Сравнение технических характеристик мультивихревого сепаратора с циклонами различных модификаций

АКТУАЛЬНОСТЬ. Циклонные сепараторы применяют для отделения твердых частиц пыли из воздуха, поступающего в турбину. Ключевыми факторами при их выборе являются перепад давления и эффективность. Исследования, направленные на улучшение данных показателей при сохранении остальных достоинств циклонов, а также разработка новых устройств пылегазоочистки, не уступающих им, являются актуальными. ЦЕЛЬ. Сравнение технических характеристик мультивихревого сепаратора с циклонами различных модификаций по эффективности сепарации частиц из запыленной среды, критерию Фруда и критерию Эйлера. МЕТОДЫ. Исследования проводятся с использованием современных методов регистрации параметров на лабораторном стенде. РЕЗУЛЬТАТЫ. Фракционная эффективность сепарации твердых частиц размером от 1 до 80 мкм из газового потока у мультивихревого сепаратора выше, чем у циклонных сепараторов: СК-ЦН-24, ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24. Анализ эффективности по критерию Фруда Fr аналогично показал, что мультивихревой сепаратор предпочтительнее циклонов УЦ-38-250, УЦ-38-500, УЦ-38-750, УЦ-38-850, СЦН-40 и ЦН-11-400. Установлено, что с увеличением Fr к.п.д. возрастает. По критерию Эйлера Eu можно установить, что использование мультивихревого сепаратора осуществляется с меньшими энергетическими затратами относительно циклонов модификаций УЦ с диаметром корпуса 500 мм и более, СЦН-40 и ЦН-11-400. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенные исследования показывают, что применение мультивихревого сепаратора может быть рассмотрено в качестве замены циклонных сепараторов для очистки циклового воздуха газотурбинных установок. Достоинства – простота конструкции, отсутствие трения вихрей о стенки сепаратора, малое значение критерия Эйлера, эффективность близкая к 100% при улавливании частиц диаметром более 6 мкм.

1. Chowdhury T.S., Mohsin F.T., Tonni M.M. et al. A critical review on gas turbine cooling performance and failure analysis of turbine blades // International Journal of Thermofluids. 2023. Vol. 18. pp. 100329. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100329.

2. Михайлов В.Е., Хоменок Л.А., Шерапов В.В. Проблемы создания современных комплексных воздухоочистительных устройств энергетических ГТУ в России и способы их решения // Теплоэнергетика. 2016. № 8. С. 3–9. https://doi.org/10.1134/S0040363616080075

3. Suman A., Casari N., Fabbri E., Pinelli M., Di Mare L., Montomoli F. Gas Turbine Fouling Tests: Review, Critical Analysis, Particle Impact Behavior Map // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2019. V. 141. pp. 032601. https://doi.org/10.1115/1.4041282

4. Auda S.A., Ali O.M. Effect of operating conditions and air filters maintenance on the performance and efficiency of gas turbine power plant // Materials Today: Proceedings. 2023. In Press. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.01.290

5. Akduman C., Demirel V., Tezcan F. Filter life comparison of different levels of nanofiber coated cleanable-surface filter for gas turbine // Journal of Applied Polymer Science. 2021. V. 138(4). http://dx.doi.org/10.1002/app.50820

6. Блинов В.Л., Зубков И.С., Бродов Ю.М., Мурманский Б.Е. Моделирование течения в тракте комплексного воздухоочистительного устройства ГТУ // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 4. С. 66–83. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-4-66-83

7. Mazyan W.I., Ahmadi A., Brinkerhoff J. et al. Enhancement of cyclone solid particle separation performance based on geometrical modification: numerical analysis // Separation and Purification Technology. 2018. V. 191. P. 276-285. http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2017.09.040

8. Замалиева А.Т., Зиганшин М.Г. Усовершенствованная установка фильтрации газа для подготовки топлива энергетических систем // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. № 5. С. 124–131. https://doi.org/10.30.724/1998-9903-2019-21-5-124-131

9. Gao D., Zhou G., Yang Y., Duan J., Kong Y., Meng Q. Design of pulse cleaning device for single-filter cartridge dust collector by multi-factor orthogonal method based numerical simulation // Powder Technology. 2021. V. 391. P. 494–509. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.06.040

10. Cuiping Y., Guijian L., Haiyan C. Effect of induced airflow on the surface static pressure of pleated fabric filter cartridges during pulse jet cleaning // Powder Technology. 2013. V. 249. P. 424–430. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2013.09.017

11. Tian X., Ou Q., Liu J., Liang Y., Pui D.Y.H. Influence of pre-stage filter selection and face velocity on the loading characteristics of a two-stage filtration system // Separation and Purification Technology. 2019. V. 224. P. 227–236. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.05.031

12. Bourrous S., Bouilloux L., Ouf F.-X., Lemaitre P., Nerisson P., Thomas D., Appert-Collin J.C. Measurement and modeling of pressure drop of HEPA filters clogged with ultrafine particles // Powder Technology. 2016. V. 289. P. 109–117. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.11.020

13. Пат. № 208304, Российская Федерация, МПК B04C 5/103. Мультивихревой сепаратор для очистки газов / И.Н. Мадышев, А.В. Дмитриев, О.С. Дмитриева, В.В. Харьков, В.Э. Зинуров; заявитель и патентообладатель Казанский национальный исследовательский технологический университет. Заявл. 14.07.2021; опубл. 13.12.2021. Бюл. № 35.

14. Зинуров В.Э., Биккулов Р.Я., Дмитриев А.В. и др. Расчет эффективности улавливания мелкодисперсных частиц сепарационным устройством с каналами квадратного сечения // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2022. № 7. С. 10-13.

15. Ватин Н.И., Стрелец К.И. Очистка воздуха при помощи аппаратов типа циклон. СПб.: Изд-во СПбОДЗПП, 2003. 65 с.

16. Злочевский В.Л., Мухопад К.А. Анализ формирования аэропотока в циклоне // Южно-Сибирский научный вестник. 2015. № 4(12). С. 5–13.

17. Циклон СЦН-40 [Электронный ресурс]. URL: https://e-formula.ru/Cyclons/Cyclons_SCN-40.htm

18. Циклон универсальный для улавливания мелкой пыли ЦН-11-400: паспорт [Электронный ресурс]. URL: https://e-formula.ru/Cyclons/tsn_11/tsn_11_Passport.html?tsn_11_400