余热锅炉内部噪声源识别方法技术

本发明专利技术公开了一种余热锅炉内部噪声源识别方法，包括：S1，建立裸管二维模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下裸管的流场和声场，计算分段特征频率，估算炉内整体的特征频率范围；S2，建立鳍片管有限元模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下的鳍片管单管流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S3，对管阵的特征频率进行修正；S4，计算简正频率，判断是否激发简正频率而产生声腔共振；S5，对锅炉进行传声损失和隔声量计算，并结合实测噪声数据得到锅炉内总噪声；S6，计算不同种类噪声对炉内噪声的贡献量，确定炉内噪声的主要来源。本发明专利技术能准确识别燃机余热锅炉内部的噪声来源。

【技术实现步骤摘要】
余热锅炉内部噪声源识别方法
本专利技术涉及一种余热锅炉内部噪声源识别方法，属于锅炉噪声识别

技术介绍
随着我国城市化进程的发展和城市用电需求的增加，作为较清洁发电的燃机电厂越来越接近居民活动区。余热锅炉是燃机电厂的重要组成部分，与燃气轮机、冷却塔相比，虽然余热锅炉的噪声声压级相对较小，但其声辐射面积较大，同时声压级也远远超过一般环境规范要求，因此，对余热锅炉噪声的有效控制是整个电厂噪声治理的关键组成部分，如果没有对其很好的控制，那么其产生的噪声污染将会危害附近居民活动区的人们的身体健康。要想降低余热锅炉的噪声，必须对余热锅炉噪声的组成和声源进行分析、识别。而现有燃机余热锅炉内部噪声源的计算分析方法一般为：假设燃机出口排放的噪声作为锅炉内部气流噪声，并假设燃机排放噪声声功率一定，同时将锅炉分段，每段作为独立的声源，根据每段的横截面积计算锅炉各段声压级，计算出各段独立声源的等效声功率，再将各声源合成，求得锅炉总的声功率。上述方法没有考虑锅炉内部的再生噪声，认为燃机排气噪声是炉内主要噪声来源，不能准确的找到炉内噪声源，因而对应的降噪措施不能有效地降低余热锅炉噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种余热锅炉内部噪声源识别方法，能够准确识别燃机余热锅炉内部的噪声来源。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种余热锅炉内部噪声源识别方法，包括以下步骤：S1，建立裸管二维模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下裸管的流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S2，建立鳍片管有限元模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下的鳍片管单管流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S3，通过对比鳍片管和裸管的特征频率，采用百分比偏移量的修正手段对管阵的特征频率进行修正；S4，对各层段进行温度平均，分别计算各层段的简正频率，对比各层段的简正频率分布与各管阵特征频率分布，判断是否激发简正频率而产生声腔共振现象，及共振现象发生的频率范围；S5，对锅炉进行传声损失和隔声量计算，并结合实测噪声数据得到锅炉内总噪声；S6，对比分析，并计算不同种类噪声对炉内噪声的贡献量，确定炉内噪声的主要来源。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法的步骤S1和S2中，流场计算采用LES；声场计算采用FWH方法。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法的步骤S1中，计算高压过热器的分段特征频率时，采用的计算模型的边壁条件为周期性边界条件，即保证流场左右壁面速度与涡量的连续；计算模型具有左右对称性。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法的步骤S2中，计算除氧蒸发器的分段特征频率时，采用的计算模型的边壁条件为周期性边界条件；计算模型具有左右对称性。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法的步骤S5中，对锅炉进行炉腔传声损失计算具体为：建立声腔有限元模型并导入Virtuallab，设置相应的气体介质参数，入口边界条件设为平面波，出口边界条件设为煤质阻抗，分辨率10Hz，做20～2000Hz频段的扫频，根据计算出的入口声压和出口声压，用传声损失定义式进行计算，得到声腔的传声损失曲线；将各管层的传声损失直接叠加，来估算整个炉腔的传声损失。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法中，锅炉隔声量为TL，TL＝20lgω+20lg(M1+M2+M3)-10lg4R32，其中，R3为锅炉外部空气声阻抗，单位是N*s/m3，M1、M2、M3分别为内衬钢板、壳体钢板、保温层的面密度，单位是kg/m2；ω为声音的圆频率，单位是rad/s。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法中，步骤S6具体为：计算锅炉本体各层段噪声A声级与燃机排气噪声在锅炉本体内部的A声级，判断炉内是否有再生噪声产生；如果产生再生噪声，就根据仿真计算的鳍片管噪声频谱，可估算出管层的流噪声倍频程谱，将其与锅炉本体再生噪声进行对比：根据计算结果，进一步分析炉内噪声中燃机排气噪声同管阵涡脱落流噪声在不同频段的贡献量，确定余热锅炉内噪声来源。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法中，计算管阵涡脱落流噪声的贡献量具体为：(1)假设燃机排气噪声在水平烟道内无损传播，根据其声功率计算出A声级，由于水平烟道内噪声近似全由燃机排气提供，所以将燃机排气噪声A声级作为水平烟道内的噪声A声级，通过水平烟道内的噪声A声级与在水平烟道外测量的噪声A声级计算得到水平烟道的实际隔声量；锅炉本体的保温层和水平烟道相当，且理论计算隔声量接近，故可近似用水平烟道的实际隔声量作为锅炉本体的实际隔声量；再根据锅炉本体外的实测数据与实际隔声量计算得到锅炉内的噪声A声级；(2)由模拟得到管阵涡脱落流噪声的A声级与锅炉内的噪声A声级相比得到管阵噪声的贡献量。前述的余热锅炉内部噪声源识别方法中，计算燃机排气噪声的贡献量的具体为：(1)锅炉本体和水平烟道的保温结构接近，且理论隔声量相当，用水平烟道的实际隔声量作为锅炉本体的实际隔声量，根据锅炉本体外的实测数据与实际隔声量计算得到锅炉内的噪声A声级；(2)假设燃机排气噪声在水平烟道内无损传播，根据燃机排气噪声的声功率计算燃机排气噪声传入锅炉本体的噪声A声级，并将其与锅炉内的噪声A声级相比得到燃机排气噪声的贡献量。与现有技术相比，本专利技术通过建立裸管二维模型和鳍片管有限元模型，分别估算炉内整体的特征频率范围，并通过对比两项特征频率对管阵的特征频率进行修正，通过计算简正频率判断是否产生声腔共振，再对锅炉进行传声损失和隔声量计算，并结合实测噪声数据得到锅炉内总噪声，通过对比分析，计算不同种类噪声对炉内噪声的贡献量，确定炉内噪声的主要来源。采用UG建立几何模型+Hypermesh前处理+Fluent计算与后处理的软件搭配，具有较高的可信度。其中，核心的瞬态流场计算和声场计算分别采用Fluent中的大涡模拟(LES)和FW-H方法。大涡模拟通过滤波处理，首先将小于某个尺度的旋涡从流场中过滤掉，只计算大涡，然后通过求解附加方程得到小涡的解。过滤尺度一般取为网格尺度。这种方法比直接数值模拟(DNS)效率更高，消耗系统资源更少，比雷诺平均(RANS)方法更精确。在已知流场信息的情况下运用FW-H方程将流场的作用力等效为单极子、偶极子和四极子源进行噪声模拟，由于本计算属于低马赫数流动可忽略单极子和四极子源的作用，而Fluent在计算时也是这样处理的。大涡模拟(LES)同FW-H方程相结合，能高效准确地计算管阵的流场信息(漩涡脱落)和声场信息(特征频率)。烟气热力学信息的近似、管阵模型的局部简化和计算网格的精密度均在符合物理实际的前提下兼顾了运算精度与效率，具有较好的适用性。本专利技术所述方法具体、全面地考虑了余热锅炉内部环境，相比现有噪声源识别方法更符合实际情况；能寻找出锅炉噪声的主要贡献者，使降噪措施设计更具针对性。以本专利技术所述方法分析确定的炉内部噪声源为基础而设计的余热锅炉除噪装置，能够更好地降低余热锅炉噪声污染，节省降噪成本。附图说明图1是裸管2D有限元模型示意图；图2是裸管3D有限元模型示意图；图3是裸管二维模型噪声声压级曲线图；图4是裸管三维模型噪声声压级曲线图；图5是高压过热器管层有限元模型示意图；图6是高压过热器管层有限元模型排列参数示意图；图7是除氧蒸发器管层排有限元模型示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种余热锅炉内部噪声源识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立裸管二维模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下裸管的流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S2，建立鳍片管有限元模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下的鳍片管单管流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S3，通过对比鳍片管和裸管的特征频率，采用百分比偏移量的修正手段对管阵的特征频率进行修正；S4，计算简正频率，根据各层简正频率的分布和各层特征频率的分布，判断是否激发简正频率而产生声腔共振；S5，对锅炉进行传声损失和隔声量计算，并结合实测噪声数据得到锅炉内总噪声；S6，对比分析并计算不同种类噪声对炉内噪声的贡献量，确定炉内噪声的主要来源。

【技术特征摘要】
2013.12.24 CN 201310718964.51.一种余热锅炉内部噪声源识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立裸管二维模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下裸管的流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S2，建立鳍片管有限元模型，分别仿真计算高压过热器和除氧蒸发器两个管阵下的鳍片管单管流场和声场，并计算分段特征频率，来估算炉内整体的特征频率范围；S3，通过对比鳍片管和裸管的特征频率，采用百分比偏移量的修正手段对管阵的特征频率进行修正；S4，对各层段进行温度平均，分别计算各层段的简正频率，对比各层段的简正频率分布与各管阵特征频率分布，判断是否激发简正频率而产生声腔共振现象，及共振现象发生的频率范围；S5，对锅炉进行炉腔传声损失和隔声量计算，并结合实测噪声数据得到锅炉内总噪声；S6，对比分析并计算不同种类噪声对炉内噪声的贡献量，确定炉内噪声的主要来源。2.根据权利要求1所述的余热锅炉内部噪声源识别方法，其特征在于：步骤S1和S2中，流场计算采用LES；声场计算采用FWH方法。3.根据权利要求1或2所述的余热锅炉内部噪声源识别方法，其特征在于：步骤S1中，计算高压过热器的分段特征频率时，采用的计算模型的边壁条件为周期性边界条件，即保证流场左右壁面速度与涡量的连续；计算模型具有左右对称性。4.根据权利要求1或2所述的余热锅炉内部噪声源识别方法，其特征在于：步骤S2中，计算除氧蒸发器的分段特征频率时，采用的计算模型的边壁条件为周期性边界条件；计算模型具有左右对称性。5.根据权利要求1所述的余热锅炉内部噪声源识别方法，其特征在于，步骤S5中对锅炉进行炉腔传声损失计算具体为：建立声腔有限元模型并导入Virtuallab，入口边界条件设为平面波，出口边界条件设...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵迎九，黄福安，钟振茂，任玉凤，魏普，余平覆，王奇，
申请(专利权)人：华电重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11