Noise Reduction from Energy Facilities by Using Energy-efficient Dissipative Silencers in the Turns of Gas-air Paths
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-1-81-92Keywords:
noise reduction, pressure drop, gas–air paths, dissipative silencers, thermal power engineeringAbstract
New-generation dissipative silencers with variable cross-section plates are a promising technology for noise reduction at energy facilities. The article substantiates the need for applying modern energy-efficient noise silencers, with due regard to their influence on the operation of the energy facility main and auxiliary equipment. The aim of the study is to determine and analyze the aerodynamic, acoustic, mass, and dimensional characteristics of silencers equipped with plates of variable cross-section in the form of arcs in a turn. Their aerodynamic and acoustic characteristics were obtained using mathematical modeling in the SolidWorks Flow Simulation and Ansys ACT Acoustics software packages. The simulation and calculations results have shown that the use of the proposed silencer design makes it possible to reduce the pressure drop in the channels by optimizing the flow motion pattern in the turn. The greatest reduction in the pressure drop reaches 65% for channels of a large cross-section. The silencer acoustic efficiency increases with increasing the channel dimensions due to an increase in the plate silencer equivalent length. The mass characteristics of silencers in a turn are analyzed and compared with the silencers in a straight section. Cases are shown in which silencers in a turn have a smaller mass in comparison with the commonly used ones. Based on the results obtained, the use of variable cross-section silencers in a turn can be recommended to reduce noise propagating in the gas–air paths of medium- and high-capacity boiler units.
References
1. ИТС 38—2017. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии.
2. Fuchs H.V. Raum-Akustik und Lärm-Minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern Und-dämpfern. Berlin: Springer Heidelberg, 2017.
3. Мамаев В.К., Власов Е.Н. Влияние геометрических элементов проточной части центробежного вентилятора с двухсторонним входом на шум и экономичность // Газовая промышленность. 2010. № 6(647). С. 40—41.
4. Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. Влияние климатических факторов на определение требуемого снижения шума тягодутьевых машин ТЭС // Защита от повышенного шума и вибрации: Материалы VII Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием. СПб., 2019. С. 680—689.
5. Munjal M.L. Noise and Vibration Control. London: World Scientific Publ. Co. Pte. Ltd., 2013.
6. ГОСТ 31328—2006 (ИСО 14163:1998). Шум. Руководство по снижению шума глушителями.
7. Цанев С.В., Буров В.Д., Земцов А.С., Осыка А.С. Газотурбинные энергетические установки. М.: Издат. дом МЭИ, 2022.
8. Яблоник Л.Р. Моделирование акустических свойств диссипативных глушителей // Техническая акустика. 2009. № 3(9). С. 1—13.
9. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers // J. Acoustical Soc. of America. 2018. V. 144. P. 2998.
10. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers Using Point Collocation // Proc. X Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003. Pp. 3263—3270.
11. Григорьев И.В. Исследование и оптимизация аэродинамики газоходов и дымовых труб ТЭС: дис. … канд. техн. наук. М.: НИУ «МЭИ», 2014.
12. Прохоров В.Б., Григорьев И.В., Фоменко М.В., Каверин А.А. Оптимизация аэродинамики газового тракта котла ПК-39 энергоблока № 4 Троицкой ГРЭС с помощью математического моделирования течения газов // Теплоэнергетика. 2015. № 12. С. 49—55.
13. Пат. № 215459 РФ. Пластинчатый глушитель шума / Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. // Бюлл. изобрет. 2022. № 35.
14. Попов А.Ю. Моделирование распределения воздушного потока в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation // Акустические проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 3–3. С. 74—77.
15. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
16. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses Using Matlab and Ansys. Boca Ration: CRC Press, 2015.
17. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. Л.: Энергия, 1980.
18. Hagstrom T. Complete Radiation Boundary Conditions for Acoustic Waves // J. Acoustical Soc. of America. 2020. V. 14(4). P. 2452.
19. Cui F, Wang Y., Cai Chao R. Improving Muffler Performance Using Simulation-based Design // Proc. 43rd Intern. Congress Noise Control Eng. Melbourne, 2014. Pp. 1—5.
20. Howard C.Q. Coupled Structural-acoustic Analysis Using Ansys. Adelaide: University of Adelaide, 2000.
21. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape // Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Engineering. Moscow, 2021. Pp. 1—5.
22. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers // Akustika. 2021. V. 39.
23. Козловский В.А., Козловский А.В., Упоров О.Л. Безопасность жизнедеятельности. Екатеринбург: Изд-во Росc. гос. проф.-пед. ун-та, 2013.
24. Гусев В.П. Средства снижения воздушного и структурного шума систем вентиляции, кондиционирования и холодоснабжения // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2005. № 4. С. 86—92
---
цитирования: Тараторин А.А., Мухаметов А.Б., Павлов Д.А. Снижение шума от объектов энергетики при помощи энергоэффективных диссипативных глушителей в поворотах газовоздушных трактов // Вестник МЭИ. 2024. № 1. С. 81—92. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-1-81-92
---
Работа выполнена при поддержке: гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук (грант № MK 3244.2022.4)
#
1. ITS 38—2017. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
2. Fuchs H.V. Raum-Akustik und Lärm-Minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern Und-dämpfern. Berlin: Springer Heidelberg, 2017.
3. Mamaev V.K., Vlasov E.N. Vliyanie Geometricheskikh Elementov Protochnoy Chasti Tsentrobezhnogo Ventilyatora s Dvukhstoronnim Vkhodom na Shum i Ekonomichnost'. Gazovaya promyshlennost'. 2010;6(647):40—41. (in Russian).
4. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Vliyanie Klimaticheskikh Faktorov na Opredelenie Trebuemogo Snizheniya Shuma Tyagodut'evykh Mashin TES. Zashchita ot Povyshennogo Shuma i Vibratsii: Materialy VII Vseross. Nauch.-prakt. Konf. s Mezhdunar. Uchastiem. SPb., 2019:680—689. (in Russian).
5. Munjal M.L. Noise and Vibration Control. London: World Scientific Publ. Co. Pte. Ltd., 2013.
6. GOST 31328—2006 (ISO 14163:1998). Shum. Rukovodstvo po Snizheniyu Shuma Glushitelyami. (in Russian).
7. Tsanev S.V., Burov V.D., Zemtsov A.S., Osyka A.S. Gazoturbinnye Energeticheskie Ustanovki. M.: Izdat. Dom MEI, 2022. (in Russian).
8. Yablonik L.R. Modelirovanie Akusticheskikh Svoystv Dissipativnykh Glushiteley. Tekhnicheskaya Akustika. 2009;3(9):1—13. (in Russian).
9. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers. J. Acoustical Soc. of America. 2018;144:2998.
10. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers Using Point Collocation. Proc. X Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003:3263—3270.
11. Grigor'ev I.V. Issledovanie i Optimizatsiya Aerodinamiki Gazokhodov i Dymovykh Trub TES: Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: NIU «MEI», 2014. (in Russian).
12. Prokhorov V.B., Grigor'ev I.V., Fomenko M.V., Kaverin A.A. Optimizatsiya Aerodinamiki Gazovogo Trakta Kotla PK-39 Energobloka № 4 Troitskoy GRES s Pomoshch'yu Matematicheskogo Modelirovaniya Techeniya Gazov. Teploenergetika. 2015;12:49—55. (in Russian).
13. Pat. № 215459 RF. Plastinchatyy Glushitel' Shuma. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Byull. Izobret. 2022;35. (in Russian).
14. Popov A.Yu. Modelirovanie Raspredeleniya Vozdushnogo Potoka v Programmnom Komplekse SolidWorks Flow Simulation. Akusticheskie Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2017;3–3, 2017:74—77. (in Russian).
15. Idel'chik I.E. Spravochnik po Gidravlicheskim Soprotivleniyam. M.: Mashinostroenie, 1992. (in Russian).
16. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses Using Matlab and Ansys. Boca Ration: CRC Press, 2015.
17. Grigor'yan F.E., Pertsovskiy E.A. Raschet i Proektirovanie Glushiteley Shuma Energoustanovok. L.: Energiya, 1980. (in Russian).
18. Hagstrom T. Complete Radiation Boundary Conditions for Acoustic Waves. J. Acoustical Soc. of America. 2020;14(4):2452.
19. Cui F, Wang Y., Cai Chao R. Improving Muffler Performance Using Simulation-based Design. Proc. 43rd Intern. Congress Noise Control Eng. Melbourne, 2014:1—5.
20. Howard C.Q. Coupled Structural-acoustic Analysis Using Ansys. Adelaide: University of Adelaide, 2000.
21. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape. Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Engineering. Moscow, 2021:1—5.
22. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers. Akustika. 2021;39.
23. Kozlovskiy V.A., Kozlovskiy A.V., Uporov O.L. Bezopasnost' Zhiznedeyatel'nosti. Ekaterinburg: Izd-vo Ross. Gos. Prof.-ped. Un-ta, 2013. (in Russian).
24. Gusev V.P. Sredstva Snizheniya Vozdushnogo i Strukturnogo Shuma Sistem Ventilyatsii, Konditsionirovaniya i Kholodosnabzheniya. Ventilyatsiya, Otoplenie, Konditsionirovanie Vozdukha, Teplosnabzhenie i Stroitel'naya Teplofizika. 2005;4:86—92. (in Russian)
---
For citation: Taratorin A.A., Mukhametov A.B., Pavlov D.A. Noise Reduction from Energy Facilities by Using Energy-efficient Dissipative Silencers in the Turns of Gas-air Paths. Bulletin of MPEI. 2024;1:81—92. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-1-81-92
---
The work is executed at support: Grant of the President of the Russian Federation for State Support of Young Russian Scientists — Candidates of Sciences (Grant no. MK 3244.2022.4)
2. Fuchs H.V. Raum-Akustik und Lärm-Minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern Und-dämpfern. Berlin: Springer Heidelberg, 2017.
3. Мамаев В.К., Власов Е.Н. Влияние геометрических элементов проточной части центробежного вентилятора с двухсторонним входом на шум и экономичность // Газовая промышленность. 2010. № 6(647). С. 40—41.
4. Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. Влияние климатических факторов на определение требуемого снижения шума тягодутьевых машин ТЭС // Защита от повышенного шума и вибрации: Материалы VII Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием. СПб., 2019. С. 680—689.
5. Munjal M.L. Noise and Vibration Control. London: World Scientific Publ. Co. Pte. Ltd., 2013.
6. ГОСТ 31328—2006 (ИСО 14163:1998). Шум. Руководство по снижению шума глушителями.
7. Цанев С.В., Буров В.Д., Земцов А.С., Осыка А.С. Газотурбинные энергетические установки. М.: Издат. дом МЭИ, 2022.
8. Яблоник Л.Р. Моделирование акустических свойств диссипативных глушителей // Техническая акустика. 2009. № 3(9). С. 1—13.
9. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers // J. Acoustical Soc. of America. 2018. V. 144. P. 2998.
10. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers Using Point Collocation // Proc. X Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003. Pp. 3263—3270.
11. Григорьев И.В. Исследование и оптимизация аэродинамики газоходов и дымовых труб ТЭС: дис. … канд. техн. наук. М.: НИУ «МЭИ», 2014.
12. Прохоров В.Б., Григорьев И.В., Фоменко М.В., Каверин А.А. Оптимизация аэродинамики газового тракта котла ПК-39 энергоблока № 4 Троицкой ГРЭС с помощью математического моделирования течения газов // Теплоэнергетика. 2015. № 12. С. 49—55.
13. Пат. № 215459 РФ. Пластинчатый глушитель шума / Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. // Бюлл. изобрет. 2022. № 35.
14. Попов А.Ю. Моделирование распределения воздушного потока в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation // Акустические проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 3–3. С. 74—77.
15. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
16. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses Using Matlab and Ansys. Boca Ration: CRC Press, 2015.
17. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. Л.: Энергия, 1980.
18. Hagstrom T. Complete Radiation Boundary Conditions for Acoustic Waves // J. Acoustical Soc. of America. 2020. V. 14(4). P. 2452.
19. Cui F, Wang Y., Cai Chao R. Improving Muffler Performance Using Simulation-based Design // Proc. 43rd Intern. Congress Noise Control Eng. Melbourne, 2014. Pp. 1—5.
20. Howard C.Q. Coupled Structural-acoustic Analysis Using Ansys. Adelaide: University of Adelaide, 2000.
21. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape // Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Engineering. Moscow, 2021. Pp. 1—5.
22. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers // Akustika. 2021. V. 39.
23. Козловский В.А., Козловский А.В., Упоров О.Л. Безопасность жизнедеятельности. Екатеринбург: Изд-во Росc. гос. проф.-пед. ун-та, 2013.
24. Гусев В.П. Средства снижения воздушного и структурного шума систем вентиляции, кондиционирования и холодоснабжения // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2005. № 4. С. 86—92
---
цитирования: Тараторин А.А., Мухаметов А.Б., Павлов Д.А. Снижение шума от объектов энергетики при помощи энергоэффективных диссипативных глушителей в поворотах газовоздушных трактов // Вестник МЭИ. 2024. № 1. С. 81—92. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-1-81-92
---
Работа выполнена при поддержке: гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук (грант № MK 3244.2022.4)
#
1. ITS 38—2017. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
2. Fuchs H.V. Raum-Akustik und Lärm-Minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern Und-dämpfern. Berlin: Springer Heidelberg, 2017.
3. Mamaev V.K., Vlasov E.N. Vliyanie Geometricheskikh Elementov Protochnoy Chasti Tsentrobezhnogo Ventilyatora s Dvukhstoronnim Vkhodom na Shum i Ekonomichnost'. Gazovaya promyshlennost'. 2010;6(647):40—41. (in Russian).
4. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Vliyanie Klimaticheskikh Faktorov na Opredelenie Trebuemogo Snizheniya Shuma Tyagodut'evykh Mashin TES. Zashchita ot Povyshennogo Shuma i Vibratsii: Materialy VII Vseross. Nauch.-prakt. Konf. s Mezhdunar. Uchastiem. SPb., 2019:680—689. (in Russian).
5. Munjal M.L. Noise and Vibration Control. London: World Scientific Publ. Co. Pte. Ltd., 2013.
6. GOST 31328—2006 (ISO 14163:1998). Shum. Rukovodstvo po Snizheniyu Shuma Glushitelyami. (in Russian).
7. Tsanev S.V., Burov V.D., Zemtsov A.S., Osyka A.S. Gazoturbinnye Energeticheskie Ustanovki. M.: Izdat. Dom MEI, 2022. (in Russian).
8. Yablonik L.R. Modelirovanie Akusticheskikh Svoystv Dissipativnykh Glushiteley. Tekhnicheskaya Akustika. 2009;3(9):1—13. (in Russian).
9. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers. J. Acoustical Soc. of America. 2018;144:2998.
10. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers Using Point Collocation. Proc. X Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003:3263—3270.
11. Grigor'ev I.V. Issledovanie i Optimizatsiya Aerodinamiki Gazokhodov i Dymovykh Trub TES: Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: NIU «MEI», 2014. (in Russian).
12. Prokhorov V.B., Grigor'ev I.V., Fomenko M.V., Kaverin A.A. Optimizatsiya Aerodinamiki Gazovogo Trakta Kotla PK-39 Energobloka № 4 Troitskoy GRES s Pomoshch'yu Matematicheskogo Modelirovaniya Techeniya Gazov. Teploenergetika. 2015;12:49—55. (in Russian).
13. Pat. № 215459 RF. Plastinchatyy Glushitel' Shuma. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Byull. Izobret. 2022;35. (in Russian).
14. Popov A.Yu. Modelirovanie Raspredeleniya Vozdushnogo Potoka v Programmnom Komplekse SolidWorks Flow Simulation. Akusticheskie Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2017;3–3, 2017:74—77. (in Russian).
15. Idel'chik I.E. Spravochnik po Gidravlicheskim Soprotivleniyam. M.: Mashinostroenie, 1992. (in Russian).
16. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses Using Matlab and Ansys. Boca Ration: CRC Press, 2015.
17. Grigor'yan F.E., Pertsovskiy E.A. Raschet i Proektirovanie Glushiteley Shuma Energoustanovok. L.: Energiya, 1980. (in Russian).
18. Hagstrom T. Complete Radiation Boundary Conditions for Acoustic Waves. J. Acoustical Soc. of America. 2020;14(4):2452.
19. Cui F, Wang Y., Cai Chao R. Improving Muffler Performance Using Simulation-based Design. Proc. 43rd Intern. Congress Noise Control Eng. Melbourne, 2014:1—5.
20. Howard C.Q. Coupled Structural-acoustic Analysis Using Ansys. Adelaide: University of Adelaide, 2000.
21. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape. Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Engineering. Moscow, 2021:1—5.
22. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers. Akustika. 2021;39.
23. Kozlovskiy V.A., Kozlovskiy A.V., Uporov O.L. Bezopasnost' Zhiznedeyatel'nosti. Ekaterinburg: Izd-vo Ross. Gos. Prof.-ped. Un-ta, 2013. (in Russian).
24. Gusev V.P. Sredstva Snizheniya Vozdushnogo i Strukturnogo Shuma Sistem Ventilyatsii, Konditsionirovaniya i Kholodosnabzheniya. Ventilyatsiya, Otoplenie, Konditsionirovanie Vozdukha, Teplosnabzhenie i Stroitel'naya Teplofizika. 2005;4:86—92. (in Russian)
---
For citation: Taratorin A.A., Mukhametov A.B., Pavlov D.A. Noise Reduction from Energy Facilities by Using Energy-efficient Dissipative Silencers in the Turns of Gas-air Paths. Bulletin of MPEI. 2024;1:81—92. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-1-81-92
---
The work is executed at support: Grant of the President of the Russian Federation for State Support of Young Russian Scientists — Candidates of Sciences (Grant no. MK 3244.2022.4)
Downloads
Published
2023-10-18
Issue
Section
Energy Systems and Complexes (2.4.5)
