ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
AIR-CLEANING DEVICE

3
3
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в энергетике, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности в качестве воздухоочистительного устройства (ВОУ) накопительного типа для очистки воздуха, подаваемого в газотурбинные и компрессорные установки (ГТУ) в объеме от 84 тыс. м/ч до 165 тыс. м/ч.
Воздухоочистительное устройство является одним из основных элементов воздухозаборной системы и предназначено для забора и очистки атмосферного воздуха от пылевых частиц и дальнейшей подачи во всасывающий тракт ГТУ. Очистка от пыли обеспечивает защиту лопаток компрессора от абразивного износа, уменьшая отложения в проточной части газотурбинного двигателя, а также для защиты газовоздушного тракта (ГВТ) ГТУ от попадания осадков и обледенения.
Известно воздухоочистительное устройство (патент РФ №2263806, F02C 7/052, 10.11.2005), содержащее сгруппированные в блоки и закрепленные на внешних гранях несущего корпуса перпендикулярно ему в несколько ярусов фильтры первой ступени, состоящие из мультициклонов, приемных камер и пылесборников, размещенные внутри корпуса блоки воздушных фильтров второй ступени, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков, систему предупреждения обледенения, а также систему удаления пыли, накапливающейся в пылесборниках фильтров, причем несущий корпус выполнен в виде усеченной пирамиды, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков - в виде защитного колпака шатрового типа, при этом нижняя кромка защитного колпака расположена ниже нижнего яруса блоков фильтров первой ступени, а в зоне восходящего потока наружного воздуха расположены регистры системы предупреждения обледенения для распределения горячего воздуха, установленные с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной этому потоку, параллельно фронту вышерасположенных блоков фильтров первой ступени и соединенные с трубопроводом, подводящим горячий воздух от компрессора двигателя, посредством устройства телескопического типа.
В качестве недостатков можно отметить горизонтальное расположение блоков воздушных фильтров на уровне пола, что затрудняет их монтаж и обслуживание; регистры противообледенительной системы низко расположены, из-за чего имеется возможность выдувания горячего воздуха боковым ветром; первая ступень очистки, представленная мультициклонными блоками, имеет большую массу.
Известна система фильтрации циклового воздуха в комплексном воздухоочистительном устройстве газотурбинной установки (патент №2669428, F02C 7/052, 11.10.218), 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 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.
Однако данный вид воздухоочистительного устройства применим только для агрегатов с горизонтальным газовоздушным трактом, при этом можно отметить ряд недостатков:
- повышенное сопротивление ввиду резкого сужения и расширения воздушных каналов;
- неравномерная нагрузка на блоки воздушных фильтров;
- дополнительный расход металла для установки перегородок;
- высокая трудоемкость изготовления, неудобство обслуживания блоков воздушных фильтров;
- высокая скорость воздухозабора и, как следствие, отсутствие гравитационной очистки.
Известно воздухоочистительное устройство (патент РФ №2727735, F02C 7/052, 23.07.2020), выбранное авторами в качестве прототипа, содержащее сгруппированные в модули и закрепленные в верхнем модуле блоки воздушных фильтров, средство защиты воздушных фильтров от прямого попадания атмосферных осадков, в виде защитного колпака шатрового типа, при этом все модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах, имеющих угловые и вертикальные стойки, скосы части фланцев, образующие в сборе фланцы, предназначенные для фланцевых соединений, зазор между обшивками заполнен теплоизоляцией, в нижнем модуле на одной из стенок выполнено сквозное отверстие для установки воздухозаборника газотурбинного двигателя привода газоперекачивающего агрегата.
Недостатки этого наиболее близкого к заявляемому техническому решению заключаются в следующем:
- доборные элементы в газовоздушном тракте создают встречный редан потоку воздуха и, как следствие, дополнительное сопротивление;
- доборные элементы являются местом скопления неотсепарированных частиц пыли;
- установка двух входов в верхний модуль для доступа к блокам воздушных фильтров, и, как следствие, снижение надежности устройства в целом;
- применение болтового соединения для крепления внутренней обшивки, которое является ненадежным в условиях наличия постоянной вибрации, вызванной работой ГТУ.
При создании воздухоочистительного устройства, предназначенного для использования в составе воздухозаборной системы, как с горизонтальным ГВТ, так и с вертикальной шахтой, решались технические задачи получения компактного воздухоочистительного устройства с повышенной эффективностью очистки поступающего воздуха.
Технический результат, достигаемый изобретением, - оптимизация аэродинамических характеристик проточной части и снижение габаритов и массы устройства при сохранении его производительности, повышение долговечности фильтрующих элементов за счет увеличения эффективности защиты от атмосферных осадков и уменьшения склонности к обледенению элементов проточной части устройства, а также уменьшение объема теплового воздуха, отбираемого от компрессора двигателя на собственные нужды, что обеспечивает повышение КПД газотурбинных двигателей.
Указанный технический результат достигается тем, что воздухоочистительное устройство состоит из сгруппированных модулей, в верхнем из которых расположены блоки воздушных фильтров, и средство их защиты от прямого попадания атмосферных осадков, выполненное в виде защитного колпака шатрового типа, при этом сгруппированные модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах, а зазор между обшивками заполнен теплоизоляцией, причем воздухоочистительное устройство состоит из двух модулей, в верхнем из которых между блоками воздушных фильтров расположен проход, блоки воздушных фильтров расположены инверсно и включают в себя наборы фильтроэлементов, каждый из которых состоит из влагоотделителя и фильтров грубой и тонкой очистки, при этом количество наборов фильтроэлементов в каждом блоке воздушных фильтров определяется его габаритами. Защитный колпак снабжен воздухозаборными козырьками, которые выполнены со сплошными боковыми стенками и снабжены защитной сеткой расположенной в нижней части воздухозаборных козырьков. В верхнем модуле дополнительно установлена противооблединительная система, подающая горячий воздух от осевого компрессора турбины газотурбинной установки в верхний модуль воздухоочистительного устройства, выполнена в виде трубопроводов переменного сечения и имеет в своем составе два глушителя шума и раздающий коллектор Т-образного типа. В торцевой стенке одного из блоков воздушных фильтров размещены два байпасных клапана. Блоки воздушных фильтров в модуле расположены по большей стороне модуля, тем самым размещено большее количество фильтроэлеиентов в каждом блоке. Горизонтальный патрубок Т-образного коллектора противооблединительной системы расположен в воздухозаборном козырьке, а вертикальный в зоне воздухозабора блоков воздушных фильтров, расположенных инверсно. Раздающий коллектор Т-образного типа изготовлен из нержавеющего штрипса методом навивки.
На чертежах представлена конструкция воздухоочистительного устройства, где на Фиг. 1 изображен общий вид воздухоочистительного устройства, на Фиг. 2 показано воздухоочистительное устройство без обшивки крыши и воздухозаборных козырьков.
Воздухоочистительное устройство состоит из двух модулей, верхнего 1 и нижнего 2. Верхний модуль 1 оснащен воздухозаборными козырьками 5 с защитной сеткой 10, двумя блоками воздушных фильтров 8 с наборами фильтроэлементов 6. Кроме того, в верхнем модуле установлена противооблединительная система 3 и площадка обслуживания 4, а блоки воздушных фильтров 8 разделены проходом 9. В одном из блоков воздушных фильтров 8 имеется два байпасных клапана 7.
На практике воздухоочистительное устройство работает следующим образом. Атмосферный воздух с находящимися в нем примесями поступает под нижнюю кромку воздухозаборных козырьков 5 верхнего модуля 1 со скоростью, при которой значительная часть примесей падает под преобладающим действием гравитационных сил. При прохождении размещенных в козырьках защитных сеток 10, воздух очищается от крупных частиц и посторонних предметов, а воздушный поток выравнивается при помощи сплошных боковых стенок козырьков 5, и, перемешиваясь с горячим воздухом от противооблединительной системы 3, поступает через проход 9 на блоки воздушных фильтров 8. После прохождения фильтроэлементов 6, размещенных в блоках воздушных фильтров 8, воздух попадает в нижний модуль 2, откуда поступает в газовоздушный тракт для подачи на осевой компрессор ГТУ. При возникновении условий повышенного сопротивления воздухоочистительного устройства автоматически открываются байпасные клапаны 7 и воздух поступает через них минуя блоки воздушных фильтров 8. Снаружи на верхнем модуле 1 закреплена площадка обслуживания 4 для доступа внутрь модуля и обслуживания блоков фильтроэлементов.
Конструкция верхнего модуля 1, выполненного с проходом 9 внутри и размещением инверсно большего количества наборов фильтроэлементов 6, определяемого габаритами верхнего модуля 1, позволяет снизить нагрузку на блоки воздушных фильтров и повысить пылеемкость воздухоочистительного устройства. В результате реже происходит замена фильтроэлементов 6, улучшаются ресурсные показатели агрегата.
Количество наборов фильтроэлементов 6 в блоках воздушных фильтров 8 удалось увеличить путем изменения их компоновки. Вместо расположения по короткой стороне, блоки воздушных фильтров 8 установлены по длинным сторонам модуля 1, тем самым увеличены их габариты, что позволило разместить большее количество наборов фильтроэлементов 6, а также несколько наборов фильтроэлементов 6 разместить по торцам блоков воздушных фильтров 8.
Изменение компоновки блоков воздушных фильтров 8 обеспечивает существенное увеличение суммарной площади очищающей поверхности, что снижает сопротивление газовоздушного тракта, и, как следствие, вырастает КПД газотурбинной установки.
Расположение блоков воздушных фильтров 8 по обе стороны от центрального прохода в верхнем модуле 1 гарантирует равномерное распределение тепла от противообледенительной системы, а также равномерность потока воздуха после прохождения воздушных фильтров 8.
Установка воздухозаборных козырьков 5, выполненных со сплошными боковыми стенками и снабженными защитной сеткой 10 необходима для создания воздушного канала, выравнивающего воздушный поток и защищающего его от воздействия косого ветра, а также для препятствования выдуванию горячего воздуха, поступающего от противообледенительной системы 3.
Т-образное расположение раздающего коллектора противообледенительной системы 3, при котором горизонтальный патрубок коллектора расположен в воздухозаборном козырьке, а вертикальный в зоне воздухозабора наборов фильтроэлементов 6, расположенных инверсно, позволяет равномерно распределить горячий воздух от противооблединительной системы 3 в потоке циклового воздуха.
Использование изобретения позволяет оптимизировать аэродинамические характеристики проточной части, снизить габариты и массу устройства при сохранении его производительности, повысить долговечность фильтрующих элементов за счет увеличения эффективности защиты от атмосферных осадков и уменьшения склонности к обледенению элементов проточной части устройства, а также уменьшение объема теплового воздуха, отбираемого от компрессора двигателя на собственные нужды, что обеспечивает повышение КПД газотурбинных двигателей.