БЛОК НАГНЕТАНИЯ ВОЗДУХА ПОД КОЖУХ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГПА

Полезная модель относится к вентиляционной технике, а конкретнее - к приточным вентиляционным устройствам, в частности к устройствам нагнетания воздуха под кожух газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата или энергетической установки, в том числе для охлаждения газотурбинного двигателя.
В настоящее время широкое применение находят газоперекачивающие агрегаты (ГПА) и энергетические установки, использующие газотурбинные установки, включающие входное и выходное устройства и двигатель, размещаемые в специальном кожухе, который необходим для защиты от шума газотурбинной установки, а также для защиты установки от атмосферных воздействий. Такой агрегат описан, к примеру, в патенте на полезную модель RU №23639 (опубл. 27.06.2002) или в патенте на изобретение US №6082094 (опубл. 04.07.2000). При работе газотурбинный двигатель излучает тепло под кожух, это приводит к снижению эффективности работы двигателя, поэтому двигатель в таких кожухах должен охлаждаться, избыточное тепло должно отводиться из кожуха, перегрев двигателя ведет к аварийному останову ГПА или энергетической установки. Кроме того, в таких установках существует угроза взрыва и пожара из-за утечек газа, которые могут происходить под кожухом газотурбинной установки. В связи с этим, нормами безопасности, к примеру, ВРД 39-1.8-055-2002 ПАО «Газпром», предусмотрена принудительная вентиляция (продувка) кожуха газотурбинной установки, в том числе и при неработающем двигателе, например, при подготовке его к пуску.
Для вентиляции под кожухом газотурбинной установки применяются вытяжные вентиляторы, приточные вентиляторы или вентиляционные установки, вентиляционные системы.
Известны, к примеру, вентиляционные системы, использующие эффект эжекции выхлопными газами газотурбинной установки для вентиляции кожуха атмосферным воздухом, но такие системы ненадежны, к тому же они работают только при работающем двигателе, когда имеются выхлопные газы. Например, система вентиляции отсека газотурбинного двигателя контейнерного газоперекачивающего агрегата по патенту на полезную модель RU №40399 (опубл. 10.09.2004). Кроме того, такие системы не отвечают жестким требованиям нормативных документов Российской Федерации и ведомственным документам, например, ПАО «Газпром».
Известна система охлаждения газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата по патенту на изобретение RU №2267019 (опубл. 27.12.2005), содержащая воздухозаборник, осевой вентилятор, гибкую вставку-компенсатор и приводную заслонку с поворотными жалюзи, при этом вентилятор закреплен на крыше контейнера (ангара) ГПА, а жалюзийная заслонка - на теплозвукоизолирующем кожухе газотурбинного двигателя. Основным недостатком такой системы является отсутствие резервирования (поломка системы охлаждения приведет к аварийному останову ГПА), а также отсутствие защиты от пожара.
Известен также блок вентиляции по патенту на полезную модель RU №115843 (опубл. 10.05.2012) «Газоперекачивающий агрегат», содержащий блок-бокс (блок-контейнер), устанавливаемый на крыше турбоблока ГПА и подающий воздух под кожух газотурбинного двигателя. Такой блок-бокс имеет двери и внутреннее помещение для обслуживания установки блока вентиляции, оснащенное системами жизнеобеспечения - обогрева, вентиляции и освещения. Недостатком такого блока вентиляции являются большие размеры и масса.
Из этого же патента RU №115843 известен блок вентиляции в облегченном исполнении без блок-бокса с двумя параллельно установленными осевыми вентиляторами, общим конфузором, встроенным шумоглушителем, вентиляционным зонтом (погодным колпаком) с поворотными заслонками (жалюзи) с электроприводами. При этом общий для обоих вентиляторов конфузор выполнен с коробчатым корпусом (контейнером), на крыше которого раздельно, каждый в своем корпусе, установлены вентиляторы, над которыми установлен общий для обоих вентиляторов вентиляционный зонт с поворотными жалюзийными заслонками на входе каждого вентилятора, при этом блок вентиляции установлен на крыше контейнера турбоблока и связан с кожухом газотурбинного двигателя воздуховодом (фиг. 3, 4, 9, 26, 27 описания к патенту RU №115843). Это техническое решение принято за ближайший аналог заявляемой полезной модели. Это устройство имеет два вентилятора, один из который может быть рабочим, а другой резервным, вертикальное исполнение блока вентиляции позволяет уменьшить его размер, однако он все равно недостаточно компактен. Недостатком такого устройства являются большие размеры корпуса конфузора, самого конфузора, вентиляционного зонта. Большие размеры также обусловлены расположением каждого вентилятора в отдельном корпусе. Монтаж такого устройства из-за больших размеров, наличия нескольких отдельно монтируемых блоков - коробчатого корпуса с конфузором, вентиляторов в отдельных корпусах, вентиляционного зонта с заслонками - затруднен и занимает много времени. Из-за больших размеров такой блок вентиляции не может быть установлен непосредственно на крыше кожуха газотурбинной установки. Кроме того, такой блок вентиляции не защищен от вибрации, возникающей при работе вентиляторов, эта вибрация отрицательно влияет и на сам блок, и на газотурбинную установку. Блок вентиляции не имеет достаточной защиты от пожара, который может возникнуть под кожухом газотурбинной установки.
Перед авторами стояла задача создания компактной конструкции блока нагнетания воздуха под кожух газотурбинной установки ГПА с улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет обеспечения защиты от вибрации и пожара, а также за счет облегчения монтажа и уменьшения сроков монтажа. Предлагаемое устройство предназначено преимущественно для газоперекачивающего агрегата, однако оно может использоваться для энергетических установок с газотурбинными двигателями.
Для достижения указанного технического результата блок нагнетания воздуха под кожух газотурбинной установки ГПА (далее - блок нагнетания воздуха), содержащий последовательно сверху вниз вертикально установленные: вентиляционный зонт (погодный колпак); шумоглушитель; два параллельно установленных осевых вентилятора; и общий для обоих вентиляторов конфузор, размещен в едином корпусе, содержит общий для обоих вентиляторов диффузор, расположенный между вентиляционным зонтом и шумоглушителем, дополнительно оснащен гибкими вставками-компенсаторами, расположенными на входе и выходе каждого вентилятора, обратными клапанами для каждого вентилятора, размещенными перед конфузором после гибкой вставки-компенсатора на выходе вентилятора, содержит также гибкую вставку-компенсатор, расположенную после конфузора, и противопожарный клапан нормально открытый (огнезадерживающий) с электроприводом, расположенный после этой гибкой вставки-компенсатора перед входом в кожух газотурбинной установки.
Целесообразно выполнить корпус блока нагнетания воздуха каркасным, обшитым трехслойными звукоизоляционными панелями, целесообразно также выполнить панели съемными и/или открывающимися.
Целесообразно применить вентиляторы, клапаны обратные и противопожарный во взрывобезопасном исполнении.
Устройство работает следующим образом.
Размещение шумоглушителя, обоих вентиляторов, гибких вставок-компенсаторов, обратных и противопожарного клапана, конфузора и диффузора в едином корпусе позволяет значительно снизить размеры и массу блока нагнетания воздуха, повысить его компактность. Размещение обоих вентиляторов в одном корпусе позволяет применить меньший по размерам по сравнению с прототипом конфузор, шумоглушитель. Кроме того, общий диффузор позволяет установить на блок небольшой по размерам вентиляционный зонт. Диффузор служит для распределения потока воздуха на два вентилятора, при этом снижает скорость приточного воздуха и, соответственно, динамическое давление перед шумоглушителем и вентиляторами. Уменьшение скорости и динамического давления перед вентиляторами позволяет использовать вентиляторы с уменьшенным размером колеса, что, в свою очередь, способствует уменьшению габаритов устройства. Компактность позволяет разместить блок нагнетания воздуха непосредственно на крыше кожуха газотурбинной установки. В штатном режиме любой из двух вентиляторов подает воздух под кожух газотурбинной установки, второй остается в резерве. Если первый вентилятор выйдет из строя, в работу автоматически включается второй вентилятор. Регулирование подачи воздуха происходит за счет автоматического регулирования частоты вращения вентилятора системой управления. Это позволило отказаться от регулирующей количество подаваемого воздуха заслонки жалюзийной. Для перекрытия воздушного канала резервного (неработающего) вентилятора и предотвращения изменения направления потока воздуха применен обратный клапан, который автоматически открывается при подаче воздуха, при прекращении подачи воздуха он автоматически закрывается, при этом такой клапан не содержит привода, в отличие от регулирующей заслонки, и более компактен за счет отсутствия привода, а также пожаробезопасен, в том числе, благодаря взрывобезопасному исполнению, не допускающему образование искр при его работе. Гибкие вставки-компенсаторы позволяют снять вибрацию, возникающую от работы вентиляторов, а также уравновесить температурные расширения. Противопожарный клапан автоматически перекрывает воздушный канал блока нагнетания воздуха при пожаре, а работа вентиляторов останавливается благодаря автоматической системе управления их приводами, что не позволяет распространиться пожару. Взрывобезопасное исполнение вентиляторов и противопожарного клапана повышает их безопасность, в том числе защиту от пожара. Работой устройств блока нагнетания воздуха управляет автоматическая система управления, связанная с автоматической системой управления газотурбинной установки и ГПА. Каркасный корпус со съемными и/или открывающимися трехслойными звукоизоляционными панелями облегчает и ускоряет монтаж оборудования в процессе производства блока, а также облегчает его обслуживание при эксплуатации. Кроме того, единый корпус с трехслойными звукоизоляционными панелями лучше защищает размещенное внутри оборудование от воздействия окружающей среды, благодаря им блок нагнетания воздуха может работать при экстремально низких температурах - до минус 60°С и при жаре до плюс 40°С. Панели содержат с внешней стороны цельные стальные листы, с внутренней перфорированные стальные листы, между которыми проложен негорючий звукопоглощающий и теплоизолирующий материал, перфорация способствует снижению шума от блока нагнетания воздуха.
Благодаря компактным размерам блока нагнетания воздуха, он перевозится целиком собранным, в полной заводской готовности, легко и быстро монтируется. В остальном работа предлагаемого устройства схожа с работой прототипа.
Выполнение блока нагнетания воздуха, содержащего последовательно вертикально установленные: вентиляционный зонт; шумоглушитель; два параллельно установленных осевых вентилятора и общий для обоих вентиляторов конфузор, в едином корпусе, содержащим общий для обоих вентиляторов диффузор, расположенный между вентиляционным зонтом и шумоглушителем, оснащение блока нагнетания воздуха гибкими вставками-компенсаторами, расположенными на входе и выходе каждого вентилятора, обратными клапанами для каждого вентилятора, размещенными перед конфузором после гибкой вставки-компенсатора на выходе вентилятора, гибкой вставкой-компенсатором, расположенной после конфузора, и противопожарным клапаном нормально открытым с электроприводом, расположенным после этой гибкой вставки-компенсатора перед входом в кожух газотурбинной установки, выполнение корпуса блока нагнетания воздуха каркасным со съемными и/или открывающимися трехслойными звукоизоляционными панелями, применение вентиляторов, клапанов обратных и противопожарного во взрывобезопасном исполнении обеспечивает компактную конструкцию блока нагнетания воздуха под кожух газотурбинной установки ГПА с улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет обеспечения защиты от вибрации и пожара, а также за счет облегчения монтажа и уменьшения сроков монтажа.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид газотурбинной установки с предлагаемым блоком нагнетания воздуха, на фиг. 2 представлен общий вид блока нагнетания воздуха (вентиляционный зонт условно не показан), на фиг. 3 - то же, что и на фиг. 2 в аксонометрической проекции, на фиг. 4 представлена пневматическая схема блока нагнетания воздуха, где 1 - кожух газотурбинной установки, 2 - блок нагнетания воздуха, 3 - вентиляционный зонт, 4 - воздуховоды для удаления нагнетаемого воздуха из-под кожуха газотурбинной установки 1, 5 - корпус блока нагнетания воздуха 2, 6 - диффузор, 7 - шумоглушитель, 8 - гибкая вставка-компенсатор, 9 - вентилятор, 10 - конфузор, 11 - противопожарный клапан, 12 - электропривод противопожарного клапана 11, 13 - каркас корпуса 5, 14 - трехслойная звукоизоляционная панель, 15 - обратный клапан. В конкретном показанном на фигурах примере воплощения полезной модели блок нагнетания воздуха 2 размещен непосредственно на крыше кожуха газотурбинной установки 1, однако он может быть размещен иначе и может быть связан с кожухом газотурбинной установки 1 воздуховодом. Корпус 5 блока нагнетания воздуха 2 имеет силовой каркас 13, на котором устанавливается оборудование, а также наружные трехслойные звукоизоляционные панели 14, панели 14 закрепляются на каркасе 13 при помощи съемных фиксаторов и/или на петлях и имеют замки. Соединения в каркасе 13 выполняются при помощи сварки или при помощи жестких разъемных соединений, например, болтовых. Корпус 5 оснащен петлями для грузозахватных приспособлений. В конкретном показанном примере противопожарный клапан 11 оснащен двумя электроприводами 12. Так как в показанном примере блок нагнетания воздуха 2 установлен непосредственно на крышу кожуха газотурбинной установки 1, в нижней части корпуса 5 (на выходе противопожарного клапана) имеется фланец, а на крыше кожуха газотурбинной установки 1 - ответный фланец (не показаны).
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что блок нагнетания воздуха размещен в едином корпусе, содержит общий диффузор, размещенный между вентиляционным зонтом и шумоглушителем, оснащен гибкими вставками-компенсаторами, расположенными на входе и выходе каждого вентилятора, обратными клапанами для каждого вентилятора, размещенными перед конфузором после гибкой вставки-компенсатора на выходе вентилятора, содержит также гибкую вставку-компенсатор, расположенную после конфузора, и противопожарный клапан нормально открытый с электроприводом, расположенный после этой гибкой вставки-компенсатора перед входом в кожух газотурбинной установки. В частном случае выполнения полезной модели корпус блока нагнетания воздуха может быть выполнен каркасным со звукоизоляционными панелями съемными и/или открывающимися, в другом случае могут быть применены вентиляторы, клапаны обратные и противопожарный во взрывобезопасном исполнении.
Совокупность всех указанных существенных признаков позволила создать компактную конструкцию блока нагнетания воздуха под кожух газотурбинной установки ГПА, обеспечивающую улучшенные по сравнению с прототипом эксплуатационные характеристики за счет обеспечения защиты от вибрации и пожара, а также за счет облегчения монтажа и уменьшения сроков монтажа.
Заявляемое техническое решение блока нагнетания воздуха может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий. Блок нагнетания воздуха собирается из стандартного электротехнического, вентиляционного оборудования и приборов, применяются стандартные средства регулирования, контроля и автоматики, при его изготовлении используются стандартные металлические конструкции, металлопрокат, строительные материалы. В реализованном блоке нагнетания воздуха были применены вентиляторы осевые взрывозащищенные типа FTDE производства ЗАО «Лада-Флект», клапаны обратные взрывозащищенные типа АЗЕ производства ООО «Феррум» и противопожарный нормально открытый взрывобезопасный огнезадерживающий клапан АЗЕ-МФ (90)-В-4,0-НО производства ООО «Феррум», гибкие вставки-компенсаторы типа FTDZ производства ЗАО «Лада-Флект».
Авторами разработана конструкция блока нагнетания воздуха под кожух газотурбинной установки ГПА, которая успешно реализована в блоке для нагнетания воздуха и охлаждения газотурбинного двигателя газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата ГПА-1001 «Иртыш».