专利名称：进气口抽气加热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及燃气涡轮发动机的进气口加热系统。
背景技术：
在一些涡轮机运行期间，涡轮压力比可达到压缩机的运行压力比极限。这可引起压缩机喘振。由于存在穿过燃烧室的压力损失，压缩机压力比可能大于涡轮压力比。压缩机压力比保护通常涉及抽出排气并使排气回流到压缩机进气口。此项操作称为进气口抽气加热(inlet bleed heat, IBH)控制，还可升高压缩机进气口的温度，方法是将较冷的环境空气与热的压缩机排气的抽出部分混合。传统情况下，为了将压缩机进气口温度保持在一个小范围之内，在抽出空气与压缩机进气口之间布置大量垂直歧管。虽然垂直歧管实现了水平面中的混合，但抽出空气中仍然可能存在温度梯度。这使得难以将压缩机进气口温度保持在小范围内。此外，大量的垂直歧管也将导致安装和维护过程的费用昂贵。鉴于上述原因，需要一种能够减小温度梯度的更为简单的IBH系统。这种系统应采用较少的组件，并减小穿过进气口系统的总压降。
发明内容
下文概述了与本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例的目的并不在于限制本发明的范围，而仅在于概述本发明的可能形式。实际上，本发明可包括与下述实施例类似或不同的各种形式。根据本发明的第一实施例，一种系统包括:压缩机，所述压缩机包括压缩机进气口和压缩机排气口 ；与所述压缩机流体连通的进气口系统，所述进气口系统包括:腔室，所述腔室包括第一端部分，所述第一端部分通过中间部分延伸至第二端部分；所述第一端部分定向在大体上平行于所述压缩机的中心线的方向上，并设有接纳环境空气的进气口 ；且所述第二端部分定向在大体上垂直于压缩机的中心线的方向上，并设有弓I导环境空气流向所述压缩机进气口的出气口 ；以及消音器(silencer)，所述消音器流体连通在进气口系统内，并定向在一定方向上，以使上游部分面向第一端部分并且使下游部分面向第二端部分；以及加热系统，所述加热系统包括单个导管，所述单个导管位于第二端部分内且邻近消音器，其中所述单个导管水平延伸穿过第二端部分并且按照大体水平的关系布置，所述单个导管包括第一端段、第二端段以及中间段，第一端段和第二端段中的至少一者与压缩机排气口流体连通，其中来自压缩机排气口的受热空气通过所述单个导管，使通过所述腔室并随后进入压缩机进气口中的环境空气的温度升高。根据本发明的第二实施例，一种涡轮机包括:压缩机，所述压缩机包括:压缩机进气口、压缩机排气口，以及进气口导叶；涡轮部分，所述涡轮部分流体定位在压缩机排气口的下游；与所述压缩机流体连通的进气口系统，所述进气口系统包括:进气口过滤器室，所述进气口过滤器室接纳环境空气；与所述进气口过滤器室的后端流体连通的腔室，其中所述腔室包括第一端部分，所述第一端部分通过中间部分延伸至第二端部分；所述第一端部分定向在大体上平行于压缩机的中心线的方向上，并设有接纳环境空气的进气ロ ；且第二端部分定向在大体上垂直于压缩机的中心线的方向上，并设有引导环境空气流向压缩机进气ロ的出气ロ ；以及消音器，所述消音器流体连通在进气ロ系统内，并定向在一定方向上，以使上游部分面向第一端部分并且使下游部分面向第二端部分；以及IBH系统，所述IBH系统包括单个导管，所述单个导管位于第二端部分内且邻近消音器，其中所述单个导管水平延伸穿过第二端部分并且按照大体水平的关系布置，所述单个导管包括第一端段、第二端段以及中间段，第一端段和第二端段中的至少ー者与压缩机排气ロ流体连通，其中来自压缩机排气ロ的受热空气通过所述单个导管，使通过所述腔室井随后进入所述压缩机进气ロ中的环境空气的温度升高。
在參考附图阅读以下详细说明后，可更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有图中类似的元件/部分。图1是可实施本发明的实施例的已知环境的示意图。图2是已知进气ロ系统的正视不意图。图3是根据本发明的一项实施例的进气ロ系统的正视示意图。图4是图3所示进气ロ系统的等视轴分解示意图(exploded isometric view)。图5是根据本发明的一项实施例的IBH歧管的示意图。
具体实施例方式本申请案涉及2009年3月13日提交的第12/403，444号共同转让的美国专利申请案GE档案号码235333;以及2011年11月8日并此同时申请的GE档案号码为250780的GE申请案。下文将介绍本发明的ー项或多项具体实施例。为了简要介绍这些实施例，说明书中可能不会介绍实际实施方案的所有特征。应了解，在任意工程或设计项目中开发任意此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定来实现特定目标，例如，符合各种系统相关和/或业务相关的约束，这些限制可能因实施方案的不同而有所不同。此夕卜，应了解，此类尝试可能非常复杂耗时，但尽管如此，对受益于本发明的所属领域的一般技术人员而言，这仍是常规的设计、建造和制造操作。本说明书中掲示了详细的示例性实施例。然而，本说明书中所掲示的特定结构和功能细节仅用于说明示例性实施例。然而，本发明的实施例可具体体现在许多替代形式中，且不应解释为仅限于本说明书中所述的各项实施例。因此，尽管示例性实施例可具有多种修改和替代形式，但这些形式的实施例通过附图所示实例进行说明，且将在本说明书中详细描述。但是应了解，并不意图将示例性实施例限制为所掲示的特定形式，相反，示例性实施例应涵盖属于本发明的范围内的所有修改、等效物和替代物。
本说明书所用术语仅用于描述特定实施例，而并不意图限制示例性实施例。本说明书所用単数形式“一”、“ー个”和“所述”也包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。本说明书所用术语“包括”和/或“包含”用于说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或以上项的组合。尽管本说明书中可使用术语“第一”、“第二”、“主要”、“辅助”等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分不同元件。例如，但不限于，在不脱离示例性实施例的范围内的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件可被称为第一元件。本说明书所用术语“和/或”包括所列相关条目中的一个或多个条目的任何和所有组合。本说明书所用的某些术语仅为了便于读者理解，不应视为对本发明的范围的限制。例如，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“上游”、“下
游”、“前部”、“后部”等字词以及同类字词仅用于描述图中所示配置。实际上，本发明实施例的一个或多个元件可定向在任何方向上，因此，除非以其他方式指出，否则所述术语应理解为包括此类变型。本发明可应用于对吸入空气进行压缩的各种燃气涡轮发动机，例如，但不限于，重型燃气涡轮机、航改型燃气涡轮机等。本发明的实施例可应用于单个燃气涡轮发动机或多个燃气涡轮发动机。本发明的实施例可应用于以简单循环或联合循环方式运行的燃气涡轮发动机。本发明的一项实施例采用IBH系统的形式，所述IBH系统具有单个导管，所述单个导管位于靠近消音器段的下游端处。这种布置可减小与进气口系统相关的总压降。这种布置也可促进较冷的环境空气与较热的受热空气之间进行大体上均匀的混合。这种布置可减小与进气口系统相关的总压降。本发明的元件可由能承受可采用本发明的各项实施例的运行环境的任何材料制成。现在参考附图，其中各标号表示多幅附图中的类似元件，图1是可实施本发明的实施例的已知环境的示意图。图1图示了燃气涡轮发动机10、进气口系统55，以及IBH系统95。燃气涡轮发动机10通常包括压缩机15和涡轮部分40。压缩机15包括压缩机进气口 30。压缩机进气口 30可包括布置在进气口腔室35下游的多个进气口导叶(IGV) 20。燃气涡轮发动机10通常还包括与排气扩散器45流体连通的涡轮部分40。如图1所示，压缩机15通过抽取歧管50而可操作地连接到涡轮部分40。进气口系统55通常包括安装到进气口过滤器室65的上游端的天气防护罩(weather hood)60。天气防护罩60经由腔室70与进气口腔室35流体连通。腔室70包括第一端部分75，所述第一端部分75通过中间部分85延伸到第二端部分80。第一端部分75可定向在大体平行于压缩机15的中心线的方向上，并设有接纳环境空气的进气口。第二端部分80可定向在大体垂直于压缩机15的中心线的方向上,并设有引导环境空气流向压缩机进气口 30的出气口。进气口系统55还包括布置在进气口过滤器室65下游的进气口消音器90 ；以及布置在进气口消音器90下游的IBH系统95。第二部分80与扩散器25和压缩机进气口 30流体连通，扩散器25和压缩机进气口 30都邻近进气口腔室35。这些部件还在图2至图4中图示。
IBH系统95包括第一导管100，所述第一导管100在腔室70内形成受热空气竖幕(vertical curtain)。IBH系统95还包括第二导管105，所述第二导管105在腔室70内形
成受热空气竖幕。第一导管100和第二导管105可经由IBH输送导管110与抽取歧管50流体连通。导管110包括将抽取歧管50与第一导管100和第二导管105流体连通的相关管路。IBH输送导管110也可包括隔离阀115和控制阀120。在操作方面，隔离阀115将受热空气流输送到IBH系统95，以在腔室70内形成受热空气幕(curtain of heated air)。图2是已知进气ロ系统55的正视不意图。图2图不了 IBH系统95的第一导管100和第二导管105的布置。此处，导管100、105可以垂直定向布置在水平面中。与此相反，图3是根据本发明的一项实施例的进气ロ系统55的正视示意图。此处，可考虑将单个导管107以水平定向布置在水平面中。此外，单个导管107可位于腔室70的第二端部分80上。但是，在图2中，导管100、105位于中间部分85中。图3还图示了形状和定向与图2中相应部件不同的进气ロ消音器90。在图3中，进气ロ消音器90可以大体上平行于压缩机15的方式定向。但在图2中，进气ロ消音器90以大体上垂直于压缩机15的方式定向。随着受热空气与较冷的环境空气的接触，需要一定空间来确保这些流体充分混合。该空间可看作混合距离。进气ロ消音器90的形状和定向，连同单个导管107的定向和位置一起，可显著地缩短混合距离。反过来，这也可减小穿过进气ロ系统55的总压降。如图3所示，“ 0 ”代表导管100的轴向中心相对于腔室70的第二端部分80的垂直部分的角定向。在本发明的一项实施例中，Q最大可达90度。图4是图3所示进气ロ系统55的等视轴分解示意图。图4图示了如何在结构上连接进气ロ系统55的一项实施例的各部件，供环境空气和再循环的受热空气从中流过。此处，用箭头表示的环境空气进入进气ロ过滤器室65中，流过进气ロ管67，随后进入进气ロ消音器90的上游部分中。从单个导管107排出的受热空气也可进入进气ロ消音器90中。随着这些流体的混合，空气流过进气口腔室35、扩散器25，随后流过压缩机进气ロ 30。图4还图示了进气ロ消音器90的一项实施例可形成的类似L的形状。这种形状可使进气ロ消音器90的上游部分面向进气ロ管67和/或腔室70的第一端部分75。此外，这种形状可使进气ロ消音器90的下游部分面向进气口腔室35和/或腔室70的第二端部分80。在本发明的一项实施例中，进气ロ消音器90可位于进气ロ管67内。在本发明的一项替代实施例中，进气ロ消音器可位于进气ロ管67附近。图5是根据本发明的一项实施例的IBH歧管500的示意图。已发现，使用以相对的水平定向井沿水平面布置的单个导管107可与进气ロ空气流进行充分热交換。这促进燃气涡轮发动机10的运行，而不显著影响压缩机15的可靠性。此外，IBH歧管500可充分升高环境空气的温度，且热梯度最小。如上文所述，本发明的实施例可以不同于图中所示定向进行定向。这些不同定向可包括，但不限于，大体上水平、大体上垂直，或以上项的任意組合。IBH歧管500包括多个出气ロ开ロ 505，所述出气ロ开ロ 505的布置可在腔室70内沿大体上的水平面排放受热的抽取空气。在本发明的一项实施例中，开ロ 505可定向成大体上垂直于腔室70的相邻壁。这可实现环境空气和再循环的受热空气的最佳混合。但是，并不意图将本发明的实施例限制于开ロ 505定向成大体上垂直于腔室70的相邻壁的配置。本发明的实施例还可包括开口 505不定向成大体上垂直于腔室70的相邻壁的配置。如图5所示，单个导管107的多个部分可按照形成一体式结构510的方式流体连通。此处，多个出气口开口 505可布置在结构510周围。如图5所示，在本发明的一项实施例中，结构510可包括由至少一条弯曲段连接的至少一条直段。但是，结构510的其他实施例可包括执行相同功能的不同形状。本说明书所述的本发明的具体实施例包括单个导管107以及多个出气口开口505。单个导管107以及多个出气口开口 505的物理特性和尺寸可根据相关燃气涡轮发动机10的配置和大小而有所变化。本发明的实施例旨在涵盖相关燃气涡轮发动机505的每一配置和大小所需的各种尺寸。尽管本说明书中已说明并描述了多个具体实施例，但所属领域的一般技术人员应了解，被设计成实现相同目的的任何布置均可替代图示的具体实施例，且本发明具有其他环境中的其他应用。此应用旨在涵盖本发明的任何调整或变型。所附权利要求书决不意图将本发明的范围限制为本说明书中所述的具体实施例。所属领域的一般技术人员应了解，上文相对于若干实施例所描述的许多不同特征和配置可进一步选择性地用于形成本发明的其他可能实施例。所属领域的技术人员应进一步了解，不提供或详细讨论本发明的任何可能的重复方案，即使所附若干权利要求所涵盖或以其他方式包括的所有组合和可能的实施例均意图作为本发明的一部分。此外，根据上文对本发明的若干实施例的说明，所属领域的技术人员将意识到各种改进、变化和修改。在所属技术领域范围内的此类改进、变化和修改也在所附权利要求书的范围内。此外，显而易见，上述说明仅涉及本发明的所述实施例，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做多种变化和修改，而本发明的精神和范围由所附权利要求书及其等同形式限定。
权利要求
1.一种系统，包括: 压缩机，所述压缩机包括压缩机进气口以及压缩机排气口； 与所述压缩机流体连通的进气口系统，所述进气口系统包括: 腔室，所述腔室包括第一端部分，所述第一端部分通过中间部分延伸至第二端部分；所述第一端部分定向在大体上平行于所述压缩机的中心线的方向上，并限定接纳环境空气的进气口 ；且所述第二端部分定向在大体上垂直于所述压缩机的所述中心线的方向上，并限定引导所述环境空气流向所述压缩机进气口的出气口 ；以及 消音器，所述消音器流体连通在所述进气口系统内，并定向在一定方向上，以使上游部分面向所述第一端部分并且使下游部分面向所述第二端部分；以及 加热系统，所述加热系统包括单个导管，所述单个导管位于所述第二端部分内且邻近所述消音器，其中所述单个导管水平延伸穿过所述第二端部分并且按照大体上水平的关系布置，所述单个导管包括第一端段、第二端段以及中间段，所述第一端段和所述第二端段中的至少一者与所述压缩机排气口流体连通，其中来自所述压缩机排气口的受热空气通过所述单个导管，并且使通过所述腔室并随后进入所述压缩机进气口中的环境空气的温度升闻。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述单个导管包括多个出气口开口，来自所述压缩机排气口的所述受热空气通过所述多个出气口开口流进所述腔室中。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个出气口开口经配置以在所述腔室内沿大体上的水平面排放受热的抽取空气。
4.根据权利要求3 所述的系统，其中所述单个导管的多个部分包括直段和弯曲段。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个出气口开口布置在所述直段和所述弯曲段周围。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个出气口开口以大体上垂直于所述腔室的相邻壁的方式定向。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述单个导管以相对于所述第二部分的垂直壁的角度定向，并且所述角度包括上限为90度的范围。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述单个导管以可操作地地促进所述环境空气与所述受热空气之间大体上均匀混合的方式布置。
9.一种涡轮机，包括: 压缩机，所述压缩机包括:压缩机进气口、压缩机排气口，以及进气口导叶； 涡轮部分，所述涡轮部分流体定位所述压缩机排气口的下游； 与所述压缩机流体连通的进气口系统，所述进气口系统包括: 进气口过滤器室，所述进气口过滤器室接纳环境空气； 腔室，所述腔室与所述进气口过滤器室的后端流体连通，其中所述腔室包括第一端部分，所述第一端部分通过中间部分延伸至第二端部分；所述第一端部分定向在大体上平行于所述压缩机的中心线的方向上，并限定接纳所述环境空气的进气口 ；且所述第二端部分定向在大体上垂直于所述压缩机的所述中心线的方向上，并限定引导所述环境空气流向所述压缩机进气口的出气口 ；以及 消音器，所述消音器流体连通在所述进气口系统内，并定向在一定方向上，以使上游部分面向所述第一端部分并且使下游部分面向所述第二端部分；以及 IBH系统，所述IBH系统包括单个导管，所述单个导管位于所述第二端部分内且邻近所述消音器，其中所述单个导管水平延伸穿过所述第二端部分并且按照大体上水平的关系布置，所述单个导管包括第一端段、第二端段以及中间段，所述第一端段和所述第二端段中的至少ー者与所述压缩机排气ロ流体连通，其中来自所述压缩机排气ロ的受热空气通过所述单个导管，使通过所述腔室井随后进入所述压缩机进气ロ中的环境空气的温度升高。
10.根据权利要求9所述的涡轮机，其中所述单个导管包括多个出气ロ开ロ，所述多个出气ロ开ロ将来自所述压缩机排气ロ的所述受热空气输送到所述腔室中。
11.根据权利要求10所述的涡轮机，其中所述单个导管中的所述多个出气ロ开ロ经布置以在所述腔室内沿大体上的水平面排放受热的抽取空气。
12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述单个导管的多个部分包括直段和弯曲段。
13.根据权利要求9所述的涡轮机，其中所述单个导管中的所述多个出气ロ开ロ经布置以在所述腔室内沿大体上的水平面排放受热的抽取空气，并且所述多个出气ロ开ロ以大体上垂直于所述腔室的相邻壁的方式布置。
14.根据权利要求9所述的涡轮机，其中所述单个导管以相对于所述第二部分的垂直壁的角度定向，并且所述角度包括上限为90度的范围。
15.根据权利要求9所述的涡轮机，其中所述单个导管以可操作地地促进所述环境空气与所述受热空气之间大体上均匀混合的方式布置。
16.根据权利要求9所述 的涡轮机，其中所述消音器位于所述腔室内。
全文摘要
本发明公开一种进气口抽气加热系统。所述系统具有单个导管，所述单个导管位于靠近消音器段的下游端处。这种布置可减小与进气口系统相关的总压降。这种布置也可促进较冷的环境空气与较热的受热空气之间进行大体上均匀的混合。
文档编号F02C7/08GK103089448SQ20121044376
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者V.I.彭雅文, 张华 申请人:通用电气公司