КОЖУХ ТЕПЛОЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ АРКТИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ

Полезная модель относится к кожухам теплозвукоизолирующим, в частности к кожухам теплозвукоизолирующим газотурбинных установок, и может использоваться для теплоизоляции и защиты от шума газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов и электростанций, эксплуатируемых в Арктике и на Крайнем Севере.
Известен теплозвукоизолирующий кожух (контейнер) газотурбинной установки по патенту на изобретение RU №2263807 (опубл. 10.11.2005). Кожух содержит боковые и верхнюю стенки, закрывающие газотурбинную установку, при этом его боковые стенки жестко соединены с рамой установки и выполнены силовыми. Стенки состоят из продольных и поперечных силовых элементов замкнутого сечения, закрытых с внешней стороны цельным стальным листом и с внутренней стороны перфорированным листом, между которыми размещен теплозвукоизолирующий материал в мешках из стеклоткани. Соединение стенок с рамой может выполняться сварным или разъемным. Обслуживание установки производится через двери в кожухе. Одним из недостатков кожуха является наличие «тепловых мостиков» из-за применения силовых элементов, а также недостаточная герметичность.
Известен звукопоглощающий кожух газотурбинной установки по патенту на изобретение RU №2241843 (опубл. 10.12.2004) или звукопоглощающий кожух газотурбинной установки по патенту на изобретение RU №2296235 (опубл. 27.03.2007). Кожух представляет собой каркасно-панельную конструкцию ангарного типа, состоящую из кожуха двигателя и кожуха улитки. Кожух содержит наружный корпус и внутреннюю перфорированную панель, между которыми размещен звукопоглощающий материал. На внутренней стенке корпуса равномерно по ее поверхности размещены многочисленные продольные и поперечные ребра коробчатого профиля, образующие прямоугольные ячейки, на ребрах закреплена обечайка с многочисленными продольными и поперечными перегородками, при этом звукопоглощающий материал размещен между обечайкой и перфорированной панелью в ячейках, образованных перегородками. Кожух имеет двери для доступа к оборудованию установки, двери имеют эластичную прокладку для обеспечения герметичности кожуха для исключения проникновения шума через двери и исключения подсоса воздуха системы охлаждения газотурбинной установки из-под кожуха. Недостатком такой конструкции является большая материалоемкость и возможность образования «тепловых мостиков» большой протяженности, что ухудшает теплоизоляционные характеристики кожуха. Другим недостатком является то, что двери оборудованы ригельным замком, обеспечивающим прижим створки только в одном месте, тем самым не обеспечивается необходимая герметизация кожуха. Известный по патенту на изобретение RU №2283413 (опубл. 10.09.2006) замок дверной для рабочих помещений газоперекачивающей станции может обеспечивать требуемую по нормам безопасности возможность независимого открывания двери с наружной и с внутренней стороны, что позволяет открыть дверь изнутри в случае аварийной или иной ситуации. Однако двери, оборудованные таким замком, могут провисать под собственным весом, при этом нарушается герметичность кожуха. Таким образом, такой кожух недостаточно надежен.
Указанных недостатков лишен кожух теплозвукоизолирующий газотурбинной установки производства ООО ГК «ПРОМТЕХ», г. Пермь (Каталог ГК «ПРОМТЕХ» 2016, стр. 29, электронная версия выложена в Интернет по адресу http://gc-promteh.ru/about/catalogs-and-presentations/, вкладка Презентация ГК «ПРОМТЕХ» 2016, последнее обновление страницы 19.10.2016) известный также из патента на полезную модель RU №149418 (опубл. 10.01.2015) и содержащий: раму газотурбинной установки; силовой каркас, установленный на раму газотурбинной установки; крышу, содержащую теплозвукоизолирующие панели; стенки, содержащие теплозвукоизолирующие панели и двери, выполненные идентично теплозвукоизолирующим панелям, причем стенки не связаны с силовым каркасом и жестко соединены с рамой и крышей кожуха. Теплозвукоизолирующие панели кожуха и двери содержат: наружный корпус коробчатого типа, выполненный из стального листа; внутренний перфорированный кожух также коробчатого типа, выполненный из стального листа и служащий задней стенкой теплозвукоизолирующей панели или двери; и расположенный между ними теплозвукоизолирующий негорючий материал. Внутренний перфорированный кожух выполнен с шириной и высотой меньшей, чем ширина и высота наружного корпуса, и крепится внутри наружного корпуса при помощи проставок (опор) таким образом, что между боковыми стенками наружного корпуса и боковыми стенками внутреннего перфорированного кожуха остается зазор, который используется для осуществления разъемного соединения теплозвукоизолирующих панелей между собой и с рамой газотурбинной установки; между панелями, между панелями и рамой проложена герметизирующая эластичная огнестойкая прокладка. Опоры, известные из патента на полезную модель RU №150615 (опубл. 20.02.2015) ООО ГК «ПРОМТЕХ», расположены по внутренней поверхности наружного корпуса, выполнены в виде П-образных скоб, имеющих на торцах полок выемку и закреплены сваркой упомянутыми торцами к наружному корпусу. Внутренний перфорированный кожух крепится на опоры с помощью заклепок или саморезов. Такие опоры позволяют снизить материалоемкость и улучшить теплоизоляционные свойства кожуха за счет устранения «тепловых мостиков», однако они не обеспечивают достаточную прочность панелей и дверей, особенно в случае увеличения толщины панелей, толщина панелей и теплозвукоизолирующего материала в таком кожухе составляет около 65 мм. Наряду с этими опорами, в кожухе применены обычные П-образные опоры, полками прикрепленные к внутренним поверхностям наружного корпуса и внутреннего перфорированного кожуха при помощи заклепок или саморезов. Двери кожуха снабжены эластичной герметизирующей прокладкой и запираются при помощи штангового запора по патенту на полезную модель RU №149572 (опубл. 10.01.2015) ООО ГК «ПРОМТЕХ», что обеспечивает лучшую герметизацию дверей. Штанговый запор дверей снабжен устройством открывания изнутри «Антипаника», известным из патента на полезную модель RU 155077 (опубл. 20.09.2015) ООО ГК «ПРОМТЕХ», обеспечивающим безопасность персонала при авариях и иных ситуациях. Это техническое решение выбрано за ближайший аналог заявляемой полезной модели. Несмотря на преимущества по сравнению с предыдущими аналогами, все же такой кожух недостаточно герметичен из-за применения разъемных соединений панелей, применение разъемных соединений и П-образных скоб снижает его прочность. Кожух имеет недостаточно хорошие теплоизоляционные свойства из-за наличия «тепловых мостиков» от применения обычных П-образный опор и недостаточной герметичности, а также небольшой толщины панелей, из-за этого в кожухе сложно поддерживать необходимую для эксплуатации газотурбинной установки температуру воздуха. Это ограничивает применение такого кожуха, например, в районах Крайнего Севера и Арктики такие кожухи могут применяться только внутри укрытия, например, ангарного типа. С другой стороны, еще одной проблемой применения как кожуха по RU №149418, так и кожухов по RU №2241843 и RU №2296235, является высокая температура внутри кожуха при работе газотурбинной установки. Эта проблема описана, к примеру, в патенте на полезную модель RU №158471 (опубл. 10.01.2016) «Блок силовой газоперекачивающего агрегата». Из-за высоких температур в кожухе газотурбинной установки средства измерений (датчики), применяемые для контроля параметров установки, могут выходить из строя, по этой причине датчики устанавливаются вне «горячей» зоны кожуха с организацией дистанционного контроля параметров. В приведенном примере по RU №158471, инфракрасный газоанализатор установлен снаружи кожуха, а его пробоотборные трубки установлены внутри воздуховода для отвода воздуха из кожуха. Однако датчики, применяемые для контроля параметров газотурбинной установки, не могут работать и при экстремально низких температурах. При этом известны различные шкафы для размещения контрольно-измерительных приборов, к примеру, по патенту на полезную модель RU №44911 (опубл. 27.03.2005), однако он предназначен для установки на трубопровод и не обеспечивает защиту приборов от экстремально низких температур. Или защитный шкаф для установки контрольно-измерительной аппаратуры по патенту на полезную модель RU №34843 (опубл. 10.08.2003), также не защищающий аппаратуру от низких температур. Известен также всепогодный термошкаф по патенту на изобретение RU №2609773 (опубл. 02.02.2017), предназначенный для климатической защиты размещаемой в нем контрольно-измерительной аппаратуры; шкаф снабжен внутри утеплителем с отражающим слоем и обогревателем с блоком управления с электронной схемой управления включения и выключения обогревателя. Однако его утепление недостаточно, он эксплуатируется при температуре от минус 60 до плюс 50°C. Известен также шкаф защитный утепленный для КИ-ПиА производства НПО «РИЗУР», г. Рязань (страница в Интернет по адресу http://www.rizur.ru/cat_vso.htm, описание из каталога 2016 года размещено по адресу http://www.rizur.ru/uploads/data/media/Metall.pdf, дата последнего обновления 17.12.2016), представляющий собой металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал. Шкаф содержит электрический обогреватель с терморегулятором и дверь(и), уплотненную(ые) морозостойкой резиной, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы. Температура эксплуатации шкафа от минус 70 до плюс 100°C.
Перед авторами стояла задача улучшения эксплуатационных характеристик кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки (далее по тексту - кожух) за счет расширения условий эксплуатации, в том числе для эксплуатации на открытом воздухе при экстремально низких температурах окружающего воздуха, в том числе за счет улучшения теплоизоляционных свойств и герметичности, сохранения необходимой температуры внутри кожуха при сохранении высокой прочности конструкции.
Поставленная задача решается созданием конструкции кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки арктического исполнения.
Для достижения указанного технического результата кожух содержит раму газотурбинной установки, крышу и стенки с дверями; стенки жестко связаны с крышей и рамой газотурбинной установки; крыша и стенки выполнены трехслойными и содержат внешние цельные стальные листы, внутренние перфорированные стальные листы, между которыми проложен теплозвукоизолирующий негорючий материал; стенки и крыша выполнены силовыми и содержат силовые элементы замкнутого сечения, с которыми сваркой соединены упомянутые внешние цельные и внутренние перфорированные стальные листы; двери содержат: наружный корпус коробчатого типа, выполненный из цельного стального листа; внутренний перфорированный корпус также коробчатого типа, выполненный из стального листа и служащий задней стенкой двери, и расположенный между ними теплозвукоизолирующий негорючий материал; внутренний перфорированный корпус двери крепится к наружному корпусу при помощи П-образных опор, полками жестко прикрепленных к внутренним поверхностям наружного корпуса и внутреннего перфорированного корпуса; двери кожуха снабжены герметизирующей эластичной прокладкой и запираются при помощи штангового запора, снабженного устройством открывания изнутри «Антипаника», между рамой газотурбинной установки и стенками кожуха проложена герметизирующая эластичная прокладка, при этом дверь дополнительно снабжена вторым герметизирующим эластичным уплотнителем из огнестойкого материала, в частном случае выполнения полезной модели дверь может быть также снабжена вспучивающейся огнезащитной лентой, дверная коробка содержит по периметру стальной профиль, внутренние полости которого заполнены теплозвукоизолирующим негорючим материалом, уплотненный эластичной герметизирующей прокладкой и герметизирующим эластичным уплотнителем из огнестойкого материала, дверь выполнена со световым проемом, в котором герметично закреплен двухкамерный стеклопакет из триплекса, уплотненный с обеих сторон герметизирующим эластичным профилем, днище и наружные стенки рамы газотурбинной установки выполнены с полостями, заполненными теплозвукоизолирующим негорючим материалом, внутренняя полость силовых элементов стенок и крыши кожуха заполнена теплозвукоизолирующим негорючим материалом, рама кожуха снабжена по меньшей мере одним встроенным электронагревателем, толщина стенок и крыши кожуха и теплозвукоизолирующего негорючего материала в стенках и крыше составляет от 100 до 150 мм, кожух снабжен защитным утепленным шкафом для размещения шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки, установленным снаружи кожуха, защитный утепленный шкаф содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором и дверь(и), уплотненную(ые) морозостойкой резиной, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы, при этом защитный утепленный шкаф может быть выполнен без задней стенки, в этом случае его задней стенкой служит стенка кожуха газотурбинной установки, и в местах примыкания к стенке кожуха защитный утепленный шкаф уплотнен морозостойкой резиной, а стенка кожуха, служащая задней стенкой, может быть утеплена утеплителем с отражающим слоем.
В частном случае выполнения полезной модели П-образные опоры могут быть выполнены с вырезами на стенке.
В частном случае выполнения полезной модели в шкафе средств измерений могут быть размещены приборы визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки.
В частном случае выполнения полезной модели внешние цельные стальные листы стенок кожуха могут иметь с внутренней стороны ребра жесткости, жестко соединенные с силовыми элементами при помощи сварки, при этом ширина ребер жесткости меньше толщины стенки.
Все сварные швы в кожухе выполнены сплошными. Все проходы в кожухе выполнены герметичными.
Выполнение кожуха с двойным контуром уплотнения на дверях и дверной коробке повышает герметичность кожуха и его теплоизоляционные свойства. Применение в качестве второго контура на дверях и дверной коробке герметизирующего эластичного уплотнителя из огнестойкого материала, а также вспучивающейся огнезащитной ленты, кроме того, повышает безопасность кожуха. Заполнение внутренних полостей дверной коробки и силовых элементов стенок и крыши теплозвукоизолирующим негорючим материалом устраняет «тепловые мостики», тем самым улучшая теплоизоляционные свойства кожуха, как и увеличение толщины стенок, крыши и теплозвукоизолирующего негорючего материала в стенках и крыше кожуха от 100 до 150 мм и выполнение днища и наружных стенок рамы газотурбинной установки с полостями, заполненными теплозвукоизолирующим негорючим материалом. Это также способствует улучшению шумоизоляционных характеристик кожуха. При толщине стенок и крыши и теплозвукоизолирующего негорючего материала меньше 100 мм теплоизоляция кожуха будет недостаточной, при толщине стенок и крыши и теплозвукоизолирующего негорючего материала более 150 мм увеличиваются масса и материалоемкость кожуха. Выполнение с внутренней стороны внешних цельных стальных листов стенок кожуха ребер жесткости, жестко соединенных с силовыми элементами при помощи сварки, с шириной меньше толщины стенок позволяет повысить прочность кожуха без образования «тепловых мостиков», так же как и применение в дверях П-образных опор с вырезами. Прочность и герметичность также обеспечиваются применением сплошных сварочных швов. Герметичность обеспечивается также выполнением всех проходов в кожухе герметичными.
Выполнение двери со световым проемом, в котором герметично закреплен двухкамерный стеклопакет из триплекса, уплотненный с обеих сторон эластичным герметизирующим профилем, позволяет производить осмотр газотурбинной установки, не заходя внутрь кожуха, что обеспечивает сохранение герметичности кожуха и необходимой температуры внутри него. Кроме того, это повышает безопасность работы персонала.
Оснащение рамы кожуха по меньшей мере одним встроенным электронагревателем позволяет поддерживать необходимую температуру в нижней части кожуха и устранять градиент температуры внутри кожуха в то время, когда газотурбинная установка не работает, так как оборудование в кожухе всегда должно находиться при температуре не ниже плюс 5°C.
Оснащение кожуха дополнительным защитным утепленным шкафом который служит для размещения внутри него шкафа средств измерений (шкафа датчиков) параметров газотурбинной установки, и который содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы, дверь(и) которого и он сам уплотнены морозостойкой резиной; применение утеплителя с отражающим слоем позволяет поддерживать необходимую для эксплуатации средств измерений температуру. Размещение приборов визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки внутри шкафа средств измерений сохраняет герметичность кожуха и температуру внутри кожуха, так как позволяет контролировать параметры газотурбинной установки и состояние средств измерений, не заходя в кожух. Средствами измерений параметров газотурбинной установки могут служить датчики, которые могут иметь приборы визуального контроля, при этом их чувствительные элементы, как правило, находятся внутри кожуха, а измерительные преобразователи и/или приборы визуального контроля - в шкафу средств измерений. Средствами измерений параметров газотурбинной установки могут служить и измерительные приборы.
Все вышеперечисленное улучшает эксплуатационные характеристики кожуха за счет возможности эксплуатировать его на открытом воздухе при экстремально низких температурах окружающего воздуха при сохранении высокой прочности.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что дверь кожуха дополнительно снабжена вторым герметизирующим эластичным уплотнителем из огнестойкого материала, в частном случае выполнения полезной модели, дверь может быть также снабжена вспучивающейся огнезащитной лентой, дверная коробка содержит по периметру стальной профиль, внутренние полости которого заполнены теплозвукоизолирующим негорючим материалом, уплотненный эластичной герметизирующей прокладкой и герметизирующим эластичным уплотнителем из огнестойкого материала, дверь выполнена со световым проемом, в котором герметично закреплен двухкамерный стеклопакет из триплекса, уплотненный с обеих сторон эластичным герметизирующим профилем, днище и наружные стенки рамы газотурбинной установки выполнены с полостями, заполненными теплозвукоизолирующим негорючим материалом, внутренняя полость силовых элементов стенок и крыши заполнена теплозвукоизолирующим негорючим материалом, рама кожуха снабжена по меньшей мере одним встроенным электронагревателем, П-образные опоры в частном случае могут быть выполнены с вырезами на стенке, толщина стенок и крыши кожуха, теплозвукоизолирующего негорючего материала в стенках и крыше составляет от 100 до 150 мм, кожух снабжен защитным утепленным шкафом для размещения шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки, установленным снаружи кожуха, защитный утепленный шкаф содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором и дверь(и), уплотненную(ые) морозостойкой резиной, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы, при этом защитный утепленный шкаф может быть выполнен без задней стенки, в этом случае его задней стенкой служит стенка кожуха, и в местах примыкания к стенке кожуха защитный утепленный шкаф уплотнен морозостойкой резиной, а стенка кожуха утеплена утеплителем с отражающим слоем. В частном случае выполнения полезной модели в шкафе средств измерений могут быть размещены приборы визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки. В частном случае выполнения полезной модели внешние цельные стальные листы стенок кожуха могут иметь с внутренней стороны ребра жесткости, жестко соединенные с силовыми элементами при помощи сварки, при этом ширина ребер жесткости меньше толщины теплозвукоизолирующего негорючего материала. Все сварные швы в кожухе выполнены сплошными, все проходы в кожухе выполнены герметичными.
Совокупность всех указанных признаков позволила создать конструкцию, которая обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки за счет расширения условий эксплуатации, в том числе для эксплуатации на открытом воздухе при экстремально низких температурах окружающего воздуха, в том числе за счет улучшения теплоизоляционных свойств и герметичности, сохранения необходимой температуры внутри кожуха при сохранении высокой прочности конструкции.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежом.
На фигуре 1 представлен общий вид кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки арктического исполнения в аксонометрической проекции, на фигуре 2 представлена рама газотурбинной установки в аксонометрической проекции с установленной на нее газотурбинной установкой и защитный утепленный шкаф для шкафа средств измерений (стенки и крыша кожуха условно не показаны), на фигуре 3 показана дверь кожуха, на фигуре 4 представлена дверная коробка, горизонтальный разрез, на фигуре 5 представлен вертикальный разрез кожуха, рама условно не показана, на фигуре 6 представлен горизонтальный разрез стены кожуха, на фигуре 7 представлен защитный утепленный шкаф шкафа средств измерений, где 1 - стенка кожуха, 2 - крыша кожуха, 3 - рама газотурбинной установки, служащая одновременно основанием (рамой) кожуха, 4 - защитный утепленный шкаф для шкафа средств измерений 24, 5 - электрический обогреватель рамы 3, 6 - газотурбинная установка, 7 - дверь, 8 - внешний цельный стальной лист, 9 - внутренний перфорированный стальной лист (перфорация не показана), 10 - силовой элемент, 11 - теплозвукоизолирующий материал, 12 - наружный корпус двери 7, 13 - внутренний перфорированный корпус двери 7, 14 - штанговый запор, 15 - «Антипаника», 16 - герметизирующая эластичная прокладка, 17 - герметизирующий эластичный уплотнитель из огнестойкого материала, 18 - двухкамерный стеклопакет из триплекса, 19 - герметизирующий эластичный профиль стеклопакета 18, 20 - П-образная опора, 21 - дверная коробка, 22 - профиль дверной коробки 21, 23 - ребро жесткости, 24 - шкаф средств измерений, 25 - электрический обогреватель защитного утепленного шкафа 4, 26 - утеплитель с отражающим слоем.
Заявляемое техническое решение кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки арктического исполнения может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования и технологий. При изготовлении кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки используются стандартные металлические конструкции, металлопрокат, теплоизоляционные и герметизирующие материалы и средства крепежа. В кожухе использованы электрические взрывозащищенные обогреватели типа НВЗ.0А220Т2-П1 для рамы, защитный утепленный шкаф производства НПО «РИЗУР» со встроенным обогревателем, выполненный во взрывозащищенном исполнении, оснащенный герметичным сальниковым кабельным вводом, шкаф средств измерений (шкаф датчиков), поставляемый с газотурбинным двигателем производства АО «ОДК-Авиадвигатель», в качестве теплозвукоизолирующего негорючего материала применена минеральная вата и маты из минеральной ваты, в том числе обшитые стеклотканью, в дверях и дверной коробке применены: уплотнитель силиконовый 483; уплотнитель огнестойкий Kimtec; уплотнитель силиконовый профильный 606-R, между стенками и рамой применен высокопористый силиконовый уплотнитель Stip-n-Stick 512AF, применен стандартный штанговый запор в искронедающем исполнении с замком «PUSH», снабженным «Антипаникой» собственного производства.
Авторами разработана конструкция кожуха теплозвукоизолирующего газотурбинной установки арктического исполнения, которая была успешно реализована для газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата ГПА-1001 «Иртыш» для Уренгойской ЗПКТ на производстве предприятия заявителя. Температура эксплуатации ГПА от минус 56 до плюс 34°C.