ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА Российский патент 2023 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 ГТД - газотурбинные двигатели авиационного или другого типа, например, газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций на магистральных газопроводах.

Известно воздухоочистительное устройство 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.

Известно воздухоочистительное устройство по патенту РФ на изобретение № 2263806, МПК F02C 7/052, опубл. 10.11.2005 г.

Это воздухоочистительное устройство содержит сгруппированные в модули и закрепленные в верхнем модуле блоки воздушных фильтров, средство защиты воздушных фильтров от прямого попадания атмосферных осадков, в виде защитного колпака шатрового типа.

Недостатки:

- нетехнологичность конструкции,

- большой вес и металлоемкость из-за большой толщины листов,

- наличие шумоглушителя в газовоздушном тракте, детали которого при разрушении попадают на вход в ГТД (газотурбинный двигатель) и разрушают лопатки осевого компрессора ГТД.

Известно воздухоочистительное устройство по пат. РФ на изобретение №2761711, МПК F02C /052, опубл. 13.12.2021 г., прототип.

Воздухоочистительное устройство, состоящее из сгруппированных модулей, в верхнем из которых расположены блоки воздушных фильтров, и средство их защиты от прямого попадания атмосферных осадков, выполненное в виде защитного колпака шатрового типа, при этом сгруппированные модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах, а зазор между обшивками заполнен теплоизоляцией, отличающееся тем, что воздухоочистительное устройство состоит из двух модулей, в верхнем из которых между блоками воздушных фильтров расположен проход.

Применение этого изобретения дало много отрицательных результатов:

- применение прохода и продольного коридора дало отрицательный результат: привело к перетеканию воздуха вдоль прохода, особенно при поперечном ветре;

- количество блоков воздушных фильтров в конструкции воздухоочистительного устройства при тех же рамах фильтров ограничено размером верхнего модуля.

Задачи создания изобретения: увеличение количества размещенных воздушных фильтров при тех же габаритах воздухоочистительного устройства путем изменения рам фильтров и устранение перетекания воздуха между отсеками обслуживания.

Достигнутые технические результаты: увеличение количества размещенных блоков воздушных фильтров при тех же габаритах воздухоочистительного устройства и устранение перетекания воздуха между отсеками обслуживания.

Решение указанных задач достигнуто в воздухоочистительном устройстве газоперекачивающего агрегата прямоугольной формы в плане с продольными и боковыми сторонами, содержащем сгруппированные в модули и закрепленные в верхнем модуле блоки воздушных фильтров, и средство защиты воздушных фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде защитного колпака шатрового типа, при этом все модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах, имеющих угловые и вертикальные стойки, скосы части фланцев, образующие в сборе фланцы, предназначенные для фланцевых соединений, зазор между обшивками заполнен теплоизоляцией, тем, что воздухоочистительное устройство состоит из модулей, в верхнем из которых расположены четыре Г-образных в плане рамы фильтров, каждая пара рам фильтров образует камеру чистого воздуха, которые расположены друг напротив друга, между парами рам фильтров расположены отсеки обслуживания, разделенные по центру глухой стенкой, выполненной перпендикулярно продольным сторонам, которая обеспечивает формирование двух независимых входов воздуха в чистые камеры с равномерным расходом воздуха перед блоками воздушных фильтров и гарантированно исключает перетекание воздуха между отсеками обслуживания.

В нижестоящем модуле может быть расположен один или несколько рассекателей для направления потока воздуха.

Рассекатель может быть выполнен в форме перевернутой треугольной призмы по продольной стороне.

На продольных сторонах верхнего модуля, вне его, может быть установлена площадка обслуживания для доступа в отсеки обслуживания.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1…13), где;

- на фиг. 1 приведен общий вид воздухоочистительного устройства в плане,

- на фиг. 2 приведен разрез С-С воздухоочистительного устройства,

- на фиг. 3 приведен вид первой Г-образной в плане рамы, вид сбоку,

- на фиг. 4 приведен вид первой Г-образной в плане рамы, вид изнутри,

- на фиг. 5 приведен вид первой Г-образной в плане рамы, вид сверху,

- на фиг. 6 приведен разрез D-D воздухоочистительного устройства по отсеку обслуживания с перегородкой,

- на фиг. 7 приведен разрез D-D, вариант с рассекателем в нижестоящем модуле,

- на фиг. 8 - вид стыковки рассекателя в нижестоящем модуле с верхним модулем,

- на фиг. 9 приведен вид верхнего модуля, закрытого обшивкой,

- на фиг. 10 приведен вид верхнего модуля в плане,

- на фиг. 11 приведен вид верхнего модуля в изометрии,

- на фиг. 12 приведена конструкция воздухоочистительного устройства в сборе с площадкой обслуживания и с входными дверями,

- на фиг. 13 приведен вид с входными дверями.

В описании приняты следующие условные обозначения:

верхний модуль 1,

нижестоящий модуль 2,

нижний отсек 3,

воздухозаборное отверстие 4,

газотурбинный двигатель (ГТД) 5,

защитный колпак шатрового типа 6,

защитная сетка 7,

продольная стенка 8,

торцовая стенка 9,

первая Г-образная в плане рама 10,

вторая Г-образная в плане рама 11,

третья Г-образная в плане рама 12,

четвертая Г-образная в плане рама 13,

блоки воздушных фильтров 14,

первый отсек обслуживания 15,

второй отсек обслуживания 16,

первая камера чистого воздуха 17,

вторая камера чистого воздуха 18,

перегородка 19,

система подачи нагреваемого воздуха 20,

общий трубопровод 21,

рассекатель 22,

призма 23,

грани призмы 24,

вершина призмы 25,

основание призмы 26,

пол отсеков обслуживания 27,

пол чистых камер 28,

прямоугольные проемы 29,

площадка обслуживания 30,

входная дверь 31.

А - длина продольной стенки,

В - длина торцевой стенки.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…13.

На фиг. 1 приведен внешний вид воздухоочистительного устройства сверху, а на фиг. 2 приведен разрез С-С.

Система (фиг. 1 и 2) содержит верхний модуль 1, нижестоящий модуль 2, нижний отсек 3, воздухозаборное отверстие 4, газотурбинный двигатель 5, защитный колпак шатрового типа 6, защитную сетку 7.

Воздухозаборное устройство выполнено в плане в виде прямоугольника и содержит продольные стенки 8 и торцовые стенки 9.

Должно быть выполнено условие А больше В,

где: А - длина продольной стенки, В - длина торцевой стенки (фиг. 1).

Блоки воздушных фильтров 14 установлены в ячейках Г-образных в плане рам 10-13. Всего применено четыре Г-образные в плане рамы: первая Г-образная в плане рама 10, вторая Г-образная в плане рама 11, третья Г-образная в плане рама 12, и четвертая Г-образная в плане рама 13, внутри каждой Г-образной рамы размещены блоки воздушных фильтров 14.

Первая Г-образная в плане рама 10 в трех проекциях показана на фиг. 3-5.

Каждая пара Г-образных в плане рам фильтров 10 и 11 или 12 и 13 образует камеру чистого воздуха, первую камеру чистого воздуха 17 и вторую камеру чистого воздуха 18 (фиг. 1), соответственно, которые расположены друг напротив друга, между парами рам фильтров расположены отсеки обслуживания, разделенные по центру перегородкой 19, перпендикулярной продольной стенке 8 (фиг. 1).

Между защитным колпаком шатрового типа 6 с обеих сторон выполнены первый и второй отсеки обслуживания 15 и 16, в которых размещены некоторые элементы системы подачи нагреваемого воздуха 20, идущего от газотурбинного двигателя 5 (фиг. 6), точнее от одной из промежуточных ступеней компрессора ГТД 5.

На фиг. 7 приведена система, в которой в нижестоящем модуле 2 под первым 15 и вторым отсеками обслуживания 16 установлен рассекатель 22.

Рассекатель 22 (фиг. 8) выполнен в виде треугольной призмы 23 с прямоугольными гранями 24 и вершиной треугольной призмы 25 и основанием 26, установленным в нижестоящем модуле 2 на полу отсеков обслуживания 15 и 16. На выходе из чистых камер 28 выполнены проемы 29 для перепуска из камер чистого воздуха 17 и 18 в нижестоящий модуль 2.

На фиг. 9 показан вид верхнего модуля, закрытого сверху обшивкой,

На фиг. 10 показан вид верхнего модуля 1 в плане,

На фиг. 11 показан вид верхнего модуля 1 в сборе с защитными колпаками шатрового типа 6 в изометрии,

На фиг. 12 приведена площадка обслуживания 30 с двумя входными дверями 31,

На фиг. 13 показаны входные двери 31 для входа в верхний модуль 1.

РАБОТА СИСТЕМЫ ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА В ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ

При включении ГПА (газоперекачивающего агрегата ГТД) привода (фиг. 2), воздух поступает в ГТД 5 (фиг. 1 и 2) из атмосферы, при этом он хорошо очищается для предотвращения износа проточной части ГГД 5.

Применение Г-образных в плане рам 10-13 позволило разместить до 30% больше блоков воздушных фильтров 14.

Применение перегородки 19 (фиг. 3), которая полностью разделяет первую и вторую камеры обслуживания 15 и 16 от взаимного перетекания воздуха, значительно улучшает характеристики ГТД 5.

После сгорания топлива в ГТД 5 и срабатывания на турбине ГТД 5 (не показана) выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

На фиг. 4-13 показаны варианты с четырьмя рядами блоков воздушных фильтров элементов в различных проекциях. Применение еще одного ряда блока воздушных фильтров на четырех Г-образных в плане рамах 10-13 увеличивает проточную часть по блокам воздушных фильтров до 30%. Это уменьшает аэродинамические потери в блоках воздушных фильтров 14 и повышает КПД ГТД 5.

Применение рассекателя 22 при перетекании воздуха из верхнего модуля в нижестоящий модуль значительно уменьшит аэродинамические потери давления в тракте воздухоочистительного устройства.

При температурах ниже +5°С увеличивают расход теплого воздуха, отбираемого от ГТД 5 и подаваемого на блоки воздушных фильтров 14 по системе подачи нагреваемого воздуха 20 в осенне-весенний и зимний период.

Применение изобретения позволило:

- обеспечить равномерную подачу воздуха на вход в ГТД в зимнее и весеннее-осеннее время путем предотвращения обмерзания блоков воздушных фильтров и, тем самым, повысить его КПД и КПД газоперекачивающего агрегата,

- уменьшить перетекание воздуха между блоками воздушных фильтров 14, особенно при поперечном ветре за счет правильной установки перегородки и применение Г-образных в плане рам 10-13 тем самым повысить КПД ГТД,

- уменьшить аэродинамические потери при перетекании воздуха из верхнего модуля в нижестоящий модуль за счет применения рассекателя,

- упростить сборку и ремонт воздухоочистительного устройства,

- уменьшить вес и металлоемкость модулей газоперекачивающего агрегата и повысить его прочность от воздействия внешних нагрузок,

- уменьшить расход подогретого воздуха до минимума, тем самым повысить КПД ГТД.

Изобретение относится к области газотурбинных технологий и может быть использовано для газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций на магистральных газопроводах. В воздухоочистительном устройстве газоперекачивающего агрегата прямоугольной формы в плане с продольными и боковыми сторонами, содержащем сгруппированные в модули и закрепленные в верхнем модуле блоки воздушных фильтров, и средство защиты воздушных фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде защитного колпака шатрового типа, при этом все модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах, имеющих угловые и вертикальные стойки, скосы части фланцев, образующие в сборе фланцы, предназначенные для фланцевых соединений, зазор между обшивками заполнен теплоизоляцией, тем, что воздухоочистительное устройство состоит из модулей, в верхнем из которых расположены четыре Г-образных в плане рамы фильтров, каждая пара рам фильтров образует камеру чистого воздуха, которые расположены друг напротив друга, между парами рам фильтров расположены отсеки обслуживания, разделенные по центру глухой стенкой, выполненной перпендикулярно продольным сторонам, которая обеспечивает формирование двух независимых входов воздуха в чистые камеры с равномерным расходом воздуха перед блоками воздушных фильтров и гарантированно исключает перетекание воздуха между отсеками обслуживания. В нижестоящем модуле может быть расположен один или несколько рассекателей для направления потока воздуха. Рассекатель может быть выполнен в форме перевернутой треугольной призмы по продольной стороне. На продольных сторонах верхнего модуля, вне его, может быть установлена площадка обслуживания для доступа в отсеки обслуживания. Достигнуто увеличение количества размещенных блоков воздушных фильтров при тех же габаритах воздухоочистительного устройства и устранение перетекания воздуха между отсеками обслуживания. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Воздухоочистительное устройство газоперекачивающего агрегата прямоугольной формы в плане с продольными и боковыми сторонами, содержащее сгруппированные в модули и закрепленные в верхнем модуле блоки воздушных фильтров, и средство защиты воздушных фильтров от прямого попадания атмосферных осадков в виде защитного колпака шатрового типа, при этом все модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах, имеющих угловые и вертикальные стойки, скосы части фланцев, образующие в сборе фланцы, предназначенные для фланцевых соединений, зазор между обшивками заполнен теплоизоляцией, отличающееся тем, что воздухоочистительное устройство состоит из модулей, в верхнем из которых расположены четыре Г-образных в плане рамы фильтров, каждая пара рам фильтров образует камеру чистого воздуха, которые расположены друг напротив друга, между парами рам фильтров расположены отсеки обслуживания, разделенные по центру глухой стенкой, выполненной перпендикулярно продольным сторонам, которая обеспечивает формирование двух независимых входов воздуха в чистые камеры с равномерным расходом воздуха перед блоками воздушных фильтров и гарантированно исключает перетекание воздуха между отсеками обслуживания.

2. Воздухоочистительное устройство газоперекачивающего агрегата по п. 1, отличающееся тем, что в нижестоящем модуле расположены один или несколько рассекателей для направления потока воздуха.

3. Воздухоочистительное устройство газоперекачивающего агрегата по п. 2, отличающееся тем, что рассекатель выполнен в форме перевернутой треугольной призмы по продольной стороне.

4. Воздухоочистительное устройство газоперекачивающего агрегата по п. 1, отличающееся тем, что на продольных сторонах верхнего модуля, вне его, установлена площадка обслуживания для доступа в отсеки обслуживания.