КОНСТРУКЦИЯ СТЕНКИ С ШУМОИЗОЛИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ И ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, СНАБЖЕННАЯ ТАКОЙ СТЕНКОЙ
DESIGN OF WALL WITH NOISE-INSULATING PROPERTIES AND GAS TURBINE PLANT EQUIPPED WITH SUCH WALL

Настоящее изобретение относится к технологии газотурбинных установок. Предметом изобретения является конструкция стенки с шумоизолирующими свойствами, в частности для воздухозаборного коллектора газотурбинного двигателя, согласно определению п.1 формулы изобретения.
Газотурбинные двигатели используют воздух окружающей среды для горения топлива с целью получения горячего газа, используемого для привода турбины. Типичный промышленный газотурбинный двигатель, используемый как стационарная турбина для выработки электроэнергии, показан на Фиг.1. В представленном в качестве примера газотурбинном двигателе 10 на Фиг.1 применяется последовательное сжигание топлива. Данная установка включает в себя компрессор 12 для сжатия воздуха, первую камеру сгорания (КС) 13, первую турбину 14, вторую КС 15 и вторую турбину 16. Воздух окружающей среды, подлежащий сжатию компрессором 12, поступает в газотурбинную установку через воздухозаборный коллектор 11.
На Фиг.1 представлена газотурбинная установка 10 с открытыми внутренними элементами. Окружающий воздух, подлежащий сжатию компрессором 12, обычно должен быть отфильтрован и в некоторых случаях смешан с водой с помощью туманообразующего устройства, прежде чем быть введенным в компрессор через воздухозаборный коллектор 17 и воздухозаборник 11. В некоторых случаях воздухозаборный коллектор 17, как показано на Фиг.2, используется для отвода воздуха от входа газотурбинной установки и подвода его к воздухозаборнику 11 газотурбинного двигателя 10.
Известный воздухозаборный коллектор 17, представленный на Фиг.2, включает в себя несколько стенок 18, ограничивающих внутреннее пространство с входным отверстием 19 и выходным отверстием 20, соответствующим по форме воздухозаборнику 11 газотурбинного двигателя 10. Воздухозаборный коллектор 17 имеет стенку 21, конструкция которой служит для выполнения нескольких задач:
a) она должна обеспечивать механическую жесткость, необходимую для коробчатой конструкции с габаритными размерами порядка несколько метров;
b) она должна обеспечивать герметичность, чтобы никакой неотфильтрованный вторичный воздух не поступал снаружи; и
с) должна обладать шумоизолирующими свойствами, чтобы шум, возникающий при работе компрессора, а также воздух, проходящий через воздухозаборный коллектор, не поступали в окружающую среду.
Известный воздухозаборный коллектор 17, показанный на Фиг. 2, имеет стенку 21, конструкция которой представлена на Фиг. 3. Рама из балок Г-образного сечения 22, усиленная перекрестными ребрами жесткости 23, служит наружной опорой для внешнего листа 24, отделяющего внутреннее пространство (слева от внешнего листа 24 на Фиг. 3) воздухозаборного коллектора 17 от внешнего пространства (справа от внешнего листа 24 на Фиг. 3).
Шумопоглощающая изоляция предусмотрена и установлена на внутренней стороне внешнего листа 24. Ребра изоляции 26, выполненные из нержавеющей стали (X6CrNiTi18-10 или аналогичной) приварены к внешнему листу 24, образуя рамы прямоугольного сечения (см. также Фиг. 2). Каждая такая рама заполнена шумопоглощающим изолирующим материалом 25, например меламиновой пеной, толщина слоя которого составляет 45 мм. Шумопоглощающий изолирующий материал 25 или меламиновая пена покрыты перфорированными листами 27 из нержавеющей стали толщиной 3 мм. Пластины крепления 28 приварены к ребрам изоляции для фиксации на месте перфорированных листов 27. Способ осуществления известного воздухозаборного коллектора и конструкция его стенки раскрыты в патентном документе US 2008/0202848 А1 (МПК F02M 35/12, опубл. 28.08.2008).
Данная конструкция предшествующего уровня техники имеет несколько недостатков:
- имеется две несущие конструкции: (1) основная конструкция из балок Г-образного сечения размером 150×150×15 мм, усиленная ребрами 100×10 мм снаружи, и (2) изоляционная структура из ребер из нержавеющей стали размером 45×4 мм, служащая опорой для меламиновой пены и перфорированных листов;
- большое количество мелких деталей (например, пластины крепления 28) приварены во внутреннем аэродинамическом канале (во внутреннем пространстве воздухозаборного коллектора);
- при креплении ребер изоляции к стенкам с помощью сварки может происходить деформация.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в создании конструкции стенки, в частности для воздухозаборного коллектора газотурбинной установки, свободной от недостатков конструкции стенки предыдущего уровня техники, легко собираемой из значительно меньшего количества деталей и обладающей более простой конструкцией без снижения механической прочности и жесткости.
Данная и другие цели изобретения достигаются с помощью конструкции стенки в соответствии с п.1 формулы настоящего изобретения.
Конструкция стенки согласно настоящему изобретению включает в себя первое средство для механического крепления внешнего листа, герметично разделяющего пространства с обеих сторон стенки, т.е. внешнее пространство и воздушный канал воздухозаборного коллектора, а также второе средство для крепления шумоизолирующего материала между пространствами с обеих сторон стенки, с помощью которого вышеупомянутое второе средство крепится к первому средству, и указанное второе средство заключено внутри указанного первого средства.
В соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения первое средство включает в себя определенное количество двутавровых балок, установленных на одной общей плоскости своими ребрами перпендикулярно данной плоскости, внешний лист, прикрепленный к первому фланцу двутавровых балок, а вышеупомянутое второе средство представляет собой пространство между двутавровыми балками, заполненное шумопоглощающим изолирующим материалом.
В соответствии с еще одним возможным вариантом осуществления изобретения шумопоглощающий изолирующий материал заключен в пространстве между указанным внешним листом и перфорированными листами, прикрепленными ко второму фланцу вышеупомянутых фланцев двутавровых балок.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения двутавровые балки и внешний лист выполнены из углеродистой стали, а перфорированные листы выполнены из нержавеющей стали.
Еще один вариант осуществления изобретения отличается тем, что между перфорированными листами и вторыми фланцами (31b) двутавровых балок предусмотрены промежуточные полоски из нержавеющей стали.
Еще один вариант осуществления изобретения отличается тем, что несущая конструкция с двутавровыми балками усилена расположенными между двутавровыми балками промежуточными балками, служащими опорой для вышеуказанных перфорированных листов.
Предпочтительно, промежуточные балки представляют собой балки Г-образного сечения и между перфорированными листами и балками Г-образного сечения предусмотрены полоски из нержавеющей стали.
В соответствии с еще одним возможным вариантом осуществления изобретения перфорированные листы приварены к двутавровым балкам или промежуточным полоскам, соответственно, а на перфорированных листах предусмотрены вырезы для вышеупомянутой сварки.
В частности, перфорированные листы не имеют отверстий в области вблизи указанных вырезов. Они могут также не иметь отверстий на своих внешних границах.
В соответствии с еще одним возможным вариантом осуществления изобретения шумопоглощающий изолирующий материал представляет собой пену, например, на базе меламиновой смолы.
Еще один возможный вариант исполнения данного изобретения отличается тем, что двутавровые балки являются стандартными балками типа IPB 100.
Еще один вариант осуществления изобретения отличается тем, что толщина внешнего листа составляет 4 мм, двутавровые балки защищены от коррозии, а толщина перфорированных листов составляет 3 мм.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает газотурбинную установку, воздух в которую поступает через воздухозаборный коллектор, отличающийся тем, что его стенки имеют конструкцию в соответствии с настоящим изобретением.
Далее настоящее изобретение будет пояснено посредством различных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
На Фиг.1 представлен вид в перспективе стационарной газотурбинной установки типа GT26 с последовательным сжиганием топлива;
На Фиг.2 показан вид в перспективе известного воздухозаборного коллектора для газотурбинной установки, представленной на Фиг.1;
На Фиг.3 представлено поперечное сечение конструкции стенки воздухозаборного коллектора, показанного на Фиг.2;
На Фиг.4 представлено поперечное сечение конструкции стенки воздухозаборного коллектора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;
На Фиг.5 показан вид спереди внутренней поверхности стенки частично собранного воздухозаборного коллектора (без меламиновой пены и перфорированных пластин) в соответствии с одним из возможных вариантов осуществления данного изобретения;
На Фиг.6 показана часть перфорированного листа, используемого в конструкции стенки в соответствии с Фиг.4.
Настоящее изобретение предлагает ряд мер, а именно введение шумопоглощающей изоляции в конструкцию стенки (без ребер изоляции) и отказ от некоторых маленьких деталей, присоединяемых посредством сварки в аэродинамическом воздушном канале.
Как видно из Фиг.4 и 5, конструкция стенки 30 воздухозаборного коллектора включает в себя двутавровые балки 31 (например, типа IPB 100), используемые в качестве основных конструктивных элементов. Устанавливаемые на одной общей плоскости двутавровые балки 31, ребра 31а которых расположены перпендикулярно указанной общей плоскости, служат опорой (своими внутренними фланцами 31b) для перфорированных листов 36 на внутренней поверхности конструкции. С целью повышения жесткости и выполнения требований по резонансу элементов конструкции рама 37 с двутавровыми балками 31 усилена дополнительными балками 33 Г-образного сечения. Балки 33 Г-образного сечения также служат несущим элементом для указанных выше перфорированных листов 36, могут обеспечивать неподвижность изоляции, и если необходимо, поддерживать внешний лист 32.
Для обеспечения герметичности внешние стороны (внешние фланцы) 31b двутавровых балок 31 закрыты внешним листом из углеродистой стали толщиной 4 мм. Промежуточные полоски 34 и 35 из нержавеющей стали приварены к внутренним сторонам или фланцам 31b двутавровых балок 31 (т.е. к фланцам, находящимся в воздушном канале) и к балкам 33 Г-образного сечения. После нанесений коррозионно-стойкого покрытия на элементы конструкции (37) без перфорированных пластин (36) и меламиновой пены (25) объем между двутавровыми балками 31 и балками 33 Г-образного сечения заполняется слоем меламиновой пены толщиной 105 мм, выполняющим функцию шумопоглощающего изолирующего материала 25. Затем меламиновую пену закрывают перфорированными листами 36 из нержавеющей стали толщиной 3 мм (см. Фиг.6). Перфорированные листы 36 приваривают к промежуточным полоскам 34 и 35 из нержавеющей стали.
Введение в конструкцию промежуточных полосок 34, 35 из нержавеющей стали дает возможность использовать дешевую мягкую сталь для двутавровых балок 31 (и балок 33 Г-образного сечения). Затем перфорированные листы 36 из нержавеющей стали приваривают к промежуточным полоскам 34 и 35 из нержавеющей стали. В примере, представленном на Фиг.4, вырезы показаны только для приваривания к двутавровым балкам 35. Аналогичные вырезы могут быть предусмотрены для приваривания к балкам 33 Г-образного сечения.
Предлагаемые настоящим изобретением двутавровые балки 31 обладают преимуществом, заключающимся в их жесткости в процессе сварки. Иначе обстоит дело с ребрами изоляции 26 известной конструкции воздухозаборного коллектора, когда к ним приваривают перфорированные листы 27 и пластины крепления 28.
Перфорированные листы 36 предпочтительно изготовляют из листов большого размера, как показано на Фиг.6. Для сварки предусматривают вырезы 38. Перфорированные листы 36 предпочтительно не имеют отверстий 40 пограничной области 39 вокруг вышеупомянутых вырезов 38, чтобы данные вырезы 38 имели прямые границы, что необходимо для сварки. Перфорированные листы 36 также предпочтительно должны не иметь отверстий 40 в районе внешней границы листа 36.
Меламиновая пена 25 является гибким материалом, который без проблем можно вставить между двутавровыми балками 31 и балками 33 Г-образного сечения.
ПЕРЕЧЕНЬ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ
10 газотурбинная установка
11 воздухозаборник
12 компрессор
13, 15 камера сгорания
14, 16 турбина
17 воздухозаборный коллектор
18 стенка
19 входное отверстие
20 выходное отверстие
21, 30 конструкция стенки
22, 33 балка Г-образного сечения
23 ребро
24, 32 внешний лист
25 шумопоглощающий изолирующий материал (например, меламиновая пена)
26 ребро изоляции (нержавеющая сталь)
27, 36 перфорированный лист (нержавеющая сталь)
28 пластина крепления
29 сварка
31 двутавровая балка
31а ребро балки
31b фланец
34, 35 промежуточная полоска (нержавеющая сталь)
37 рама
38 вырез
39 пограничная область
40 отверстие