ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2005 года по МПК F02C7/52 

Изобретение относится к области машиностроения для газотурбинных технологий и может быть использовано 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 (ГПА) компрессорных станций на магистральных газопроводах.

В качестве ближайшего аналога принято воздухоочистительное устройство, используемое в системах воздухообеспечения газотурбинных двигателей привода ГПА, содержащее сгруппированные в блоки и закрепленные на внешних гранях несущего корпуса перпендикулярно ему в несколько ярусов фильтры первой ступени, состоящие из мультициклонов, приемных камер и пылесборников; блоки воздушных фильтров второй ступени, размещенные внутри корпуса; средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде козырька; систему предупреждения обледенения, а также систему удаления пыли, накапливающейся в пылесборниках фильтров (В.Будусов и др. "Высокоэффективные воздухоочистительные устройства для ГТУ", ж-л Газотурбинные технологии, №4, 2000 г., с.39).

Недостатком известного воздухоочистительного устройства является то, что проточная часть имеет призматическую форму, которая при практически равномерном поступлении воздуха в проточную часть по ее высоте не обеспечивает оптимальных аэродинамических характеристик проточной части. Кроме того, известное воздухоочистительное устройство имеет большие габариты и массу, обуславливающие высокую трудоемкость и стоимость изготовления, затраты на транспортировку к месту применения, материалоемкость, трудоемкость и стоимость строительства опорных конструкций, фундаментов под них и стоимость монтажа.

Защита фильтров от атмосферных осадков с помощью козырьков при работе их в потоке забираемого воздуха или просто при ветре является малоэффективной, так как скорость потока зависит от количества воздуха, проходящего через площадь сечения воздухозабора. Это отрицательно сказывается на долговечности фильтрующих элементов, увеличивает склонность к обледенению элементов проточной части устройства.

Система предупреждения обледенения известного воздухоочистительного устройства в силу своей разветвленности и условий работы в неорганизованном воздушном потоке для обеспечения выполнения своих функций требует значительного количества горячего воздуха, отбираемого от компрессора газотурбинного двигателя, что заметно сказывается на его КПД, а следовательно, на экономичности работы ГПА.

При создании настоящего изобретения решались технические задачи оптимизации аэродинамических характеристик проточной части и снижение габаритов и массы устройства при сохранении его производительности, повышения долговечности фильтрующих элементов за счет увеличения эффективности защиты от атмосферных осадков и уменьшения склонности к обледенению элементов проточной части устройства, а также уменьшения объема теплого воздуха, отбираемого от компрессора двигателя на собственные нужды, что обеспечивает повышение КПД газотурбинных двигателей.

Поставленные технические задачи решаются тем, что воздухоочистительное устройство, содержащее сгруппированные в блоки и закрепленные на внешних гранях несущего корпуса перпендикулярно ему в несколько ярусов фильтры первой ступени, состоящие из мультициклонов, приемных камер и пылесборников, размещенные внутри корпуса блоки воздушных фильтров второй ступени, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков, систему предупреждения обледенения, а также систему удаления пыли, накапливающейся в пылесборниках фильтров, при этом несущий корпус выполнен в виде усеченной пирамиды, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков - в виде защитного колпака шатрового типа, при этом нижняя кромка защитного колпака расположена ниже нижнего яруса блоков фильтров первой ступени, а в зоне восходящего потока наружного воздуха расположены регистры системы предупреждения обледенения для распределения горячего воздуха, установленные с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной этому потоку, параллельно фронту выше расположенных блоков фильтров первой ступени и соединенные с трубопроводом, подводящим горячий воздух от компрессора двигателя, посредством устройства телескопического типа; сгруппированные в блоки фильтры первой ступени расположены в горизонтальной плоскости с интервалом, а блоки воздушных фильтров второй ступени установлены в два или несколько ярусов по высоте; система пылеудаления выполнена водоструйной.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид воздухоочистительного устройства, на фиг.2 - общий вид воздухоочистительного устройства со снятым защитным колпаком и площадками обслуживания, а на фиг.3 - пылесборник.

Воздухоочистительное устройство включает в себя несущий корпус 1 с закрепленными на нем блоками фильтров первой ступени, состоящими из мультициклонов 2, приемных камер 3, пылесборников 4, блоки воздушных фильтров второй ступени 5, регистры системы предупреждения обледенения (коллектор горячего воздуха) 6 и фермы-подкосы 7, защитный колпак 8, штуцеры подвода промывочной жидкости 9 и штуцеры отвода жидкости 10.

Датчики контроля параметров наружного воздуха, осветительные и иные приборы электротехнической части и автоматики, коллектор горячего воздуха 6 условно не показаны.

Выполнение несущего корпуса 1 в виде усеченной пирамиды обеспечивает увеличение площади проходного сечения, нормального к потоку проходящего воздуха, одновременно с увеличением потока воздуха, поступающего от поярусно расположенных блоков фильтров первой ступени, за счет чего улучшается аэродинамика всей проточной части и обеспечивается равенство перепадов давления на мультициклонах 2. Кроме этого, такое выполнение несущего корпуса обеспечивает увеличение уклона днищ пылесборников 4 на величину наклона граней корпуса без увеличения габаритов этих пылесборников, что улучшает процесс пылеудаления с помощью водоструйной системы.

Вследствие выполнения средства защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде защитного колпака 8 шатрового типа, нижняя кромка которого располагается ниже нижнего яруса блоков фильтров первой ступени, воздух, прежде чем попасть в зону воздухозабора, меняет направление своего движения на вертикальное. Сечение для прохода воздуха, образованное нижней кромкой защитного колпака и конструкцией несущего корпуса, необходимо назначать таким, чтобы скорость вертикального потока воздуха через него была бы настолько мала, чтобы значительная часть взвешенных в нем частиц (капельной влаги, снега и крупной составляющей пыли) выпадала бы под преобладающим действием гравитационной силы, что придает защитному колпаку свойства и функции барьерного фильтра. Такая организация воздушного потока с помощью защитного колпака способствует большей устойчивости устройства против обледенения и обуславливает минимизацию потребности в горячем воздухе и простоту его подачи в зону воздухозабора.

Расположение сгруппированных в блоки фильтров первой ступени с интервалом в горизонтальной плоскости обеспечивает равномерный приток наружного воздуха ко всем группам мультициклонов в блоке и свободный доступ персонала при обслуживании.

Размещение воздушных фильтров второй ступени - фильтров тонкой очистки - в два или несколько ярусов внутри несущего корпуса обеспечивает существенное увеличение суммарной площади "живого" сечения карманных фильтров по отношению к соответствующей площади сечения несущего корпуса, что позволяет значительно уменьшить габариты и материалоемкость последнего.

Регистры системы предупреждения обледенения для распределения горячего воздуха установлены в зоне восходящего потока наружного воздуха с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной этому потоку, параллельно фронту выше расположенных блоков фильтров первой ступени и соединены с трубопроводом, подводящим горячий воздух от компрессора двигателя, посредством устройства телескопического типа, обеспечивающего возможность указанного перемещения в процессе наладки, без изменений конструкции узлов и деталей системы.

Устройство работает следующим образом. Атмосферный воздух с находящимися в нем примесями поступает под нижнюю кромку защитного колпака со скоростью, при которой значительная часть примесей выпадает под преобладающим действием гравитационных сил. Затем воздух попадает в мультициклоны 2, например, конструкции ООО "ВНИИГАЗ", в которых закручивается лопатками завихрителя. Под действием центробежных сил примеси отбрасываются к конусным стенкам мультициклонов. Очищенный воздух поступает в приемные камеры 3, а примеси отбрасываются в пылесборники 4, где накапливаются до технологической очистки путем подачи воды через штуцеры подвода 9 и ее отвода через штуцеры 10.

Очищенный воздух от частиц размером 10 мкм и выше на 100% и на 67% от частиц размером менее 10 мкм поступает на вторую ступень очистки (тонкой очистки) - в блоки воздушных фильтров, где очищается от оставшихся в нем примесей. Далее очищенный воздух через шумоглушитель и газовоздушный тракт поступает на осевой компрессор газотурбинного двигателя.

Воздухоочистительное устройство содержит несущий корпус, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков, систему предупреждения обледенения, а также систему удаления пыли, накапливающейся в пылесборниках фильтров. Несущий корпус выполнен в виде усеченной пирамиды. На внешних гранях несущего корпуса, перпендикулярно ему, в несколько ярусов закреплены сгруппированные в блоки фильтры первой ступени, состоящие из мультициклонов, приемных камер и пылесборников. Внутри несущего корпуса размещены блоки воздушных фильтров второй ступени. Средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков выполнено в виде защитного колпака шатрового типа, при этом нижняя кромка защитного колпака расположена ниже нижнего яруса блоков фильтров первой ступени. В зоне восходящего потока наружного воздуха расположены регистры системы предупреждения обледенения для распределения горячего воздуха. Регистры установлены с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной восходящему потоку, параллельно фронту вышерасположенных блоков фильтров первой ступени. Регистры соединены с трубопроводом, подводящим горячий воздух от компрессора двигателя, посредством устройства телескопического типа. Изобретение позволяет оптимизировать аэродинамические характеристики проточной части воздухоочистительного устройства, снизить его габариты и массу, повысить долговечность фильтрующих элементов, уменьшить склонность к обледенению элементов проточной части, а также уменьшить объем теплого воздуха, отбираемого от компрессора газотурбинного двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Воздухоочистительное устройство, содержащее сгруппированные в блоки и закрепленные на внешних гранях несущего корпуса перпендикулярно ему в несколько ярусов фильтры первой ступени, состоящие из мультициклонов, приемных камер и пылесборников, размещенные внутри корпуса блоки воздушных фильтров второй ступени, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков, систему предупреждения обледенения, а также систему удаления пыли, накапливающейся в пылесборниках фильтров, отличающееся тем, что несущий корпус выполнен в виде усеченной пирамиды, средство защиты фильтров от прямого попадания атмосферных осадков - в виде защитного колпака шатрового типа, при этом нижняя кромка защитного колпака расположена ниже нижнего яруса блоков фильтров первой ступени, а в зоне восходящего потока наружного воздуха расположены регистры системы предупреждения обледенения для распределения горячего воздуха, установленные с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной этому потоку, параллельно фронту вышерасположенных блоков фильтров первой ступени и соединенные с трубопроводом, подводящим горячий воздух от компрессора двигателя, посредством устройства телескопического типа.2. Воздухоочистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что сгруппированные в блоки фильтры первой ступени расположены в горизонтальной плоскости с интервалом, а блоки воздушных фильтров второй ступени установлены в два или несколько ярусов по высоте.3. Воздухоочистительное устройство по п.1, отличающееся тем, что система пылеудаления выполнена водоструйной.