用于燃气涡轮机的入口系统及燃气涡轮机的制作方法

本发明总体涉及燃气涡轮机。更具体地，本发明涉及用于燃气涡轮机的入口系统(inlet system)的消声器(silencers)、用于燃气涡轮机的入口系统及燃气涡轮机。

背景技术：

燃气涡轮机总体包括(沿串联流动顺序)压缩机、燃烧部段和涡轮。在特定构型中，燃气涡轮机包括入口系统，该入口系统定位在通向压缩机的入口上游。入口系统总体包括一个或多个管道(ducts)，该一个或多个管道限定了通向压缩机入口的流动路径。此外，入口系统可以包括多个过滤器、冷却盘管、汽水分离器、和/或可用于净化和以其它方式调节进入燃气涡轮机的空气或其它工作流体的其它装置。

在特定构型中，入口系统包括多个挡板，该多个挡板安装于通向入口系统的主入口和压缩机的入口之间的管道部段内。挡板纵向(longitudinally)对准并且与入口气流方向平行，并且挡板通常起到用于降低气流通过管道时所产生的环境噪声的消声器的作用。至少一些挡板可以包括沿相应挡板的相对侧壁限定的穿孔(perforations)或孔(holes)。吸声材料可以布置于相对侧壁之间。

在操作期间，入口气流朝向压缩机入口纵向地通过限定于侧向相邻的挡板之间的间隙。穿孔允许混响声波通过挡板的侧壁并且进入吸声材料，从而降低气流所产生的环境噪声。尽管穿孔和/或吸声材料通常在降低入口系统所发出的噪声方面是有效的，但是穿孔可能造成入口系统内的可测量压降，原因是气流在通过穿孔时的摩擦损失以及/或者泄漏到穿孔中的气流。因此，经过改进的入口系统将是有用的。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在下文的描述中阐述，或者可以是通过描述显而易见的，或者可以通过实施本发明而习得。

本发明的一个实施例提供一种用于燃气涡轮机的入口系统。该入口系统包括入口管道(inlet duct)、布置于入口管道下游的消声器组件和布置于消声器组件下游的出口管道(outlet duct)。消声器组件可以包括管道和布置于管道内的多个侧向间隔开的挡板(a plurality of laterally spaced baffles)。挡板可以与流过入口系统的气流基本平行地布置。每个挡板都包括前缘部分(a leading edge portion)、与前缘部分纵向间隔开的后缘部分(a trailing edge portion)和在前缘部分与后缘部分之间延伸且侧向相对的一对侧壁(a pair of laterally opposing side walls)。每个挡板都包括至少一个隔音板(acoustic panel)，该至少一个隔音板至少部分地延伸跨过一对侧壁中的一个侧壁。

较佳地，每个挡板的每个侧壁都包括多个开孔(apertures)，其中所述多个开孔的至少一部分布置于所述隔音板的下方。

较佳地，每个挡板都包括腔(cavity)，所述腔被侧向地(1aterally)限定在所述一对侧壁之间。

更佳地，所述入口系统还包括布置于所述腔内的隔音材料(acoustic material)。

较佳地，所述隔音板包括透声材料(acoustically permeable material)。

较佳地，所述隔音板包括提供小于1.5db的声级降低(sound level reduction)的透声材料。

较佳地，所述隔音板具有1mm或更小的表面粗糙度(surface roughness)。

本发明的另一个实施例公开一种用于燃气涡轮机的入口系统。该入口系统包括入口管道、布置于入口管道下游的过渡管道、布置于过渡管道下游的消声器组件和布置于消声器组件下游的出口管道。消声器组件包括管道和挡板，该挡板布置于管道内并且基本平行于流过入口系统的气流布置。挡板具有前缘部分、与前缘部分纵向间隔开的后缘部分、第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁与第二侧壁侧向相对。第一侧壁和第二侧壁在前缘部分与后缘部分之间延伸。消声器组件还包括至少部分地延伸跨过第一侧壁的外表面的第一隔音板和至少部分地延伸跨过第二侧壁的第二隔音板。

较佳地，所述第一侧壁或所述第二侧壁中的至少一个包括多个开孔，其中所述多个开孔的至少一部分布置于所述第一隔音板或所述第二隔音板的下方。

较佳地，所述挡板包括腔，所述腔被侧向地限定于所述第一侧壁和所述第二侧壁之间。

更佳地，所述入口系统还包括布置于所述腔内的隔音材料。

较佳地，所述第一隔音板或所述第二隔音板中的至少一个包括透声材料。

更佳地，所述透声材料提供小于1.5db的声级降低。

较佳地，所述第一隔音板或所述第二隔音板中的至少一个具有1mm或更小的表面粗糙度。

本发明还包括一种燃气涡轮机。该燃气涡轮机包括入口部段、布置于入口部段下游的压缩机、布置于压缩机下游的燃烧部段和布置于燃烧部段下游的涡轮。入口系统包括入口管道、布置于入口管道下游的消声器组件和布置于消声器组件下游并且与压缩机流体连通的出口管道。消声器组件包括管道和挡板，该挡板布置于管道内并且基本平行于从入口管道流过入口系统的气流布置。挡板具有前缘部分、与前缘部分纵向间隔开的后缘部分、第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁与第二侧壁侧向相对。第一侧壁和第二侧壁在前缘部分与后缘部分之间延伸。消声器组件还包括至少部分地延伸跨过第一侧壁的外表面的第一隔音板和至少部分地延伸跨过第二侧壁的第二隔音板。

较佳地，所述第一侧壁或所述第二侧壁中的至少一个包括多个开孔，其中所述多个开孔的至少一部分布置于所述第一隔音板或所述第二隔音板的下方。

较佳地，所述挡板包括侧向限定于所述第一侧壁和所述第二侧壁之间的腔并且还包括布置于所述腔内的隔音材料，并且其中所述第一隔音板或所述第二隔音板中的至少一个包括透声材料。

较佳地，所述第一隔音板或所述第二隔音板中的至少一个包括透声材料，所述透声材料提供小于1.5db的声级降低。

较佳地，所述第一隔音板或所述第二隔音板中的至少一个具有1mm或更小的表面粗糙度。

通过阅览本说明书，本领域普通技术人员将更好地领会该等实施例以及其它实施例的特征和方面。

附图说明

包括参照附图，说明书的剩余部分中更具体地阐述了面向本领域技术人员的本发明的完整和能够实现的公开，包括本发明的最佳模式，在附图中：

图1是可以结合本发明的各个实施例的示例性燃气涡轮机的功能框图；

图2是如图1中所示的燃气涡轮机的入口部段的示例性入口系统的侧视图；

图3是根据本发明的各个实施例的可以结合到如图2中所示的入口系统中的示例性消声器组件的俯视图；

图4是根据本发明的至少一个实施例的如图3中所示的消声器组件的示例性挡板的剖面俯视图；

图5是根据本发明的至少一个实施例的如图4中所示的挡板的透视图，其中示出了第一侧壁；

图6是根据本发明的至少一个实施例的如图4中所示的挡板的透视图，其中示出了第二侧壁；

图7是根据本发明的至少一个实施例的如图5中所示的挡板的透视图，其中包括延伸跨过挡板的第一侧壁的隔音板；以及

图8是根据本发明的至少一个实施例的如图6中所示的挡板的透视图，其中包括延伸跨过挡板的第二侧壁的隔音板。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个例子示于附图中。详细的描述使用数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。当在本文中使用时，术语“第一”、“第二”、和“第三”可以互换使用，以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”表示关于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体从其流动的方向，并且“下游”指的是流体流向的方向。术语“径向地”指的是与特定部件的轴向中心线基本垂直的相对方向，并且术语“轴向地”指的是与特定部件的轴向中心线基本平行的相对方向。

每个例子都以对发明进行解释的方式给出，并不对本发明构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征可以用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的该等改型和变型。尽管将为了说明目的而大体在用于陆基发电燃气涡轮机的入口系统的背景下描述本发明的示例性实施例，但是本领域普通技术人员将易于领会，除非权利要求书中特别指出，否则本发明的实施例可以应用于任何类型的燃气涡轮机(例如海洋或航空燃气涡轮机)的任何入口系统并且不限于陆基发电燃气涡轮机。

现在参照附图，其中相同的附图标记在全部附图中表示相同元件，图1提供了可以结合本发明的各个实施例的示例性燃气涡轮机10的功能框图。如图所示，燃气涡轮机10总体包括入口部段12，该入口部段可以包括一系列过滤器、冷却盘管、水汽分离器、和/或用于净化和以其它方式调节进入燃气涡轮机10的气流14或其它工作流体的其它装置。空气14从入口部段12流向压缩机部段，在压缩机部段处，压缩机16逐渐向空气14施加动能，以产生压缩空气18。

压缩空气18与来自燃料供给系统22的燃料20混合，以在一个或多个燃烧器24内形成可燃混合物。可燃混合物燃烧，以产生具有高温、高压和高速的燃烧气体26。燃烧气体26流过涡轮部段的涡轮28以做功。例如，涡轮28可以连接到轴30，使得涡轮28的旋转驱动压缩机16以产生压缩空气18。备选地或除此之外，轴30可以将涡轮28连接到发电机(未示出)，以用于产生电力。来自涡轮28的排放气体32流过排放部段34，该排放部段将涡轮28连接到位于涡轮28下游的排气管36。排放部段34例如可以包括余热蒸汽发生器(即HRSG，未示出)，以用于在排放气体32释放到环境之前对其清洁并且从其提取额外的热。

图2提供了用于如图1中所示的燃气涡轮机10的入口部段12的示例性入口系统38的侧视图。如图2中所示，入口系统38可以包括：主入口部分(或管道)40，该主入口部分(或管道)40被配置成从周围环境接收气流14；过渡管道42，该过渡管道42定位在主入口部分40的下游；和出口管道44，该出口管道44被布置在过渡管道42的下游。出口管道44与通向压缩机16的入口流体连通。

在各个实施例中，入口系统38包括消声器组件46，该消声器组件46布置于主入口部分40和/或过渡管道42的下游。图3提供了根据本发明的各个实施例的消声器组件46的俯视图。在特定实施例中，如图3中所示，消声器组件46包括布置或封装于管道50内的多个挡板48(如虚线所示)。挡板48在图3中沿如线52所示的纵向方向和如线54所示的侧向方向延伸。挡板48还在管道50内的底部管道壁58和顶部管道壁60之间沿如线56所示的径向方向延伸，如图2中所示。挡板48大体平行于流过入口系统38的气流14在管道50内延伸。相邻的挡板48彼此侧向地间隔开(laterally spaced from each other)，以在其间形成流动间隙62。在一个实施例中，相邻挡板48以大约5英寸的间隔侧向间隔开。

图4是根据本发明的至少一个实施例的多个挡板48的示例性挡板100的剖面俯视图。挡板100可以代表图3中所示的任何数量的挡板48。在至少一个实施例中，挡板100包括侧向相对的一对侧壁102、104。侧壁102、104在挡板100的前帽(forward cap)或前缘部分106与挡板100的后帽或后缘部分108之间纵向地延伸。侧壁102、104可以由适于入口系统38内的环境的任何材料制成。例如，侧壁102、104可以由铝、钢或碳纤维形成。挡板100的尺寸或形状能够配合到管道50内。在一个实施例中，挡板100侧向地延伸(extends laterally)大约96英寸并且纵向地延伸跨越大约6英寸。在另一个实施例中，挡板100纵向地延伸大约96英寸并且侧向地延伸跨越大约6英寸。

在形成于侧壁102、104之间的腔112内提供隔音或吸声材料110。吸声材料110可以包括适于吸收声波目的的任何吸声材料110。例如，吸声材料110可以包括玻璃棉板、吸声泡沫或吸声喷雾(acoustic spray)。

图5提供了根据本发明的至少一个实施例的挡板100的透视图，其中示出了侧壁102。图6提供了根据本发明的至少一个实施例的挡板100的透视图，其中示出了侧壁104。在特定实施例中，如图4、图5和图6中共同示出的，侧壁102、104中的至少一个包括分别沿侧壁102、104的相应外表面116、118限定的穿孔、孔或开孔114。在特定实施例中，开孔114成大体圆形或椭圆形。在其它实施例中，开孔114中的一个或多个可以成方形、三角形、矩形、或者具有任何合适的形状。开孔114为声波提供或限定行进通过挡板100的侧壁102、104并且进入腔112中的声学路径。通过该方式，声波可以被吸声材料110吸收。

在各个实施例中，如图4中所示，挡板100包括分别延伸跨过侧壁102、104的外表面116、118的一个或多个隔音板或包裹物(wraps)120、122。在特定实施例中，隔音板120、122可以朝向和/或围绕后缘108延伸。图7提供根据本发明的至少一个实施例的挡板100的透视图，其中示出了被隔音板120覆盖的侧壁102。图8提供了根据本发明的至少一个实施例的挡板100的透视图，其中示出了由隔音板122覆盖的侧壁104。

如图4、图7和图8所示，隔音板120、122延伸跨过并且/或者覆盖图4、图5和图6中所示的开孔114，从而相比未覆盖的侧壁102、104的外表面116、118，为挡板100提供基本水动力平滑的外表面(hydro dynamically smooth outer surfaces)124、126。因此，通常由沿未覆盖外表面116、118布置的开孔114产生的摩擦损失降低，从而减少典型地在空气14流过未覆盖外表面116、118时产生的压降。跨过挡板100的压降的减小可能使燃气涡轮机10的总体性能提高。

在特定实施例中，隔音板120、122包括透声材料。在一个实施例中，透声材料具有粗糙度为1mm或更小的外表面，使得其处于跨过挡板100流动的空气14的粘性子层(a viscous sub-layer)内。在一个实施例中，通过透声材料的声级降低应当为1.5db或更小。隔音板120、122中的一个或多个可以包括隔音织物(acoustic fabric)，例如但不限于可购自美国弗吉尼亚州里士满市格勒诺布路2420号的Acoustical Solutions的FR400、FR90、FR600、FR900或FR7000系列的隔音织物(例如扬声器布)。

本书面描述使用例子对本发明进行了公开(其中包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实施本发明(其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法)。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的例子。如果该等其它的例子包括与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果该等其它的例子包括与权利要求书的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望该等其它的例子落入权利要求书的范围内。