用于燃气轮机的过滤系统 【技术领域】
本发明涉及燃气轮机，更具体而言，涉及用于燃气轮机的进气过滤系统。
背景技术
进气过滤系统通常结合燃气轮机一起使用，且通过从进气中去除盐、灰尘、腐蚀物和水(下文称为“腐蚀物”)，以防止它们进入燃气轮机。腐蚀物可呈各种形式如固态(即干盐)或水溶液(即湿盐)而进入燃气轮机并腐蚀燃气轮机元件。这种腐蚀可导致操作故障和财务损失。因此，通常有必要借助于减少进入燃气轮机的腐蚀物量的进口过滤系统来减缓对燃气轮机发动机的腐蚀。
腐蚀物可以可进入燃气轮机的多种状态存在。一种状态包括固态微粒腐蚀成分。这些包括可通过高效过滤器去除的盐和氧化物颗粒。第二种状态包括液体，或者更确切而言，水溶液腐蚀成分。这些包括氯化物或酸的水溶液，一般不能通过微粒过滤器来有效地将其去除。
在两种情况下，腐蚀物均可通常通过两种主要的传输机理沿气流运动。这些机理包括当环境空气的湿度上升超过相对湿度(RH)约60％时沉积在微粒过滤器上的固态盐可溶解的情形。这些机理也可包括过滤器元件自身变湿且通过海水悬浮微粒、雨水、雾气、雾和雪及其它水源而处于溶解状态的盐进入进气气流的情形。一旦盐溶液经过最后的过滤器，也有可能将液体变干并将盐从溶液沉淀出来。除液体本身外，这种盐沉淀物或结晶盐现在可进入燃气轮机。
目前可在市场上获得的专用于去除盐和水的过滤系统大体上分为三级系统和阻隔式系统。三级系统包括作为第一级的第一叶片/水分分离器、作为第二级的凝聚式过滤器和作为第三级的第二叶片分离器。凝聚式过滤器俘获小的盐悬浮微粒液滴并致使它们凝聚成较大的液滴，然后将它们作为盐水排出。凝聚式过滤器还从进气中去除直径小于1微米且为吸湿性的灰尘和干盐颗粒。第三级从气流中去除任何残留的液滴，例如从凝聚式过滤器所过滤出的干盐颗粒形成的液滴，其从湿的进气吸收水且重新释放到气流中。
在其中使用了三级系统的较干燥的环境中，可使用叶片分离器作为最终级，而干盐颗粒可由于连续的溶解周期而积聚在凝聚式过滤器的后部。这些干盐颗粒然后可作为将不会被第二叶片分离器去除的微粒重新释放到气流中，这可导致盐积聚在燃气轮机元件上。
在阻隔式系统中，除典型的阻隔式系统的最终级为高效防水过滤器外，其与两级静态过滤器系统类似，过滤器元件防水且允许空气而不是水经过。它们同样不包括第二叶片过滤器。在实践中，阻隔式系统依赖于克服允许向过滤器下游行进的水进行100％密封。该100％密封可通过新的清洁过滤系统实现，但需要维护以便正常操作。因此，虽然阻隔式系统介质可有效阻止盐向燃气轮机元件传输，但如果维护或安装执行不当，则密封机构将会视为主要故障模式。
【发明内容】
根据本发明的一方面，提供一种用于气流经其向燃气轮机行进的燃气轮机进口的系统，且该系统包括：第一自清洁级，用以从气流去除灰尘、雪和冰；第二防水级，布置在第一级下游，用以防止悬浮微粒液滴和溶解微粒的水溶液沿气流行进，以及从气流去除未被第一级去除的固态微粒，其中，该悬浮微粒液滴和溶解微粒的水溶液至少包括未被第一级去除的灰尘部分，以及该悬浮微粒液滴和溶解微粒的水溶液是从第一级重新释放到气流中；以及第三除水级，布置在第二级下游，用以从气流去除从第二级泄漏的气流悬浮微粒液滴。
根据本发明的另一方面，提供一种在燃气轮机的进口壳体中过滤进气气流的方法，该方法包括：在进口的第一级，从气流去除灰尘、雪和冰；在布置在第一级下游的第二防水级，防止悬浮微粒液滴和溶解微粒的水溶液沿气流行进，以及从气流去除未被第一级去除的固态微粒，其中，该悬浮微粒液滴和溶解微粒的水溶液至少包括未被第一级去除的灰尘部分，以及该悬浮微粒液滴和溶解微粒的水溶液从第一级重新释放到气流中；以及在布置在第二级下游的第三除水级，从气流去除从第二级泄漏的气流悬浮微粒液滴。
【附图说明】
视为本发明的主题在权利要求书中具体指出并清楚地主张权利。根据以下结合附图的详细描述，本发明的上述及其它目的、特征和优点显而易见，在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的用于限定气流经其通过地进口的系统的侧截面图；
图2是根据本发明另一个实施例的用于限定气流经其通过的进口的系统的侧截面图。
零件清单
10 系统
20 进口管
21 消声器部分
30 过渡管
40 过滤器壳体模块
W1，W2 宽度
A 气流
41 进入点
50 第一、中间级
60 第二级
70 第三级
110 排放系统
80 防风雨罩
81 处理装置
100 第四级
【具体实施方式】
参考图1，提供了用于例如燃气轮机的进口的系统10。这里燃气轮机可具有约50磅/秒(Lb/sec.)到约2000磅/秒的大致气流范围，其中气流A在约300英尺/分钟(91米/分钟)到约3,000英尺/分钟(914米/分钟)的大致速率范围向燃气轮机行进。进口包括气流A沿其向燃气轮机元件如涡轮、压缩机和燃烧器行进的进口管20，以对燃气轮机提供冷却剂和可燃空气的供应，这些冷却剂和可燃空气已基本上去除可能导致腐蚀物沉淀积聚在那些元件上的固态颗粒(即干颗粒)和水溶液。消声器部分21布置在进口管20中，以阻抑在燃气轮机中产生的噪音。
进口还包括过滤器壳体模块40和布置在进口管20与过滤器壳体模块40之间的过渡管30。过渡管30具有其与进口管20流体联接的宽度W1，以及其与过滤器壳体模块40流体联接的宽度W2，宽度W2可比宽度W1更宽。
过滤器壳体模块40可实施为管，或者更概括而言，实施为与过渡管30流体联接且作为系统10的进口端的管壳。因此，气流A在其朝向燃气轮机元件的路线上首先经过过滤器壳体模块40。过滤器壳体模块40可由操作员借助于进入点41进行维护。如图1所示，过滤器壳体模块40还至少支承系统10的第一级50、第二级60和第三级70。
系统10的第一级50可包括自清洁过滤器。自清洁过滤器可以是主要为多尘和/或多雪环境设计的圆筒形过滤器，并通过使用压缩空气脉动拒斥积聚在过滤器上的灰尘和/或雪而进行工作。在寒冷环境中，可将该压缩空气脉动定向并使其足够强劲以吹动形成在过滤器上的冰。
系统10的第二级60可包括布置在第一级50下游的防水过滤器，其防止已从第一级重新释放到气流A中的溶解的干颗粒的液体和/或水溶液沿气流A行进，且其也从气流A去除干颗粒。为此，第二级60的防水过滤器可例如相对于气流A的方向以倾斜的角度装配，使得其顶端指向来临的气流A。利用这种构造，致使过滤器俘获的任何水或液体都从气流A排去。由于第二级60防水，即使是俘获的颗粒例如盐都会溶解，因此新形成的最终水溶液不能向下游行进经过防水过滤器。
根据实施例，第二级60的防水过滤器的过滤效率使得其从气流A既去除了穿透第一级50的微小灰尘微粒，又去除了大气中的任何干盐微粒。
根据进一步的实施例，第二级60的防水过滤器可包括玻璃纤维或一些其它适合的过滤材料，且可具有由疏水材料形成的涂层或处理装置，或一些其它适合的防水涂层或处理材料。
系统10的第三级70可包括布置在第二级60下游的叶片分离器，或者更确切而言为去湿器，其用来从气流A去除液滴且其实际上在从气流A去除大于20微米的液滴时100％有效。第三级70的叶片分离器包括在系统10内，用以提供增加的保护水平，以使燃气轮机免受从第一级和第二级泄漏的液体和/或水溶液。例如，第三级70在第二级60由于第二级60的密封件和/或衬垫损坏而出现故障的情况下和/或在未正确安装第二级60的情况下保护燃气轮机。
系统10还可包括至少用于第二级60和第三级70的排放系统110。排放系统110允许水从过滤器壳体模块40排出并离开第二级60和第三级70，而同时防止未经过滤的空气进入进口。在一个实施例中，这可通过环形密封排放装置或一些其它适合的系统实现。
排放系统110可包括装有隔板的排放盒，其防止出现空气旁通经过排放系统110。这里，举例而言，来自第三级70的叶片分离器的水排放到排放盒的顶部和上游侧，排放盒包括给水连接点和控制给水流速的控制阀。叶片分离器的水从排放盒的上部及下游侧离开。隔板将排放盒的上游侧与下游侧隔开，附接在排放盒的顶部并在其中向下延伸。位于排放盒的底板上的间隙允许给水进入下游侧。排放盒也可装有水位仪，当/如果水位接近隔板高度时该水位仪允许将排放盒注满给水。
尽管在图中示出为与第二级60和第三级70可操作地连通，但是注意，排放系统110存在如下实施例：其可如上所述提供第一级50的排放，和/或提供布置在过滤器壳体模块40内的任何其它级/过滤器的排放。
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上游，以提供至少对燃气轮机和上述器件免受雨水的保护。防风雨罩80本身可包括单独的处理装置81，其可布置在系统10周围和/或与系统10成一定角度，以耐受大气中相对较大的一部分雨水。
参考图2，注意的是，系统10还可包括防止在寒冷环境中在过滤器上形成冰的防冰系统90。此类防冰系统90可包括热水盘管、蒸汽盘管或从燃气轮机的压缩机流出的热压缩空气中的任何一者或多者。
在第一至第三级50、60和70包括在系统10内的情况下，可看出各级的结合提供了对声波从燃气轮机发出的附加阻抗。因此，与进口管20的消声器部分21的尺寸成比例的减少是可行的。因此，也可相应地减少制造成本。
根据各种实施例，系统10各个级之间的间距可高达至少约30英尺(9.1米)，以提供维护进口且能使任何水滴落在过滤器壳体模块40的走道上，从而最大限度地增加系统的除水效率。当然，可理解该间距不是必需的且其它构造也是可行的。
尽管未在图中示出，但是可理解除上述构造外的其它构造也是可行的。例如，可采用叶片分离器代替或取代图1的防风雨罩80。同样，除了防风雨罩80之外还可采用叶片分离器。这里，图2的防冰系统90可布置在叶片分离器与防风雨罩80之间。
参考图1和图2，根据本发明的另一方面，提供一种在燃气轮机的进口壳体中过滤进气气流的方法，该方法包括：在进口的第一级，从气流去除灰尘、雪和冰；在布置在第一级下游的第二防水级，防止悬浮微粒液滴和溶解的微粒水溶液沿气流行进，以及从气流去除未被第一级去除的固态微粒，该悬浮微粒液滴和溶解的微粒水溶液至少包括未被第一级去除的部分灰尘以及该悬浮微粒液滴和溶解的微粒水溶液是从第一级重新释放到气流中的；以及在布置在第二级下游的第三除水级，从气流去除从第二级泄漏的气流悬浮微粒液滴。
该方法还可包括改变第一级上游的防风雨罩的角度，以提供免受雨水的保护，以及通过布置在第一级上游的防冰系统来防止下游结冰。
系统10和文中所描述的方法描述了一种过滤系统，其能够比较有效地并以高度稳健地从气流A去除灰尘和/或雪和/或冰，以及干盐和湿盐(及其它腐蚀成分)，例如，至少NaCl、硫酸盐和/或其它氯化物。因此，系统10可用于通常在海岸地区、内陆地区或暴露于高浓度的腐蚀致污物地区以地面为基底的燃气轮机。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员可理解，在不背离本发明范围的前提下，可作出各种改变且可用等同装置代替其元件。此外，在不背离本发明实质范围的前提下，可对本发明的教导作出许多修改以适应具体情形。因此，本发明并非意图局限于作为为了实施本发明而设想的最佳模式而公开的具体示例性实施例，而是将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。