CN102953829A - 可变温度式冷却器盘管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可变温度式冷却器盘管。一种用于不对称的燃气轮机过滤室的冷却器盘管系统包括布置成基本竖向的阵列的多个冷却器盘管模块，各个冷却器盘管模块设有冷却流体入口管道和流体出口管道。各个出口管道连接到公共的返回管道上，并且入口管道中的至少一些连接到公共的返回管道上。提供混合控制阀来控制公共的返回管道中的、待添加到入口管道中的至少一些的冷却流体的量。
Description
技术领域
本申请大体涉及燃气轮机，并且更具体而言，涉及燃气轮机入口过滤室中的冷却器盘管组件。
背景技术
燃气轮机发动机典型地包括用于压缩进入的空气的压缩机、用于混合燃料与压缩空气且用以点燃燃料和空气而形成高温气体流的燃烧器，以及被高温气体流驱动的涡轮区段。一般认可的是，降低进入压缩机的入口空气的温度会引起提高的功率输出，而且存在用于在所谓的功率放大系统中降低发动机的空气入口温度的已知方法。功率放大系统可包括位于涡轮入口过滤室中的冷却器盘管组件，该冷却器盘管组件降低入口空气流的温度。在例如美国专利No. 7,007,484 B2和美国专利公开No. 2005/0056023 A1中描述了示例。
但是，已经确定的是，对于具有不对称的几何构造的燃气轮机过滤室，在冷却器盘管的下游的导管中的入口空气温度分布是不均匀的，因为在过滤室内的不同高度处的盘管的上面流动的入口空气的速度是可变的。所引起的不均匀的空气温度分布会在压缩机构件上造成不合需要的应力。
因此，存在对这样的冷却器盘管系统的需要，即，其即使安装在不对称的燃气轮机入口过滤室中时也提供基本均匀的入口空气温度。
发明内容
因此，在一个示例性但非限制性的实施例中，本发明涉及一种用于不对称的燃气轮机过滤室的冷却器盘管系统，其包括：布置成基本竖向的阵列的多个冷却器盘管模块，各个冷却器盘管模块设有冷却流体入口管道和流体出口，各个出口管道连接到公共的返回管道上，其中，入口管道中的至少一些连接到公共的返回管道上；以及混合控制阀，其用于控制公共的返回管道中的、待添加到入口管道中的至少一些的冷却流体的量。
在另一个示例性但非限制性的方面，本发明涉及一种用于不对称的燃气轮机过滤室的冷却器盘管系统，其包括：布置成两个基本竖向的阵列的多个冷却器盘管模块，各个冷却器盘管模块设有冷却流体入口管道和加温流体出口管道，各个加温流体出口管道连接到公共的返回管道上；其中，冷却流体入口管道中的至少一些连接到公共的返回管道上，以及其中，混合控制阀控制公共的返回管道中的、待添加到所述入口管道中的至少一些的加温流体的量。
在又一个示例性但非限制性的方面，本发明提供一种控制流经燃气轮机的冷却器盘管组件的入口空气的温度的方法，其中，冷却器盘管组件包括多个基本沿竖向对准的冷却器模块，以及其中，入口空气流速度在冷却器模块上根据冷却器模块的竖向高度而改变，该方法包括确定各个模块的下游的入口空气的温差，以及不同地调节多个冷却器模块中的冷却流体的温度，以使冷却器盘管组件的下游的入口空气产生基本均匀的温度。
现在将结合下面标识的附图来更加详细地描述本发明。
附图说明
图1是不对称的燃气轮机入口过滤室的局部示意图；
图2是用于图1中显示的过滤室的冷却器盘管和控制组件的示意图；以及
图3是用于控制图2中显示的冷却器盘管组件的示意性控制框图。
部件列表
10过滤室
12冷却器盘管壳体部分
14、16出口导管部分
18带百叶窗的入口或百叶窗
20冷却器盘管组件
22冷却器盘管模块
24热交换管
26、28、30、32、34、36、126、128、130、132、134、136模块
38供应管道
39返回管道
40、68排放阀
42、44、46、48、50、52分支供应或入口管道
54、56、58、60、62、64分支返回管道
74、76、82、84阀
70、72、78、80管道
86排水槽
87排水箱
88冷却器盘管控制器
90冷却器装置控制器
92燃气轮机控制器
94、96、98、100、102、104传感器/热电偶。
具体实施方式
图1示出了典型的不对称的燃气轮机过滤室10，其包括过滤器区段和冷却器盘管壳体部分12以及通往压缩机(未显示)的出口导管部分14、16。带百叶窗的入口18将外界空气或环境空气导引到过滤室中，而且可理解的是，入口流速度分布随直立的过滤器和冷却器盘管壳体部分12内的高度而改变。注意，以虚线管道显示的冷却器盘管基本沿竖向而布置(以及在过滤元件(未显示)的上游或下游)，并且在冷却器盘管上和在冷却器盘管周围的空气速度以及因此温度也将根据高度来改变，因为例如，过滤器壳体的顶部处进入、穿过盘管20(在下面描述)且沿着后壁通往出口导管14的空气将具有较低的速度，并且从而比在冷却器单元的底部处(在该处速度较大)进入过滤室的空气更长时间地暴露于冷却盘管。这意味着在导管区段14、16的下部部分中的冷却器盘管的下游的空气将比在导管区段的上部部分中的空气具有更高的温度。本文描述的发明的示例性但非限制性的实施例设法使入口空气温度在整个后盘管竖向区段12、导管区段14和16以及因此压缩机中更均匀。
参照图2，冷却器盘管组件20由成多个单独的但基本相同的、沿竖向定向的叠堆的冷却器盘管模块22构成，模块22中的各个支承大体在24处指示的成蛇形阵列的有翅片热交换管。在该示例性但非限制性的实施例中，成叠堆的冷却器盘管模块22分成两个并列组，左手边的组A和右手边的组B。在各个组内，各自存在三个由两个盘管构成的集1、2和3。因而，在组A叠堆内，模块26和28形成第一集1；模块30和32形成第二集2；而模块34、36则形成第三集3。
关于组B叠堆的模块布置和控制阀布置基本与组A的相同，并且因此，将仅详细描述组A，除非另外提到。
通过公共的供应管道38对组A模块叠堆供应冷却水(或其它适当的冷却流体)。各个模块单独由相应的分支管道42、44、46、48、50和52供应。通过相应的回到分支管道54、56、58、60、62和64离开模块的冷却水连结到公共的返回管道39上，公共的返回管道39使新近“加温的”水(由于于与流经模块盘管的入口空气交换热的原因)返回到冷却塔(未显示)，冷却塔最终使冷却水回到供应管道38。单独的手动排放阀60如需要的那样释放系统中的压力。排放阀40和68用于自动排放，并且通常在打开位置上。
由于过滤室结构的不对称的性质的原因，冷却器盘管的上面的入口空气速度随位置而改变。如在上面已经提到的那样，已经确定的是，对于一些不对称的过滤室构造，通过组A叠堆的两个最下部的模块26、28(以及组B叠堆的横向对准的模块126、128)的空气速度较高，从而由于驻留在盘管区段中的时间较短而产生较暖的空气流。相反，由于两个最上部模块34、36(以及组B叠堆的横向对准的模块134、136)上的降低的速度，在冷却器盘管的下游的入口空气由于驻留在盘管区段中的时间较长而较冷。通过冷却器盘管的中间部分(包括模块30、32和130、132)的入口空气温度介于分别传送通过上部模块集36、34和下部模块集28、26的入口空气的温度之间。
将理解到，在尺寸较小的入口区段上，可使用仅一个竖向模块堆叠。
为了在冷却器盘管的下游实现基本均匀的入口空气温度分布，根据下面描述的第一个示例性但非限制性实施例来修改冷却器供应/返回构造。
继续参照图2，对于中间高度的模块集30、32(130、132)和上部高度的模块集34、36(134、136)，冷却水供应与加温回水混合。具体而言，关于组A叠堆，中间高度的模块30和32的分支入口管道46、48在相应的阀74和76的控制下，通过管道70和72连接到公共的返回管道39上，阀74和76控制待添加到分支入口管道46、48的加温水或回水的量。
类似地，对于组A叠堆的上部高度的模块34和36，分支入口管道50、52在相应的阀82和84的控制下，通过管道78和80连接到公共的返回管道39上，阀82和84控制待添加到分支入口管道50、52的加温水或回水的量。
目标是使最冷的水温流过最下部模块集26和28，以及使不那么冷的水流过集30和32，以及使最不冷的水流过集34和36。换句话说，通过冷却器盘管模块22的水温分布会抵销速度分布。在速度最高的区域(高度最低的区段)中，驻留时间最短，并且水温最冷。朝成堆叠的冷却器盘管模块22的顶部前进，速度最低，所产生的驻留时间最高，并且水温最不冷。这会使成堆叠的模块22的高度上的总空气温度分布均匀。换句话说，在所描述的系统中，实现了热分层，以应对可变的速度的影响。
在示例性但非限制性的实施例中，受控制地添加加温回水基本与中间高度的模块30和32的相同，并且相对于上部高度的模块34和36以成比例的方式添加更多的加温回水。尽管如此，单独地而非成对地处理各个模块是可行的。
传统的排水槽86捕捉在多种模块的外部上形成的冷凝物，并且将其输送到排水箱87。冷凝水从排水箱回到冷却塔，在冷却塔中，冷凝水冷却，并且再循环到冷却器盘管。备选地，可在最近的排水点处排出冷凝物。在工业中实践了这两个备选方案。
转到图3，示出了用于监测和调节供应到多种模块的水的示例性但非限制性的控制系统。
冷却器盘管控制器88与冷却器装置控制器90和燃气轮机控制器92进行接口。冷却器盘管控制器接收来自传感器/热电偶94、96、98、100、102和104的信号，信号分别对应于：入口空气温度、入口空气速度、来自模块对的冷却水返回温度、冷却水供应流量、冷却水供应温度、下游空气温度。也可利用这个系统的另一个实施例，其中，冷却器盘管控制器驻留在冷却器装置控制器中。
利用这些输入，以及在本领域技术中熟知的控制逻辑的协助下，冷却器盘管控制器88对多种混合阀74、76、82、84输出控制信号，以实现期望的冷却剂温度分布。照这样，冷却器盘管系统得到调节，以在冷却器盘管的下游实现基本均匀的空气温度，从而补偿不对称的过滤室几何构造在盘管上引起的不同的速度分布。
通过其它方法来在盘管的下游实现入口空气温度的基本均匀性也在本发明的范围内。例如，可如获得入口空气温度的期望的均匀性所需要的那样改变多种盘管中的单独的热交换管和翅片的翅片密度、构造材料、涂层或几何构造，以及/或者冷却流体的热交换属性或质量流。
可在这样的基本所有现有的燃气轮机上采用本文描述的冷却盘管系统，即，其中过渡部不对称，或者其中速度分布不均匀，以及其中功率要求保证入口空气冷却。也可在这样的新单元上采用本文描述的冷却器盘管系统，即，其中，当由于入口空气冷却而被规定时，不对称的过渡部是必要的(以节省结构钢的成本)。
也可在燃气轮机的需要入口空气加热的应用中采用本文描述的冷却盘管系统，其中，过渡部是不对称的，而且燃气轮机运行保证入口空气加热。设计和运行的原理类似于上面阐明的系统，除了目的是加热入口空气之外。
也可在其中从冷却源对多个冷却器模块供应处于不同的温度的冷却剂的情形中使用冷却器盘管系统。在这个布置中，不使用混合阀和回水混合；但是，直接从冷却源独立地对所有模块供应处于不同的温度的冷却剂。
虽然已经结合目前认为最实际和优选的实施例来描述本发明，但要理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意于覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种修改和等效布置。
Claims (20)
1. 一种用于不对称的燃气轮机过滤室的冷却器盘管系统，包括：
布置成基本竖向的阵列的多个冷却器盘管模块，各个冷却器盘管模块设有连接到公共的供应管道上的流体入口管道和连接到公共的返回管道上的流体出口管道；其中，所述入口管道中的至少一些连接到所述公共的返回管道上；以及
混合控制阀，其用于控制所述公共的返回管道中的、待添加到所述流体入口管道中的至少一些的流体的量。
2. 根据权利要求1所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述多个冷却器模块包括两个沿竖向对准的并列模块组。
3. 根据权利要求2所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述并列模块组中的各个中的模块分成沿竖向邻近的对，以及其中，为所述并列组中的各个中的各个沿竖向邻近的对提供所述混合控制阀中的一个。
4. 根据权利要求2所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述并列模块组中的各个各自包括至少三个由至少两个模块构成的集。
5. 根据权利要求1所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述混合控制阀由冷却器盘管控制器控制。
6. 根据权利要求5所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述冷却器盘管控制器接收多个输入，包括但不限于，入口空气温度、入口空气速度、冷却流体水供应流率、冷却流体水供应温度、返回流体温度和下游空气温度。
7. 根据权利要求5所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述冷却器盘管控制器调节进入所述入口管道中的所述至少一些的冷却流体的温度和流率，从而使得流经所述多个冷却器盘管模块的空气能够具有基本均匀的下游温度。
8. 根据权利要求1所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述冷却器盘管系统在燃气轮机过滤室入口中安装在支承在所述燃气轮机过滤室内的入口过滤元件的上游或下游。
9. 根据权利要求5所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述并列模块组中的各个各自包括至少三个由至少两个模块构成的集；以及
其中，所述入口管道中的所述至少一些包括对所述三个模块集中的中间模块集和上部模块集供应冷却水的管道。
10. 一种用于不对称的燃气轮机过滤室的冷却器盘管系统，包括：
布置成两个并列的、基本竖向的阵列的多个冷却器盘管模块，各个冷却器盘管模块设有冷却流体入口管道和加温流体出口管道，各个加温流体出口管道连接到公共的返回管道上；其中，所述冷却流体入口管道中的至少一些连接到所述公共的返回管道上，以及其中，混合控制阀控制所述公共的返回管道中的、待添加到所述冷却流体入口管道中的所述至少一些的加温流体的量。
11. 根据权利要求10所述的冷却器盘管系统，其特征在于，以基本相同的方式来控制所述两个并列的、基本竖向的阵列。
12. 根据权利要求11所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述两个并列的、基本竖向的模块阵列中的各个中的模块各自包括至少三个由至少两个模块构成的集。
13. 根据权利要求12所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述混合控制阀由冷却器盘管控制器控制，所述冷却器盘管控制器接收多个输入，包括入口空气温度、入口空气速度、冷却流体水供应流率和冷却流体水供应温度。
14. 根据权利要求13所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述多个输入还包括返回流体温度和下游空气温度。
15. 根据权利要求13所述的冷却器盘管系统，其特征在于，所述冷却器盘管控制器调节进入所述入口管道中的所述至少一些的冷却流体的温度和流率，从而使得流经所述多个冷却器盘管模块的空气能够具有基本均匀的下游温度。
16. 一种控制流经燃气轮机的冷却器盘管组件的入口空气的温度的方法，其中，所述冷却器盘管组件包括多个基本沿竖向对准的冷却器模块，以及其中，入口空气流速度在所述冷却器模块上根据所述冷却器模块的竖向高度而改变，所述方法包括：
(a)确定在各个模块的下游的入口空气的温差；以及
(b)不同地调节所述多个冷却器模块中的冷却流体的温度，以使所述冷却器盘管组件的下游的入口空气产生基本均匀的温度。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述多个基本沿竖向对准的冷却器盘管模块包括细分成至少三个冷却器盘管模块集的叠堆；以及其中步骤(b)包括不同地调节所述至少三个集中的两个中的冷却流体的温度。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少三个集中的所述两个被堆叠在所述至少三个集中的剩余一个的上面。
19. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述三个集中的各个包括成对的所述冷却器模块。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，以基本相同的方式来调节所述至少三个模块集中的各个中的所述成对的所述冷却器模块。
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