ШУМОГЛУШИТЕЛЬ-УТИЛИЗАТОР Российский патент 1994 года по МПК F01N5/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к энергетическому, а именно к шумоглушителям-утилизаторам преимущественно газовых турбин.

Известен шумоглушитель-утилизатор выхлопных газов газовых турбин, включающий утилизационный теплообменник, состоящий из шести модулей с оребренными трубами и диффузора [1].

Снижение шума выхлопа агрегата достигается за счет многократного изменения поперечного сечения выхлопного газохода между рядами оребренных труб, поглощения звука облицовкой диффузора, поглощения звука металлическими поверхностями труб и оребрения. Утилизация тепла осуществляется за счет нагрева теплоносителя, циркулирующего по трубкам модулей, потоком выхлопных газов.

Известная конструкция шумоглушителя-утилизатора может использоваться преимущественно для нагрева жидкого теплоносителя, в то же время при нагреве газообразного теплоносителя возникает значительное аэродинамическое сопротивление по тракту нагреваемого теплоносителя из-за малого живого сечения для прохода газообразного теплоносителя.

Известен принятый в качестве прототипа шумоглушитель-утилизатор выхлопных газов газовых турбин, содержащий шумопоглощающий элемент, выполненный в виде плоских перфорированных обтекателей, заполненных шумопоглощающим материалом и установленных соосно корпусу, и утилизационный теплообменник, выполненный в виде по меньшей мере двух пустотелых параллелепипедов, расположенных на боковых поверхностях обтекателей попарно противоположно один другому с размещением их продольных осей в плоскостях, перпендикулярных продольным осям обтекателей [2].

Недостатком прототипа является значительное аэродинамическое сопротивление по тракту нагреваемого теплоносителя из-за наличия множества местных сопротивлений (повороты, раздающие и собирающие коллекторы), образованных взаимным расположением пустотелых параллелепипедов, необходимым для осуществления нагрева теплоносителя, и малого живого сечения для прохода нагреваемого теплоносителя. Указанный недостаток снижает эффективность утилизации тепла, так как приводит к существенным затратам энергии на перемещение нагреваемого теплоносителя по тракту.

Целью изобретения является повышение эффективности утилизации тепла путем уменьшения аэродинамического сопротивления по тракту нагреваемого теплоносителя.

Поставленная цель достигается тем, что шумоглушитель-утилизатор, содержащий шумопоглощающий корпус с впускным и выпускными отверстиями, шумопоглощающий элемент в виде плоских перфорированных обтекателей, заполненных шумопоглощающим материалом и установленных соосно корпусу и утилизационный теплообменник, выполненный в виде по меньшей мере двух трубчатых элементов, расположенных на боковых поверхностях обтекателей попарно противоположно один другому с размещением их продольных осей в плоскостях, перпендикулярных продольным осям обтекателей, снабжен установленными на боковых поверхностях корпуса проточными камерами для циркуляции газообразного теплоносителя, а трубчатые элементы выполнены в виде замкнутых двухфазных термосифонов, конденсационные участки которых размещены в проточных камерах, а испарительные участки имеют форму параллелепипедов и установлены в полости корпуса.

Замкнутый двухфазный термосифон - это теплообменное устройство, в котором передача тепла осуществляется промежуточным теплоносителем. При этом промежуточный теплоноситель претерпевает фазовые превращения, а непрерывная циркуляция осуществляется за счет действия гравитационных сил. В зоне контакта поверхности термосифона с охлаждаемым теплоносителем происходит испарение промежуточного теплоносителя и отвод тепла от поверхности за счет теплоты парообразования. Образовавшиеся при этом пары промежуточного теплоносителя переносятся в зону контакта поверхности термосифона с нагреваемым теплоносителем, где происходит их конденсация и отдача тепловой энергии. Конденсат под действием гравитационных сил возвращается в зону испарения, что обеспечивает непрерывность процесса передачи тепла. Паровая и жидкая фазы промежуточного теплоносителя при этом находятся на линии насыщения.

Движение нагреваемого теплоносителя осуществляется не в трубном, а в межтрубном пространстве, образованном корпусом, проточными камерами и конденсационными участками замкнутых двухфазных термосифонов.

Конденсационные участки замкнутых двухфазных термосифонов могут быть выполнены в виде труб со спирально-ленточным оребрением. Замкнутые двухфазные термосифоны могут быть закреплены на обтекателях под углом к их продольной оси.

В качестве нагреваемого теплоносителя в заявляемой конструкции используется газообразный теплоноситель.

На фиг. 1 представлен шумоглушитель-утилизатор, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - то же (вариант выполнения конденсационных участков); на фиг.5 - то же (вариант расположения замкнутых двухфазных термосифонов на боковых поверхностях обтекателей).

Шумоглушитлеь-утилизатор содержит шумопоглощающий корпус 1, проточные камеры 2, впускное 3 и выпускное 4 отверстия по тракту выхлопных газов, впускное 5 и выпускное 6 отверстия по тракту нагреваемого теплоносителя, шумопоглощающий элемент и утилизационный теплообменник. Шумопоглощающий элемент выполнен в виде плоских перфорированных обтекателей 7, заполненных звукопоглощающим материалом и установленных соосно корпусу 1, а утилизационный теплообменник выполнен в виде по меньшей мере двух замкнутых двухфазных термосифонов 8, испарительные участки которых имеют форму параллелепипедов, расположенных на боковых поверхностях обтекателей 7 попарно противоположно один другому с размещением их продольных осей в плоскостях, образующих угол с продольными осями обтекателей.

Замкнутые двухфазные термосифоны заполнены промежуточным теплоносителем.

Конденсационные участки замкнутых двухфазных термосифонов могут быть выполнены в двух вариантах:
конденсационные участки имеют форму параллелепипедов (фиг.3);
конденсационные участки имеют форму труб со спирально-ленточным оребрением (фиг.4), при этом конденсационные участки замкнутых двухфазных термосифонов соединяются с испарительными участками посредством сварных соединений в тех местах, где параллелепипеды - испарительные участки замкнутых двухфазных термосифонов выступают за пределы шумопоглощающего корпуса 1.

Вариант выполнения конденсационных участков в соответствии с фиг.4 обеспечивает интенсификацию внешнего теплообмена в потоке нагреваемого теплоносителя.

Возможно два варианта расположения замкнутых двухфазных термосифонов на боковых поверхностях обтекателей:
продольные оси замкнутых двухфазных термосифонов размещены под углом 90^о (перпендикулярно) к продольным осям обтекателей (фиг.3 и 4);
продольные оси замкнутых двухфазных термосифонов размещены под углом, отличным от 90^о, по отношению к продольным осям обтекателей (фиг.5).

Вариант размещения замкнутых двухфазных термосифонов на боковых поверхностях обтекателей в соответствии с фиг.5 обеспечивает стабилизацию процесса внутреннего теплообмена в замкнутом двухфазном термосифоне, а именно обеспечивает наилучшие условия для слива конденсата промежуточного теплоносителя из конденсационных в испарительные участки.

Шумоглушитель-утилизатор работает следующим образом. Поток выхлопных газов через впускное отверстие 3 поступает в полость корпуса 1, а затем в пространство между обтекателями 7, где происходит дробление потока на элементарные струи, а также его многократные сужения и расширения за счет расположения на наружных сторонах обтекателей 7 параллелепипедов - испарительных участков замкнутых двухфазных термосифонов 8. При этом происходит отражение звуковых волн от прямоугольных стенок параллелепипедов, а также воздействие их на осевой поток выхлопных газов. Одновременно происходит интенсивное охлаждение потока выхлопных газов промежуточным теплоносителем, находящимся внутри замкнутых двухфазных термосифонов. За счет тепла, воспринимаемого от потока выхлопных газов, происходит кипение и испарение промежуточного теплоносителя в испарительных участках замкнутых двухфазных термосифонов. Образующийся пар поступает в конденсационные участки замкнутых двухфазных термосифонов, где конденсируется за счет охлаждения конденсационных участков потоком нагреваемого теплоносителя. Образующийся конденсат самотеком стекает в испарительные участки, где описанный процесс повторяется. Поток нагреваемого теплоносителя, пройдя последовательно расположенные конденсационные участки замкнутых двухфазных термосифонов, нагревается до требуемой температуры и через выпускное отверстие 6 поступает к потребителю.

Благодаря движению нагреваемого теплоносителя в межтрубном пространстве, образованном шумопоглощающим корпусом, проточными камерами и конденсационными участками замкнутых двухфазных термосифонов, существенно (не менее чем в 10 раз) сокращается аэродинамическое сопротивление по тракту нагреваемого теплоносителя. Это приводит к уменьшению затрат энергии на перемещение нагреваемого теплоносителя по тракту и, следовательно, к повышению эффективности утилизации тепла выхлопных газов.

Таким образом, использование изобретения позволит повысить эффективность утилизации тепла выхлопных газов за счет уменьшения затрат энергии на перемещение нагреваемого теплоносителя по тракту, обеспечивая одинаковую с прототипом эффективность снижения уровня шума выхлопа газовой турбины.

Использование: в машиностроении, в частности в энергетическом, а именно в шумоглушителях-утилизаторах преимущественно газовых турбин. Цель изобретения - повышение эффективности утилизации тепла выхлопных газов газовых турбин путем уменьшения аэродинамического сопротивления по тракту нагреваемого теплоносителя. Сущность изобретения: шумоглушитель-утилизатор содержит шумопоглощающий корпус с боковыми поверхностями, впускным и выпускным отверстиями. Шумопоглощающий элемент выполнен в виде плоских перфорированных обтекателей, заполненных звукопоглощающим материалом, а утилизационный теплообменник выполнен в виде замкнутых двухфазных термосифонов. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ШУМОГЛУШИТЕЛЬ-УТИЛИЗАТОР, содержащий шумопоглощающий корпус с боковыми поверхностями, впускным и выпускным отверстиями для выхлопных газов, шумопоглощающий элемент, выполненный в виде плоских перфорированных обтекателей, заполненных звукопоглощающим материалом и установленных соосно с корпусом, и утилизационный теплообменник, выполненный в виде по меньшей мере двух трубчатых элементов, расположенных на поверхностях обтекателей попарно противоположно один другому с размещением их продольных осей в плоскостях, перпендикулярных к продольным осям обтекателей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности утилизации тепла выхлопных газов, он снабжен проточными камерами, установленными на боковых поверхностях корпуса, а трубчатые элементы выполнены в виде замкнутых двухфазных термосифонов с конденсационными участками, размещенными в проточных камерах, и с испарительными участками, выполненными в виде параллелепипедов, установленных в полости корпуса. 2. Шумоглушитель-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации внешнего теплообмена по тракту нагреваемого теплоносителя, конденсационные участки замкнутых двухфазных термосифонов выполнены в виде труб со спирально-ленточным оребрением. 3. Шумоглушитель-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что каждый конденсационный участок замкнутых двухфазных термосифонов выполнен в виде параллелепипеда. 4. Шумоглушитель-утилизатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью стабилизации процесса внутреннего теплообмена, замкнутые двухфазные термосифоны установлены на поверхностях обтекателей под углом к их продольной оси.