用于燃气涡轮机的过滤系统 【技术领域】
本发明涉及一种用于燃气涡轮机的过滤系统，具体而言，涉及一种用于燃气涡轮机的进气过滤系统。
背景技术
进气过滤系统通常用于与燃气涡轮机一起使用，并通过从进气中除去盐、灰尘、腐蚀物和水(下文称为“杂质”)来运行，以阻止它们进入燃气涡轮机中。杂质可以以例如固体(即干盐)或水性溶液(即湿盐)的不同形式进入燃气涡轮机，并腐蚀燃气涡轮机元件。该腐蚀可导致运行低效或故障和经济损失。这样，典型地需要通过进气过滤系统为燃气涡轮发动机提供腐蚀减轻，进气过滤系统减少进入燃气涡轮机的腐蚀物的量。
腐蚀物可以以能进入燃气涡轮机的几种状态存在。第一状态包括固体颗粒腐蚀物成分。这些包括可通过高效过滤器去除的盐和氧化物颗粒。第二状态包括液体，确切地说水性腐蚀物成分。这些包括水性氯化物或酸，它们一般不能通过微粒过滤器有效地去除。
在两种情况中，典型地，腐蚀物可通过两个主传送机构沿气流移动。这些包括沉淀在微粒过滤器上的固体盐，当环境空气的湿度上升到超过大约60％的相对湿度(RH)时或当过滤器元件变湿且盐(其通过雨、雾、薄雾和其它水源溶解)进入进气流时，该固体盐可溶解。一旦盐溶液经过终滤器，液体可能会干燥，并且盐可能会从溶液中沉淀出来。此时这种盐沉淀物或结晶盐可以进入燃气涡轮机。
当前市场上可获得的专门用于除盐和除水的过滤系统通常分为3级系统和障碍型系统。3级系统包括作为第一级的第一叶片/湿气分离器、作为第二级的凝聚过滤器和作为第三级的第二叶片分离器或防水高效过滤器。凝聚过滤器捕获小的盐悬浮液滴并促使它们结合成较大的液滴，然后这些液滴可作为盐水排出。凝聚过滤器也从进气中去除直径可小于1微米且为吸水性的灰尘和干燥盐颗粒。第三级从气流中去除任何剩余的液滴，例如从凝聚过滤器所过滤的干燥盐颗粒形成的液滴，这些液滴从潮湿的进气中吸取水并被重新释放到气流中。
在使用3级系统的相对干燥的环境中，叶片分离器可用作末级，并且干燥的盐颗粒可堆积在凝聚过滤器的后部。然后这些干燥的盐颗粒可从潮湿的进气中吸取水分，并作为液滴重新释放到气流中，这些液滴并没有大到足以通过第二叶片分离器去除，但它会导致盐堆积在燃气涡轮机元件上。
在障碍型系统中，典型地有两级过滤。第一级是凝聚预过滤器，该预过滤器捕获并凝聚来自气流的液滴。大部分的水被排出，但是一些水重新释放到气流中。第二、末级包括防水高效过滤器，该过滤器是防水的并允许空气但不允许水通过。这捕获了干盐和湿盐以及细颗粒物。此系统内没有第三级叶片分离器。
在实践中，障碍型系统依赖过滤器框架和介质密封的100％的有效性以防止盐水进入燃气涡轮机。这在具有很少过滤器的小型燃气涡轮机上的新而干净的过滤器系统中是可达成的，但是需要维护以保持其正常地工作，并在较大机器上由于大小而变得不切实际。因此，尽管障碍型系统在停止盐向燃气涡轮机元件移动方面是有效的，但如果安装和维护不能正确地执行，会见到主要故障模式为密封机构。
【发明内容】
根据本发明的一方面，提供了一种用于和燃气涡轮机的进口一起使用的系统，气流通过该系统流向燃气涡轮机，该系统包括：第一级，其通过将初始悬浮液滴凝聚成比初始悬浮液滴大的二次悬浮液滴而从气流中去除初始悬浮液滴，并从气流中去除固体颗粒；置于第一级下游的第二防水级，其防止未由第一级去除并重新释放到来自第一级的气流中的二次悬浮液滴和溶解颗粒的水性溶液沿气流前进，并从气流中去除未由第一级去除的固体颗粒；以及置于第二级下游的第三脱水级，其从气流中去除从第一级和第二级泄漏的剩余的二次悬浮液滴。
根据本发明的另一方面，提供一种在燃气涡轮机的入口外壳中过滤进气气流的方法，该方法包括：在第一级，通过将初始悬浮液滴凝聚成比初始悬浮液滴大的二次悬浮液滴而从气流中去除初始悬浮液滴，并从气流中去除固体颗粒；在位于第一级下游的第二防水级，防止未由第一级去除并重新释放到来自第一级的气流中的二次悬浮液滴和溶解颗粒的水性溶液沿气流前进，并从气流中去除未由第一级去除的固体颗粒；以及，在位于第二级下游的第三脱水级，从气流中去除从第一级和第二级泄漏的剩余的二次悬浮液滴。
根据本发明的又一方面，提供一种与燃气涡轮机的入口一起使用的系统，气流通过该系统流向燃气涡轮机。该系统包括：第一级，其通过将初始悬浮液滴凝聚成比初始悬浮液滴大地二次悬浮液滴而从气流中去除初始悬浮液滴，并从气流中去除固体颗粒；中间级，其从气流中去除固体颗粒；置于该中间级下游的第二防水级，其防止未由第一级去除并重新释放到来自第一级气流中的二次悬浮液滴和溶解颗粒的水性溶液沿气流前进，并从气流中去除未由第一级去除的固体颗粒；以及置于第二级下游的第三脱水级，其从气流中去除从第一级、中间级和第二级泄漏的剩余的二次悬浮液滴。
【附图说明】
认为是本发明的主题在所附权利要求中被特别地指出和清楚地要求。本发明的前述方面和其它方面、特征和优势在结合附图进行描述的具体实施方式中是显而易见的，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于入口的系统的侧截面图，气流通过该入口而被限定；
图2是根据本发明另一个实施例的用于入口的系统的侧截面图，气流通过该入口而被限定；
图3是根据本发明另一个实施例的用于入口的系统的侧截面图，气流通过该入口而被限定；
图4是根据本发明另一个实施例的用于入口的系统的侧截面图，气流通过该入口而被限定；
图5是根据本发明另一个实施例的用于入口的系统的侧截面图，气流通过该入口而被限定；以及
图6是根据本发明另一个实施例的用于入口的系统的侧截面图，气流通过该入口而被限定。
部件列表
10 系统 20 入口管 21 消声器部分 30 过渡管 40 过滤器外壳模块 W1，W2 宽度 A 气流 41 入口点 50 第一、中间级 60 第二级 70 第三级 110 排水系统 80 防风雨罩 81 处理装置 90 第四级
100 抗结冰系统
【具体实施方式】
参考图1，提供了一种用于例如燃气涡轮机的入口的系统10。这里燃气涡轮机可具有大约50Lb/sec到约2000Lb/sec范围内的空气流量，其中气流A大约以大约300英尺/分(91米/分)到大约3,000英尺/分(914米/分)范围内的速度向燃气涡轮机方向前进。入口包括入口管20，气流A沿入口管20向燃气涡轮机的元件(例如涡轮、压缩机和燃烧器)前进，以便为燃气涡轮机提供冷却液和可燃空气供应，冷却液和可燃空气明显没有固体状态颗粒(即干燥颗粒)和水性溶液，它们会导致腐蚀物沉积在那些元件上。消声器部分21置于入口管20内以衰减燃气涡轮机内产生的噪声。
入口还包括过滤器外壳模块40和置于入口管20和过滤器外壳模块40之间的过渡管30。过渡管30具有宽度W1和可比宽度W1宽的宽度W2，在宽度W1处，过渡管30流动地联接到入口管20上，在宽度W2处，过渡管30流动地联接到过滤器外壳模块40上。
过滤器外壳模块40可实施为管道或更一般地实施为流体地联接到过渡管30上的管道外壳，并用作系统10的入口的末端。这样，气流A在其通向燃气涡轮机元件的途中最初通过过滤器外壳模块40。过滤器外壳模块40可通过入口点41由操作人员使用。如图1中所示，过滤器外壳模块40还支撑系统10的至少第一级50、第二级60和第三级70。
系统10的第一级50可包括使用深度填充介质的凝聚过滤器。第一级50具有两个主要的运转模式。根据这些运转模式的第一个运转模式，凝聚过滤器从气流A中去除相对小的悬浮液滴，例如盐悬浮液滴，并将它们凝聚成直径可大于20微米的大得多的悬浮液滴。此凝聚过程允许液体(例如盐水、雨、雾、薄雾或冷凝物)的相当一大部分从气流A中排出和排走。
根据运转模式的第二个运转模式，凝聚过滤器也起预过滤器的作用，其效率可使得凝聚过滤器从气流A中捕获和/或去除具有至少为5微米的直径的固态粗颗粒。因此，凝聚过滤器用于延长系统10的较后级的生命周期，其目的在于保证凝聚过滤器的保养计划能够与燃气涡轮机的定期关机协调。在此说法下，注意到的是，假定其位置在第二级60和第三级70的上游，则凝聚过滤器可与燃气涡轮机一起进行在线保养。
第一级50的凝聚过滤器可尽可能地和/或必要地作为组合式凝聚过滤器/预过滤器，作为一个产品或单独的凝聚过滤器和单独的预过滤器提供。
由于凝聚过滤器使用深度填充介质，当所捕获的颗粒由于其吸取水分而膨胀时，凝聚过滤器发生阻塞的风险被降低了。
系统10的第二级60可包括置于第一级50下游的防水过滤器，该防水过滤器防止来自第一级50的凝聚过滤器后部的、已重新释放到第一级的气流A中的溶解或溶化颗粒或干/固体盐颗粒的液体或水性溶液沿气流A前进，该防水过滤器也从气流A中去除精细的干/固体颗粒。为此目的，第二级60的防水过滤器可安装成相对于气流A的方向成倾斜的角度，使得其顶端指向即将到来的气流A。通过这种构造，使得过滤器所捕获的任何水或液体均从气流A中排出。由于第二级60是防水的，因此即使捕获的颗粒(例如盐或任何其它通常吸湿性的颗粒)溶解，新形成的所得到的水性溶液也不能向下游前进而通过防水过滤器。
根据实施例，第二级60的防水过滤器的过滤效率使得它从气流A中去除穿过第一级50的细灰尘颗粒和空气中的任何细微干盐颗粒。
根据另一个实施例，第二级60的防水过滤器可包括玻璃纤维，或某些其它合适的过滤材料，且可具有由疏水材料或某些其它合适的防水涂层材料制成的涂层。
系统10的第三级70可包括置于第二级60的下游的叶片分离器，或更确切地，脱水器，其用来从气流A中去除液滴，并且其从气流A中去除大于20微米的液滴实际上是100％有效的。第三级70的叶片分离器包括在系统10中，以为燃气涡轮机提供对漏过第一级50和第二级60的液体和/或水性溶液的附加级别的保护。例如，如果第二级60的密封件和/或垫圈失效和/或在第二级60未被正确安装的情况下，第三级70在第二级60失效的情况下提供保护。
系统10还可包括用于至少第二级60和第三级70的排水系统110，或更一般地，用于入口的干净空气一侧。排水系统110允许水排出过滤器外壳模块40并排离第二级60和第三级70，并同时防止空气旁通且阻止未过滤的空气进入入口。在一个实施例中，这可通过环形密封排水管或一些其它合适的系统来完成。
在其它实施例中，排水系统110可包括防止发生空气旁通经过排水系统110的隔板式排水箱。这里，在一个示例中，来自第三级70的叶片分离器的水排入排水箱的顶部和上游侧，该排水箱包括给水连接点和控制给水流率的控制阀。叶片分离器水从排水箱的上部和下游侧排出。隔板将排水箱的上游侧和下游侧分开，该隔板连接到排水箱的顶部并在排水箱内向下延伸。排水箱底板上的间隙允许给水进入下游侧。排水箱也可装备水位仪器，该水位仪器允许如果水位接近障板高度/当水位接近障板高度时排水箱被给水充满。
尽管图中示出为与第二级60和第三级70操作上连通，但应该注意的是，存在排水系统110的实施例，如上所述其可为第一级50提供排水，和/或为任何布置在过滤器外壳模块40内的其它级/过滤器提供排水。
根据另外的实施例，系统10还可包括防风雨罩80，其布置在第一级50的上游以为至少燃气涡轮机和以上讨论的特征提供保护不受雨淋。防风雨罩80本身可包括单个处理装置81，该处理装置可布置成和/或倾斜成经受系统10周围的大气中雨的相对大部分。
参考图2和3，应该注意的是，系统10还可备选地包括第四级90，该第四级90包括上游叶片分离器，以便以类似于第三级70的叶片分离器的方式在高含水量环境中运转；或者包括抗结冰系统100，该抗结冰系统100防止在寒冷环境中在其它过滤器上形成冰。这种抗结冰系统100可包括任何一个或多个热水盘管、蒸汽盘管或从燃气涡轮机的压缩机流出的热压缩空气。参考图4，应该注意的是，第四级90和抗结冰系统100可以一起使用，并均布置在第一级50的上游。
第一到第三级50、60和70和/或第四级90包括在系统10中，可见的是，级的组合对燃气涡轮机所发出的音波提供额外的阻力。这样，对入口管20的消音器部分21的大小按比例减小是可能的。因此，在制造成本上相应的降低也是可能的。
根据不同的实施例，系统10的不同级之间的间距至少可高达大约30英尺(9.1米)，以提供维修通道并允许水滴落到过滤器外壳模块40的通道上，并从而使系统的脱水效率最大化。
如图5和6中所示，防风雨罩80是可选的且不需要包括在各个构造中。例如，对于图5和6中所示的构造，使用了第四级90的上游叶片分离器，上游叶片分离器和/或上游叶片分离器/抗结冰系统100的组合可以至少给燃气涡轮机和上述讨论的特征提供保护不受雨淋。
参考图1至6，根据本发明的另一个方面，提供了一种对燃气涡轮机的入口外壳中的进气气流进行过滤的方法，该方法包括：在第一级，通过将初始悬浮液滴凝聚成比初始悬浮液滴大的二次悬浮液滴而从气流中去除初始悬浮液滴，并从气流中去除固体颗粒；在位于第一级下游的第二防水级，防止未由第一级去除并释放到来自第一级的气流中的二次悬浮液滴和溶解颗粒的水性溶液沿气流前进，并自气流中去除未由第一级去除的固体颗粒物；以及在位于第二级下游的第三脱水级，从气流中去除从第一级和第二级漏出的剩余的二次悬浮液滴。
该方法还可包括：倾斜位于第一级上游的防风雨罩以保护免受雨淋；通过置于第一级上游的抗结冰系统防止下游冰的形成；以及从抗结冰系统下游的气流中去除具有大于20微米直径的多数液滴。
本文所描述的系统10和方法描述了过滤器系统，该过滤器系统能从气流A中相对高效地以高度鲁棒性移除干盐和湿盐(以及其它腐蚀成分)，比如至少NaCl、硫酸盐和/或其它氯化物。这样，系统10可用来用于燃气涡轮机中，这些燃气涡轮机通常是陆基的，位于海岸位置、内陆位置或暴露于高浓度的腐蚀污染物的位置。
尽管已经参考示范性实施例对本公开进行了描述，但本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本公开范围的情况下，可做出不同的改变并用等价物替换其元件。另外，在不脱离本质范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情形和材料适应本公开的教导。因此，本公开意在不限于公开为用来实施本公开的最佳模式的特定示范性实施例，而是本公开将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。