专利名称：用于涡轮隔间通风的系统及方法
技术领域：
本文公开的主题主要涉及发电设备。更具体而言，本主题涉及发电设备的涡轮隔间的通风。
背景技术：
在发电系统中，涡轮隔间由于若干原因而需要适当的通风。涡轮隔间通风考虑的实例包括为了更好的操作效率而将涡轮间隙保持在合理范围内，以及保持挥发性有机化合物(VOC)免于累积在涡轮隔间内。燃气轮机隔间的通风能力基于若干因素确定，包括涡轮壳体表面的热消散速率、从燃气轮机壳体凸缘的泄漏、局部环境条件、通风布置(如加压或非加压涡轮隔间)和安全考虑。这些因素可使得通风设计对于经历大于120华氏度的极端环境空气温度的地点是挑战性的。在此情况下，温度控制可通过增加通风空气流来实现。然而，增加的通风空气流会由于不均勻冷却、由通风风扇造成的寄生耗电量的增加、VOC泄漏检测的低灵敏度以及隔间门中的泄漏增加而引起问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于涡轮隔间通风的系统，该系统包括与热交换装置成流体连通的第一空气导管，第一空气导管构造成将处于第一温度的空气流从空气进口引导至交换装置；与热交换装置成流体连通的流体回路，其中一部分流体回路定位在热沉中；定位在流体回路中构造成使第一流体流过流体回路来在第一流体与热沉之间传递热的泵。该系统还包括与热交换装置成流体连通并与涡轮隔间成流体连通的第二空气导管，第二空气导管构造成将处于第二温度的空气流从热交换装置引导至涡轮隔间。根据本发明的另一方面，提供了一种用于使涡轮隔间通风的方法，该方法包括将空气流从空气进口弓丨导至第一空气导管，在空气流与热交换装置内的第一流体之间传递第一热，以及将第一流体泵送穿过与热交换装置成流体连通的流体导管，其中部分流体导管定位在地下。该方法还包括在第一流体与周围地面之间传递第二热，且将调节的空气流从热交换装置经由第二空气导管引导至涡轮隔间。通过结合附图的如下描述，这些及其它优点和特征将变得更为明显。
在说明书所附的权利要求中特别指出且明确地要求保护被认为是本发明的主题。 通过结合附图的如下详细描述，本发明的前述及其它特征和优点将变得显而易见，在附图中图1为包括通风系统的发电系统的实施例的简图；图2为在一时间周期内环境空气温度和地面温度的示例性曲线图；以及图3为包括通风系统的发电系统的另一实施例的简图。本详细说明通过举例的方式，参照附图阐述了本发明的实施例，以及优点和特征。
零部件列表
100发电系统
102通风系统
104涡轮隔间
106环境空气进口
108地热系统
110过滤器
112第一空气导管
114通风风扇
116涡轮空气源
117涡轮发动机
118压缩机
120轴
122涡轮
124燃烧器
126热交换装置
1 第二空气导管
130流体回路
132地下回路
134地面区域
136深度
138表面
140泵
142控制器
144控制器
146温度传感器
148温度传感器
150中间回路
152盘管
154热交换器
156阀
158压缩机
160马达
200图表
202 一天的时间
204温度
206地下温度曲线
208环境空气温度
300发电系统
302通风系统
304涡轮隔间
306环境空气进口
308地热系统
310过滤器
312第一空气导管
314通风风扇
316涡轮空气源
317涡轮发动机
318压缩机
320轴
322涡轮
324燃烧器
326热交换装置
3 第二空气导管
330流体回路
332地下的部分回路
334地面区域
336深度
338表面
340泵
342控制器
344控制器
346温度传感器
348温度传感器
具体实施例方式图1示出了用于产生电功率和/或机械功率输出的发电系统100的一个实施例的简图。发电系统100包括通风系统102和涡轮隔间104。通风系统102构造成调节到涡轮隔间104的空气进口 106。如图所示，通风系统102包括且使用地热系统108来调节空气。 环境空气进口 106包括过滤器110以从外部空气除去颗粒和杂质。环境空气流引导穿过第一导管112，第一导管112包括第一通风风扇114，第一通风风扇114提供力来促使空气流穿过第一导管112。在一个实施例中，环境空气进口 106将部分空气流引导至第一导管112， 且将第二部分引导至涡轮空气源116。涡轮空气源116引导由涡轮发动机117使用的空气流。涡轮发动机117包括压缩机118、轴120、涡轮122和燃烧器124。在一个实施例中，涡轮发动机117可包括多个压缩机118、燃烧器124、涡轮122和轴120。如图所示，压缩机118 和涡轮122由轴120联接。一方面，燃烧器IM使用液体和/或气体燃料如天然气体或富氢合成气体来运转涡轮发动机。例如，定位在燃烧器124中的燃料喷嘴与燃料源以及压缩机118提供的加压空气成流体连通。压缩机118接收空气源116，其中压缩机叶片或导叶转动来压缩空气，空气然后被引导至燃料喷嘴。燃料喷嘴产生空气-燃料混合物，且将空气-燃料混合物排入燃烧器124中，从而导致产生热加压气体的燃烧。燃烧器IM将热加压气体引导到涡轮喷嘴(或“一级喷嘴”)中，从而在热气体流过喷嘴中的导叶时导致涡轮122旋转。涡轮122 的旋转导致轴120旋转，从而在空气流入压缩机118中时压缩空气。轴102的旋转还提供旋转机械输出，旋转机械输出可用于发电。仍参看图1，第一空气导管112将环境空气流提供给热交换装置126，其中空气流将被调节且随后通过第二空气导管128引导至涡轮隔间104。通风系统102使用地热系统 108的地热温度循环来调节或处理流入隔间104中的空气。地热系统108包括流体回路 130，其中部分回路定位在地下，如数字132所示。周围的地面区域134充当热沉和地热源， 以便取决于所期望的涡轮隔间温度和环境空气温度来将热传递至流过地下回路132的流体和/或从流过地下回路132的流体传递热。在实施例中，热沉为将材料内产生的热传递至诸如空气或液体的流体介质的合适来源、构件或组件。示例性的热沉包括但不限于周围地面、水体、地面和水的组合，以及定位在发电设备建筑内或外的鳍片或基于销钉的结构。如下文参照图2详细描述的那样，地下回路132的深度136处的温度循环使得能够在周围地面134与流动的流体之间进行热传递，从而在回路130中流动的流体与第一空气导管112 内的环境空气之间经由热交换装置126提供热传递。此外，环境空气和周围地面134可在选定的时间周期期间具有大致颠倒的温度循环或相反的相。回路132的深度136可取决于若干因素，包括但不限于环境条件、系统性质、所期望的隔间温度、成本或它们的任何组合。 例如，在一个实施例中，回路132的深度136可小于表面338以下大约50英尺。在另一实施例中，深度136小于表面338以下大约25英尺。在又一实施例中，深度136小于地面338 以下大约10英尺。如图所示，流体回路130包括使流体循环穿过地面134和热交换装置126的泵 140。控制器142可联接到泵140上，以便监视和控制各种参数，如流体泵送的速率。在一个实施例中，流体为流过回路导管且传递选定热量的任何适合的流体，如水或水和防冻剂的混合物。泵140可为任何适合的耐用泵，如工业电动流体泵。控制器142还可包括至少一个传感器以测量流体的流速、温度或其它性质。在一个实施例中，控制器142为远程控制器， 远程控制器利用诸如以太网或802. 11无线协议的有线连接或无线连接与一个或更多其它控制器通信，如控制器144。控制器142和144可为基于计算机的单元，该单元包括处理器、 记忆存储装置(如固态存储器)，以及储存装置中的一个或多个程序，储存装置可由处理器访问来执行包含于此类程序中的指令。在所绘的实施例中，控制器144联接到热交换装置 126、隔间温度传感器146和环境温度传感器148上，其中传感器提供由控制器144使用的信息，以便控制进入涡轮隔间104中的空气流的温度。因此，控制器142和144使用程序和硬件来监视环境空气温度和隔间空气温度的参数，且提供指令来执行通风系统102的所选功能，以便在空气经由热交换装置126流入涡轮隔间104中时加热和/或冷却环境空气。继续参看图1，通风系统102的示例性实施例包括热交换装置126，热交换装置1 包括中间回路150、盘管152、热交换器154、阀156、压缩机158和压缩机马达160。中间回路150取决于隔间空气的所选温度和环境空气温度来沿所选的方向引导制冷剂流体。制冷剂流体可为任何适合的流体，如氨、二氧化碳和非卤代烃。应当注意的是，流过中间回路150和流体回路130的流体的状态可取决于多种因素变化，包括流体性质、环境条件、系统条件或它们的组合。现在详细地描述通风系统102的示例性加热和冷却模式。在冷却模式中，处于温度Tl的环境空气通过第一空气导管112流至盘管152。此外，在冷却模式中，制冷剂流体沿反时针方向从热交换器1 流至盘管152，到达压缩机158并回到热交换器154。盘管152 经由中间导管150从热交换器154接收冷却剂流，其中冷却剂已经由流过流体回路130的流体冷却。因此，回路130中的流体在其泵送穿过地下回路132时冷却，此处地面134处于低于Tl的温度T2。因此，冷却的流体从地下回路132流动来冷却流过热交换器154的制冷剂。经由中间回路150由热交换器巧4接收的制冷剂为由压缩机158压缩的蒸气，且通过阀156引至热交换器154，其中热交换器巧4冷凝制冷剂，且将热传递至流体130，从而将制冷剂变为液体。中间回路150引导冷却的液体制冷剂穿过膨胀装置，如孔口(未示出)， 且然后穿过盘管152来冷却环境空气，从而从空气接收热。在另一实施例中，膨胀装置集成到盘管152中。当制冷剂加热时，其一部分在盘管152内转变为气体，且制冷剂然后经由阀 156引导至压缩机158。因此，在该实施例中，由第二空气导管1 从盘管152引导至涡轮隔间104的空气处于低于Tl且在对于隔间的所选范围内的第三温度T3。在加热模式中，处于温度Tl的环境空气通过第一空气导管112流向盘管152。此外，在加热模式中，制冷剂流体沿顺时针方向从压缩机158流向盘管152，到达膨胀装置、到达热交换器154并回到压缩机158。盘管152经由中间导管150从压缩机158接收压缩的蒸气制冷剂流。由压缩机158接收的制冷剂由流过流体导管130的地下部分132的流体加热，在该处，地面134处于高于Tl的温度T2。因此，加热的流体从地下回路132流动来加热流过热交换器154的制冷剂。制冷剂在盘管152中冷凝，同时将热释放到也流过盘管152 的环境空气。然后，制冷剂从盘管152经由中间回路150和膨胀装置流至热交换器154。然后，热交换器巧4通过从流体回路130传递热来产生由阀156引导至压缩机158的蒸气而加热中间回路150中的制冷剂。来自压缩机158的压缩蒸气为将热传递至盘管152内的环境空气的加热的制冷剂。因此，在该实施例中，由第二空气导管1 从盘管152引导至涡轮隔间104的空气处于高于Tl且在对隔间所选范围内的温度T3。应当注意的是，对于上述加热和冷却实施例两者而言，环境空气流过导管112和1 来由热交换装置1 调节，其中热交换装置126使用任何适合的方法和设备经由回路130在地面134与环境空气之间传递热，如所示实例那样。继续参看图1，在一个实施例中，盘管152和热交换器IM各自均为与两个流体源成流体连通和热连通的装置，其中这些装置使得能够在流体源之间传递热。阀156可为构造成取决于通风系统102的模式，将制冷剂流沿所选的方向引导的任何适合的阀。在一个实例中，阀156为使通风系统102能够改变回路150中的流体流动方向来加热或冷却环境空气源的通风系统102。压缩机158和压缩机马达160为将气体压缩成压缩蒸气的适合装置。所绘的发电系统100和通风系统102可用于控制引导至容纳多个涡轮的隔间的空气温度和发电设备内的多个涡轮隔间的空气温度。尽管描述主要集中在燃气轮机上，但所述概念不限于燃气轮机。所公开的通风系统102提供了用于调节环境通风空气的能量有效的解决方案，从而减少或消除了对大量增加通风空气流的需要。处于相反相或与环境温度循环颠倒的地下温度循环的特性使得通风系统能够提供可行且节省成本的解决方案，尤其是对于极热或极冷的环境，如中东的发电系统所遇到的极热的环境空气。因此，通过高效地调节到隔间104 的进入空气温度，通风系统102的实施例提供了降低的寄生功率消耗、减小的磨损、改善的可靠性和对于涡轮117、相关仪器、涡轮壳体和其它零件的改善的操作条件。在实施例中，热交换装置1 取决于应用的需要、成本考虑和其它因素使用更少或更多的构件来执行所期望的空气调节功能。例如，如下文在图3中所示，热交换装置1 可对于没有蒸气压缩循环的基本环境空气冷却或控制简化。在其它实施例中，附加和/或不同的构件可用于执行本文相对于热交换装置126所述的功能。如本文所述，调节空气可认为是调整空气流的至少一个物理性质的过程，包括例如为湿球温度、干球温度、相对湿度或密度的非限制实例。图2为在一时间周期期间的环境空气温度和地面温度的示例性曲线图200。图表 200包括显示在由数字202指示的χ轴线上的从6 OOAM至6 OOPM的时间周期。华氏温度显示在由数字204指示的y轴线上。温度数据曲线206指出了在时间周期期间，在所选深度的地下获得的测量结果。所示的曲线206在地面以下10英寸、27英寸和33英寸处获得。温度数据曲线208指示了相同时间周期期间获取的环境空气的温度测量结果。如图所示，环境空气208和地下206的温度循环在所选时间周期期间彼此颠倒或反相，如示为在8:00AM 至6:00PM之间的时间周期。本文所述的通风系统使流体流过导管和回路，以便利用颠倒的温度循环来冷却或加热涡轮隔间的空气进口。例如，地下图表示出了在大约1:30PM，地面温度为大约81华氏度，而环境空气为大约100华氏度。此外，对于涡轮隔间空气所选或所期望的温度范围在87华氏度至93华氏度之间。因此，流体回路130(图1)使用冷却的地面温度来冷却流体，该流体然后由热交换器126使用来冷却环境空气流，从而将大约90华氏度的冷却空气流1 提供给隔间104。 环境空气温度和地面温度的循环对于加热环境空气应用也可为彼此颠倒的，其中峰值或高地面温度大致出现在与低环境空气温度几乎相同的时间。在此情况下，地面的地热源通过流体回路130提供热，热经由热交换装置通过本文所述的方法传递至环境空气进口。图3为包括通风系统302的发电系统300的另一示例性实施例的简图。所示的系统为与图1中的示例性系统大致类似的操作方法，且图3中绘出的系统包括热交换装置326 的简化实施例。通风系统302构造成调节涡轮隔间304的空气进口 306。通风系统302包括地热系统308，以便协助调节空气。环境空气进口 306包括过滤器310以从外部空气除去颗粒和杂质。环境空气流被引导穿过第一导管312，第一导管312包括第一通风风扇314， 第一通风风扇314提供力来促使空气流穿过第一导管312。在一个实施例中，环境空气进口 306将部分空气流引导至第一导管312，且将第二部分引导至涡轮空气源316。涡轮空气源316引导由涡轮发动机317使用的空气流。涡轮发动机317包括压缩机318、轴320、涡轮322和燃烧器324。第一空气导管312将环境空气流提供给热交换装置326，其中空气流被调节且然后通过第二空气导管3 引导至涡轮隔间304。通风系统302使用地热系统308的地热温度循环，以便调节或处理进入隔间304中的空气流，其中地热循环与环境空气循环大致颠倒。 地热系统308包括流体回路330，其中回路的一部分332定位在地下。周围地面区域334充当地热源，以便将热传递至流过地下回路332的流体和/或从流过地下回路332的流体传递热，其中回路取决于应用要求定位在所选的深度336处。如图所示，流体回路330包括泵340以使流体循环穿过地面334和热交换装置326。控制器342可联接到泵340上，以便控制回路330的各种参数，如泵送速率。在一个实施例中，控制器342为远程控制器，该远程控制器与诸如控制器344的一个或更多其它控制器通信。如图所示，控制器344联接到热交换装置326、隔间温度传感器346和环境温度传感器348上，其中传感器提供信息来控制进入涡轮隔间304中的空气流的温度。在图3的示例性实施例中，热交换装置3 为经由第一空气导管312与环境空气进口以及流体导管330内的流体成流体连通的装置。在示例性加热模式中，泵340使流体回路330中的流体循环穿过地下部分332，在该处，地面334温度高于环境空气温度，从而在流体流过地面334时加热流体。热交换装置3 使热能够从加热流体传递至环境空气。加热的环境空气然后由导管328引导至隔间304。在示例性冷却模式中，泵340使流体回路 330中的流体循环穿过地下部分332，在该处，地面334温度低于环境空气温度，从而在流体流过地面334时冷却流体。热交换装置3 使热能够从环境空气传递至冷却流体。冷却空气然后由导管328引导至隔间304。因此，通过高效地调节至隔间304的进入空气温度，通风系统302的一个实施例提供了降低的寄生功率消耗、减小的磨损、改善的可靠性和对于涡轮317、相关仪器、涡轮壳体和其它零件的改善的操作条件。尽管仅结合了有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易理解，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可进行修改，以结合任意数目的此前并未描述的变型、备选方案、替换方案或等效布置，但其与本发明的精神和范围匹配。此外，尽管已经描述了本发明的多种实施例，但应当理解，本发明的多个方面可仅包括其中一些所述实施例。因此，本发明不应看作由以上说明限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种用于涡轮隔间(106，304)通风的系统，所述系统包括与热交换装置(126，326)成流体连通的第一空气导管(112，312)，所述第一空气导管(112，312)构造成将处于第一温度的空气流从空气进口引导至所述热交换装置(126， 326)；与所述热交换装置(126，326)成流体连通的流体回路(130，330)，其中部分所述流体回路(130,330)定位在地下(134，334)；定位在所述流体回路(130，330)中的泵(140，340)，所述泵构造成使第一流体流过所述流体回路(130，330)以在所述第一流体与热沉(134，334)之间传递第一热；以及与所述热交换装置(126，326)成流体连通且与涡轮隔间(106，304)成流体连通的第二空气导管(1 ，3 )，所述第二空气导管(128，328)构造成将处于第二温度的所述空气流从所述热交换装置(126，326)引导至所述涡轮隔间(106，304)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一流体将所述第一热从所述第一流体传递至所述热沉(134，334)，并且其中所述第一温度大于所述第二温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热沉(134，334)为具有温度循环的地热源，所述温度循环在一时间周期期间与环境空气温度循环大致颠倒。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热交换装置(126，326)包括与热交换器(154)以及盘管(15 成流体连通的中间回路(150)，所述盘管(15 与所述第一空气导管(112，312)以及所述第二空气导管(128，328)成流体连通，其中所述热交换器(154)在所述中间回路(150)中的第二流体与所述第一流体之间传递第二热，且所述盘管在所述第二流体与所述空气流之间传递热。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括联接到所述泵(140，340)上和联接到温度传感器(146，346)上的控制器(144)，所述温度传感器(146，346)定位成确定所述涡轮隔间(104，304)的第三温度，且将所述第三温度保持在所选的温度范围内。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热沉(134，334)包括周围地面，且第一流体从所述周围地面吸收所述第一热，并且其中所述第一温度小于所述第二温度。
7.一种用于使涡轮隔间(104，304)通风的方法，所述方法包括将空气流从空气进口引导至第一空气导管(112，312)；在所述空气流与热交换装置(1 ，3 )内的第一流体之间传递第一热；将所述第一流体泵送穿过与所述热交换装置(126，326)成流体连通的流体回路(130， 330)，其中部分所述流体回路(130,330)定位在地下(134，334)；在所述第一流体与周围地面(134，334)之间传递第二热；以及将调节的空气流从所述热交换装置(126，326)经由第二空气导管(128，328)引导至涡轮隔间(104，304)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，引导所述空气流包括引导处于第一温度的所述空气流，并且其中引导所述调节的空气流包括引导处于第二温度的所述调节的空气流，其中所述第一温度大于所述第二温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，引导所述空气流包括引导处于第一温度的所述空气流，并且其中引导所述调节的空气流包括引导处于第二温度的所述调节的空气流，其中所述第一温度小于所述第二温度。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热交换装置(126，326)包括与所述流体回路(130，330)和中间回路(150)成流体连通的热交换器，且还包括与所述中间回路 (150)以及所述第一空气导管(112,31 成流体连通的盘管(152)，其中第二流体配置成流过所述中间回路(150)以在所述空气流与所述第一流体之间传递所述第一热。
全文摘要
本发明涉及用于涡轮隔间通风的系统及方法。具体而言，根据本发明的一个方面，提供了一种用于涡轮隔间通风的方法，该方法包括将空气流从空气进口引导至第一空气导管，在空气流与热交换装置内的第一流体之间传递第一热，以及将第一流体泵送穿过与热交换装置成流体连通的流体回路，其中部分流体回路定位在地下。该方法还包括在第一流体与周围地面之间传递第二热，且将调节的空气流从热交换装置经由第二空气导管引导至涡轮隔间中。
文档编号F02C7/12GK102444478SQ201110321039
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者章建民 申请人:通用电气公司