燃氣輪機旋風(fēng)分離器性能研究

摘 要：燃氣輪機旋風(fēng)分離器性能關(guān)系到燃氣輪機進氣濾清設(shè)備的效果。本文從旋風(fēng)分離技術(shù)的基本介紹、旋風(fēng)分離器的構(gòu)造與機理、旋風(fēng)分離器的性能指標(biāo)等幾個方面對燃氣輪機旋風(fēng)分離器性能進行分析探討。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機；旋風(fēng)分離器；性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.060

從燃氣輪機的構(gòu)造上看，進氣濾清設(shè)備是一項十分重要的構(gòu)成。正是有了該構(gòu)造，渦輪機和壓縮機才能夠免受砂礫和鹽分等對機器的侵損。機器在運作的過程中，常常會吸入一定量的海鹽等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在潮濕的環(huán)境下發(fā)生變質(zhì)，生成酸堿等有害物質(zhì)。在這種環(huán)境下，壓氣機的運作效率無疑會受到影響，不僅如此，渦輪機也會發(fā)生熱腐蝕。另外這些雜質(zhì)堆積在一起還會堵塞冷卻通道。一般來說，小于10μm的顆粒一般不會影響機器的正常運轉(zhuǎn)，侵損問題更是無從談起。據(jù)此，在對機器進行常規(guī)檢查的過程中，應(yīng)該努力將雜質(zhì)大小控制在該數(shù)字以內(nèi)。相反，如果雜質(zhì)的尺寸大于20um且數(shù)量較多，就會在很大程度上影響機器的正常運轉(zhuǎn)，引發(fā)安全問題。本文圍繞高效濾清系統(tǒng)展開，重點研究了如何去除尺寸大于10μm的雜質(zhì)的問題，以期通過雜質(zhì)的去除避免機器故障現(xiàn)象的發(fā)生。濾清系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，分別是旋風(fēng)級、網(wǎng)墊級和慣性級。這三者有著各自不同的功能，如旋風(fēng)級的功能是除沙和含鹽液滴，本文將主要對旋風(fēng)級進行研究。

1 旋風(fēng)分離技術(shù)的基本介紹

自從問世以來，離心式分離器經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和改進，設(shè)計結(jié)構(gòu)已經(jīng)日臻完善，流動模型也初步建成，可以說整個機器已經(jīng)有了較大改善并因此受到廣泛認可。特別是在西方一些經(jīng)濟較為發(fā)達的國家，旋風(fēng)分離器更是得到了廣泛的應(yīng)用。事實上，從1900至1950年長達五十年的時間中，對旋風(fēng)分離器機器運作機理的研究并未引起有關(guān)人員的重視，全世界范圍內(nèi)也鮮有相關(guān)著作問世。在這一階段，該機器只能對尺寸大于40?m的微粒進行分離，無法使該數(shù)字得到進一步降低。后來，隨著科技的發(fā)展與時代的進步，到1960年左右，旋風(fēng)分離技術(shù)又有了較大改進，旋風(fēng)分離器的運作效率也有所提高。在實踐的基礎(chǔ)上，人們反復(fù)測驗該機器的內(nèi)部濃度場，深化了對內(nèi)部濃流場的理解，充分認識到了除塵對于機器正常運轉(zhuǎn)的重要意義，使相關(guān)的理論得到了突飛猛進的發(fā)展。得益于相關(guān)理論的進步，旋風(fēng)分離器在應(yīng)用層面也出現(xiàn)了較大改觀，捕集水平大幅提升。后來，隨著DEL旋風(fēng)分離器的研制成功，利用機器人們已經(jīng)能夠成功捕集尺寸大約為40 納米的塵粒。隨后，依托電算的方法，東德的一些科學(xué)家為實現(xiàn)最佳的捕塵效果，將無量綱的量編成計算機程序，取得了一系列的成果。在這之后，在全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了各種各樣的有著強大微塵捕捉能力的旋風(fēng)分離器，在這其中影響較大的有日本的Jelclone等。從應(yīng)用層面來看，這些裝置已經(jīng)具備了強大的超微細顆粒捕集能力。與此同時，值得注意的是雖然作為最基礎(chǔ)的分離氣體和固體的裝置，旋風(fēng)分離器已有超過百年的應(yīng)用史，其應(yīng)用水平卻總是超前于理論框架的建設(shè)，其實踐水平受到了理論發(fā)展的極大限制。相關(guān)理論不夠成熟，沒有引發(fā)學(xué)者的關(guān)注。

從具體特征上看，旋風(fēng)分離器有著明顯的優(yōu)勢，它便于安裝，成本不高且結(jié)構(gòu)不是特別復(fù)雜。正是得益于這些優(yōu)點，在較長的時間里旋風(fēng)分離器受到了相關(guān)企業(yè)，如發(fā)電廠和船舶等企業(yè)的極大青睞。利用這一裝置，企業(yè)對高壓高溫以及其他關(guān)鍵領(lǐng)域的設(shè)備行了除塵處理。在某種程度上可以說，當(dāng)前旋風(fēng)分離器已經(jīng)成為企業(yè)進行除塵處理的必不可少的裝置。低水面潛艇在除鹽、防潮以及除塵等方面有著較高要求，因此當(dāng)前大多數(shù)低水面艦艇都裝備有旋風(fēng)分離器。如果該裝置的除塵除雜作用能夠得到較好地發(fā)揮，那么燃氣輪機的性能就能夠獲得極大的保障。

2 旋風(fēng)分離器的構(gòu)造與機理

從本質(zhì)上看，旋風(fēng)分離器隸屬于慣性分離器，其工作原理是：利用固體和氣體的旋轉(zhuǎn)，使離心力推動雜陳將其分離。最初的慣性分離器構(gòu)造繁瑣且不易操作，后來經(jīng)過技術(shù)的不斷改進，其構(gòu)造中逐漸去除了那些繁雜無用的設(shè)計，變得相對簡單。當(dāng)前，各種類型的分離器如葉柵式分離器等層出不窮，但是從目前形勢來看應(yīng)用最多的還是旋風(fēng)分離器。雖然這些分離器有著各自不同的特點，而且被應(yīng)用于不同的領(lǐng)域和設(shè)備，但是其機理都是一樣的。事實上，也正是因為這些分離器有著各自不同的特點，因此才能夠在不同的領(lǐng)域中發(fā)揮不同的作用。在選擇分離器時，應(yīng)該對所要去除的顆粒的特質(zhì)進行全面把握，根據(jù)雜質(zhì)的尺寸、體積等因素選擇適當(dāng)?shù)姆蛛x器。

3 旋風(fēng)分離器的性能指標(biāo)

效率和壓降是旋風(fēng)分離器的主要性能指標(biāo)。在對分離器的性能進行研究的過程中，應(yīng)該將研究的重點放在這兩方面，實現(xiàn)提高效率和降低壓力的目標(biāo)。在進行測驗的過程中，這兩項性能往往不能同時獲得。故此，應(yīng)該對二者進行全面衡量。從根源上看，湍流動能和壁面摩擦能夠?qū)е伦枇p失，因此在進壓降設(shè)計時，應(yīng)該從這兩方面著手，最大程度地實現(xiàn)壓降。另外，從提高效率的角度而言，可通過延伸管長等方式實現(xiàn)。事實上，即使是面對同一個問題，不同的設(shè)計者也會提出不同的解決辦法，也正是因為如此，當(dāng)前旋風(fēng)分離器的種類越來越多。國內(nèi)的高等院校如哈爾濱工程大學(xué)等也在該領(lǐng)域進行了一系列的探究，該校曾經(jīng)對旋風(fēng)分離器的內(nèi)部構(gòu)造進行了改動，取得了一定成果。

4 結(jié)語

燃氣輪機是進氣濾清設(shè)備重要組成部分，對于渦輪機和壓縮機免受砂礫和鹽分等對機器的侵損具有十分重要的作用，本文從主要從旋風(fēng)分離器的角度對其高效濾清進行分析，以便其更好的發(fā)揮作用。

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作者簡介：彭顯尚（1991-），男，湖南長沙人，本科，研究方向：機械設(shè)計制造及其自動化（機電一體化）。