Газоперекачивающий агрегат (ГПА), тракт всасывания воздуха ГПА, воздуховод тракта всасывания ГПА, камера всасывания воздуха ГПА (варианты)
GAS-PUMPING UNIT (GPU), GPU AIR SUCTION PATH, GPU SUCTION AIR DUCT, GPU AIR SUCTION CHAMBER (VARIANTS)

Группа изобретений относится к области двигателестроения, а именно, к конструкциям составляющих тракта всасывания воздуха газоперекачивающих агрегатов (ГПА), содержащих газотурбинный двигатель (ГТД) в составе газотурбинных установок (ГТУ), и может быть использовано на компрессорных станциях нефтегазовой и энергетической промышленности.
Из существующего уровня техники известен газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель, включающий газогенератор и турбину, расположенные на общей подмоторной раме. ГПА содержит тракт всасывания воздуха с воздуховодами и камерой всасывания, входное устройство для подачи воздушного потока из камеры всасывания на вход двигателя, выхлопную систему с трактом выхлопа для удаления продуктов сгорания. Выхлопная система выполнена с возможностью установки утилизационного теплообменника. Система охлаждения газотурбинной установки выполнена с возможностью принудительной подачи атмосферного воздуха под защитный кожух (RU 2403416 С1, опубл. 10.11.2010).
Известен газоперекачивающий агрегат, содержащий ГТД с входным устройством и центробежный компрессор для сжатия газа, КВОУ, выхлопную систему с выхлопной шахтой для удаления продуктов сгорания. ГТД вместе с входным устройством расположен на общей фундаментной раме. Система охлаждения ГТД выполнена с возможностью обеспечения регулирования количества охлаждающего воздуха. Выхлопная шахта выполнена с возможностью установки утилизационного теплообменника и оснащена погодным колпаком (зонтом) (RU 115843 U1, опубл. 10.05.2012).
Известен тракт всасывания воздуха ГПА с ГТД с воздухозаборной системой, которая содержит воздухоочистительное устройство и камеру всасывания. Камера всасывания выполнена в виде изогнутого патрубка. Патрубок одним концом связан с воздухоочистительным устройством и другим концом - с газовоздушным трактом ГТД (RU 2266415 С1, опубл. 10.12.2005).
Известен входной тракт ГДТ, который содержит опору, воздухоочистительное устройство и воздуховод, выполненный с возможностью поворота рабочей среды (RU 2246901 С1, опубл. 20.08.2011).
Недостатком известных решений является относительно невысокая эффективность, надежность и долговечность работы ГПА, неадаптированность конкретно к техническим решениям двухвального, двухконтурного ГТД, сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД и ресурса ГПА с одновременным повышением компактности входящих в ГПА сборочных единиц и деталей, в том числе недостаточной проработанности тракта всасывания воздуха для подачи рабочего тела в камеру всасывания ГПА, что в конечном итоге снижает эксплуатационную надежность и ресурс работы как ГТУ, так и ГПА в целом.
Задача, решаемая группой изобретений, заключается в повышении КПД, эксплуатационной надежности и ресурса работы ГПА для транспортировки газа и газотурбинной станции.
в.в.
Поставленная задача решается тем, что газоперекачивающий агрегат компрессорной станции (КС), согласно изобретению, содержит последовательно сообщенные по рабочему телу: тракт всасывания воздуха, включающий комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ), всасывающий воздуховод и камеру всасывания воздуха; газотурбинную установку (ГТУ) ГПА, содержащую входное устройство (ВУ) в виде соосной с осью двигателя трубы для подачи воздуха из камеры всасывания на вход в двухвальный двухконтурный газотурбинный двигатель (ГТД), в который входят модуль газогенератора (ГГ), включающий в качестве функциональных узлов компрессоры низкого и высокого давления (КНД и КВД), камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления (ТНД и ТВД) и газодинамически связанный с модулем ГГ модуль силовой турбины (СТ), которая выполнена осевой, имеет корпус с многоступенчатым сопловым аппаратом и вал ротора с рабочими колесами ступеней СТ, имеющими лопаточные венцы, газодинамически сообщенные с потоком рабочего тела; причем воздуховод тракта всасывания воздуха выполнен в виде составной цилиндрической трубы с полнопроходным сечением проточной части, соединяющей КВОУ с входным устройством ГТД, и состоит из основного горизонтального и переходного участков трубы и двух оголовков, при этом первый оголовок воздуховода установлен на входе в воздуховод, наделен функцией переходной камеры и имеет форму усеченного параллелепипеда, входная вертикально ориентированная грань которого сообщена на проток с КВОУ, усеченная скошенная грань параллелепипеда наделена функцией изменения направления потока рабочего тела, а нижняя выходная грань сообщена с переходным участком трубы воздуховода, выполненным с криволинейной в условной вертикальной плоскости осью, очерченной радиусом не менее проходного диаметра трубы воздуховода с понижением к горизонтальному участку воздуховода на перепад высот ΔН между осью входной грани первого оголовка и осью горизонтального участка трубы воздуховода, удовлетворяющий условию
в.в.
т.в.в.
т.в.в.
ΔН>1,8⋅D, где D - диаметр трубы воздуховода;
а второй оголовок установлен на выходе из горизонтальной трубы воздуховода и выполнен совмещенным на проток с двухсекционной камерой всасывания, состоящей из нижней приемной и сообщенной с ней через аэропрозрачный пол-перекрытие верхней секций, при этом верхняя секция размещена в высотном диапазоне над трубой воздуховода и на выходе сообщена с входным устройством ГТД, выполненным в виде трубы, оснащенной входным насадком с заведенным в верхнюю секцию камеры всасывания раструбом и выполненным в продольном осевом сечении в форме лемнискаты с наибольшим входным граничным сечением в плоскости, нормальной к оси двигателя, не менее чем в 1,65 раза превышающем промежуточное рабочее сечение трубы входного устройства.
ву
ву
п.с.
п.c.
При этом узел КВОУ тракта всасывания воздуха может включать последовательно расположенные в корпусе по потоку рабочего тела воздухозаборник с горизонтальным, открытым снизу проемом и защитным козырьком, следующие за ним вертикально ориентированные аэропрозрачные панели, включая панель противообледенительной системы (ПОС), противошумную панель с элементами шумоглушения, улавливающую механические частицы сетчатую панель, циклонную панель инерционного фильтрования воздуха, панель тканевых фильтров, систему удаления пыли, а на выходе байпасные клапаны и фланец разъемного герметичного соединения с всасывающим воздуховодом; при этом переходной участок трубы воздуховода сообщен через переходную камеру первого оголовка по рабочему телу с КВОУ и выполнен составным из фрагментов цилиндрической оболочки трубы, косоусеченных относительно средней условной плоскости, нормальной к оси фрагмента, кроме того переходной участок трубы снабжен выполненным внутри проточной части воздуховода трапом, обеспечивающем возможность осмотра состояния трубы и при необходимости выполнения работ внутри трубы в процессе эксплуатации ГПА, а входное устройство ГТД расположено с осевым превышением на перепад высот ΔН над осью расположенного ниже горизонтального участка воздуховода, удовлетворяющий условию ΔН≥0,9⋅D, где D - диаметр проходного сечения трубы нижнего горизонтального участка воздуховода тракта всасывания, причем КВОУ с примыкающей к нему входной частью воздуховода тракта всасывания размещен на открытой площадке за пределами здания КС, установлен на специально оборудованной металлической конструкции с площадками для обслуживания и выполнения работ в процессе эксплуатации ГПА, кроме того ГТД и все управляемые узлы ГПА выполнены командно и сервисно подчиненными системе автоматического управления и регулирования (САУиР).
в.в.
Поставленная задача в части тракта всасывания воздуха ГПА компрессорной станции решается тем, что тракт всасывания, согласно изобретению, содержит последовательно сообщенные по потоку рабочего тела узел КВОУ, всасывающий воздуховод и камеру всасывания воздуха, при этом узел КВОУ включает воздухозаборник с горизонтальным, открытым снизу проемом и защитным козырьком, следующие за ним вертикально ориентированные аэропрозрачные панели, в состав которых входят панель ПОС, противошумная панель с элементами шумоглушения, улавливающая механические частицы сетчатая панель, циклонная панель инерционного фильтрования воздуха, панель тканевых фильтров, кроме того узел КВОУ содержит систему удаления пыли, включающую воздухозаборное устройство, воздуховод отсоса пыли и, по меньшей мере, один вытяжной вентилятор, а на выходе КВОУ наделено байпасными клапанами и фланцем разъемного герметичного соединения со всасывающим воздуховодом, причем воздуховод тракта всасывания воздуха выполнен в виде составной цилиндрической трубы с полнопроходным сечением проточной части, соединяющей КВОУ с входным устройством ГТД, и состоит из основного горизонтального и переходного участков трубы и двух оголовков, при этом первый оголовок воздуховода установлен на входе в воздуховод, наделен функцией переходной камеры и имеет форму усеченного параллелепипеда, входная вертикально ориентированная грань которого сообщена на проток с КВОУ, усеченная скошенная грань параллелепипеда наделена функцией изменения направления потока рабочего тела, а нижняя выходная грань сообщена с переходным участком трубы воздуховода, выполненным с криволинейной в условной вертикальной плоскости осью, очерченной радиусом не менее проходного диаметра трубы воздуховода с понижением к горизонтальному участку воздуховода на перепад высот ΔН между осью входной грани первого оголовка и осью горизонтального участка трубы воздуховода, удовлетворяющий условию
в.в.
т.в.в.
т.в.в.
ΔН>1,8⋅D, где D - диаметр трубы воздуховода;
а.п.
а второй оголовок установлен на выходе из горизонтальной трубы воздуховода и выполнен совмещенным на проток с двухсекционной камерой всасывания, состоящей из нижней приемной и сообщенной с ней через аэропрозрачный пол-перекрытие верхней секций, размещенной в высотном диапазоне над трубой всасывающего воздуховода, причем панель пола-перекрытия выполнена в виде решетки с коэффициентом аэродинамической прозрачности К панели пола, удовлетворяющем условию
о.п.п.
где F - общая площадь поперечного сечения проточной части пола на уровне перекрытия между нижней и верхней секциями камеры всасывания;
з.п.п.
F - то же, площадь затенения проточной части;
вх.н.
min
п.ч..
вх.н.
min
п.ч.
кроме того верхняя секция на выходе сообщена с приемной частью входного устройства ГТД, выполненного в виде трубы с входным насадком в форме лемнискаты, заведенным раструбом в верхнюю секцию камеры всасывания не менее чем на осевую длину ΔL>0,3⋅D, где ΔL - длина участка входного насадка трубы ВУ, заведенного в камеру всасывания; D - минимальный диаметр проточной части входного насадка и трубы ВУ.
ву
ву
п.c.
п.с.
При этом переходной участок трубы воздуховода может быть сообщен через переходную камеру первого оголовка по рабочему телу с КВОУ и выполнен составным из фрагментов цилиндрической оболочки трубы, косоусеченных относительно средней условной плоскости, нормальной к оси фрагмента, кроме того переходной участок трубы снабжен выполненным внутри проточной части воздуховода трапом, обеспечивающем возможность осмотра состояния трубы и при необходимости выполнения работ внутри трубы в процессе эксплуатации ГПА, а входное устройство ГТД расположено с осевым превышением на перепад высот ΔН над осью расположенного ниже горизонтального участка воздуховода, удовлетворяющий условию ΔН≥0,9⋅D, где D - диаметр проходного сечения трубы нижнего горизонтального участка воздуховода тракта всасывания, при этом КВОУ с примыкающей к нему входной частью воздуховода тракта всасывания размещен на открытой площадке за пределами здания КС, установлен на специально оборудованной металлической конструкции с площадками для обслуживания и выполнения работ в процессе эксплуатации ГПА, кроме того ГТД и все управляемые узлы ГПА выполнены командно и сервисно подчиненными САУиР.
в.в.
в.в.
Поставленная задача в части воздуховода тракта всасывания ГПА компрессорной станции решается тем, что воздуховод, согласно изобретению, выполнен в виде составной цилиндрической трубы с полнопроходным сечением проточной части, соединяющей КВОУ с входным устройством ГТД, и состоит из основного горизонтального участка трубы, переходного участка и двух оголовков, первый из которых установлен на входе в воздуховод, а второй - на выходе из горизонтальной трубы воздуховода и выполнен совмещенным на проток с двухсекционной камерой всасывания, состоящей из нижней приемной и сообщенной с ней через несущий аэропрозрачный пол-перекрытие верхней секции, размещенной в высотном диапазоне над трубой воздуховода, причем первый оголовок наделен функцией переходной камеры и имеет форму усеченного параллелепипеда, входная вертикальная грань которого сообщена на проток с КВОУ, усеченная скошенная грань параллелепипеда наделена функцией изменения направления потока рабочего тела, изменяющего направление на угол α≥(π/2), а нижняя выходная грань сообщена с переходным участком трубы воздуховода, выполненным с криволинейной в условной вертикальной плоскости осью, очерченной радиусом не менее проходного диаметра трубы воздуховода с понижением к горизонтальному участку воздуховода на перепад высот ΔН между осью входной грани первого оголовка и осью горизонтального участка трубы воздуховода, удовлетворяющий условию
в.в
т.в.в.
т.в.в.
ΔН>1,8⋅D, где D - диаметр трубы воздуховода;
при этом переходной участок трубы воздуховода выполнен составным из фрагментов цилиндрической оболочки трубы, дважды симметрично косоусеченных относительно средней условной плоскости, нормальной к оси фрагмента, а ось воздуховода в пределах переходного участка выполнена ломаной по числу образующих его фрагментов трубы, либо аппроксимировано криволинейной, описывающей в условной вертикальной плоскости вершины излома отрезков осей состыкованных фрагментов трубы радиусом не менее проходного диаметра трубы воздуховода, ниспадающей до сопряжения с осью горизонтального участка воздуховода.
При этом горизонтальный участок трубы воздуховода может быть оперт на стойку-подставку, снабженную узлом опоры качения, и дополнительно может быть снабжен хомутом с возможностью подвески к опорной конструкции КС, а переходной участок трубы воздуховода снабжен выполненным внутри проточной части воздуховода трапом, обеспечивающем возможность осмотра состояния трубы и при необходимости выполнения работ внутри трубы в процессе эксплуатации ГПА, при этом узел соединения горизонтального участка с переходным участком воздуховода наделен сильфонным компенсатором для гашения взаимных перемещений составных частей воздуховода, кроме того для обеспечения тепло- и шумоизоляции всасывающий воздуховод обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой.
а.п.п.
Поставленная задача в части камеры всасывания воздуха тракта всасывания ГПА компрессорной станции решается тем, что камера всасывания воздуха, согласно изобретению, выполнена двухсекционной, состоящей из нижней приемной и сообщенной с ней через аэропрозрачный пол-перекрытие верхней секции, размещенной в высотном диапазоне над трубой всасывающего воздуховода, причем нижняя приемная секция камеры всасывания выполнена в виде продольно ориентированного лотка, днище и боковые стенки которого объединены в моноэлемент составной дугообразной формы в поперечном сечении с вершиной, обращенной вниз, включает нижнюю криволинейную часть, очерченную постоянным или переменным радиусом, превышающим в точке минимального удаления от трубы воздуховода не менее чем на 15% радиус последней, и обрамлена по продольным торцам плоскими, наклонно расходящимися кверху пластинами до примыкания к продольным торцам аэропрозрачного перекрытия, при этом оболочка лотка нижней секции наделена двумя поперечными торцевыми диафрагмами, одна из которых фронтальная выполнена входной по потоку рабочего тела, снабжена сквозным отверстием с диаметром, равным диаметру трубы воздуховода, и усилена герметично соединенным с ней патрубком с параметрами трубы последнего, а вторая диафрагма - тыльная выполнена глухой, причем аэропрозрачное перекрытие выполнено панельным с полом верхней секции камеры в виде решетки с шагом перекрестных несущих элементов, создающим затенение потока и имеющим коэффициент аэродинамической прозрачности К панели пола, удовлетворяющем условию
о.п.п.
где F - общая площадь поперечного сечения проточной части пола на уровне перекрытия между нижней и верхней секциями камеры всасывания;
з.п.п.
F - то же, площадь затенения проточной части;
ву
ву
ву
ву
при этом нижняя секция камеры всасывания на входе соосно на проток сообщена с горизонтальным участком трубы воздуховода, а верхняя секция на выходе сообщена с приемной частью входного устройства ГТД, выполненного в виде трубы с раструбом в форме лемнискаты, заведенным в камеру всасывания, не менее чем на осевую длину ΔL>0,3⋅D, где L - длина трубы входного устройства, D - диаметр проточной части трубы входного устройства, для чего в верхней секции камеры всасывания установлена раздвижная листовая створка прямоугольной формы, состоящая из двух половинок с центральным отверстием для прохода раструба трубы входного устройства.
При этом нижняя секция камеры понизу может быть снабжена боковыми опорными лапами, разъемно опертыми с образованием осевого излома на вертикальные или наклонные стойки с образованием поперечной опорной базы камеры, при этом опорные лапы выполнены коробчатыми с образованием прерывистого криволинейно вогнутого ложемента, кривизна верхней поверхности опорных участков которого выполнена конгруэнтной кривизне ответных опорных участков оболочки корпуса нижней секции камеры, кроме того лоток нижней секции камеры всасывания воздуха снабжен аэродинамическим экраном, изменяющим направление потока рабочего тела, и наделен функцией поперечного силового элемента, обеспечивающего пространственную жесткость нижней секции и в целом камеры всасывания воздуха, а верхняя и нижняя секции камеры всасывания герметично соединены крепежными элементами через фланцы, между которыми установлен фланец решетки аэропрозрачного перекрытия, кроме того корпус камеры всасывания выполнен сварной конструкции, состоящий из каркаса с внутренней и наружной обшивками, пространство между которыми заполнено тепло- и шумоизолирующим материалом.
а.п.п.
Поставленная задача в части камеры всасывания воздуха тракта всасывания ГПА компрессорной станции по второму варианту решается тем, камера всасывания, согласно изобретению, выполнена двухсекционной, состоящей из нижней приемной секцией, сообщенной на входе соосно на проток с горизонтальным участком трубы воздуховода и через аэропрозрачный пол-перекрытие с верхней секции, размещенной в высотном диапазоне над трубой воздуховода, причем нижняя приемная секция камеры всасывания выполнена в виде продольно ориентированного лотка, днище и боковые стенки которого объединены в моноэлемент составной дугообразной формы, представляющей фрагмент цилиндрической оболочки переменного радиуса в поперечном сечении, имеющей конфигурацию кривой второго порядка с вершиной, обращенной вниз и расходящимися кверху пластинами до примыкания к продольным торцам аэродинамически прозрачного перекрытия, при этом аэропрозрачное перекрытие выполнено панельным с полом верхней секции камеры в виде решетки с шагом перекрестных несущих элементов, создающим затенение потока и имеющим коэффициент аэродинамической прозрачности К пола, удовлетворяющий условию
o.п.п.
где F - общая площадь поперечного сечения проточной части пола на уровне перекрытия между нижней и верхней секциями камеры всасывания;
з.п.п.
F - то же, площадь затенения проточной части;
пов.
о.б.
кроме того лоток нижней секции камеры всасывания воздуха снабжен аэродинамическим экраном, изменяющим направление потока рабочего тела на угол α≤π/2, и наделен функцией поперечного силового элемента, обеспечивающего пространственную жесткость нижней секции и в целом камеры всасывания воздуха, при этом нижняя секция камеры всасывания имеет проточную часть, расширяющуюся по ходу потока рабочего тела от входа до выхода в верхнюю секцию с общим коэффициентом диффузорности не менее 1,5, причем нижняя секция камеры понизу снабжена боковыми опорными лапами, разъемно опертыми с образованием осевого излома на вертикальные или наклонные стойки с образованием поперечной опорной базы камеры шириной В, превышающей диаметр трубы всасывающего воздуховода не менее чем в 1,4 раза, при этом опорные лапы выполнены коробчатыми с образованием прерывистого криволинейно вогнутого ложемента, кривизна верхней поверхности опорных участков которого выполнена конгруэнтной кривизне ответных опорных участков оболочки корпуса нижней секции камеры.
ву
ву
ву
ву
При этом корпус камеры всасывания может быть выполнен сварной конструкции, состоящий из каркаса с внутренней и наружной обшивками, пространство между которыми заполнено тепло- и шумоизолирующим материалом, а верхняя секция камеры на выходе может быть сообщена с приемной частью входного устройства ГТД, выполненного в виде трубы с раструбом в форме лемнискаты, заведенным в камеру всасывания, не менее чем на осевую длину ΔL>0,3⋅D, где L - длина трубы входного устройства, D - диаметр проточной части трубы входного устройства, для чего в верхней секции камеры всасывания для прохода раструба трубы ВУ установлена раздвижная листовая створка прямоугольной формы, состоящая из двух половинок с центральным отверстием.
Технический результат, достигаемый группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в повышении КПД, эксплуатационной надежности и ресурса работы ГПА за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров входящих в тракт всасывания функциональных узлов, обеспечивающих подачу воздушного потока из КВОУ в камеру всасывания ГПА с минимальными гидравлическими потерями, в улучшении технологичности сборки составных частей тракта всасывания с возможностью компенсации взаимных перемещений воздуховодов, а также в повышении тепло- и шумоизоляции составляющих тракта всасывания. Предлагаемая в изобретении камера всасывания для подвода потока воздуха из тракта всасывания во входной устройство ГПА выполнена двухсекционной с возможностью первичного выравнивания параметров воздушного потока в нижней приемной секции и дополнительной его фильтрации в верхней секции от посторонних частиц, которые могут появиться в камере всасывания и в тракте всасывания во время монтажно-ремонтных работ или проведения ТО, чем также достигают повышении надежности, долговечности и ресурса работы функциональных узлов тракта и ГПА в целом.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен газоперекачивающий агрегат с трактом всасывания воздуха, вид сбоку;
на фиг. 2 - тракт всасывания воздуха, вид сбоку;
на фиг. 3 - камера всасывания воздуха, вид сбоку с частичным разрезом;
на фиг. 4 - камера всасывания воздуха, вид по А на фиг. 2, со стороны воздуховода тракта всасывания;
на фиг. 5 - камера всасывания воздуха, вид по Б на фиг. 2, со стороны входного устройства ГДТ.
Газоперекачивающий агрегат компрессорной станции содержит последовательно сообщенные по рабочему телу тракт всасывания воздуха и газотурбинную установку ГПА.
Тракт всасывания воздуха включает комплексное воздухоочистительное устройство КВОУ-1, всасывающий воздуховод 2 и камеру 3 всасывания воздуха.
Газотурбинная установка ГПА содержит входное устройство ВУ-4 в виде соосной с осью двигателя трубы для подачи воздуха из камеры всасывания на вход в двухвальный двухконтурный газотурбинный двигатель 5, в который входят модули газогенератора ГГ-6 и силовой турбины СТ-7. Модуль ГГ-6 включает в качестве функциональных узлов КНД и КВД, камеру сгорания, ТНД, связанную валом ротора низкого давления с КНД и ТВД, объединенную соосным валом ротора высокого давления с КВД. Модуль СТ-7 газодинамически связан с модулем ГГ-6. СТ-7 выполнена осевой, имеет корпус с многоступенчатым сопловым аппаратом и вал ротора с рабочими колесами ступеней СТ, имеющими лопаточные венцы, газодинамически сообщенные с потоком рабочего тела.
Воздуховод 2 тракта всасывания воздуха выполнен в виде составной цилиндрической трубы с полнопроходным сечением проточной части, соединяющей КВОУ-1 с входным устройством ВУ-4 двигателя 5. Воздуховод 2 состоит из основного горизонтального участка 8 и переходного участка 9 трубы и двух оголовков 10, 11.
в.в.
в.в.
Первый оголовок 10 воздуховода 2 установлен на входе в воздуховод и наделен функцией переходной камеры. Оголовок 10 воздуховода 2 имеет форму усеченного параллелепипеда. Входная вертикально ориентированная грань 12 параллелепипеда сообщена на проток с КВОУ-1. Усеченная скошенная грань 13 наделена функцией изменения направления потока рабочего тела, изменяющего направление на угол α≥(π/2). Нижняя выходная грань 14 параллелепипеда сообщена с переходным участком 9 трубы воздуховода 2. Переходный участок 9 выполнен с криволинейной в условной вертикальной плоскости осью 15, очерченной радиусом не менее проходного диаметра трубы воздуховода 2 с понижением к горизонтальному участку 8 воздуховода 2 на перепад высот ΔН между осью 16 входной грани 12 первого оголовка 10 и осью 17 горизонтального участка 8 трубы воздуховода, удовлетворяющий условию
в.в.
т.в.в.
т.в.в.
ΔН>1,8⋅D, где D - диаметр трубы воздуховода.
Второй оголовок 11 установлен на выходе из горизонтального участка 8 трубы воздуховода 2 и выполнен совмещенным на проток с камерой 3 всасывания. Камера 3 всасывания выполнена двухсекционной, состоящей из нижней приемной секции 18 и сообщенной с ней через аэропрозрачный пол-перекрытие 19 верхней секции 20.
Переходной участок 9 трубы воздуховода 2 сообщен через переходную камеру первого оголовка 10 по рабочему телу с КВОУ-1. Переходной участок 9 трубы воздуховода 2 выполнен составным из фрагментов цилиндрической оболочки трубы, дважды симметрично косоусеченных относительно средней условной плоскости, нормальной к оси фрагмента. Ось 15 воздуховода 2 в пределах переходного участка 9 выполнена ломаной по числу образующих его фрагментов трубы, либо аппроксимировано криволинейной, описывающей в условной вертикальной плоскости вершины излома отрезков осей состыкованных фрагментов трубы радиусом не менее проходного диаметра трубы воздуховода, ниспадающей до сопряжения с осью 16 горизонтального участка 8 воздуховода 2.
ву
ву
п.c.
п.c.
Верхняя секция 20 камеры 3 размещена в высотном диапазоне над горизонтальным участком 8 трубы воздуховода 2 и на выходе сообщена с ВУ-4 двигателя 5. ВУ-4 выполнено в виде трубы 21, оснащенной входным насадком 22 с заведенным в верхнюю секцию 20 камеры 3 всасывания раструбом. Раструб входного насадка 22 трубы ВУ-4 выполнен в продольном осевом сечении в форме лемнискаты с наибольшим входным граничным сечением в плоскости, нормальной к оси 23 двигателя, не менее чем в 1,65 раза превышающем промежуточное рабочее сечение трубы 21 ВУ-4. Труба ВУ-4 двигателя 5 расположена с осевым превышением на перепад высот ΔН над осью 17 расположенного ниже горизонтального участка 8 трубы воздуховода 2, удовлетворяющий условию ΔН≥0,9⋅D, где D - диаметр проходного сечения трубы горизонтального участка 8 воздуховода тракта всасывания.
Горизонтальный участок 8 трубы воздуховода 2 оперт на стойку-подставку 24, снабженную узлом опоры качения 25, и дополнительно снабжен хомутом 26 с возможностью подвески к опорной конструкции КС. Переходной участок 9 трубы снабжен выполненным внутри проточной части воздуховода трапом 27, обеспечивающем возможность осмотра состояния трубы и при необходимости выполнения работ внутри трубы в процессе эксплуатации ГПА. Узел соединения горизонтального участка 8 с переходным участком 9 трубы воздуховода 2 наделен сильфонным компенсатором 28 для гашения взаимных перемещений составных частей воздуховода. Для обеспечения тепло- и шумоизоляции всасывающий воздуховод обмотан шумоизолирующим материалом типа войлока и алюминиевой фольгой, который закреплены на воздуховоде посредством крепежных элементов.
Узел КВОУ-1 тракта всасывания воздуха включает последовательно расположенные в корпусе по потоку рабочего тела воздухозаборник 29 с горизонтальным, открытым снизу проемом и защитным козырьком 30, следующие за ним вертикально ориентированные аэропрозрачные панели, в которых последовательно размещены панель 31 противообледенительной системы (ПОС), противошумную панель 32 с элементами шумоглушения, улавливающую механические частицы сетчатую перегородку 33, циклонную панель 34 инерционного фильтрования воздуха, панель 35 тканевых фильтров, систему 36 удаления пыли. На выходе КВОУ-1 содержит байпасные клапаны и фланец (на чертежах не показано) разъемного герметичного соединения с всасывающим воздуховодом 2.
КВОУ-1 с примыкающим к нему входной частью воздуховода 2 тракта всасывания размещен на открытой площадке за пределами здания 37 КС. КВОУ-1 установлен на специально оборудованной металлической конструкции 38 с площадками 39 для обслуживания и выполнения работ в процессе эксплуатации ГПА,
ГТД и все управляемые узлы ГПА выполнены командно и сервисно подчиненными системе автоматического управления и регулирования (САУиР).
Камера 3 всасывания воздуха тракта всасывания ГПА в вариантном исполнении выполнена двухсекционной, состоящей из нижней приемной секции 18 и сообщенной с ней через аэропрозрачный пол-перекрытие 19 верхней секции 20.
Нижняя приемная секция 18 камеры 3 всасывания выполнена в виде продольно ориентированного лотка. Днище и боковые стенки лотка объединены в моноэлемент, составной дугообразной формы, представляющей фрагмент цилиндрической оболочки переменного радиуса в поперечном сечении, имеющей конфигурацию кривой второго порядка с вершиной, обращенной вниз. Нижняя криволинейная часть 40 лотка (днище) очерчена постоянным или переменным радиусом, превышающем в точке минимального удаления от трубы воздуховода 2 не менее чем на 15% радиус последней. Нижняя часть 40 лотка обрамлена по продольным торцам плоскими, наклонно расходящимися кверху пластинами 41 до примыкания к продольным торцам аэропрозрачного пола-перекрытия 19. Нижняя секция 18 камеры 3 всасывания на входе соосно на проток сообщена с горизонтальным участком 8 трубы воздуховода 2. Оболочка лотка нижней секции 18 наделена двумя поперечными торцевыми диафрагмами. Фронтальная диафрагма 42 выполнена входной по потоку рабочего тела, снабжена сквозным отверстием 43 с диаметром, равным диаметру трубы воздуховода 5 и усилена герметично соединенным с ней патрубком с параметрами трубы последнего. Вторая диафрагма 44 - тыльная выполнена глухой.
а.п.
Аэропрозрачное перекрытие 19 выполнено панельным с полом верхней секции 20 камеры 3 в виде решетки с шагом перекрестных несущих элементов, создающим затенение потока и имеющим коэффициент аэродинамической прозрачности К панели пола, удовлетворяющем условию
о.п.п.
где F - общая площадь поперечного сечения проточной части пола на уровне перекрытия между нижней и верхней секциями камеры всасывания;
з.п.п.
F - то же, площадь затенения проточной части.
ву
ву
ву
ву
Верхняя секция 20 на выходе сообщена с приемной частью ВУ-4 двигателя 5, выполненного в виде трубы 21 раструбом 22 в форме лемнискаты, заведенным в камеру 3 всасывания, не менее чем на осевую длину ΔL>0,3⋅D, где L - длина трубы входного устройства, D - диаметр проточной части трубы входного устройства. Для прохода раструба 22 трубы 21 ВУ-4 в верхней секции 20 камеры 3 всасывания установлена раздвижная листовая створка 45 прямоугольной формы, состоящая из двух половинок с центральным отверстием.
Нижняя секция 18 камеры 3 всасывания понизу снабжена боковыми опорными лапами 46. Лапы 46 разъемно оперты с образованием осевого излома на вертикальные или наклонные стойки 47 с образованием поперечной опорной базы камеры 3 всасывания. Опорные лапы 46 выполнены коробчатыми с образованием прерывистого криволинейно вогнутого ложемента, кривизна верхней поверхности опорных участков которого выполнена конгруэнтной кривизне ответных опорных участков оболочки корпуса нижней секции камеры. Лоток нижней секции 18 камеры 3 всасывания снабжен аэродинамическим экраном 48, изменяющим направление потока рабочего тела, и наделен функцией поперечного силового элемента, обеспечивающего пространственную жесткость нижней секции 18 и в целом камеры 3 всасывания. Нижняя и верхняя секции 18 и 20 камеры 3 всасывания герметично соединены крепежными элементами через фланцы (на чертежах не показано), между которыми установлен фланец решетки аэропрозрачного перекрытия.
пов.
о.б.
По второму варианту нижняя секция 18 камеры 3 всасывания имеет проточную часть, расширяющуюся по ходу потока рабочего тела от входа до выхода в верхнюю секцию 20 с общим коэффициентом диффузорности не менее 1,5. Лоток нижней секции 18 камеры 3 всасывания снабжен аэродинамическим экраном 48, изменяющим направление потока рабочего тела на угол α≤π/2. Нижняя секция 18 камеры 3 всасывания понизу снабжена боковыми опорными лапами 46, разъемно опертыми с образованием осевого излома на вертикальные или наклонные стойки 47 с образованием поперечной опорной базы камеры шириной В, превышающей диаметр трубы всасывающего воздуховода не менее чем в 1,4 раза.
При этом корпус камеры всасывания выполнен сварной конструкции, состоящий из каркаса, изготовленного из стальных труб и обшитого с врутренней и наружной сторон стальными листами. Пространство между внутренней и наружной обшивками заполнено тепло- и шумоизолирующим материалом. Для доступа обслуживающего персонала внутрь камеры в верхней секции камеры всасывания выполнена дверь 49 и под дверью смонтирована лестница для схода на аэропрозначный пол-перекрытие 19, выполненный в виде решетки.
Работа ГПА осуществляется следующим образом.
Перед запуском ГПА выполняют предпусковые работы. Перед запуском выполняют заполнение контура газовых систем ГПА топливным и пусковым газом. Выполняют запуск ГПА. По команде «Запуск» с пульта управления из магистрального трубопровода пусковой газ поступает в газовый стартер двигателя, который начинает раскручивать РВД. КВОУ-1 предназначено для забора атмосферного воздуха, очистки его от пыли и посторонних частиц, подогрева (при начале льдообразования) и подачи в воздуховод 2 тракта всасывания. При работе ГПА за счет разрежения, создаваемого компрессором ГТД, атмосферный воздух поступает под козырек 30 КВОУ и далее в воздухозаборник 29. После воздухозаборного блока воздух поступает в блок инерционной очистки и проходит циклонную панель 34 фильтрования воздуха и панель 35 тканевых фильтров. На выходе КВОУ-1 содержит байпасные клапаны для организации байпасирования предыдущего участка КВОУ в случае его засорения или обледенения. После воздух поступает в воздуховод 2 тракта всасывания и далее в камеру 3 всасывания воздуха для подвода потока воздуха в ВУ-4 ГПА, первичного выравнивания параметров воздушного потока и дополнительной его фильтрации от посторонних частиц.
Одновременно атмосферный воздух поступает через КВОУ-1, предназначенный для забора атмосферного воздуха, очистки его от пыли и посторонних частиц, подогрева (при начале льдообразования) и подачи в воздуховод 2 тракта всасывания. При работе ГПА за счет разрежения, создаваемого компрессором ГТД, атмосферный воздух поступает под козырек 30 КВОУ и далее в воздухозаборник 29. После воздухозаборного блока воздух поступает в блок инерционной очистки и проходит полициклонную панель 34 фильтрования воздуха и панель 35 тканевых фильтров. На выходе КВОУ-1 содержит байпасные клапаны для организации байпасирования предыдущего участка КВОУ в случае его засорения или обледенения. После воздух поступает в воздуховод 2 тракта всасывания и далее в камеру 3 всасывания воздуха для подвода потока воздуха в ВУ-4 ГПА, первичного выравнивания параметров воздушного потока и дополнительной его фильтрации от посторонних частиц. Через всасывающий воздуховод 2, камеру 3 всасывания воздуха и ВУ-4 поступает на вход в КНД и затем в КВД двигателя 5. В компрессоре ГТД воздух сжимается, в результате чего повышается его температура и давление. После этого подготовленное рабочее тело поступает в камеру сгорания. Через контрольный промежуток времени по сигналу САУиР ГПА в камеру сгорания начинается подача топливного газа. Происходит перемешивание сжатого воздуха с топливным газом и воспламенением топливовоздушной смеси из камеры сгорания. Топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорании, продукты сгорания поступают в модуль ГГ-6. Кинетическая энергия продуктов сгорания при расширении на рабочих лопатках модуля ГГ-6 преобразуется в механическую работу компрессора без помощи газового стартера. Через контрольный промежуток времени по циклограмме САУиР подача пускового газа прекращается. После модуля ГГ-6 продукты сгорания поступают в СТ-7, где кинетическая энергия продуктов сгорания при расширении на рабочих лопатках турбины СТ также преобразуется в механическую работу вращения ротора СТ. Ротор СТ-7 через промежуточный вал 50 вращает ротор центробежного нагнетателя 51. В нагнетателе 51 компрессор сжимает природный газ, отбираемый из магистрального трубопроводов, до требуемых параметров. Из нагнетателя 51 сжатый технологический газ поступает в станционную систему охлаждения 52, откуда, после охлаждения, направляется обратно в магистральный трубопровод для дальнейшей транспортировки. После СТ-7 двигателя 5 продукты сгорания через газоотвод поступают в тракт выхлопа (на чертежах не показано), откуда через выхлопную трубу ГПА выходят в атмосферу. Конструкция тракта выхлопа обеспечивает рассеивание в окружающей атмосфере вредных выбросов до требуемого уровня ПДК. При наличии теплообменника утилизатора теплоты (на чертежах не показано), в системе тракта выхлопа до выхода в атмосферу часть горячих продуктов сгорания осуществляет подогрев теплоносителя для нужд КС и затем через системы выхлопа теплоутилизатора теплоты выбрасываются в атмосферу.
Таким образом, за счет улучшения конструктивных, аэродинамических и энергетических параметров составляющих тракта всасывания воздуха обеспечивают подачу воздушного потока из КВОУ в камеру всасывания ГПА с минимальными гидравлическими потерями, чем достигают повышение надежности и ресурса ГПА в процессе эксплуатации ГПА для транспортировки газа или газотурбинной электростанции.