ячейка frequency – частота honeycomb – сотовый incident – падающий liner – облицовка level – уровень measure – измерение noise – шум

perceive – воспринимаемый phase – фаза

sideline – боковая линия sound – звук

SPL – уровень звукового давления

take off – набор высоты (только для акустики) tonal – тональный

wave – волна

15.7 – Список использованной литературы

15.7.1 Международные стандарты и рекомендуемая практика. Авиационный шум. Приложение 16 к Конвенции о Международной гражданской авиации.

15.7.2. Авиационная акустика. Под редакцией В. Е. Квитки. - М.: Машиностроение, 1973.

15.7.3Авиационная акустика. Под редакцией А. Г. Мунина. Часть 1. - М.: Машиностроение, 1986.

15.7.4Снижение шума самолетов с реактивными двигателями. Под редакцией А. М. Мхитаряна. - М.: Машиностроение, 1975.

15.7.5The Jet Engine Rolls Royce plc 1986.

15.7.6Crow D. A Comprehensive Approach to Engine Noise Reduction Technology, P&W. ISABE-2001- 1001.

15.7.7Phelan M., Sound Thinking. Flight International 17-30 December 2002.

15.7.8Development of Environmentally Friendly Aero-Engines, Jean Colpin, VP. Commercial Engine Programs. Pratt & Whitney.April 6, 2001. Von Karman Institute of Technology, Brussels, Belgium.

15.7.9ÃÎÑÒ 28775-90 Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия.

15.7.10ÃÎÑÒ 29328-92 Установки газотурбинные для привода турбоагрегатов. Общие технические условия.

15.7.11ÑÍ 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные нормы.

15.7.12Dittmar J., A Fan Concept to Meet the 2017 Noise Goals. Lewis Research Center, 1998.

15.7.13Smith J., Hutcheson F. Active Control of Intel Noise on the JT15D Turbofan Engine, Virginia Polytechnic Institute, 1999.

1133