燃氣空氣過濾器的設計計算

在空氣過濾器的設計計算中，燃氣通過濾芯的壓降計算是非常重要的。

2.3.1燃氣過濾器的空氣過濾器濾芯，是由一層沖孔網和四層不銹鋼絲編織網，組成的復合網濾芯。

新網時，介質經過它的壓降按下式計算：

   △P新=   [2]                             式（1）

式中：△P新­——新網時的壓降，單位bar

         ξ—— 復合網的阻力系數，本例為2.7

         —— 工作狀態時的天然氣的密度，單位kg/ m3

         —— 天然氣通過濾芯時的流速，單位m/s

   求 ：設計給定了在0℃，一個大氣壓，一個標準立方米的值是0.774Kg/Nm3.當工作狀態為200℃,35 Kgf/cm2時的密度為：

=35×273×0.774/（273+200）=15.635kg/ m3

   求 ：設計給定的流量為67.5t/h，計算 =26.07m/s.

△P新= = =0.1435bar≤0.166bar（設計給定壓降）

2.3.2 天然氣溫度達到200℃工作溫度時，濾芯的長度增加值。

    過濾器的濾芯是由沖孔網、不銹鋼絲網、支撐筋及兩端的不銹鋼圈組成的一個圓柱形框架。沖孔網和四層過濾網都固定在這個框架上。燃氣的工作溫度在200℃時，濾芯的長度會有一定的熱脹量。根據304不銹鋼的線膨脹系數，長度增加值按下式計算：

          10-6                                       式（2）

式中：L——濾芯的長度，單位mm， 本例為770

      —— 濾芯伸長量，單位mm

      —— 304不銹鋼線膨脹系數，為17

      t1—— 初始室溫，單位℃，本例為0℃

t2—— 工作狀態時的溫度，單位℃，本例為200℃

則   =17×770×(200-0) ×10-6  = 2.618mm

2.3.3彈性元件——蝶形彈簧的設計計算

為了吸收因溫度升高時濾芯的軸向伸長量，避免濾芯發生徑向擠壓變形，應在濾芯的頂部設置一個蝶形彈簧。蝶形彈簧及數據計算表如下。

表2 蝶形彈簧尺寸數據表

表3   蝶形彈簧計算數據表

在濾芯、閥體和閥蓋的尺寸鏈中，通過蝶形彈簧對濾芯施加一個預緊力，以保證濾芯端面的密封，該密封力計算為1880N。從圖2可知彈簧的變形量為1.7mm左右時，彈簧負載為2000N。設計閥蓋、閥體和濾芯的尺寸鏈時必須考慮此變形量，以使濾芯的端面獲得預緊力。當蝶形彈簧的變形量在3.5～4.0mm時，正好是濾芯伸長量的預留值，吸收濾芯熱伸長量，防止較大的擠壓變形，有效地保證了濾芯、閥體及閥蓋端面間的可靠密封。這樣，介質無論在熱態或是冷態，都杜絕了泄漏的發生。

  結論

按照上述的計算方法，設計并制造出了應用于國產化F級重型燃氣輪機組及其優化型的終端燃氣過濾器，已在十余臺機組上安全運行5～8年以上。實踐證明，設計開發是成功的。用于發電領域的燃氣過濾器的設計雖然積累了一些經驗，但在檢驗項目等方面，仍有待于今后工程中不斷地提高和發展。

參考文獻

[1]戴天翼.過濾器—設計、制造和使用[M].北京：化學工業出版社，2009.3

[2]華浩磊，范雪飛.燃氣輪機天然氣系統配置方案的探討[J].發電設備，2010 No.4：257～260.

作者簡介：艾松（1973-11），男，高級工程師，從事燃氣輪機設計和系統集成等工作。

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