CN105658933A - 用于燃气涡轮发动机的集成洗涤系统 - Google Patents
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Abstract
描述用于具有轴向压缩机(3)的燃气涡轮发动机的洗涤系统，其包括：进口筛(30)、其位于该压缩机(3)的空气流进口处以保护该压缩机(3)不受外来物体损伤；喷嘴和歧管的装置，其用于喷洒洗涤液体；和洗涤液体供应系统，其连接至该装置，该进口筛(30)包括支撑结构(10、11、12)和固定至该支撑结构(10、11、12)的过滤网(19)，该喷嘴和歧管的装置集成在该进口筛的所述支撑结构中。
Description
技术领域
本文中公开的主旨的实施例涉及洗涤系统、燃气涡轮发动机、和洗涤轴向压缩机的方法。
背景技术
燃气涡轮广泛地用于发电机、用于气体压缩，且一般用于需要旋转机械驱动器的所有应用。燃气涡轮发动机的核心元件为压缩机，通过该压缩机在操作期间吸入且压缩大量空气。喷燃器将热加至压缩空气，且膨胀的燃烧气体驱动涡轮，可从该涡轮提取有用功率。进入压缩机的空气的量对于燃气涡轮的使用寿命和效率而言是非常重要的因素。这种空气包括处于浮质形式的各种类型的材料，如灰尘和侵蚀颗粒。即使大多数颗粒通过排出气体离开燃气涡轮，但它们中的一部分仍可沉积在压缩机的叶片和静叶上，尤其是在它们最终积聚的前端部上，从而使空气动力恶化且因此降低机器的效率和性能，从而导致用户的巨大经济损失。有害颗粒的通量还导致其他问题，如FOD(外来物体损伤)和侵蚀。出于所有这些原因，必须采取措施以控制进入燃气涡轮的空气的量。正常地，燃气涡轮进口装备有空气过滤器，空气过滤器至少阻挡具有比一定最小值高的尺寸的颗粒。具有更小尺寸的足够的颗粒仍将能够经过过滤器系统，从而粘附且积聚在压缩机的叶片和静叶上。该称为“结垢”的现象使得需要经常定期地洗涤燃气涡轮压缩机，以消除这些颗粒在叶片和静叶上的沉积物，从而试图以此方式恢复压缩机原始性能的大部分。通常通过以下来实现压缩机的气体路径的洗涤：穿过使洗涤流体雾化的一系列喷嘴来将这种流体喷洒到压缩机入口中，且使转子旋转迫使洗涤流体穿过压缩机，直到它们在机器的后部处离开。通常地，在两个条件下执行洗涤操作，一个称作“在线”，因为在机械操作时进行清洁，而其他洗涤方法需要机器停产且因此称为“离线”。“在线”洗涤被认为比“离线”效率低，因为机器在满负载下操作，且存在对放置喷嘴的位置的限制。事实上，由于空气的非常高的速率，通常将喷嘴放置在空气射流具有低速率的位置，且洗涤液体可以其他方式由于空气流的紊流且由于离心力而穿到空气流的中央中，洗涤液体将远离叶片朝外围移动。此外，高温趋向于使该洗涤液体蒸发。“在线”方法的优势为机器可持续操作。“离线”方法需要临时停止生产，因为在此情形中机器仅通过起动器以正常满负载速度的小百分比运行。在“离线”洗涤中，通常，喷洒洗涤流体的喷嘴安装在压缩机低压第一级叶片的前方。在“离线”洗涤的情形中，在洗涤操作期间，发动机旋转，以仅给予洗涤流体足够的能量来刮落污垢而不导致紊流且不对流体施加强离心力，强离心力可将流体远离待洗涤的叶片朝压缩机壳体推。洗涤系统的具体定位和组装的选择对于洗涤效率且还对于燃气涡轮完整性而言是重要的。
根据现有技术解决方案，喷洒喷嘴在使得直接在压缩机进口处沿几乎与空气流平行的方向引导喷雾的位置安装在燃气涡轮的钟形套管(bellmouth)的内侧。该解决方案的劣势是，在故障的情况下，喷嘴可导致燃气涡轮的损伤。
另一现有技术解决方案，在具有径向空气进口的机器的情形中，在于将喷嘴固定在内部径向蜗壳上。
两个解决方案的缺点是，喷嘴在机械内的流动路径内侧，具有形成流动变形的可能性，流动变形将影响机器的性能。
因此，意识到可克服所述缺点的改进的洗涤系统的必要性。
发明内容
通过将用于喷洒洗涤液体的喷嘴和歧管的装置集成在轴向压缩机空气流进口处的进口筛的支撑结构中，获得了非常有效的解决方案。
本发明的第一方面为洗涤系统。
该洗涤系统用于具有轴向压缩机的燃气涡轮发动机，且包括：
进口筛，其位于轴向压缩机的空气流进口处以保护压缩机不受外来物体损伤，该进口筛包括支撑结构和固定至该支撑结构的过滤网，
喷嘴和歧管的装置，和
洗涤液体供应系统，其连接至所述装置；
其中，所述装置集成在所述支撑结构中。
本发明的第二方面为燃气涡轮发动机。
该燃气涡轮发动机包括：
轴向压缩机，
增压室，其位于该轴向压缩机的空气流进口处，
进口筛，其位于该增压室中以保护该压缩机不受外来物体损伤，该进口筛包括支撑结构和固定至该支撑结构的过滤网，
喷嘴和歧管的装置，和
洗涤液体供应系统，其连接至所述装置且集成在所述支撑结构中。
本发明的第三方面为洗涤燃气涡轮发动机的轴向压缩机的方法。
根据该方法，进口筛位于该轴向压缩机的空气流进口处，且洗涤液体供应系统集成在所述进口筛中。
附图说明
并入本文中且组成说明书一部分的附图例示了本发明的实施例，且与具体实施方式一起解释这些实施例。在附图中：
图1是燃气涡轮发动机的纵截面图，
图2是根据现有技术的燃气涡轮发动机的钟形套管的纵截面图，
图3是根据现有技术的燃气涡轮发动机的进口区域的纵截面图，
图4是燃气涡轮的实施例的进口区域的透视图(具体而言示出增压室内的FOD筛)，
图5是图4中示出的燃气涡轮发动机的构件中的一些的分解图，
图6是与图4和图5中示出的一个对应的FOD筛的实施例的透视图，
图7是形成图6的FOD筛的支撑结构的肋条的细节，和
图8是图7中的肋条的截面图。
具体实施方式
示范实施例的下列描述参照附图。
下列详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。
遍及说明书对“一个实施例”、或“实施例”的引用指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿说明书在各种位置中的出现不一定意指相同的实施例。而且，可将具体特征、结构或特性以任何适当的方式组合在一个或更多个实施例中。
参照图1，示出了航改燃气涡轮发动机，其大体上用参考标号100指出。箭头1代表进入燃气涡轮发动机100钟形套管的空气流。燃气涡轮发动机的基础元件为压缩机3、燃烧器4和涡轮5。燃气涡轮发动机100包括轴2，该轴2驱动压缩机3的叶片。压缩空气由燃烧器4加热且所得的热气体膨胀从而驱动涡轮5的叶片，因此使轴2旋转。如所述的，在燃气涡轮发动机100中还包括起动器马达(未示出)，其用于在起动时且在离线洗涤程序期间操作燃气涡轮发动机。
燃气涡轮发动机吸入包含颗粒的大量空气，该颗粒可污染压缩机叶片和静叶。在进入燃气涡轮发动机之前，必须过滤该空气，以便移除可有助于结垢的最大部分的空气颗粒。FOD筛在燃气涡轮发动机的入口处位于增压室8中，以便阻止可主要地损伤压缩机3的叶片和静叶的那些颗粒。
即使使用过滤器，也难以完全地避免压缩机的叶片和静叶上的颗粒的沉积和积聚，因此需要使用定期洗涤操作，以便恢复效率的初始水平。
通过一系列喷嘴实现洗涤操作，该一系列喷嘴在燃气涡轮发动机的内部中喷洒雾化的洗涤流体，通常是水。
图2和图3示出根据现有技术的洗涤系统的细节。
在图2中，喷嘴7安装在燃气涡轮发动机的钟形套管6中，具体而言在由参考标号标记的区域中。
图3示出燃气涡轮发动机的进口部分，在该处空气径向地进入(来自较高开口)，且喷嘴7安装在内部径向蜗壳上(与钟形套管6径向地相反)。喷嘴以如下方式定位：使得洗涤流体可进入且穿过压缩机，从而朝机器出口移动通过压缩机且由于以下情况而洗涤结垢：在洗涤操作期间，转子1)在离线洗涤的情况下在由起动器发动机驱动的低速度下旋转，或者其2)在在线洗涤的情况下在满负载下旋转。
这些现有技术解决方案的缺点是由于以下事实：安装在进口侧向表面上的喷嘴在它们从安装表面脱离的情况下不仅可形成进口空气流的显著变形，还可导致压缩机的叶片和静叶的严重损伤。
备选解决方案在于将喷嘴固定至进口增压间壁。在该情形中，洗涤流体被注入轴向压缩机中，从而行进穿过进口筛。这种解决方案具有较低洗涤效率的劣势，因为没有到压缩机中的直接的洗涤流体流。
图4和图5示出位于燃气涡轮发动机100进口处的进口FOD筛30；筛30位于增压室8内侧。
图5示出待放在燃气涡轮发动机的压缩机3的前方的筛30以及钟形套管6和弹丸前端。
图6是更详细的筛30的预期视图。
筛30具有位于轴向压缩机3空气流进口处的基底。筛30还具有侧向表面，该侧向表面远离该基底扩展。
筛30具有轴对称的形状。在本公开内，词语“轴对称的形状”包括具有关于任意数量轴向平面的平面对称性的任何形状。包含压缩机的中央轴线的任何平面定义为根据本公开的“轴向平面”
优选地，筛30具有三维形状，该形状具有基底和侧向表面，以用于增加相对于基底区域的过滤能力。侧向和基底二者包括连接至支撑结构的过滤网19。
根据第一实施例，过滤网19仅固定在进口筛30的远离轴向压缩机3空气流进口的基底上。根据第二实施例，过滤网19还可固定至进口筛30的侧向表面。
更优选地，筛30具有圆柱形杯的形状，如可在图6中所见的，且由过滤网及其支撑结构而形成。该支撑结构包括第一支撑环10和第二支撑环11，第一支撑环10配置在接近轴向压缩机3的空气流进口的圆柱形杯基底的外围处，第二支撑环11配置在远离该轴向压缩机3空气流进口的另一圆柱形杯基底的外围处。支撑结构通过一系列的L形肋条12而完成。L形肋条12由一组平行的第一肋条节段14且由一组第二肋条节段15形成，该一组平行的第一肋条节段14连结垂直于它们的两个环10和11，该一组第二肋条节段15位于由圆柱形杯基底11限定的平面上。该类结构的优势是，其对空气流具有非常有限的影响，该空气流可行进通过其而不变形。
该结构支撑过滤网(图8中的19)，过滤网借助于树脂而固定至所述结构。该过滤网阻止可与空气流一起进入压缩机的危险物体。
根据本发明的实施例，用于洗涤流体的喷嘴和歧管安装在环和肋条上，该环和肋条形成进口FOD筛30的支撑结构。
根据图6，环10承载洗涤流体歧管13；洗涤流体歧管13沿埋入在树脂中的环10延伸，该树脂还用于固定过滤网19；一组洗涤流体导管17跟随肋条结构从所述歧管13出发且将洗涤流体带至喷嘴；传导件17仅到达会聚的第二肋条节段15的中间点，在此，它们以洗涤流体喷嘴18或一对喷嘴18终止(如图7所示)。
图8(以截面图)示出承载洗涤流体传导件17的第一肋条节段14的细节；第一肋条节段14(以及第二肋条节段15)具有U形外形且填充有树脂20；过滤网19通过网格的延伸部分而固定至树脂20，如可在附图中看到的；洗涤流体传导件17完全埋入树脂20中。
洗涤系统(即喷嘴和歧管)在进口筛的支撑结构中的集成与现有技术相比具有优势，即洗涤系统不对进口流体流增加更多障碍且不使流变形。洗涤系统置于压缩机3的前方，具体而言在进口的前方。
喷嘴可将洗涤流体直接地注入压缩机中，且如果需要，沿与空气流的轴向方向相同的方向且平行于轴向压缩机的轴线。
此外，一些喷嘴可构造作为喷洒喷嘴。喷洒喷嘴构造为以便它们可以以雾状形式喷洒洗涤液体。其他喷嘴为喷射喷嘴，其构造成射出洗涤液体的连续射流。根据所描述的实施例，喷洒喷嘴用于在线洗涤，而喷射喷嘴用于离线洗涤。
将喷嘴和歧管埋入树脂中使得极不可能分离喷嘴或歧管。
歧管通常连接至水供应系统，该水供应系统可包含过滤的水，其最终被蒸馏、处理且与清洁化学物混合。
可收集且再循环离开燃气涡轮发动机的洗涤水的部分，以在净化掉收集的污垢且处理之后，与新鲜水一起作为清洁的洗涤水再次使用。
进口筛和集成洗涤系统提高洗涤过程的效率，对空气流没有影响，消除可进入且损伤该轴向压缩机的外来物体的风险。
这种系统缩减燃气涡轮发动机的停工时间且提高(洗涤之后的)效率恢复的百分比，具有明显的经济利益。
Claims (17)
1.一种用于燃气涡轮发动机(100)的洗涤系统，所述燃气涡轮发动机(100)具有轴向压缩机(3)，所述洗涤系统包括：
进口筛(30)，其位于所述轴向压缩机(3)的空气流进口处，以保护所述轴向压缩机(3)不受外来物体损伤，所述进口筛(30)包括支撑结构(10、11、12)和固定至所述支撑结构(10、11、12)的过滤网(19)，
喷嘴(18)和歧管(13、17)的装置，所述装置(13、17、18)集成在所述支撑结构(10、11、12)中，和
洗涤液体供应系统(16)，其连接至所述装置(13、17、18)；
其中，所述进口筛(30)包括基底和侧向表面，所述基底位于所述轴向压缩机(3)的空气流进口处，所述侧向表面远离第一基底扩展且具有轴对称的形状。
2.根据权利要求1所述的洗涤系统，其中，所述侧向表面具有关于所述压缩机的中央轴线的轴对称的形状。
3.根据权利要求1或2所述的洗涤系统，其中，所述过滤网(19)仅固定在所述进口筛(30)的远离所述轴向压缩机(3)的空气流进口的基底上。
4.根据权利要求1或2所述的洗涤系统，其中，所述过滤网(19)固定在所述进口筛(30)的远离所述轴向压缩机(3)的空气流进口的基底上，所述过滤网(19)还固定至所述进口筛(30)的所述侧向表面。
5.根据任一前述权利要求所述的洗涤系统，其中，所述过滤网(19)通过树脂(20)而固定至所述支撑结构(10、11、12)。
6.根据权利要求5所述的洗涤系统，其中，所述喷嘴(18)和所述歧管(13、17)埋入在所述树脂(20)中。
7.根据任一前述权利要求所述的洗涤系统，其中，所述进口筛(30)具有圆柱形杯的形状，且其中，所述支撑结构(10、11、12)包括：
第一支撑环(10)，其配置在接近所述轴向压缩机(3)的空气流进口的圆柱形杯基底的外围处，
第二支撑环(11)，其配置在远离所述轴向压缩机(3)的空气流进口的另一圆柱形杯基底的外围处，
一组L形肋条(12)，所述肋条(12)的短节段(14)平行且间隔开，连结所述环(10、11)，且所述肋条(12)的长节段(15)径向地配置在所述第二支撑环(11)中且连结在其中央处。
8.根据任一前述权利要求所述的洗涤系统，其中，所述喷嘴(18)配置成以沿与朝所述轴向压缩机(3)的空气流进口的空气流和所述轴向压缩机(3)的轴线基本上平行的方向注入洗涤液体。
9.根据任一前述权利要求所述的洗涤系统，其中，一些喷嘴为喷洒喷嘴，所述喷洒喷嘴构造成以雾状形式喷洒洗涤液体，一些喷嘴为喷射喷嘴，所述喷射喷嘴构造成射出洗涤液体的连续射流。
10.根据权利要求9所述的洗涤系统，其中，所述喷洒喷嘴配置且布置为仅用于在线洗涤，且所述喷射喷嘴配置且布置为仅用于离线洗涤。
11.根据任一前述权利要求所述的洗涤系统，其中，所述洗涤液体供应系统(16)包括用于过滤和/或处理水的单元和/或用于将水与清洁物质混合的单元。
12.根据任一前述权利要求所述的洗涤系统，其中，所述洗涤液体供应系统(16)包括再循环系统，以使离开所述燃气涡轮发动机的水的至少一部分再循环。
13.根据权利要求12所述的洗涤系统，其中，水供应系统(16)包括用于净化再循环的水的单元。
14.一种燃气涡轮发动机，其包括：
轴向压缩机(3)；
增压室(8)，其位于所述轴向压缩机(3)的空气流进口处，
进口筛(30)，其位于所述增压室(8)中以保护所述压缩机(3)不受外来物体损伤，所述进口筛(30)包括支撑结构(10、11、12)和固定至所述支撑结构(10、11、12)的过滤网(19)，
喷嘴(18)和歧管(13、17)的装置，和
洗涤液体供应系统(16)，其连接至所述装置(13、17、18)且集成在所述支撑结构(10、11、12)中。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，包括根据权利要求1到13中的任一项的洗涤系统。
16.一种洗涤燃气涡轮发动机(100)的轴向压缩机(3)的方法，其中，进口筛(30)位于所述轴向压缩机(3)的空气流进口处，其中，洗涤液体供应系统(16)集成在所述进口筛(30)中。
17.根据权利要求16所述的洗涤方法，其中，所述洗涤液体供应系统(16)用于在线洗涤和/或用于离线洗涤。
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