用于将压缩空气从压缩机排放的系统的制作方法

本发明大体上涉及燃气涡轮。更具体地，本发明涉及用于将压缩空气从燃气涡轮的压缩机排放的系统。

背景技术：

燃气涡轮大体上包括入口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。入口区段清洗并调节工作流体(例如，空气)，并且，将工作流体供给至压缩机区段。压缩机区段逐步提高工作流体的压力，并且，将压缩后的工作流体供给至燃烧区段。使压缩后的工作流体和燃料在燃烧区段内混合，并且，在燃烧室中焚烧，以生成具有高温和高压的燃气。燃气沿着通过热气路径而发送到涡轮区段中，在涡轮区段中，燃气膨胀而作功。例如，燃气在涡轮区段中膨胀可以使与发电机连接的轴旋转而发电。

压缩机所提供的压缩空气可以达到超过300磅/平方英寸的压力。在诸如启动燃气涡轮、在低发热燃料上运行或将压缩机用作燃气涡轮测试设备中的负荷之类的特定的情形中，变得有必要的是，如燃气涡轮运行所要求的，将压缩空气从压缩机和/或安置在压缩机下游和涡轮上游的燃烧排放外壳完全地或至少部分地倾倒或排出。

已知各种通气系统。然而，将大量的高度地加压的压缩空气释放至大气压创建需要在有限的尺寸的通气系统中使高水平的能量耗散的情形，这可能导致振动。这些振动可能导致通气系统的各种构件上的高周疲劳应力。因此，用于从压缩机排放压缩机空气的改进的系统将是有用的。

技术实现要素：

本发明的方面和优点在下文中的以下的描述中陈述，或可以从描述显而易见，或可以通过实践本发明而学习到。

本发明的一个实施例是用于将压缩空气从压缩机排放的系统。系统包括：空气分配歧管，其经由导管与压缩机流体连通；以及至少一个排放管线，其与空气分配歧管流体连通。排放管线限定从空气分配歧管至大气的流路。排放管线包括联接至空气分配歧管的联接管，安置在联接管下游的喷洒器区段，以及安置在流路内联接管与喷洒器区段之间的至少一个限流板。限流板包括至少一个孔口，其提供压缩空气在空气分配歧管与喷洒器区段之间的压力降。

本发明的另一实施例是用于将压缩空气从燃气涡轮的压缩机排放的系统。系统包括经由在燃气涡轮的涡轮上游的联接至燃气涡轮的导管与压缩机流体连通的空气分配歧管。排放管线与空气分配歧管流体连通，且限定从空气分配歧管至大气的流路。排放管线包括联接至空气分配歧管的联接管，安置在联接管下游的喷洒器区段，以及安置在流路内联接管与喷洒器区段之间的至少一个限流板。限流板包括至少一个孔口，其提供压缩空气在空气分配歧管与喷洒器区段之间的压力降。

本发明的第一技术方案提供了一种用于将压缩空气从压缩机排放的系统，包括：空气分配歧管，其经由导管与所述压缩机流体连通；至少一个排放管线，其与所述空气分配歧管流体连通，所述排放管线限定从所述空气分配歧管至大气的流路，所述排放管线包括联接至所述空气分配歧管的联接管，安置在所述联接管下游的喷洒器区段；以及至少一个限流板，其安置在所述流路内所述联接管与所述喷洒器区段之间，其中所述限流板包括至少一个孔口，其中所述孔口提供所述压缩空气在所述空气分配歧管与所述喷洒器区段之间的压力降。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述限流板包括多个所述孔口。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述至少一个限流板包括：第一限流板，其限定第一多个孔口，且安置在所述空气分配歧管下游的所述流路内；以及第二限流板，其限定第二多个孔口，且安置在所述第一限流板下游和所述喷洒器区段上游。

本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，所述第一限流板的所述第一多个孔口确定尺寸为提供与所述第二限流板上游的所述流路内的第一水平的声能相关联的第一压力降，且所述第二限流板的所述第二多个孔口确定尺寸为提供与所述喷洒器区段上游的所述流路内的第二水平的声能相关联的第二压力降。

本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，所述第一压力降和所述第二压力降不相等。

本发明的第六技术方案是在第四技术方案中，与所述第一压力降相关联的声能水平和与所述第二压力降相关联的声能水平基本相等。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述喷洒器包括多个排气口，其中所述排气口提供从所述流路至大气的流体连通。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，所述导管联接至安置在所述压缩机下游的压缩机排放外壳。

本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述至少一个排放管线包括与所述空气分配歧管流体连通且限定从所述空气分配歧管至大气的流路的多个排放管线，每个排放管线都包括联接至所述空气分配歧管的联接管和安置在所述联接管下游的喷洒器区段。

本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，每个排放管线都包括安置在所述流路内所述联接管与所述喷洒器区段之间的至少一个限流器，其中所述限流板包括至少一个孔口，其中所述孔口提供所述压缩空气在所述空气分配歧管与所述喷洒器区段之间的压力降。

本发明的第十一技术方案提供了一种用于将压缩空气从燃气涡轮的压缩机排放的系统，包括：空气分配歧管，其经由在所述燃气涡轮的涡轮上游的联接至所述燃气涡轮的导管与所述压缩机流体连通；排放管线，其与所述空气分配歧管流体连通，所述排放管线限定从所述空气分配歧管至大气的流路，所述排放管线包括联接至所述空气分配歧管的联接管，安置在所述联接管下游的喷洒器区段；以及至少一个限流板，其安置在所述流路内所述联接管与所述喷洒器区段之间，其中所述限流板包括至少一个孔口，其中所述孔口提供所述压缩空气在所述空气分配歧管与所述喷洒器区段之间的压力降。

本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述限流板包括多个所述孔口。

本发明的第十三技术方案是在第十一技术方案中，所述至少一个限流板包括：第一限流板，其限定第一多个孔口，且安置在所述空气分配歧管下游的所述流路内；以及第二限流板，其限定第二多个孔口，且安置在所述第一限流板下游和所述喷洒器区段上游。

本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，所述第一限流板的所述第一多个孔口确定尺寸为提供与所述第二限流板上游的所述流路内的第一水平的声能相关联的第一压力降，且所述第二限流板的所述第二多个孔口确定尺寸为提供与所述喷洒器区段上游的所述流路内的第二水平的声能相关联的第二压力降。

本发明的第十五技术方案是在第十四技术方案中，与所述第一压力降相关联的声能水平和与所述第二压力降相关联的声能水平基本相等。

本发明的第十六技术方案是在第十一技术方案中，所述喷洒器包括多个排气口，其中所述排气口提供从所述流路至大气的流体连通。

本发明的第十七技术方案是在第十一技术方案中，所述燃气涡轮包括所述压缩机下游的压缩机排放外壳，其中所述导管联接至所述压缩机排放外壳。

本发明的第十八技术方案是在第十一技术方案中，所述至少一个排放管线包括与所述空气分配歧管流体连通且限定从所述空气分配歧管至大气的流路的多个排放管线，每个排放管线都包括联接至所述空气分配歧管的联接管和安置在所述联接管下游的喷洒器区段。

本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，每个排放管线都包括安置在所述流路内所述联接管与所述喷洒器区段之间的至少一个限流器，其中所述限流板包括至少一个孔口，其中所述孔口提供所述压缩空气在所述空气分配歧管与所述喷洒器区段之间的压力降。

当仔细研究说明书时，本领域普通技术人员将更清楚地意识到这样的实施例的特征和方面及其他。

附图说明

在包括参考附图的说明书的剩余部分中更具体地陈述本发明的对本领域技术人员的包括最佳模式的完全和开放的公开，在附图中：

图1是根据本发明的至少一个实施例的包括用于将压缩空气从压缩机排放的系统的示范性的燃气涡轮的功能框图；

图2是根据本发明的至少一个实施例的用于将压缩空气从压缩机排放的示范性的系统的透视图；

图3是根据本发明的至少一个实施例的如图2中所示出的用于将压缩空气从压缩机排放的系统的局部透视图；

图4是根据本发明的至少一个实施例的示范性的限流板的下游视图；

图5是沿着截面线5-5截取的如图4中所示出的限流板的横截面图；

图6是根据本发明的至少一个实施例的示范性的限流板的下游视图；

图7是根据本发明的一个实施例的如图1、图2以及图3中所示出的系统的一部分的简化示意图。

零件列表

10 燃气涡轮

12 入口区段

14 工作流体/空气

16 压缩机

18 压缩空气

20 燃料

22 燃料源

24 燃烧器

26 燃气

28 涡轮

30 轴

32 发电机/马达

34 排气

36 排气区段

38 排气管

40 压缩机排放外壳

100 系统

102 导管

104 空气分配歧管

106 排放管线

108 喷洒器区段

110 联接管

112 排气口

114 限流板

114(a) 第一限流板

114(b) 第二限流板

116 板/板部分

118 凸缘/凸缘部分

120 螺栓孔

122 孔口

124 轴向距离

ΔP1 第一压力降

ΔP2 第二压力降

P1 第一压力

P2 第二压力

P3 第三压力。

具体实施方式

现在，将对本发明的本实施例详细地作出参考，在附图中，图示本发明的一个或更多个示例。详述使用数字标示和字母标示来指附图中的特征。附图和描述中的相同的或类似的标示用于指本发明的相同的或类似的零件。如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”可以能互换地用于将一个构件与另一个区分开，并且，不旨在表明个别的构件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，并且，“下游”是指流体流至的方向。

每个示例都经由对本发明的解释而提供，而不是经由对本发明的限制而提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围或实质的情况下，能够在本发明中作出修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征可以用于另一实施例上，以产生再一个实施例。因而，由于这样的修改和变型属于所附权利要求及其等效物的范围内，因而旨在本发明涵盖这样的修改和变型。虽然为了图示而大体上将在用于将压缩空气从陆用发电燃气涡轮排放的系统的背景下描述本发明的示范性的实施例，但本领域普通技术人员将容易地意识到，除非在权利要求中明确地叙述，否则本发明的实施例可以应用于任何样式或类型的压缩空气驱动式涡轮机，并且，不限于陆用发电燃气涡轮。

现在参考附图，其中在所有的附图中同一数字指示相同的元件，图1提供可以将本发明的各种实施例合并的示范性的燃气涡轮10的功能框图。如图所示，燃气涡轮10大体上包括入口区段12，入口区段12可以包括一系列的过滤器、冷却盘管、水气分离器以及/或其他装置，从而净化且以另外的方式调节进入燃气涡轮10的空气14或其他工作流体。空气14流动至压缩机区段，在压缩机区段，压缩机16逐步对空气14赋予动能，以产生压缩空气18。

使压缩空气18与来自燃料供给系统22的燃料20混合，以形成在一个或更多个燃烧器24内可燃混合物。使可燃混合物焚烧，以产生具有高温、高压以及高速的燃气26。燃气26流过涡轮区段的涡轮28而作功。例如，涡轮28可以与轴30连接，使得涡轮28的旋转驱动压缩机16而产生压缩空气18。备选地或另外，轴30可以将涡轮28与用于发电的发电机32连接。来自涡轮28的排气34流过排气区段36，其将涡轮28与涡轮28下游的排气管38连接。排气区段36可以包括例如余热回收蒸汽发生器(未示出)，该余热回收蒸汽发生器用于在将排气34释放至环境之前，清洗排气34并从排气34提取额外的热。

取决于燃气涡轮10的运行模式，在压缩机的出口处，压缩空气18可能超过大约300磅/平方英寸和大约1000°F。典型地，压缩空气18从压缩机出口发送至包围各种燃烧器构件的压缩机排放外壳40中。在诸如燃气涡轮的启动、使用低发热燃料的运行或将压缩机用作燃气涡轮测试设备中的负荷时的具体的情形中，变得有必要的是，如燃气涡轮运行所要求的，将压缩空气从压缩机和/或安置在压缩机下游和涡轮上游的燃烧排放外壳完全地或至少部分地倾倒或排出至大气。

在如图1、图2以及图3中所示出的各种实施例中，用于将压缩空气18从压缩机16和/或压缩机排放外壳40排放的系统100与燃气涡轮10流体联接，在本文中，系统100被称为“系统”。例如，如图1中所示出的，系统100可以包括各种流体联接件和/或导管102，流体联接件和/或导管102限定用于将压缩机16和/或压缩机排放外壳40之间的压缩空气18发送至系统100的空气分配歧管104的一个或更多个流路。

在如图1和图2中所示出的各种实施例中，系统100包括与空气分配歧管104流体连通的至少一个排放管线106。如图1和图2中所图示，在各种配置中，系统100包括多个水平地延伸的排放管线106。如图2中所示出的，排放管线106大体上包括喷洒器区段108，喷洒器区段108经由一个或更多个联接管110而与空气分配歧管104联接。喷洒器区段108限定多个排气口112，这些排气口112沿着喷洒器区段108的跨度限定。(多个)排放管线106限定从空气分配歧管104至大气的流路。

在运行中，诸如在燃气涡轮的跳闸事件的期间，可以开动各种阀，因而允许压缩空气18从压缩机16和/或压缩机排放外壳40流入空气分配歧管104中。压缩空气18从空气分配歧管104流出，通过联接管110而流入喷洒器区段108中。然后，压缩空气18通过排气口112而流动至周围的大气。在压缩空气被释放至大气之前，排气口112显著地降低压缩空气的压力。然而，相对高压的压缩空气18至大气压的突然释放导致高水平的能量，该能量引起排放管线106中的振动，具体地，喷洒器区段108中的振动。在各种实施例中，如图3中所示出的，至少一个排放管线106包括安置在喷洒器区段108上游和空气分配歧管104下游的至少一个限流板114。

图4提供根据本公开的一个实施例的示范性的限流板114的下游视图。图5提供沿着截面线5-5截取的如图4中所示出的限流板114的横截面侧视图。图6提供根据本发明的一个实施例的示范性的限流板的下游视图。如图4、图5以及图6中所示出的，限流板114大体上包括板或板部分116和凸缘部分118的凸缘。凸缘部分118可以包括多个沿周向布置的螺栓孔120。

在各种实施例中，板部分116限定为流体流过板部分116作准备的至少一个孔或孔口122。在各种实施例中，板部分116限定多个孔口122。虽然显示为大体上圆形，但孔口122可以具有任何形状，诸如长圆形、椭圆形、三角形、正方形或矩形。在具体的实施例中，如图4中所示出的，孔口122可以确定尺寸为基本均等地横过板部分116。在具体的实施例中，孔口122可以具有不同的直径。

在具体的实施例中，如图3中所示出的，系统100包括第一限流板114(a)，第一限流板114(a)安置在第二限流板114(b)上游，其中，第二限流板114(b)安置在喷洒器区段108上游。可以选择每个对应的限流板114(a)及114(b)中孔口122的直径和孔口122的总数，使得通过第一限流板114(a)的与第一压力降ΔP₁除以P₁的形式有关的声能(acoustical energy)的第一量或水平与通过第二限流板114(b)的与第二压力降ΔP₂ 除以 P₂的形式有关的声能的第二量或水平基本相等。

例如，如图7中示意地示出的，在第一压力P₁下，压缩空气18将从空气分配歧管104(图1)流入排放管线106 中。随着压缩空气18流过第一限流板114(a)的孔口122(a)，压力将下降至第二压力P₂。然后，压缩空气18将在联接管110内流过轴向距离124。然后，压缩空气18流过第二限流板114(b)的孔122(b)，并且，排放管线106内的压力将第二次从 P₂下降至第三压力P₃。

然后，压缩空气18可以流入喷洒器区段108(图2)中，在喷洒器区段108，经由排气口112而将压缩空气18排出至大气。通过使流过喷洒器区段108上游的排放管线106的压缩空气18的压力逐步减低，更重要的是，多级式限流器的压力的这样的逐步减低由于压力本身而不均等，更确切地说，根据限流器的处理声能的能力而不均等，从而可以使典型地由直接地从空气分配歧管104流动至喷洒器区段108且通过排气口112而流动至环境压力的另外的高压压缩空气18生成的高水平的声能显著降低。结果，可以降低高周疲劳，具体地，沿着喷洒器区段108的高周疲劳，因而提高排放管线106的机械寿命。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且，还允许本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例包括并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。