Воздухозаборное устройство для газотурбинной установки Российский патент 2021 года по МПК F02C7/04 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в газоперекачивающих агрегатах, электростанциях и других энергетических системах, использующих в качестве привода исполнительного устройства газотурбинную установку.

Известен тракт всаса газотурбинной установки содержащий шумоглушитель, двухступенчатое воздухоочистительное устройство и камеру всаса, воздухоочистительное устройство которого содержит две ступени - ступень грубой очистки, выполненную в виде циклонных блоков, установленных непосредственно после шумоглушителя, и ступень тонкой очистки. При этом фильтрующие элементы тонкой очистки установлены на вертикальных стенках камеры всоса, а их входные окна соединены с выходными окнами циклонных блоков воздуховодами. [Патент РФ №2172417 C1, МПК 7 F 02 С 7/00, 2001.].

Недостатками известного всоса газотурбинной установки являются установленные в двух следующих один за другим объемах, каждый из которых имеет значительные габаритные размеры и массу конструкций, а также большое (при прочих равных условиях) аэродинамическое сопротивление и невозможность охлаждения приточного воздуха в жаркое время года, что приводит к существенному снижению КПД и производительности газотурбинной установки.

Более близким к предлагаемому изобретению является воздухозаборник для газотурбинной установки, содержащий корпус первой ступени очистки с циклонными фильтрами, корпус второй ступени с фильтрами тонкой очистки, трапы обслуживания, при этом внутри корпуса первой ступени очистки размещен корпус второй ступени очистки, снабженный ячейками со съемными фильтрами тонкой очистки, расположенными на всех внешних его поверхностях, и соединенный с корпусом первой ступени очистки рамой, в ячейки которой дополнительно вставлены съемные фильтры тонкой очистки, а над ними установлены съемные трапы обслуживания [[Патент РФ №2280185, МПК F02 С7/052, 2006].

Основным недостатком известного изобретения является невозможность охлаждения приточного воздуха в жаркое время года, что приводит к снижению производительности газотурбинной установки и эффективности устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности воздухозаборного устройства газотурбинной установки.

Технический результат достигается воздухозаборным устройством газотурбинной установки, содержащим, расположенный на поверхности грунта корпус первой ступени очистки с циклонными фильтрами, корпус второй ступени очистки с фильтрами тонкой очистки, расположенный в корпусе первой ступени очистки и соединенный с ним рамой, в ячейки которой вставлены фильтры тонкой очистки, при этом корпус первой ступени очистки соединен приточным воздуховодом, снабженным шибером с выпускной воздушной шахтой воздушного охладителя, состоящего из заборного колпака, боковые стенки которого перфорированы щелями, расположенного выше уровня грунта, связанного снизу с впускной воздушной шахтой, снабженной осевым вентилятором и представляющей собой цилиндрическую вертикальную колонну, разделенную горизонтальными перегородками сверху–вниз на заборный, глухой и сборный отсеки, причем заборный и сборный отсеки снабжены прямоугольными входными и выходными вертикальными щелями и со створками, соединенными с тремя вертикальными щелевыми теплообменниками, расположенными ниже глубины промерзания под углом 90⁰ относительно друг друга, низ сборной камеры впускной воздушной шахты соединен наклонным цилиндрическим каналом с низом выпускной воздушной шахты, соединенным с приемником конденсата, в котором размещен погружной насос, соединенный напорным трубопроводом со сборником конденсата, расположенным на поверхности грунта.

Предлагаемое воздухозаборное устройство газотурбинной установки (ВЗУГТУ) представлена на фиг. 1- 5 (фиг. 1– общий вид ВЗУГТУ, фиг. 2,3 – разрезы охладителя воздуха; фиг. 4,5 – узлы охладителя воздуха.

ВЗУГТУ содержит, расположенный на поверхности грунта 1 корпус первой ступени очистки 2 с циклонными фильтрами (на фиг. 1–5 не показаны), корпус второй ступени очистки 3 с фильтрами тонкой очистки (на фиг. 1–5 не показаны), расположенный в корпусе первой ступени очистки 2 и соединенный с ним рамой, в ячейки которой вставлены фильтры тонкой очистки камерой всаса (на фиг. 1–5 не показаны), при этом корпус первой ступени очистки 2 соединен приточным воздуховодом 4, снабженным шибером 5 с выпускной воздушной шахтой 6 воздушного охладителя 7, состоящего из заборного колпака 8, боковые стенки которого перфорированы щелями 9, расположенного выше уровня грунта 1, связанного снизу с впускной воздушной шахтой 10, снабженной осевым вентилятором 11 и представляющей собой цилиндрическую вертикальную колонну, разделенную горизонтальными перегородками 12 сверху–вниз на заборный 13, глухой 14 и сборный 15 отсеки, причем заборный и сборный отсеки 13 и 15 снабжены прямоугольными входными и выходными вертикальными щелями 16 и 17 со створками 18, соединенными с тремя вертикальными щелевыми теплообменниками 19, 20 и 21, расположенными ниже глубины промерзания под углом 90⁰ относительно друг друга, низ сборной камеры впускной воздушной шахты 10 соединен наклонным цилиндрическим каналом 22 с низом выпускной воздушной шахты 6, соединенным с приемником конденсата 23, в котором размещен погружной насос 24, соединенный напорным трубопроводом 25 со сборником конденсата, расположенным на поверхности грунта 1 (на фиг. 1–5 не показан).

В основу работы предлагаемого ВЗУГТУ положены: особенности температурного профиля по глубине грунта (в зимнее время на большей части территории России температура грунта ниже уровня промерзания и выше нуля, летом – температура грунта значительно ниже температуры наружного воздуха).

Предлагаемый ВЗУГТУ совместно с воздушным охладителем 7 работает в летний период. Для этого при наступлении высоких температур воздуха корпус первой ступени очистки 2 соединяют с воздушным охладителем 7 путем открытия шибера 5 в приточном воздуховоде 4. При этом, наружный воздух с температурой t₁ поступает через щели 9 в заборный колпак 8, в котором создается некоторое разрежение за счет работы осевого вентилятора 11, откуда поступает в заборный отсек 13 впускной воздушной шахты 10, из которого распределяется через входную щель 16 при открытых его верхних и нижних вертикальных створках 18 очередного работающего щелевого теплообменника, например, 19, (при этом, вертикальные створки 18 других теплообменников 19, 21 закрыты), после чего охлажденный воздух через выходную щель 17 и наклонный цилиндрический канал 22 перемещается в впускную воздушную шахту 6. В процессе движения воздуха по щелевому теплообменнику 19 между ним и грунтом 1, имеющим более низкую температуру t_ГЛ1, через его стенки происходит теплообмен, в результате которого температура воздуха уменьшается до t_Л2, а образующийся при этом водный конденсат, стекает за счет уклона щелевых теплообменников в приемник конденсата 23 шахты 6, откуда откачивается насосом 24 в сборник конденсата (на фиг. 1–5 не показан). Охлажденный и осушенный воздух из шахты 6 через приточный воздуховод 4 с температурой t₂ поступает в камеру первой ступени очистки 2, где смешивается с остальным наружным воздухом, поступающим в нее снаружи (соотношение количеств охлажденного в охладителе 7 воздуха и наружного воздуха определяется, исходя из требуемой оптимальной температуры воздуха, поступающего в компрессор ТГУ), после чего воздушная смесь с оптимальной температурой t_опт очищается в первой 2 и второй 3 ступенях очистки до требуемых параметров (фильтры и другое оборудование на фиг. 1–5 не показаны) и поступает в камеру всаса (на фиг. 1-5 не показан).

При повышении температуры грунта 1 t_ГЛ1 выше допустимой (предельная температура грунта 1 находится на основании технико–экономического расчета) работающий щелевой теплообменный канал отключается путем закрытия вертикальных створок 18 этого канала и открытия створок 18 следующего щелевого теплообменника (например, теплообменника 20). Этот теплообменник работает аналогично вышеописанному. Время остановки предыдущего теплообменника определяется продолжительностью восстановления температурных показателей грунта 1. При этом, размеры теплообменников, их количество, время их работы определяются требуемой производительностью, температурой наружного воздуха в летний период и особенностями грунта.

В зимний период работы ГТУ охладитель воздуха 7 не используется.

Эффективность использования охладителя воздуха 7 для ГТУ можно проиллюстрировать примером.

Для газовой турбины LM 6000 PD DLE (SPRINT) с давлением газа на входе в турбину - 45 ата:

1. Номинальная мощность ГТУ – 45 МВт при температуре окружающего воздуха +15 градусов, влажности 60 %, давлении 0 м над уровнем моря ;

2. Мощность ГТУ при температуре окружающего воздуха +30 градусов составляет 35 МВт;

Таким образом, использование предлагаемого ВЗУГТУ в летнее время за счет снижения температуры воздуха позволит повысить мощность ГТУ на (25–30)%, что значительно повышает эффективность ее работы.

Изобретение может быть использовано в газоперекачивающих агрегатах, электростанциях и других энергетических системах. Воздухозаборное устройство для газотурбинной установки содержит расположенный на поверхности грунта (1) корпус первой ступени очистки (2) с циклонными фильтрами, корпус второй ступени очистки (3) с фильтрами тонкой очистки, расположенный в корпусе первой ступени очистки (2), соединенный с ним рамой. В ячейки рамы вставлены фильтры тонкой очистки. Корпус первой ступени очистки (2) соединен приточным воздуховодом (4), снабженным шибером (5) с выпускной воздушной шахтой (6) воздушного охладителя (7). Воздушный охладитель (7) состоит из заборного колпака (8), боковые стенки которого перфорированы щелями (9), расположенного выше уровня грунта, связанного снизу с впускной воздушной шахтой (10). Воздушная шахта (10) снабжена осевым вентилятором (11) и представляет собой цилиндрическую вертикальную колонну, разделенную горизонтальными перегородками (12) сверху вниз на заборный (13), глухой (14) и сборный (15) отсеки. Заборный и сборный отсеки снабжены прямоугольными входными (16) и выходными (17) вертикальными щелями со створками (18), соединенными с тремя вертикальными щелевыми теплообменниками (19, 20 и 21). Теплообменники расположены ниже глубины промерзания под углом 90° относительно друг друга. Низ сборной камеры впускной воздушной шахты (10) соединен наклонным цилиндрическим каналом (22) с низом выпускной воздушной шахты (6). Низ выпускной воздушной шахты соединен с приемником конденсата (23). В приемнике конденсата размещен погружной насос (24), соединенный напорным трубопроводом (25) со сборником конденсата, расположенным на поверхности грунта. Технический результат заключается в повышении эффективности воздухозаборного устройства газотурбинной установки. 5 ил.

Воздухозаборное устройство для газотурбинной установки, содержащее расположенный на поверхности грунта корпус первой ступени очистки с циклонными фильтрами, корпус второй ступени очистки с фильтрами тонкой очистки, расположенный в корпусе первой ступени очистки, соединенный с ним рамой, в ячейки которой вставлены фильтры тонкой очистки, отличающееся тем, что корпус первой ступени очистки соединен приточным воздуховодом, снабженным шибером с выпускной воздушной шахтой воздушного охладителя, состоящего из заборного колпака, боковые стенки которого перфорированы щелями, расположенного выше уровня грунта, связанного снизу с впускной воздушной шахтой, снабженной осевым вентилятором и представляющей собой цилиндрическую вертикальную колонну, разделенную горизонтальными перегородками сверху вниз на заборный, глухой и сборный отсеки, причем заборный и сборный отсеки снабжены прямоугольными входными и выходными вертикальными щелями со створками, соединенными с тремя вертикальными щелевыми теплообменниками, расположенными ниже глубины промерзания под углом 90° относительно друг друга, низ сборной камеры впускной воздушной шахты соединен наклонным цилиндрическим каналом с низом выпускной воздушной шахты, соединенным с приемником конденсата, в котором размещен погружной насос, соединенный напорным трубопроводом со сборником конденсата, расположенным на поверхности грунта.