ВХОДНОЙ ТРАКТ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
INLET PATH OF GAS-TURBINE ENGINE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) с газотурбинным двигателем (ГТД) в качестве привода для центробежного нагнетателя.
Известна конструкция воздухозаборной системы, в которой наличие кубообразной камеры всасывания, куда поступает воздух с внезапным расширением, приводит к турбулизации потока, который при входе в леминискату ГТД имеет в сечении различные значения скорости и давления. Для формирования равномерного потока до входа в компрессор ГТД устанавливают промежуточный блок в виде цилиндрической трубы. Наличие турбулизованного потока в камере всасывания увеличивает гидравлическое сопротивление тракта, снижая при этом КПД ГТД и ГПА в целом. Камера всасывания для монтажа ГТД имеет проемы в стенках, перпендикулярных оси ГПА, которые после монтажа закрываются дверями и щитами с герметизацией стыков (А.И.Апанасенко и др. «Монтаж, испытания и эксплуатация газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении». Л.: «Недра», 1991, стр.17, 19, 31-34) - аналог.
К недостаткам рассмотренной конструкции относится: повышенное гидравлическое сопротивление воздухозаборной системы; наличие разъемных соединений и необходимость их герметизации; увеличенные габариты и металлоемкость из-за наличия промежуточного блока и леминискаты.
Известен входной тракт газотурбинного двигателя, содержащий опору, воздухоочистительное устройство и защитную сетку, размещенную в воздуховоде, выполненном с возможностью поворота рабочей среды в нем на угол 90°, один конец воздуховода соединен с входным участком газовоздушного тракта газотурбинного двигателя (патент РФ №2266415, МПК7 F02C 7/04, опубл. 20.12.2005 г.) - прототип.
В известном решении скорость потока в самом воздухозаборном тракте не изменяется, ее изменение происходит непосредственно за поворотным коленом на входе в лемнискату ГТД, что создает дополнительные сопротивления, и, кроме того, установка защитной сетки на входе поворотного воздуховода не предотвращает попадания во входной тракт компрессора механических частиц, которые могут срываться потоком с элементов воздуховода.
Недостатком известного решения является недостаточная надежность известного решения и значительные гидравлические и аэродинамические потери, которые увеличивают сопротивление рабочей среды (воздуха) при прохождении входного тракта и, как следствие, приводят к снижению КПД.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности, снижение аэродинамического и гидравлического сопротивлений входного тракта при повышении эффективности шумоглушения.
Указанный технический результат достигается тем, что входной тракт газотурбинного двигателя, содержащий опору, воздухоочистительное устройство и защитную сетку, размещенную в воздуховоде, выполненном с возможностью поворота рабочей среды в нем на угол 90°, один конец воздуховода которого соединен с входным участком газовоздушного тракта газотурбинного двигателя, дополнительно содержит шумоглушитель, расположенный между выходом воздухоочистительного устройства и входом конфузора, выход которого посредством компенсатора связан с входом воздуховода, причем воздуховод и конфузор выполнены с возможностью увеличения скорости движения рабочей среды при ее прохождении по входному тракту на величину 3,5≤Vвых.в/Vвх.к≤6,5, где Vвых.в - скорость рабочей среды на выходе воздуховода, Vвх.к. - скорость рабочей среды на входе в конфузор, а защитная сетка расположена на выходе воздуховода.
Входной тракт, в котором шумоглушитель может быть выполнен пластинчато-щелевого типа.
Входной тракт, в котором воздухоочистительное устройство может быть выполнено накопительного типа.
Входной тракт, в котором конфузор имеет каркасную конструкцию и его стенки заполнены шумоизолирующим материалом.
Входной тракт, в котором наружная поверхность каркаса конфузора может быть выполнена из углеродистой стали, а внутренняя поверхность - из высоколегированной стали.
Входной тракт может быть выполнен с возможностью выкатки воздуховода в осевом направлении.
Входной тракт, в котором защитная сетка может быть выполнена в виде каркаса из трубок и размещенной на нем сетки из полиэфирных мононитей.
Входной тракт, у которого защитная сетка может быть расположена в выходном сечении воздуховода.
Входной тракт, в котором воздуховод может быть снабжен устройством для доступа внутрь воздуховода при проведении предпусковых и ремонтных работ, причем устройство выполнено в виде люка-лаза.
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3, где на фиг.1 показан общий вид входного тракта, на фиг.2 - воздуховод входного тракта, а на фиг.3 - вид Б фиг.2.
Входной тракт газотурбинного двигателя содержит опору входного тракта 1, воздухоочистительное устройство 2 и защитную сетку 3, размещенную в воздуховоде 4, выполненном с возможностью поворота рабочей среды в нем на угол 90°. Один конец воздуховода 4 соединен с входным участком газовоздушного тракта газотурбинного двигателя 5. Шумоглушитель 6 расположен между выходом воздухоочистительного устройства 2 и входом конфузора 7, выход которого посредством компенсатора 8 связан с входом воздуховода 4. Воздуховод 4 и конфузор 7 выполнены с возможностью увеличения скорости движения рабочей среды при ее прохождении по входному тракту на величину 3,5≤Vвых.в/Vвх.к≤6,5, где Vвых.в - скорость рабочей среды на выходе воздуховода, Vвх.к - скорость рабочей среды на входе в конфузор 7, а защитная сетка 3 расположена на выходе воздуховода 4.
Шумоглушитель 6 входного тракта предназначен для снижения шума газотурбинного двигателя до пределов, соответствующих требованиям санитарных норм, и может быть выполнен пластинчато-щелевого типа. Монтируемый на конфузоре 7 шумоглушитель 6 представляет собой каркас из углеродистого штампованного профиля, например, 09Г2С, стенки которого снаружи обшиты сплошным углеродистым листом, например, ВСт3пс4, а с внутренней стороны - перфорированным листом из нержавеющей стали, например, 12Х18Н10Т. Внутреннее пространство стенок заполнено теплозвукоизолирующим материалом. Каркас снабжен фланцами для крепления шумоглушителя 6 к конфузору 7 и для установки на шумоглушитель 6 воздухоочистительного устройства 2. Внутри блока на кронштейнах (не показано) установлены пластины из стального каркаса, которые делят проходное сечение шумоглушителя на ряд щелевых каналов расчетной ширины. Для снижения аэродинамического сопротивления к каркасу пластины приварены два цилиндрических обтекателя. Шумоглушитель крепится к элементам входного тракта посредством прижимов и болтовых соединений.
Конфузор 7 предназначен для формирования и стабилизации полей потока циклового воздуха перед входом в воздуховод 4, а также для плавного увеличения скорости потока, в конфузоре выполнен первый буферный участок. Конфузор 7 имеет каркасную конструкцию, и его стенки заполнены шумоизолирующим материалом. Снаружи каркас конфузора 7 обшит листами из углеродистой стали, например, ВСт3пс4, а внутри - из высоколегированной, например, 12Х18Н10Т. Конфузор снабжен фланцами для его стыковки и крепления с элементами входного тракта.
Компенсатор 8 также является частью входного тракта агрегата и предназначен для компенсации тепловых расширений узлов входного тракта и неточностей сборки элементов входного тракта при его монтаже. Компенсатор представляет собой оболочку прямоугольного сечения, образованную бандажами из стального проката, к которым присоединен гибкий элемент, соединяющий их.
Воздуховод 4 предназначен для плавного поворота потока циклового воздуха на 90° с одновременным выравниванием поля скоростей при входе во входной направляющий аппарат двигателя 5. Воздуховод состоит из стенок, соединенных между собой сваркой с образованием корпуса воздуховода. На выходе воздуховод 5 имеет буферную зону для стабилизации потока циклового воздуха, обеспечивающую на входе в направляющий аппарат компрессора ГТД изменение полей скоростей и давлений в пределах 1%. Для его стыковки с элементами входного тракта предусмотрены фланцы. Каркас стенок выполнен из стального профильного проката, например, 09Г2С, причем снаружи каркас обшит листами из углеродистой стали, например, ВСт3пс4, а изнутри из высоколегированной, например, 12Х18Н10Т. Конструкцией воздуховода предусмотрен люк-лаз 9 для доступа вовнутрь воздуховода во время предпусковых и ремонтно-регламентных работ. На боковых поверхностях воздуховода 4 выполнены смотровые окна 10 для осмотра на «просвет» защитной сетки во время работы агрегата.
Входной тракт может быть выполнен с возможностью выкатки воздуховода 4 в осевом направлении, для чего воздуховод опирается на раму 11, которая снабжена регулируемыми домкратами 12 и подвесками 13. Воздуховод снабжен дренажными трубопроводами 14.
Защитная сетка 3 предназначена для предотвращения попадания посторонних предметов во входной направляющий аппарат ГТД. Она состоит из каркаса, выполненного из стальных трубок, например, ⌀10×2, материал 12Х18Н10Т, который крепится к фланцу. На каркас натянута синтетическая сетка из полиэфирных мононитей. Защитная сетка устанавливается непосредственно перед воздухозаборной частью ГТД, что полностью исключает случайное попадание в него посторонних предметов из всего входного тракта агрегата. Кроме того, поскольку защитная сетка выполнена из полиэфирных мононитей, которые не подвержены процессу обледенения, то резко снижается риск резкого скачка аэродинамического сопротивления на входе в компрессор ГТД в условиях, благоприятных для обледенения входного тракта.
Входной тракт выполнен с возможностью увеличения скорости движения рабочей среды при ее прохождении по входному тракту во время работы на величину 3,5≤Vвых.в/Vвх.к≤6,5, где Vвых.в - скорость рабочей среды на выходе воздуховода, Vвх.к - скорость рабочей среды на входе в конфузор, что в совокупности с остальными существенными признаками заявляемого изобретения позволяет обеспечить достижение заявляемого технического результата. В случае если отношение вышеуказанных скоростей будет меньше 3,5, то это повлечет за собой скачок скорости и давления потока циклового воздуха в сечении на входе в воздухозаборную часть ГТД, который турбулизируется и, как следствие, приводит к снижению КПД двигателя;
Если больше 6,5, то приведет к сильному заужению сечения на входе в воздухозаборную часть ГТД, что вызовет повышение гидравлического сопротивления входного тракта, приводящего также к снижению КПД двигателя.
Особенности работы воздухозаборной системы
Очищенный поток воздуха из воздухоочистительного устройства проходит через шумоглушитель и поступает последовательно в конфузор, компенсатор и воздуховод, в котором плавно разворачивается на 90°. После этого поток воздуха попадает в буферный участок и выравнивается, после чего, проходя через защитную сетку практически без потерь, поступает в газовоздушный тракт двигателя. Защитная сетка исключает возможность попадания в газовоздушный тракт двигателя посторонних предметов, а противообледенительное покрытие сетки исключает скопление на ней снега и льдообразование.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить надежность, снизить аэродинамическое и гидравлическое сопротивление и, следовательно, повысить КПД ГТД и ГПА, при повышении эффективности шумоглушения.