МЕТОДИКА РАСЧЕТА УРОВНЯ ШУМА,
ИЗЛУЧАЕМОГО ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ УСТАНОВКАМИ
Н.С. Голубенко, А.М. Фельдман, В.А. Цыганов
Одной из важных задач при создании ветроэлектрических установок является определение уровня шума, излучаемого при их работе. Уровень шума – это общее понятие для следующих величин: уровень звукового давления, уровень звука, уровень звуковой мощности, уровень интенсивности шума [1].
Уровень излучаемого ВЭУ шума в децибелах ,учитывая коррекцию А шумомера, вычисляют согласно [1] по выражению:
(1)
где Pa – среднеквадратичное значение звукового давления, учитывая коррекцию А шумомера, Па;
P0=2*10^(-5) Па - эталонное значение звукового давления.
В соответствии с [1], [2] уровень звуковой мощности рассчитывается исходя из геометрических условий схемы точек измерения и измеренного уровня шума в точках измерений
дБ(А),
(2)
где Lam - измеренный уровень шума на расстоянии R0 , дБ(А);
S0=1 м^2;
S=2*pi*R0^2 - площадь полусферы, описанной радиусом R0=H+(D/2), где H - высота до оси ротора;
D - диаметр ротора;
K0 = 3 или 6 дБ(А) – корректирующая поправка в зависимости от схемы расположения микрофона шумомера.
Определив по формуле (2) значение уровня звуковой мощности Lpa, можно определить уровень шума Lam на любом расстоянии от ВЭУ.
Для расчета уровня шума, излучаемого разрабатываемой ВЭУ, предлагается следующий порядок расчета и эмпирическая зависимость.
Из формулы (1), по известному уровню излучаемого шума ВЭУ-аналогом (Lаэ), определяется величина Pаэ/P0,
где Pаэ - среднеквадратичное значение звукового давления ВЭУ-аналога, учитывая коррекцию А шумомера, Па.
Уровень излучаемого шума разрабатываемой ВЭУ может быть определен по формуле
(3)
где 
- коэффициент пересчета;
Dэ, Dp - диаметры ротора ВЭУ-аналога и разрабатываемой ВЭУ, м;
nэ, np - частоты вращения ротора ВЭУ-аналога и разрабатываемой ВЭУ, об/мин ;
Wэ, Wp - скорости набегающего потока на концевое сечение лопасти ВЭУ-аналога и разрабатываемой ВЭУ, м/с
где Vк.э. , Vк.р. , Vнэ , Vнр - линейная скорость конца лопасти и скорость ветрового потока, при которой достигается номинальная мощность ВЭУ-аналога и разрабатываемой ВЭУ.
Предлагаемая эмпирическая зависимость (3) отражает физическую картину зависимости излучаемого шума от основных параметров ВЭУ, т. к. La=f(Pн), а , Pн=f(D^2,W^2),
где Pн - номинальная мощность ВЭУ.
В таблице 1 приведены параметры нескольких существующих ВЭУ мощностью от 850 кВт до 4,5 МВт, а также экспериментальные и расчетные данные по уровню шума для них.
Расчеты проводились в двух вариантах: в первом варианте брались за базу экспериментальные данные по ВЭУ Nordik -1000 (классическая схема), а во втором варианте - по Е-112 (безмультипликаторная схема фирмы Enercon). Как видно из таблицы 1, расчеты уровня излучаемого шума по формуле (3) имеют хорошую сходимость с экспериментальными данными (погрешность менее 1%).
В таблице 1 приведены также результаты расчетов уровня излучаемого шума для создаваемой ВЭУ ТГ-750 (номинальной мощностью 750 кВт, ПФГ «Конкорд») и условной ВЭУ-750 (номинальной мощностью 750 кВт), выполненной по классической схеме (с мультипликатором и быстроходным генератором) с основными параметрами ВЭУ ТГ-750. Особенностью ТГ-750 является безмультипликаторная турбогенераторная схема, которая имеет основной ротор и три турбогенератора на лопастях основного ротора.
Для ТГ-750 вначале по формуле (3) рассчитывался уровень шума от основного ротора, при этом за базовый вариант были приняты данные для ВЭУ-аналога Е-112 (полученное расчетное значение 104,6 дБ(А), см. таблицу 1). Далее аналогично рассчитывался уровень шума для одного турбогенератора (полученное расчетное значение 94,9 дБ(А), см. таблицу 1).
Для расчета уровня шума от нескольких источников использовалась методика [1]. Для ТГ-750, состоящей из четырех источников шума с уровнями 104,6, 94,9, 94,9, 94,9 дБ(А), расчетный уровень шума по методике будет 105,8 дБ(А).
Следует отметить, что расчетные значения уровня шума для основного ротора (104,6 дБ(А)) и для всей ТГ-750 (105,8 дБ(А)) могут являться несколько завышенными, т.к. в сравнении с Е-112 основной ротор ТГ-750 не имеет в своем составе генератора, являющегося одним из основных источников шума.
На рисунке 1 приведена номограмма расчетных и экспериментальных уровней шума для различных ВЭУ
.
Выводы
1 Разработана методика расчета уровня шума, излучаемого ВЭУ при ее работе, которая позволяет уже на этапе проектирования с достаточной точностью прогнозировать шумовые характеристики ВЭУ, выполненных как по классической схеме (с мультипликатором и быстроходным генератором), так и по безмультипликаторной схеме типа Enercon или турбогенераторной схеме типа ВЭУ ТГ-750 ПФГ «Конкорд».
2 Показано, что расчетный уровень шума, который будет излучать разрабатываемая ПФГ «Конкорд» ВЭУ ТГ-750 (номинальной мощностью 750 кВт), находится на уровне шума, излучаемого V-52 (номинальной мощностью 850 кВт) и V-80 (номинальной мощностью 2000 кВт) фирмы Vestas, выполненных по классической схеме, и соответствует уровню шума, излучаемого условной ВЭУ-750 (номинальной мощностью 750 кВт), выполненной по классической схеме с параметрами ТГ-750
Литература:
1. Установки електричні вітряні. Методи випробування. ДСТУ 4225-2003. К.: Держспоживстандарт України, 2003.
2. Системи турбогенераторні вітряні. Частина 11. Методика вимірювання акустичного шуму. ДСТУ IEC 61400-11: 2002. К.: Держспоживстандарт України, 2002.
Источник: Проектно конструкторское технологическое бюро «КОНКОРД», [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://wind.dp.ua/