CN203962214U - 涡轮机入口系统和入口抽气加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种涡轮机入口系统和入口抽气加热系统，所述入口抽气加热系统用于将抽气气流供应到进入气流以便进入燃气涡轮发动机的压缩机中。所述入口抽气加热系统可包括气刀以及消音器板。所述气刀可包括连通所述抽气气流的压缩机抽气端口以及将所述抽气气流排放到所述进入气流中的排放间隙。所述气刀和所述消音器板可形成集成气刀/消音器板。

Description

涡轮机入口系统和入口抽气加热系统

技术领域

本实用新型大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及一种用于燃气涡轮发动机的入口抽气加热系统，所述入口抽气加热系统具有集成气刀/消音器板以使气流均匀性和压降得到改进。 

背景技术

燃气涡轮发动机压缩机通常包括带有加热装置的入气系统，用以升高进入气流温度。由于冷的环境条件和/或由于其他类型操作参数，可能导致压缩机IGV结冰、浪涌/喘振、燃烧贫油熄火以及相似情况。因此，可以通过排出一定量的压缩机排放空气并使空气再循环回压缩机入口而来调整压缩机压力比。将较冷环境空气与热压缩机排放空气中的抽气部分混合使得空气密度以及到涡轮机的质量流减小。当前入口抽气加热系统可以使用冲击孔洞而来在垂直于主要气流方向的方向上注射空气。其他已知入口抽气加热系统可以使用过滤器室过渡区段中的声学喷嘴而来在气流方向上进行注射。许多其他类型入口抽气控制系统以及抽气注射方法也可使用。 

尽管这些已知入口抽气加热控制系统可以充分用于加热进入压缩机的进入气流，但是在注射抽气过程中通常涉及到的喷嘴以及管道可以中断进入气流以致其上压降增大。当操作入口抽气加热系统时，这种干扰可对总体燃气涡轮机操作和效率造成影响。 

因此，需要一种用于燃气涡轮发动机的改进入口抽气加热系统。优选地是，此种改进抽气加热系统可以在其上压降减小情况下充分加热进入气流，以便使其在提供温度和流动均匀性的同时符合相关噪声限制以及其他操作参数。 

实用新型内容

本实用新型提供一种入口抽气加热系统，所述入口抽气加热系统用于将抽气气流供应到进入气流以便进入燃气涡轮发动机的压缩机中。所述入口抽气加热系统可以包括气刀以及消音器板。所述气刀可以包括连通所述抽气气流的压缩机抽气端口、以及将所述抽气气流排放到所述进入气流中的排放间隙。所述气刀以及所述消音器板可以形成集成气刀/消音器板。 

本实用新型进一步可描述一种提供燃气涡轮发动机中的入口抽气加热控制的方法。所述方法可以包括以下步骤：提供朝向所述燃气涡轮发动机的压缩机的进入气流；使得所述进入气流流动通过多个集成气刀/消音器板；将抽气气流提供到所述集成气刀/消音器板；迫使所述抽气气流通过所述集成气刀/消音器板中的每个集成气刀/消音器板中的排放间隙；以及通过所述抽气气流夹带所述进入气流。 

本实用新型进一步地提供一种用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统。所述涡轮机入口系统可以包括通向所述压缩机的入口管道和定位在所述入口管道内的入口抽气加热系统。所述入口抽气加热系统可与抽气气流连通。所述入口抽气加热系统可以包括与所述抽气气流连通的多个集成气刀/消音器板。 

当结合若干附图以及所附权利要求书来阅读以下详细描述时，本领域的技术人员可以清楚了解本申请案以及相应专利的这些和其他特征以及改进。 

附图说明

图1是带有压缩机、燃烧器、涡轮机以及负载的燃气涡轮发动机的示意图。 

图2是可以用于图1所示燃气涡轮发动机的涡轮机入口系统的示意图。 

图3是带有可如本说明书所描述的入口抽气加热系统的涡轮机入口系统的示意图。 

图4是图3所示入口抽气加热系统的集成气刀/消音器板的平面俯视图。 

图5是图3所示入口抽气加热系统的集成气刀/消音器板的透视图。 

图6是可如本说明书所描述的集成气刀/消音器板的替代实施方案的平面俯视图。 

具体实施方式

现在参阅附图，其中相似数字指代多多幅附图中的相似元件，图1示出可如本说明书所描述的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括压缩机15。该压缩机15压缩进入气流20。该压缩机15将压缩气流20递送到燃烧器25上。该燃烧器25将压缩气流20与加压的燃料流30混合，并且使混合物点燃以便生成燃烧气流35。尽管示出仅单个燃烧器25，但燃气涡轮发动机10可以包括任意数量的燃烧器25。然后，将燃烧气流35递送到涡轮机40上。燃烧气流35驱动该涡轮机40以便使机械功产生。涡轮机40中所产生的机械功是经由轴45来驱动该压缩机15和如发电机以及相似负载的外部负载50。 

燃气涡轮发动机10可以使用天然气、各种类型的合成气和/或其他类型燃料。燃气涡轮发动机10可以是位于美国纽约斯卡奈塔第市（Schenectady，New York）的通用电气公司（General Electric Company）提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任何一种，包括（但不限于）7或9系列重型燃气涡轮发动机以及相似燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机10可以具有不同配置并可以使用其他类型部件。本说明书也可以使用其他类型燃气涡轮发动机。本说明书还可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型涡轮机以及其他类型发电设备。 

图2是涡轮机入口系统55的示意图。涡轮机入口系统55可与上述燃气涡轮发动机10的压缩机15以及相似部件集成。涡轮机入口系统55可以包括天气防护罩60。该天气防护罩60可以防止如雨、雪、 冰雹的天气要素以及气流20中的相似物进入压缩机15中。气流20随后可以流动通过入口过滤器室65。入口过滤器室65可从气流20移除无关物体以及碎屑。过渡连接件70可在入口过滤器室65的下游延伸，并且延伸到入口管道75中。消音区段80以及入口抽气加热系统85可以在入口管道75内、或涡轮机入口系统55中的其他地方进行定位。消音区段80可具有任何合适大小、形状或者配置，以便有效减弱、衰减和/或反射来自压缩机15的声能。入口抽气加热系统85可以通过压缩机抽气气流90来加热进入气流20。如上所述，入口抽气加热系统85可以使用冲击流和相似的流。拦废网筛95和相似物可以位于入口管道75下游，以便防止碎屑进入压缩机15中。本说明书所述涡轮机入口系统55是仅仅用作实例目的。采用许多其他配置并且带有不同部件的涡轮机入口系统也可是已知的。 

图3示出可如在此所描述的涡轮机入口系统100。通过与上述类似的方式，该涡轮机入口系统100可以包括天气防护罩110、入口过滤器室120、过渡连接件130以及入口管道140。这些部件大小、形状以及配置可以不同。涡轮机入口系统100可与燃气涡轮发动机10的压缩机15以及相似部件一起使用。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。 

涡轮机入口系统100还可以包括入口抽气加热系统150。入口抽气加热系统150可以在入口管道140内或涡轮机入口系统100中的其他地方进行定位。入口抽气加热系统150可以包括多个气刀160。“气刀”使用“康达（Coanda）”效应沿着自身长度产生大量层状气流或者扩散气流，从而通过较小量的压缩抽气90夹带来自周围区域中的大量空气。大体所述，气刀并不具有移动部分，它由空气而非电力驱动，并且可能非常安静。气刀实例以名称“消音X流气刀（Silent X-Stream Air Blade Air Knife）”以及相似名称而由加拿大安大略省列文治山的纳克斯空气产品公司（Nex Flow Air Products Corporation）进行销售。本说明书可以使用其他类型空气注射装置。 

如图4所示，气刀160可以包括与压缩机抽气气流90连通的压缩机抽气端口170。气刀160还可以包括与压缩机抽气端口170连通的内增压室180。内增压室180可以通向排放间隙190。排放间隙190可以沿着气刀160长度延伸。排放间隙190可以调整大小以使从中通过的压缩机抽气气流90加速。排放间隙190的大小、形状、配置以及角度可以变化并且在本说明书中可以是最佳的。排放间隙190可以在一个或多个向内弯曲末端200周围定位。弯曲末端200的形状和半径可以变化。气刀160及其元件可以具有任何合适大小、形状或者配置。尽管示出的是水平定向，但也可以使用垂直定向。本说明书可以使用任何数量的气刀160。本说明书还可以将不同大小和配置的气刀160一起使用。 

因此，压缩机抽气90通过压缩机抽气端口170进入气刀160并且通过围绕向内弯曲末端200的排放间隙190离开。因此，可以在压力下通过离开排放间隙190的压缩抽气90将进入气流20夹带（entrain）在气刀160的向内弯曲末端200周围而形成夹带流（entrained flow）210。在经明确限定的主流中，夹带流210可具有更高速度和泵送力。因此，夹带流210可以减小其上压降，这是因为夹带流210可以在很大程度上充当进入气流20的气泵。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。 

如图4和图5示出，空气喷嘴160可以集成在消音器板230内，位于其下游末端240处，作为集成气刀/消音器板250。消音器板230可具有任何合适大小、形状或者配置，以便有效减弱、衰减和/或反射来自压缩机15的声能。集成气刀/消音器板250可以具有呈任何配置的大体波状形状260。入口抽气加热系统150可以包括任何数量的集成气刀/消音器板250。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。 

气刀160可以从约0度（0°）至约九十度（90°）将压缩机抽气90注射到主要入口气流方向上。尽管所示气刀160处于入口管道140的水平区段中，但也可以使用垂直区段或涡轮机入口系统100中的其 他位置。在位置位于消音器板230后方情况下，在入口抽气加热系统150尚未操作时，气刀160大体可能不对气流20造成不利影响。 

图6示出可如本说明书所描述的集成气刀/消音器板300的替代实施方案。在这个实例中，气刀310可以具有一对侧部排放间隙320。侧部排放间隙320可以只在一对向内弯曲末端330上游定位。所述侧部排放间隙320类似地将进入气流20和抽气加热气流90夹带成夹带流210。本说明书可以使用其他部件以及其他配置。 

本说明书可以使用其他变化形式。例如，在本说明书中，各个级上可以定位多个排放间隙。这些排放间隙可以独立控制以便在抽气加热气流90可能变化时维持最大气流速度。另外，可以沿着效应器板230将排放间隙定位在任何地方。 

使用集成气刀/消音器板250中的气刀160因此通过抽气90来将大量进入气流20夹带成夹带流210，以便减小其上压降。使用带有波状形状260的集成气刀/消音器板250还可以帮助减小气流压降。总体燃气涡轮机效率和输出因此可以增大。气刀160还会提供总体压力和温度均匀性。另外，气刀160可以产生要比已知冲击类型或其他类型的抽气加热系统少的噪声。气刀160在其中缺少移动部件情况下还应具有长的部件寿命。就基于合成气的涡轮机而言，在过度抽气气流减小情况下，入口气流流率因加热效应而可以减小，从而增大效率。 

应当清楚，前述内容仅仅涉及本发明和相应专利中的某些实施方案。本领域的技术人员可以在不背离本发明的总体精神和范围情况下对本发明做出多种变化以及修改，其中本发明的总体精神和范围由所附权利要求书及其等效物定义。 

Claims (17)

1.一种入口抽气加热系统，用于将抽气气流供应到进入空气流以便进入燃气涡轮发动机的压缩机中，所述入口排热系统包括： 

气刀； 

所述气刀可包括与所述抽气气流连通的压缩机抽气端口和将所述抽气气流排放到所述进入空气中的排放间隙；以及 

消音器板； 

其中所述气刀和所述消音器板可形成集成气刀/消音器板。 

2.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述气刀包括内增压室，所述内增压室从所述抽气端口延伸到所述排放间隙。 

3.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述气刀包括围绕所述排放间隙的一个或多个弯曲末端。 

4.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述气刀将所述进入气流和所述抽气气流夹带成夹带流。 

5.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其进一步包括多个排放间隙。 

6.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述排放间隙使得所述抽气气流加速。 

7.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述排放间隙包括一对侧部排放间隙。 

8.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述气刀围绕所 述消音器板下游末端定位。 

9.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述集成气刀/消音器板包括波状形状。 

10.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其进一步包括多个集成气刀/消音器板。 

11.如权利要求1所述的入口抽气加热系统，其中所述入口抽气加热系统定位在涡轮机入口系统的入口管道内，所述入口管道与所述燃气涡轮发动机的所述压缩机连通。 

12.一种用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统，其包括： 

通向所述压缩机的入口管道；以及 

定位在所述入口管道内的入口抽气加热系统； 

所述入口抽气加热系统是与抽气气流连通；以及 

所述入口抽气加热系统包括与所述抽气气流连通的多个集成气刀/消音器板。 

13.如权利要求12所述的用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统，其中所述多个集成气刀/消音器板包括与所述抽气气流连通的压缩机抽气端口和用以对所述抽气气流进行排放的排放间隙。 

14.如权利要求13所述的用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统，其中所述多个集成气刀/消音器板包括围绕所述排放间隙的一个或多个弯曲末端。 

15.如权利要求12所述的用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统，其中所述多个集成气刀/消音器板将所述进入气流和所述抽气气流夹带成夹带流。 

16.如权利要求12所述的用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统，其中所述多个集成气刀/消音器板包括围绕所述消音器板下游末端定位的气刀。 

17.如权利要求12所述的用于将进入气流提供到燃气涡轮发动机的压缩机的涡轮机入口系统，其中所述多个集成气刀/消音器板包括波状形状。