Воздухозаборник для газотурбинной установки

ВОЗДУХОЗАБОРНИК ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 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 уголмежду 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 RU2280185, МПК F02 С 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 RU2280772, МПК F02 С 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 уголмежду 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;угол между плоскостью основания и плоскостью боковой стенки защитного колпака; L - ширина нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки; L1 - расстояние между стороной основания защитного колпака и стороной нижнего основания нижней части корпуса первой ступени очистки; L2 ширина верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки; R - 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 , величины L1 (соотношения между L1 и L), 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 A.M. 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 вiсник, 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 вiсник, 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 параметрови L1 для защитного колпака и R 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 A.M. 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 редакторA.M. 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 углав 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 значенияхбольше 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 L1 в пределах значений от 0,66L до 1,02L по сравнению с другими значениями L1 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 L1 меньше 0,66L неравномерность поля скоростей воздушного потока существенно возрастает, что ведет к существенному увеличению аэродинамического сопротивления и повышению уровня шума, а при L1 больше 1,02L 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 R в пределах значений от 0,50L2 до 0,62L2 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 R меньше 0,50L2 (в этом случае, соблюдая необходимую симметрию, невозможно прикрепить направляющий элемент к двум продольным сторонам верхнего основания верхней части корпуса первой ступени очистки, поскольку размах 2R направляющего элемента будет меньше L2,а для испытаний можно прикрепить направляющий элемент просто к указанному верхнему основанию) иR больше 0,62L2 аэродинамические и шумовые характеристики уменьшаются незначительно, что делает эти случаи нецелесообразными. 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 уголмежду плоскостью основания и плоскостью боковой стенки защитного колпака составляет величину,находящуюся в пределах 7290, a 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.