ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА АРКТИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02C7/24 F01D25/00 

Изобретение относится к газотурбинным установкам, в частности к газотурбинным установкам для привода газоперекачивающих агрегатов и электростанций, эксплуатируемых в Арктике и на Крайнем Севере.

Известны газотурбинные установки, содержащие теплозвукоизолирующие кожухи (контейнеры) по патенту на изобретение RU №2263807 (опубл. 10.11.2005), RU №2241843 (опубл. 10.12.2004), RU №2296235 (опубл. 27.03.2007), недостатком которых является плохая теплоизоляция кожухов из-за наличия «тепловых мостиков» и недостаточной герметичности. Это ограничивает применение таких газотурбинных установок, в районах Крайнего Севера и Арктики они могут размещаться только внутри укрытия, например, ангарного типа.

Известна газотурбинная установка, содержащая теплозвукоизолирующий кожух (далее по тексту - кожух) производства ООО ГК «ПРОМТЕХ», г. Пермь (Каталог ГК «ПРОМТЕХ» 2016, стр. 29, электронная версия выложена в Интернет по адресу http://gc-promteh.ru/about/catalogs-and-presentations/, вкладка Презентация ГК «ПРОМТЕХ» 2016, последнее обновление страницы 19.10.2016), известный также из патента на полезную модель RU №149418 (опубл. 10.01.2015). Кожух содержит крышу и стенки с дверями; стенки жестко связаны с крышей и рамой газотурбинной установки; крыша и стенки выполнены трехслойными и содержат внешние цельные стальные листы, внутренние перфорированные стальные листы, между которыми проложен теплозвукоизолирующий негорючий материал. Газотурбинная установка содержит средства измерения параметров газотурбинной установки. Проблемой применения кожуха по RU №149418, как и кожухов по RU №2263807, RU №2241843 и RU №2296235, является высокая температура внутри кожуха при работе газотурбинной установки. В патенте на полезную модель RU №161863 (опубл. 10.05.2016) описана система контроля параметров двигателя в газотурбинной установке, содержащая установочную панель или стойку, на которой расположены приборы визуального контроля всех средств измерений, а чувствительные элементы средств измерений пропущены через переходный элемент, установленный на двигателе. При этом установочная панель или стойка закреплены на внутренней стороне стенки кожуха. Таким образом, средства измерения параметров газотурбинной установки подвергаются воздействию высоких температур при работе газотурбинной установки, что может привести к их отказам или к недостоверности показаний. Примером решения этой проблемы может служить «Блок силовой газоперекачивающего агрегата» по патенту на полезную модель RU №158471 (опубл. 10.01.2016). Так как из-за высоких температур в кожухе газотурбинной установки средства измерений (датчики), применяемые для контроля параметров установки, могут выходить из строя, датчики устанавливаются вне «горячей» зоны кожуха с организацией дистанционного контроля параметров. В приведенном примере по RU №158471 инфракрасный газоанализатор установлен снаружи кожуха, а его пробоотборные трубки установлены внутри воздуховода для отвода воздуха из кожуха. Однако средства измерения (датчики), применяемые для контроля параметров газотурбинной установки, не могут работать и при экстремально низких температурах. При этом известны различные шкафы для размещения контрольно-измерительных приборов, к примеру, по патенту на полезную модель RU №44911 (опубл. 27.03.2005), однако он предназначен для установки на трубопровод и не обеспечивает защиту приборов от экстремально низких температур. Или защитный шкаф для установки контрольно-измерительной аппаратуры по патенту на полезную модель RU №34843 (опубл. 10.08.2003), также не защищающий аппаратуру от низких температур. Такие шкафы могут размещаться снаружи кожуха газотурбинной установки, в том числе снаружи кожуха по патенту RU №149418. Это позволяет контролировать параметры газотурбинной установки, настраивать средства измерений, контролировать состояние средств измерений в одном месте, не заходя в кожух, однако такой шкаф не защищает средства измерений от воздействия экстремально низких температур. Это ограничивает применение газотурбинной установки с таким кожухом, в районах Крайнего Севера и Арктики такие газотурбинные установки могут применяться только внутри укрытия, например, ангарного типа. Это техническое решение выбрано за ближайший аналог заявляемого изобретения.

С другой стороны, известен всепогодный термошкаф по патенту на изобретение RU №2609773 (опубл. 02.02.2017), предназначенный для климатической защиты размещаемой в нем контрольно-измерительной аппаратуры. Шкаф снабжен внутри утеплителем с отражающим слоем и обогревателем с блоком управления с электронной схемой управления включения и выключения обогревателя. Однако его утепление недостаточно, он эксплуатируется при температуре от минус 60 до плюс 50°C. Известен также шкаф защитный утепленный для КИПиА производства НПО «РИЗУР», г. Рязань (страница в Интернет по адресу http://www.rizur.ru/cat_vso.htm. описание из каталога 2016 года размещено по адресу http://www.rizur.ru/uploads/data/media/Metall.pdf. дата последнего обновления 17.12.2016), называемый также «термошкаф», представляющий собой металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал. Шкаф содержит электрический обогреватель с терморегулятором и дверь(и), уплотненную(ые) морозостойкой резиной, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы. Температура эксплуатации шкафа от минус 70 до плюс 100°C. При этом абсолютный минимум температуры воздуха, зарегистрированный на территории Русской Арктики, составляет 78°C.

Перед авторами стояла задача улучшения эксплуатационных характеристик газотурбинной установки путем расширения ее условий эксплуатации, в том числе для эксплуатации на открытом воздухе при экстремально низких температурах окружающего воздуха за счет защиты средств измерений параметров газотурбинной установки от экстремально низких температур. Эксплуатация газотурбинной установки предполагалась при абсолютном минимуме температуры воздуха минус 70°C и ниже (район ХЛ по ГОСТ 15150-69).

Поставленная задача решается созданием конструкции газотурбинной установки арктического исполнения.

Для достижения указанного технического результата газотурбинная установка содержит теплозвукоизолирующий кожух с установленным на нем снаружи шкафом средств измерений параметров газотурбинной установки, при этом теплозвукоизолирующий кожух газотурбинной установки снабжен защитным утепленным шкафом для размещения шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки, защитный утепленный шкаф содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором и уплотненную(ые) дверь(и), а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы, при этом защитный утепленный шкаф может быть выполнен без задней стенки, в этом случае его задней стенкой служит стенка теплозвукоизолирующего кожуха газотурбинной установки, и в местах примыкания к стенке теплозвукоизолирующего кожуха защитный утепленный шкаф уплотнен, а стенка теплозвукоизолирующего кожуха, служащая задней стенкой защитного утепленного шкафа, может быть утеплена утеплителем с отражающим слоем.

В частных случаях выполнения изобретения дверь(и) защитного утепленного шкафа и сам шкаф могут быть уплотнены морозостойкой резиной.

В частном случае выполнения изобретения в шкафе средств измерений могут быть размещены приборы визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки.

Оснащение теплозвукоизолирующего кожуха газотурбинной установки дополнительным защитным утепленным шкафом для размещения внутри него шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки (шкафа датчиков), который содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы, дверь(и) которого и он сам уплотнены морозостойкой резиной, применение утеплителя с отражающим слоем позволяет поддерживать необходимую для эксплуатации средств измерений температуру и защитить их от экстремально низких температур. Размещение приборов визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки внутри шкафа средств измерений позволяет предохранить их от воздействия экстремально низких температур и позволяет контролировать параметры газотурбинной установки и состояние средств измерений, не заходя в теплозвукоизолирующий кожух газотурбинной установки. Средствами измерений параметров газотурбинной установки могут служить датчики, которые могут иметь приборы визуального контроля, при этом их чувствительные элементы, как правило, находятся внутри теплозвукоизолирующего кожуха газотурбинной установки, а измерительные преобразователи и/или приборы визуального контроля - в шкафу средств измерений. Средствами измерений параметров газотурбинной установки могут служить и измерительные приборы.

Все вышеперечисленное улучшает эксплуатационные характеристики газотурбинной установки путем расширения условий ее эксплуатации за счет возможности эксплуатировать ее на открытом воздухе при экстремально низких температурах окружающего воздуха.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что теплозвукоизолирующий кожух газотурбинной установки дополнительно снабжен защитным утепленным шкафом для размещения в нем шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки, установленного снаружи теплозвукоизолирующего кожуха, защитный утепленный шкаф содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором и дверь(и), уплотненную(ые) морозостойкой резиной, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы, при этом защитный утепленный шкаф может быть выполнен без задней стенки, в этом случае его задней стенкой служит стенка теплозвукоизолирующего кожуха газотурбинной установки, и в местах примыкания к стенке теплозвукоизолирующего кожуха защитный утепленный шкаф уплотнен морозостойкой резиной, а стенка теплозвукоизолирующего кожуха утеплена утеплителем с отражающим слоем. В частном случае выполнения изобретения в шкафе средств измерений могут быть размещены приборы визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки.

Совокупность всех указанных признаков позволила создать конструкцию, которая обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик газотурбинной установки путем расширения условий эксплуатации, в том числе для эксплуатации на открытом воздухе при экстремально низких температурах окружающего воздуха за счет защиты средств измерений параметров газотурбинной установки от экстремально низких температур.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежом.

На фигуре 1 представлен общий вид газотурбинной установки арктического исполнения, на фигуре 2 представлен защитный утепленный шкаф (выноска В по фиг. 1), где 1 - теплозвукоизолирующий кожух газотурбинной установки 2, 2 - газотурбинная установка, 3 - защитный утепленный шкаф, 4 - шкаф средств измерений, 5 - электрический обогреватель защитного утепленного шкафа 3, 6 - утеплитель с отражающим слоем. Кожух 1, как и в прототипе, содержит крышу и стенки с дверями; стенки жестко связаны с рамой газотурбинной установки 2; крыша и стенки выполнены трехслойными и содержат внешние цельные стальные листы, внутренние перфорированные стальные листы, между которыми проложен теплозвукоизолирующий негорючий материал. В конкретном показанном примере воплощения изобретения шкаф средств измерений 4 закреплен на стенке кожуха 1, «вокруг» него расположен защитный утепленный шкаф 3. При изготовлении (монтаже) газотурбинной установки 2 на кожух 1 сначала устанавливается шкаф средств измерений 4, затем на стенку кожуха наносят утеплитель с отражающим слоем 6, затем при помощи проушин и крепежных элементов устанавливают защитный утепленный шкаф 3, крепление может быть выполнено иным известным способом. Защитный утепленный шкаф 3 может быть выполнен с задней стенкой. Защитный утепленный шкаф 3 может содержать средства кондиционирования воздуха, к примеру, вентилятор. Защитный утепленный шкаф 3 может содержать средства сигнализации, освещения. Электрический обогреватель 5 с терморегулятором автоматически поддерживает внутри защитного утепленного шкафа 3 необходимую для эксплуатации средств измерений температуру. Как правило, для эксплуатации средств измерений достаточно температуры воздуха не ниже плюс 5-15°C. Благодаря уплотнению защитного утепленного шкафа 3 в нем также поддерживается необходимая влажность.

Заявляемое техническое решение газотурбинной установки арктического исполнения может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования и технологий. При изготовлении газотурбинной установки используются стандартные металлические конструкции, металлопрокат, теплоизоляционные и герметизирующие материалы и средства крепежа, стандартное оборудование. В газотурбинной установке использованы: защитный утепленный шкаф производства НПО «РИЗУР» со встроенным обогревателем, выполненный во взрывозащищенном исполнении, оснащенный герметичным сальниковым кабельным вводом, в качестве теплозвукоизолирующего негорючего материала применена минеральная вата; шкаф средств измерений (шкаф датчиков), поставляемый с газотурбинным двигателем производства АО «ОДК-Авиадвигатель».

Авторами разработана конструкция газотурбинной установки арктического исполнения, которая была успешно реализована для газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата ГПА-1001 «Иртыш» для Уренгойской ЗПКТ на производстве предприятия заявителя. Температура эксплуатации ГПА от минус 56 до плюс 34°C, однако предложенная газотурбинная установка может эксплуатироваться при температуре до минус 70°C.

Газотурбинная установка арктического исполнения предназначена для привода газоперекачивающих агрегатов и электростанций. Кожух газотурбинной установки снабжен защитным утепленным шкафом для размещения в нем шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки, установленного снаружи кожуха. Защитный утепленный шкаф содержит металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором и дверь(и), уплотненную(ые) морозостойкой резиной, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы. Защитный утепленный шкаф может быть выполнен без задней стенки, в этом случае его задней стенкой служит стенка кожуха газотурбинной установки, и в местах примыкания к стенке кожуха защитный утепленный шкаф уплотнен морозостойкой резиной, а стенка кожуха утеплена утеплителем с отражающим слоем. В шкафе средств измерений могут быть размещены приборы визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки. Изобретение позволяет предохранить средства измерений параметров газотурбинной установки от воздействия экстремально низких температур. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газотурбинная установка арктического исполнения, содержащая теплозвукоизолирующий кожух с установленным на нем снаружи шкафом средств измерений параметров газотурбинной установки, отличающаяся тем, что теплозвукоизолирующий кожух газотурбинной установки снабжен защитным утепленным шкафом для размещения шкафа средств измерений параметров газотурбинной установки, содержащим металлический сварной кожух с наружным и внутренним корпусами, между которыми проложен негорючий теплоизолирующий материал, электрический обогреватель с терморегулятором и уплотненную/уплотненные дверь/двери, а также герметичные кабельные/трубные сальниковые вводы.

2. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что дверь/двери защитного утепленного шкафа уплотнена/уплотнены морозостойкой резиной.

3. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что защитный утепленный шкаф выполнен без задней стенки, при этом его задней стенкой служит стенка теплозвукоизолирующего кожуха газотурбинной установки, и в местах примыкания к стенке теплозвукоизолирующего кожуха защитный утепленный шкаф уплотнен.

4. Газотурбинная установка по п. 3, отличающаяся тем, что защитный утепленный шкаф уплотнен морозостойкой резиной.

5. Газотурбинная установка по п. 3, отличающаяся тем, что стенка теплозвукоизолирующего кожуха, служащая задней стенкой защитного утепленного шкафа, содержит утеплитель с отражающим слоем.

6. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в шкафе средств измерений размещены приборы визуального контроля средств измерений параметров газотурбинной установки.