СХЕМА СИСТЕМЫ ФИЛЬТРАЦИИ ЦИКЛОВОГО ВОЗДУХА В КОМПЛЕКСНОМ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ)
CYCLIC AIR FILTRATION SYSTEM CIRCUIT IN THE AFCS OF THE GAS-TURBINE UNIT (VARIANTS)

3
3
Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетике, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности в качестве системы фильтрации комплексного воздухоочистительного устройства (КВОУ) для очистки воздуха, подаваемого в газотурбинные и компрессорные установки (ГТУ) в объеме от 20 тыс.м/ч до 3 млн.м/ч.
Конструкциям систем фильтрации, используемым в КВОУ, уделяется повышенное внимание, так как от качественной очистки поступающего атмосферного воздуха, а также габаритов КВОУ зависит надежность работы ГТУ и стоимость эксплуатации КВОУ.
Типовые конструкции КВОУ (например, патент РФ №86667, 10.09.2009 г., патент РФ №2587511, 20.06.2016 г., патент РФ №2344302, 20.01.2009 г.) представляют собой крупногабаритные металлоконструкции (масса в десятки и стони тонн), основой которых является система фильтрации воздуха, как правило, многоступенчатая, для обеспечения работы которой КВОУ может дооснащаться погодными козырьками, каплеуловителями, антиобледенительной системой, обеспечивающей работу системы фильтрации в периоды высокой влажности воздуха и колебаний температуры атмосферного воздуха около 0°С (см. фиг. 1).
После КВОУ очищенный воздух поступает в воздуховод, в котором в непосредственной близости от входа воздуха в ГТУ размещается шумоглушитель, обеспечивающий снижение уровня звукового давления, генерируемого ГТУ. Сечение воздуховода, в котором размещается шумоглушитель, соответствует максимально-оптимальной скорости для шумоглушителей и находится в диапазоне от 7 до 10 м/с (см. фиг. 2).
Недостатками всех указанных типовых конструкций КВОУ являются большие габариты КВОУ и, как следствие, их высокая металлоемкость. При этом дополнительная металлоемкость КВОУ вызвана необходимостью изготовления указанного дополнительного воздуховода, который представляет собой достаточно габаритный и пустой канал. Металлоемкость этого воздуховода составляет от 70 до 120 % от металлоемкости КВОУ, что требует затрат на его изготовление.
Решением указанной проблемы является использования пустого пространства воздуховода за счет размещения внутри него системы фильтрации воздуха.
Известны конструкции КВОУ (патент РФ №2550131, 10.05.2015 г., патент РФ №2172417, 20.08.2001 г., патент Японии №2016113924, 23.06.2016 г.), согласно которым систему фильтрации воздуха размещают внутри пространства воздуховода.
Указанные решения позволяют получить компактную конструкцию КВОУ, что позволяет снизить металлоемкость КВОУ и расходы на его эксплуатацию.
Однако в данном случае также необходимо использование высокоэффективной схемы системы фильтрации воздуха.
Известна схема фильтрации (патент Китая №104500229, 08.04.2015 г.), расположенная внутри воздуховода КВОУ и имеющая трехступенчатую систему очистки воздуха, содержащую фильтр грубой очистки, фильтры очистки, фильтр высокой эффективности, фильтрующий слой между ведомым роликом и приводным роликом для его перемещения.
Эффективность системы фильтрации, прежде всего, обеспечивается площадью очищающей поверхности, через которую проходит загрязненный воздух. Указанная конструкция за счет перемещения фильтрующего слоя позволяет контролировать степень загрязнения и постоянно поддерживать его в очищенном состоянии. Однако при этом необходимая площадь фильтрующей поверхности обеспечивается за счет сложной конструкции фильтров при наличии привода и роликов, что может привести к заклиниванию в работе системы, несвоевременной очистке и сбоям в работе КВОУ, что свидетельствует о недостаточной эффективности рассмотренной системы фильтрации.
Известна схема системы фильтрации КВОУ (патент Китая №105156213, 16.12.2015 г.), принятая за наиболее близкий аналог к заявляемому решению по схеме системы фильтрации воздуха в КВОУ, расположенная внутри воздуховода КВОУ и содержащая последовательно установленные многоступенчатый фильтр, фильтр грубой очистки, три дополнительных фильтра, фильтры тонкой очистки, при этом все указанные фильтры расположены плотно друг к другу с образованием одного ряда, а высота каждого из фильтров равна высоте воздуховода.
В данном случае площадь фильтрующей поверхности для обеспечения полноценной очистки поступающего воздуха является недостаточной, а устанавливаемые фильтры должны иметь значительную толщину, которая позволит задержать пылевые частицы, что увеличивает габариты системы фильтрации. Также указанная схема требует частой замены фильтров ввиду их быстрого загрязнения. Несвоевременная замена фильтров может привести к снижению эффективности работы ГТУ и снижению надежности работы КВОУ в целом.
Техническим результатом изобретения является получение компактной системы фильтрации с повышенной эффективностью очистки поступающего воздуха за счет размещения системы фильтрации внутри пустого пространства воздуховода и увеличения площади очищающей поверхности.
Технический результат достигается при использовании первого варианта схемы системы фильтрации воздуха в КВОУ циклового воздуха в ГТУ, расположенной внутри воздуховода КВОУ и содержащей блок фильтров, установленных по ходу движения поступающего воздуха в два ряда, параллельных друг другу, при этом второй ряд блока фильтров имеет канал в центральной области, внешние концы первого ряда блока фильтров посредством воздухонепроницаемых перегородок соединены с внутренними концами второго ряда блока фильтров, выходящими в канал центральной области, причем при установке схемы системы фильтрации в воздуховод между стенками воздуховода и внешними концами первого ряда блока фильтров образуются каналы для прохождения воздуха, а внешние концы второго ряда блока фильтров соединяются со стенками воздуховода.
Также технический результат достигается при использовании второго варианта схемы системы фильтрации воздуха в КВОУ циклового воздуха в ГТУ, расположенной внутри воздуховода КВОУ и содержащей блок фильтров, установленных по ходу движения поступающего воздуха в виде клина, при этом расширенный конец клина соединяется со стенками воздуховода.
Блок фильтров первого и второго вариантов схем системы фильтрации может быть представлен установленными совместно фильтрами грубой очистки (ФГО) и фильтрами тонкой очистки (ФТО).
Блок фильтров по второму варианту схемы системы фильтрации может устанавливаться перед ГТУ, конкретнее - в непосредственной близости от входного патрубка ГТУ.
Параллельное расположение фильтров ФГО и ФТО в два ряда, наличие канала у второго ряда блока фильтров в центральной области, соединение посредством воздухонепроницаемых перегородок внешних концов первого ряда блока фильтров с внутренними концами второго ряда блока фильтров, выходящими в канал в центральной области, наличие каналов вдоль стенок воздуховода позволяют получить каналы для разделения и эффективной очистки поступающего воздуха, а именно: часть потока воздуха проходит сквозь первый ряд блока фильтров, далее через канал в центральной области второго ряда блока фильтров и поступает в газовую турбину, а вторая часть потока воздуха огибает первый ряд блока фильтров и проходит очистку во втором ряду блока фильтров. Указанное решение по первому варианту схемы системы фильтрации позволяет увеличить площадь фильтрации без увеличения размеров живого сечения воздуховода (площадь поперечного сечения воздуховода, через которую проходит поступающий воздух) и в итоге получить компактную систему фильтрации с повышенной эффективностью очистки. При этом размещение заявляемого первого варианта схемы системы фильтрации в воздуховоде КВОУ позволяет значительно снизить его габариты и металлоемкость, что удешевляет стоимость КВОУ и снижает площади для его размещения.
Размещение фильтров ФГО и ФТО по второму варианту в виде клина в воздуховоде таким образом, чтобы расширенный конец клина был соединен со стенками воздуховода позволяет получить два протяженных канала для прохождения поступающего воздуха, расположенные вдоль стен воздуховода, что также позволяет увеличить площадь фильтрации без увеличения размеров живого сечения воздуховода и в итоге получить компактную систему фильтрации с повышенной эффективностью очистки. При этом все элементы КВОУ размещаются в воздуховоде перед шумоглушителем в непосредственной близости от входного патрубка ГТУ, что существенно снижает металлоемкость и габариты КВОУ, а следовательно его стоимость и экономит площади для его размещения.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны конструкции типовых КВОУ.
На фиг. 3а приведен вид сбоку КВОУ с заявляемым первым вариантом схемы системы фильтрации, на фиг. 3б - вид сверху КВОУ с заявляемым первым вариантом схемы системы фильтрации, на фиг. 3в - общий вид КВОУ с заявляемым первым вариантом схемы системы фильтрации.
На фиг. 4а приведен вид сбоку КВОУ с заявляемым вторым вариантом схемы системы фильтрации, на фиг. 4б - вид сверху КВОУ с заявляемым вторым вариантом схемы системы фильтрации, на фиг. 4в - общий вид КВОУ с заявляемым вторым вариантом схемы системы фильтрации.
Типовая конструкция КВОУ (фиг. 1) содержит погодный козырек 1, антиобледенительную систему подогрева воздуха 2, фильтр-влагоуловитель 3, фильтр грубой очистки (ФГО) 4, фильтр тонкой очистки (ФТО) 5, конфузор 6, дренажную систему 7.
Из фиг. 1 видно, что система фильтрации КВОУ требует существенного места для размещения фильтров ФГО и ФТО.
Габаритные размеры сечения КВОУ определяются производительностью фильтров ФГО 4 и ФТО 5 и, как правило, пропорционально линейной скорости воздуха через фильтры 2,5-2,7 м/с, что требует существенных габаритов для их размещения.
Из фиг. 2 видно, что типовая схема КВОУ требует изготовления дополнительного воздуховода 8 для транспортировки воздуха очищенного в КВОУ до входного фланца 9 ГТУ.
Как видно из фиг. 2, в конце воздуховода 8 устанавливается шумоглушитель 10, габаритные размеры которого соответствуют сечению воздуховода и определяются оптимальной скоростью для шумоглушителя 10 от 7 до 10 м/с.
Металлоемкость данного воздуховода составляет от 70 до 120 % от металлоемкости КВОУ, что также требует затрат на его изготовление.
Согласно фиг. 3а, 3б, 3в конструкция КВОУ содержит погодные козырьки 11, воздуховод 12, внутри которого расположены антиобледенительная система 13, фильтр-влагоуловитель 14, схема системы фильтрации воздуха по первому варианту реализации, содержащая блок фильтров 15, состоящий из фильтров грубой очистки (ФГО) и фильтров тонкой очистки, очистки (ФТО), которые установлены в два параллельных ряда, причем первый ряд 16 фильтров имеет каналы 17 и 18 для прохождения поступающего воздуха вдоль стен воздуховода 12, а второй ряд 19 фильтров имеет канал 20 для прохождения воздуха в центральной области воздуховода 12. Внешние концы первого ряда 16 блока фильтров 15 соединены с внутренними вертикальными концами второго ряда 19 блока фильтров 15 посредством перегородок 21.
Согласно фиг. 4а, 4б, 4в конструкция КВОУ содержит погодные козырьки 22, воздуховод 23, внутри которого расположены антиобледенительная система 24, фильтр-влагоуловитель 25, схема системы фильтрации воздуха по второму варианту реализации, содержащая блок фильтров 26, состоящий из фильтров грубой очистки (ФГО) и фильтров тонкой очистки (ФТО), которые установлены по ходу движения поступающего воздуха в виде клина 27, при этом расширенный конец клина 28 соединяется со стенками воздуховода 23. Схема фильтрации по второму варианту реализации может размещаться перед шумоглушителем 29 в непосредственной близости от входного патрубка ГТУ (не показан).
Очистка воздуха в КВОУ, которая содержит первый вариант схемы системы фильтрации воздуха, происходит следующим образом (фиг. 3а-3в).
При заборе воздуха из атмосферы он после прохождения погодных козырьков 11 поступает непосредственно во воздуховод 12, где проходит через антиобледенительную систему 13 и фильтр-влагоуловитель 14 и далее поступает на блок фильтров 15 заявляемой схемы системы фильтрации. При этом одна часть потока поступающего воздуха проходит через первый ряд 16 блока фильтров 15 и далее продвигается через канал 20, расположенный в центральной области второго ряда 19 блока фильтров 15. Вторая часть потока поступающего воздуха проходит через каналы 17 и 18 в первом ряду 16 блока фильтров 15, за счет наличия воздухонепроницаемых перегородок 20, соединяющих внешние концы первого ряда 16 блока фильтров 15 и внутренние концы второго ряда 19 блока фильтров 15, огибает первый ряд 16 блока фильтров 15 и далее проходит через второй ряд 19 блока фильтров 15. После чего очищенный воздух поступает на шумоглушитель 21 и попадает на компрессор ГТУ (не показан).
Очистка воздуха в КВОУ, которая содержит второй вариант схемы системы фильтрации воздуха, происходит следующим образом (фиг. 4а-4в).
При заборе воздуха из атмосферы он после прохождения погодных козырьков 22 поступает непосредственно во воздуховод 23, где проходит через антиобледенительную систему 24 и фильтр-влагоуловитель 25, который является клиновидным. Поступающий воздух проходит вдоль стен воздуховода 23 и далее - через постепенно расширяющиеся стороны клина 27, образуемого блоком фильтров 26. После этого очищенный воздух поступает на шумоглушитель 29 и входной патрубок компрессора ГТУ (не показан).
Преимуществом предлагаемого изобретения по первому варианту реализации является компактное размещение фильтров ФГО и ФТО параллельно в сечении воздуховода КВОУ, что позволяет увеличить площадь фильтрации, уменьшить габаритные размеры и увеличить пропускную способность КВОУ. Это в свою очередь приводит к уменьшению размеров КВОУ и снижению металлоемкости на 20-30 %. Применение предлагаемого изобретения позволяет также увеличить скорость поступающего воздуха в сечении КВОУ до 4-5 м/с.
Размещение по второму варианту всех элементов КВОУ внутри воздуховода перед глушителем, в непосредственной близости к входному патрубку ГТУ, позволяет снизить металлоемкость КВОУ на 70-100% и существенно экономить затраты на его изготовление и размещение. Применение предлагаемого изобретения позволяет увеличить скорость воздуха в сечении КВОУ до величины 7-10 м/с, соответствующей оптимальной скорости для работы шумоглушителя.