КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области машиностроения для газотурбинных технологий и может быть использована при создании новых и реконструкции действующих установок и машинных комплексов, где в качестве силового привода применяются газотурбинные двигатели авиационного или другого типа, например, газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций на магистральных газопроводах, электростанций и других энергетических систем.
Полезная модель может быть использована для очистки и подготовки атмосферного воздуха перед подачей его в газотурбинную установку, работающую в различных климатических условиях.
Известно воздухоочистительное устройство широко используемых газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-16 и ГПА - Ц-6,3, состоящее из устройства очистки воздуха и шумоглушителя пластинчато-щелевого типа, соединенных последовательно и пристыкованных к камере всасывания газотурбинного двигателя (А.И. Апанасенко и др., «Монтаж, испытания и эксплуатация газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении, Ленинград, Недра, 1991 г., рис.5, 6, 10, 11) - аналог.
Известное устройство имеет большие габариты, значительную металлоемкость и неудобно в обслуживании из-за значительной высоты воздухоочистительного устройства, практически сравнимой с высотой шахты выхлопной системы.
Известно комплексное воздухоочистительное устройство, содержащее последовательно установленные камеру с элементами воздухоочистки, шахту с элементами шумоглушения, камеру всасывания (патент РФ №2198719, В01D 45/00, опубл. 20.02.03 г.) - аналог.
Недостатком данного устройства является низкая степень очистки воздуха из-за попадания на вход воздухозаборника газотурбинной установки абразивных частиц с нижней части камеры всасывания из зоны, не охваченной фильтрами, а также повышенное гидравлическое сопротивление устройства, вызванное особенностями компоновки, что снижает надежность работы газотурбинной установки и ее к.п.д.
Известно комплексное воздухоочистительное устройство для очистки циклового воздуха газотурбинной установки, содержащее последовательно установленные по ходу всасывания воздушного потока защитный козырек, блок тонкой очистки, содержащий воздушные фильтры и блок шумоглушения, связанный с газотурбинным двигателем и расположенный вне шахты комплексного воздухоочистительного устройства (патент РФ №2344302, F02С 7/052, опубл. 2008.07.20) - прототип.
Недостатком известного решения является то, что поворот воздуха в нижней части вертикальной шахты осуществляется под углом 90°, что приводит к повышению аэродинамического сопротивления потока, и как следствие, к снижению к.п.д. устройства и, кроме того, как следует из прототипа, для достижения технического результата известного решения, необходимо, чтобы блок шумоглушения располагался строго параллельно нижней части вертикальной шахты, что приводит к значительному усложнению конструкции комплексного воздухоочистительного устройства и всего агрегата в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является снижение аэродинамических потерь повышение надежности работы газотурбинной установки и газоперекачивающего агрегата в целом, при одновременном упрощении конструкции комплексного воздухоочистительного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что комплексное воздухоочистительное устройство шахтного типа для очистки циклового воздуха газотурбинной установки, содержит последовательно установленные по ходу всасывания воздушного потока защитный козырек, блок тонкой очистки, содержащий воздушные фильтры и, связанный с газотурбинным двигателем и расположенный вне шахты, блок шумоглушения, причем оно снабжено, расположенной перед блоком тонкой очистки ступенью очистки воздуха через блоки мультициклонов, воздушные фильтры расположены в шахте по ее высоте, что позволяет увеличить их количество и понизить скорость фильтрации, блок шумоглушения состоит из модулей пластинчато-щелевого типа, установленных, по меньшей мере, в два яруса, причем последний по ходу всасывания воздушного потока модуль верхнего яруса имеет в вертикальном сечении форму, отличную от прямоугольной, а блок тонкой очистки и блок шумоглушения установлены с возможностью обеспечения натекания из блока шумоглушения, по меньшей мере, части прошедшего через фильтры тонкой очистки воздуха под углом к продольной оси газотурбинного двигателя газотурбинной установки не более 50°.
В устройстве высота блоков фильтров тонкой очистки в шахте может выбираться в зависимости от количества ярусов блока шумоглушения.
В устройстве воздушные фильтры блока тонкой очистки могут быть расположены не менее чем на 2/3 высоты шахты.
В устройстве количество модулей блока шумоглушения каждого последующего яруса, может быть не меньше чем предыдущего, считая от основания шахты.
В устройстве последний по входу всасывания воздушного потока модуль верхнего яруса может иметь в вертикальном сечении форму треугольника.
Как известно, находящиеся в атмосферном воздухе частицы промышленной или природной пыли, попадая в проточную часть компрессора газотурбинного двигателя (газотурбинной установки), способствуют образованию отложений в газовоздушном тракте и, как следствие, эрозию проточной части двигателя. Вследствие этого происходит износ деталей двигателя, в частности рабочих лопаток, уменьшающий надежность работы энергоустановки (агрегата).
Заявляемое устройство проиллюстрировано на фиг.1-3, где на фиг.1 показан продольный разрез комплексного воздухоочистительного устройства, на фиг.2 - сечение по А-А, а на фиг.3 - вариант размещения фильтров тонкой очистки.
Заявляемое устройство состоит из защитного козырька 1, воздухоприемного блока 2 шахты 3, с размещенными в ней блоками мультициклонов 4 и блоком тонкой очистки 5, состоящего из воздушных фильтров 6, байпасного устройства 7, блока шумоглушения, состоящего из моделей 8, 9, 10, камера смешения 11 проводного воздуховод, связанного с патрубком всасывающей камеры компрессора газотурбинной двигателя 12 и элементы обслуживания устройства 13.
Как известно рациональная организация течения рабочих сред во входных и выходных элементах проточной части газотурбинного двигателя существенно влияет на его характеристики, в данном случае под рациональной организацией течения подразумевается организация течения, при котором уменьшается неравномерность потока (потери) на входе в двигатель и, следовательно, повышается его надежность при работе.
Из уровня техники известно, что поворот потока, т.е. изменение направления движения воздуха из вертикального в горизонтальное, т.е. на 90°, вблизи от входа в проточную часть газотурбинного двигателя, приводит к высокой степени неравномерности потока и возрастанию потерь полного давления в газотурбинном двигателе, что ведет к неустойчивой работе двигателя и снижению его надежности.
Для решения данной задачи заявитель предлагает конструкцию, которая исключает поворот воздуха на 90° при выходе его из вертикальной шахты 3 комплексного воздухоочистительного устройства, как в известных воздухоочистительных устройствах и обеспечивает натекание воздуха, прошедшего через модули 8, 9, 10, образующие блок шумоглушения в камеру смешения проводного воздуховода 11 под углом, отличающимся от 90°, например, под максимальным углом не более 50° к продольной оси газотурбинного двигателя газотурбинной установки, т.е. как бы сглаживает углы натекания.
Заявляемый технический результат обеспечивается в заявляемом устройстве, которое отличается от известных из уровня техники воздухоочистительных устройств, в том числе и от прототипа, следующим:
- увеличением площади контакта фильтров тонкой очистки и, проходящего через шахту воздухозаборного устройства воздуха и как следствие уменьшением неравномерности потока и его закручивания (организация ламинарного потока), а, следовательно, и потерь;
- размещением шумоглушителя, выполненного в виде модуля (модулей) пластинчато-щелевого типа, вне шахты, по меньшей мере, в два яруса, причем последний по ходу всасывания воздушного потока модуль верхнего яруса имеет в вертикальном сечении форму, отличную от прямоугольника, что обеспечивает уменьшение углов натекания потока после прохождения блока шумоглушения, состоящего из двух и более ярусов, в камеру смешения, т.е. в результате формируется менее закрученный суммарный поток на входе в газотурбинный двигатель.
Оптимальный результат достигается при компоновке устройства, позволяющей, в частности, за счет конструктивного выполнения последнего по входу всасывания воздушного потока модуля верхнего яруса, который имеет в вертикальном сечении форму например, прямоугольного треугольника обеспечить оптимальный угол натекания потока к продольной оси двигателя до 50°.
Нижний ярус модулей (модуля) блока шумоглушения 8 может размещаться известным образом, т.е. чтобы в вертикальном сечении его ось симметрии совпадала с продольной осью газотубинного двигателя А-А, как показано на фиг.1. Однако возможно и другое конструктивное выполнение, которое зависит от размеров модулей блока шумоглушения, от количества ярусов устройства, от высоты вертикальной шахты и т.д.
В каждом конкретном случае вопрос количества ярусов модулей блока шумоглушения, количества модулей и т.д. решается индивидуально и зависит от параметров двигателя и газотурбинной установки, однако, главными условиями, которые необходимы для достижения заявленного технического результата являются - использование заявляемой многоярусной конструкции блока шумоглушения, расположенного вне вертикальной шахты и дополнительная стабилизация потока воздуха на входе в блок шумоглушения, что обеспечивается размещением фильтров блока тонкой очистки в шахте по ее высоте. В данном случае высота размещения фильтров тонкой очистки также определяется для каждого конкретного агрегата, так как это связано с высотой шахты, количеством модулей блока шумоглушения, климатическими условиями, в которых работает устройство, загрязненностью воздуха, и т.д.
Еще одним преимуществом заявляемого устройства является возможность большего разнесения по высоте шахты воздухоочистительного и трубы выхлопного устройств, что также стало возможным благодаря возможности расположения фильтров блока тонкой очистки на большей высоте вертикальной шахты, а не в ее отдельном отсеке как в известных решениях. Это позволяет в необходимых случаях, уменьшить высоту шахты воздухоочистительного устройства и исключить возможность попадания на его вход воздуха, выбрасываемого из выхлопного устройства.
В части относящейся к фильтрам циклонного блока очистки и блока тонкой очистки, то варианты их использования напрямую зависят от условий, в которых эксплуатируется агрегат, однако предпочтительно использовать фильтры, обеспечивающие очистку по классу Евростандарта EN-779-94-F7-F-9 с эффективностью работы 99,7%.
Устройство работает следующим образом.
Атмосферный воздух с находящимися в нем примесями поступает на погодозащитный козырек 1, затем воздух попадает на блок мультициклонов 4, далее воздух поступает в шахту 3 и проходит через блок тонкой очистки 5. Далее воздух попадает на модули блока шумоглушения 8, 9 и 10 проходит их с формированием потока на его выходе с заданными параметрами, который через проводной воздуховод под заданным углом попадает на вход газотурбинного двигателя 12.