Комплексное воздухоочистительное устройство в составе газоперекачивающего агрегата Российский патент 2021 года по МПК F02C7/04 

Описание патента на изобретение RU2758874C1

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к комплексным воздухоочистительным устройствам газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным двигателем (ГТД), установленных на компрессорных станциях магистральных газопроводов и может быть использовано для повышения надежности работы ГТД в составе ГПА.

Комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ) газоперекачивающих агрегатов газотурбинным двигателем предназначено для очистки от пыли и других механических включений циклового воздуха, поступающего из атмосферы в осевой компрессор газотурбинного двигателя, с целью уменьшения эрозионного износа его лопаточного аппарата до допустимых по условиям ресурса двигателя пределов, а также уменьшения отложений пыли в проточной части компрессора, снижающих надежность работы двигателя.

В качестве аналога рассматривается воздухоочистительное устройство для газотурбинного двигателя, содержащее воздухоприемную камеру, сообщающуюся с всасывающим трактом двигателя, воздушные фильтры, систему подогрева циклового воздуха. Устройство снабжено вертикальной трубой, на входном срезе которой на опорно-поворотном механизме по аналогии с конструкцией флюгера установлен самоустанавливающийся воздухозаборник. Его воздухоприемное отверстие ориентировано перпендикулярно оси трубы всегда навстречу ветру. Над всасывающим трактом установлен инерционный пылеуловитель, а в основании трубы расположена пылесборная камера, оборудованная дверью и шибером, отсекающим ее от инерционного пылеуловителя на время чистки камеры. Изобретение позволяет оптимизировать работу воздухоочистительного устройства и повысить его эффективность, а именно: повысить степень очистки атмосферного воздуха, защитить от быстрого засорения воздушные фильтры и увеличить период их работы, эффективно работать в условиях снежных бурь, сильной запыленности и ветра, очищать пылесборную камеру без прекращения работы газотурбинного двигателя, эффективно использовать силу ветра для снижения падения давления во всасывающем тракте и, соответственно, обеспечить повышение КПД двигателя (см. патент РФ на изобретение №2392463, опубл. 20.06.2010).

Недостатком данной конструкции воздухоочистительного устройства является высокая значимость опорно-поворотного механизма, в результате неисправности которого, ввиду ухудшения погодных условий, значительно вырастает гидравлическое сопротивление входного тракта, что не только влечет повышение расхода топливно-энергетических ресурсов, но и подвергает риску нормальную работу газоперекачивающего агрегата.

Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа, является газоперекачивающий агрегат с газотурбинной установкой ГТУ-16С с комплексным воздухоочистительным устройством в составе, включающем в себя воздухозаборную камеру соединенную с воздухозаборным трактом, воздухоочистительные фильтры, короба отсоса пыли, вентиляторы охлаждения, шумоглушитель, решетки для подогрева циклового воздуха, противообледенительную систему. При этом воздухозаборная часть КВОУ, через которую цикловой воздух, поступает из атмосферы находится в непосредственной близости от блока маслоохладителей (БМО), а именно воздухозабор происходит над вентиляторами охлаждения БМО, а противообледенительная система транспортирует смесь горячего воздуха и выхлопных газов на воздухозаборный тракт фильтров комплексного воздухоочистительного устройства (КВОУ) повышенной температуры из-за полости компрессора высокого давления (КВД) и из-за полости глубокого стравливания компрессора высокого давления.

Недостатком данной системы является близкое расположение зоны всасывания циклового воздуха к вентиляторам секций блока маслоохладителей, вследствие чего температура всасываемого циклового воздуха повышается на 2-3°С, что влечет за собой повышение расхода топливного газа ГТД на 0,5-1%, кроме того газовоздухопровод противообледенительной системы, транспортирует смесь горячего воздуха, температурой 340°С, из-за полости компрессора высокого давления (КВД) и из-за полости глубокого стравливания компрессора высокого давления на входной тракт фильтров комплексного воздухоочистительного устройства (КВОУ), температура такого горячего воздуха составляет 390°С, что опять же, влечет за собой снижение мощности газотурбинного двигателя и повышение расхода топливного газа (см. патент РФ на изобретение №2573437 опубл. 20.01.2016 и Установка газоперекачивающая ГПУ16С/76-1,5 (Инструкция по эксплуатации), Казань, - 1994, КПИ, АО "СМИПО им. М.В. Фрунзе").

Задачей заявленного изобретения является создание комплексного воздухоочистительного устройства в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем, нивелирующей недостатки аналога и прототипа, обеспечивающей максимальное снижение негативного влияния теплого воздуха от вентиляторов секций блоков маслоохлаждения без увеличения площади, занимаемой ГПА, предотвращение обледенения всасывающего тракта газотурбинного двигателя в диапазоне температур атмосферного воздуха от +5°С до -10°С, путем подачи горячего воздуха непосредственно в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства из системы охлаждения двигателя с минимальными потерями тепловой энергии.

Технический результат заключается в повышении эффективности забора воздуха и качества всасываемого воздуха КВОУ, предотвращении обледенения входного травка газотурбинного двигателя и как следствие минимизации потерь мощности газотурбинного двигателя и снижении расхода топливного газа.

Поставленная задача и указанный технический результат в заявленном комплексном воздухоочистительном устройстве в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем, включающем воздухозаборную камеру соединенную с воздухозаборным трактом, воздухоочистительные фильтры, короба отсоса пыли, вентиляторы охлаждения, шумоглушитель, систему обогрева фильтров КВОУ, противообледенительную систему, соответственно решается и достигается тем, что высота воздухозаборного тракта воздухозаборной части КВОУ была увеличена на несколько метров, что исключило негативное влияние теплого воздуха от секций блоков маслоохлаждения, вентиляторы которых выбрасывают отработанный теплый воздух в атмосферу, благодаря более высокому расположению воздухозаборной части КВОУ повысилось качество всасываемого воздуха, так как на такой высоте содержится значительно меньше пыли и взвешенных частиц, что в свою очередь уменьшает скорость загрязнения фильтров КВОУ и проточной части ГТД, при этом секции блоков маслоохлаждения остались на прежнем уровне высоты, благодаря смещению воздухозаборного тракта КВОУ по вертикальной плоскости, общая площадь занимаемая ГПА осталась неизменной, а устройство противообледенительной системы, включающей воздухопровод, транспортирующий горячий воздух в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства, соединенную с одной стороны с выходным устройством фильтров камеры всасывания КВОУ, а с другой с всасывающим трактом осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя, при этом воздухопровод транспортирующий горячий воздух непосредственно в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства, соединенную с одной стороны с выходным устройством фильтров камеры всасывания КВОУ, а с другой с всасывающим трактом осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя, транспортирует горячий воздух непосредственно из системы охлаждения газотурбинного двигателя из под шумотеплоизолирующего кожуха газотурбинного двигателя, и снабжен вихревым насосом и регулирующей заслонкой, которая открывается в период, когда температура наружного воздуха находится в диапазоне от +5°С до -10°С.

Заявленное изобретение поясняется графическими рисунками, где на фиг. 1 схематично представлена воздухозаборная часть КВОУ, а на фигуре 2 схема работы противобледенительной системы КВОУ в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем, посредством которых возможна реализация заявленного изобретения в соответствии с его назначением, где:

1 - КВОУ;

2 - воздухозаборная камера КВОУ;

3 - вентиляторы охлаждения масла блоков маслоохлаждения;

4 - воздухозаборный тракт КВОУ;

5 - секции блоков маслоохлаждения;

6 - камера всасывания комплексного воздухоочистительного устройства;

7 - регулируемая заслонка;

8 - вихревой насос;

9 - воздухопровод горячего воздуха (система обогрева фильтров комплексного воздухоочистительного устройства);

10 - регулируемая заслонка на воздухопроводе подачи горячего воздуха из-за полости компрессора высокого давления (КВД);

11 - регулируемая заслонка на воздухопроводе подачи горячего воздуха из-за полости глубокого стравливания компрессора высокого давления (КВД);

12 - шумотеплоизолирующий кожух газотурбинного двигателя;

13 - всасывающий тракт осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя;

14 - воздухопровод подачи горячего воздуха из-за полости компрессора высокого давления;

15 - воздухопровод подачи горячего воздуха из полости глубокого стравливания компрессора высокого давления;

16 - воздухопровод подачи горячего воздуха из системы охлаждения двигателя (с обдува двигателя),

При этом во время работы газоперекачивающего агрегата забор воздуха из атмосферы для нужд газотурбинного двигателя производится через КВОУ 1, куда он поступает через воздухозаборную камеру 2, в КВОУ происходит его подготовка, а именно очистка от механических примесей, подогрев при работе ГТД при наиболее опасных температурных диапазонах возможного обледенения всасывающего тракта, формирование однородного воздушного потока поступающего в ГТД. На ГПА-16С воздухозаборная камера КВОУ 2 расположена над вентиляторами охлаждения масла 3 секций блоков маслоохлаждения 5. Близкое расположение воздухозаборной камеры 2 повышает температуру всасываемого воздуха на 2-3°С, что влечет за собой снижение мощности газотурбинного двигателя и повышение расхода топливного газа газотурбинного двигателя на 0,5-1%. После дополнительного увеличения уровня высоты воздухозаборного тракта КВОУ 4 в результате монтажа нескольких дополнительных конструкций в высоту удалось исключить негативное влияние «паразитного» воздуха от секций блоков маслоохлаждения 5 и улучшить качество всасываемого воздуха и как следствие уменьшить скорость загрязнения фильтров КВОУ и проточной части ГТД, поскольку с каждым метром высоты запыленность воздуха значительно снижается, при этом секции блоков маслоохлаждения 5 остались на прежнем уровне высоты, благодаря смещению воздухозаборного тракта КВОУ 4 по вертикальной плоскости, общая площадь занимаемая ГПА осталась неизменной. Так же была изменена схема подогрева циклового воздуха, предназначенного для предотвращения обледенения всасывающего тракта осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя 13, при которой воздух из атмосферы поступая через воздухозаборную камеру 2 в комплексное воздухоочистительное устройство 1 и пройдя через фильтры комплексного воздухоочистительного устройства и систему их обогрева 9, поступает в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства 6 и далее на всасывающий тракт осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя 13. При этом для исключения обледенения (обмерзания, инееобразования) элементов всасывающего тракта осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя 13, открывается регулируемая заслонка 7 на воздухопроводе 16 и горячий воздух из системы охлаждения газотурбинного двигателя (на схеме: воздух с обдува двигателя) поступая из под шумотеплоизолирующего кожуха газотурбинного двигателя 12, через регулируемую заслонку 7 и вихревой насос 8 направляется в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства 6, где происходит его смешивание с чистым воздухом, поступающим через фильтры комплексного воздухоочистительного устройства 9, причем параметры температуры образовавшейся воздушной смеси таковы, что полностью исключают вероятность обледенения элементов всасывающего тракта осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя 13. При этом, открывая регулируемую заслонку 10 на воздухопроводе подачи горячего воздуха из-за полости компрессора высокого давления (КВД) 14, можно обеспечить дополнительный подогрев фильтров комплексного воздухоочистительного устройства 9, а так же открывая регулируемую заслонку 11 на воздухопроводе подачи горячего воздуха из-за полости глубокого стравливания компрессора высокого давления (КВД) 15 можно увеличить степень подогрева циклового воздуха, за счет увеличения объема горячего воздуха проходящего через вихревой насос 8 и вихревому эффекту Ранка-Хилша. Однако практика использования заявленного изобретения показала, что нет необходимости в дополнительной подаче горячего воздуха из воздухопроводов 14 и 15.

Комплексное воздухоочистительное устройство в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем, представленное в заявленном изобретении, успешно применяется на действующей компрессорной станции в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем ГТК-10-4 в условиях его эксплуатации при различных параметрах атмосферы и режимах работы, что позволяет успешно эксплуатировать ГПА без потери мощности, предотвратить обледенение (обмерзание, инееобразование) элементов всасывающего тракта осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя и повысить надежность работы газоперекачивающего агрегата в целом.

Похожие патенты RU2758874C1

название год авторы номер документа
Газоперекачивающий агрегат 2017
  • Мнушкин Игорь Анатольевич
RU2685802C1
Газоперекачивающий агрегат (ГПА), тракт всасывания воздуха ГПА, воздуховод тракта всасывания ГПА, камера всасывания воздуха ГПА (варианты) 2018
  • Арефьев Михаил Романович
  • Куприк Виктор Викторович
  • Лобов Дмитрий Анатольевич
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Рубин Лев Исакович
  • Сабиров Айрат Байзавиевич
  • Семивеличенко Евгений Александрович
RU2684294C1
ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ 2014
  • Вагнер Виктор Владиславович
  • Карнаухов Михаил Юрьевич
  • Курилов Виктор Егорович
  • Машков Алексей Александрович
  • Редикульцев Сергей Александрович
RU2573437C1
КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЦИКЛОВОГО ВОЗДУХА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 2007
  • Кореневский Лев Гдалиевич
  • Фишер Александр Вольфович
  • Юдовин Борис Исаакович
RU2344302C2
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 2021
  • Курчаткин Владимир Валентинович
  • Намятов Виктор Федорович
  • Беляев Евгений Анатольевич
RU2761711C1
ВХОДНОЙ ТРАКТ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2010
  • Пыхтеев Виктор Григорьевич
  • Федоренко Николай Дмитриевич
  • Шевченко Алексей Николаевич
  • Снагощенко Максим Николаевич
RU2426901C1
ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩАЯ СТАНЦИЯ 2001
  • Барсуков В.И.
  • Водбольский И.Ю.
  • Васин О.Е.
  • Ефанов В.И.
  • Забродин Ю.В.
  • Канаев Александр Васильевич
  • Николаев В.В.
  • Никишин В.А.
  • Олексийко С.М.
  • Рыжинский И.Н.
RU2208184C1
КОМПЛЕКСНОЕ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 2009
  • Пыхтеев Виктор Григорьевич
  • Федоренко Николай Дмитриевич
  • Оболенский Олег Константинович
  • Ткачуков Лев Владимирович
  • Сказыткин Константин Анатольевич
RU2414611C2
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 2012
  • Фоминых Галина Александровна
  • Ильин Виталий Борисович
  • Погребнова Ольга Викторовна
  • Климова Нина Ивановна
  • Шерстобитов Александр Павлович
RU2504420C1
СИСТЕМА ПОДОГРЕВА ЦИКЛОВОГО ВОЗДУХА В ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ 2022
  • Назаров Эдуард Борисович
RU2801878C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 758 874 C1

Реферат патента 2021 года Комплексное воздухоочистительное устройство в составе газоперекачивающего агрегата

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к комплексным воздухоочистительным устройствам газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным двигателем, установленным на компрессорных станциях магистральных газопроводов, и может быть использовано для повышения надежности работы газотурбинного двигателя в составе газоперекачивающего агрегата. Предлагается комплексное воздухоочистительное устройство в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем, содержащее воздухозаборную камеру, сообщающуюся с всасывающим трактом осевого компрессора газовой турбины ГТД, шумоглушители, систему фильтров, противообледенительную систему, согласно изобретению конструкция воздухозаборной камеры комплексного воздухоочистительного устройства увеличена в высоту на несколько метров, без увеличения площади, занимаемой газоперекачивающим агрегатом, а противообледенительная система, содержащая воздухопровод, транспортирующий горячий воздух в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства, соединенную с одной стороны с выходным устройством фильтров камеры всасывания комплексного воздухоочистительного устройства, а с другой с всасывающим трактом осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя, транспортирует горячий воздух непосредственно из системы охлаждения газотурбинного двигателя, из-под шумотеплоизолирующего кожуха газотурбинного двигателя, и снабжена вихревым насосом и регулирующей заслонкой. Технический результат заключается в повышении эффективности забора воздуха и качества всасываемого воздуха КВОУ, предотвращении обледенения входного травка газотурбинного двигателя и, как следствие, минимизации потерь мощности газотурбинного двигателя и снижении расхода топливного газа. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 758 874 C1

Комплексное воздухоочистительное устройство в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем, содержащее воздухозаборную камеру, сообщающуюся с всасывающим трактом осевого компрессора газовой турбины ГТД, шумоглушители, систему фильтров, противообледенительную систему, отличающееся тем, что конструкция воздухозаборной камеры комплексного воздухоочистительного устройства увеличена в высоту на несколько метров, без увеличения площади, занимаемой газоперекачивающим агрегатом, а противообледенительная система, содержащая воздухопровод, транспортирующий горячий воздух в камеру всасывания комплексного воздухоочистительного устройства, соединенную с одной стороны с выходным устройством фильтров камеры всасывания комплексного воздухоочистительного устройства, а с другой с всасывающим трактом осевого компрессора газовой турбины газотурбинного двигателя, транспортирует горячий воздух непосредственно из системы охлаждения газотурбинного двигателя, из-под шумотеплоизолирующего кожуха газотурбинного двигателя, и снабжена вихревым насосом и регулирующей заслонкой.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2758874C1

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2006
  • Кислицын Геннадий Филиппович
  • Козинов Александр Михайлович
  • Белобородов Сергей Михайлович
  • Калегин Андрей Анатольевич
  • Шкоркина Татьяна Николаевна
  • Пчелкин Владимир Васильевич
RU2324062C1
СПОСОБ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МОТОРНОГО ОТСЕКА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА И НАПОРНАЯ ПРИТОЧНАЯ СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2016
  • Зарипов Юлай Мидхатович
  • Столяров Владимир Александрович
RU2654561C2
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 2013
  • Лавров Сергей Анатольевич
  • Бусунов Владимир Николаевич
  • Мерзляков Сергей Николаевич
  • Барахта Галина Дмитриевна
RU2561789C2
ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 2015
  • Ильин Виталий Борисович
  • Кузнецов Александр Михайлович
RU2593291C1
WO 2007101815 A1, 13.09.2007
FR 2986779 A1, 16.08.2013.

RU 2 758 874 C1

Авторы

Сизиков Павел Викторович

Антонов Андрей Александрович

Даты

2021-11-02Публикация

2021-02-08Подача