КРЕПЕЖ ВНУТРЕННЕЙ ОБШИВКИ В СИСТЕМЕ ВЫХЛОПА ДЛЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА
FASTENING OF THE INTERNAL SKINS IN THE EXHAUST SYSTEM FOR THE GAS PUMPING UNIT

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 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 крепеже внутренней обшивки в системе выхлопа для газоперекачивающего агрегата, содержащем внешнюю несущую обшивку и внутреннюю ненесущую обшивку, тем, что между внутренней ненесущей обшивкой и внешней несущей обшивкой установлен слой теплоизоляции, а шпильки приварены к внешней несущей обшивке и соединены с внутренней ненесущей обшивкой через установленные шпилечные соединения, которые позволяют удерживать внутреннюю ненесущую обшивку в ее плоскости при работе ГПА, исключая передачу усилия, возникающего при температурном расширении на внешнюю несущую обшивку, и дополнительно уменьшая теплопередачу между обшивками.
Сварка шпилек может быть выполнена сварочным швом дуговой сварки или сварочным швом газовой сварки, контактной или конденсаторной сваркой.
На внутренней ненесущей обшивке могут быть выполнены горизонтальные или вертикальные пазы, и/или отверстия.
Внутри к шпилькам и внешней несущей обшивке могут быть приварены косынки в виде пластин треугольной формы.
из
Косынки могут быть выполнены в виде пластин с углом при вершине от 15 до 75 град и их высота Н составляет 0,1…0,6 от толщины теплоизоляции - δ.
В местах сварки шпильки могут быть изогнуты в виде буквы «Г» и приварены к внешней несущей обшивке отогнутыми концами.
Шпилечное соединение внутренней ненесущей обшивки может быть выполнено в виде опорных и/или прижимных шайб.
Опорные и/или прижимные шайбы по размерам могут быть выполнены одинаковыми.
Прижимные шайбы могут иметь форму круга.
Опорные шайбы могут иметь форму круга.
Диаметр шпилек и гаек может быть выполнен в диапазоне от 6 до 24 мм.
Гайки и шпильки могут быть выполнены из углеродистой или нержавеющей жаропрочной и жаростойкой стали.
Между внешней несущей обшивкой и внутренней ненесущей обшивкой может быть выполнена изоляция.
Шпилечное соединение внутренней ненесущей обшивки может быть выполнено через опорные и/или прижимные гайки.
Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1…19), где;
- на фиг. 1 - приведен общий вид выхлопного устройства,
- на фиг. 2 - крепеж, первый вариант,
- на фиг. 3 - крепежное устройство, второй вариант,
- на фиг. 4 - крепеж, третий вариант
- на фиг. 5 - крепеж, четвертый вариант
- на фиг. 6 - крепеж, пятый вариант
- на фиг. 7 - крепеж, шестой вариант
- на фиг. 8 - крепеж, седьмой вариант
- на фиг. 9, - крепеж, восьмой вариант
- на фиг. 10 - крепеж, девятый вариант
- на фиг. 11 - крепеж, десятый вариант,
- на фиг. 12 - крепеж, одиннадцатый вариант,
- на фиг. 13 - крепеж, двенадцатый вариант,
- на фиг. 14 - косынка,
- на фиг. 15 - отогнутая шпилька,
- на фиг. 16 - сечение А- А отогнутого конца шпильки, первый вариант,
- на фиг. 17 - сечение А- А отогнутого конца шпильки, второй вариант,
- на фиг. 18 - сечение А- А отогнутого конца шпильки, третий вариант,
- на фиг. 19 приведена шпилька в сборе.
В описании приняты следующие условные обозначения: блок 1, внешняя несущая обшивка 2, внутренняя ненесущая обшивка 3, шпилька 4, сварочный шов 5, косынка 6, отогнутый конец 7, лыска 8, соединение 9, внутренняя гайка 10, опорная шайба 11 прижимная шайба 12, прижимная гайка 13, теплоизоляция 14, вторая внутренняя ненесущая обшивка 15,
ш
D - диаметр шпильки,
1
D - внутренний диаметр прижимной шайбы,
D2 - внутренний диаметр отверстия внутренней ненесущей обшивки,
3
D - внутренний диаметр опорной шайбы,
δ из - толщина теплоизоляции,
Н - высота косынки,
β - угол при вершине косынки,
а - ширина лыски,
В - внутренняя ширина канала.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…19.
Выхлопное устройство газоперекачивающего агрегата (фиг. 1) содержит несколько блоков 1, содержащих внешнюю несущую обшивку 2 и внутреннюю ненесущую обшивку 3 соединенные шпильками 4.
Между внешне несущей обшивкой 2 и внутренней ненесущую обшивкой 3 установлен теплоизоляция 14 (Фиг. 1). Теплоизоляция 14 снижает температуру поверхности выхлопного устройства до безопасной 95°С и оказывает демпфирующее воздействие при запуске и останове ГПА.
Оптимальная толщина слоя теплоизоляции:
из
δ=(0,05÷0,2) В,
из
где: δ - толщина теплоизоляции,
В - внутренняя ширина канала.
Шпильки выполнены диаметром от 6 до 24 мм.
К внешней несущей обшивке 2 шпильки 4 приварены сварочным швом 5, а с внутренней ненесущей обшивкой 3 соединены соединением 9. (В любом варианте исполнения (фиг. 2-13).
Крепеж внутренней ненесущей обшивки 3 к внешней несущей обшивке 2 для газоперекачивающего агрегата представляет собой отдельно стоящие шпильки 4, с опорными шайбами 11 и/или прижимными шайбами 12 через внутренние гайки 10 и/или прижимные гайки 13, которые позволяют удерживать ненесущие стенки внутренней обшивки 3 в ее плоскости при работе ГПА, исключая передачу усилия, возникающего при температурном расширении на внешнюю несущую обшивку 2 и дополнительно уменьшая теплопередачу между обшивками 2 и 3.
Соединение шпилек 4 с внутренней ненесущей обшивкой 3 может быть выполнено по одному из вариантов (Фиг. 2-13) и в него могу входить внутренняя гайка 10, опорная шайба 11, прижимная шайба 12, прижимная гайка 13, в любом сочетании вариантов.
На внутренней ненесущей обшивке 3 устанавливаются на шпильки 4 соединения 9.
В отверстиях этой обшивки могут быть выполнены горизонтальные или вертикальные пазы, либо отверстия большего диаметра, которые ограничивают перемещение обшивки. Внутренняя ненесущая обшивка 3 со стороны проточной части может ограничиваться в плоскости посредством обжатия прижимной шайбой 12 и/или через прижимную гайку 13.
Между обшивками 2 и 3 установлена теплоизоляции 14. (фиг. 1).
К шпилькам 4 могут быть приварены косынки 6 (Фиг. 14).
Косынки 6 могут быть выполнены в виде пластин треугольной формы.
из
Косынки 6 могут быть выполнены в виде пластин с углом при вершине β от 15 до 75° град и их высота Н может составлять 0,1…0, 6 от толщины теплоизоляции - δ.
В местах сварки шпильки 4 могут быть изогнуты в виде буквы «Г» и приварены к внешней несущей обшивке 2 отогнутыми концами 7 (фиг. 15). На отогнутых концах 7 могут быть выполнены лыски 8 (фиг.13…15).
На фиг. 14 приведена косынка 6. Угол β при вершине косынки от 15 до 75°.
из
Высота косынки Н=(0, 1÷0, 6)δ.
На фиг. 15 приведена изогнутая шпилька 4.
Она (шпилька) имеет отогнутый конец 7, расположенный под углом 90°±2° к самой шпильке 4. Это необходимо для обеспечения сборки.
Отогнутый конец шпильки 7 может быть выполнен круглого поперечного сечения (фиг. 16) или с одной лыской 8 (фиг. 17) или с двумя лысками 8 (фиг. 18).
Оптимальная ширина лыски 8:
ш
а=(0,4÷0,6) D,
где а - ширина лыски,
ш
D - диаметр шпильки.
Отогнутый конец 7 шпильки может быть приварен к внешней ненесущей обшивке 2 при помощи двух сварных швов 5.
На фиг. 19 приведена шпилька 4 в сборе.
Угол установки оси ОО шпильки 4 к внешней несущей обшивке 2 должен быть 90°±2%. Это необходимо для осуществления сборки крепежа внутренней обшивки.
Косынок 6 может быть выполнено по две или три, или четыре на каждую шпильку 4. Косынки 6 воспринимают весовые нагрузки и нагрузки при температурном расширении внутренней ненесущей обшивки 3 и предотвращают изгиб шпилек 4.
РАБОТА ВЫХЛОПНОГО УСТРОЙСТВА
При включении ГПА (газоперекачивающего агрегата ГТД) привода (фиг. 1…19 он не показан), воздух поступает в ГТД из атмосферы и после сгорания и срабатывания на турбинах (на фиг. 1…19 турбины не показаны) выбрасывается в атмосферу.
На фиг. 2-13 показаны варианты крепежа соединения внешней и внутренней обшивок 2 и 3.
Возможны различные варианты с применением внутренней гайки 10, опорной шайбы 11, прижимной шайбы 12, прижимной гайки 13, которые могут быть использованы в отдельности или в разных сочетаниях. Возможно применение крепежа для присоединения второй внутренней ненесущей обшивки 15.
На фиг. 15 приведена отогнутая шпилька 4 с отогнутым концом 7. На фиг. 16-18 приведены варианты поперечного сечения А -А отогнутого конца 7 шпильки 4.
На фиг. 19 приведена шпилька 4 в сборе.
Угол установки оси OO шпильки 4 к внешней несущей обшивке 2 должен быть 90°±2%. Это необходимо для осуществления сборки крепежа внутренней обшивки.
Косынок 6 может быть выполнено по две или три, или четыре на каждую шпильку 4.
Применение изобретения позволило:
обеспечить температурную компенсацию обшивок 2 и 3 при включении и выключении ГТД привода ГПА и изменении режима его работы,
- уменьшить теплопередачу между внутренней ненесущей и внешней несущей обшивками и снизить температуру внешней поверхности выхлопного устройства ГПА до безопасной,
- упростить сборку и ремонт выхлопного устройства,
- уменьшить вес и металлоемкость выхлопного устройства при сохранении его прочности от воздействия внешних нагрузок.