EA019164B1

EA019164B1 - Воздухозаборник для газотурбинной установки

Info

Publication number: EA019164B1
Application number: EA201001705A
Authority: EA
Inventors: Рафаиль Ганиевич Мендыбаев; Олег Александрович Шингирей
Original assignee: Акционерное Общество "Западно-Казахстанская Машиностроительная Компания"
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2014-01-30
Also published as: EA201001705A1

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для очистки воздуха, поступающего в газотурбинный двигатель силовых установок. Для получения технических результатов - уменьшения неравномерности поля скоростей воздушного потока, понижения аэродинамического сопротивления, приводящего к повышению КПД газотурбинной установки, понижения уровня шума - в воздухозаборнике для газотурбинной установки, содержащем защитный колпак, несущий корпус первой ступени очистки с двумя ярусами блок-модулей циклонных фильтров, при этом верхний ярус является несущей конструкцией для защитного колпака, корпус второй ступени очистки с фильтрами тонкой очистки, трапы обслуживания, согласно изобретению боковые стенки защитного колпака выполнены так, что угол α между плоскостью основания и плоскостью боковой стенки колпака составляет величину, находящуюся в пределах от 72 до 90°, а основание защитного колпака выполнено так, что расстояние между стороной основания колпака и стороной нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки равно 0,66-1,02 ширины нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки, к продольным сторонам верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки изнутри прикреплен, например, свариванием специальный направляющий элемент.

Description

(57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для очистки воздуха, поступающего в газотурбинный двигатель силовых установок. Для получения технических результатов - уменьшения неравномерности поля скоростей воздушного потока, понижения аэродинамического сопротивления, приводящего к повышению КПД газотурбинной установки, понижения уровня шума - в воздухозаборнике для газотурбинной установки, содержащем защитный колпак, несущий корпус первой ступени очистки с двумя ярусами блок-модулей циклонных фильтров, при этом верхний ярус является несущей конструкцией для защитного колпака, корпус второй ступени очистки с фильтрами тонкой очистки, трапы обслуживания, согласно изобретению боковые стенки защитного колпака выполнены так, что угол а между плоскостью основания и плоскостью боковой стенки колпака составляет величину, находящуюся в пределах от 72 до 90°, а основание защитного колпака выполнено так, что расстояние между стороной основания колпака и стороной нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки равно 0,66-1,02 ширины нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки, к продольным сторонам верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки изнутри прикреплен, например, свариванием специальный направляющий элемент.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для очистки воздуха, поступающего в газотурбинный двигатель силовых установок, например на газоперекачивающих агрегатах, электростанциях.

Известен воздухозаборник для газотурбинной установки с воздухоочистительным устройством, содержащий защитный (погодный) колпак, корпус первой ступени очистки с двумя ярусами циклонных фильтров, корпус второй ступени очистки со съемными фильтрами тонкой очистки, размещенный внутри корпуса первой ступени очистки с образованием зоны разрежения, трапы обслуживания (патент КИ № 2280185, МПК Е02С 7/052 от 20.07.2006).

Наиболее близким аналогом является воздухозаборник для газотурбинной установки с воздухоочистительным устройством, содержащий защитный колпак, несущий корпус первой ступени очистки с двумя ярусами блок-модулей циклонных фильтров, выполненный ступенчато-переменного сечения относительно вертикальной оси, у которого ширина верхней части корпуса в зоне размещения верхнего яруса блок-модулей циклонных фильтров меньше ширины нижней его части в зоне размещения нижнего яруса блок-модулей, при этом верхний ярус блок-модулей циклонных фильтров является несущей конструкцией для защитного колпака, корпус второй ступени очистки с установленными в его ячейках съемными фильтрами тонкой очистки, трапы обслуживания (патент КИ № 2280772, МПК Е02С 7/052 от 27.07.2006).

К общим недостаткам указанных аналогов относятся: неравномерность поля скоростей воздушного потока; повышенное аэродинамическое сопротивление, приводящее к снижению КПД газотурбинной установки; повышенный уровень шума. Одна из главных причин этих недостатков заключается в отсутствии оптимизации некоторых конструктивных параметров, влияющих на характер движения воздушного потока.

Задачей изобретения является получение технических результатов: уменьшение неравномерности поля скоростей воздушного потока; понижение аэродинамического сопротивления, приводящее к повышению КПД газотурбинной установки; понижение уровня шума. Одним из средств достижения этого является представленная ниже оптимизация некоторых конструктивных параметров, влияющих на характер движения воздушного потока.

Технические результаты достигаются тем, что в воздухозаборнике для газотурбинной установки, содержащем защитный колпак, несущий корпус первой ступени очистки с двумя ярусами блок-модулей циклонных фильтров, выполненный ступенчато-переменного сечения относительно вертикальной оси, у которого ширина верхней части корпуса в зоне размещения верхнего яруса блок-модулей циклонных фильтров меньше ширины нижней его части в зоне размещения нижнего яруса блок-модулей, при этом верхний ярус блок-модулей циклонных фильтров является несущей конструкцией для защитного колпака, корпус второй ступени очистки с фильтрами тонкой очистки, трапы обслуживания, согласно изобретению боковые стенки защитного колпака выполнены так, что угол α между плоскостью основания и плоскостью боковой стенки защитного колпака составляет величину, находящуюся в пределах от 72 до 90°, а основание защитного колпака выполнено так, что расстояние между стороной основания защитного колпака и стороной нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки равно 0,66-1,02 ширины нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки, к продольным сторонам верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки изнутри прикреплен, например, свариванием направляющий элемент.

Направляющий элемент выполнен из двух одинаковых фрагментов цилиндрообразных материалов, например труб, стыкующихся в нижней части в направлении длины, скрепленных, например, свариванием, при этом у указанных фрагментов внутренние дуги расходятся вверху и являются частью окружности с радиусом 0,50-0,62 ширины верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки.

Описание конструкции заявленного объекта поясняется прилагаемыми схемами фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показана схема компоновки предлагаемого воздухозаборника для газотурбинной установки, поперечный разрез.

На фиг. 2 представлена часть заявленного объекта, содержащая направляющий элемент, поперечный разрез.

На указанных фигурах: 1 - защитный колпак; 2 - корпус первой ступени очистки; 3 - корпус второй ступени очистки; 4 - циклонные фильтры; 5 - фильтры тонкой очистки; 6 - направляющий элемент; α угол между плоскостью основания и плоскостью боковой стенки защитного колпака; Ь - ширина нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки; Ь₁ - расстояние между стороной основания защитного колпака и стороной нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки; Ь₂ ширина верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки; К - радиус части окружности внутренней дуги направляющего элемента.

Заявленный объект работает следующим образом.

Атмосферный воздух под действием разрежения, создаваемого на входе в компрессор газотурбинной установки, попадает под защитный колпак 1, проходит первую ступень очистки 2 через циклонные фильтры 4, которые отделяют значительную часть примесей (до 87%) в пылесборники, затем воздух по

- 1 019164 ступает в корпус второй ступени очистки 3 и очищается фильтрами тонкой очистки 5 до требуемой степени, после чего воздух по воздушному тракту поступает в компрессор газотурбинной установки.

Достижению технического результата изобретения способствуют выполнение заявленных требований для величины угла α, величины Ц (соотношения между Ц и Ь), наличие соответствующего направляющего элемента, отсутствующего в прототипе.

Для движения воздуха в проточной части воздухозаборника характерна турбулентность, поскольку в этом случае значение числа Рейнольдса значительно превышает значение критического числа Рейнольдса, характеризующего границу между ламинарным и турбулентным течениями (Физический энциклопедический словарь/Главный редактор А.М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1983, 928 с). Как известно (В.А. Воскобойник, В.Т. Гринченко, А.П. Макаренков. Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров//Акустичний вюник, 2007, том 10, № 2, с. 33-42), между течением жидкости или газа и генерацией звука существует взаимосвязь. Гидродинамическим шумом принято называть совокупность акустических явлений, которые обусловлены пульсациями скорости и давления, генерируемыми турбулентным потоком жидкости или газа (В.А. Воскобойник, В.Т. Гринченко, А.П. Макаренков. Снижение гидродинамических шумов растворами высокомолекулярных полимеров//Акустичний вюник, 2007, том 10, № 2, с. 33-42). Таким образом, повышение неравномерности поля скоростей воздушного потока вызывает повышение аэродинамического сопротивления и повышение уровня шума. Санитарная норма уровня шума на расстоянии 1 м от рассматриваемых устройств составляет не более 80 дБ.

Для оптимизации конструктивных параметров α и Ь₁ для защитного колпака и В для направляющего элемента с целью устранения недостатков сравниваемых известных аналогов были проведены практические эксперименты и испытания. Аэродинамические характеристики определяли известными стандартными методами (Физический энциклопедический словарь/Главный редактор А.М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1983, 928 с; ГОСТ 12.3.018-79. Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний; ГОСТ 2405-88 (СТ СЭВ 6128-87). Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия), шумовые характеристики определяли известными стандартными методами (Физический энциклопедический словарь/Главный редактор А.М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1983, 928 с.; ГОСТ 23941-2002. Шум машин. Методы определения шумовых характеристик. Общие требования; ГОСТ 17187-81 (СТ СЭВ 1351-78). Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний).

При этом установлено следующее.

При прочих равных условиях выбор угла α в пределах от 72 до 90° по сравнению с другими значениями угла позволяет уменьшить неравномерность поля скоростей воздушного потока, что ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления (конечное аэродинамическое сопротивление после фильтров тонкой очистки уменьшалось в среднем на 14%) и понижению уровня шума (в среднем на 11%). При значениях α больше 90 и меньше 72° неравномерность поля скоростей воздушного потока существенно возрастает, что ведет к существенному увеличению аэродинамического сопротивления и повышению уровня шума, а также к увеличению материалоемкости устройства, что нецелесообразно.

При прочих равных условиях выбор величины Ь₁ в пределах значений от 0,66Ь до 1,02Ь по сравнению с другими значениями Ь₁ позволяет уменьшить неравномерность поля скоростей воздушного потока, что ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления (конечное аэродинамическое сопротивление после фильтров тонкой очистки уменьшалось в среднем на 11%) и понижению уровня шума (в среднем на 10%). При Ь₁ меньше 0,66Ь неравномерность поля скоростей воздушного потока существенно возрастает, что ведет к существенному увеличению аэродинамического сопротивления и повышению уровня шума, а при Ь₁ больше 1,02Ь аэродинамические и шумовые характеристики уменьшаются незначительно, при этом увеличивается материалоемкость устройства, что нецелесообразно.

При прочих равных условиях наличие направляющего элемента и выбор для него величины В в пределах значений от 0,50Ь₂ до 0,62Ь₂ позволяет уменьшить неравномерность поля скоростей воздушного потока, что ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления (конечное аэродинамическое сопротивление после фильтров тонкой очистки уменьшалось в среднем на 15%) и понижению уровня шума (в среднем на 12%). При В меньше 0,50Ь₂ (в этом случае, соблюдая необходимую симметрию, невозможно прикрепить направляющий элемент к двум продольным сторонам верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки, поскольку размах 2В направляющего элемента будет меньше Ь₂, а для испытаний можно прикрепить направляющий элемент просто к указанному верхнему основанию) и В больше 0,62Ь₂ аэродинамические и шумовые характеристики уменьшаются незначительно, что делает эти случаи нецелесообразными.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Воздухозаборник для газотурбинной установки, содержащий защитный колпак, несущий корпус первой ступени очистки с двумя ярусами блок-модулей циклонных фильтров, выполненный ступенчатопеременного сечения относительно вертикальной оси, у которого ширина верхней части корпуса в зоне размещения верхнего яруса блок-модулей циклонных фильтров меньше ширины нижней его части в зоне размещения нижнего яруса блок-модулей, при этом верхний ярус блок-модулей циклонных фильтров является несущей конструкцией для защитного колпака, корпус второй ступени очистки с фильтрами тонкой очистки, трапы обслуживания, боковые стенки защитного колпака выполнены так, что угол α между плоскостью основания и плоскостью боковой стенки защитного колпака составляет величину, находящуюся в пределах 72<α<90°, а основание защитного колпака выполнено так, что расстояние между стороной основания защитного колпака и стороной нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки равно 0,66-1,02 ширины нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки, к продольным сторонам верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки изнутри прикреплен свариванием направляющий элемент, отличающийся тем, что направляющий элемент выполнен из двух одинаковых фрагментов цилиндрообразных труб, стыкующихся в нижней части в направлении длины и ограниченных в верхней части в поперечном сечении расходящимися дугами, которые являются частью окружности с радиусом 0,50-0,62 ширины верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки.