CN102686852A - 用于燃气涡轮机进气系统的线圈结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于燃气涡轮机的进气系统，所述进气系统包括与入口结构气流相通的一个或多个线圈。每个线圈被构造和设置成具有各自的上游面速度，所述上游面速度在其它线圈的20%内。每个线圈采用预定温度范围的工作流体传送通过其中和多个间隔的翼片。所述翼片是间隔开的，以允许在空气流过线圈时空气在相邻的翼片之间流动。所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数。可替换的，每个单独线圈具有至少一个部分的每英寸翼片数比该线圈其它部分的每英寸翼片数更少或更多。

Description

用于燃气涡轮机进气系统的线圈结构和方法

本申请是申请日为2011年2月14日的PCT国际专利申请，除美国以外的所有指定国的申请人为美国公司唐纳森公司，仅指定美国时的申请人为美国公民Theodore Philip Bezat，并且要求了申请日为2010年2月15日的美国临时专利申请序列号61/304,602的优先权。

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮机的进气系统。具体而言，本发明披露了用于燃气涡轮机进气系统的改进型加热或冷却线圈结构和方法。

背景技术

燃气涡轮机通常是等容(定容)机。在工作速度下，它们通过其压缩机部分抽取等容(定容)的空气。如果空气越稠密(密度越大)，相同的容积包含的质量越高，因此涡轮机抽取越高的质量流量。对空气进行冷却使其更稠密(密度更大)，因而涡轮机以更高的质量流量运转并且产生更大的功率。不过，在一些环境中，空气太冷并需要对其进行加热以供涡轮机使用。在另一应用中，空气太接近于冻结温度同时湿度高，并且必须被加热以减少承口结冰的风险。

线圈可用于冷却或加热空气。当进行冷却时，每个线圈还被称作冷却线圈。当进行加热时，它可被称作加热线圈。

燃气涡轮机进气系统已采用了在将空气传送至涡轮机之前影响空气温度的系统。通常，这些系统在过滤系统的下游采用线圈。冷却线圈有时将空气冷却至空气的露点之下的温度并且会产生几乎完全饱和的空气。冷却线圈的下游是防止线圈的冷凝物以液滴形式进入空气（被称作残留物）的系统。加热线圈使空气变暖，降低其相对湿度。

燃气涡轮机的进气系统通常具有非对称过渡出口，从进气口到导向发电设备的空气流管道。希望改进。

发明内容

一种用于燃气涡轮机的进气系统包括与入口结构气流相通的多个线圈。每个线圈被构造和设置成具有各自的上游面速度，所述上游面速度在其它线圈的面速度的20%内。

每个线圈采用预定温度范围的工作流体传送通过其中和多个间隔的翼片。所述翼片是间隔开的，以允许空气在流过线圈时空气在相邻的翼片之间流动。所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数。

在一个实施例中，所述线圈被设置成从进气系统的顶部到进气系统的底部呈垂直阵列。位于进气系统顶部的线圈具有与位于进气系统底部的线圈不同的每英寸翼片数。

所述线圈可位于入口结构的上游或下游。

在另一方面，一种改变燃气涡轮机的空气热含量的方法包括通过入口结构吸入空气。空气会被传送通过与所述入口结构气流相通的多个线圈中的间隔翼片以影响空气的热含量。所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数。还有一个步骤为将空气传送至出口管道以供燃气涡轮机使用。所述线圈可位于入口结构的上游或下游。

在一个示例中，应用了使用线圈的一种方法，其中所述线圈中的每一个包含不同翼片组(包)密度的区域。所述线圈可被构造成使用通常的线圈组装方法，不同点在于在贯穿线圈的有翼长度上的翼片组(包)密度是不一致的，而是由所应用到的系统的气流路径确定而逐步变化。较高的翼片组(包)密度用于会受到高气流速度的区域，而较低的翼片组(包)密度用于会受到低气流速度的区域。

在另一方面，提供了一种改装用于燃气涡轮机的进气系统的方法。所述进气系统包括用于容纳过滤系统的空气入口结构、所述过滤系统下游的出口管道、和在所述过滤系统和所述出口管道之间的出口过渡管道。所述出口管道的中心轴线可能不与所述过滤系统的中心轴线对准。所述方法包括插入一个或更多个（例如，一个或多个）线圈，与所述空气入口结构气流相通并在所述出口过渡管道的上游。每个线圈采用预定温度范围的工作流体传送通过其中和多个间隔的翼片。所述翼片是间隔开的，以允许空气在流过所述线圈时空气在相邻的翼片之间流动。所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数。

在一种方法中，具有一个步骤为将所述线圈设置成在工作中，来自每个线圈的空气具有各自的上游面速度，所述上游面速度旨在其它线圈的面速度的20%内。

所述线圈可被设置在入口结构的上游或下游。

应当指出，不需要将本文所述的所有特定特征均结合入结构中，以便所述结构具有本发明的一些选定的优点。

附图说明

图1是根据本发明原理构造的用于燃气涡轮机的进气系统的第一实施例的示意性侧视图；

图2是用于图1所示进气系统的线圈的一个实施例的示意性透视图；

图3是用于图1所示进气系统的线圈的另一实施例的示意性透视图；

图4是根据本发明原理构造的进气系统的另一个实施例的示意性侧视图；

图5是根据本发明原理构造的进气系统的另一个实施例的示意性俯视图；

图6是根据本发明原理构造的用于燃气涡轮机的进气系统的另一个实施例的示意性俯视图；

图7是根据本发明原理构造的进气系统的另一个实施例的示意性侧视图；

图8是根据本发明原理构造的用于燃气涡轮机的进气系统的另一个实施例的示意性俯视图；

图9是根据本发明原理构造的用于燃气涡轮机的进气系统的另一个实施例的示意性侧视图；和

图10是根据本发明原理构造的用于燃气涡轮机的进气系统的另一个实施例的示意性俯视图。

具体实施方式

A.现有结构存在的问题

从进气系统导向出口管道的出口过渡几何结构通常不适用于加热或冷却线圈系统。加热或冷却线圈系统，通常对空气进行冷却的冷却系统，由于较差的气流分布在它们的面上速度会有变化。这些变化随后导致不同的出口温度，可能超过对出口温度的一致性的系统规定，因为在下游有少到几乎没有的混合。除此之外，线圈面速度的局部变化在一些情况可能大大加重线圈翼片使水滴流入空气流（“残留物”或“漂移物”）的趋势。在过去，解决这些问题的一些方法包括使用对称的出口过渡部分，但这增加了所需的垂直管道的长度，明显增加了成本，或更长的出口过渡区域，但这解决方案也明显增加了成本。过去所用的另一解决方案是在线圈的出口区域附近提供有孔的板。不过，该解决方案增加了贯穿系统的整体压力降，这并不是希望的。

所需要的是产生均匀的速度分布、均匀的出口温度和对整体系统压力降具有最小影响的系统。

B.对问题的解决方案和图1-10

每个线圈采用多个翼片。在过去，在构成加热器或冷却器线圈系统的线圈组内的所有各个线圈通常每英寸采用相同数量的翼片。如果可获得一致(均匀)的速度分布，则会导致一致(均匀)的出口温度。如果可以在几乎不影响系统压力降的情况下实现上述目的，那么这是理想的结果。通过调节各个线圈中的每英寸翼片数量，各个翼片可被设置在进气系统中以产生一致(均匀)的面速度并且实现一致(均匀)的出口温度，而不对压力降产生影响。也就是说，在具有较大速度的冷却系统的区域中，每英寸翼片数量增加；而在面速度低的冷却系统的区域中，每英寸翼片数量减少。这些线圈随后被设置成贯穿整个冷却系统产生一致(均匀)的速度分布。

图1示出了用于燃气涡轮机的进气系统10的第一实施例。进气系统10包括入口结构12，所述入口结构12被定向成吸入空气以供燃气涡轮机使用。在所示的实施例中，入口结构12包括多个入口罩14和过滤系统16。进气系统10一般包括进入组件18和漂移物组件48，所述漂移物组件48支撑并容纳线圈和其它部件，例如漂移物消除元件和排出盘。

过滤系统16可包括不同类型的空气过滤器，用于在空气被引入燃气涡轮机之前从空气流中除去杂质或灰尘或其它颗粒物。在所示的实施例中，过滤系统16以虚线示出了过滤元件20，过滤元件20是以圆柱形元件22轴向抵靠圆锥形元件24的形式示出。在一个非限制性示例中，过滤元件20可以是由褶皱纤维素制成的元件。合适的元件可从本发明的受让人唐纳森公司(Donaldson Company)，Bloomington，Minnesota获得。过滤元件20被设置成抵靠管板26。通常，元件20被密封抵靠管板26，使得过滤元件被安装在脏空气空间28内，而位于管板26另一侧的空间是洁净空气空间30。过滤元件将脏空气空间28与洁净空气空间30分开。

在其它实施例中，元件20可以是由z-介质制成的元件，例如披露于美国专利7,282,075的元件，所述专利文献在此以其全文形式被结合入本文作为引用。

过滤系统16的下游是进入组件18。进入组件18包括框架并且为人员提供空间和支撑以便能够进入线圈的上游侧进行维护。通常，进入组件18包括支撑件或其它构造以允许插入物件例如骨架，用于提供从其进入各个线圈的上游侧的平台。

与过滤系统16气流相通的是线圈结构34。在本实施例中，线圈结构34被示出在过滤系统16的下游。线圈结构34被构造和设置成在空气从进气结构12流向下游燃气涡轮机时（通过降低温度或升高温度）影响空气中的热量。线圈结构包括多个线圈36。在本实施例中，线圈36位于入口结构12的下游并且被构造和设置成接收来自入口结构12的空气并且影响空气的温度。

在一个实施例中，每个线圈36采用预定温度范围的工作流体传送通过其中。现在参见图2和3。以附图标记36示出了线圈的一个示例实施例。在本实施例中，线圈36包括框架38，所述框架38具有由框架38容纳(固定)并且延伸通过框架38的管40。在本实施例中，框架38被示出为矩形盒状。管40为示意性示出，并且会与其它设备液流相通以便传送工作流体通过其中。例如，工作流体可以是水，具有适当的防冻剂，所述防冻剂被容纳在储存罐和泵中并在储存罐和泵中被控制。工作流体混合物可包括但不限于水与下述物质的混合物：

-抑制乙二醇溶液

-抑制丙二醇溶液

-抑制甲酸溶液

-抑制乙醇溶液

在本文中，“抑制(inhibited)”是指市场可得到的腐蚀抑制剂的包装溶液，以防止线圈管内部的腐蚀。不要求工作流体包含这些抑制剂，但它们是已知的。

尽管仅示出了单个管，通常可具有多个管，通过所述管工作流体被传送通过各个线圈。

工作流体被传送通过管40，通过每个线圈36。工作流体通常会具有受控的预定温度范围，取决于对进入空气希望的影响(效应)。具有其预定温度范围的工作流体被传送通过管40，以允许线圈36使其传送的热量发生变化。

具体地说，在本实施例中，每个线圈36包括多个间隔的翼片42。翼片42被容纳在线圈36的框架38内。翼片42彼此呈间隔设置，以便空气在穿过线圈36时允许空气在相邻的翼片42之间流动。通常，管40与翼片42接触，并且当工作流体被传送通过管道40时会影响翼片42的温度。翼片42的温度会影响当空气流在翼片42之间通过时空气流中的热量。每英寸翼片42的数量对于从线圈36转移至空气的热量和由空气穿过线圈36所受到的压力降均有明显的影响。

根据本发明的原理，在进气系统10中有一个或更多（多个）线圈36。线圈36中的至少一个的每英寸翼片42的数量不同于其它线圈36的每英寸翼片42的数量。可替换的，线圈中的一个或多个可具有在单个线圈36内的不同部分(片段)中变化的翼片密度；或可使用这两种不同的线圈设置的组合。除了其它优点外，通过在线圈36中具有不同的每英寸翼片42的数量，可以使进入每个线圈36时的上游面速度均衡，使得每个线圈36的各自面速度可在每个其它线圈36的20%内。这有助于实现一致(均匀)的出口温度，而不对贯穿进气系统10的整体压力降产生影响。

比较图2和3，可以看到图2中的线圈36具有的每英寸翼片42多于图3中的线圈36。在很多示例实施例中，每个线圈36在约5-7英尺高的范围并且在长度上可达到360英寸；其它尺寸是可能的。通常，在标准的线圈36中每英寸约有8个翼片。当应用本发明的原理时，翼片42的密度通常在每英寸4和11个翼片之间。

再次参见图1，在本实施例中，随着进气系统10从进气系统10的底部44到进气系统10的顶部46，线圈36被设置成垂直阵列，其中一个线圈36在另一个线圈之上。翼片42在进气系统10中沿垂直方向延伸。其它实施例是可能的，并且将在下文中进一步描述。

在图1的实施例中，位于线圈结构34下游的是漂移物组件48。术语“漂移物(drift)”是指由空气以液滴的形式携带的水分。漂移物组件48有助于防止水滴形式的残留物到达燃气涡轮机。所述漂移物组件在现有技术中是已知的。如果通过进气系统10的速度太高，则水滴更易于使其通过进气系统到达燃气涡轮机。通过控制空气的速度，线圈36还有助于减少水滴形式的残留物。

仍参见图1，出口管道50位于线圈结构34的下游并且被定向成将空气从线圈36导向燃气涡轮机。在所示的实施例中，出口管道50在出口过渡管道52和漂移物组件48之间延伸。在所示的实施例中，出口管道50的中心轴线54与线圈结构34的中心轴线56不对准(不重合)。也就是说，出口管道50相对于整个进气系统10是不对称的。由于不对称性，如果线圈36不被调节以具有可变的翼片组(包)密度，则通过进气系统10的速度和空气出口温度会变化。具体地说，通过进气系统10的速度在与出口管道50对准的底部44附近会最大，而速度在不与出口管道50对准的顶部46附近会最小。

如图1中可见，出口过渡区域52是倾斜的，从框架18开始以一锐角58延伸，直到到达出口管道50。在本实施例中，倾斜区域60和出口管道50之间是弯曲区域62（通常是弯曲区域但并不要求是弯曲区域）。尽管根据具体的进气系统10各种几何结构是可能的，倾斜区域60的角度58会小于90度，并且更通常小于45度。角度58越小，通过线圈结构34的速度变化越大。

在图1的实施例中，过渡管道52沿朝向进气系统10的底部44的方向偏置。在所述结构中，位于进气系统10的顶部46的线圈64比位于进气系统10的底部44的线圈66具有更少的每英寸翼片42。优选的，顶部线圈64比进气系统10中任何其它线圈36具有更少的每英寸翼片。在很多实施例中，每个线圈36会比它下面的下一个相邻的线圈36具有更少的每英寸翼片42。例如，通常与顶部线圈64相邻并在顶部线圈64之下的线圈68具有比顶部线圈64更多的每英寸翼片42。线圈68通常会比正好在线圈68下面的下一个相邻线圈70具有更少的每英寸翼片。

在一个非限制性示例中，发现在进气系统10的顶部处的线圈64具有不多于5个翼片/每英寸是有用的。还发现底部线圈66具有每英寸至少10个翼片。在该结构中，还发现顶部组件64和底部组件66之间的线圈36具有的每英寸翼片数在5和10之间。

图4-6示出了采用具有不同翼片组(包)密度的线圈的进气系统的其它实施例。在图4中，以侧视图示出了进气系统80。罩82示出了空气被吸入到系统80的位置。如图4中可见，进气系统80具有两个侧部，两者均导入中央洁净空气管道81。洁净空气管道81导向出口管道86。

两个罩结构82的每一个的下游是两个过滤系统结构84。过滤系统84的每一个的下游是线圈结构88。尽管示出位于过滤系统84的下游，线圈88也可以位于过滤系统84的上游。线圈88如上文所述。至少一个线圈88具有的每英寸翼片数量不同于其它线圈88的每英寸翼片数量。如图4可见，线圈88呈两个垂直阵列，彼此相对并由洁净空气管道81分开，其中出口管道86延伸通过洁净空气管道。出口管道86的中心轴线90与线圈88的两个阵列的中心轴线92相交。在本实施例中，轴线90大体垂直于轴线92。

本发明的一个目的是使得每个线圈88的上游面速度在其它线圈88的上游面速度的20%内。在图4的结构中，一般，如果每个线圈88中的每英寸翼片42的数量保持相同，则面速度在最接近出口管道86的区域处会最大，而在系统中的上部线圈处最小。因此，在图4的实施例中，具有最大速度的组件88会比通常具有较小速度的组件88具有更多的每英寸翼片42，以便贯穿每个组件88产生更均匀的面速度。

图5示出了进气系统100的另一个实施例的俯视图。在本实施例中，具有二-侧向入口，包括第一入口102和第二入口104。第一和第二入口102、104彼此以角度106成一角度。与第一和第二入口102、104在顶点105处相交并且以角度106相连的位置相对的是出口管道108。

在本实施例中，入口102、104中的每一个具有罩110、112和过滤系统114、116，如前文所述。

每个过滤系统114、116的下游是线圈结构118、120，如前文所述。尽管示出位于过滤系统114、116的下游，线圈88也可以位于过滤系统114、116的上游。加热组件结构118、120包括多个线圈122。线圈122中的至少一个的翼片数不同于其它线圈122的翼片数。

出口管道108的中心轴线124与线圈118的中心轴线126和线圈结构120的中心轴线128相交。线圈结构118的轴线126与线圈结构120的轴线128相交。这种类型的结构可导致不均匀的流速，因为最接近管道108的组件118、120比最接近顶点105的组件118、120具有更大的面速度，因此通过调节每个线圈122中的翼片密度，每个线圈122的上游面速度可以在其它线圈122的上游面速度的20%内。

图6示出了用于进气系统130的三-侧向入口的一个实施例。图6示出了进气系统130的俯视图。

在图6中，具有第一、第二和第三入口结构131、132、133。入口结构131、132和133中的每一个具有如前文所述的部件和设备，包括入口罩135、136和137。每个罩的下游是过滤系统141、142和143。每个过滤系统的下游是线圈结构145、146、147。尽管示出了位于过滤系统141、142、143的下游，线圈145、146、147也可以位于过滤系统141、142、143的上游。

线圈结构的每一个包括多个线圈150。

出口管道152从洁净空气空间154引出。洁净空气空间154位于第一、第二和第三入口结构131、132和133的下游。在所示的本实施例中，出口管道152的中心轴线156大体与第二入口结构132的线圈结构146的中心轴线158对准。在本实施例中，第一入口结构131的线圈结构145和第三入口结构133的线圈结构147共享共同的中心轴线160。该轴线160与轴线156和158相交。在所示的实施例中，轴线160大体垂直于轴线156、158。

在本结构中，线圈150中的至少一个具有的每英寸翼片数量不同于其它组件(线圈)150。优选的，每个线圈150具有的各自上游面速度在其它线圈150的上游面速度的20%内。在不调节线圈150中翼片密度的情况下，位于最接近于出口管道152的区域中的线圈150会具有比其它线圈150更大的速度。

图7示出了进气系统170的另一个实施例。系统170与图1所示系统10相似，除了在本实施例外，线圈结构172位于入口结构174的上游。

入口结构174包括过滤系统176，所述过滤系统176可包括过滤元件178。在本实施例中，在线圈结构172和过滤系统176之间示出了过滤元件进入通道180。通道180允许进入过滤系统176以便进行维护，例如换下并更换过滤元件178。

线圈结构172包括多个线圈182，如上文所述。每个线圈182在每英寸包括多个翼片。线圈182中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈182的每英寸翼片数。与图1中的实施例一样，优选每个线圈182的各自上游面速度在其它线圈182的上游面速度的20%内。

在图7的实施例中，在位置184处的线圈182，即与出口管道188的中心轴线186对准所在的位置，每英寸会具有最多数量的翼片（最大翼片密度）。在位置190处的线圈182，即最上面的线圈182，每英寸会具有最少数量的翼片（最小翼片密度）。

在图7中，位于过滤系统176下游的是洁净空气室192。从洁净空气室192引向出口管道188的是出口过渡部分194。出口过渡部分是倾斜的。在不调节线圈182中翼片密度的情况下，位于最接近出口管道188的线圈182会具有比其它线圈182更大的速度。如图7中可见，穿过线圈结构172的中心轴线196不与出口管道188的中心轴线186对准并且平行于出口管道188的中心轴线186。

位于线圈结构172上游的是组件198，提供罩支撑和线圈入口。组件198的上游是入口罩200。

在使用中，空气流过入口罩200，通过组件198，并且随后到达线圈结构172。空气中热含量的量受到线圈结构172中的线圈182的影响。每个线圈的上游速度在每个其它线圈的约20%内。线圈结构172根据需要的效应或者对空气进行冷却或者对空气进行加热。从线圈结构172，空气会流过具有过滤系统176的入口结构174。在这里，空气被滤掉灰尘或其它杂质。过滤后的空气随后被传送通过洁净空气室192，进入出口过渡部分94，并随后通过出口管道188。从那里，空气被传送入燃气涡轮机。

图8示出了进气系统220的另一个实施例的俯视图。入口结构包括过滤系统222，所述过滤系统222可包括过滤元件224。过滤系统的上游通常会是通道，所述通道可支撑罩或其它入口处理装置（未示出）。以箭头221示出的空气流沿着大体平行于轴线223的方向被引入过滤系统222。示出线圈结构226位于过滤系统222的下游，正好在空气出口区域227之前，也被称作室227。轴线229沿中心穿过室227并且垂直于轴线223。室227包括出口管道228，通过所述出口管道228空气被垂直抽取（进入所示的平面）。该出口管道228可以不对称地设置在室227内，或可以对称地设置在室227内。

线圈结构226包括多个线圈230，如上文所述。每个线圈230在每英寸上包括多个翼片。线圈230中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈230的每英寸翼片数。与图1中的实施例一样，优选每个线圈230的各自上游面速度在其它线圈230的上游面速度的20%内。在本实施例中，线圈230被垂直设置（其中线圈管垂直延伸，而翼片是水平的）。

在图8的实施例中，位于最接近于对准出口管道228的中心轴线的线圈232在每英寸具有最多数量的翼片（最大的翼片密度）。位于距离出口管道228最远的线圈234在每英寸具有最少数量的翼片（最小的翼片密度）。线圈234和232之间的线圈236优选具有中间的翼片密度。

在不调节线圈中翼片密度的情况下，位于最接近于出口管道228的线圈232会比其它线圈具有更大的速度。如图8中可见，出口228的中心轴线只与直接在其正前方的线圈232对准，而不直接在出口正前方的线圈234、236不与出口管道对准。

在使用中，空气流过入口罩（或其它处理装置），通过过滤系统222。在那里，空气被过滤掉灰尘或其它杂质，并且随后流向线圈结构226。线圈结构226中的线圈影响空气中热含量的量。每个线圈的上游速度在每个其它线圈的约20%内。线圈结构226根据需要的效应或者对空气进行冷却或者对空气进行加热。从线圈结构226，空气会流过洁净空气室227并进入出口管道228。从那里，空气被传送入燃气涡轮机。

图9示出了进气系统250的另一个实施例的侧视图。入口结构252包括过滤系统254，所述过滤系统254可包括过滤元件256。过滤系统254的上游通常会是通道，所述通道可支撑罩258或其它入口处理装置。示出线圈结构260位于过滤系统254的下游，就在空气出口区域262正前（被称作“出口过渡部分262”）。出口过渡部分262被连接至出口管道264，通过所述出口管道空气被水平抽取。该出口管道264可以不对称地位于出口过渡部分262之后或者可对称地位于出口过渡部分262之后。

线圈结构260包括多个线圈266，如上文所述。每个线圈260在每英寸包括多个翼片。在本实施例中，在入口系统的宽度内的每个单独的线圈266具有翼片组(包)密度不同的(多个)部分。与图1中的实施例一样，优选每个线圈266的各自上游面速度在其它线圈的上游面速度的20%内。在本实施例中，线圈266被垂直设置，其中线圈管垂直延伸，而翼片是水平的。

在图9的实施例中，位于视图顶部的线圈结构260的部分268，即距离与出口管道264的中心轴线274对准所在位置最远的位置处，每英寸具有最少数量的翼片（最低的翼片密度）。位于底部的线圈结构260的部分270，即线圈结构260的最低部分，每英寸具有最大数量的翼片（最高的翼片密度）。位于部分268和270之间的线圈结构260的部分272具有中间的每英寸翼片数量。

在不调节线圈中的翼片密度的情况下，位于最接近出口管道264的线圈结构260的部分270会具有比其它部分268、272更大的速度。如图9中可见，洁净空气室出口264的中心轴线274只与直接在其正前方的线圈266的部分270对准，而不直接在出口264正前方的线圈266的部分272、268不与出口管264对准。

在使用中，空气流过入口罩258（或其它处理装置），通过过滤系统254。在那里，空气被滤掉灰尘或其它杂质，并随后流向线圈结构260。线圈结构260中的线圈266影响空气中热含量的量。每个线圈的上游速度在每个其它线圈的约20%内。线圈结构260根据需要的效应或者对空气进行冷却或者对空气进行加热。从线圈结构260，空气会流过出口过渡部分262并进入出口管道264。从那里，空气被传送入燃气涡轮机。

图10示出了进气系统280的另一个实施例的俯视图。入口结构281包括过滤系统282，所述过滤系统282可包括过滤元件284。过滤系统的上游通常会是通道，所述通道可支撑罩或其它入口处理装置（未示出）。示出线圈结构286位于过滤系统282的下游，就在空气出口区域288正前（被称作“室288”）。室288包括出口管道290，通过所述出口管道空气被垂直抽取（进入视图中的平面）。该出口管道290可以不对称地位于室288内，或者可以对称地位于室288内。

线圈结构286包括多个线圈292，如上文所述。每个线圈292在每英寸包括多个翼片。每个线圈292具有翼片组密度不同的(多个)部分。与图1中的实施例一样，优选每个线圈具有的各自上游面速度在其它线圈的上游面速度的20%内。在本实施例中，线圈292被水平设置（其中线圈管水平延伸，而翼片是垂直的）。

在图10的实施例中，位于最接近于对准出口管道290的中心轴线的位置的线圈结构286的部分或区域294在每英寸具有最大的翼片数（最大的翼片密度）。距离室出口290最远的线圈结构286的部分296在每英寸具有最少的翼片数（最小的翼片密度）。部分294和296之间的部分298在每英寸具有中间的翼片数。

在不调节线圈292中的翼片密度的情况下，位于最接近于出口管道的线圈结构286的部分294具有比其它部分296、298更大的速度。如图10中可见，洁净空气室出口290的中心轴线只与直接在其正前方的线圈的部分294对准，而不直接在出口290正前方的线圈的部分296、298不与出口管道290对准。

在使用中，空气流过入口罩（或其它处理装置），通过过滤系统282。在那里，空气被滤掉灰尘或其它杂质，并随后流向线圈结构286。线圈结构中的线圈影响空气中热含量的量。每个线圈292的上游速度在每个其它线圈的约20%内。线圈结构286根据需要的效应或者对空气进行冷却或者对空气进行加热。从线圈结构286，空气会流过洁净空气室288并进入出口管道290。从那里，空气被传送入燃气涡轮机。

C．方法

一般而言，利用本文所述的原理可以进行改变燃气涡轮机的空气的热含量的方法。空气通过入口结构被吸入，所述入口结构例如上文所述的入口结构中的一个，例如入口结构12（图1）。

空气被传送通过与入口结构气流相通的多个线圈中的间隔翼片以影响空气的热含量。线圈中的一个或多个的翼片数与其它线圈的翼片数不同。在另一个结构中，每个单独的线圈的(多个)部分具有的每英寸翼片数不同于该相同线圈的其它(多个)部分的每英寸翼片数。所述线圈可以位于入口结构的下游或入口结构的上游。然后，空气被传送至出口管道以供燃气涡轮机使用。

通过入口结构吸入空气的步骤通常会包括引导空气首先通过过滤系统以除去空气中的至少一部分杂质。

将空气传送通过间隔翼片的步骤包括将空气传送通过对空气进行冷却的线圈。在其它方法中，将空气传送通过间隔翼片的步骤可包括将空气传送通过对空气进行加热的线圈。

通常，在每个线圈的上游或入口面处的速度的变化不能改变超过20%（尽管确切的可允许速度范围可根据特定涡轮机的标准进行变化）。离开线圈的空气的温度不能变化超过正或负5华氏度（同样，确切的可允许温度范围可根据特定涡轮机的标准进行变化）。

在一种优选的方法中，传送空气的步骤包括与燃气涡轮机的第二进气系统相比从翼片的下游边缘流下更少的冷凝水液滴，其中所述第二进气系统在与第一进气系统相同的条件下工作，但第二进气系统的线圈各自具有相同的每英寸翼片数。

还可根据本发明的原理实施改装用于燃气涡轮机的进气系统的方法。通常，进气系统包括容纳过滤系统的空气入口结构。在过滤系统的下游会有出口管道。出口过渡管道在过滤系统和出口管道之间。出口管道可具有中心轴线，所述中心轴线不与过滤系统的中心轴线对准。所述改装方法包括将多个线圈插入在空气入口结构的上游或下游和出口过渡管道的上游。每个线圈会采用预定温度范围的工作流体被传送通过其中和多个间隔的翼片。所述翼片是间隔开的，以允许在空气流过线圈时空气在相邻的翼片之间流动。所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数，或者每个线圈会有一部分或多个部分的每英寸翼片数不同于所述线圈的其它区域的每英寸翼片数。

优选的，插入一个或多个线圈的步骤包括设置所述一个线圈或多个线圈，使得在工作中，来自每个线圈(或多个线圈)的空气具有各自的上游面速度，所述上游面速度在其它线圈的(面速度的)20%内，或在单个线圈的面区域内。

在一个实施例中，插入一个或多个线圈的步骤包括将所述一个线圈或多个线圈设置成从进气系统的顶部到进气系统的底部呈垂直阵列。过渡管道可以沿朝向进气系统的底部的方向偏置。位于进气系统顶部的线圈具有比位于进气系统底部的线圈更少的翼片。可以调节翼片的数量，使得在线圈中每英寸翼片数呈梯度。可替换的，过渡管道可以朝向进气系统的顶部偏置，并从而位于进气系统底部的线圈会具有比位于进气系统顶部的线圈更少的翼片。

在一个实施例中，插入一个或多个线圈的步骤包括设置线圈使得每个线圈比它下方下一个相邻线圈在每英寸具有更少的翼片。

在改装用于燃气涡轮机的进气系统时需要考虑的因素包括空气在进入进气口时的温度、空气离开进气口时的温度、以及何种类型的工作流体被传送通过线圈。考虑了线圈的特性，包括工作流体的进入温度和工作流体的流速。还包括考虑了例如通过涡轮机的空气(质量)流量。对过滤系统的考虑被列为重要因素，包括所用过滤器的类型、系统是静态的还是脉冲清洁的、以及通过入口系统的压力降。考虑了过渡管道的几何结构，包括出口管道的位置和出口管道的尺寸。

上述说明、示例和数据提供了对本发明的制造和使用的描述。可得到许多实施例。

Claims (21)

1.一种用于燃气涡轮机的进气系统，所述进气系统包括：

(a)入口结构，所述入口结构被定向成吸入空气以供燃气涡轮机使用；

(b)一个或多个线圈，所述一个或多个线圈与所述入口结构气流相通，被构造和设置成影响空气的温度：

(i)每个线圈采用预定温度范围的工作流体传送通过其中和多个间隔的翼片；

(A)所述翼片是间隔开的，以允许在空气流过所述线圈时空气在相邻的翼片之间流动；

(ii)所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数；或者可替换的，所述线圈中的一个或多个具有至少一个部分的每英寸翼片数不同于所述线圈的其它部分的每英寸翼片数；和

(c)出口管道，所述出口管道位于所述线圈和所述入口结构的下游并且被定向成将空气从所述线圈导向所述燃气涡轮机。

2.根据权利要求1所述的进气系统，其中：

(a)每个线圈具有各自的上游面速度，所述上游面速度在其它线圈的20%内。

3.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的进气系统，其中：

(a)所述线圈位于所述入口结构的上游。

4.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的进气系统，其中：

(a)所述线圈位于所述入口结构的下游。

5.根据权利要求4所述的进气系统，还包括：

(a)出口过渡管道，所述出口过渡管道在所述线圈和所述出口管道之间；

(i)所述出口管道具有中心轴线，所述中心轴线不与所述线圈的中心轴线对准。

6.根据权利要求3所述的进气系统，还包括：

(a)出口过渡管道，所述出口过渡管道在所述入口结构和所述出口管道之间；

(i)所述出口管道具有中心轴线，所述中心轴线不与所述线圈的中心轴线对准。

7.根据权利要求5和6中任一权利要求所述的进气系统，其中：

(a)所述线圈从所述进气系统的顶部到所述进气系统的底部呈垂直阵列；

(b)所述过渡管道沿朝向所述进气系统的底部的方向偏置；和

(c)位于所述进气系统顶部的线圈比位于所述进气系统底部的线圈在每英寸具有更少的翼片。

8.根据权利要求7所述的进气系统，其中：

(a)位于所述进气系统顶部的线圈比任何其它线圈在每英寸具有更少的翼片；和

(b)每个线圈比它下方的下一个相邻线圈在每英寸具有更少的翼片。

9.根据权利要求7所述的进气系统，其中：

(a)每个线圈比它下方的下一个相邻线圈在每英寸具有更少的翼片。

10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的进气系统，其中：

(a)每个线圈是冷却线圈或加热线圈中的一种。

11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的进气系统，其中：

(a)所述入口结构包括多个过滤器，所述多个过滤器可操作地被定向成从空气中除去至少一些杂质。

12.一种改变用于燃气涡轮机的空气的热含量的方法；所述方法包括：

(a)通过入口结构吸入空气；

(b)将空气传送通过与所述入口结构气流相通的一个或多个线圈中的间隔翼片，以影响空气的热含量；

(i)所述线圈中的一个或多个的每英寸翼片数不同于其它线圈的翼片数；或者可替换的，所述线圈中的一个或多个的至少一个部分具有的每英寸翼片数不同于所述线圈的其它部分的每英寸翼片数；

(c)将热含量受影响的空气传送至出口管道以供燃气涡轮机使用。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

(a)通过入口结构吸入空气的步骤发生在将空气传送通过一个或多个线圈中的间隔翼片的步骤之前。

14.根据权利要求12所述的方法，其中：

(a)通过入口结构吸入空气的步骤发生在将空气传送通过一个或多个线圈中的间隔翼片的步骤之后。

15.根据权利要求12-14中任一权利要求所述的方法，其中：

(a)将空气传送通过间隔翼片的步骤包括传送空气以使来自每个线圈的空气具有各自的上游面速度，所述上游面速度在其它线圈或其它多个线圈的20%内。

16.根据权利要求12-15中任一权利要求所述的方法，其中：

(a)将空气传送至出口管道的步骤包括将空气传送通过导向所述出口管道的出口过渡管道；

(i)所述出口管道的中心轴线不与所述线圈的中心轴线对准。

17.根据权利要求12-16中任一权利要求所述的方法，其中：

(a)将空气传送通过间隔翼片的步骤包括将空气传送通过被定向成从所述进气系统的顶部到所述进气系统的底部呈垂直阵列的线圈；

(i)位于所述进气系统顶部的线圈比位于所述进气系统底部的线圈在每英寸具有更少的翼片。

18.根据权利要求12-17中任一权利要求所述的方法，其中：

(a)通过入口结构吸入空气的步骤包括将空气引导通过过滤系统以便除去至少一些杂质；和

(b)将空气传送通过间隔翼片的步骤包括将空气传送通过对空气进行冷却的一个线圈或多个线圈。

19.根据权利要求12-18中任一权利要求所述的方法，其中：

(a)所述方法在用于燃气涡轮机的第一进气系统中进行；

(b)传送空气的步骤包括与燃气涡轮机的第二进气系统相比从翼片的下游边缘流下更少的冷凝水液滴，其中所述第二进气系统在与所述第一进气系统相同的条件下工作，但所述第二进气系统的一个线圈或多个线圈各自具有相同的每英寸翼片数。

20.一种改装用于燃气涡轮机的进气系统的方法；所述进气系统包括用于容纳过滤系统的空气入口结构；出口管道位于所述过滤系统的下游；并且出口过渡管道在所述过滤系统和所述出口管道之间；所述出口管道具有中心轴线，所述中心轴线不与所述过滤系统的中心轴线对准；所述方法包括：

(a)插入一个或多个线圈以便与所述空气入口结构气流相通并在出口过渡管道的上游；

(i)每个线圈采用预定温度范围的工作流体传送通过其中和多个间隔的翼片；

(A)所述翼片是间隔开的，以允许在空气流过所述线圈时空气在相邻的翼片之间流动；

(ii)所述线圈中的至少一个的每英寸翼片数不同于其它线圈的每英寸翼片数；或者每个线圈的至少一部分比所述线圈的其它部分具有更少或更多的每英寸翼片。

21.根据权利要求20所述的改装的方法，其中：

(a)插入一个或多个线圈的步骤包括设置所述线圈使得在工作中，来自每个线圈的空气具有各自的上游面速度，所述上游面速度在其它线圈的20%内；

(b)插入一个或多个线圈的步骤包括下述中的任意一个或多个：

·将所述线圈设置成从进气系统的顶部到进气系统的底部呈垂直阵列；

(i)所述过渡管道沿朝向进气系统的底部的方向偏置；和

(ii)位于进气系统顶部的线圈比位于进气系统底部的线圈在每英寸具有更少的翼片；或者

·设置所述线圈，使得每个线圈比下一个相邻线圈在每英寸具有更少的翼片；或者

·将所述一个或多个线圈插入在所述空气入口结构的上游；将所述一个或多个线圈插入在所述空气入口结构的下游。

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