DE102015113008A1

DE102015113008A1 - Schalldämpfungs- und Kühlungsanordnung mit einem Fasermedium

Info

Publication number: DE102015113008A1
Application number: DE102015113008.4A
Authority: DE
Inventors: Hua Zhang; Valery Ivanovich Ponyavin; Joshua Shane Sater; Jianmin Zhang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2016-02-25
Also published as: JP2016044676A; JP6599168B2; US9359914B2; US20160053637A1; CH710051A2

Abstract

Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Anordnung (100) mit einem Fasermedium (102) mit mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen (106) darin bereit, wobei die mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle (106) für einen Strom von Fluid (104) durch sie durchlässig sind; einen Verteiler (110) in Kontakt mit dem Fasermedium (102) und mit einer Öffnung (112) darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler (110); und wenigstens zwei akustische Abschirmungen (122), die mit dem Fasermedium (102) gekoppelt sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers (110) befinden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Offenbarung betrifft allgemein Schalldämpfung und Kühlung in einem Arbeitsfluid wie zum Beispiel der Einlassluft einer Turbomaschine. Genauer betrifft die Offenbarung Anordnungen mit einem Fasermedium, die eine Schalldämpfung und zusätzlich eine Kühlung in einer Turbine bereitstellen.
Herkömmliche Turbinenanlagen werden häufig zum Erzeugen von Strom beispielsweise für Elektrogeneratoren eingesetzt. Ein Arbeitsfluid, wie zum Beispiel heißes Gas or Dampf, kann über Sätze von Turbinenschaufeln gedrückt werden, die mit einem Rotor der Turbinenanlage gekoppelt sind. Die Kraft des Arbeitsfluids auf den Schaufeln versetzt diese Schaufeln (und den damit gekoppelten Körper des Rotors) in Drehung. In vielen Fällen ist der Rotorkörper mit der Antriebswelle einer dynamoelektrischen Maschine wie einem Elektrogenerator gekoppelt. In diesem Sinne kann die Anfangsdrehung des Turbinenanlagenrotors auch die Antriebswelle im Elektrogenerator in Drehung versetzen, um einen elektrischen Strom (assoziiert mit einer Leistungsabgabe) zu erzeugen.
Variablen wie Wirkungsgrad, Leistungsabgabe und Ausfallrisiko der Turbine sind wenigstens zum Teil von der Innentemperatur bestimmter Komponenten und Durchgänge wie Einlässe, Auslässe usw. abhängig. Die Temperatur eines durch die Turbinenanlage fließenden Arbeitsfluids beeinflusst Leistungen wie das erzeugte Drehmoment und/oder den erzeugten Strom. Die Konstruktion einer Turbinenanlage so, dass es eine bestimmte Betriebstemperatur hat, kann diese Leistungen verbessern. Der Vorgang des Regelns von Betriebstemperaturen, um die Leistungsabgabe einer Analge zu erhöhen, kann als „Turbinenleistungserhöhung“ bezeichnet werden. Um die Temperatur einer Turbinenanlage zu verwalten, können verschiedene Kühlanlagen eingesetzt werden.
Ein weiterer Satz von Variablen, der Leistung und Sicherheit einer Turbine beeinflussen kann, insbesondere in einer Gasturbine, sind dynamische Ausgangsgrößen (d.h. Geräusche), die während des Betriebs von der Turbine erzeugt werden. Die erzeugte Geräuschentwicklung kann aufgrund der unterschiedlichen Betriebscharakteristiken, z.B. der höheren Umfangsgeschwindigkeit des Kompressorrotors in einer landgestützten Gasturbine größer sein als in anderen Turbomaschinentypen. Somit können einige Materialien oder Komponenten einer Turbine auf der Basis ihrer Fähigkeit konstruiert oder ausgewählt werden, akustische Wellen zu unterdrücken.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden hierin Schalldämpfungs- und Kühlungsanordnungen erörtert, die ein Fasermedium enthalten. Es werden zwar Ausgestaltungen der Offenbarung hierin beispielhaft mit Bezug auf Turbinenanwendungen erörtert, aber es ist zu verstehen, dass Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung auch auf andere Situationen anwendbar sind, z.B. jede Maschine mit einem Luftdurchgang zum Aufnehmen von Temperaturkühlung und Schallunterdrückung.
Ein erster Aspekt der Erfindung stellt eine Anordnung bereit, die aufweisen kann: ein Fasermedium mit mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen darin, wobei die mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle für einen hindurchgehenden Strom von Fluid durchlässig sind; einen Verteiler in Kontakt mit dem Fasermedium, der eine Öffnung darin aufweist, um ein flüssiges Kühlmittel durch den Verteiler zu lassen; und wenigstens zwei akustische Abschirmungen, die mit dem Fasermedium gekoppelt sind und sich in der Nähe von gegenüberliegenden Seiten des Verteilers befinden.
In irgendeiner Ausgestaltung der Anordnung kann es vorteilhaft sein, dass die Anordnung ferner eine Kühlmittelauffangwanne in Fluidverbindung mit dem Fasermedium aufweist.
In irgendeiner Ausgestaltung der Anordnung kann es vorteilhaft sein, dass die Anordnung ferner ein mit dem Verteiler gekoppeltes Kühlmittelrohr aufweist, in dem ein Spülventil angeordnet ist, wobei das Spülventil wahlweise einen Fluss des flüssigen Kühlmittels von der Anordnung verhindert bzw. zulässt.
In irgendeiner Ausgestaltung der Anordnung kann es vorteilhaft sein, dass die Anordnung ferner eine mit dem Verteiler gekoppelte Spritzschutzabdeckung umfasst.
In irgendeiner Ausgestaltung der Anordnung kann es vorteilhaft sein, dass das Fasermedium eine Dichte zwischen etwa 40 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) und etwa 450 kg/m³ hat.
In irgendeiner Ausgestaltung der Anordnung kann es vorteilhaft sein, dass eine Krümmung von einem der mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen eine hindurchgehende Übertragung von Schall unterdrückt.
In irgendeiner Ausgestaltung der Anordnung kann es vorteilhaft sein, dass das Fasermedium mehrere zu einem Stapel angeordnete Faserplatten beinhaltet.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Turbinenkomponente bereit aufweisend: einen Durchgang, der zum Durchlassen eines Luftstroms von einem Kompressor eingerichtet ist; ein in dem Durchgang befindliches Fasermedium, wobei das Fasermedium mehrere im Wesentlichen gewellte Kanäle darin aufweist, wobei jeder der mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle für den Strom von Luft durchlässig ist; einen Verteiler in Kontakt mit dem Fasermedium und mit einer Öffnung darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler; und wenigstens zwei akustische Abschirmungen, die mit dem Fasermedium gekoppelt sind und sich in der Nähe von gegenüberliegenden Seiten des Verteilers befinden.
In irgendeiner Ausgestaltung der Turbinenkomponente kann es vorteilhaft sein, dass die Tubinenkomponente ferner eine Kühlmittelauffangwanne in Kontakt mit dem Fasermedium aufweist.
In irgendeiner Ausgestaltung der Turbinenkomponente kann es vorteilhaft sein, dass eine Krümmung von einem der mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle eine hindurchgehende Übertragung von Schall unterdrückt.
In irgendeiner Ausgestaltung der Turbinenkomponente kann es vorteilhaft sein, dass die Turbinenkomponente ferner eine mit dem Verteiler gekoppelte Spritzschutzabdeckung umfasst.
In irgendeiner Ausgestaltung der Turbinenkomponente kann es vorteilhaft sein, dass das Fasermedium eine Dichte zwischen etwa 40 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) und etwa 450 kg/m³ hat.
In irgendeiner Ausgestaltung der Turbinenkomponente kann es vorteilhaft sein, dass der Strom der Druckluft durch das Fasermedium mit einem Teil des flüssigen Kühlmittels in dem Fasermedium in Kontakt kommt, so dass es verdunstet.
In irgendeiner Ausgestaltung der Turbinenkomponente kann es vorteilhaft sein, dass das Fasermedium mehrere zu einem Stapel angeordnete Faserplatten aufweist.
Ein dritter Aspekt der Erfindung stellt eine Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk mit einer Anordnung bereit, die in einem Fluidströmungsabschnitt von einem aus einer Gasturbine, einem Abhitzedampferzeuger (HRSG) und einer Dampfturbine positioniert ist, wobei die Anordnung aufweist: ein Fasermedium mit mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen darin, wobei die im Wesentlichen gewellten Kanäle für einen hindurchgehenden Strom von Fluid durchlässig sind, einen Verteiler in Kontakt mit dem Fasermedium und mit einer Öffnung darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler; und wenigstens zwei akustische Abschirmungen, die mit dem Fasermedium gekoppelt sind und sich in der Nähe von gegenüberliegenden Seiten des Verteilers befinden.
In irgendeiner Ausgestaltung des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks kann es vorteilhaft sein, dass der Fluss von Fluid durch das Fasermedium mit einem Teil des flüssigen Kühlmittels in dem Fasermedium in Kontakt kommt, so dass es verdampft.
In irgendeiner Ausgestaltung des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks kann es vorteilhaft sein, dass eine Krümmung von einem der mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle eine Übertragung von Schall durch sie unterdrückt.
In irgendeiner Ausgestaltung des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks kann es vorteilhaft sein, dass das Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk ferner eine mit dem Verteiler gekoppelte Spritzschutzabdeckung umfasst.
In irgendeiner Ausgestaltung des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks kann es vorteilhaft sein, dass das Fasermedium eine Dichte zwischen etwa 40 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) und etwa 450 kg/m³ hat.
In irgendeiner Ausgestaltung des Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks kann es vorteilhaft sein, dass das Fasermedium mehrere zu einem Stapel angeordnete Faserplatten umfasst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen besser verständlich, die verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung veranschaulichen. Dabei zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer Stromerzeugung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
2 eine Perspektivansicht einer Schalldämpfungs- und Kühlungsanordnung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
3 eine Perspektivansicht eines Kühlmittelzuführungssystems gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
4 eine perspektivische Teilansicht eines Fasermediums bestehend aus Platten gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
5 eine Querschnittsansicht eines Fasermediums mit Kanälen zwischen Platten gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
6 eine schematische Ansicht von Teilen eines Mehrwellen-Kombizyklus-Kraftwerks gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
7 eine schematische Ansicht von Teilen eines Mehrwellen-Kombizyklus-Kraftwerks gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung;
8 ein schematisches Diagramm des Verhaltens von akustischen Wellen in einem Fasermedium gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung;
9 eine Kurve der Schallunterdrückung in einem Fasermedium gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
Es wird angemerkt, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht unbedingt maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung veranschaulichen und sind daher nicht als den Umfang der Erfindung begrenzend anzusehen. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Nummern auf gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin erörterten Aspekte der Erfindung betreffen allgemein die Bereitstellung von Kühlung und Schallunterdrückung in mechanischen Anlagen und Ausrüstung. Spezieller, die hierin erörterten Aspekte der Erfindung beziehen sich auf eine Schalldämpfungs- und Kühlungsanordnung mit einem Fasermedium.
1 zeigt eine Stromerzeugungsanlage 10 in Form einer Turbomaschine. Die Stromerzeugungsanlage 10 ist beispielhaft als eine verbrennungsgestützte Turbomaschinenanordnung dargestellt, obwohl Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung auch für den Einsatz mit anderen Turbomaschinentypen (Dampfturbinen, Windturbinen, Wasserturbinen usw.) ausgelegt werden können. In verbrennungsgestützten Turbomaschinen befindet sich typischerweise eine mit einer Brennstoffdüse 14 verbundene Brennkammer 12 zwischen dem Kompressor 16 und der Turbine 18 der Stromerzeugungsanlage 10. Der Kompressor 16 und die Turbine 18 können über eine drehbare Welle 20 mechanisch miteinander gekoppelt sein. Luft 22 strömt nacheinander durch den Kompressor 16, die Brennkammer 12 und schließlich durch die Turbine 18. Die vom Kompressor 16 erzielte Kompression kann auch die Temperatur der Luft 22 erhöhen. Die Brennstoffdüse 14 kann Brennstoff zuführen, der in Anwesenheit von Luft 22 in der Brennkammer 12 verbrennt, um einen Heißgasstrom zu erzeugen. Verbrennungsreaktionen in der Brennkammer 12 erzeugen akustische Wellen als dynamischen Ausgang. Der Heißgasstrom kann in die Turbine 18 eintreten, um die drehbare Welle 20 mit mechanischer Energie zu beaufschlagen, um dadurch Leistung zurück zum Kompressor 16 und/oder zu eventuell mit der drehbaren Welle (20) gekoppelten Lasten (nicht gezeigt) zu führen. Die Stromerzeugungsanlage kann einen Durchgang zwischen dem Kompressor 16 und der Brennkammer 12 aufweisen, durch den im Kompressor 16 komprimierte Luft passiert, bevor sie verbrennt. Die Stromerzeugungsanlage 10 kann eine von mehreren individuellen Turbomaschinen sein, die vom selben Bediener gesteuert werden, und/oder kann ein Teil einer größeren Stromerzeugungsanlage sein. Größere Maschinenanlagen, die die Stromerzeugungsanlage 10 beinhalten können, werden an anderer Stelle hierin ausführlich erörtert.
2 zeigt eine Anordnung 100 gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung. Ausgestaltungen der Anordnung 100 können von einer Turbinenanlage erzeugte Geräusche unterdrücken und können zusätzlich Wärme von Fluiden absorbieren, die zwischen Komponenten der Stromerzeugungsanlage 10 (1) passieren (z.B. eintretende Kühlluft, die durch den Durchgang (1) zwischen dem Kompressor 16 (1) und der Brennkammer 12 (1) strömt). Mit Bezug auf die Stromerzeugungsanlage 10 (1), der Kompressor 16 (1) kann akustische Wellen von erheblicher Lautstärke (d.h. einem Schalldruckverhältnis zwischen etwa dreißig und fünfzig Dezibel (dB)) von der Stromerzeugungsanlage 10 (1) erzeugen. Ausgestaltungen der Anordnung 100 können diese akustischen Wellen unterdrücken und können verhindern, dass sie andere Komponenten, Vorrichtungen usw. beeinflussen, die sich außerhalb der Stromerzeugungsanlage 10 (1) befinden, um die Anforderungen an die Geräuschentwicklung in Kraftwerken zu erfüllen. Zusätzlich können Ausgestaltungen der Anordnung 100 Druckfluide für den Kompressor 16 (1) kühlen, deren Temperatur nach der Kompression steigt. Die Anordnung 100 kombiniert die Merkmale des Kühlens eines Luftstroms im Durchgang 24 mit der akustischen Unterdrückung von Schallwellen, die ebenfalls den Durchgang 24 durchqueren.
Beim Betrieb kann die Anordnung 100 Fluide im Durchgang 24 kühlen und dabei akustische Wellen unterdrücken, die sonst durch den Durchgang 24 aus einer Maschine (z.B. der Stromerzeugungsanlage 10) austreten würden. Es sind zwar in den beigefügten Zeichnungen bestimmte Ausgestaltungen der Anordnung 100 dargestellt und werden hierin beispielhaft erörtert, aber es ist zu verstehen, dass die Anordnung 100 eine Reihe verschiedener Strukturen beinhalten kann, die dieselben oder ähnliche Konzepte anwenden. Die Anordnung 100 kann ein Medium (z.B. mehrere Platten, ein Geflecht, eine Fliese oder eine andere Schicht) von Fasern beinhalten, die im Wesentlichen über einen Querschnitt des Durchgangs 24 positioniert sind. Raum zwischen den Fasern des Mediums kann mehrere Kanäle durch das Medium der Anordnung 100 erzeugen, durch die Fluide im Durchgang 24 passieren können. Diese Kanäle können im Wesentlichen gewellt sein, so dass akustische Wellen in dem Durchgang 24 keine direkte Durchgangslinie haben und durch das Fasermedium der Anordnung 100 unterdrückt oder blockiert oder zumindest gedämpft werden. Räume zwischen Fasern des Fasermediums lassen es auch zu, dass Kühlfluide durch das Fasermedium der Anordnung 100, das Wärmeenergie von Fluiden in dem Durchgang 24 absorbieren kann, verteilt werden.
Die Anordnung 100 kann ein Zuführungssystem zum Liefern von flüssigen Kühlmitteln zum Fasermedium der Anordnung 100 einschließlich der im Wesentlichen gewellten Kanäle darin beinhalten. Beim Betrieb können flüssige Kühlmittel über das Fasermaterial in der Anordnung 100 durch Fließen durch Räume zwischen individuellen Fasern des Materials verteilt werden. In einer bestimmten Ausgestaltung kann das flüssige Kühlmittel Wasser oder ein anderer Typ von Verdunstungskühlmittel sein. Fluide können durch die im Wesentlichen gewellten Kanäle des Mediums fließen und Energie auf das Kühlmittel übertragen, so dass ein Teil des verteilten Kühlmittels verdunstet. Diese Übertragung von Energie von Fluid zu flüssigen Kühlmitteln, die über die Anordnung 100 verteilt sind, kann die Temperatur von Fluiden im Durchgang 24 senken. Unverdunstete flüssige Kühlmittel können bei Bedarf in einer Wanne am Boden der Anordnung 100 aufgefangen und zurück zum Zuführungssystem und/oder zu anderen Komponenten umgeleitet werden (z.B. durch eine(n) Pumpe, Siphon, Conduit usw.).
Eine Anordnung 100, einschließlich eines Fasermediums 102 darin, kann in einem Pfad positioniert sein, durch den ein Fluid 104 strömt, z.B. ein Strom von Luft durch den Durchgang 24 der Stromerzeugungsanlage 10 (1) wie zum Beispiel eine Turbine. Die Anordnung 100 kann mit einem beliebigen bekannten oder später entwickelten Kopplungsmechanismus an der Struktur des Durchgangs 24 befestigt, gekoppelt oder auf andere Weise angebracht sein. Das Fasermedium 102 kann aus einem oder mehreren derzeit bekannten oder später entwickelten Fasermaterialien zusammengesetzt sein und kann als nicht begrenzende Beispiele Membranen auf Faserbasis, polymere Folien oder Lamellen, Materialien auf Cellulosebasis, Fasern auf Glasbasis, Mineralfasern, Composite-Materialien beinhalten, die beliebige der hierin offenbarten Substanzen und/oder andere Materialien enthalten, usw. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Fasermedium 102 eine Dichte zwischen etwa vierzig Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) und etwa vierhundertfünfzig kg/m³ mit einem Faserdurchmesser zwischen etwa fünf Mikrometern (μm) und etwa fünfzig μm haben. Fasermedium 102 kann so gewählt, modifiziert, hergestellt usw. sein, dass es mehrere im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 darin aufweist, die den Strom von Fluid 104 durch Fasermedium 102 übertragen kann.
Die Anordnung 100 kann auch eine Kühlmittelzufuhranlage 108 neben dem Fasermedium 102 aufweisen. Die Kühlmittelzufuhranlage 108 kann flüssige Kühlmittel fördern, die von einem Reservoir 109 zum Fasermaterial 102 gepumpt werden, um Wärmeenergie aus Fluid 104 zu absorbieren. In einer beispielhaften Ausgestaltung kann sich die Kühlmittelzufuhranlage 108 der Anordnung 100 auch im Durchgang 24 der Stromerzeugungsanlage 10 (1) befinden.
Es werden nun kurz mit Bezug auf 3 die Kühlmittelzufuhranlage 108 und ihre Komponenten ausführlicher dargestellt. Die Kühlmittelzufuhranlage 108 kann einen Verteiler 110 in Kontakt mit Fasermedium 102 beinhalten. Der Verteiler 110 kann in Form einer beliebigen derzeit bekannten oder später entwickelten Komponente zum Übertragen von Fluiden vorliegen, einschließlich Flüssigkeiten, von einer anderen Komponente, Kammer usw. in eine andere. Der Verteiler 110 ist in den 2 und 3 beispielhaft in Form eines Pad dargestellt, aber es können auch andere Ausgestaltungen vorgesehen werden. Zum Beispiel, der Verteiler 110 kann in Form einer Kammer, mehrerer Perforationen, eines perforierten Rohrs, eines/r teildurchlässigen Materials oder Gruppe von Materialien usw. vorliegen. Der Verteiler 110 kann eine Öffnung 112 aufweisen, die flüssige Kühlmittel durch den Verteiler 110 zu Fasermedium 102 lässt. Spezieller, die Öffnung 112 kann eine Fluidverbindung zwischen Fasermedium 102 und einem mit dem Verteiler 110 gekoppelten Kühlmittelrohr 114 herstellen.
Ein Reservoir 109 kann eine vorbestimmte Menge an flüssigen Kühlmitteln speichern, die über das Fasermedium 102 verteilt oder zu anderen Komponenten umgeleitet werden sollen. Eine Pumpe 111 kann die flüssigen Kühlmittel im Reservoir 109 zum Kühlmittelrohr 114 fördern. 2 beinhaltet, und die vorliegende Offenbarung erörtert, das Kühlmittelrohr 114 als ein besonderes Beispiel, aber es ist zu verstehen, dass das Kühlmittelrohr 114 zusätzlich oder alternativ in Form einer beliebigen derzeit bekannten oder später entwickelten mechanischen Vorrichtung zum Speichern und/oder Übertragen von Fluiden vorliegen kann. Die Öffnung 112 ist zwar für einen menschlichen Beobachter wie in den 2 und 3 gezeigt sichtbar, aber es ist auch zu verstehen, dass eine Ausgestaltung des Verteilers 110 selektiv durchlässige Materialien (z.B. Filtermaterialien und/oder Substanzen auf Kohlenstoffbasis) mit mehreren Öffnungen 112 darin aufweisen kann, die für einen menschlichen Beobachter unsichtbar sind. Als nicht begrenzende Beispiele, das Kühlmittelrohr 114 kann flüssige Kühlmittel übertragen wie zum Beispiel: ein Gefrierschutzmittel, Wasser, ein Verdunstungskühlmittel, eine Gefrierschutz-Wasser-Lösung und/oder andere derzeit bekannte oder später entwickelte Materialien mit ähnlichen Wärmeübertragungseigenschaften. Von einer Kühlmittelzufuhranlage 108 bereitgestellte Kühlmittel können lateral durch Platten von Fasermedium 102 wandern, indem sie durch Lücken und/oder Abschnitte von Fasermedium 102 strömen, die für Flüssigkeiten durchlässig sind. Einige Fasermedium 102 zugeführte Kühlmittel können Kühlmittel für Verdunstungskühlung beinhalten. Verdunstungskühlung bezieht sich auf einen Prozess, der ein Kühlmittel mit einer hohen Verdunstungswärme benutzt (z.B. Wasser mit einer Verdunstungswärme von 40,68 Kilojoules pro Mol), um ein fließendes Fluid wie Luft zu kühlen. Bei Verdunstungskühlung kann ein Fluid Energie auf das Kühlmittel übertragen, so dass das Kühlmittel verdunstet, um dadurch die Temperatur des Fluids zu senken.
Eine Ansaugleitung 116 kann vom Reservoir 109 gepumpte Kühlmittel mit der Pumpe 111 in das Kühlmittelrohr 114 der Kühlmittelzufuhranlage 108 übertragen. Die Ansaugleitung 116 ist beispielhaft in Form eines einzelnen Conduit dargestellt, aber es ist jede beliebige Anzahl von Conduits möglich und die Ansaugleitung 116 kann auch in Form von anderen Strukturen zum Übertragen eines Kühlmittels vorliegen. Kühlmittel, die nicht durch den Verteiler 110 in das Fasermedium 102 eintreten, können selektiv von der Kühlmittelzufuhranlage 108 durch eine oder mehrere Spülleitungen 118 in Fluidverbindung mit dem Kühlmittelrohr 114 ausgespült werden. Spülleitungen 118 können mit dem Kühlmittelrohr 114 gekoppelt werden, um den Strom von flüssigen Kühlmitteln vom Kühlmittelrohr 114 in den Verteiler 110 während des Betriebs zu regulieren. 2 zeigt zwar zum Beispiel zwei Spülleitungen 118, aber es kann jede beliebige Anzahl von Spülleitungen 118 benutzt werden. Ferner können Spülleitungen 118 in Form einer anderen Struktur oder Zuführungsanlage zum Übertragen von Kühlmitteln vorliegen. Um zu verhindern, dass flüssige Kühlmittel aus dem Kühlmittelrohr 114 spritzen und/oder in andere Bereiche der Anordnung 100 bei der Passage durch den Verteiler 100 auslaufen, kann eine Spritzschutzabdeckung 120 mit dem Verteiler 110 gekoppelt werden. Die Spritzschutzabdeckung 120 kann so gestaltet sein, dass sie das Kühlmittelrohr 114 darin aufnimmt. Die Spritzschutzabdeckung 120 kann aus einem Material wie Glas, einem Metall, einem Kunststoff und/oder einem beliebigen anderen Materialtyp bestehen, der den Fluss von Fluiden dadurch blockiert.
Zurück zu 2, die Anordnung 100 kann auch zwei oder mehr akustische Abschirmungen 122 aufweisen, die mit dem Fasermedium 102 gekoppelt sind und sich in der Nähe des Verteilers 110 befinden. Akustische Abschirmungen 122 können akustische Wellen unterdrücken, die sonst die Anordnung 100 umgehen und von einer Geräusche erzeugenden Komponente (z.B. einem Kompressor 16 (1) der Stromerzeugungsanlage 10 (1)) oder anderen Komponenten und Systemen außerhalb des Stromerzeugungssystems 10 wandern. Akustische Abschirmungen 122 können eine Form und eine Materialzusammensetzung haben, die akustische Wellen unterdrücken und deren Größe z.B. zwischen etwa zehn und etwa zwanzig Dezibel (dB) verringern. Akustische Abschirmungen 122 mit festen Flächen können auch akustische Wellen unterdrücken, z.B. durch Reflexion, Unterdrückung usw., ohne dass die akustischen Wellen die Kühlmittelzufuhranlage 108 oder Komponenten erreichen, die sich jenseits der Position der Anordnung 100 befinden. Einige Materialien, aus denen akustische Abschirmungen 122 konstruiert sein können, beinhalten als nicht begrenzendes Beispiel Schaumstoffmaterialien, Kunststoffe, Acrylfasern, Kombinationen dieser Materialien und/oder andere akustische Unterdrückungsmaterialien, die entweder derzeit bekannt sind oder später entwickelt werden. Akustische Abschirmungen 122 können ein Kühlmittelrohr und einen Verteiler 110 beinhalten und können frei von Durchgängen darin sein. Die feste Oberflächenstruktur von akustischen Abschirmungen 122 kann auch den Strom von Fluid 104 reflektieren oder blockieren.
Die Anordnung 100 kann auch eine Abtrennung 124 zum Unterteilen von Fasermaterial 102 in mehrere Abschnitte beinhalten. Die Abtrennung 124 kann aus einem beliebigen Material bestehen, das den Fluss von Fluid 104 blockiert, und kann in einer bestimmten Ausgestaltung aus demselben Material bestehen wie die akustischen Abschirmungen 122 oder aus einem anderen Typ von akustischem Abschirmungsmaterial. Die 2 und 3 zeigen zwar zu Illustrationszwecken nur eine einzige Kühlmittelzufuhranlage 108, aber es ist zu verstehen, dass eine einzige Anordnung 100 bei Bedarf mehrere Kühlmittelzufuhranlagen 108 beinhalten kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung 100 auch mehrere Verteiler 110 und/oder Kühlmittelrohre 114 aufweisen. Jeder Verteiler 110 und/oder jedes Kühlmittelrohr 114 kann flüssiges Kühlmittel zu unterschiedlichen Sektionen von durch Abtrennungen 124 unterteiltem Fasermedium 102 verteilen. In einigen Fällen können mehrere Kühlmittelzufuhranlagen 108 Kühlmittel zur selben Anordnung 100 bereitstellen. In diesem Fall können Abschnitte von Fasermedium 102 (z.B. durch Abtrennungen 124 unterteilt) mit einer entsprechenden Kühlmittelzufuhranlage 108 und/oder bei Bedarf einer Sektion einer größeren Kühlmittelzufuhranlage 108 gekoppelt werden. Es können mehrere Kühlmittelzufuhranlagen verwendet werden, z.B. zum Regeln der Menge an flüssigen Kühlmitteln, die zu unterschiedlichen Sektionen von Fasermedium 102 geführt werden, um unterschiedliche Kühlungsniveaus zu erzielen.
Eine Auffangwanne 126 kann unter dem Fasermedium 102 positioniert sein, um flüssige Kühlmittel aufzufangen, einschließlich unverdunsteter Kühlmittel, die für die Anordnung 100 und/oder andere Komponenten wiederverwendet werden können. Die Auffangwanne 126 kann in Fluidverbindung mit dem Fasermedium 102 sein und kann in einer besonderen Ausgestaltung eine vorbestimmte Menge an flüssigem Kühlmittel auffangen. Während Kühlmittel vom Verteiler 110 durch das Fasermaterial 102 verteilt werden, können Kühlmittel schwerkraftbedingt durch das Fasermedium 102 absinken. Unverdunstete flüssige Kühlmittel können sich in der Kühlmittelwanne 126 absetzen. In alternativen Ausgestaltungen kann die Auffangwanne 126 z.B. ein selektiv aktiviertes Vakuum beinhalten, um Saugkraft zum Auffangen von flüssigen Kühlmitteln aus dem Fasermedium 102 bereitzustellen. Zum Koppeln der Auffangwanne 126 mit der Kühlmittelzufuhranlage 108 und/oder anderen Komponenten kann die Auffangwanne 126 bei Bedarf Verrohrungskomponenten wie Dränage, Rohre, Pumpen usw. (nicht gezeigt) aufweisen, die damit zum Weiterleiten des Kühlmittels zu anderen Komponenten gekoppelt sind. In einer beispielhaften Ausgestaltung können eine Pumpe und ein Conduit Kühlmittel von der Auffangwanne 126 zur Ansaugleitung 116 übertragen. In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung können Spülleitungen 118 zur Auffangwanne 126 führen, um ungebrauchtes Kühlmittel mit unverdunsteten flüssigen Kühlmitteln zu mischen, die dann zurück zum Kühlmittelrohr 114 oder zu einem anderen Ort geführt werden können.
4 zeigt eine Ausgestaltung von Fasermedium 102 bestehend aus mehreren Platten 202. Jede Platte 202 kann aus einer oder mehreren der hierin erörterten beispielhaften Fasersubstanzen bestehen, um akustische Wellen zu dämpfen, die durch im Wesentlichen gewelltes Fasermedium 102 wandern. Im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 können zwischen zwei oder mehr Platten 202 positioniert sein, und Fluid 104 kann durch im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 fließen. In einer beispielhaften Ausgestaltung können mehrere Platten 202 gestapelt werden, wobei im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 als Lücken zwischen den verschiedenen Platten vorhanden sind, um Fasermedium 102 zu bilden. Durch Anordnen mehrerer Platten 202 zu einem Stapel zum Bilden von Fasermedium 102 wird ermöglicht, dass ein Benutzer und/oder Hersteller der Anordnung 100 Platten von Fasermedium 102 nach Bedarf hinzufügt oder entfernt, um das in der Anordnung 100 bereitgestellte Niveau an Unterdrückung und/oder Kühlung zu verändern.
Im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 zwischen Platten 202 von Fasermedium 102 sind in 5 ausführlicher dargestellt. Jede Platte 202 von Fasermedium 102 kann eine Oberfläche mit einer profilierten Gestalt (z.B. gekrümmt, sinusförmig, unregelmäßig usw.) aufweisen. Die Oberflächen von Platten 202 können einander an bestimmten Stellen kontaktieren, um im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 zwischen zwei einander kontaktierenden Platten 202 zu erzeugen. Fluid 104 kann in den im Wesentlichen gewellten Kanal 106 (z.B. in die Ebene von 5) zwischen Platten 202 fließen, um durch Fasermedium 102 zu passieren. Die im Wesentlichen gewellte Form von im Wesentlichen gewellten Kanälen 106 kann mehrere Reflexionen von Schallwellen erzeugen, um die Absorption von akustischer Energie zu erhöhen oder die Übertragung von akustischen Wellen (d.h. Schall) durch Fasermedium 102 und die Anordnung 100 anderweitig zu blockieren. In einer Ausgestaltung kann der im Wesentlichen gewellte Kanal 106 frei von kompletten „Sichtlinien“ sein, durch die akustische Wellen passieren können. Platten 202 können aus anderen Materialien (z.B. durch Faserfraktionierung oder chemische Prozesse) synthetisiert oder hergestellt werden, so dass sie eine Oberfläche mit einer bestimmten Krümmung haben, so dass jeder im Wesentlichen gewellte Kanal 106 einen vorbestimmten Betrag an akustischer Unterdrückung (z.B. einen bestimmten akustischen Übertragungsverlust in Dezibel) für jede Platte 202 bietet. In einem an anderer Stelle hierin erörterten mathematischen Beispiel werden akustische Unterdrückungseigenschaften von Fasermedium 102 erörtert.
Die Krümmung von im Wesentlichen gewellten Kanälen 106 kann auch den Widerstand gegen durch die Anordnung 100 fließendes Fluid 104 im Vergleich zu herkömmlichen Verdunstungsmedien reduzieren. Zum Beispiel, Größe und Konfiguration von im Wesentlichen gewellten Kanälen 106 können einen minimalen Effekt auf Fluidgeschwindigkeit und/oder Fluidfluss durch sie haben und dabei mehrere Flächen zum Reflektieren und dadurch Reduzieren der Amplitude von akustischen Wellen erzeugen. Das Verstärken der Krümmung von Platten 202 kann die Menge an akustischer Dämpfung erhöhen, aber diese Erhöhung kann auf Kosten eines zunehmendem Widerstands gegen das Fluid 104 innerhalb von im Wesentlichen gewellten Kanälen 106 gehen. Das geeignete Niveau an Geräuschdämpfung und/oder Reibungswiderstand auf durch sie passierende Fluide 104 kann für eine bestimmte Maschine und/oder Anwendung spezifisch sein. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mit im Wesentlichen gewellten Kanälen 106 können jedoch wenigstens signifikante akustische Unterdrückung unabhängig von Material, Form usw. bieten, wie in einem mathematischen Modell der Anordnung 100 hierin dargestellt ist.
6 zeigt eine schematische Ansicht einem Mehrwellen-Kombizyklus-Kraftwerk 300. Das Kombizyklus-Kraftwerk 300 kann beispielsweise eine Gasturbinenanlage 500 mit einer Gasturbine 580 umfassen, die mit einem Generator 570 wirkverbunden ist. Der Generator 570 und die Gasturbine 580 können durch eine Welle 515 mechanisch gekoppelt sein, die Energie zwischen einer Antriebswelle (nicht gezeigt) der Gasturbine 580 und dem Generator 570 übertragen kann. Wie 6 ebenfalls zeigt, kann ein Wärmetauscher 586 mit der Gasturbine 580 und einer Dampfturbinenanlage 590 wirkgekoppelt sein. Der Wärmetauscher 586 kann über herkömmliche Conduits (Nummerierung weggelassen) sowohl mit der Gasturbine 580 als auch mit einer Dampfturbine 592 der Dampfturbinenanlage 590 fluidisch verbunden sein. Der Wärmetauscher 586 kann ein herkömmlicher Abhitzedampferzeuger (HRSG) wie zum Beispiel ein solcher sein, der in herkömmlichen Kombizyklus-Kraftanlagen zum Einsatz kommt. Wie in der Stromerzeugungstechnik bekannt ist, können HRSG 586 heiße Abgase von der Gasturbine 580 in Kombination mit einer Wasserzufuhr benutzen, um Dampf zu erzeugen, der der Dampfturbine 592 zugeführt wird. Die Dampfturbine 592 kann optional mit einem anderen Generatorsystem 570 (über eine andere Welle 515) gekoppelt werden. Es ist zu verstehen, dass Generatoren 570 und Wellen 515 von einer/m in der Technik bekannten beliebigen Größe oder Typ sein können und sich je nach ihrer Anwendung oder der Anlage unterscheiden können, mit der sie verbunden sind. Die gemeinsame Nummerierung der Generatoren und Wellen soll nur der Deutlichkeit dienen und legt nicht unbedingt den Schluss nahe, dass diese Generatoren oder Wellen identisch sind. Jede Generatoranlage 570 und jede Welle 515 kann nach im Wesentlichen ähnlichen Prinzipien arbeiten und/oder kann im Wesentlichen dieselben Verhalten aufweisen. Ein(e) oder mehrere Anlagen und/oder Elemente eines Kombizyklus-Kraftwerks 300 kann/können so ausgelegt werden, dass sie eine Anordnung 100 zum Unterdrücken von akustischen Wellen und/oder zum Kühlen von Fluiden darin aufweisen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung (gestrichelt dargestellt) kann eine Gasturbinenanlage 500 und/oder eine Dampfturbinenanlage 590 mit einer Anordnung 100, z.B. im Durchgang 24, nachgerüstet werden. In einer anderen, in 7 gezeigten Ausgestaltung kann ein Einzelwellen-Kombizyklus-Kraftwerk 600 einen einzelnen Generator 570 aufweisen, der sowohl mit der Gasturbine 580 als auch mit der Dampfturbine 592 über eine einzelne Welle 515 gekoppelt ist. Das Einzelwellen-Kombizyklus-Kraftwerk 600 und/oder Elemente darin können nachgerüstet werden, so dass sie eine Ausgestaltung der Anordnung 100, z.B. im Durchgang 24, aufweisen.
Wie hierin erörtert, können Ausgestaltungen der Anordnung 100 Kühlung und akustische Unterdrückung für die Stromerzeugungsanlage 10 (1), das Kombizyklus-Kraftwerk 300 (6, 7) und/oder andere Maschinen oder Komponenten bereitstellen, bei denen Schalldämpfung und Kühlung gewünscht werden. Die akustischen Unterdrückungsmerkmale der Anordnung 100 werden mit Bezug auf ein mathematisches Beispiel ausführlicher erörtert. Die Leistung der Anordnung 100 mit Fasermedium 102 gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung kann mit mathematischen Modellen überprüft werden. Die Fähigkeit eines bestimmten Materials, akustische Wellen zu unterdrücken, kann im Hinblick auf „spezifischen Strömungswiderstand“ (R₁) ausgedrückt werden, der teilweise vom Durchmesser von Fasern in einem Fasermaterial zusätzlich zur Dichte des Materials abhängen kann. Im nachfolgenden Beispiel wird angenommen, dass das Fasermedium 102 einen Faserdurchmesser von etwa fünfzehn μm und eine Raumdichte von etwa zweihundert kg/m³ hat. Der spezifische Strömungswiderstand eines Materials gegen akustische Wellen kann durch eine der folgenden Formeln definiert werden:
wobei „D“ den Faserdurchmesser des Fasermediums 102 in Mikrometern repräsentiert, ☐_bulk die Raumdichte des Fasermediums 102 in kg/m³ repräsentiert, „SpGr“ eine Abkürzung für das einheitslose spezifische Gewicht eines bestimmten Materials ist und R₁ den spezifischen Strömungswiderstand in MKS Rayls pro Meter („MKS Rayl/m“) repräsentiert. In dem hierin erörterten Beispiel wird der spezifische Strömungswiderstand von Fasermedium 102 mit 50.840 MKS Rayl/m bestimmt.
Andere mathematische Deskriptoren einer Wirkung eines Materials auf eine akustische Welle hängen teilweise von der Frequenz des übertragenen Schalls ab. Im vorliegenden Beispiel illustrieren zwei akustische Unterdrückungscharakteristiken, die „Ausbreitungskonstante“ von akustischen Wellen durch Fasermedium 102 und die „akustische Impedanz“ von Fasermedium 102, die Menge an Wellenausbreitung und akustischer Unterdrückung, die Fasermedium 102 für eine bestimmte Welle bietet. Diese Messwerte können vom oben erörterten berechneten spezifischen Strömungswiderstand und von der Frequenz einer ausgebreiteten akustischen Welle abgeleitet werden. Die Ausbreitungskonstante misst die Amplitude einer akustischen Welle, während sich die Welle durch ein bestimmtes Material ausbreitet. Die akustische Impedanz misst im Allgemeinen die Unterdrückungsreaktion von Fasermedium 102 gegenüber Schallwellen darin bei einer bestimmten Frequenz und kann als MKS Rayls pro Quadratmeter („MKS Rayl/m²“) ausgedrückt werden. Diese Konstanten beinhalten eine Größe und eine Frequenz und können für eine Gruppe von „n“ Materialien durch Gleichungen in der komplexen Domäne ausgedrückt werden:
wobei „E“ (auch als Schallenergiedichte bekannt) definiert wird als ((f)(ρ₀)/R₁), „f“ die Schallfrequenz in Hertz („Hz“) (1/Sekunde) repräsentiert, „j“ eine imaginäre Zahl (d.h. die Quadratwurzel von –1) repräsentiert, „k₀“ definiert wird als (ω/c₀), „ω“ die winkelmäßige Schallfrequenz in Radians pro Sekunde (Rad/Sek) repräsentiert und „ρ₀“ und „c₀“ jeweils die Dichte und die Schallgeschwindigkeit von Luft repräsentieren. Die übrigen Konstanten α’, α’’, β’ und β’’ sind vorbestimmte Regressionskoeffizienten und können für illustrative bekannte Materialien mit Bezug auf die folgenden Tabellen bestimmt werden:
Für das Fasermedium 102 können die Ausbreitungskonstante und die akustische Impedanz alternativ mit den folgenden Gleichungen unter Verwendung von mehreren derselben Variablen berechnet werden, aber ohne Stützung auf Regressionskoeffizienten:
wobei „R₁“ den berechneten spezifischen Strömungswiderstand von Fasermedium 102 repräsentiert, „ρ₀“ die Dichte von Luft repräsentiert, „f“ die Schallfrequenz in Hertz repräsentiert und „j“ eine imaginäre Zahl repräsentiert. Die Anwendung der Frequenz einer Schallwelle und der Eigenschaften eines Materials (z.B. Faserdurchmesser und Dichte) auf diese Gleichungen ergibt die Ausbreitungskonstante und die akustische Impedanz für die modellierte akustische Welle. Durch Bezugnahme auf die oben erörterten Eigenschaften des Fasermediums 102 und die Frequenz einer bestimmten Schallwelle werden Ausbreitungskonstante und akustische Impedanz des Fasermediums 102 mathematisch definiert. Wie hierin erörtert, können diese Größen zum Ableiten des Übertragungsverlusts einer akustischen Welle durch Fasermedium 102 benutzt werden.
Das Druckfeld von akustischen Wellen im Fasermedium 102 kann mit der Ausbreitungskonstante und der akustischen Impedanz von Fasermedium 102 benutzt werden, um einen Gesamtübertragungsverlust von akustischen Wellen durch Fasermaterial 102 zu bestimmen. Akustischer Druck „p“ ist von einer Position und Laufzeit einer Welle durch Fasermedium 102 abhängig, gemessen in Pascal (Pa) oder Newton pro Quadratmeter (N/m²), und beschreibt allgemein die Stärke der akustischen Welle an einer bestimmten Position und zu einem bestimmten Zeitpunkt.
Gemäß 8 können diese Gleichungen auf Fasermaterial 102 der Anordnung 100 mit zwei Seiten angewandt werden, um die Größe einer akustischen Unterdrückung in Fasermaterial 102 relativ zu externen Substanzen zu bestimmen. Akustische Wellen können in Fasermaterial 102 aus einer Richtung eintreten und können sich weiter durch Fasermaterial 102 im Wesentlichen entlang dieser Richtung ausbreiten. Einige akustische Wellen können sich durch Fasermaterial 102 ausbreiten und an einer gegenüberliegenden Seite austreten, während andere möglicherweise von der gegenüberliegenden Seite von Fasermaterial 102 reflektiert werden, wo akustische Wellen austreten würden. Wo die Geschwindigkeit der akustischen Welle als das akustische Druckfeld über die charakteristische Impedanz des Mediums definiert wird, durch die eine akustische Welle läuft, da kann der gesamte akustische Widerstand „R“ von Fasermedium 102 definiert werden als:
wobei „Z_c“ die charakteristische Impedanz von Fasermedium 102 wo anderswo hierin abgeleitet repräsentiert und „Z₀“ die charakteristische Impedanz des Mediums außerhalb des Fasermediums 102 repräsentiert, die in Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung Luft sein kann. Wie ebenfalls hierin erörtert, ist die charakteristische Impedanz des Fasermediums 102 und des externen Materials von der Frequenz der sich ausbreitenden akustischen Wellen abhängig. Das Umwandeln der charakteristischen Impedanz von Fasermedium 102 und des benachbarten Mediums (z.B. der Durchgang in 8) in eine komplexe Form (d.h. Z_C = Z₀(a – jb)) durch die oben erörterten Beziehungen ergibt die folgende Beziehung:
wobei „a“ die Größe einer realen Komponente und „b“ die Größe einer imaginären Komponente repräsentiert. Der verallgemeinerte Ausdruck von „R“ in komplexer Form wird durch Addieren der realen und imaginären Teile von Z_c und Z₀ im Zähler und Subtrahieren der realen und imaginären Teile von Z₀ von Z_c im Nenner bereitgestellt. Wie an anderer Stelle hierin erörtert, misst der resultierende akustische Widerstand R den gesamten akustischen Widerstand des Fasermediums 102 in komplexer Form relativ zum externen Material (z.B. Luft) gegenüber durch sie laufenden akustischen Wellen. Der akustische Widerstand R kann mit dem Widerstand von Fasermedium 102 gegenüber reflektierten Wellen wie hierin erörtert kombiniert werden, um den Übertragungsverlust von Fasermedium 102 zu bestimmen.
Für akustische Wellen, die von der Austrittsgrenzfläche zwischen Fasermedium 102 und externem Medium (z.B. Durchgang in 8) reflektiert werden, kann der akustische Gesamtwiderstand für reflektierte akustische Wellen (R’) ebenso in komplexer Form ausgedrückt werden (wobei „a“ die Größe einer realen Komponente und „b“ die Größe einer imaginären Komponente ist) als:
was dasselbe ist wie der Widerstand von nicht reflektierten akustischen Wellen, aber mit einer Phasendifferenz von 180°. Diese Phasendifferenz zwischen den beiden Ausdrücken ist ein Ergebnis davon, dass die akustischen Wellen reflektiert wurden, bevor sie durch Fasermedium 102 gegen einen akustischen Widerstand von R’ wandern.
Der akustische Gesamtwiderstand des Fasermediums 102 kann mathematisch den Schalldruck von akustischen Wellen anzeigen, die in das Fasermaterial 102 eintreten und es verlassen. Anhand dieser Beziehung zwischen akustischen Wellen, die sich durch Fasermedium 102 ausbreiten, und reflektierten akustischen Wellen, nimmt die Größe des akustischen Drucks (z.B. die Größe von akustischem Druck für Wellen, die in das Fasermedium 102 eintreten (P₁) über die Größe von akustischem Druck für Wellen in Luft ab, bevor das Fasermedium 102 (P₀) erreicht wird, kann ausgedrückt werden als „Absorptionskoeffizient“ α:
Wie in 8 gezeigt, repräsentiert P₃ den akustischen Druck von Wellen nach dem Verlassen des Fasermediums 102 und P₂ repräsentiert den akustischen Druck von Wellen, die die gegenüberliegende Seite des Fasermediums 102 erreichen. Mit Hilfe des Absorptionskoeffizienten kann der gesamte vom Fasermedium 102 erzielte Übertragungsverlust mathematisch mit Hilfe der Ausbreitungskonstante abgeleitet werden, an anderer Stelle hierin abgeleitet, wobei die Tiefstellung „re“ eine reale Komponente einer Variablen bezeichnet und die Tiefstellung „im“ eine imaginäre Komponente der Ausbreitungskonstante bezeichnet (die wiederum von der Frequenz einer akustischen Welle wie hierin erörtert abhängig ist). Die Variable „d“ bezeichnet den Faserdurchmesser von Fasermedium 102 und „α“ repräsentiert den hierin definierten Absorptionskoeffizienten:
wobei „TL“ den Übertragungsverlust einer akustischen Welle durch Fasermedium 102 in Dezibel repräsentiert. Die hierin erörterten Modelle für Übertragungsverlust beinhalten zwar keine Variablen, die mehrere Reflexionen einer akustischen Welle in Fasermedium 102 repräsentieren, aber der Effekt dieser Variablen auf den resultierenden Übertragungsverlust durch Fasermedium 102 kann vernachlässigbar sein.
Im vorliegenden Beispiel kann das Fasermedium 102 eine Tiefe von etwa 46 Zentimetern (cm) haben und für Analysezwecke kann davon ausgegangen werden, dass es eine „effektive Tiefe“ (d.h. eine Distanz, über die akustische Wellen unterdrückt werden) von etwa 3,0 Zentimetern hat. Für Frequenzen zwischen etwa null kHz und etwa acht kHz ist der Übertragungsverlust in der Kurve von 9 so dargestellt, dass er zwischen etwa zehn Dezibel (dB) und etwa achtzehn dB liegt. Ausgestaltungen der Anordnung 100 im Durchgang 24 können eine akustische Unterdrückung in dem Ausmaß bereitstellen, der durch die hierin erörterten mathematischen Beispiele angezeigt wird. Zum Beispiel, Fasermedium 102 mit zwei Seiten kann dem fluss von akustischen Wellen durch es widerstehen, und ein Teil der akustischen Wellen kann reflektiert werden, bevor sie das Fasermedium 102 verlassen. Fluide im Durchgang 24 können jedoch durch im Wesentlichen gewellte Kanäle 106 passieren, ohne eine erhöhte Widerstandskraft zu erfahren, trotz der Tatsache, dass die Form des im Wesentlichen gewellten Kanals 106 so ausgelegt ist, dass akustische Wellen unterdrückt werden. Im Allgemeinen kann jeder Durchgang 24 zwischen einer mechanischen Anlage und/oder einer mechanischen Komponente, wie zum Beispiel der Stromerzeugungsanlage 10 (1), dem Kombizyklus-Kraftwerk 300 (6, 7), eine Ausgestaltung der Anordnung 100 mit einem Fasermedium 102 darin beinhalten, um akustische Wellen zu unterdrücken und durch einen bestimmten Durchgang passierende Fluide zu kühlen. Zusätzlich können akustische Abschirmungen (z.B. akustische Abschirmungen 124 (2, 3)) hinzugefügt werden, um zusätzliche Blockierung von akustischen Wellen zu bieten, wo kein Fluss von Fluiden 104 durch die Anordnung 100 gewünscht wird. Alle diese akustischen Unterdrückungsmerkmale können mit dem durch die Anordnung 100 wie hierin erörtert bereitgestellten Kühlen einhergehen. Somit können technische Effekte der Anordnung 100 eine einzelne Komponente beinhalten, die akustische Wellen aus einer Stromerzeugungsanlage dämpfen und dabei Fluide kühlen, die durch dieselbe Stromerzeugungsanlage fließen.
Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf irgendeine bestimmte Gasturbine, Dampfturbine, Stromerzeugungsanlage oder sonstige Anlage begrenzt und können auch mit anderen Stromerzeugungsanlagen und/oder Anlagen (z.B. Kombizyklus, einfacher Zyklus, Kernreaktor usw.) zum Einsatz kommen. Zusätzlich kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit anderen, hierin nicht beschriebenen Systemen benutzt werden, die von dem erhöhten Betriebsbereich, der Effizienz, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der hierin beschriebenen Vorrichtung profitieren können.
Die hierin verwendete Terminologie soll lediglich bestimmte Ausgestaltungen beschreiben und die Offenbarung nicht begrenzen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen wie „ein/e“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, es sei denn, dass der Zusammenhang deutlich etwas anderes anzeigt. Ferner ist zu verstehen, dass der Begriff „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in der vorliegenden Spezifikation benutzt werden, die Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber die Anwesenheit oder den Zusatz von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Die vorliegende schriftliche Beschreibung benutzt Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich des besten Modus, und um eine Fachperson zum Umsetzen der Erfindung zu befähigen, einschließlich der Herstellung und Benutzung von Vorrichtungen oder Anlagen oder der Ausführung von integrierten Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele beinhalten, die der Fachperson einfallen werden. Solche anderen Beispiele sollen in den Rahmen der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unerheblichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche beinhalten.
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung stellen eine Anordnung 100 mit einem Fasermedium 102 mit mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen 106 darin bereit, wobei die mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle 106 für einen Fluss von Fluid 104 durch sie durchlässig sind; einen Verteiler 110 in Kontakt mit dem Fasermedium 102 und mit einer Öffnung 112 darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler 110; und wenigstens zwei akustische Abschirmungen 122, die mit dem Fasermedium 102 gekoppelt sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers 110 befinden.
Bezugszeichenliste

10: Stromerzeugungsanlage
12: Brennkammer
14: Brennstoffdüse
16: Kompressor
18: Turbine
20: drehbare Welle
22: Luft
24: Durchgang
100: Anordnung
102: Fasermedium
104: Fluid
106: gewellte Kanäle
108: Kühlmittelzufuhranlage
109: Reservoir
110: Verteiler
111: Pumpe
112: Öffnung
114: Kühlmittelrohr
116: Ansaugleitung
118: Spülleitungen
120: Spritzschutzabdeckung
122: akustische Abschirmungen
126: Auffangwanne
202: Platten
300: Kombizyklus-Kraftwerk
500: Gasturbinenanlage
515: Welle
570: Generator
580: Gasturbine
586: Wärmetauscher
592: Dampfturbine

Claims

Anordnung (100), aufweisend: ein Fasermedium (102) mit mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen (106) darin, wobei die mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle (106) für einen hindurchgehenden Strom von Fluid (104) durchlässig sind; einen Verteiler (110) in Kontakt mit dem Fasermedium (102) und mit einer Öffnung (112) darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler (110); und wenigstens zwei akustische Abschirmungen (122), die mit dem Fasermedium (102) gekoppelt sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers (110) befinden.
Anordnung (100) nach Anspruch 1, die ferner eine Kühlmittelauffangwanne (126) in Fluidverbindung (104) mit dem Fasermedium (102) aufweist.
Anordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner ein Kühlmittelrohr (114) aufweist, das mit dem Verteiler (110) gekoppelt ist und ein Spülventil (118) darin aufweist, wobei das Spülventil (118) einen Strom des flüssigen Kühlmittels aus der Anordnung (100) selektiv verhindert und zulässt.
Anordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, die außerdem eine mit dem Verteiler (110) gekoppelte Spritzschutzabdeckung (120) aufweist.
Anordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fasermedium (102) eine Dichte zwischen etwa 40 Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) und etwa 450 kg/m³ hat.
Anordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Krümmung von einem der mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle (106) eine Übertragung von Schall durch sie dämpft.
Anordnung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fasermedium (102) mehrere zu einem Stapel angeordnete Faserplatten (202) aufweist.
Turbinenkomponente, aufweisend: einen Durchgang (24), der zum Durchlassen eines Luftstroms von einem Kompressor (16) eingerichtet ist; ein Fasermedium (102), das im Durchgang (24) positioniert ist, wobei das Fasermedium (102) mehrere im Wesentlichen gewellte Kanäle (106) darin aufweist, wobei jeder der mehreren im Wesentlichen gewellten Kanäle (106) für den Fluss von Luft durchlässig ist; einen Verteiler (110) in Kontakt mit dem Fasermedium (102) und mit einer Öffnung (112) darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler (110); und wenigstens zwei akustische Abschirmungen (122), die mit dem Fasermedium (102) gekoppelt sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers (110) befinden.
Turbinenkomponente nach Anspruch 8, wobei der Strom der Druckluft durch das Fasermedium (102) mit einem Teil des flüssigen Kühlmittels in dem Fasermedium (102) in Kontakt kommt und es verdunstet.
Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk, aufweisend: eine Anordnung (100), die in einem Fluidströmungsabschnitt (104) von einem aus einer Gasturbine, einem Abhitzedampferzeuger (HRSG) und einer Dampfturbine positioniert ist, wobei die Anordnung (100) aufweist: ein Fasermedium (102) mit mehreren im Wesentlichen gewellten Kanälen (106) darin, wobei die im Wesentlichen gewellten Kanäle (106) für einen hindurchgehenden Strom von Fluid (104) durchlässig sind, einen Verteiler (110) in Kontakt mit dem Fasermedium (102) und mit einer Öffnung (112) darin zum Durchlassen eines flüssigen Kühlmittels durch den Verteiler (110); und wenigstens zwei akustische Abschirmungen (122), die mit dem Fasermedium (102) gekoppelt sind und sich auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilers (110) befinden.