ВЫХЛОПНАЯ ТРУБА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2003 года по МПК E04H12/28 

Изобретение относится к газотурбинной технике, в частности к выхлопным устройствам газотурбинных установок (ГТУ), а именно к дымовым трубам.

Современные газоперекачивающие агрегаты (ГПА) и газотурбинные электростанции (ГТЭС) оснащаются ГТУ, разработанными на базе современных авиационных двигателей. Это обеспечивает принцип блочного построения ГПА и ГТЭС, позволяющий обеспечить поставку отдельных блоков любым видом транспорта в самые труднодоступные районы и произвести их быстрый монтаж на месте использования, что является немаловажным экономическим фактором.

Неотъемлемой частью газотурбинной установки является выхлопная труба для отвода продуктов сгорания ГТУ в атмосферу. Высота таких труб порядка 15-20 м. Особенностью условий эксплуатации выхлопных труб ГТУ является высокая температура уходящих газов, достигающая 500^oС, и агрессивность их компонентов.

Для обеспечения работоспособности выхлопной трубы в таких условиях необходимо использовать термостойкие материалы.

Известны выхлопные трубы (см., например, патент Великобритании 1362901, МКИ F 23 J 13/02, 1974 г.), термостойкость которых обеспечивается использованием теплоизоляции.

Для выхлопных труб газотурбинных установок с высокой температурой выхлопных газов это техническое решение не приемлемо из-за низкой эффективности.

Известны выхлопные трубы (см., например, ЕР 0405791, 1991 г.), выполненные в виде цилиндрического силового каркаса, с внутренней футеровкой, выполненной набором огнеупорных блоков.

Такая выхлопная труба сложна по конструкции и при требуемой высоте не позволяет обеспечить принцип блочности ГПА (ГТЭС).

Как правило, блочные ГПА и ГТЭС снабжают трубами, выполненными из отдельных царг, соединенных между собой фланцами (см. Рекламный проспект "УРАЛВНИПИЭНЕРГОПРОМ" 1998 года выпуска.

Но такие трубы, выполненные из конструкционной стали, быстро выходят из строя под действием высокотемпературных агрессивных газов. Известные защитные лакокрасочные покрытия не выдерживают высоких температур. Трубы из высокопрочных легированных сталей имеют большую стоимость.

Известна выхлопная труба газотурбинной установки (а.с. 1235275, F 02 K 1/46, 1996 г. ), содержащая отдельные царги, соединенные между собой с помощью фланцев, для охлаждения которой используется второй корпус, образующий с трубой пространство, продуваемое наружным воздухом.

Как показывают расчеты и практика использования выхлопных труб, аналогичных известной, в зависимости от значения температуры выхлопных газов ГТУ, внутренняя труба (при ее диаметре 2,5 м) расширяется на 20-30 мм, а наружная - на 10-15 мм. Внутреннюю и наружную трубы необходимо соединять между собой через специальные компенсаторы температурного расширения, что значительно усложняет конструкцию трубы. Кроме того, для обеспечения принципа блочности трубу необходимо делить на отдельные царги транспортного габарита, а введение дополнительных фланцев в царге приводит к дополнительным температурным напряжениям в конструкции из-за краевого эффекта в зоне фланца.

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение технико-экономических показателей выхлопной трубы.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции выхлопной трубы газотурбинной установки, содержащей отдельные царги, соединенные между собой с помощью фланцев, царги набраны в виде кольцевых секций, каждая из которых выполнена из отдельных секторов, установленных с перекрытием вертикальных разъемов и выполненных из огнеупорного материала, например муллитокремнезема или базальтового волокна, на боковых и торцевых сторонах секторов и фланцев выполнены пазы и выступы, образующие замки, при этом сектора и фланцы соединены между собой шпильками, на которые надеты сектора секций с обеспечением их стыковки между собой и с фланцем по выступам и пазам.

Предлагаемое техническое решение позволяет суммировать достоинства труб, выполненных из минеральных материалов, по огнеупорности и стойкости в агрессивной среде, и металлических царговых труб по обеспечению блочности конструкции.

На фиг.1 показана часть выхлопной трубы (две царги).

На фиг.2 показана часть одной царги с вырывом по месту узлов соединения (в увеличенном виде).

На фиг.3 показана часть поперечного сечения элементов царги.

На фиг.4 показано место соединения секторов царги между собой и с одним из фланцев.

Выхлопная труба состоит из нескольких царг 1, соединенных между собой фланцами 2 и 3. Каждая царга набрана из секций, состоящих из секторов 4, стянутых между собой и с фланцами с помощью шпилек 5, пропущенных через продольные отверстия 6 секторов 4, и гаек 7. Секции состоят из секторов 4, выполненных из спеченного огнеупорного материала, например муллитокремнеземистого или базальтового волокна, в виде сегментов цилиндра, имеющих продольные отверстия 6. Размеры секций выбираются максимальными, исходя из возможностей технологического оборудования для их изготовления. По боковым и торцевым поверхностям каждой секции выполнены выступы 8 и 10 и пазы 9 и 11, с эквидистантными поверхностями, образующие при соединении секций между собой замки, препятствующие смещению секций относительно друг друга и обеспечивающие герметичность стенки выхлопной трубы. Аналогичные выступ 12 и паз (не показан) выполнены на торцах фланцев царг, обеспечивающие соответствующее соединение фланцев с секциями царги.

Сборка царги на заводе-изготовителе производится в следующем порядке. В отверстия одного из фланцев (например, нижнего 3) вставляются шпильки 5 с гайками 7. (Возможно вместо гаек использовать резьбовые отверстия, выполненные во фланце 3). На шпильки надеваются сектора 4 первой секции с обеспечением их стыковки между собой и с фланцем по выступам и пазам. Аналогично монтируется следующая секция с обеспечением смещения секторов относительно предыдущего на половину их ширины (в шахматном порядке). Таким образом монтируются все секции царги. Последним устанавливается второй фланец 2 царги, и с помощью гаек 7 производится стягивание всех секций между собой до выборки зазоров между выступами и пазами. Для увеличения прочности и герметичности при сборке возможно нанесение на все торцы секторов и торцы фланцев связующего и герметизирующего состава, например силикатного клея.

На месте использования труба нужной высоты собирается из готовых царг, крепящихся болтами по фланцам 3.

Выполнение выхлопной трубы в виде набора царг обеспечивает принцип блочности конструкции, что позволяет доставлять любым видом транспорта сборочные единицы на место использования и свести к минимуму время монтажа выхлопной трубы.

Использование огнеупорных материалов для изготовления трубы позволяет обеспечить стойкость трубы на все время ее жизненного цикла в сложных условиях эксплуатации - при высокой температуре и агрессивной среде.

Материалы, из которых выполняется труба, не требуют нанесения какого-либо защитного покрытия и придают выхлопной трубе красивый внешний вид.

Шпильки, соединяющие сектора, обеспечивают прочность и упругость конструкции трубы при воздействии ветровых нагрузок.

Как показывают предварительные расчеты, предлагаемая конструкция выхлопной трубы немного дороже трубы, выполненной из конструкционной стали, и значительно дешевле трубы из высоколегированной стали.

Изобретение относится к газотурбинной технике, в частности к выхлопным устройствам газотурбинных установок, а именно к дымовым трубам. Технический результат: улучшение технико-экономических показателей выхлопной трубы. Выхлопная труба газотурбинной установки содержит отдельные царги, соединенные между собой с помощью фланцев. Царги набраны в виде кольцевых секций, каждая из которых выполнена из отдельных секторов, установленных с перекрытием вертикальных разъемов и выполненных из огнеупорного материала, например муллитокремнезема или базальтового волокна. На боковых и торцевых сторонах секторов и фланцев выполнены пазы и выступы, образующие замки, при этом сектора и фланцы соединены между собой шпильками, на которые надеты сектора секций с обеспечением их стыковки между собой и с фланцем по выступам и пазам. 4 ил.

Выхлопная труба газотурбинной установки, содержащая отдельные царги, соединенные между собой с помощью фланцев, отличающаяся тем, что царги набраны в виде кольцевых секций, каждая из которых выполнена из отдельных секторов, установленных с перекрытием вертикальных разъемов и выполненных из огнеупорного материала, например муллитокремнезема или базальтового волокна, на боковых и торцевых сторонах секторов и фланцев выполнены пазы и выступы, образующие замки, при этом сектора и фланцы соединены между собой шпильками, на которые надеты сектора секций с обеспечением их стыковки между собой и с фланцем по выступам и пазам.