ЭЛЕМЕНТ УСИЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБШИВКИ БЛОКА СИСТЕМЫ ВЫХЛОПА
REINFORCEMENT ELEMENT OF THE INTERNAL COATING OF THE UNIT OF THE EXHAUST SYSTEM

Изобретение относится к области машиностроения для газотурбинных технологий и может быть использовано при создании новых и реконструкции действующих установок и машинных комплексов, где в качестве силового привода применяются ГТД - газотурбинные двигатели авиационного или другого типа, например, газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций на магистральных газопроводах.
Известно воздухоочистительное устройство в системах воздухообеспечения газотурбинных двигателей привода ГПА, 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; блоки воздушных фильтров второй ступени, размещенные внутри корпуса; средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде козырька; систему предупреждения обледенения, а также систему удаления пыли, накапливающейся в пылесборниках фильтров (В. Будусов и др. "Высокоэффективные воздухоочистительные устройства для ГТУ", ж-л «Газотурбинные технологии», №4, 2000 г., с. 39).
Недостатком известного воздухоочистительного устройства является то, что проточная часть имеет призматическую форму, которая при практически равномерном поступлении воздуха в проточную часть по ее высоте не обеспечивает оптимальных аэродинамических характеристик проточной части. Кроме того, известное воздухоочистительное устройство имеет большие габариты и массу, обуславливающие высокую трудоемкость и стоимость изготовления, затраты на транспортировку к месту применения, материалоемкость, трудоемкость и стоимость строительства опорных конструкций, фундаментов под них и стоимость монтажа.
Защита фильтров от атмосферных осадков с помощью козырьков при работе их в потоке забираемого воздуха или просто при ветре является малоэффективной, так как скорость потока зависит от количества воздуха, проходящего через площадь сечения воздухозабора. Это отрицательно сказывается на долговечности фильтрующих элементов, увеличивает склонность к обледенению элементов проточной части устройства.
Система предупреждения обледенения известного воздухоочистительного устройства в силу своей разветвленности и условий работы в неорганизованном воздушном потоке для обеспечения выполнения своих функций требует значительного количества горячего воздуха, отбираемого от компрессора газотурбинного двигателя, что заметно сказывается на его КПД, а следовательно, на экономичности работы ГПА.
Известно воздухоочистительное устройство по патенту РФ на изобретение №2263806, МПК F02C 7/052, опубл. 10.11.2005 г.
Это воздухоочистительное устройство содержит 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,
Недостатки:
- нетехнологичность конструкции,
- большой вес и металлоемкость из-за большой толщины листов,
- наличие шумоглушителя в газовоздушном тракте, детали которого при разрушении попадают на вход в ГТД (газотурбинный двигатель) и разрушают вентилятор.
Известно воздухоочистительное устройство, содержащее внешнюю обшивку, внутреннюю обшивку, теплоизоляцию соединение внутренних обшивок через перпендикулярно отогнутые края по патенту РФ на изобретение №2727735, МПК F02C 7/052, опубл. 23.07.2020 г., прототип.
Недостатки:
Отсутствие компенсации температурных напряжений и уменьшение теплопередачи между обшивками.
Задачи создания изобретения: обеспечение температурных компенсаций и уменьшение теплопередачи между обшивками.
Достигнутые технические результаты: обеспечение температурных компенсаций и уменьшение теплопередачи между обшивками.
Решение указанных задач достигнуто в элементе усиления внутренней обшивки блока системы выхлопа, содержащей внешнюю обшивку, внутреннюю обшивку и теплоизоляцию между ними, тем, что обшивки соединены шпильками, имеющими сварочные швы с внешней обшивкой, по меньшей мере, один прижимной швеллер или прижимной уголок, и крепеж шпильки на внутренней обшивке.
Прижимной швеллер может быть расположен в стыке между двумя внутренними обшивками.
Прижимной уголок может быть расположен в стыке между двумя внутренними обшивками.
Между внешней и внутренней обшивками может быть установлена теплоизоляция.
Толщина теплоизоляции может быть выполнена из условия:
из
δ = (0,05÷0,15) В,
из
где δ - толщина теплоизоляции,
В - внутренняя ширина блока.
Прижимные швеллеры могут содержать по линейному участку и два отгиба. Прижимные уголки могут содержать по линейному участку и отгибу. Соединение шпильки может иметь внутреннюю гайку. Крепеж шпильки может иметь опорную шайбу. Крепеж шпильки может иметь прижимную шайбу. Крепеж шпильки может иметь прижимную гайку.
Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1 … 14), где;
- на фиг. 1 приведен общий вид блока системы выхлопа,
- на фиг. 2 - крепежное устройство, первый вариант,
- на фиг. 3 - крепежное устройство, второй вариант,
- на фиг. 4 - крепежное устройство, третий вариант
- на фиг. 5 - крепежное устройство, четвертый вариант
- на фиг. 6 - крепежное устройство, пятый вариант
- на фиг. 7 - крепежное устройство, шестой вариант
- на фиг. 8 - крепежное устройство, седьмой вариант
- на фиг. 9 - крепежное устройство, восьмой вариант
- на фиг. 10 - крепежное устройство, девятый вариант
- на фиг. 11- крепежное устройство, десятый вариант,
- на фиг. 12 - шпилька в сборе,
- на фиг. 13 - вид А, первый вариант,
- на фиг. 14 - вид А, второй вариант.
В описании приняты следующие условные обозначения:
блок 1,
внешняя обшивка 2,
внутренняя обшивка 3,
теплоизоляция 4,
шпилька 5,
сварочный шов 6,
прижимной швеллер 7,
прижимной уголок 8,
линейный участок 9,
отгиб 10,
крепеж 11,
внутренняя гайка 12,
опорная шайба 13,
прижимная шайба 14.
прижимная гайка 15.
ш
D - диаметр шпильки,
1
D - диаметр отверстия прижимной шайбы,
2
D - диаметр отверстия прижимного швеллера или прижимного уголка,
3
D - диаметр отверстия внутренней обшивки,
4
D - диаметр отверстия опорной шайбы.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 … 14.
Выхлопное устройство газоперекачивающего агрегата (фиг. 1) содержит несколько блоков 1, содержащих внешнюю обшивку 2 и внутреннюю обшивку 3 с теплоизоляцией 4 между ними и шпильки 5, соединяющие их.
Устройство содержит сварочный шов 6 для присоединения к шпилькам 5 внешней обшивки 2. Соединение осей шпилек OO должно быть строго перпендикулярным.
На внутренней обшивке 3 установлен, по меньшей мере, один прижимной швеллер 7 или один прижимной уголок 8.
Прижимной швеллер 7 содержит линейный участок 9 и два отгиба 10.
Прижимной уголок 8 содержит линейный участок 9 и отгиб 10.
Соединение шпилек 5 к внутренней стенке 3 выполнено крепежом 11.
Крепеж 11 внутренней обшивки 3 к внешней обшивке 2 для газоперекачивающих агрегатов выполнен отдельно стоящими шпильками 5.
Крепеж 11 может содержать внутреннюю гайку 12, опорную шайбу 13, прижимную шайбу 14 и прижимную гайку 15 в любом их сочетании (фиг. 6 … 14).
Они позволяют удерживать внутреннюю обшивку 3 в плоскости стенок при работе ГПА, исключая тем самым передачу усилия, возникающего при температурном расширении внешней обшивки 2, и дополнительно уменьшить теплопередачу между стенками.
На фиг. 12 показана шпилька 5 в сборе с прижимным швеллером 7 или прижимным уголком 8, опорной шайбой13, прижимной шайбой 14 и прижимной гайкой 15.
На фиг. 13 и 14 показан вид двух вариантов по А.
Обязательно соблюдение следующих условий по диаметрам отверстий и диаметру шпильки:
1
ш
D - D=0,1÷4,0 мм
2
ш
D - D=0,1÷4,0 мм
3
ш
D - D=0,1÷4,0 мм,
4
ш
D - D=0,1÷4,0 мм
где:
ш
D - диаметр шпильки,
1
D - диаметр отверстия прижимной шайбы,
2
D - диаметр отверстия прижимного швеллера шайбы или прижимного уголка,
3
D - диаметр отверстия внутренней обшивки,
4
D - диаметр отверстия опорной шайбы.
Ориентировочные габариты деталей устройства:
длина прижимного швеллера (или прижимного уголка) 50÷500 мм,
высота отгиба 10÷50 мм,
диаметры или ширина шайб 20÷100 мм,
толщина шайб 1÷10 мм,
угол установки оси ОО шпильки 5 к внешней обшивке 2 90°±2°.
Угол установки оси шпильки 5 к внешней обшивке 2 следует строго выдерживать, в противном случае сборкам устройства будет невозможной.
РАБОТА ЭЛЕМЕНТА УСИЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБШИВКИ БЛОКА СИСТЕМЫ ВЫХЛОПА
При включении ГПА ГТД привода (на фиг. 1-14 не показан), воздух поступает в ГТД из атмосферы и после сгорания и срабатывания на турбинах (на фиг. 1-14 не показаны) воздух проходит мимо элементов внутренней обшивки без потерь давления в выхлопном устройстве.
Наличие одного или двух отгибов 10 небольшой высоты, установленных вдоль потока выхлопных газов, и двух прижимных гаек 15 вносит незначительные аэродинамические потери в выхлопном устройстве (менее 1%).
Наличие элементов усиления предотвращает деформацию внутренней обшивки 3 при применении для нее очень тонких стенок и упрощает ремонт выхлопного устройства.
Применение изобретения позволило:
- уменьшить температурные деформации стенок ГПА при запуске, останове и изменении режима работы ГПА,
- уменьшить аэродинамические потери в тракте выхлопного устройства ГПА,
- уменьшить теплопередачу между стенками при запуске ГПА,
- упростить сборку и ремонт выхлопного устройства,
- уменьшить вес и металлоемкость выхлопного устройства при сохранении его прочности от воздействия внешних нагрузок.