CN101317000A - 燃气轮机发动机滤清器清洁系统及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于燃气轮机发动机(12)的滤清器清洁系统，该燃气轮机发动机包括压缩机部分(14)和燃烧器部分(16)。该燃气轮机发动机可操作地连接有一机构(32)，该机构构造成在第一模式中由燃气轮机发动机驱动，而在第二模式中驱动燃气轮机发动机。第一流动路径(58)用于向压缩机部分输送空气。至少一个空气滤清器(22，24)构造成用于过滤进入第一流动路径中的空气。第二流动路径(60)用于在第一模式中将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到燃烧器部分。第三流动路径(62)用于在第二模式中将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到所述至少一个空气滤清器。

Description

燃气轮机发动机滤清器清洁系统及操作方法

技术领域

本发明总体涉及一种减速和滤清器清洁方法及系统，更具体地涉及一种具有燃气轮机发动机并且利用一减速和滤清器清洁方法及系统的作业机械。

背景技术

作业机械例如公路和越野运输车辆、轮式拖拉机、履带式拖拉机和各种建筑作业机械可从多种不同类型发动机中的任何一种获得动力。例如，作业机械可由汽油发动机、柴油发动机或燃气轮机发动机提供动力。由燃气轮机发动机提供动力的作业机械可利用燃气轮机发动机驱动一机构，该机构可用于将发动机动力输出转变成作业机械的推进或作业机械的其它操作。

作业机械可能需要各种减速机构以协助制动。例如当下坡时，作业机械可使用减速系统以消耗动能，从而保持安全速度。例如，重型作业机械可使用该机械在下坡时的动量来驱动发动机。在活塞式发动机例如柴油发动机的情况下，该发动机则用作压缩机，消耗动能并减缓作业机械的运动。

作业机械可能在具有污物颗粒、粉尘、泥土、石头颗粒和可能对发动机运行有害的其它物质的环境下运行。燃气轮机发动机的性能决定了其将使用大量的空气。例如，燃气轮机发动机可能需要4倍于动力相当的柴油发动机的空气流量。可设置适宜的过滤结构以防止污染物到达并损坏发动机。例如，在由燃气轮机发动机提供动力的作业机械中，用于发动机的吸入空气流可设有一个或多个滤清器，以确保导入燃气轮机发动机的相当大量的空气适宜地不含有可能有损发动机部件的污染物。

由于燃气轮机发动机需要相当大量的空气流，并且由于发动机可能在多粉尘、灰尘的条件下运行，所以用于燃气轮机发动机的空气滤清器可能需要频繁地清洁或更换。频繁的清洁或更换可能要求燃气轮机发动机和作业机械频繁地停机。

提供一种能使用于燃气轮机发动机的空气滤清器可被有效地清洁的系统、结构和方法将是有用的。另外，在燃气轮机发动机的空气滤清器的清洁和空间限制间作出有限的折衷将是有用的。此外，如果将对空气滤清器的清洁作为作业机械的其它操作-例如作业机械的减速-的副产品来有效实现，而不使作业机械停机，则是特别有帮助的。

1995年3月28日授予Gillingham等人的U.S.专利No.5,401,285(′285专利)中说明了一种清洁用于燃气轮机发动机的空气滤清器的方法。′285专利描述了一种空气滤清器系统，该空气滤清器系统可用于由M1箱提供动力的燃气轮机发动机中。′285专利提供了一种脉冲喷射装置，其用于将空气引回滤清器，以在更换滤清器期间周期性地使该滤清器再生。设有一压缩空气储罐作为用于间脉冲喷射的压缩空气源。压缩空气储罐由来自汽轮机的排出管路供应压缩空气。

尽管′285专利中所述的方法可实现频繁清洁用于燃气轮机发动机的空气滤清器的要求，但是，′285专利使用了单独的系统来实现所述要求。与利用现有操作来直接促进对滤清器的清洁不同，′285专利需要一种具有压缩空气储罐和“脉冲喷射器”的系统，以及这些部件所需的空间。另外，从′285专利中并不能认为对滤清器的清洁可与减速过程有关地实现。

本发明的减速和滤清器清洁方法用于克服上文关于现有技术所述的一个或多个问题。

发明内容

一方面，本发明包括一种用于燃气轮机发动机的滤清器清洁系统。该燃气轮机发动机包括一压缩机部分和一燃烧器部分。该燃气轮机发动机操作性地连接有一机构，该机构构造成在第一模式中由燃气轮机发动机驱动，并构造成在第二模式中驱动燃气轮机发动机。设有用于向压缩机部分输送空气的第一流动路径。在第一流动路径中具有至少一个空气滤清器，以用于过滤将被输送到压缩机部分的空气。设有第二流动路径，以用于在第一模式中将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到燃烧器部分。设有第三流动路径，以用于在第二模式中将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到所述至少一个空气滤清器。

另一方面，本发明包括一种用于燃气轮机发动机的滤清器的清洁方法。在第一模式中，包括压缩机部分和燃烧器部分的燃气轮机发动机驱动一机构。使空气通过至少一个空气滤清器并输送到压缩机部分。在第一模式中，将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到燃烧器部分。在第二模式中，利用所述机构驱动压缩机部分。在第二模式中，输送来自压缩机部分的经压缩的空气以便清洁所述至少一个空气滤清器。

应当理解，上面的概述和下面的详细说明都仅是示例性和说明性的，不应看作对权利要求的限制。

附图说明

图1是由燃气轮机发动机提供动力且具有过滤系统的作业机械的一实施例的高度概括的示意图；

图2是处在用于清洁第一滤清器的模式中的燃气轮机发动机和过滤系统的实施例的说明图；以及

图3是类似于图2的说明图，其中示出处在用于清洁第二滤清器的模式中的燃气轮机发动机和过滤系统。

具体实施方式

图1概略地示出一示例性作业机械10。作业机械10包括底盘(总体用矩形轮廓表示)，并可以是例如履带式拖拉机、履带式装载机、液力挖掘机、矿用卡车、轮式装载机、越野运输车辆、公路货车或本领域技术人员所知的其它作业机械。作业机械的具体类型对本发明的系统基本不重要。在了解了本文所公开的实施例后，本领域技术人员可容易地将本发明的系统和方法应用到各种类型的作业机械。作业机械10可包括作为原动机的燃气轮机发动机12。燃气轮机发动机12可包括压缩机部分14，该压缩机部分构造成在操作过程中抽入较大量的吸入空气，并压缩被抽入的空气。燃气轮机发动机12还可包括燃烧器部分16和透平部分18。

作业机械10可包括一整体用标号20表示的空气流动系统。空气流动系统20可包括各种管路和阀，它们的布置和用途将在适当时进行说明。空气流动系统20还可包括一个或多个空气滤清器22、24，所述滤清器构造成用于显著减少被抽入燃气轮机发动机12中的粉尘、灰尘颗粒、石头和其它各种污染物的量。应当理解，作业机械可包括仅一个空气滤清器，或者可包括多个空气滤清器。为了以合理简化的方式说明本发明的系统和方法，图1-3中示出了两个滤清器。

燃气轮机发动机12可包括一同流换热器26，该同流换热器构造成用于加热从压缩机部分14接收的压缩空气。当透平部分18的排气在被排入大气的途中通过同流换热器26时，该同流换热器26可从该排气中获取热量。燃烧器部分16可构造成接收来自同流换热器26的经加热的压缩空气。可例如从用标号28示意性示出的燃料喷射装置向燃烧器部分16供给燃料。经加热的压缩空气及燃料的点燃和燃烧产生具有高能量的废气。燃气轮机发动机12的透平部分18构造成用于当废气经过透平部分18时将来自废气的能量转化成机械能。透平部分18操作性地联接到一动力轴30，该动力轴构造成通过透平部分18进行旋转。

作业机械10还可包括一操作性地联接到动力轴30上的机构32。例如压缩机部分14和机构32之间的驱动连接(如轴36)可联接动力轴30与机构32。机构32在图1-3中仅概略示出，因为燃气轮机发动机12所驱动的具体机构可根据作业机械的类型和根据给定类型的作业机械所用的驱动系统的类型而不同。机构32可以是机械式的、液力式的、电力式的或能用于将燃气轮机发动机12的输出转化成对作业机械的推进的任何其它机构。

机构32可例如是作业机械的下动力传动系，包括与车轮(未示出)和/或抓地履带(未示出)机械相联的传动装置。或者，机构32可以是发电机，其构造成用于将燃气轮机发动机12产生的机械能转化成电能，该电能用作向例如一个或多个电动机-例如图1所示的构造成驱动作业机械10的电动机34-提供动力的动力源。机构32可构造成例如当作业机械10下坡时，将动力输送回并驱动燃气轮机发动机12以使作业机械10减速。

图1-3中示出空气吸入系统20的各种管路和阀。所示的阀设计成允许空气在滤清器22、24和压缩机部分14之间以相反方向流动。应当理解，图1-3所示的管路和阀的简化布置仅出于说明的目的。在已经了解本发明的实施例以后，本领域技术人员将能够显见用来使空气能以下面所述的方式以相反方向流动的其它适宜的方案。

管路38可使空气能在空气滤清器22和压缩机部分14之间流动，而管路40可在空气滤清器24和一到管路38的适当连接之间延伸，以使空气能够从空气滤清器24流至压缩机部分14。阀42可在管路38中定位在空气滤清器22和管路40与管路38相连的位置之间。阀44可定位在管路40中。阀42和44可选择性地受到控制，以在阀的第一位置允许来自相应空气滤清器22、24的空气流动，或在阀的第二位置阻止来自相应空气滤清器22、24的空气流动。

管路46可使来自压缩机部分14的经压缩的空气能够流入同流换热器26中。可在管路46中安装阀48。管路50可在阀48和空气滤清器22之间延伸，并使得空气能够从压缩机部分14流至空气滤清器22。管路52可从管路50延伸至空气滤清器24，并使得来自压缩机部分14的经压缩的空气能够流向空气滤清器24。阀54可在管路50中位于阀48和空气滤清器22之间的一位置处。管路52可在阀54和阀48之间的一位置处连接到管路50。阀56可位于管路52中。

可选择性地控制阀48，以允许经压缩的空气沿管路46流至同流换热器26，而阻止经压缩的空气流入管路50或管路52中。还可选择性地控制阀48以允许经压缩的空气流入管路50中，而阻止经压缩的空气流入同流换热器26。可选择性地控制阀54和56，以在阀的第一位置允许来自压缩机部分14的经压缩的空气流至相应空气滤清器22、24，或在阀的第二位置阻止来自压缩机部分14的经压缩的空气流至相应空气滤清器22、24。

空气流动系统20可定义为通过不同流动路径实现。例如，从空气滤清器22、24通向压缩机部分14的管路38和40可定义为用于将经过滤的空气输送到压缩机部分14的第一流动路径58。管路46可定义为用于将来自压缩机部分14的经压缩的空气输送到燃烧器16的第二流动路径60。图1-3示意性地示出管路46到同流换热器26的连接和同流换热器26中的最终导向燃烧器部分16的流动路线。从阀48到空气滤清器22的管路50以及管路52和管路46的位于压缩机部分14与阀48之间的部分可定义为第三流动路径62。

可以看出，第二流动路径60至少部分地与第三流动路径62一起延伸。还可看出，第一流动路径58包括两个支路，在本示例性实施例中，其中一个支路是从空气滤清器24开始延伸的管路40，而另一支路是管路38的从空气滤清器22延伸到其中管路40与管路38相连接的部位的部分。另外，还可以显见，第三流动路径62包括两个支路，在本示例性实施例中，其中一个支路是通向空气滤清器24的管路52，而另一支路是管路50的从管路52与管路50相连接的部位延伸到空气滤清器22的一部分。

工业适用性

在由图1概略地示出的示例性作业机械10中，燃气轮机发动机12为作业机械10提供机械动力。压缩机部分14抽入并压缩较大量的吸入空气，该吸入空气可通过一个或多个空气滤清器22、24过滤，以显著阻止粉尘、灰尘颗粒、石头和其它污染物被抽入压缩机部分14中。

当在压缩机部分14中被压缩后，经压缩的空气将进入同流换热器26中，在该同流换热器中，经压缩的空气可被从透平部分18中排出的高温气体加热。在加热后，所述经压缩的空气可被供入燃烧器部分16中，该燃烧器部分从燃料喷射装置28接收燃料。燃烧器部分16点燃所述经压缩的空气和燃料，从而产生热的高能废气。

该热的废气可通过透平部分18，当热废气通过透平部分18时，该透平部分将该热废气中的能量转化成机械能。当废气通过透平部分18后，该废气将被供入同流换热器26中，以加热从压缩机部分14进入同流换热器26中的经压缩的空气。此后，废气可被排入大气。

透平部分18可例如经由直接连接操作性地联接到动力轴30，从而使得当透平部分18响应于加热废气的流动而旋转时动力轴30也旋转。动力轴30可操作地联接到压缩机部分14，从而使得压缩机部分14可持续压缩例如通过空气滤清器22和/或空气滤清器24被抽入的压缩空气。除了可操作地联接到压缩机部分14外，动力轴30可例如通过轴36可操作地联接到机构32。

机构32将燃气轮机发动机12的能量输出转化成对作业机械10的推进。在图1的实施例中，例如，机构32可以是发电机，该发电机将由燃气轮机发动机12产生的机械能转化成电能，以用作向例如一个或多个电动机34提供动力的动力源，所述电动机构造成例如通过抓地构件如车轮和/或一对抓地履带来驱动作业机械10。其中压缩机部分14向燃烧器部分16输送经压缩的空气并且其中燃气轮机发动机12驱动机构32的操作模式可简称为第一操作模式。

作业机械10可设有减速系统，以补充制动系统。例如，在作业机械的下坡运动期间，来自作业机械的能量通过机构32回传以驱动燃气轮机发动机。例如，参考图1，在作业机械的下坡运动期间，所述一个或多个电动机34可构造成向发电机32提供电流的发电机，而所述发电机32则可构造成电动机。这样，发电机32可被转化成其中该发电机可驱动燃气轮机发动机12的压缩机部分14的“驱车(motoring)”模式。这种其中燃气轮机发动机通过机构32驱动的操作模式可简称为第二操作模式。在该第二操作模式期间，燃料喷射装置28可基本被阻止向燃烧器16供给燃料。这样，燃气轮机发动机12的压缩机部分14由机构32驱动，而非由透平部分18和燃烧器部分16驱动。

第二操作模式在图2和3中示出。在该第二操作模式期间，由于作业机械运动的能量通过驱动压缩机部分14及相连的透平部分18而被消耗，因此作业机械的运动减速。这时，阀48可定位成阻止压缩空气沿流动路径60流至燃烧室部分16，并定位成引导经压缩的空气流出压缩机部分14。同时，阀54和56之一开启以允许经压缩的空气的流动，而阀54和56中的另一个关闭以阻止经压缩的空气的流动。同时，阀42和44之一开启以允许经过滤的空气沿流动路径58流至压缩机部分14，而阀42和44中的另一个关闭以阻止经过滤的空气流至压缩机部分14。

经过滤的空气可被供给压缩机部分14，经压缩的空气可被输送到至少一个滤清器，以在第二、减速模式期间清洁该滤清器。为使经过滤的空气能流向压缩机部分14和使经压缩的空气能流向至少一个空气滤清器22、24，阀42、44、54和56在操作中可以是等同的。图2的实施例示出在减速模式期间清洁空气滤清器24、同时经过滤的空气通过空气滤清器22被供给压缩机部分14时的状态。在该状态下，阀56处于开启位置而阀54关闭。类似地，阀42处于开启位置而阀44关闭。图3的实施例示出在第二、减速模式期间清洁空气滤清器22、同时经过滤的空气通过空气滤清器24被供给压缩机部分14的状态。在该状态下，阀54处于开启位置而阀56关闭。类似地，阀44处于开启位置而阀42关闭。

很容易看出，所公开的实施例使得能更频繁地清洁空气滤清器，而这对于使用燃气轮机发动机，尤其是在会产生大量粉尘、灰尘和可能对发动机有害的其它污染物的环境中运行该发动机的情况可能非常必要。利用发动机和作业机械减速功能来代替用于清洁滤清器如滤清器22、24的完全独立的系统。当发动机不用于驱动机构32和向作业机械提供动力时，作业机械能通过驱动机构32来消耗能量。当机构32是发电机时，发电机“驱车”可驱动燃气轮机发动机12的压缩机部分14，并同时利用从压缩机部分14输出的经压缩的空气来清洁一个或多个空气滤清器22、24。

为说明起见，示出和说明了管路和阀的具体的布置，以便概略表示所公开的系统和方法。但是，本领域技术人员应能理解，可使用管路和阀的各种布置来建立起用于将经过滤的空气输送到压缩机部分、用于将经压缩的空气输送到燃烧器部分和用于输送经压缩的空气以清洁空气滤清器的流动路径。本发明并不局限于这里概略示出和说明的具体实施例。

本领域技术人员将能显见，可对所公开的透平减速和滤清器清洁方法及系统作出多种变型和改变。例如，尽管所公开的系统主要结合作业机械的减速运动进行说明，但很显然，该方法和系统可用于其中燃气轮机发动机驱动一发电机而该发电机提供电能的固定式系统。在这种情况下，本领域技术人员会提供适宜的回路系统，以用于周期性地驱动发电机，从而驱动压缩机部分并实现滤清器清洁。通过研究说明书及本发明的方法和系统的实施方式，本领域技术人员将能够显见其它实施例。所述说明书和示例仅应被认为是示例性的，真实范围由所附权利要求及其等同方案限定。

Claims (10)

1.一种用于燃气轮机发动机的滤清器清洁系统，包括：

燃气轮机发动机(12)，其包含压缩机部分(14)和燃烧器部分(16)；

操作性地连接到该燃气轮机发动机的机构(32)，该机构构造成在第一模式中由燃气轮机发动机驱动，而在第二模式中驱动该燃气轮机发动机；

用于将空气输送到压缩机部分的第一流动路径(58)；

用于过滤进入第一流动路径中的空气的至少一个空气滤清器(22，24)；

第二流动路径(60)，其用于在第一模式中将经压缩的空气从压缩机部分输送到燃烧器部分；以及

第三流动路径(62)，其用于在第二模式中将经压缩的空气从压缩机部分输送到所述至少一个空气滤清器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个滤清器包括两个滤清器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第三流动路径包括两个支路(50，52)，每个支路通向所述两个滤清器中的一个；所述第三流动路径还包括位于该两个支路中每一个中的阀(54，56)。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一流动路径包括两个支路(38，40)，每个支路从所述两个滤清器中的一个引出；所述第一流动路径还包括位于该两个支路中每一个中的阀(42，44)。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二和第三流动路径连接以形成一一起延伸的部分(46)，该一起延伸的部分与压缩机部分相连；所述第二和第三路径还包括位于该第二和第三流动路径相连处的阀(48)，该阀构造成选择性地在第一模式中允许空气在第二流动路径中的流动，或在第二模式中允许空气在第三流动路径中的流动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机构选自：机械式机构、液力式机构和电力式机构。

7.一种清洁用于燃气轮机发动机(12)的滤清器(22，24)的方法，该方法包括：

在第一模式中利用具有压缩机部分(14)和燃烧器部分(16)的燃气轮机发动机驱动一机构(32)；

使空气通过至少一个空气滤清器，并将经过滤的空气输送到压缩机部分；

在第一模式中将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到燃烧器部分；

在第二模式中利用所述机构驱动燃气轮机发动机；

在第二模式中输送来自压缩机部分的经压缩的空气以清洁所述至少一个空气滤清器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括使空气通过两个空气滤清器，以及将经过滤的空气输送到压缩机部分。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括使空气通过一个空气滤清器，以及将经过滤的空气输送到压缩机部分，同时输送来自压缩机部分的经压缩的空气以清洁一第二空气滤清器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在第一模式中将来自压缩机部分的经压缩的空气输送到燃烧器部分，以及在第二模式中沿至少部分地一起延伸的流动路径输送来自压缩机部分的经压缩的空气以清洁该第二空气滤清器。

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