CN105545489A - 进气加热歧管管道以及进气加热系统歧管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于压缩机入口外壳的进气加热(IBH)系统歧管以及进气加热歧管管道。所述系统歧管包括：用于递送压缩机排出空气的多个进给管，每个进给管穿过所述压缩机入口外壳的导管延伸。每个进给管包括：用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管，所述内部进给管包括沿着所述内部进给管的长度的至少一部分的多个孔，每个孔延伸通过所述内部进给管的壁，允许压缩机排出空气离开所述内部进给管；以及围绕所述内部进给管和所述多个孔布置的噪声衰减材料，所述噪声衰减材料配置成衰减由离开所述多个孔的压缩机排出空气产生的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及燃气涡轮机中的噪声减小，并且更特别地，涉及用于燃气涡轮机的进气加热歧管中的声处理进给管的使用。
背景技术
燃气涡轮机的燃烧系统生成热气体以驱动涡轮机。涡轮机又驱动压缩机，所述压缩器提供用于燃烧系统中的燃烧的压缩空气。涡轮机产生可用的输出功率。在一些燃气涡轮机应用中，存在燃气涡轮机机组操作的情况，其中燃气涡轮机压力比达到压缩机的操作压力比限度，导致压缩机喘振。这些情况可能在低能燃料或具有大量稀释注入的任何其它燃料被使用的应用中和/或在冷环境温度条件下出现。压缩机压力比典型地大于涡轮机压力比，原因在于后者受到涡轮机燃烧器中的压力损失。
已用于提供压缩机压力比保护的一种解决方案是泄放(bleedingoff)燃气涡轮机压缩机排出空气并且将泄放空气再循环回到压缩机入口。被称为进气加热(InletBleedHeat；简称IBH)控制的燃气涡轮机操作的该方法通过混合热的压缩机排出空气的泄放部分和较冷的环境空气升高压缩机入口空气的入口温度，由此减小空气密度和到达燃气涡轮机的质量流。
当燃气涡轮机将压缩机空气泄放到入口导管(duct)中时，它产生会超出噪声限度的噪声。在一个IBH系统中，具有沿其长度的多个孔的多个供应进给管穿过入口导管定位以递送泄放流。在该设置中，离开孔的压缩空气流产生响亮的声射流(sonicjet)。为了衰减由从IBH进给管发出的声射流生成的噪声，供应进给管位于下游，但是尽可能接近入口外壳内的入口消声器，并且在上游尽可能远离压缩机入口。该定位也常常需要获得泄放流和入口空气流的所需热混合以满足压缩机入口处的系统参数。特定的IBH系统需要限制IBH系统和入口外壳的容许配置的定位。
在另一IBH系统中，提供供应进给管的阵列，其中某些进给管具有沿其长度的孔。每个孔带有垂直于进给管延伸的声处理喷嘴。每个声处理喷嘴包括联接到供应进给管上的相应孔的端口，与端口流体连通的包含金属网的容器，以及具有各种开口的容器的出口，泄放流可以在次声状态下径向向外穿过所述开口。金属网用于衰减噪声使得IBH系统可以位于入口消声器的上游。尽管这些喷嘴用于减轻噪声，但是它们成本高并且复杂。例如，IBH系统可能需要大量的供应进给管并且包括沿着供应进给管的阵列的数百个喷嘴，每个孔需要声处理喷嘴。因此，安装和/或修理会是耗时的且昂贵的。另外，该特定IBH系统也需要限制IBH系统和入口外壳的容许配置的定位。
发明内容
本发明的第一方面提供一种用于递送压缩机排出空气的进气加热(IBH)歧管管道，所述进气加热(IBH)歧管管道包括：用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管，所述内部进给管包括沿着所述内部进给管的长度的至少一部分的多个孔，每个孔延伸通过所述内部进给管的壁，而允许压缩机排出空气离开所述内部进给管；以及围绕所述内部进给管和所述多个孔布置的噪声衰减材料，所述噪声衰减材料配置成衰减由离开所述多个孔的压缩机排出空气产生的噪声。
其中，所述噪声衰减材料包括缠绕金属、缠结金属或网状金属。
所述的进气加热歧管管道还包括封闭所述噪声衰减材料的外部壳体，所述外部壳体包括通过其壁的多个开口以允许压缩机排出空气离开所述外部壳体，所述多个开口至少部分地覆盖所述外部壳体。
其中，所述多个孔从所述多个开口圆周地偏移。
其中，所述多个孔包括面对第一径向方向的第一排孔和面对相对的第二径向方向的第二排孔。
本发明的第二方面提供一种用于压缩机入口外壳的进气加热(IBH)系统歧管，其包括：用于递送压缩机排出空气的多个进给管，每个进给管穿过所述压缩机入口外壳的导管延伸，并且每个进给管包括：用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管，所述内部进给管包括沿着所述内部进给管的长度的至少一部分的多个孔，每个孔延伸通过所述内部进给管的壁，而允许压缩机排出空气离开所述内部进给管；以及围绕所述内部进给管和所述多个孔布置的噪声衰减材料，所述噪声衰减材料配置成衰减由离开所述多个孔的压缩机排出空气产生的噪声。
其中，每个孔大致径向地延伸通过所述壁。
其中，所述噪声衰减材料包括缠绕金属、缠结金属或网状金属。
其中，所述噪声衰减材料包括金属丝网。
其中，所述金属丝网具有大约5厘米到大约16厘米的径向深度。
所述的IBH系统歧管还包括封闭所述噪声衰减材料的外部壳体，所述外部壳体包括通过其壁的多个开口以允许压缩机排出空气离开所述外部壳体，所述多个开口至少部分地覆盖所述外部壳体。
其中，所述多个开口围绕所述外部壳体的周边大致均匀地间隔。
其中，所述多个开口定位在所述外部壳体上的一对分离位置，所述一对分离位置从所述多个孔圆周偏移在大约0°到大约90°的范围内的角。
其中，所述噪声衰减材料包括缠绕金属、缠结金属或网状金属。
其中，所述多个孔包括面对第一径向方向的第一排孔和面对相对的第二径向方向的第二排孔。
本发明的第三方面提供一种用于燃气涡轮机的进气加热(IBH)系统，所述IBH系统包括：入口过滤器外壳；布置在所述入口过滤器外壳的下游的入口消声器；提取压缩机排出空气的压缩机排气提取歧管；以及接收压缩机排出空气的进气加热(IBH)歧管，所述IBH歧管包括用于递送压缩机排出空气的多个声处理进给管，每个声处理进给管包括：用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管，所述内部进给管包括沿着所述内部进给管的长度的至少一部分的多个孔，每个孔延伸通过所述内部进给管的壁，而允许压缩机排出空气离开所述内部进给管；以及围绕所述内部进给管和所述多个孔布置的噪声衰减材料，所述噪声衰减材料配置成衰减由离开所述多个孔的压缩机排出空气产生的噪声。
其中，所述IBH歧管定位在所述入口消声器的上游。
其中，所述入口消声器包括多个级，并且其中所述IBH歧管定位在所述入口消声器的一对级之间。
其中，所述IBH歧管定位在所述入口过滤器外壳的上游。
所述的IBH系统还包括定位在所述入口过滤器外壳的下游的过渡导管，其中所述IBH歧管定位在所述过渡导管内。
本发明的示例性方面设计成解决本文中所述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
从结合附图进行的本发明的各方面的以下详细描述将更容易地理解本发明的这些和其它特征，附图描绘本发明的各实施例，其中：
图1显示根据本发明的实施例的进气加热系统和燃气涡轮机系统的示意图。
图2显示根据本发明的实施例的进气加热系统的歧管管道的透视图。
图3显示根据本发明的实施例的进气加热系统的歧管管道的横截面图。
图4显示根据本发明的实施例的进气加热系统的歧管管道的透视图。
图5显示根据本发明的实施例的进气加热系统的歧管管道的横截面图。
图6-10显示根据本发明的实施例的进气加热系统的歧管管道的各种替代实施例的横截面图。
应当注意本发明的附图未按比例绘制。附图旨在仅仅描绘本发明的典型方面，并且因此不应当被视为限制本发明。在附图中，在附图之间相似的编号表示相似的元件。
具体实施方式
参考图1，示意性地示出进气加热系统100。进气加热(IBH)系统100可以用于在以减小的入口导向叶片(IGV)角操作时保护燃气涡轮机压缩机以防结冰。而且，IBH系统可以用于在需要额外压缩机操作余量的某些操作条件下减小压缩机压力比。如图所示，IBH系统100可以是压缩机入口外壳101的一部分，并且可以包括入口过滤器外壳102(其可以包括一个或多个过滤器104)，以及布置在入口过滤器外壳102的下游的入口消声器106。压缩机108将空气流吸引到入口过滤器外壳102中。过渡导管110可以将入口过滤器外壳102流体地联接到入口消声器106布置在其中的导管112。导管(duct)114将入口消声器106后面的空气流递送到压缩机108。压缩机排气提取歧管120提取压缩机排出空气(即，从压缩机108的排气管122)。在所示的例子中，压缩机108将压缩空气进给到用于燃气涡轮机126的燃烧器124。压缩机排出空气可以通过多个阀128(如隔离阀和控制阀)流动到进气加热(InletBleedHeat；简称IBH)歧管130，如图所示所述进气加热歧管布置在入口过滤器外壳102和入口消声器106的下游。
需说明的是，以下描述中用标号132指示的IBH进给管(feedpipe)、IBH歧管管道(manifoldpipe)或声处理进给管均用于指代同一构件，他们之间可以互换使用。
根据本发明的实施例，IBH歧管130包括用于将压缩机排出空气递送到压缩机入口外壳101内的位置的多个声处理进给管132。每个进给管132与压缩机排气提取歧管120直接流体连通，并且穿过压缩机入口外壳101的导管或其它位置(例如，导管112)延伸。
图2和4显示IBH歧管管道132的多个实施例的透视图；图3和5显示分别对应于图2和4的横截面图；并且图5-10显示各种替代实施例的横截面图。如图2-10中所示，每个进给管132可以包括用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管140。内部进给管140可以由能够耐受压缩机入口外壳101内的环境的任何材料(例如，钢、铝、合金等)制造，并且可以具有在大约16厘米到大约25厘米的范围内的直径。内部进给管140包括沿着内部进给管的长度的至少一部分的多个孔142。孔142允许压缩机排出空气从其离开。孔142可以具有例如在大约0.30厘米到大约0.75厘米的范围内的直径。因此，压缩机排出空气在离开孔时通常将产生高噪声。在图2和4中，孔142以面对第一径向方向的的第一排孔144和面对相反的(或相对的)第二径向方向的第二排孔146进行布置。然而，如将要描述的，孔142不需要成排地布置，并且不需要沿着内部进给管140的长度的全部延伸。在任何情况下，每个孔142延伸通过内部进给管140的壁，允许压缩机排出空气通过孔离开内部进给管。在一个实施例中，每个孔径向地延伸通过壁。然而，如图10中所示，一个或多个孔148可以以非径向方式定向以在非径向方向上从内部进给管140引导压缩机排出空气。孔142、148可以以任何现在已知的或以后发展的方式(例如，钻孔等)形成于内部进给管140中。
继续参考图2-5，IBH歧管管道132也可以包括围绕内部进给管140和多个孔142布置的噪声衰减材料150。噪声衰减材料150可以包括配置成衰减由离开孔142的压缩机排出空气产生的噪声并且能够耐受压缩机入口外壳101内的环境的任何材料。在一个实施例中，噪声衰减材料150可以包括缠绕(tangled)金属、缠结(matted)金属或网状(meshed)金属，例如但不限于金属丝网。在后一个例子中，噪声衰减材料150例如可以包括金属丝网带，例如但不限于可从佐治亚州亚特兰大市(Atlanta,GA)的McMaster-Carr获得的抗腐蚀金属网(例如，304不锈钢)。金属丝网带可以以这样的方式围绕内部进给管140滚动使得选择性地提供特定网状金属密度和径向深度。密度和深度可以选择成适应不同的应用。例如，金属丝网可以具有在大约5厘米到大约16厘米的范围内的径向深度。类似地，金属丝网可以具有在大约16kg/m3到大约50kg/m3的范围内的密度。密度可以是大致径向均匀的并且在径向深度上变化。使用某些实施例，已观察到噪声减小高达大约30分贝(dB)。也可以使用其它噪声衰减材料，如钢丝绒、蓬乱钢屑、非带状金属丝网等。也可以使用上述例子的组合，例如钢丝网和钢丝绒。所使用的任何材料理想地、但非必要地以在压缩机的操作期间保证均匀分布的方式围绕内部进给管140。
在图2和3所示的一个实施例中，可以以暴露方式使用噪声衰减材料150使得压缩机排出空气简单地穿过内部进给管140的孔142并且穿过噪声衰减材料150。内部进给管140(图2)可以例如通过一个或多个管143(图1)和通过内部进给管140的一个或两个端部流体地联接到压缩机排气提取歧管120(图1)。参考图2，在内部进给管140仅仅在一个端部(右侧)联接到压缩机排气提取歧管120的情况下，相对端部(左侧)可以由端帽145闭合。端帽145可以由与本文中列举的用于内部进给管140的材料相同的材料或另一相兼容材料，并且可以以任何现在已知的或以后发展的方式(例如，焊接、紧固件等)密封地联接到内部进给管140。
参考图4和5，在本发明的替代实施例中，IBH歧管管道132可以包括封闭噪声衰减材料150(例如，金属丝网)的外部壳体160。在内部进给管140的端部将被闭合的情况下，端帽170可以封闭内部进给管140和外部壳体160的端部(左侧)，在两者间包括噪声衰减材料150布置在其中的空间。替代地，在内部进给管140的端部联接到另一管(如压缩机排气提取歧管120的管143(图1)或供给另一、下游IBH歧管管道132的管(未显示))的情况下，端帽170可以包括开口172(以虚线显示)以便密封地围绕其它管，例如通过焊接到其它管或通过使用其它密封机构。在该情况下，端帽170可以密封地围绕相关管并且将密封地联接到外部壳体160以封闭噪声衰减材料150布置在其中的空间。外部壳体160和端帽145、170可以包括能够耐受入口外壳的环境的任何材料(例如，钢等)，并且可以使用任何现在已知的或以后发展的方式(例如，焊接、紧固件等)进行联接。
继续参考图4和5，外部壳体160也包括通过其壁的多个开口162以允许压缩机排出空气离开外部壳体。“开口”可以采用穿过外部壳体160的壁的任何类型的孔口、穿孔等的形式。在一些实施例中，开口162可以具有总计达到外部壳体160的总表面积的大约15％的累积表面积。多个开口162布置成至少部分地覆盖外部壳体160，使得开口162和孔142可以以多种方式布置以提供足够的噪声衰减。在图4和5中，孔142以径向相对排144、146布置(仅仅图4)并且开口162布置在外部壳体上的一对分离位置(开口在图4的透视图中显示为阴影/虚矩形，并且在图5-10的横截面中显示为壳体160中的孔/断裂)。在图5中，孔142和开口162以径向对准方式(即，成0°圆周偏移)布置。
参见图6-10，示出孔142和开口162的替代布置。在图6中，多个开口162围绕外部壳体160的周边大致均匀地间隔，而孔142以径向相对方式定位在内部进给管140中。图4、5、7和8示出例子，其中多个开口162定位在外部壳体160上的一对分离位置(开口在图4的透视图中显示为阴影/虚矩形，并且在图5-10的横截面中显示为壳体160中的孔/断裂)，其从多个孔142圆周偏移在大约0°到大约90°的范围内的角。如上所述，图4和5显示大约0°圆周偏移。图7显示大约90°圆周偏移，并且图8显示大约0°圆周偏移到大约90圆周偏移之间(例如，大约45°圆周偏移)的角。图9显示实施例，其中仅仅使用孔142的一个排，其从开口162的两个相对组圆周地偏移大约90°。图10显示具有孔142和开口162的更随机分配的实施例。应当理解尽管示出特定例子，但是其它变型也是可能的并且被认为在本发明的范围内。在另一实施例中，孔142和开口162也可以轴向地移位。也就是说，孔142可以定位在内部进给管140上的第一轴向位置处并且开口162可以在外部壳体160上定位在与第一轴向位置轴向地间隔的第二轴向位置处。换句话说，孔142和开口162将不径向地对准或重叠，导致压缩机排出空气在离开外部壳体160之前在噪声衰减材料150内纵向地行进。
返回图1，根据另一实施例，进气加热(IBH)系统歧管130可以被提供用于压缩机入口外壳101。IBH系统歧管130包括用于递送压缩机排出空气的多个进给管132，如本文中所述。每个进给管132穿过压缩机入口外壳101中的位置延伸。包括多个噪声衰减管(即进给管)132的IBH歧管130提供许多优点。例如，相比于常规系统，进给管132不包括必须以很大的代价被更换和维护的从其垂直延伸的喷嘴。喷嘴的去除也减小IBH歧管的尺寸。
由于所提供的噪声减小，IBH歧管130可以定位在以前不建议的许多位置。在一个实施例中，IBH歧管130可以定位在入口消声器106的上游。例如，如图1中所示，IBH歧管130可以在入口消声器106前面的导管112的延伸部中定位在线180处，或在过渡导管110中定位在线182处。在入口消声器106包括多个级的另一实施例中，IBH歧管130可以定位在入口消声器的一对级之间，例如在图1中的线184处。在另一替代选择中，由于噪声减小和减小尺寸，IBH歧管130可以定位在入口过滤器外壳102的上游，即，如图1中所示在线186处。在该设置中，IBH歧管130可以在需要防冰的环境中附加地用作低成本防冰系统。另外，歧管130的减小尺寸可以允许压缩机入口外壳100中的必要水平导管的减小，例如减小1-2米。例如，IBH歧管130可以允许入口消声器106和IBH歧管130放置在弯管190中，不需要专用的水平导管112。IBH歧管130也可以允许在紧凑侧入口设置中使用。
应当理解，用于特定应用所必需的IBH歧管管道132的数量可以取决于多个因素而变化，例如但不限于：期望空气流温度和压力，混合限制，导管尺寸，压缩机尺寸，压缩机排出空气温度和压力等。因此，尽管在图1中示出用于IBH歧管130的两个进给管132，但是可以使用任何数量的管，包括仅仅一个。在任何情况下，相比于常规声处理喷嘴布置可以使用更少数量的歧管管道132。特别地，IBH歧管130由于增加的混合长度(超过歧管管道132的长度)而提供改善的压缩机排出空气混合，并且在定位在入口消声器106的上游的情况下，在入口消声器106的下游提供更高的紊流。进给管132可以以不同于如图所示的水平的方式在选定导管(例如，112)内延伸。
本文中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例并且不旨在限制本发明。当在本文中使用时，单数形式“一”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文明确地另外指示。还将理解当在该说明书中使用时术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或加入。
下面的权利要求中的所有装置或步骤加功能要素的相应结构、材料、动作和等效物旨在包括用于与具体要求权利的其它权利要求的要素组合执行该功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述为了例示和描述的目的而被提供，并且不旨在是穷举的或以所公开的形式限制到本发明。本领域的普通技术人员将显而易见许多修改和变化而不脱离本发明的范围和精神。为了最佳地解释本发明的原理和实际应用而选择和描述实施例，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明具有适合于预期的特定使用的进行各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种用于递送压缩机排出空气的进气加热(IBH)歧管管道，所述进气加热(IBH)歧管管道包括：
用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管，所述内部进给管包括沿着所述内部进给管的长度的至少一部分的多个孔，每个孔延伸通过所述内部进给管的壁，而允许压缩机排出空气离开所述内部进给管；以及
围绕所述内部进给管和所述多个孔布置的噪声衰减材料，所述噪声衰减材料配置成衰减由离开所述多个孔的压缩机排出空气产生的噪声。
2.根据权利要求1所述的进气加热(IBH)歧管管道，其特征在于，所述噪声衰减材料包括缠绕金属、缠结金属或网状金属。
3.根据权利要求1所述的进气加热(IBH)歧管管道，其特征在于，其还包括封闭所述噪声衰减材料的外部壳体，所述外部壳体包括通过其壁的多个开口以允许压缩机排出空气离开所述外部壳体，所述多个开口至少部分地覆盖所述外部壳体。
4.根据权利要求3所述的进气加热(IBH)歧管管道，其特征在于，所述多个孔从所述多个开口圆周地偏移。
5.根据权利要求1所述的进气加热(IBH)歧管管道，其特征在于，所述多个孔包括面对第一径向方向的第一排孔和面对相对的第二径向方向的第二排孔。
6.一种用于压缩机入口外壳的进气加热(IBH)系统歧管，其包括：
用于递送压缩机排出空气的多个进给管，每个进给管穿过所述压缩机入口外壳的导管延伸，并且每个进给管包括：
用于递送压缩机排出空气的长形的内部进给管，所述内部进给管包括沿着所述内部进给管的长度的至少一部分的多个孔，每个孔延伸通过所述内部进给管的壁，而允许压缩机排出空气离开所述内部进给管；以及
围绕所述内部进给管和所述多个孔布置的噪声衰减材料，所述噪声衰减材料配置成衰减由离开所述多个孔的压缩机排出空气产生的噪声。
7.根据权利要求6所述的IBH系统歧管，其特征在于，每个孔大致径向地延伸通过所述壁。
8.根据权利要求6所述的IBH系统歧管，其特征在于，所述噪声衰减材料包括缠绕金属、缠结金属或网状金属。
9.根据权利要求8所述的IBH系统歧管，其特征在于，所述噪声衰减材料包括金属丝网。
10.根据权利要求9所述的IBH系统歧管，其特征在于，所述金属丝网具有大约5厘米到大约16厘米的径向深度。
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