CN101629878A - 用于对进入涡轮机压缩机的气流进行采样的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对进入涡轮机压缩机的气流进行采样的系统。本发明的一个实施例提供了一种用于测量在进气系统(100)内流动的气流中的腐蚀剂的空气采样系统(200)。该空气采样系统(200)可包括在其中固定有多个采样试样(265)的空气采样单元(230)。空气采样系统(200)的部分可从外部安装到进气系统(100)上，从而允许在进气系统(100)运转时操作人员可接触到采样试样(265)。在运转时，本发明的一个实施例具有连接到空气采样系统(200)上的采样管道；在采样管道中流动的气流经过采样试样(265)，且之后返回到进气系统(100)。

Description

用于对进入涡轮机压缩机的气流进行采样的系统

技术领域

本发明大体涉及进入涡轮机的空气；且更具体地说，涉及用于对进入进气系统的气流进行采样的系统。

背景技术

一些涡轮机-例如但不限于燃气轮机以及航空衍生产品(aero-derivatives)-具有将进入的气流导向压缩机的空气进气系统。进气系统通常具有过滤器区段，其从气流中筛去外来物体和其它不合乎需要的材料。典型地，进气系统和压缩机是由可能由于涡轮机运行所处的环境(周围条件等)而腐蚀的金属制成的。工业标准提供了用于监控环境的腐蚀率的技术。

这些涡轮机可发展与涡轮机运行的周围条件相关的微环境。这些具有加速的气流和压力的微环境通常提高了压缩机的构件的腐蚀率。因此，为了精确地确定腐蚀率，不应该简单地测量周围条件而得出有关气流和微环境的结论。应监控过滤器区段下游的气流，以便确定气流对压缩机构件的环境影响。

一种确定微环境中的腐蚀率的方法是在气流中放置条带(strip)(以下称为“试样”)。经过一段时间之后，试样被腐蚀并且失效。用户监控试样以及至失效的时间。试样可被送至实验室，以确定造成失效的类型或腐蚀剂。

对所述的确定腐蚀率的方法存在一些关注。进气系统内的试样可能腐蚀、移位，并且在入口内成为抛射体，从而可能对压缩机构件造成损害。另外，将试样放置在进气通道内可能会造成流动畸变波形，且也可以损害涡轮机构件。

由于上述原因，存在对于测量在进气系统中流动的气流中的腐蚀剂的系统的需求。该系统应该监控进气系统的腐蚀率。该系统在使用时不应产生畸变波。

发明内容

在本发明的一个实施例中，(提供了)一种用于进气系统(100)的采样系统(200)，该采样系统(200)包括：用于测量在进气系统(100)内流动的气流中的腐蚀剂的至少一个采样单元(230)，该至少一个采样单元(230)包括：用于进入该至少一个采样单元(230)的内部部分的盖；在该内部部分内的采样室(240)，其中，采样室(240)包括：用于固定至少一个采样试样(265)的安装系统(245)，其中，该安装系统(245)限定了至少一个位置；其中，该安装系统(245)允许至少一个采样试样(265)固定在该至少一个位置上；用于引导气流流过该至少一个采样试样(265)的整流器(250)，其中，该整流器(250)包括定位成邻近供给管道(215)的上游部分和定位成邻近排放管道(225)的下游部分；其中，上游部分和下游部分延伸了大致采样室(240)的宽度；用于从气流中过滤外来物体的流平衡器(255)，其中，流平衡器(255)深度几乎等于采样室(240)的深度；并且，其中，流平衡器(255)位于整流器(250)的下游部分和排放管道(225)之间；以及用于辅助使气流移动通过采样室(240)的空气增强器(220)；其中，气流的部分进入供给管道(215)，流过采样室(240)，经由排放管道(225)离开，并再次进入进气系统(100)。

附图说明

当参考附图阅读下面的详细说明后将会更好地理解本发明的这些以及其它特性、方面和优点，其中，在所有附图中，相同的符号代表相同的元件。

图1是显示了本发明的一个实施例可运行于其中的环境的示意图。

图2是显示了根据本发明的一个实施例的空气采样系统的等轴视图的示意图。

图3是显示了根据本发明的一个实施例的没有安装采样试样的空气采样系统的等轴视图的示意图。

图4是显示了根据本发明的一个实施例的安装了采样试样的空气采样系统的等轴视图的示意图。

部件列表

100	进气系统
		105	天气防护罩(weather hood)
110	进气过滤器箱
		115	冷却模块
120	过渡连接件
		125	进气管
130	消音器区段
		135	进气抽气加热
140	废物筛
		145	压缩机
200	空气采样系统
		205	天气防护罩
210	通风孔
		215	供给管道
220	空气增强器
		225	排放管道
230	采样单元
		235	盖
240	采样室
		245	支架
250	整流器
		255	流平衡器
260	绝热体

265

采样试样

具体实施方式

下面对优选实施例的详细说明参照了附图，附图示意了本发明的特定实施例。具有不同结构和操作的其它实施例不偏离本发明的范围。

某些用语仅是为了读者的方便而使用的，而不被视为对本发明的范围的限制。例如，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“水平的”、“竖直的”、“上游”、“下游”、“前向”、“后向”等等的词语仅仅描述图中所示的构造。实际上，除非另外作出指定，否则本发明的实施例的一个或多个元件可以沿任何方向定向，并且，因此，用语应被理解为包含这些变化。

本发明的一个实施例提供了一种用于测量在涡轮机的进气系统中流动的气流中的腐蚀剂的空气采样系统。该空气采样系统可包括在其中固定有多个采样试样的空气采样单元。空气采样单元的部分可从外部安装到进气系统上，从而允许在涡轮机运转时操作人员可接触到采样试样。

在运转中，本发明的一个实施例具有连接到空气采样单元上的采样管道，在采样管道中流动的气流通过采样试样，且然后返回进气系统。试样被监控；之后被移去，以确定气流中腐蚀剂的水平。试样的腐蚀率可能与压缩机构件(诸如叶片和其它构件)上产生的点蚀相关。这一相关性在制定涡轮机维护计划等中可能是有用的。

现在来看附图，其中在所有这几个附图中，各个标号代表相同的元件，图1是显示了本发明的一个实施例可运行于其中的环境的示意图。图1显示了通常与涡轮机(未示出)的压缩机145相结合的进气系统100。下面的说明提供了进气系统100的典型构造的综述；本发明可以以未在附图中显示的进气系统100的其它构造来使用。

进气系统100引导由压缩机145所引入的气流。此气流通常来自涡轮机运行所处的环境。最初，气流绕天气防护罩105流动，天气防护罩105可阻止气候因素，例如雨、雪等进入压缩机145。此气流之后可流过进气过滤器箱110；其通常从气流中除去外来物体和碎屑。接着，气流可流过冷却模块115，诸如但不限于水洗系统。接着，气流可流过过渡连接件120和进气管125；这些构件可调整气流的速度和压力。接着，气流可流过消音器区段130。接着，气流可流过进气抽气加热系统(bleed heat system)135，其通常在气流进入压缩机145之前提升气流温度。废物筛140或相似物可位于进气管125的下游且一般用于阻止碎屑进入压缩机145。

本发明的一个实施例可提供多个空气采样系统200，其中各系统200位于进气系统100的不同位置上。如图1所示，第一空气采样系统200可位于进气过滤器箱110的上游；第二空气采样系统200可位于进气过滤器箱110的下游；且第三空气采样系统200可位于进气消音器区段130的下游。

图2是显示了根据本发明的一个实施例的空气采样系统200的等轴视图的示意图。空气采样系统200的实施例的构件可包括：天气防护罩205，其可具有多个通风孔210；气流供给管道215；空气增强器220；气流排放管道225；具有盖235的采样单元230。

如图2-4所示，天气防护罩205可以保护采样单元230的部分不受诸如但不限于太阳、雨、冻雨、雪、冰雹等因素的伤害。通风孔210可以存在于天气防护罩205的一侧或两侧上，并可增强采样单元230周围的空气流通。天气防护罩205可由能够经受住采样单元230暴露于其中的环境的任何材料制成。例如但不限于，天气防护罩205可由不锈钢、塑料等制成。

供给管道215用于连接进气系统100的内部部分和采样单元230。供给管道215可包括连接到进气系统100上的第一端和连接到采样单元230的进气部分的第二端。供给管道215可由能够经受住进气系统100和空气采样系统200的运行环境的任何材料制成。供给管道215可尺寸设置为以便提供进入采样单元230的气流的合乎需要的压力、流率和速度。

排放管道225用于连接采样单元230的排放部分和进气系统100。排放管道225可包括连接到进气系统100的第一端和连接到采样单元230的出口部分的第二端。排放管道225可由能够经受住进气系统100和空气采样系统200的运行环境的任何材料制成。排放管道225可尺寸设置为以便提供离开采样单元230的气流的合乎需要的压力、流率和速度。本发明的一个实施例可包括包含有空气增强器220的排放管道225。空气增强器220用于使气流移动通过采样单元230。空气增强器220可采用例如但不限于抽吸气流经过采样试样265的抽风机的形式；如图3和图4所示及以下所述。空气增强器220的物理特性通常由进气系统100的类型和空气采样系统200运行于其中的涡轮机来确定。在本发明的一个实施例中，空气增强器220可只需要涡轮机现场中常见的压缩空气源。

采样单元230允许空气采样系统200从进气系统100中提取气流，将气流分配在多个采样试样265上，且然后将气流再次注入进气系统100。盖235允许采样单元230形成密封环境，以用于测量气流内的腐蚀剂。在本发明的一个实施例中，盖235可由透明材料制成。此处，用户可不打开盖235而看到采样试样265。盖235也可允许用户在涡轮机运行时移去和/或更换采样试样265。

在本发明的一个备选实施例中，盖235包括外部区段和内部区段。此处，外部区段可用于包围采样单元230并且是整体罩。外部区段可由保护内部区段且防护采样单元230的内部构件的材料制成。此材料可以是，例如但不限于，与采样单元230的外部部分相同的材料。该外部区段可保护免受采样单元230可能暴露于其中的环境影响。这些影响可以是，例如但不限于紫外线、辐射加热、碎屑、降雨或者它们的组合。

盖235的本实施例的内部区段可作为外部区段和采样单元230的内部构件之间的透明的挡板。内部区段可辅助在采样单元230内保持密封环境。内部区段可由允许不用暴露于环境中就可观察采样室的内部构件的透明材料制成。

这个备选实施例允许用户观察采样单元230的内部构件而不必包括空气采样系统200的整体。此处，空气采样系统200的密封可被保持。

现在参考图3和图4。图3是显示了根据本发明的一个实施例的、移除了盖235并且没有安装采样试样265的图2采样单元230的等轴视图的示意图。图4是显示了根据本发明的一个实施例的移除了盖235并且安装了采样试样265的图2采样单元230的等轴视图的示意图。

采样单元230可包围：采样室240；安装系统245；整流器250；流平衡器255；绝热体260；以及采样试样265(如图4所示)。采样室240可认为是采样单元230内气流接合采样试样265的区域。采样室240可具有至少一个安装系统245，其固定至少一个采样试样265。采样室240包围了足够大的区域，以便允许气流均一地流过各采样试样265。采样室240通常允许气流流入而贯穿。整流器250可限定采样室240的前向和后向边界壁。整流器250在采样单元230内增加了压力降并且有助于平衡气流的流动，以允许均一地流过采样试样265。整流器250可具有以下形式：例如但不限于网筛，蜂巢式分流器，穿孔板等。整流器250的宽度可以近似为采样室240的宽度。

在本发明的一个备选实施例中，整流器250包括：前部，后部，前部和后部之间的过滤器区段。此处，过滤器区段用于捕获气流内和/或采样试样265上的碎屑中的一些。

上游流平衡器255可定位成邻近供给管道215，下游流平衡器255邻近排放管道225(示于图2中)。各流平衡器255可具有例如但不限于线网筛的形式。流平衡器255可以均一的方式引导流经过采样试样265。上游流平衡器255还可阻止碎屑及其它外来物体击打采样试样265。下游流平衡器255还可阻止采样单元230内的碎屑和其它外来物体离开采样室240并进入进气系统100。各流平衡器255的大小可足以覆盖供给管道215或排放管道225的直径。

采样单元230可具有包围上述构件的箱的形式。在本发明的一个备选实施例中，采样单元230可具有在两壁之间带有绝热体的两壁结构的形式。此处，金属凸缘可连接两壁并覆盖绝热体260的一部分，如图3和图4所示。绝热体260可确保采样室240与外部的热量隔绝。绝热体260可有助于使采样室40维持在类似于气流来自其中的进气系统100区域的温度和湿度。绝热体260可具有例如但不限于矿毛纤维型物质等的形式。在本发明的一个实施例中，绝热体260可具有从大约25毫米到大约75毫米的厚度。

如图4所示，采样试样265可具有矩形形状；并且固定到安装系统245上。安装系统245可将采样试样265布置成使得各采样试样265与其它采样试样265电绝缘。安装系统245的一个实施例可将采样试样265布置为，例如但不限于，竖直布置。

本发明的一个实施例可使用由以下材料制成的采样试样265：诸如但不限于碳钢、合金钢、铜、铝、锌、其它合金等。本发明的一个实施例可提供带有能够固定大约50个采样试样265的安装系统245的采样单元230。本发明的一个实施例的采样单元230可包括由不同类型的材料制成的各种类型的采样试样265。这可允许用户收集关于存在于气流中的不同类型的腐蚀剂的数据。这也可允许用户使用由压缩机145构件材料制成的采样试样265。

在使用中，进气系统100、采样单元230、供给管道215和排放管道225的部分连接起来以产生闭环流道。空气增强器220通常试图将采样单元230保持在与进气系统100内的压力相似的压力下。采样单元230可接收气流的小部分，其流过各采样试样265。最后，气流中的腐蚀剂可造成采样试样265失效。流平衡器255阻止失效的采样试样265进入进气系统100。当涡轮机运行时，用户可以用新的试样265替换失效的试样265。可对失效的试样265进行分析，以确定例如但不限于气流内的腐蚀剂的类型和强度。

在本发明的一个实施例中，气流的流率范围是从大约100磅/秒(lb/sec)到大约2000磅/秒。与供给管道215进入采样室240的位置相邻的位置处的压力范围是从大约大气压力到大约0.5英寸水柱。与排放管道225连接到采样单元230的位置相邻的位置处的压力的范围可以从大约1.0英寸水柱到大约3.0英寸水柱。气流在采样室240内的流率根据箱内采样试样265的数量而变化；其范围可从大约10CFM到大约100CFM。采样单元230可由能够经受住前述压力和流率以及采样单元230可能暴露于其中的环境因素的任何材料制成。例如，但不限于，采样单元230的一个实施例可由不锈钢制成。

尽管本发明已经关于仅其一些示例性实施例非常详细地显示和说明了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，我们并不试图将本发明限制在实施例中，因为可以对所公开的实施例做出各种修改、省略和增加而不从本质上背离本发明的新颖性教导和优点，特别是根据前述的教导。因此，我们意图覆盖可包括在由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有这样的修改、省略、增加和等同物。

Claims (10)

1.一种用于进气系统(100)的采样系统(200)，所述采样系统(200)包括：

用于测量在所述进气系统(100)内流动的气流中的腐蚀剂的至少一个采样单元(230)，所述至少一个采样单元(230)包括：

用于进入所述至少一个采样单元(230)的内部部分的盖(235)；

所述内部部分内的采样室(240)，其中所述采样室(240)包括：

用于固定至少一个采样试样(265)的安装系统(245)，其中所述安装系统(245)限定了至少一个位置；其中所述安装系统(245)允许所述至少一个采样试样(265)固定在所述至少一个位置处；

用于引导所述气流流过所述至少一个采样试样(265)的整流器(250)，其中所述整流器(250)包括定位成邻近供给管道(215)的上游部分和定位成邻近排放管道(225)的下游部分；其中所述上游部分和所述下游部分延伸大致所述采样室(240)的宽度；

用于从所述气流中过滤外来物体的流平衡器(255)，其中所述流平衡器(255)的深度大约等于所述采样室(240)的深度；并且，其中，所述流平衡器(255)位于所述整流器(250)的下游部分和所述排放管道(225)之间；以及

用于辅助使所述气流移动通过所述采样室(240)的空气增强器(220)；

其中，所述气流的部分进入供给管道(215)，流过所述采样室(240)，经由排放管道(225)离开，并再次进入所述进气系统(100)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于减少外部天气情况对所述采样室(240)的环境的影响的绝热体(260)；其中，所述绝热体(260)位于所述至少一个采样单元(230)的外周边和所述采样室(240)的边界之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述盖(235)包括外部区段和内部区段，其中，所述外部区段包围所述采样单元(230)并且保护所述内部区段。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述内部区段由允许在所述盖(235)关闭时看到所述采样室(240)的透明材料构成。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采样系统(200)安装在所述进气系统(100)外侧。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安装系统(245)包括能够将多个采样试样(265)固定在所述采样室(240)内的至少一个架。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气流的压力包括从大约0.5英寸水柱到大约负5.0英寸水柱的范围。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述安装系统(245)使各采样试样(265)与其它采样试样(265)电绝缘。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括位于所述整流器(255)的所述上游部分和所述供给管道(215)之间的第二流平衡器(255)。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个采样试样(265)被布置为允许所述气流几乎均一地流过所述多个采样试样(265)中的各个。

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