Аэродинамический шум сбросных трубопроводов в основном зависит от скорости пара в выходном сечении, максимальное значение которой равно критической скорости [1]
где Р9,υ0 ― давление в Па и удельный объем пара (м3/кг) перед предохранительным клапаном. Критическая скорость достигается при критическом давлении [1] в этом же сечении
S – площадь сечения выхода сбросного трубопровода, м2.
Критическое давление при прочих равных условиях зависит от площади (диаметра) выходного сечения трубопровода и может быть меньше, равно или больше давления в пространстве истечения P’. Чаще всего это атмосферное давление Ра , а при установке шумоглушителя ― давление на входе в шумоглушитель Рвх ш=Ра+ΔРш , где ΔРш ― гидравлические потери шумоглушителя.
Если Ркр меньше атмосферного давления Ра , то в выходном сечении устанавливается атмосферное давление Ра , а скорость Wвых
При установке шумоглушителя увеличивается давление в пространстве истечения (на входе в шумоглушитель), вместо Р’=Ра давление увеличивается на величину гидравлических потерь шумоглушителя, Р’=Рвх ш=Ра+ΔРш.
Для первых двух вариантов (Ркр< Ра и Ркр= Ра) это приведет к увеличению давления в выходном сечении сбросного трубопровода на величину гидравлических потерь шумоглушителя Рвых= Р’= Ра+ ΔРш и, следовательно, уменьшению удельного объема и скорости пара, υвых [2] и Wвых.
Для примера в таблице 1 рассчитано относительное уменьшение удельного объема и скорости для нескольких значений гидравлических сопротивлений шумоглушителя, начиная с ΔРш=0 (т. е. сброс в атмосферу) для Ркр= Ра и температуры t=400˚C (можно для любой другой температуры, т. к. отношение υвых/ υкр от этого не изменится).
Как следует из таблицы 1, для рассматриваемого варианта критического давления (Ркр=Ра) за счет повышения давления в выходном сечении сбросного трубопровода уменьшается удельный объем пара, а следовательно, и скорость истечения. Особенно интенсивно уменьшается скорость пара при гидравлических сопротивлениях шумоглушителя ΔРш до 0,1–0,2 МПа.
Для варианта Ркр<Ра скорость на выходе из сбросного трубопровода будет меньше критической даже без шумоглушителя, а с ним происходит дальнейшее уменьшение скоростей и повышение эффективности шумоглушения.
В третьем варианте (Ркр> Ра) имеется скачок давления на выходе из трубопровода ΔР= Ркр–Ра . Если гидравлические потери шумоглушителя ΔРш меньше этого скачка давления ΔР(ΔРш<ΔР) , то гидравлические потери шумоглушителя не влияют на давление пара в выходном сечении сбросного трубопровода, оно равно критическому, Рвых=Ркр , и только когда сопротивление шумоглушителя ΔРш превысит скачок давления ΔР, давление в выходном сечении сбросного трубопровода Рвых=Ра+ΔРш будет больше критического (Рвых> Ркр) , а скорости выхода станут меньше критической (Wвых
Для примера в таблице 2 рассчитано относительное уменьшение скоростей для нескольких значений Ркр и ΔРш , при которых Рвых> Ркр. Конкретные значения удельных объемов взяты при температуре пара 400˚C. Такой же результат получается при других температурах.
Критический режим течения пара на выходе из сбросного трубопровода сохраняется до ΔРш=ΔР (первые строчки в таблице 2 для Ркр=0,15; 0,20; 0,30 МПа). С увеличением гидравлических потерь шумоглушителя (ΔРш>ΔР , строчки 2, 3) в выходном сечении устанавливается давление, равное давлению на входе в шумоглушитель и которое больше критического, Рвых = Рвх ш= Ра+ ΔРш> Ркр . В результате уменьшается удельный объем пара на выходе из сбросного трубопровода (υвых< υкр) и уменьшается скорость выхода (Wвых
Выводы
• Одним из факторов, влияющим на эффективность шумоглушения, является соотношение между критическим давлением на выходе сбросного трубопровода пара и давлением в пространстве истечения, обычно это атмосферное давление.
• Для Ркр<Ра и Ркр=Ра на выходе из сбросных трубопроводов (без шумоглушителей) устанавливается атмосферное давление Рвых=Р’= Ра . С установкой шумоглушителей давление в выходных сечениях увеличивается на величину гидравлических потерь шумоглушителей Рвых = Ра+ ΔРш , в результате уменьшается скорость выхода пара и повышается эффективность шумоглушения.
• При Ркр>Ра на выходе из сбросного трубопровода наблюдается скачок давления ΔР= Ркр–Ра и устанавливается максимальная, критическая скорость. Гидравлические потери шумоглушителей до ΔРш=ΔР не влияют на параметры пара в выходном сечении, они остаются критическими. При увеличении гидравлических потерь больше скачка давления (ΔРш>ΔР) в выходном сечении давление становится больше критического (Рвых = Ра+ ΔРш> Ркр). В результате уменьшается скорость выхода Wвых
• При сбросе пара в атмосферу диаметры трубопроводов на выходе должны обеспечивать критические давления, меньшие атмосферного (в крайнем случае равные атмосферному). В результате в выходном сечении устанавливается атмосферное давление, а скорости ― меньше критических. В этом случае установка шумоглушителей любых конструкций за счет их гидравлических потерь увеличивает давление пара в выходном сечении сбросного трубопровода, а выходные скорости становятся еще меньше, что повышает эффективность шумоглушения.
• Если критические давления в выходном сечении больше атмосферного, то в этом сечении устанавливаются критические скорости даже с шумоглушителями, у которых гидравлические потери меньше скачка давлений. И только когда гидравлические потери шумоглушителей превысят скачок давлений, в выходном сечении сбросных трубопроводов установятся скорости меньше критических и проявится эффект снижения шума по этой причине.
Литература
1. Рудомино Б.В., Ремжин Ю.Н. Проектирование трубопроводов тепловых электростанций. Л., «Энергия», 1970.
2. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. М., Энергоатомиздат,1984.
Опубликовано в "Вестнике арматурщика" № 7 (20) 2014
