УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

Полезная модель относится к газоперекачивающим агрегатам с газотурбинным двигателем и используется для отвода отработанных газов в атмосферу на всех режимах работы газоперекачивающего агрегата.
Известно устройство выпуска отработанных газов газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным двигателем (Воздухоприемные и газоотводные устройства судовых газотурбинных установок / Ю.А. Бордовицын, А.А. Вимба, Н.Я. Матусевич, С.И. Нахамкин. - Л.: Судостроение, 1969. - 168 с.: ил. - Библиогр.: с. 165-167.), состоящее из кольцевого диффузора, расположенного в корпусе газоотвода с окном для выхода отработанных газов, при этом кольцевой диффузор имеет конусовидное расширение, заканчивающееся на некотором расстоянии от стенки газоотвода и образующее с ним кольцевое щелевидное окно для выпуска отработанных газов в корпус газоотвода.
Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа, является газоотводное устройство газотурбинной установки (пат. 2202697 Рос. Федерация: МПК F01D 25/30 / Кустов Ю.И.; заявитель и патентообладатель ОАО «НПО «Искра», - №2001103579/06; заявл. 07.02.01; опубл. 20.04.03), которое содержит кольцевой осерадиальный диффузор, имеющий выходное окно для выпуска отработанных газов, и охватывающий его кожух, являющийся корпусом газоотвода. При этом выходной участок наружной оболочки кольцевого осерадиального диффузора выполнен кососрезанным. Плоскость кососрезанного участка наклонена в сторону выходного окна, с которой сопрягается выхлопной газоход.
Недостатком существующей конструкции устройства для выпуска отработанных газов является наличие вихревой зоны, которая находится между диффузором и корпусом газоотвода со стороны, противоположной выходу отработанных газов, и приводит к противодавлению. Вихревая зона образуется ввиду конструктивных особенностей устройства в связи с несимметричной организацией выпуска отработанных газов из корпуса газоотвода. Поскольку поток газов, выходящий из газотурбинного двигателя, имеет тангенциальную закрутку, то это приводит к образованию поперечных и продольных вихревых потоков, особенно если выходное окно корпуса газоотвода соединяется с выхлопной трубой протяженным горизонтально расположенным газоходом. Вихреобразование в корпусе газоотвода приводит к противодавлению выхлопным газам, что может выражаться пульсацией давления и способствует увеличению общего гидравлического сопротивления устройства выпуска отработанных газов.
Указанные недостатки приводят к снижению показателей газотурбинного двигателя: снижению мощности и коэффициента полезного действия газоперекачивающего агрегата, повышению расхода топливного газа, а также к повышению вибрации корпуса газоотвода и корпуса газотурбинного двигателя.
Также недостатком существующей конструкции устройства для выпуска отработанных газов является недостаточная жесткость стенок корпуса газоотвода, приводящая к термической деформации, переменным напряжениям металла стенок газоотвода и, следовательно, появлению дефектов в виде трещин и снижению надежности устройства выпуска отработанных газов.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение противодавления на выходе отработанных газов из кольцевого диффузора в корпус газоотвода и повышение жесткости стенок корпуса газоотвода.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы газотурбинного двигателя, эксплуатируемого в составе газоперекачивающего агрегата, а также повышение надежности устройства выпуска отработанных газов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для выпуска отработанных газов газотурбинного двигателя в газоперекачивающем агрегате, содержащем корпус газоотвода с выходным окном для отработанных газов, кольцевой диффузор с кососрезанным выходным участком, образующим выходную кромку, плоскость которого наклонена в сторону выходного окна, в котором в отличие от прототипа, угол между плоскостью среза выходного участка диффузора и противоположной стенкой корпуса газоотвода составляет α=12,0±0,5°, между корпусом газоотвода и диффузором с противоположной от выходного окна стороны по направлению потока выходящих отработанных газов установлено ребро жесткости-рассекатель, а между корпусом газоотвода и выходной кромкой диффузора по ее периметру расположены трубчатые распорки.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, где изображено продольное и поперечное сечение устройства для выпуска отработанных газов газотурбинного двигателя в газоперекачивающем агрегате. Направление потока отработанных газов обозначено стрелками.
Устройство для выпуска отработанных газов газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата содержит корпус газоотвода 1, кольцевой диффузор 2 с кососрезанным выходным участком, образующим выходную кромку. Плоскость среза наклонена в сторону выходного окна 5 в корпусе газоотвода и составляет угол α с противоположной от выходной кромки диффузора стенкой корпуса газоотвода 1. Между корпусом газоотвода 1 и кольцевым диффузором 2, с противоположной стороны от выходного окна 5, установлено по направлению потока выходящих отработанных газов ребро жесткости-рассекатель 4, который обеспечивает снижение вихреобразования в полости корпуса и его жесткость. Между выходной кромкой диффузора и корпусом газоотвода 1 по периметру расположены трубчатые распорки 3, которые дополнительно обеспечивают жесткость корпуса газоотвода и жесткость конструкции устройства для выпуска отработанных газов.
Заявляемое устройство для выпуска отработанных газов газотурбинного двигателя в газоперекачивающем агрегате осуществляется следующим образом. При работе газотурбинного двигателя отработанные газы с температурой до 450° и высокой скоростью поступают в кольцевой диффузор 2. Далее они поступают с выхода диффузора в пространство корпуса газоотвода 1. За счет косого среза выходного участка диффузора большая часть потока отработанных газов направляется в сторону выходного окна 5 в корпусе газоотвода 1 и далее с минимальными потерями скорости в горизонтальный газоход газоперекачивающего агрегата. Часть потока отработанных газов попадает в противоположную от выходного окна 5 замкнутую область корпуса газоотвода 1, так называемую «теневую зону», где разбивается ребром жесткости-рассекателем 4 на два отдельных потока, которые с высокой скоростью огибают кольцевой диффузор 2 и далее, параллельными потоками, направляются к выходному окну для выпуска газов, через которое удаляются в горизонтальный газоход газоперекачивающего агрегата.
Угол а косого среза кольцевого диффузора 2 определяется в зависимости от геометрических размеров и рабочих параметров газоперекачивающего агрегата расчетом численными методами конечных элементов и составляет 12,0±0,5° из условия минимального гидравлического сопротивления потоку отработанных газов, направленному под углом к плоскости выходной кромки диффузора и к горизонту. Этому же способствует установленное ребро жесткости-рассекатель 4, которое предотвращает поперечное движение и перемешивание потока отработанных газов в «теневой зоне», тем самым предотвращая снижение его скорости и торможение, за счет чего снижаются затраты энергии потока отработанных газов на продувку этой зоны.
Организация направленного движения потока отработанных газов на выходе из кольцевого диффузора 2 в сторону газохода газоперекачивающего агрегата под рассчитанным углом а предотвращает возвратные колебания звуковых волн между лопатками газотурбинного двигателя и противоположной к ним стенкой корпуса газоотвода 1, что приводит к снижению его вибрации, корпуса газотурбинного двигателя и устранению колебания рабочих лопаток турбин.
В совокупности заявленное устройство для выпуска отработанных газов газотурбинного двигателя в газоперекачивающем агрегате обеспечивает повышение эффективности работы газоперекачивающего агрегата и его надежности за счет снижения противодавления отработанным газам газотурбинного двигателя, что позволяет снизить общее гидравлическое сопротивление выпуску отработанных газов, улучшить параметры работы и устранить возвратные колебания звуковых волн в пространстве корпуса газоотвода при работе газоперекачивающего агрегата, а также повысить жесткость корпуса газоотвода.