燃气轮机旋风分离器性能研究

摘 要：燃气轮机旋风分离器性能关系到燃气轮机进气滤清设备的效果。本文从旋风分离技术的基本介绍、旋风分离器的构造与机理、旋风分离器的性能指标等几个方面对燃气轮机旋风分离器性能进行分析探讨。

关键词：燃气轮机；旋风分离器；性能

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

从燃气轮机的构造上看，进气滤清设备是一项十分重要的构成。正是有了该构造，涡轮机和压缩机才能够免受砂砾和盐分等对机器的侵损。机器在运作的过程中，常常会吸入一定量的海盐等杂质，这些杂质在潮湿的环境下发生变质，生成酸碱等有害物质。在这种环境下，压气机的运作效率无疑会受到影响，不仅如此，涡轮机也会发生热腐蚀。另外这些杂质堆积在一起还会堵塞冷却通道。一般来说，小于10μm的颗粒一般不会影响机器的正常运转，侵损问题更是无从谈起。据此，在对机器进行常规检查的过程中，应该努力将杂质大小控制在该数字以内。相反，如果杂质的尺寸大于20um且数量较多，就会在很大程度上影响机器的正常运转，引发安全问题。本文围绕高效滤清系统展开，重点研究了如何去除尺寸大于10μm的杂质的问题，以期通过杂质的去除避免机器故障现象的发生。滤清系统由三部分构成，分别是旋风级、网垫级和惯性级。这三者有着各自不同的功能，如旋风级的功能是除沙和含盐液滴，本文将主要对旋风级进行研究。

1 旋风分离技术的基本介绍

自从问世以来，离心式分离器经历了不断的发展和改进，设计结构已经日臻完善，流动模型也初步建成，可以说整个机器已经有了较大改善并因此受到广泛认可。特别是在西方一些经济较为发达的国家，旋风分离器更是得到了广泛的应用。事实上，从1900至1950年长达五十年的时间中，对旋风分离器机器运作机理的研究并未引起有关人员的重视，全世界范围内也鲜有相关著作问世。在这一阶段，该机器只能对尺寸大于40?m的微粒进行分离，无法使该数字得到进一步降低。后来，随着科技的发展与时代的进步，到1960年左右，旋风分离技术又有了较大改进，旋风分离器的运作效率也有所提高。在实践的基础上，人们反复测验该机器的内部浓度场，深化了对内部浓流场的理解，充分认识到了除尘对于机器正常运转的重要意义，使相关的理论得到了突飞猛进的发展。得益于相关理论的进步，旋风分离器在应用层面也出现了较大改观，捕集水平大幅提升。后来，随着DEL旋风分离器的研制成功，利用机器人们已经能够成功捕集尺寸大约为40 纳米的尘粒。随后，依托电算的方法，东德的一些科学家为实现最佳的捕尘效果，将无量纲的量编成计算机程序，取得了一系列的成果。在这之后，在全世界范围内出现了各种各样的有着强大微尘捕捉能力的旋风分离器，在这其中影响较大的有日本的Jelclone等。从应用层面来看，这些装置已经具备了强大的超微细颗粒捕集能力。与此同时，值得注意的是虽然作为最基础的分离气体和固体的装置，旋风分离器已有超过百年的应用史，其应用水平却总是超前于理论框架的建设，其实践水平受到了理论发展的极大限制。相关理论不够成熟，没有引发学者的关注。

从具体特征上看，旋风分离器有着明显的优势，它便于安装，成本不高且结构不是特别复杂。正是得益于这些优点，在较长的时间里旋风分离器受到了相关企业，如发电厂和船舶等企业的极大青睐。利用这一装置，企业对高压高温以及其他关键领域的设备行了除尘处理。在某种程度上可以说，当前旋风分离器已经成为企业进行除尘处理的必不可少的装置。低水面潜艇在除盐、防潮以及除尘等方面有着较高要求，因此当前大多数低水面舰艇都装备有旋风分离器。如果该装置的除尘除杂作用能够得到较好地发挥，那么燃气轮机的性能就能够获得极大的保障。

2 旋风分离器的构造与机理

从本质上看，旋风分离器隶属于惯性分离器，其工作原理是：利用固体和气体的旋转，使离心力推动杂陈将其分离。最初的惯性分离器构造繁琐且不易操作，后来经过技术的不断改进，其构造中逐渐去除了那些繁杂无用的设计，变得相对简单。当前，各种类型的分离器如叶栅式分离器等层出不穷，但是从目前形势来看应用最多的还是旋风分离器。虽然这些分离器有着各自不同的特点，而且被应用于不同的领域和设备，但是其机理都是一样的。事实上，也正是因为这些分离器有着各自不同的特点，因此才能够在不同的领域中发挥不同的作用。在选择分离器时，应该对所要去除的颗粒的特质进行全面把握，根据杂质的尺寸、体积等因素选择适当的分离器。

3 旋风分离器的性能指标

效率和压降是旋风分离器的主要性能指标。在对分离器的性能进行研究的过程中，应该将研究的重点放在这两方面，实现提高效率和降低压力的目标。在进行测验的过程中，这两项性能往往不能同时获得。故此，应该对二者进行全面衡量。从根源上看，湍流动能和壁面摩擦能够导致阻力损失，因此在进压降设计时，应该从这两方面着手，最大程度地实现压降。另外，从提高效率的角度而言，可通过延伸管长等方式实现。事实上，即使是面对同一个问题，不同的设计者也会提出不同的解决办法，也正是因为如此，当前旋风分离器的种类越来越多。国内的高等院校如哈尔滨工程大学等也在该领域进行了一系列的探究，该校曾经对旋风分离器的内部构造进行了改动，取得了一定成果。

4 结语

燃气轮机是进气滤清设备重要组成部分，对于涡轮机和压缩机免受砂砾和盐分等对机器的侵损具有十分重要的作用，本文从主要从旋风分离器的角度对其高效滤清进行分析，以便其更好的发挥作用。

参考文献：

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作者简介：彭显尚（1991-），男，湖南长沙人，本科，研究方向：机械设计制造及其自动化（机电一体化）。