CN102052155A - 使用导波能量用于防冰和/或防霜的系统 - Google Patents

使用导波能量用于防冰和/或防霜的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用导波能量用于防冰和/或防霜的系统。具体而言，一种位于具有空气入口(122)的空气流管道(120)中的防冰和/或防霜系统包括位于空气流管道(120)中的多个波导通路(142)；位于各波导通路(142)中的空气过滤器(130)；联接到各波导通路(142)上的微波能量源(150)；位于空气流管道(120)中处于多个波导通路(142)上游的第一筛网(160)；以及位于空气流管道(120)中处于多个波导通路(142)下游的第二筛网(162)。微波能量源(150)和第一筛网及第二筛网(162)形成大体上防止冰和霜中的至少一种形成在空气过滤器(130)上的受引导的驻波微波能(170)。还描述了一种包括防冰和/或防霜系统的涡轮系统(90)。

Description

使用导波能量用于防冰和/或防霜的系统
技术领域
本公开内容主要涉及空气过滤，并且更具体地涉及一种使用导波能量用于防冰和/或防霜的系统，以及包括此种系统的涡轮。
背景技术
涡轮使用经由入口而吸入涡轮中的过滤空气流。通常，壳体将过滤器定位在入口处。对于这种结构的一个难题在于，在低于冰点的状态下，冰和/或霜会累积在壳体内的滤液上。因此，在寒冷天气里，涡轮入口过滤器需要进行除冰和防冰处理。防止结冰的一种方式包括将排气热量(例如，蒸汽、排出气体或压缩机排出空气)再引至壳体，以便将入口空气温度升高到冻结温度以上。然而，该方式需要复杂的管路，且由于能量的低效使用而导致性能损失。在另一方式中，使用高频(波长800nm至300nm)，经由空气流入口中的辐射体传播微波能，通过将热能仅引至冰和结冰表面而实现融冰和防冰。此方式的效率较低，因为能量的传播性质导致能量密度太小而不能升高温度，尤其是对于较大的过滤器壳体。同时，扩大微波能量源却很昂贵。
发明内容
本公开内容的第一方面提供了一种位于具有空气入口的空气流管道中用于防止冰和霜中的至少一种的系统，该系统包括：位于空气流管道中的多个波导通路；位于各波导通路中的空气过滤器；联接到各波导通路上的微波能量源；位于空气流管道中处于多个波导通路上游的第一筛网；以及位于空气流管道中处于多个波导通路下游的第二筛网，其中，微波能量源和第一筛网及第二筛网产生受引导的、驻波微波能，其防止冰和霜中的至少一种形成在空气过滤器上。
本公开内容的第二方面提供了一种涡轮系统，其包括：涡轮发动机；以及联接到涡轮发动机上的空气进入壳体，该空气进入壳体包括：包括用于接收空气流的空气入口的空气流管道、位于空气流管道中的多个波导通路、位于各波导通路中的空气过滤器、联接到各波导通路上的微波能量源、位于空气流管道中处于多个波导通路上游的第一筛网，以及位于空气流管道中处于多个波导通路下游的第二筛网，其中，微波能量源和第一筛网及第二筛网产生受引导的、驻波微波能，其防止冰和霜中的至少一种形成在空气过滤器上。
本公开内容的第三方面包括一种系统，其包括：空气流管道，其包括用于接收温度低于或等于0℃的空气流的空气入口；用于防止形成冰和霜中的至少一种的系统，该系统包括：位于空气流管道中的多个波导通路；位于各波导通路中的空气过滤器；联接到各波导通路上的微波能量源，该微波能量源产生频率在大约800至930兆赫的范围内的微波能；位于空气流管道中处于多个波导通路上游的第一筛网；以及位于空气流管道中处于多个波导通路下游的第二筛网，其中，微波能量源和第一筛网及第二筛网产生受引导的、驻波微波能，其防止冰和霜中的至少一种形成在空气过滤器上。
本公开内容的示范性方面设计成用以解决本文所述的问题和/或未描述的其它问题。
附图说明
根据本公开内容的各个方面的以下详细描述并结合绘出本公开内容各个实施例的附图，将更容易理解本公开内容的这些及其它特征，在附图中：
图1示出了包括根据本发明实施例的系统的示范性涡轮系统的简图。
图2示出了根据本发明实施例的示范性涡轮系统的更为详细的简图。
图3示出了根据本发明实施例的系统的截面侧视图。
图4示出了根据本发明实施例的系统的截面端视图。
图5示出了根据本发明备选实施例的系统的截面端视图。
注意的是，本公开内容的附图并未按比例。附图仅意图描绘本公开内容的典型方面，且因此不应当认作是对本公开内容的范围进行限制。在附图中，相似的标号代表附图之间相似的元件。
零件清单
90 涡轮系统
92 系统
130 空气过滤器
102 压缩机
104 燃烧器
106 涡轮
114 燃烧区域
116 燃料喷嘴组件
119 旋转轴
110 空气流
120 空气流管道
122 空气入口
142 波导通路
144 水平板件
150 微波能量源
170 微波能
160 第一筛网(screen)
162 第二筛网
具体实施方式
参看附图，图1示出了根据本发明实施例的涡轮系统90的简图，该涡轮系统90包括用于大体上防止在其中的空气过滤器130(图3)上形成冰和/或霜的系统92。尽管将关于涡轮系统应用来描述系统92，但应当理解的是，本发明的教导内容适用于需要在空气过滤器或其它结构上防冰或防霜的任何情形。示范性应用并非意图限制本发明的范围。
继续参看图1，涡轮系统90还包括压缩机102、燃烧器104，以及接收燃烧器104的产物以将其转化成能量的涡轮106。因此，系统92间接地联接到涡轮发动机的入口上。
图2示出了包括压缩机102和燃烧器104的涡轮系统90的多个部分的更为详细的简图。燃烧器104包括燃烧区域114和燃料喷嘴组件116。涡轮系统90还包括涡轮106和公共的压缩机/涡轮旋转轴119(有时称为转子119)。在一个实施例中，涡轮系统90为General Electric Company(Greenville，S.C)市售的MS7001FB发动机，有时称为9FB发动机。本发明不限于任何一种特定的发动机，且可与其它发动机结合实施，例如，其它发动机包括General Electric Company的MS7001FA(7FA)发动机和MS9001FA(9FA)发动机。
操作中，空气流过压缩机102，且压缩空气供给至燃烧器104。具体而言，压缩空气供给至与燃烧器104成整体的燃料喷嘴组件116。组件116与燃烧区域114成流体连通。燃料喷嘴组件116也与燃料源(图1中未示出)成流体连通，且将燃料和空气引导至燃烧区域114。燃烧器104点燃燃料，且使燃料燃烧。燃烧器104与涡轮106成流体连通，涡轮106将气流的热能转化成机械旋转能。涡轮106可旋转地联接到旋转轴119上，且驱动旋转轴119。压缩机102也可旋转地联接到旋转轴119上。压缩机102可包括任何目前或以后公知形式的用于形成进入涡轮系统90中的空气流110(图1)的压缩机系统。空气流110在其至少一部分中可具有小于或等于0℃的温度，即其具有在表面上形成冰或霜的温度。在示范性实施例中，存在多个燃烧器104和燃料喷嘴组件116。在以下的论述中，除非另外指出，则仅将阐述各构件中的一个。
参看图3和图4，现在将描述系统92的细节。如图3中最佳示出的那样，系统92可位于空气流管道120中，该空气流管道120包括用于接收由压缩机102(图1)所形成的空气流110的空气入口122。如所理解的那样，空气流管道120通常为较大(例如，直径为一米或一米以上)通道(opening)，该通道从涡轮系统90外的部位(point)延伸至压缩机102。系统92包括位于空气流管道120中的多个波导通路142，该波导通路142将空气流管道120分割成许多较小的部分。如图所示，在矩形的空气流管道120的情况下，波导通路142可由在空气流管道120的侧面之间延伸或延伸穿过空气流管道120的许多水平板件144形成。然而，应当理解的是，取决于空气流管道120的形状，也可实施多种其它结构，例如弯曲板件、水平板件、成角板件等。波导通路142的数目可取决于空气流管道120的特定区段所需的微波能总量而变化。例如，空气流管道120可构成为使得知道一些区段中的冰或霜的形成比其它的区段更为严重。图3中示出了六个波导通路142，图4中示出了五个，以及图5中示出了三个。在图4和图5中，筛网160在空气过滤器130的前方。此外，如通过比较图3至图5所示，各波导通路142的尺寸可取决于空气流管道120的特定区段所需的微波能总量而变化。空气过滤器130位于各通路142中，以便在空气流110穿过其间时对其过滤。各空气过滤器130可包括任何现在公知或以后开发出的过滤器材料，例如，出于工业目的而使用的那些。
在图4中，微波能量源150联接到各波导通路142上。微波能量源150可包括任何现在公知或以后开发出的微波发生器，例如，工业磁控管(安装在空气流管道120外且包括对各波导通路142的输入)，或在空气流管道120中能够产生大约800至930兆赫(MHz)的驻波微波能170的其它微波源。在一个实施例中，微波能具有大约915MHz的频率。在图5中所示的备选实施例中，各波导通路142均可包括其自身的相应微波能量源150。以此方式，空气流管道120的不同区段或空气过滤器130可接收不同总量的微波能。
如图3和图4中所示，系统92还包括位于空气流管道120中处于多个波导通路142上游的第一筛网160，以及位于空气流管道120中处于波导通路142下游的第二筛网162。各筛网160，162其整体均可延伸穿过空气流管道120，或在备选实施例中，各波导通路142可包括其自身的成组筛网160，162。在一个实施例中，各筛网160，162均具有尺寸在大约0.5厘米至1.5厘米的范围内的开口，或更具体而言是大约1厘米，以便对空气流110提供极小的阻力。
结合微波能量源150，筛网160，162产生受引导的、驻波微波能170(图3)，该微波能170大体上防止在空气过滤器130上形成冰和/或霜。如上文所述，受引导的驻波微波能170可具有处在大约800MHz至930MHz的范围内的频率，且具体而言是大约915MHz。此外，受引导的驻波微波能170具有处在大约10厘米至大约60厘米的范围内的波长，且更具体而言是大于大约30厘米，例如，32厘米。如所理解到的那样，驻波微波能170具有固定的最小振幅和固定的最大振幅，这不同于通常使用的传播微波。波导通路142和筛网160，162工作，以将受引导的驻波微波能170集中到需要充足的能量密度而无需增大微波能量源150尺寸的位置处。
由微波对冰或霜的加热通常不是很有效。然而，当空气流管道120没有比冰或霜吸收性更大的物质时，微波能便趋于集中在最易损耗的材料(例如，冰或霜)上。空气流管道120中或空气过滤器130上的冰或霜(未示出)通常不是100％的水，因为其表面并不洁净。在此情况下，冰或霜可能相对易于损耗。因此，冰或霜可能融化或通过系统92而大体上防冰或防霜。
在实施所述的系统和技术的一些实施例中可实现的优点在于，在寒冷的状态下涡轮效率和功率输出都较高，因为空气流110相比于流过其上具有冰和/或霜的过滤器而经受较小的压力损失。此外，系统92对于初始设备而言成本效益合算，例如，微波能量源150由于除去了蒸汽加热器，故比常规蒸汽加热器明显更为便宜，且更为可靠。
本文所用的措辞仅是为了描述特定实施例的目的，且并非意图限制本公开内容。如本文所用，单数形式″一″、″一个″和″该″，除非上下文另外清楚地指出，则意在还包括复数形式。还将理解到的是，用语″包括″和/或″包含″在用于本说明书中时，表示存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但并未排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。
权利要求中的所有装置或步骤+功能元件的对应结构、材料、动作和同等布置意图如明确主张的那样包括用于结合其它主张的元件而执行该功能的任何结构、材料或动作。出于示范和描述的目的，已提供了对本公开内容的描述，但并非意图是排它的或将本公开内容限制于所公开的形式。在未脱离本公开内容的范围和精神的情况下，本领域的普通技术人员将清楚很多修改和变型。实施例是为了更好地阐述本公开内容的原理和实际应用而选择和描述的，且使本领域的普通技术人员能够通过具有适于所构想出的特定用途的各种修改的各种实施例来理解本公开内容。

Claims (10)

1.一种位于具有空气入口(122)的空气流管道(120)中用于防止冰和霜中的至少一种的系统(92)，所述系统包括：
位于所述空气流管道(120)中的多个波导通路(142)；
位于各波导通路(142)中的空气过滤器(130)；
联接到各波导通路(142)上的微波能量源(150)；
位于所述空气流管道(120)中处于所述多个波导通路(142)上游的第一筛网(160)；以及
位于所述空气流管道(120)中处于所述多个波导通路(142)下游的第二筛网(162)，
其中，所述微波能量源(150)和所述第一筛网及所述第二筛网(162)产生防止冰和霜中的至少一种形成在所述空气过滤器(130)上的受引导的、驻波微波能(170)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气流(110)具有小于或等于0℃的温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述受引导的、驻波微波能(170)具有处在大约800兆赫至930兆赫的范围内的频率。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述受引导的、驻波微波能(170)具有大约915兆赫的频率。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述受引导的、驻波微波能(170)具有处在大约10厘米至大约60厘米的范围内的波长。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波能量源(150)包括安装在所述空气流管道(120)外的磁控管，以及包括对各波导通路(142)的输入。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各波导通路均包括在所述空气流管道(120)的侧面之间延伸的板件。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气流管道(120)间接地联接到燃气涡轮发动机或蒸汽涡轮发动机的入口上。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各波导通路均包括联接到其上的相应的微波能量源(150)。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各筛网均具有尺寸在大约0.5厘米至大约1.5厘米的范围内的开口。
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