CN219826985U - 除冰结构以及燃气轮机进气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了除冰结构以及燃气轮机进气系统，除冰结构包括储液箱、电加热器、换热器以及管道，储液箱具有用于容纳换热介质的储液腔；电加热器安装于储液箱并用于对储液腔内的换热介质进行加热；换热器位于进气通道内，换热器设有液体流道；管道连通储液腔和液体流道，以使储液腔内的换热介质加热后能流动至换热器的液体流道内。换热介质被加热后就能通过换热器与空气进行热交换，空气被换热器加热，温度升高，从而避免结冰的风险。除冰结构包括储液箱、电加热器、换热器以及管道，其整体结构相对简单，而且除冰结构是通过加热器先加热换热介质，然后利用换热介质来加热空气，其工作过程中不会影响燃气轮机的输出功率。

Description

除冰结构以及燃气轮机进气系统

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及除冰结构以及燃气轮机进气系统。

背景技术

在高湿高寒的地区，燃气轮机的进气系统容易出现进气结冰的现象，导致进气阻塞，进气不足而影响燃气轮机输出功率，甚至可能出现吞冰而导致叶片断裂的事故，因此，空气通常都需要加热后再进入燃气轮机工作。

现有的加热方式，通常都是采用压气机抽气掺混加热、或者燃烧烟气换热的方式，前者是通过将压气机内的高温高压气体抽出一部分与外界吸入的空气混合，以实现加热被吸入的空气的效果，后者则是通过燃气轮机燃烧产生的烟气的余热，与吸入的空气进行热交换来实现加热效果。但这两种加热方式都需要在燃气轮机工作一段时候之后才能使用，在启动阶段无法发挥作用，同时还会影响燃气轮机的输出功率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种改进的除冰结构以及燃气轮机进气系统，以解决上述问题。

一方面，本申请提供一种除冰结构，用于加热燃气轮机进气通道内的空气，所述除冰结构包括：

储液箱，具有用于容纳换热介质的储液腔；

电加热器，安装于所述储液箱并用于对所述储液腔内的换热介质进行加热；

换热器，位于所述进气通道内，所述换热器设有液体流道；

管道，连通所述储液腔和所述液体流道，以使所述储液腔内的换热介质加热后能流动至所述换热器的液体流道内。

在一些实施例中，所述管道包括输液管道和回液管道，所述储液箱上设有与所述储液腔连通的出液口和进液口，所述液体流道具有入口和出口，所述输液管道连通所述出液口和所述入口，所述回液管道连通所述出口和所述进液口。

在一些实施例中，所述储液箱上安装有与所述储液腔相连通的排气阀。

在一些实施例中，所述储液箱上设有用于检测所述储液腔内换热介质温度的介质温度传感器。

在一些实施例中，所述除冰结构还包括用于向所述换热介质提供动力的水泵，所述水泵位于所述储液箱和所述换热器之间并与所述管道连通。

另一方面，本申请提供一种燃气轮机进气系统，包括机壳、过滤结构和以及如上所述的除冰结构，所述机壳设有进气通道，所述过滤结构位于所述进气通道内，所述除冰结构的换热器位于所述进气通道内并与所述过滤结构相对设置。

在一些实施例中，所述过滤结构包括沿进气方向依次设置的初效过滤器和高效过滤器，所述高效过滤器和所述初效过滤器沿重力方向间隔排布，且所述高效过滤器和所述初效过滤器的过滤面呈水平放置，所述换热器间隔设于所述初效过滤器和所述高效过滤器之间。

在一些实施例中，所述过滤结构还包括位于所述进气通道内的液滴过滤器，所述液滴过滤器间隔设于所述初效过滤器远离所述高效过滤器的一侧。

在一些实施例中，所述燃气轮机进气系统还包括用于检测环境温度的环境温度传感器、用于检测环境湿度的湿度传感器、以及与所述环境温度传感器和所述湿度传感器连接的控制器，所述控制器与所述电加热器连接，所述控制器根据所述环境温度传感器和所述湿度传感器采集到的数据，以控制所述电加热器的开启或者关闭。

在一些实施例中，所述机壳内部设有围壁，所述围壁围绕在所述初效过滤器、所述换热器以及所述高效过滤器的外周，以使空气在所述围壁的内侧流动。

本实用新型提供的除冰结构，电加热器将储液箱内的换热介质加热后，换热介质通过管道流动至换热器的液体流道后，换热介质就能加热换热器，空气在流经换热器时就会与换热器进行热交换，空气被换热器加热，温度升高，从而避免结冰的风险。除冰结构包括储液箱、电加热器、换热器以及管道，其整体结构相对简单，而且除冰结构是通过加热器先加热换热介质，然后利用换热介质来加热空气，其工作过程中不会影响燃气轮机的输出功率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的燃气轮机的结构示意图；

图2为图1中所示燃气轮机去掉燃气轮机主机模块时的示意图；

图3为图2中所示燃气轮机进气系统去掉部分机壳时的示意图；

图4为图3中所示除冰结构与过滤结构的装配示意图。

图中：10、燃气轮机；11、燃气轮机进气系统；12、燃气轮机主机模块；13、机壳；14、过滤结构；16、除冰结构；20、进气通道；22、储液箱；24、电加热器；26、换热器；28、管道；30、输液管道；32、回液管道；34、水泵；36、注液管；38、排液管；40、排气阀；42、介质温度传感器；44、初效过滤器；46、高效过滤器；48、液滴过滤器；50、围壁；52、安装架；54、卡槽；56、防虫网；60、进气口；62、挡雨罩。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

请参阅图1至图4，本实用新型一实施例提供的一种燃气轮机10，包括燃气轮机进气系统11和与燃气轮机进气系统11连接的燃气轮机主机模块12。燃气轮机进气系统11包括机壳13、过滤结构14以及除冰结构16，机壳13设有与外界连通的进气通道20，过滤结构14位于进气通道20内，除冰结构16与过滤结构14相对设置。燃气轮机主机模块12具有燃气轮机核心机，燃气轮机核心机与进气通道20连通。外界的空气被吸入进气通道20后，当空气流经过滤结构14时，过滤结构14会对经过空气进行过滤作用，以过滤掉空气中的杂质，除冰结构16用于加热流经过滤结构14的空气，避免产生结冰的现象，经过过滤和加热后的空气进入燃气轮机核心机，进行相应处理例如压缩、燃烧、膨胀等处理后，燃气轮机主机模块12就能输出功率来发电或者机械驱动。

除冰结构16包括储液箱22、电加热器24、换热器26以及管道28，储液箱22设有用于容纳换热介质的储液腔，电加热器24安装在储液箱22上，且电加热器24至少部分伸进储液腔内，以加热储液腔内的换热介质，换热器26位于进气通道20内，并与过滤结构14相对设置，以对经过过滤结构14的空气进行加热。换热器26设有液体流道，管道28连通储液腔和液体流道。电加热的方式，可控度高，在将储液箱22内的换热介质加热后，换热介质就能顺着管道28流进换热器26的液体流道内，换热介质就能加热换热器26，进气通道20内的空气在流经换热器26时就会与换热器26进行热交换，空气被换热器26加热，温度升高，避免结冰的风险。除冰结构16包括储液箱22、电加热器24、换热器26以及管道28，整体结构相对简单，同时除冰结构16是通过加热器先加热换热介质，然后利用换热介质来加热空气，电加热器24加热方式可控度高，而且工作过程中不会影响燃气轮机主机模块12的输出功率。

电加热器24的具体数量不进行限定，可以是一个，也可以是多个，在本实施例中，电加热器24的数量为三个，三个电加热器24可以同时对储液箱22内的换热介质进行加热，以便在更短时间内将换热介质加热到所需温度。

换热介质的具体种类不进行限定，在本实施例中，换热介质为乙二醇溶液，利用液体的换热介质加热换热器26后再与空气进行热交换，相比于气体换热介质，换热效率更高，而且液体具有一定的储能效果，被加热后在一定时间内能够将热量储存在其内部，因此电加热器24将换热介质加热到所需温度后，可以停止加热，换热介质可利用液体的储能效果在一定的时间内继续加热空气，有利于实现节能的效果，降低能耗。

管道28包括输液管道30和回液管道32，储液箱22上设有分别与储液箱22相连通的出液口和进液口，液体流道具有入口和出口，输液管道30连通出液口和入口，回液管道32连通出液口和进液口。被加热后的换热介质先从储液腔内顺着输液管道30流入液体流道内，通过换热器26与空气进行热交换后，再从液体流道顺着回液管道32流回储液腔内，形成闭式循环流动的效果，避免换热介质挥发和被污染等问题。

除冰结构16还包括水泵34，水泵34位于储液箱22和换热器26之间并与管道28连通。水泵34开启后，就能为换热介质提供动力，使换热介质在储液箱22和换热器26之间循环流动。

储液箱22的顶部设有与储液腔连通的注液管36，储液箱22的底部设有与储液腔连通的排液管38。当储液箱22或者电加热器24需要进行维护时，可以先通过排液管38将储液腔内的换热介质排出，待维护完成之后，再通过注液管36往储液腔内注入换热介质。

储液箱22上安装有排气阀40，排气阀40与储液腔连通。电加热器24在加热换热介质的过程中，储液箱22内的空气温度升高，空气受热会膨胀，导致储液箱22内的压强变大，压强过大可能会存在容器变形、泄漏等故障风险，此时可以通过排气阀40排出储液箱22内的部分超压空气，以降低储液箱22内部的压强。

储液箱22上安装有介质温度传感器42，该介质温度传感器42用于检测储液腔内换热介质的温度。当介质温度传感器42检测到储液腔内的换热介质的温度达到指定温度范围的上限值时，电加热器24停止加热。换热介质具有一定的储能效果，因此电加热器24停止加热后，储液箱22内的换热介质在一定时间内仍然能够对空气进行加热。当介质温度传感器42检测到储液箱22内换热介质的温度低于指定温度范围的下限值时，电加热器24重新加热储液箱22内的换热介质，直至换热介质的温度达到指定温度范围的上限值。利用介质温度传感器42实时检测换热介质的温度，来控制电加热器24的启停，不仅有利于实现节能效果，同时又能避免因换热介质温度不够而影响其加热空气效果。

燃气轮机进气系统11还包括环境温度传感器、湿度传感器以及控制器，介质温度传感器42、环境温度传感器、电加热器24以及湿度传感器都与控制器连接，环境温度传感器用于检测外界环境的环境温度，湿度传感器用于检测外界环境的环境湿度，控制器根据环境温度传感器、湿度传感器以及介质温度传感器42采集到的数据，以控制电加热器24的开启或者关闭。当环境温度传感器检测到的环境温度低于预定温度、且湿度传感器检测到的环境湿度大于预定湿度时，此时空气存在结冰的风险，控制器就会控制电加热器24工作以加热储液箱22内的换热介质，换热介质通过换热器26与空气进行热交换，以加热空气，避免结冰。当环境温度传感器检测到的环境温度高于预定温度，和/或湿度传感器检测到的环境湿度小于预定湿度时，空气不会结冰，因此可以不用加热空气，此时控制器控制电加热器24停止加热换热介质。当介质温度传感器42检测到储液箱22内的换热介质温度达到指定温度范围的上限值时，控制器控制电加热器24停止加热换热介质，当换热介质温度低于指定温度范围的下限值时，控制器控制电加热器24重新加热换热介质。根据外界和换热介质的实时情况，控制电加热器24的启停，有利于实现节能效果，而且通过传感器和控制器的配合，实现了自动化，无需人工操控。

在一实施例中，预定温度为5℃，预定湿度为80％。

在本实施例中，过滤结构14包括多组设置在进气通道20内的多组多级过滤器，多组多级过滤器沿垂直于重力方向即水平方向间隔排布，以增大过滤结构14的通流能力和过滤效率，每组多级过滤器都对应一个换热器26。

每个多级过滤器都包括沿进气方向依次排列的初效过滤器44和高效过滤器46，高效过滤器46和初效过滤器44沿重力方向即竖向排布，且初效过滤器44和高效过滤器46的过滤面呈水平放置，也即，过滤面与重力方向垂直，换热器26位于初效过滤器44和高效过滤器46之间。进气通道20内的空气从下往上运动过程中，空气先后经过初效过滤器44、换热器26以及高效过滤器46，初效过滤器44可以对空气进行初步过滤，过滤掉空气中相应尺寸例如直径大于5微米的固体颗粒物，被初效过滤器44过滤后的空气运动至换热器26，与换热器26内的换热介质进行热交换，避免结冰，被加热后的空气再运动至高效过滤器46处，高效过滤器46进一步对空气进行过滤，过滤掉空气中尺寸更小的固体颗粒物，例如直径大于0.5微米的固体颗粒物，使得空气达到燃气轮机10的进气标准再进入燃气轮机主机模块12的燃气轮机核心机。将不同尺寸的固体颗粒物分级过滤，可有效提高各级过滤器的使用寿命。由于初效过滤器44和高效过滤器46都是水平放置，因此，聚积在初效过滤器44和高效过滤器46上的部分杂质会在重力的作用下自动沉降，从过滤器上脱落下来，在一定程度上实现了初效过滤器44和高效过滤器46的自清洁效果，延长了初效过滤器44和高效过滤器46的维护周期，从而降低初效过滤器44和高效过滤器46的清理和更换频率，以降低维护成本。

初效过滤器44和高效过滤器46的具体种类不进行限定，可以根据实际使用场景灵活选择，例如，当燃气轮机10的使用场景为湿度较高环境时，初效过滤器44和高效过滤器46可以采用憎水性的过滤器。

多级过滤器还包括液滴过滤器48，液滴过滤器48位于初效过滤器44远离高效过滤器46的一侧，且液滴过滤器48的过滤面呈水平放置。进气通道20内的空气从下往上运动过程中，首先经过液滴过滤器48，液滴过滤器48可以过滤掉空气中的部分水汽，降低空气的湿度，然后再通过初效过滤器44和高效过滤器46过滤掉空气中的固体颗粒物，将换热器26设置在高效过滤器46和初效过滤器44之间，空气在达到换热器26时，已经经过了液滴过滤器48的过滤，从而避免空气湿度过大而影响换热器26的正常工作和使用寿命。

由于燃气轮机10具有液滴过滤器48，而液滴过滤器48可以过滤掉空气中的部分水分，使得燃气轮机10可以适用于湿度较高的环境，例如海上工作平台，不需要根据使用环境去更换相应的过滤器，通用性更强，使得燃气轮机10可以在不同的环境工况下正常工作，拓宽了燃气轮机10的适用场景。而且液滴过滤器48不仅能过滤水汽，还能过滤掉空气中尺寸较大的颗粒，例如直径大于20微米的颗粒物。同时液滴过滤器48也是水平放置，因此聚积在液滴过滤器48上的部分杂质也会在重力作用下自动沉降，实现自清洁效果，以延长液滴过滤器48的维护周期。

燃气轮机进气系统11的机壳13内部设有围壁50，围壁50围绕在初效过滤器44、高效过滤器46以及换热器26的外周，水泵34和储液箱22位于围壁50的外侧。围壁50大致为方形框，其围绕在多级过滤器和换热器26的外周，使得空气是在围壁50的内侧进行流动，而水泵34和储液箱22又在围壁50的外侧，空气在进气通道20内流动时不会流经水泵34和储液箱22，从而起到将空气和水泵34与储液箱22分隔开的效果，而且燃气轮机进气系统11只通过进气通道20与外界相连通，因此水泵34和储液箱22与外界环境也是隔开的，避免空气中存在可燃气体时、水泵34或者电加热器24工作时产生电火花而导致爆炸的风险，燃气轮机10具有防爆的特点，使其不需要改造就能适用于油气田或者海上钻井平台等场所。

围壁50相对的两侧为安装架52，安装架52上设有多个卡槽54，液滴过滤器48、初效过滤器44、换热器26以及高效过滤器46分别安装于相应的卡槽54，从而将液滴过滤器48、初效过滤器44、换热器26以及高效过滤器46集成在一起。

可以理解地，液滴过滤器48、初效过滤器44、换热器26以及高效过滤器46可以是固定在安装架52上，也可以是通过卡槽54滑动安装在安装架52上。在本实施例中，液滴过滤器48、初效过滤器44、换热器26以及高效过滤器46分别滑动安装于相应卡槽54，并能沿相应卡槽54的长度方向滑动，使得液滴过滤器48、初效过滤器44、换热器26以及高效过滤器46都可以通过推拉的方式安装到安装架52上或者从安装架52上取下来，拆装操作简单，以便进行更换或维护。

燃气轮机进气系统11还包括防虫网56，进气通道20具有与外界连通的进气口60，进气口60位于机壳13上，防虫网56与进气口60相对设置，以防止蚊虫通过进气口60进入进气通道20内部，使得燃气轮机10可以适用于蚊虫较多的环境，例如雨林环境，进一步拓宽了燃气轮机10的适用场景。

较佳地，防虫网56与机壳13可拆卸连接，使得防虫网56在使用一段时间后，操作人员可以将防虫网56从即可上拆下来进行清洗或者换上新的防虫网56，避免防虫网56上蚊虫尸体数量过多而影响进气效果。

燃气轮机10还包括挡雨罩62，挡雨罩62位于进气口60的上方，挡雨罩62与机壳13连接并朝远离机壳13的方向向下倾斜延伸。遇到下雨情况时，挡雨罩62可以起到挡雨效果，降低雨水通过进气口60进入进气通道20内的风险。

防虫网56的一端与挡雨罩62远离机壳13的一端连接，另一端向下倾斜延伸至进气口60的下方，并与机壳13连接，从而起到覆盖进气口60的效果。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种除冰结构，用于加热燃气轮机进气系统的进气通道内的空气，其特征在于，所述除冰结构包括：

储液箱，具有用于容纳换热介质的储液腔；

电加热器，安装于所述储液箱并用于对所述储液腔内的换热介质进行加热；

换热器，位于所述进气通道内，所述换热器设有液体流道；

管道，连通所述储液腔和所述液体流道，以使所述储液腔内的换热介质加热后能流动至所述换热器的液体流道内。

2.根据权利要求1所述的除冰结构，其特征在于，所述管道包括输液管道和回液管道，所述储液箱上设有与所述储液腔连通的出液口和进液口，所述液体流道具有入口和出口，所述输液管道连通所述出液口和所述入口，所述回液管道连通所述出口和所述进液口。

3.根据权利要求1所述的除冰结构，其特征在于，所述储液箱上安装有与所述储液腔相连通的排气阀。

4.根据权利要求1所述的除冰结构，其特征在于，所述储液箱上设有用于检测所述储液腔内换热介质温度的介质温度传感器。

5.根据权利要求1所述的除冰结构，其特征在于，所述除冰结构还包括用于向所述换热介质提供动力的水泵，所述水泵位于所述储液箱和所述换热器之间并与所述管道连通。

6.一种燃气轮机进气系统，其特征在于，包括机壳、过滤结构和以及如权利要求1-5任一项所述的除冰结构，所述机壳设有进气通道，所述过滤结构位于所述进气通道内，所述除冰结构的换热器位于所述进气通道内并与所述过滤结构相对设置。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机进气系统，其特征在于，所述过滤结构包括沿进气方向依次设置的初效过滤器和高效过滤器，所述高效过滤器和所述初效过滤器沿重力方向间隔排布，且所述高效过滤器和所述初效过滤器的过滤面呈水平放置，所述换热器间隔设于所述初效过滤器和所述高效过滤器之间。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机进气系统，其特征在于，所述过滤结构还包括位于所述进气通道内的液滴过滤器，所述液滴过滤器间隔设于所述初效过滤器远离所述高效过滤器的一侧。

9.根据权利要求6所述的燃气轮机进气系统，其特征在于，所述燃气轮机进气系统还包括用于检测环境温度的环境温度传感器、用于检测环境湿度的湿度传感器、以及与所述环境温度传感器和所述湿度传感器连接的控制器，所述控制器与所述电加热器连接，所述控制器根据所述环境温度传感器和所述湿度传感器采集到的数据，以控制所述电加热器的开启或者关闭。

10.根据权利要求7所述的燃气轮机进气系统，其特征在于，所述机壳内部设有围壁，所述围壁围绕在所述初效过滤器、所述换热器以及所述高效过滤器的外周，以使空气在所述围壁的内侧流动。