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1、10申请公布号CN101994571A43申请公布日20110330CN101994571ACN101994571A21申请号201010267112522申请日2010081812/54276420090818USF02C7/05720060171申请人通用电气公司地址美国纽约州72发明人章建民DS拜尔德JP托米74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人肖日松谭祐祥54发明名称用于调节进入涡轮机的空气流的系统57摘要本发明的实施例提供用于调节进入空气消耗器的空气流的空气调节系统ACS200，空气消耗器诸如但不限于燃气涡轮。调节可认为是调整空气流的至少一种物理性质的过程。物理性质。
2、可包括湿球温度、干球温度、相对湿度、密度等。在本发明的实施例中，ACS200的主要构件可位于可认为是模块205的单个结构中。根据ACS200的应用，多个模块205可物理地和/或操作地集成于空气消耗器上。ACS200的替代实施例可包括具有多个级的模块205。此处，每个级可独立于其它级操作。而且，每个级可使用与其它级分开的流体。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图4页CN101994576A1/1页21一种用于调节进入空气消耗器的空气流的系统，所述系统包括空气调节系统ACS200，其构造成用于调整进入空气消耗器的空气流的物理性质，。
3、其中，所述空气调节系统200包括模块205，所述模块205包括非介质调节系统230，其构造成用于如果周围条件在一定范围内调整所述空气流的物理性质；其中，所述非介质调节系统230包括适于将流体喷雾至所述空气流上的喷嘴235；以及直接交换介质220，其构造成用于调整所述空气流的物理性质以提供所述空气消耗器的额外输出；其中，如果供应到所述ACS200的流体大致高于露点温度，则所述ACS200以直接蒸发模式操作；如果供应到所述ACS200的流体大致低于所述露点温度，则所述ACS200以直接激冷模式操作。2根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气调节系统200的模块205位于所述空气消耗器的入口系。
4、统100内，所述入口系统100包括以下中的至少一个天气罩105；入口过滤室110；过渡件120；入口管125；以及入口放热区段135。3如权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述模块205内的构件的构造包括位于所述入口过滤室110下游的所述非介质调节系统230；位于所述非介质调节系统230下游的所述直接交换介质220；以及位于所述直接交换介质220下游的除雾器225。4如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一调节回路255包括非激冷供应240，其构造成用于将所述流体分散至所述喷嘴235；所述直接交换介质220；以及槽250，其用于收集所分散的流体的部分。5如权利要求1所述的系统，其特征在于，第。
5、二调节回路280包括激冷流体供应265，其构造成用于将所述流体从源输送至所述喷嘴235；以及液体返回245，其用于输送由所述喷嘴235分散的流体的部分。6如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模块205包括多个区。7如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括构造成用于调节所述空气流的第一区。8如权利要求7所述的系统，其特征在于，由所述第一区利用的流体包括以下中的至少一种水、液体干燥剂或其组合。9如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括构造成用于调节所述空气流的第二区。10如权利要求9所述的系统，其特征在于，由所述第二区利用的流体包括以下中的至少一种水、液体干燥剂或其组合。权。
6、利要求书CN101994571ACN101994576A1/6页3用于调节进入涡轮机的空气流的系统技术领域0001本申请涉及在2009年6月3日提交的共同转让的美国专利申请12/477,535GE代理号235108。0002本发明大体涉及进入空气消耗器的空气流；并且更具体地涉及用于调节进入空气消耗器的入口系统的空气流的系统。背景技术0003空气消耗器产生和/或转换用于很多种应用的能量。这些机器可具有以下形式热交换器；空气消耗涡轮机，诸如但不限于燃气涡轮，航空发动机，航改发动机；等等。虽然下文的讨论主要集中于燃气涡轮，但是所讨论的概念并不限于燃气涡轮。0004燃气涡轮通常包括入口系统、压缩机区段。
7、、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。燃气涡轮可如下操作。入口系统从燃气涡轮的周围环境接收空气流。压缩机区段压缩空气流。压缩的空气流流动到在燃烧之前可发生燃料混合的燃烧区段。燃烧过程产生驱动涡轮区段的气态混合物。涡轮区段将气态混合物的能量转变成以扭矩形式的机械能。扭矩通常用于驱动发电机、机械传动等等。0005燃气涡轮性能通常由输出、热效率和/或耗热率确定。进入空气流的温度和湿度可对燃气涡轮性能具有显著影响。一般而言，随着空气流的温度升高，燃气涡轮的效率变得更低。0006各种系统用于降低入口空气流温度。这些系统的主要目的是在具有更高空气流温度和/或湿度的周围条件期间提高燃气涡轮性能。这些系统试图通过在。
8、空气流进入压缩机区段之前调节空气流来实现这个目的。调节可认为是调整空气流的至少一种物理性质的过程。物理性质可包括但不限于湿球温度、干球温度、湿度和密度。调整空气流的物理性质的效果应为改进燃气涡轮的性能。0007这些系统的某些已知实例包括蒸发冷却器、机械激冷器CHILLER、吸收激冷器、热能系统等等。这些系统可安装于燃气涡轮周围的各种位置。0008存在对于用于调节进入燃气涡轮的空气流的已知系统的一些关注。与已知系统相关的益处并不证明与该设施相关的经济成本是合理的。蒸发冷却系统的使用可能限制在热和潮湿条件显著的区域。已知的激冷系统需要盘管，这显著地增加了激冷系统的成本。某些已知的燃气涡轮电厂合并了。
9、蒸发冷却系统和激冷系统。此处，这些系统的分离结构需要额外的安装时间和靠近燃气涡轮的空间，并且也增加了操作和维护成本。0009由于前述原因，可能存在对于用于调节入口空气流的新颖且改进的系统的需要。该系统应允许在热且潮湿的区域中更大的可操作性，同时也在热且干的区域中有效地操作。该系统应提供可提供蒸发冷却能力和激冷能力的单个结构。该系统还应提供不需要盘管的激冷系统。发明内容0010在本发明的实施例中，提供用于调节进入空气消耗器的空气流的系统，该系统包说明书CN101994571ACN101994576A2/6页4括空气调节系统ACS，其构造成用于调节进入空气消耗器的空气流的物理性质，其中空气调节系统。
10、包括模块，并且该模块包括非介质调节系统，其构造成用于如果周围条件在一定范围内调整空气流的物理性质，其中非介质调节系统包括适于将流体喷雾至空气流上的喷嘴；以及直接交换介质，其构造成用于调整空气流的物理性质以提供空气消耗器的额外输出；其中如果供应到ACS的流体大致高于露点温度，则ACS以直接蒸发模式操作；并且如果供应到ACS的流体大致低于露点温度，则ACS以直接激冷模式操作。附图说明0011当参看附图来阅读下文的详细描述时本发明的这些和其它特征、方面和优点将会变得更好理解，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的元件。0012图1是示出本发明实施例可操作的环境的示意图。0013图2是示出根据本发明实。
11、施例的空气调节系统的模块的正视图的示意图。0014图3是示出根据本发明实施例的空气调节系统的示意图。0015图4是示出根据本发明实施例的图2的模块的替代实施例的正视图的示意图。0016部件列表0017100入口系统0018105天气罩WEATHERHOOD0019110入口过滤室0020120过渡件0021125入口管0022130消声器区段0023135入口放热0024140拦污筛0025145压缩机0026200空气调节系统0027205模块0028220直接交换介质0029225除雾器0030230非介质调节系统0031235喷雾喷嘴0032240非激冷流体供应0033245流体返回00。
12、34250收集槽0035255第一调节回路0036260介质调节系统0037265激冷流体供应0038270泵0039275集管0040280第二调节回路说明书CN101994571ACN101994576A3/6页50041285激冷流体源0042290第一阀0043295第二阀0044300第三阀0045305补充流体供应0046310补充供应阀0047405第一级0048410第二级0049415集管0050420流体返回0051425收集槽具体实施方式0052优选实施例的下文的详细描述参考示出本发明的具体实施例的附图。具有不同结构和操作的其它实施例不偏离本发明的范围。0053某些术语在。
13、本文中使用只是出于方便而不应理解为对本发明的限制。例如，诸如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“左”、“前”、“右”、“水平”、“竖直”、“上游”、“下游”、“前”和“后”的词语只是描述附图所示的构造。实际上，多个构件可以以任何方向定向，因此术语应理解为涵盖这些变化，除非另外规定。0054如本文所使用的，以单数叙述的、前面有“一”的元件或步骤应理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地叙述这种排除。而且，对本发明的“实施例”的提及并不预期排除合并所叙述特征的额外实施例。0055本发明的实施例提供空气调节系统ACS，用于调节进入诸如但不限于燃气涡轮的空气消耗器的空气流。如上。
14、所述，调节可认为是调整空气流的至少一种物理性质的过程。物理性质可包括湿球温度、干球温度、相对湿度、密度等等。在本发明的实施例中，ACS的主要构件可位于可认为是模块的单个结构中。根据ACS的应用，多个模块可物理地和/或操作地集成于空气消耗器上。下文的讨论集中于与燃气涡轮集成的ACS的非限制性实施例。0056本发明的实施例可提供ACS，其包括非介质调节系统和介质调节系统，其中的每一个在图2和图3中示出。ACS的实施例可提供以蒸发系统模式或激冷系统模式操作的灵活性。此处，如果供应到非介质调节系统和介质调节系统的流体高于露点温度，则ACS可作为蒸发系统。同样，如果供应到非介质调节系统和介质调节系统的流。
15、体低于露点温度，则ACS可作为激冷系统。0057现参看附图，其中在所有若干视图中，各个附图标记表示相似的元件。图1为示出本发明实施例可操作的环境的示意图。图1示出典型地与燃气涡轮的压缩机145集成的入口系统100。下文的描述提供入口系统100的典型构造的概述。本发明可用于未在附图中示出的入口系统100的其它构造。0058入口系统100引导由压缩机145抽吸的、在所有附图中表示为多个箭头的空气流。空气流通常来自燃气涡轮所操作的环境。最初，空气流绕天气罩105流动，天气罩105可防止诸如雨，雪，冰雹等的天气要素进入压缩机145。空气流然后可流过入口过滤室说明书CN101994571ACN10199。
16、4576A4/6页6110，其通常从空气流移除异物和碎屑。其后，空气流可流过可调节空气流的物理性质的ACS200。其后，空气流可流过过渡件120和入口管125，这些构件可调整空气流的速度和压力。其后，空气流可流过消声器区段130。其后，空气流可流过入口放热BLEEDHEAT系统135，其在使用时在空气流进入压缩机145之前升高空气流温度。拦污筛140等可位于入口管125的下游并且通常可防止碎屑进入压缩机145。0059图2是示出根据本发明实施例的空气调节系统200的模块205的正视图的示意图。图2示出本发明实施例具有空气调节系统200的主要构件和模块205。图2还示出本发明实施例如何允许集成多。
17、个模块205，所有这些模块可容纳于入口系统100内。三个3类似模块205以堆叠构造在图2中示出。为便于读者理解，限制使用冗余的构件/元件附图标记。例如但不限于，代表除雾器的构件/元件附图标记225仅在底部模块205上示出。上部的两个模块205也具有除雾器225，如图2所示。0060在本发明的实施例中，ACS200的主要构件可位于模块205内。主要构件可包括以下构件非介质调节系统230、介质调节系统260和除雾器225。0061在操作上，模块205可从集管275接收流体，诸如但不限于水、冷却剂或其组合。根据ACS200的操作模式，集管275可从非激冷流体供应240或者激冷流体供应265接收流体。。
18、然后，集管275可将流体直接排放至第三阀300和/或模块205。如图2和图3所示。0062非介质调节系统230的实施例可提供喷雾喷嘴235在图2中示意性地示出。喷雾喷嘴235可用于在空气流接合介质调节系统260之前预先调节空气流。该预先调节试图建立离开直接交换介质220的空气流的几乎均匀的温度分布。喷雾喷嘴235可形成具有一定大小的流体滴，其可在空气流进入压缩机145的入口之前基本上蒸发。在本发明的实施例中，喷雾喷嘴235可具有大约01英寸至大约025英寸的喷嘴大小。此处，流体系统压力可包括小于大约每平方英寸150磅。0063介质调节系统260的构件可包括直接交换介质220和激冷流体供应265。
19、。直接交换介质220通常作为热交换器，其利用流体来调整空气流的物理性质，诸如但不限于干球温度。本质上，直接交换介质220的实施例允许流体直接接触流动的空气流。流体的更冷温度可降低干球温度和/或调整空气流的另一物理性质。0064直接交换介质220的实施例可包括介质型热交换器的形式。这种直接交换介质220的形式通常提供直接接触传热过程，其与盘管型热交换器相比可最小化传热阻力。而且，直接交换介质220的这个实施例可由波纹横槽CROSSFLUTED材料形成，诸如但不限于尼龙、塑料、碳纤维、纤维素材料、合成聚合物、金属或其组合。这种益处可避免对通常用于形成盘管型热交换器的相对昂贵的铜管和铝翅片的需要。直。
20、接交换介质220的这个实施例可减少用于形成传热表面区域的材料量和材料类型，这可导致显著的成本和重量减少。0065模块205也可包括除雾器225。除雾器225通常用于移除某些流体，这些流体可由于非介质调节系统230和/或介质调节系统260的操作而夹带于空气流中。如图2所示，模块205的实施例将除雾器225放置于非介质调节系统230和介质调节系统260的下游。0066图2还示出ACS200的多个模块205可如何集成于单个入口系统100内。图2示出三个3独立的非介质调节系统230可如何具有来自集管275的非激冷流体的共同供应和共同收集槽250。图2还示出三个3独立的介质调节系统260也可如何具有来自。
21、集管275的激冷流体的共同供应和流体返回245，并且全部都与非介质调节系统230共用收集槽说明书CN101994571ACN101994576A5/6页7250。0067图3是示出根据本发明实施例的空气调节系统200的示意图。图3示出ACS200的构件，包括可不位于模块205内的那些构件。如下所述，这些构件可为第一调节回路255和/或第二调节回路280的部分。第一调节回路255可表示以直接蒸发冷却模式操作的ACS200。此处，第一调节回路可包括非激冷流体供应240；非介质调节系统230；介质调节系统260；收集槽250；可连接到泵270的流体返回245；可包括三通阀的第一阀290；以及第三阀3。
22、00。第一调节回路255也可包括补充流体供应305和补充供应阀310，其可共同操作以补给第一调节回路255在蒸发过程期间消耗的流体。0068第二调节回路280可表示以直接激冷模式操作的ACS200。第二调节回路280可包括激冷流体供应265；非介质调节系统230；介质调节系统260；收集槽250；流体返回245；泵270；第一阀290；源285；第二阀295；以及第三阀300。0069在使用中，ACS200可包括至少两种操作模式蒸发冷却模式，其可主要使用第一调节回路255；和激冷模式，其可主要使用第二调节回路280。如上所述，ACS200的实施例可提供以蒸发系统模式或激冷系统模式操作的灵活性。。
23、此处，如果供应到非介质调节系统230的流体高于露点温度，则ACS200可作为蒸发冷却系统。同样，如果供应到非介质调节系统230的流体低于露点温度，则ACS200可作为激冷系统。0070下文的讨论提供ACS200的实施例的操作概述。ACS200以蒸发冷却模式的操作可包括以下非限制性步骤。非介质调节系统230和介质调节系统260，它们的部分可在模块205内，可几乎同时经由集管275接收流体，该流体可从非激冷流体供应240供应。其后，当空气流流过模块205时，喷雾喷嘴235可将流体喷雾至空气流。其后，当空气流向下游流动时，介质调节系统260可将流体直接分配到当前流过直接交换介质220的空气流上。其后。
24、，流体的部分可排出到收集槽250。0071然后，流体返回245可将收集槽250内的某些流体输送到泵270的入口。而且，补充流体供应305和补充供应阀310可操作以将补充流体供应至泵270的入口。其后，泵270的出口可使流体朝向第一阀290移动。以三通阀的形式，第一阀290可允许来自泵270的流体在第一调节回路255内流动。0072在空气流流经非介质调节系统230和直接交换介质220之后，空气流然后可向下游流动至除雾器225。同时，补充流体供应305可经由补充供应阀310将补充流体提供至第一调节回路255。如上所述，补充流体通常用于补给在蒸发过程期间消耗的流体。0073在本发明的实施例中，第三阀。
25、300可用于隔离ACS200。此处，当ACS200可能不操作时，第三阀300可关闭。0074激冷模式的操作可包括以下非限制性步骤。非介质调节系统230和介质调节系统260，它们的部分可在模块205内，可几乎同时经由集管275接收流体，该流体可从激冷流体供应265供应。其后，当空气流流过模块205时，喷雾喷嘴235可将流体喷雾至空气流。其后，介质调节系统260可允许流体接合流过直接交换介质220的空气流。其后，流体的部分可排出到收集槽250内。其后，流体返回245可将收集槽250内的某些流体输送到泵270的入口。其后，泵270的出口可使流体朝向第一阀290移动。此处，第一阀290可允许来自泵27。
26、0的流体在第二调节回路280内流动。如果需要额外流体，源285也可将流体提供至第二调节回路285。源285可包括能够输送流体所需的流率和压力的任何供应。例如但不说明书CN101994571ACN101994576A6/6页8限于，源285可包括以下中的至少一种蓄热系统、存储槽、冷却流体系统等。在空气流流经直接交换介质220之后，然后空气流可向下游流动至除雾器225。0075在本发明的实施例中，流过喷嘴的流体的流率可增加以对ACS200的构件执行清洁作用。这个特征可帮助维持ACS200的操作效率和效果。例如但不限于，清洁作用可清洁直接交换介质220。0076图4是示出根据本发明实施例的图2的模块。
27、205的替代实施例的正视图的示意图。本质上，该可选实施例包括在模块205内的多个调节区。每个区可构造成用于独立于模块205的任何其它区来调节空气流。这可允许空气流的分级调节。0077图4示出模块205的替代实施例的非限制性实例。该实例提供包括两个区的模块205。该替代实施例的其它构造可包括多于两个区，并且提供空气流的多于两级的调节。0078如图4所示，模块205包括第一级405和第二级410。第一级405和第二级410可各包括非介质调节系统230和介质调节系统260的类似构件，如上所述。第二级410也可包括集管415、流体返回420和收集槽425。这些构件可类似于第一级405的集管275、流体。
28、返回245和收集槽250地操作。0079本发明的该替代实施例可允许不同流体来调节空气流。例如但不限于，第一流体可用于第一级405内且第二流体可用于第二级410内。此处，第一流体可包括以下中的至少一种水、液体干燥剂或其组合。同样，第二流体可包括以下中的至少一种水、液体干燥剂或其组合。0080该替代实施例可允许使用者利用处于第一温度的第一流体和处于第二温度的第二流体来操作ACS200。该替代实施例也可允许第一流体与第二流体不同。例如但不限于，第一流体可为水且第二流体可为液体干燥剂。这种组合可提供空气流的所需的温度控制。这种组合也可降低空气流的水分含量和相对湿度。0081如上所述，本发明的实施例为使。
29、用者提供优于已知系统的多种益处和优点。本发明的实施例可提供更广泛的应用和直接交换介质220在空气调节系统200中的使用。根据温度水平，空气流的调节可经由以下过程发生A纯蒸发过程，其中流体温度高于或等于空气流湿球温度；或者B激冷过程，其中流体温度大致低于空气流湿球温度。本发明的实施例可通过调整流体的温度来提供控制调节范围的灵活性。0082本发明的实施例可在发电期间通过提供直接蒸发冷却和直接激冷的选择而为燃气涡轮操作经济增加更大灵活性。本发明的实施例可相对于已知激冷器盘管单元提供改进的成本效率、降低的封装成本、较低的压降以及其它结构益处。0083尽管仅仅关于本发明的几个示范性实施例以相当大的细节示。
30、出并描述本发明，但是本领域技术人员应了解的是，申请人并不意图将本发明限于这些实施例，因为在不实质性地偏离本发明的新颖教导和优点的情况下，尤其鉴于前文的教导，可对所公开的实施例做出各种修改、省略和添加。因此，申请人预期涵盖可包括于权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有这些修改、省略、添加和等效物。说明书CN101994571ACN101994576A1/4页9图1说明书附图CN101994571ACN101994576A2/4页10图2说明书附图CN101994571ACN101994576A3/4页11图3说明书附图CN101994571ACN101994576A4/4页12图4说明书附图CN101994571A。