Воздухоочистительное устройство (варианты) Российский патент 2021 года по МПК F02C7/05 

Изобретение относится к области устройств для очистки воздуха, поступающего в турбокомпрессор, например, газотурбинной установки (ГТУ).

Известно воздухоподготовительное устройство ГТУ, содержащее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, инерционный сепаратор, фильтр тонкой очистки, шумоглушитель, переходник с байпасным клапаном, входной патрубок, при этом воздухоприемник, инерционный сепаратор, фильтр тонкой очистки, шумоглушитель, переходник и входной патрубок установлены соосно, причем все узлы, кроме входного патрубка, выполнены одинакового поперечного сечения, при этом каждый из составляющих устройства представляет собой отдельную металлоемкую конструкцию (SU 1746011, МПК F02C 7/04, опубликовано 07.07.92).

Недостатком известного устройства является высокие гидравлические потери, сложность конструкции, большие металлоемкость и габаритные размеры.

Известно воздухоочистительное устройство, включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, воздухораспределители противообледенительной системы (ПОС), фильтрующая система, блок байпасных клапанов и блок шумоглушения, в котором воздухоприемник, воздухораспределители ПОС и фильтрующая система объединены в единый модуль. Подогрев очищаемого воздуха перед фильтрующей системой выполняется за счет тепла смешиваемого с ним горячего воздуха, отбираемого из компрессора ГТУ (RU 76080, МПК F02C 7/04 опубликовано: 10.09.2008).

Это известное устройство является наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков и принято за прототип.

Недостатками устройства, принятого за прототип, являются сложность конструкции воздухоочистительного устройства, большие металлоемкость и габаритные размеры устройств использования воздуха высокого давления (дроссельные устройства, шумоглушители, крупногабаритные воздушные тракты высокого и низкого давления).

Заявляемое техническое решение позволяет существенно повысить мощность и коэффициент полезного действия (КПД) ГТУ за счет отказа от отбора горячего воздуха высокого давления из ее компрессора, уменьшающего мощность газовой турбины при работе ПОС, оснастив единый модуль воздухоочистительного устройства автономным генератором греющего воздуха для работы ПОС. Это решение упрощает конструкцию воздухоочистительного устройства и снижает его металлоемкость за счет отказа от устройств, обеспечивающих использование воздуха высокого давления (дроссельные устройства, шумоглушители, крупногабаритные воздушные тракты высокого и низкого давления), что позволит уменьшить затраты на производство и транспортировку ПОС и единого модуля воздухоочистительного устройства в целом.

Предложено воздухоочистительное устройство (вариант 1), включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, при этом, в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра, вентилятора с автономным приводом и нагревателя воздуха, в котором установлены трубчатые электронагреватели (ТЭНы) для нагрева воздуха, соединенного с одной стороны со смесителем противообледенительной системы, а с другой стороны с атмосферным воздухом.

Предложено воздухоочистительное устройство (вариант 2), включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, при этом, в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра, вентилятора с автономным приводом, камеры сгорания, работающей на органическом топливе, оснащенной байпасным трактом с регулирующим клапаном, соединенной с контактным теплообменником далее соединенным со смесителем противообледенительной системы.

Предложено воздухоочистительное устройство (вариант 3), включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, при этом, в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра, вентилятора с автономным приводом, камеры сгорания, работающей на органическом топливе, и оснащенной байпасным трактом с регулирующим клапаном, соединенной с греющей стороной поверхностного теплообменника, соединенной с атмосферой, а байпасный тракт соединен с нагреваемой стороной поверхностного теплообменника, соединенной со смесителем противообледенительной системы.

Изобретение иллюстрируется чертежами:

- фиг. 1 - Общий вид воздухоочистительного устройства (вариант 1),

- фиг. 2 - Общий вид воздухоочистительного устройства (вариант 2),

- фиг. 3 - Общий вид воздухоочистительного устройства (вариант 3).

Воздухоочистительное устройство (вариант 1) включает последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник 1, смеситель противообледенительной системы 2 и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя 3, фильтра грубой очистки 4 и фильтра тонкой очистки 5, объединенные в единый модуль 6, соединенный через воздухозаборный тракт 7, включающий блок шумоглушения 8, с компрессором ГТУ 9, при этом в едином модуле воздухоочистительного устройства 6 установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра 10, вентилятора с автономным приводом 11 и нагревателя воздуха, в котором установлены трубчатые электронагреватели (ТЭНы) 12 для нагрева воздуха, соединенные с одной стороны со смесителем противообледенительной системы 2, а с другой стороны с атмосферным воздухом.

Воздухоочистительное устройство (вариант 2) включает последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник 1, смеситель противообледенительной системы 2 и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя 3, фильтра грубой очистки 4 и фильтра тонкой очистки 5, объединенные в единый модуль 6, соединенный через воздухозаборный тракт 7, включающий блок шумоглушения 8, с компрессором ГТУ 9, при этом в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра 10, вентилятора с автономным приводом 11, камеры сгорания 16, работающей на органическом топливе, и оснащенной байпасным трактом 17 с регулирующим клапаном 18, соединенной с контактным теплообменником 19 далее соединенным со смесителем противообледенительной системы 2.

Воздухоочистительное устройство (вариант 3) включает последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник 1, смеситель противообледенительной системы 2 и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя 3, фильтра грубой очистки 4 и фильтра тонкой очистки 5, объединенные в единый модуль 6, соединенный через воздухозаборный тракт 7, включающий блок шумоглушения 8, с компрессором ГТУ 9. В едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра воздуха 10, вентилятора 11 с автономным приводом, камеры сгорания 16, работающей на органическом топливе, и, соединенной байпасным трактом 17, оснащенным регулирующим клапаном 18, с поверхностным теплообменником 20, соединенным с одной стороны со смесителем противообледенительной системы 2, а с другой стороны - с атмосферой.

Воздухоочистительное устройство (вариант 1) работает следующим образом. Атмосферный запыленный воздух, вследствие разряжения, созданного турбокомпрессором, засасывается через решетку (сетку) воздухоприемника 1 и далее атмосферный воздух равномерно по всему сечению модуля 6 проходит смеситель ПОС 2 и попадает на рабочую плоскость фильтрующих элементов 4 и 5. В первую очередь атмосферный воздух проходит через влагоотделитель 3 (степень очистки G2), в котором из него сепарируется вся капельная влага. За влагоотделителем 3 атмосферный воздух проходит двухступенчатую очистку: поступает в фильтр грубой очистки 4 (степень очистки G4) и в фильтр тонкой очистки 5 (степень очистки F8). Пройдя фильтрующие элементы модуля 4 и 5, очищенный атмосферный воздух направляется в ГТУ 9 через воздухозаборный тракт 7, включающий блок шумоглушения 8. Обеспечивая требуемую степень очистки воздуха, фильтрующие элементы 4 и 5 допускают замену фильтра грубой очистки 4 и влагоотделителя 3 по мере их загрязнения при работающей ГТУ 9. Контрольно-измерительные приборы (КИП) 13 выдают информацию о падении давления на фильтрующих элементах 4 и 5 на пульт управления ГТУ 9. Определение условий возможности обледенения фильтрующих элементов 4 и 5 производится по сигналам от датчиков влажности и температуры атмосферного воздуха метеостанции 14, а начинающееся обледенение - по сигналу датчика падения давления на фильтрующих элементах, входящего в состав КИП, передаваемых в блок автоматической системы управления АСУ ГТУ 15. Работа противообледенительной системы осуществляется по следующему алгоритму. Включение противообледенительной системы в работу производится блоком АСУ ГТУ 15, включающим генератор греющего воздуха противообледенительной системы при работающей ГТУ 9 при появлении сигналов от датчиков влажности и температуры атмосферного воздуха, соответствующих условиям возможного обледенения фильтрующих элементов 4 и 5. При включении генератора греющего воздуха, атмосферный воздух через фильтр 10 вентилятором 11 подается в нагреватель, где он нагревается ТЭН'ами 12 и далее подается в смеситель ПОС 2. При своей работе противообледенительная система обеспечивает повышение средней температуры атмосферного воздуха перед фильтрами 4 и 5.

Воздухоочистительное устройство (вариант 2) работает следующим образом. Атмосферный запыленный воздух, вследствие разряжения, созданного турбокомпрессором, засасывается через решетку (сетку) воздухоприемника 1 и далее атмосферный воздух равномерно по всему сечению модуля 6 проходит смеситель ПОС 2 и попадает на рабочую плоскость фильтрующих элементов 4 и 5. В первую очередь атмосферный воздух проходит через влагоотделитель 3 (степень очистки G2), в котором из него сепарируется вся капельная влага. За влагоотделителем 3 атмосферный воздух проходит двухступенчатую очистку: поступает в фильтр грубой очистки 4 (степень очистки G4) и в фильтр тонкой очистки 5 (степень очистки F8). Пройдя фильтрующие элементы 4 и 5 модуля 6, очищенный атмосферный воздух направляется в ГТУ 9 через воздухозаборный тракт 7, включающий блок шумоглушения 8. Обеспечивая требуемую степень очистки воздуха, фильтрующие элементы 4 и 5 допускают замену фильтра грубой очистки 4 и влагоотделителя 3 по мере их загрязнения при работающей ГТУ 9. КИП 13 выдают информацию о падении давления на фильтрующих элементах 4 и 5 на пульт управления ГТУ 9. Определение условий возможности обледенения фильтрующих элементов 4 и 5 производится по сигналам от датчиков влажности и температуры атмосферного воздуха метеостанции 14, а начинающееся обледенение - по датчику падения давления КИП 13 на фильтрующих элементах 4 и 5, передаваемых в блок АСУ ГТУ 15. Работа противообледенительной системы осуществляется по следующему алгоритму. Включение противообледенительной системы в работу производится блоком АСУ ГТУ 15, включающим генератор греющего воздуха противообледенительной системы при работающей ГТУ 9 при появлении сигналов от датчиков влажности и температуры атмосферного воздуха, соответствующих условиям возможного обледенения фильтрующих элементов 4 и 5. При включении генератора греющего воздуха атмосферный воздух через фильтр 10 вентилятором 11 подается в камеру сгорания 16, где установлена горелка органического топлива, оснащенную байпасным трактом 17 с регулирующим клапаном 18, соединенным с контактным теплообменником 19, далее соединенным со смесителем ПОС 2. При своей работе противообледенительная система обеспечивает повышение средней температуры атмосферного воздуха перед фильтрами 4 и 5.

Воздухоочистительное устройство (вариант 3) работает следующим образом. Атмосферный запыленный воздух, вследствие разряжения, созданного турбокомпрессором, засасывается через решетку (сетку) воздухоприемника 1 и далее атмосферный воздух равномерно по всему сечению модуля 6 проходит смеситель ПОС 2 и попадает на рабочую плоскость фильтрующих элементов 4 и 5. В первую очередь атмосферный воздух проходит через влагоотделитель 3 (степень очистки G2), в котором из него сепарируется вся капельная влага. За влагоотделителем 3 атмосферный воздух проходит двухступенчатую очистку: поступает в фильтр грубой очистки 4 (степень очистки G4) и в фильтр тонкой очистки 5 (степень очистки F8). Пройдя фильтрующие элементы 4 и 5 модуля 6, очищенный атмосферный воздух направляется в ГТУ 9 через воздухозаборный тракт 7, включающий блок шумоглушения 8. Обеспечивая требуемую степень очистки воздуха, фильтрующие элементы 4 и 5 допускают замену фильтра грубой очистки 4 и влагоотделителя 3 по мере их загрязнения при работающей ГТУ 9. Определение условий возможности обледенения фильтрующих элементов 4 и 5 производится по сигналам от датчиков влажности и температуры атмосферного воздуха метеостанции 14, а начинающееся обледенение - по датчику падения давления КИП 13 на фильтрующих элементах 4 и 5, передаваемых в блок АСУ ГТУ 15. Работа противообледенительной системы осуществляется по следующему алгоритму. Включение противообледенительной системы в работу производится блоком АСУ ГТУ 15, включающим генератор греющего воздуха противообледенительной системы при работающей ГТУ 9 при появлении сигналов от датчиков влажности и температуры атмосферного воздуха метеостанции 14, соответствующих условиям возможного обледенения фильтрующих элементов 4 и 5. При включении генератора греющего воздуха противообледенительной системы атмосферный воздух через фильтр 10 вентилятором 11 подается в камеру сгорания 16, где установлена горелка органического топлива, продукты сгорания из которой поступают в качестве греющей среды в поверхностный теплообменник 20 и далее выбрасываются в атмосферу. Байпасный тракт 17, оснащенный регулирующим клапаном 18, регулирует расходы атмосферного воздуха в качестве окислителя в камеру сгорания 16 и в качестве нагреваемой среды в поверхностный теплообменник 20. При своей работе противообледенительная система обеспечивает повышение средней температуры атмосферного воздуха перед фильтрами 4 и 5. Регулирование величины подогрева греющего воздуха перед фильтрующими элементами 4 и 5 производится путем изменения величины подачи топлива в горелку органического топлива и/или величин расходов атмосферного воздуха в камеру сгорания 16 и в поверхностный теплообменник 20. Из поверхностного теплообменника 20 греющий воздух подается в смеситель ПОС 2 и далее на обогрев фильтров 4 и 5.

Изобретение относится к области устройств для очистки воздуха, поступающего в турбокомпрессор, например, газотурбинной установки (ГТУ). Предложено воздухоочистительное устройство, включающее последовательно расположенные по ходу воздуха козырек, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, отличающийся тем, что в единый модуль воздухоочистительного устройства входит автономный генератор греющего воздуха ПОС, подающий греющий воздух в смеситель ПОС для подогрева очищаемого воздуха перед фильтрующей системой. Генератор греющего воздуха ПОС состоит из последовательно расположенных по ходу воздуха системы фильтрации воздуха, вентилятора с автономным приводом и нагревателя воздуха, в котором обеспечивается нагрев воздуха (далее подаваемого в смеситель ПОС) за счет электрической энергии или за счет тепла сгорания органического топлива. Заявляемое техническое решение позволяет существенно повысить мощность и КПД ГТУ за счет отказа от отбора горячего воздуха высокого давления из ее компрессора, уменьшающего мощность газовой турбины при работе ПОС, оснастив единый модуль воздухоочистительного устройства автономным генератором греющего воздуха для работы ПОС. Это решение упрощает конструкцию воздухоочистительного устройства и снижает его металлоемкость за счет отказа от устройств, обеспечивающих использование воздуха высокого давления (дроссельные устройства, шумоглушители, крупногабаритные воздушные тракты высокого и низкого давления), что позволит уменьшить затраты на производство и транспортировку ПОС и единого модуля воздухоочистительного устройства в целом. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Воздухоочистительное устройство, включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, отличающееся тем, что в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра, вентилятора с автономным приводом и нагревателя воздуха, в котором установлены трубчатые электронагреватели для нагрева воздуха, соединенного с одной стороны со смесителем противообледенительной системы, а с другой стороны - с атмосферным воздухом.

2. Воздухоочистительное устройство, включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, отличающееся тем, что в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра воздуха, вентилятора с автономным приводом, камеры сгорания, работающей на органическом топливе и оснащенной байпасным трактом с регулирующим клапаном, соединенной с контактным теплообменником и смесителем противообледенительной системы.

3. Воздухоочистительное устройство, включающее последовательно расположенные по ходу воздуха воздухоприемник, смеситель противообледенительной системы и фильтрующую систему, состоящую из влагоотделителя, фильтра грубой очистки и фильтра тонкой очистки, объединенные в единый модуль, соединенный через воздухозаборный тракт, включающий блок шумоглушения, с компрессором газотурбинной установки, отличающееся тем, что в едином модуле воздухоочистительного устройства установлен автономный генератор греющего воздуха противообледенительной системы, состоящий из последовательно расположенных по ходу воздуха фильтра, вентилятора с автономным приводом, камеры сгорания, работающей на органическом топливе и оснащенной байпасным трактом с регулирующим клапаном, соединенной с греющей стороной поверхностного теплообменника, соединенного с атмосферой, при этом байпасный тракт соединен с нагреваемой стороной поверхностного теплообменника, соединенной со смесителем противообледенительной системы.