ЧИСТАЯ КАМЕРА ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2023 года по МПК F02C7/52 B01D29/00 

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 F02C7/052, 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 вентилятор.

Известно воздухоочистительное устройство, по патенту РФ на изобретение №2727735, МПК F02C7/152, опубл. 23.07.2020 г., прототип.

Это 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, все модули выполнены в виде прямоугольных призм, содержащих боковые стенки с внутренней и внешней обшивками, собранные на прямоугольных каркасах. Вход очищенного воздуха осуществляется в чистую камеру через фильтрующие элементы.

Недостатки:

1. Неравномерное поступление воздуха из чистой камеру воздухоочистительного устройства на вход в ГТД при боковом ветре или при загрязнении части фильтрующих элементов, приводящее к снижению КПД (коэффициента полезного действия) ГТД.

2. Повышение аэродинамических потерь давления воздуха на входе в ГТД из-за закручивания отдельных струй при встрече с противоположными более активными струями воздуха и снижение вследствие этого КПД ГТД.

Задача создания изобретения: обеспечение равномерной подачи воздуха на вход в ГТД для увеличения его КПД

Достигнутый технический результат: обеспечение равномерной подачи воздуха на вход в ГТД для увеличения его КПД.

Решение указанной задачи достигнуто в чистой камере воздухоочистительного устройства, содержащей верхний модуль с защитными колпаками шатрового типа и фильтрующими элементами, установленными в стойках с противоположных сторон, образующими чистую камеру, чистая камера разделена на две равные части перегородкой, идущей параллельно фильтрующим элементам, тем, что перегородка выполнена капитальной и прикреплена на кронштейнах с амортизирующими прокладками.

Перегородка может быть выполнена без зазора по ширине чистой камеры.

Перегородка может быть выполнена с зазором по ширине чистой камеры.

Изобретение поясняется чертежами (фиг.1…6), где;

- на фиг.1 - приведен общий вид воздухоочистительного устройства, прототипа, с его чистой камерой, порывы ветра слева,

- на фиг.2 - приведен общий вид воздухоочистительного устройства, прототипа, с его чистой камерой, засорение фильтрующих элементов справа,

- на фиг.3 - приведено предложенное воздухоочистительное устройство с перегородкой.

- на фиг.4 приведен разрез А - А,

- на фиг.5 приведен вариант крепления перегородки,

- на фиг.6 приведен конструкция крепежного устройства, разрез В-В.

В описании приняты следующие условные обозначения:

модуль 1,

нижний модуль 2,

отверстие 3,

газотурбинный двигатель 4,

верхний модуль 5,

защитный колпак шатрового типа 6,

чистая камера 7,

фильтрующий элемент 8

рама 9,

перегородка 10.

левая часть камеры 11,

правая часть камеры 12,

кронштейн 13,

крепежный элемент 14,

амортизирующая прокладка 15.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…6.

На фиг.1 и 2 приведен прототип в разных ситуациях.

Воздухозаборное устройство содержит модуль 1, нижний модуль 2, отверстие 3, газотурбинный двигатель 4, верхний модуль 5, защитные колпаки шатрового типа 6, 6, чистую камеру 7, фильтрующие элементы 8, установленные в двух рамах 9, выполненных параллельно друг другу.

Новым в изобретении (фиг.3 и 4) является наличие перегородки 10, делящей чистую камеру 7 на две одинаковые по размеру части: левую часть камеры 11 и правую часть камеры 12.

Воздухозаборное устройство газоперекачивающего агрегата (фиг.1), показанное при работе в условиях порыва ветра слева.

В этом случае, в левую сторону чистой камеры 7 поступает значительно больший расход воздуха, чем в правую. При отсутствии разделения чистой камеры 7 входящий поток воздуха группируется, но граница раздела потоков не стабильная и в некоторых случая образуется вихревое движение воздуха, создающее противотоки. Это значительно повышает уровень аэродинамических потерь в вохдухозаборном устройстве.

Воздухозаборное устройство газоперекачивающего агрегата (фиг.2), показанное при работе в условиях засорения части фильтрующих элементов 8 справа.

Результат будет такой же как и в первом варианте (фиг.1) и аэродинамические потери на входе в ГТД 4 возрастут на несколько процентов. Соответственно, пропорционально уменьшится КПД ГТД 4.

В обоих случаях, в одну часть чистой камеры 7 поступает значительно больший расход воздуха, чем в другую. При отсутствии разделения чистой камеры 7, входящий поток группируется хаотично, граница раздела потоков воздуха с обеих сторон не стабильная и, в некоторых случаях, образуется вихревое движение воздуха, создающее противотоки. Это значительно повышает уровень аэродинамических потерь в воздухозаборном устройстве.

Предложено разделить потоки с левой и правой группы фильтрующих элементов перегородкой 10.

Перегородку 10 можно выполнить силовой и герметичной или несиловой и установить с зазором δ.

Зазор δ должен быть не более 10 мм. В этом случае через зазор может быть перепущено до 0,8% от суммарного расхода воздуха, идущего через чистую камеру, и это практически не снижает КПД ГТД 4.

Предпочтительно перегородку 10 выполнить из тонкого листа нержавеющей стали, их которой выполнена вся внутренняя обшивка чистой камеры 7. Это предотвратит абразивный износ перегородки 10 при длительной эксплуатации.

Перегородка 10 должна быть прикреплена к кронштейнам 13 крепежными элементами 14 через амортизирующие прокладки 15 (фиг.5 и 6) для снижения шума от вибрации перегородки 10.

РАБОТА ВОЗДУХОЗАБОРНОГО УСТРОЙСТВА

При включении ГПА (газоперекачивающего агрегата ГТД) привода (фиг.1), воздух поступает в ГТД 4 (фиг.1) из атмосферы.

Все модули 1 имеют раму 9.

После сгорания и срабатывания на ГТД 4 выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

На фиг.3-6 показаны варианты системы подачи подогретого воздуха в воздухоочистительном устройстве.

Применение изобретения позволило:

- обеспечить равномерную подачу воздуха на вход в ГТД, тем самым повысить его КПД и КПД газоперекачивающего агрегата,

- упростить сборку и ремонт воздухоочистительного устройства,

- уменьшить вес и металлоемкость модулей газоперекачивающего агрегата и его прочность от воздействия внешних нагрузок и неравномерного засорения фильтрующих элементов.

Изобретение относится к машиностроению. Чистая камера воздухоочистительного устройства содержит верхний модуль с защитным колпаком (6) шатрового типа и фильтрующими элементами (8), установленными в стойках с противоположных сторон, образующими чистую камеру (7). Чистая камера (7) разделена на две равные части перегородкой (10), идущей параллельно фильтрующим элементам. Перегородка (10) выполнена капитальной и прикреплена на кронштейнах с амортизирующими прокладками. Технический результат заключается в обеспечении равномерной подачи воздуха на вход в газотурбинный двигатель. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Чистая камера воздухоочистительного устройства, содержащая верхний модуль с защитным колпаком шатрового типа и фильтрующими элементами, установленными в стойках с противоположных сторон, образующими чистую камеру, чистая камера разделена на две равные части перегородкой, идущей параллельно фильтрующим элементам, отличающаяся тем, что перегородка выполнена капитальной и прикреплена на кронштейнах с амортизирующими прокладками.

2. Чистая камера воздухоочистительного устройства по п. 1, отличающаяся тем, что перегородка выполнена без зазора по ширине чистой камеры.

3. Чистая камера воздухоочистительного устройства по п. 1, отличающаяся тем, что перегородка выполнена с зазором по ширине чистой камеры.