КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НАКОПИТЕЛЬНОГО ТИПА ДЛЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК И ЕГО ВАРИАНТЫ
COMPLEX AIR CLEANING DEVICE OF ACCUMULATING TYPE FOR GAS-TURBINE PLANTS, AND ITS VERSIONS

Изобретение относится к газоочистным устройствам и может быть использовано для очистки забираемого из атмосферы воздуха и подготовки его к подаче в компрессор газотурбинной установки (ГТУ) с целью уменьшения абразивного износа и трактовых отложений на лопаточных элементах компрессора указанной установки.
7
Известно воздухоочистительное устройство (см. патент RU №2263806, МПК В04С 5/20 от 10.11.2005), содержащее сгруппированные в блоки и закрепленные на внешних гранях несущего корпуса, перпендикулярно к нему в несколько ярусов блоки первой ступени очистки накопительного типа, состоящие из мультициклонов, размещенные внутри корпуса блоки воздушных фильтров второй ступени, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде защитного колпака шатрового типа.
Недостатком указанного устройства является то, что защитный колпак, изготовленный из металла, имея большую развитую поверхность, при длительной эксплуатации является дополнительным источником загрязнения циклового воздуха за счет старения лакокрасочного покрытия и коррозии основного металла колпака под воздействием атмосферных условий.
Другим недостатком указанного устройства является необходимость использования электрического освещения при обслуживании элементов воздухоочистительного устройства даже в дневное время суток.
7
Наиболее близким к заявляемому изобретению является воздухозаборник для газотурбинной установки (см. патент RU №2280185, МПК F02C 7/052 от 20.07.2006), содержащий корпус первой ступени очистки с циклонными фильтрами, корпус второй ступени с фильтрами тонкой очистки, расположенный внутри корпуса первой ступени очистки, снабженный ячейками со съемными фильтрами тонкой очистки, размещенными на всех внешних поверхностях корпуса второй ступени очистки, кроме того, фильтры системы тонкой очистки размещены и на раме системы очистки первой ступени. Таким образом, такое размещение фильтров тонкой очистки выполняется с целью уменьшения габаритов воздухозаборника газотурбинной установки.
Недостатком данного устройства является тот факт, что расположение фильтров второй ступени очистки под площадками обслуживания ведет к дополнительному, несоответствующему режиму штатной работы фильтров загрязнению, вносимому персоналом при их обслуживании. Кроме того, подобное расположение фильтров в значительное мере затрудняет их обслуживание и снижает безопасность условий труда персонала, а выполнение металлического защитного колпака приводит к недостаткам, аналогичным предыдущему изобретению.
Технической задачей изобретения, в его первом варианте является повышение эффективности устройства за счет улучшения условий работы фильтрующих элементов, снижения уровня гидравлических потерь при движении воздушного потока по тракту, уменьшения габаритов и металлоемкости устройства, улучшения условий труда обслуживающего персонала и снижения энергозатрат при выполнении регламентных работ.
Первый вариант технического решения предлагается для газотурбинных установок, в месте монтажа которых известны основные направления действия ветра и его интенсивность, а также интенсивность осадков.
Согласно первому варианту для комплексного воздухоочистительного устройства накопительного типа, содержащего установленные на раме: защитный колпак, элементы воздухоочистки, закрепленные в соответствующих корпусах, - решение поставленной задачи заключается в том, что на силовой раме устройства, со стороны установки каркасов с фильтрующими элементами, выполнен герметично настил, в котором выполнены симметрично, относительно осей поперечного сечения устройства, два отверстия в виде равносторонних треугольников с равноусеченными вершинами, таким образом, что их стороны попарно параллельны между собой, при этом на противоположной настилу стороне рамы, герметично к ней, выполнен в виде полой усеченной пирамиды переходник, периметр меньшего основания которого равен периметру смежного с данным основанием блока шумоглушения устройства, причем внутренняя полость переходника снабжена двугранным стекателем, установленным симметрично вертикальной оси симметрии устройства вершиной угла по направлению к меньшему основанию, таким образом, что грани стекателя параллельны боковым стенкам переходника, а торцевые поверхности граней стекателя герметично соединены с двумя другими гранями переходника и с внутренней поверхностью настила, к треугольным отверстиям которого герметично прикреплены каркасы с установленными в них элементами воздухоочистки, выполненные в виде прямых призм с треугольными основаниями, образованными равносторонними с равноусеченными вершинами треугольниками, имеющими равную площадь с треугольниками, выполненными в настиле, причем верхние относительно настила основания призм снабжены байпасными устройствами (типа клапан) и герметично соединены с каркасами, а к торцевым поверхностям силовой рамы прикреплены равномерно по ее периметру силовые кронштейны, равной длины, свободные концы которых соединены с силовым каркасом защитного колпака, выполненного в виде нервюрно-стрингерного набора профилированных конструктивных элементов, к которым прикреплены кронштейны подвески обшивки защитного колпака, причем обшивка защитного колпака выполнена из морозостойкого неметаллического светопрозрачного материала (типа сотовый поликарбонат), а свободные промежутки между силовыми кронштейнами на силовой раме закрыты посредством прикрепленных к ним решетчатых панелей, с возможностью образования сплошной по периметру внутри защитного колпака площадки обслуживания, причем кромка защитного колпака выполнена ниже уровня решетчатых панелей, образующих площадку обслуживания, на величину, составляющую 1,5-1,75 от ширины решетчатых панелей, и к указанной кромке защитного колпака, по ее периметру, неподвижно прикреплены плоские трапецевидные панели, выполненные из морозостойкого, неметаллического, светопрозрачного материала (типа сотовый поликарбонат), с возможностью образования боковой поверхности усеченной пирамиды, периметр меньшего основания которой равен периметру кромки защитного колпака, при этом угол наклона граней к плоскости большего основания усеченной пирамиды, образованной плоскими трапецевидными панелями, равен 45°.
Технический эффект при выполнении устройства в первом варианте заключается в том, что предлагаемое по данному решению размещение фильтров на двух призматических каркасах с равноусеченными треугольниками в основаниях позволяет разместить большее количество фильтров, чем при расположении их в призме с прямоугольным контуром в основании. Это повышает пылеемкость устройства. Выполнение двугранного стекателя в переходнике, выполненном в виде усеченной пирамиды, способствует безотрывному течению очищенного воздуха, и тем самым уменьшает уровень гидравлических потерь, и повышает эффективность воздухоочистительного устройства. Выполнение обшивки защитного колпака из морозостойкого, светопрозрачного, неметаллического материала устраняет дополнительный искусственный источник загрязнения циклового воздуха в виде продуктов эрозии лакокрасочного покрытия и продуктов коррозии в случае исполнения защитного колпака из металла. Выполнение защитного колпака из светопрозрачного материала исключает необходимость использования электрического освещения при выполнении регламентных работ в дневное время суток, что ведет к экономии электрической энергии. Выполнение байпасных клапанов на верхних основаниях призм улучшает условия выполнения работ по обслуживанию и настройке байпасных клапанов. Исполнение кромки защитного колпака ниже уровня решетчатых панелей способствует снижению скорости втекания воздушного потока в КВОУ и приводит к снижению гидравлических потерь. Выполнение плоских трапецеидальных панелей, прикрепленных к кромке защитного колпака и образующих при своем взаимном соединении боковую поверхность усеченной пирамиды с наклоном граней 45°, способствует снижению скорости воздушного потока и соответственно уровню гидравлических потерь, а также противодействует возможности захвата воздушным потоком элементов атмосферных осадков в виде снега. Угол наклона граней 45° способствует максимальной жесткости каркаса усеченной пирамиды. Увеличение угла свыше 45° приводит к увеличению материалоемкости конструкции и существенного выигрыша по скорости втекания воздушного потока не дает, а выполнение угла наклона менее 45° существенно влияет на попадание в цикловой тракт элементов атмосферных осадков. Указанная скорость должна быть ниже скорости свободного витания частиц атмосферных осадков (обычно эта скорость 0,5-0,8 м/с). Выполнение кромки защитного колпака ниже уровня решетчатых панелей, образующих площадку обслуживания, на величину 1,5-1,75 от ширины решетчатых панелей также способствует увеличению площади входного сечения КВОУ, что снижает гидравлические потери. Причем если соотношение ниже 1,5, скорость втекания воздушного потока возрастает, если соотношение выше 1,75, скорость падает, то при этом резко взрастает материалоемкость конструкции.
Технической задачей изобретения во втором варианте его исполнения является повышение эффективности устройства за счет улучшения условий работы фильтрующих элементов, снижения уровня гидравлических потерь при движении воздушного потока по тракту, адаптации работы устройства в условиях неизвестных данных по метеоусловиям на месте конкретной установки изделия, а также уменьшения габаритов и металлоемкости устройства, улучшения условий труда обслуживающего персонала и снижения энергозатрат при выполнении регламентных работ.
Согласно второму варианту для комплексного воздухоочистительного устройства накопительного типа, содержащего установленные на раме: защитный колпак, элементы воздухоочистки, закрепленные в соответствующих корпусах, - решение поставленной задачи заключается в том, что на силовой раме устройства, со стороны установки каркасов с фильтрующими элементами, выполнен герметично настил, в котором выполнены симметрично, относительно осей поперечного сечения устройства, два отверстия в виде равносторонних треугольников с равноусеченными вершинами таким образом, что их стороны попарно параллельны между собой, при этом на противоположной настилу стороне рамы, герметично к ней, выполнен в виде полой усеченной пирамиды переходник, периметр меньшего основания которого равен периметру смежного с данным основанием блока шумоглушения устройства, причем внутренняя полость переходника снабжена двугранным стекателем, установленным симметрично вертикальной оси симметрии устройства вершиной угла по направлению к меньшему основанию таким образом, что грани стекателя параллельны боковым стенкам переходника, а торцевые поверхности граней стекателя герметично соединены с двумя другими гранями переходника и с внутренней поверхностью настила, к треугольным отверстиям которого герметично прикреплены каркасы с установленными в них элементами воздухоочистки, выполненные в виде прямых призм с треугольными основаниями, образованными равносторонними с равноусеченными вершинами треугольниками, имеющими равную площадь с треугольниками, выполненными в настиле, причем верхние относительно настила основания призм снабжены байпасными устройствами (типа клапан) и герметично соединены с каркасами, а к торцевым поверхностям силовой рамы прикреплены равномерно по ее периметру силовые кронштейны равной длины, свободные концы которых соединены с силовым каркасом защитного колпака, выполненного в виде нервюрно-стрингерного набора профильных конструктивных элементов, к которым прикреплены кронштейны подвески обшивки защитного колпака, причем обшивка защитного колпака выполнена из морозостойкого неметаллического светопрозрачного материала (типа сотовый поликарбонат), а свободные промежутки между силовыми кронштейнами на силовой раме закрыты посредством прикрепленных к ним решетчатых панелей, с возможностью образования сплошной по периметру внутри защитного колпака площадки обслуживания, при этом кромка защитного колпака выполнена ниже уровня решетчатых панелей, образующих площадку обслуживания, на величину, составляющую 1,5-1,75 от ширины решетчатых панелей, причем плоские панели защитного колпака выполнены в виде шарнирно закрепленных к кромке силового каркаса защитного колпака, по всему периметру указанной кромки, створок, выполненных в виде плоских силовых каркасов прямоугольной формы, на которых шарнирно закреплены плоские горизонтальные жалюзи, оборудованные осями вращения, выполненными на верхних, относительно кромки защитного колпака, краях жалюзи параллельно друг другу и соединенными, посредством установленных на осях рычагов равной длины с общими тягами, с возможностью образования параллелограммных механизмов, при этом общие тяги параллелограммных механизмов вращения жалюзи в верхних, относительно кромки защитного колпака, точках оборудованы неподвижными креплениями к силовому каркасу кромки защитного колпака, а створки оборудованы механизмами их углового перемещения в шарнирах, относительно силового каркаса кромки защитного колпака, выполненными в виде шарнирно-рычажных параллелограммных механизмов с винтовыми стяжками, с возможностью вращения вокруг собственных осей указанных стяжек, установленными между противоположными шарнирами указанных шарнирно-рычажных параллелограммных механизмов, при этом не связанные винтовыми стяжками шарниры рычажных параллелограммных механизмов соответственно прикреплены шарнирно к силовым каркасам створок, посредством кронштейнов и к силовой раме воздухоочистительного устройства, с возможностью обеспечения отклонения жалюзи на угол 45°, относительно плоскости створок при положении плоскостей створок параллельно вертикальной оси устройства, и с возможностью обеспечения складывания жалюзи с перекрытием при отклонении створок на угол 45° от вертикальной оси устройства, при этом на каждом из углов силового каркаса защитного колпака установлены в виде усеченных наклонных полых пирамид с треугольными основаниями неподвижно закрепленные объемные элементы, в которых, по крайней мере, две грани боковой поверхности выполнены с возможностью преграждения поступления циклового воздуха в полость защитного колпака при положении створок, соответствующем их отклонению на угол 45° от вертикальной оси устройства.
Технический эффект в части выполнения плоских трапецеидальных панелей защитного колпака в виде шарнирно закрепленных к кромке силового каркаса защитного колпака, по всему периметру указанной кромки, створок заключается в том, что с учетом преобладающего в конкретной местности направления ветра створки посредством шарнирно-рычажных параллелограммных механизмов приводятся в положение, соответствующее минимально необходимой скорости втекающего потока воздуха на вход в КВОУ, исключающей попадание элементов атмосферных осадков. Контроль оптимального диапазона скоростей осуществляется посредством анемометра.
Технический эффект от выполнения плоских горизонтальных жалюзи заключается в том, что посредством выполненных на них параллелограммных механизмов они автоматически занимают положение, тормозящее ветровой поток и отражающее элементы метеоосадков. Таким образом, в местах эксплуатации с неизвестными метеоусловиями создаются оптимальные по скорости воздушного потока режимы работы КВОУ.
Технический эффект от выполнения на каждом из углов силового каркаса защитного колпака выполненных в виде усеченных наклонных полых пирамид с треугольными основаниями, неподвижно закрепленных объемных элементов, в которых, по крайней мере, две грани боковой поверхности выполнены с возможностью преграждения поступления циклового воздуха в полость защитного колпака при положении створок, соответствующем их отклонению на угол 45° от вертикальной оси устройства, заключается в исключении попадания атмосферных осадков в КВОУ при манипуляциях створками. Остальные технические эффекты достигаются аналогично исполнению КВОУ по первому варианту.
Исполнение устройства по первому варианту представлено на фигуре 1, на фигуре 2 - трехмерное изображение элемента I фигуры 1. Исполнение устройства по второму варианту представлено на фигурах 3 и 4. На фигуре 5 представлено сечение А-А (по жалюзи) фигуры 4.
Устройство, представленное на фигуре 1, содержит силовую раму 1, герметичный настил 2, переходник 3, блок шумоглушения 4, двугранный стекатель 5, призматические каркасы 6, элементы воздухоочистки 7, верхние основания каркасов 8, байпасные устройства 9, силовые кронштейны 10, силовой каркас 11 защитного колпака, нервюры 12 защитного колпака, стрингеры 13 защитного колпака, решетчатые панели 14, морозостойкую, светопроницаемую неметаллическую обшивку 15 защитного колпака, кромку 16 защитного колпака, плоские трапецеидальные панели 17, треугольные отверстия 18.
Устройство по первому варианту исполнения, представленное на фигурах 1 и 2, работает следующим образом. Под действием разряжения, созданного компрессором газотурбинной установки, атмосферный воздух поступает к входной кромке, образованной большими основаниями плоских трапецеидальных панелей 17, и двигается в щелевом зазоре по всему периметру устройства. Щелевой зазор образован кромкой защитного колпака 16 и внешними стенками блока шумоглушения 4. Затем воздух проходит сквозь решетчатые панели 14, установленные посредством силовых кронштейнов 10 и связанные, посредством указанных кронштейнов 10, с силовой рамой 1, и поступает в элементы воздухоочистки 7, выполненные на стенках призматических каркасов 6.
Призматические каркасы 6 установлены на силовой раме 1, закрытой герметично посредством герметичного настила 2. После элементов воздухоочистки 7 очищенный воздух поступает сквозь отверстия 18 в переходник 3 и по зазору, образованному стенками двухгранного стекателя 5 и стенками переходника 3, поступает в блок шумоглушения 4.
В случае полного засорения элементов воздухоочистки 7 в устройстве срабатывают байпасные устройства (типа клапан) 9, смонтированные на верхних основаниях 8 призматических каркасов 6.
Устройство по второму варианту исполнения представлено на фигуре 3, вид Б устройства - на фигуре 4. Сечение А-А (по жалюзи) устройства, представленного на фигурах 3, показано на фигуре 5.
Устройство по второму варианту исполнения, представленное на фигурах 3, 4, 5, содержит силовую раму 1, герметичный настил 2, переходник 3, блок шумоглушения 4, двугранный стекатель 5, призматические каркасы 6, элементы воздухоочистки 7, верхние основания каркасов 8, байпасные устройства 9, силовые кронштейны 10, силовой каркас 11 защитного колпака, нервюры 12 защитного колпака, стрингеры 13 защитного колпака, решетчатые панели 14, морозостойкую, светопроницаемую неметаллическую обшивку 15 защитного колпака, кромку 16 защитного колпака, створки 24, жалюзи 23, параллелограммные механизмы 19 привода жалюзи 23, шарнирно-рычажные параллелограммные механизмы привода створок 20, механизмы винтовой стяжки 21, объемные неподвижные элементы 22.
Устройство по второму варианту исполнения, представленное на фигурах 3, 4, 5, работает следующим образом. Под действием разряжения, созданного компрессором газотурбинной установки, атмосферный воздух поступает к входной кромке створок 24, которые посредством механизмов винтовой стяжки 21 и шарнирно-рычажных параллелограммных механизмов привода створок 20 отклонены от вертикального положения на угол 45°, при этом жалюзи 23 на каждой из створок 24, посредством действия механизмов 19, полностью закрыты. Атмосферный воздух двигается в щелевом зазоре по всему периметру устройства. Щелевой зазор образован кромкой створок 24 с закрытыми жалюзи 23 и внешними стенками блока шумоглушения 4. Затем воздух проходит сквозь решетчатые панели 14, установленные посредством силовых кронштейнов 10 и связанные, посредством указанных кронштейнов 10, с силовой рамой 1, и поступает в элементы воздухоочистки 7, выполненные на стенках призматических каркасов 6.
Призматические каркасы 6 установлены на силовой раме 1, закрытой герметично посредством герметичного настила 2. После элементов воздухоочистки 7 очищенный воздух поступает сквозь отверстия 18 в переходник 3 и по зазору, образованному стенками двухгранного стекателя 5 и стенками переходника 3, поступает в блок шумоглушения 4.
В случае полного засорения элементов воздухоочистки 7 в устройстве срабатывают байпасные устройства (типа клапан) 9, смонтированные на верхних основаниях 8 призматических каркасов 6.
При возникновении ветра, несущего в себе элементы осадков, посредством воздействия механизмов винтовой стяжки 21, воздействующих на шарнирно-рычажные параллелограммные механизмы привода створок 20, створки 24 переводятся в любое рабочее положение, изменяя угол 45° в сторону уменьшения, с одной или с двух наветренных сторон (в зависимости от направления ветра). При этом жалюзи 23, посредством действия механизмов 19, открываются и занимают положение, способствующее отражению частиц метеоосадков, приносимых ветром. Уровень отклонения створок 24 и соответственно жалюзи 23 определяется по измерению скорости вхождения воздушного потока в КВОУ. Движение створок 24 с одной стороны кромки защитного колпака осуществляют одновременно, при этом объемные элементы 22 препятствуют попаданию осадков в полость КВОУ при перемещении створок 24. В исходном положении, когда створки 24 подняты на угол 45°, объемные элементы 22 выполняют ту же функцию.
Промышленная применимость предлагаемого изобретения подтверждается проведенными предварительными испытаниями опытного образца, выполненного по второму варианту. Испытания проведены в мае 2010 года на компрессорной станции «Хасырейская» ООО «Газпром трансгаз Югорск» в составе газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16.
Результаты испытаний признаны успешными, два устройства подтвердили свою эффективность и направлены в опытную эксплуатацию на 3000 часов эксплуатационной наработки.
По результатам эксплуатационной наработки будет принято решение о серийном производстве.