魏兵
摘要:針對海上平臺應用的某型燃機發(fā)電機組進行箱體及通風系統(tǒng)成套設計,通過聲學分析、CFD分析,研究其過濾性能、消聲性能及內部流場性能,以保證其能夠滿足機組長時間運行考核工作需求。
關鍵詞:燃氣輪機發(fā)電機組;海上平臺應用;消聲;過濾;CFD分析
中圖分類號:TE54? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2021)14-0072-03
1? 緒論
燃機發(fā)電機組在海上平臺上應用,主要為油氣生產和處理提供電力保障。燃機應用時,需對其進行消聲過濾成套,用隔聲箱體將燃機發(fā)電機組與外界隔離,減少外界環(huán)境和氣候等因素影響燃機發(fā)電機組的正常運轉,同時減少燃機發(fā)電機組影響周圍環(huán)境。成套需設置通風系統(tǒng),以保證燃機發(fā)電機組的通風散熱;將可燃性氣體稀釋,以防止爆炸;在進風口設置過濾器,以及防止空氣中水汽及鹽進入箱體,保證燃機的使用壽命。由于在海上使用,成套設備還需同時考慮海上防腐、進氣除水、除鹽、抗風載、抗海浪沖擊等。
2? 技術指標
①在距離箱體及通道1m的距離外,噪聲低于80dBA(無背景噪聲影響);②燃氣輪機箱體外形尺寸:6000mm×3000mm×3200mm(長×寬×高);③箱體內溫度控制范圍:小于55℃;④箱裝體通風為負壓通風,壓力差小于500Pa;⑤箱體及通風系統(tǒng)整體結構抗地震按7 級設防;⑥進風過濾等級:G4。
3? 結構組成
燃氣輪機發(fā)電機組成套設備主要由隔聲箱體、進風系統(tǒng)及排風系統(tǒng)等組成,如圖1所示。
其中,隔聲箱體主要由箱體框架、檢修門、吊車梁等組成。進風系統(tǒng)主要由進風防雨罩、進風過濾器、進風消聲器和進風防火閥等組成。排風系統(tǒng)主要由排風防火閥、排風風機、風機隔聲罩、消聲彎頭、自垂百葉及排風防雨罩等組成。箱體及通風系統(tǒng)結構緊湊,集成化程度非常高,具有隔聲、消聲、通風、過濾等功能。
箱體及通風系統(tǒng)的主要技術參數(shù):
①成套設備外形尺寸:6000mm×3000mm×3200mm(長×寬×高);②箱體采用強制排風,箱體內為負壓。排風采用2×100%風機,總通風量為:21820m3/h,風機風壓為:1200Pa;③進風采用G4級褶皺式過濾器,設計風量為:21820m3/h,初阻為:60Pa,終阻為:200Pa。
4? 箱體及通風系統(tǒng)噪聲分析
4.1 聲源
燃氣輪機裸機測量數(shù)據(jù)如表1所示。
在燃氣輪機進氣蝸殼、機匣、排氣口上方距燃機表面1m處,各布置3個測點(共9個測點),距離誤差不超過
±10%,得到測量結果如表1。
4.2 消聲量計算
進風消聲器采用1200mm列管式消聲器,排風消聲器采用消聲彎頭。
①進風消音量。進風1200mm列管式消聲器消聲量△L1實測值如表2所示。
②排風消音量。
通風消聲器消聲量,見表3。
考慮進風逆氣流降噪量,根據(jù)測量經驗為3dBA,進風過濾器降噪量約為5dBA;排風順氣流噪聲增加,根據(jù)測量經驗為3dBA。
4.3 結論
噪聲經過降噪后,進風系統(tǒng)聲壓級為115.2-△L1-5-3=78dBA;噪聲經過降噪后,排風系統(tǒng)聲壓級為115.2-△L2+3=73.2dBA。通過對燃氣輪機成套設備的消聲降噪情況進行分析計算,可理論確定消聲過濾成套設備周圍噪聲滿足<80dB(A)的要求。
5? CFD分析
針對燃機發(fā)電機組箱體及通風系統(tǒng)進行進行CFD分析計算,并根據(jù)結果分析箱體及通風系統(tǒng)的流場是否均勻,溫度及流阻是否滿足要求。
5.1 箱體溫度及流場
見圖2、圖3。
5.2 進、排風消聲系統(tǒng)流場
進、排風系統(tǒng)靜壓云圖見圖4、圖5。
5.3 CFD結論
經過CFD分析,可以看出,箱體內流場分布均勻,且散熱良好,箱體出口溫度約為43℃;
進風消聲系統(tǒng)的流阻為152Pa,排風系統(tǒng)的總流阻為553Pa,符合系統(tǒng)總流阻小于1210Pa的要求,且負壓差小于500Pa。
6? 箱體強度分析
6.1 應力及位移分布云圖(圖6、圖7)
6.2 結論
箱體在自重及吊裝物載荷的作用下,箱體骨架中部產生164.8N/mm2的應力。箱體在自重及吊裝物載荷的作用下,箱體骨架中部產生8.8mm的位移,見圖7。
根據(jù)《碳素結構鋼》GB/T700-2006,Q235的屈服強度為235N/mm2,安全系數(shù)取1.2。(表4)
7? 結束語
通過對燃氣輪機消聲過濾配套設備的理論分析研究,結合配套設備樣品的實際測試,并對配套設備進行不斷的更新優(yōu)化,形成可滿足通風、隔聲、消聲、過濾性能的高度集成化配套設備,可促進某型燃氣輪機發(fā)電機組在海上平臺油氣行業(yè)廣泛應用。
參考文獻:
[1]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.
[2]HB7811-2006,燃氣輪機成套設備進排氣系統(tǒng)通用技術要求[S].
[3]GB/T15736-1995,燃氣輪機輔助設備通用技術要求[S].