[发明专利]用于调节至燃气涡轮的空气流的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于调节至燃气涡轮的空气流的系统和方法。特别地，本发明的各种实施例使调节介质的深度或密度中的至少一个变化以产生至燃气涡轮的空气流的期望温度分布(temperature profile)。

背景技术

燃气涡轮广泛地使用在工业和商业操作中。例如，工业燃气涡轮典型地包括一个或更多个燃烧器以产生功率或推力。用于产生电力的典型商业燃气涡轮包括位于前面的压缩机、在中部附近的一个或更多个燃烧器和位于后面的涡轮。环境空气作为工作流体进入压缩机，并且压缩机将动能逐渐地给予工作流体以在高供能状态下产生压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机并且流动到燃烧器，其中，压缩工作流体与燃料混合并且点燃以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体流动到涡轮，它们在涡轮中膨胀以产生功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接于发电机的轴旋转以产生电。

进入压缩机的环境空气的物理特性显著地影响燃气涡轮的效率、功率输出和性能。例如，在环境温度方面的1^oF增大可产生在燃气涡轮的功率输出方面的对应0.3至0.5%减小。相似地，环境空气的湿度的变化相反地影响环境空气的密度和因此燃气涡轮的功率输出。因此，许多燃气涡轮包括用于调节进入燃气涡轮的环境空气的系统以提高燃气涡轮的效率、功率输出和/或性能。

用于调节至燃气涡轮的环境空气流的系统可包括例如过滤器的一个或多个级、冷却介质和/或除湿器，其在环境空气进入燃气涡轮之前调整环境空气的清洁度、温度和/或湿度。虽然在调整环境空气的温度和/或湿度方面有效，但是系统的物理极限可产生离开系统并流动到燃气涡轮的环境空气的不平坦温度分布。环境空气的不平坦温度分布可超出燃气涡轮的设计极限并且在压缩机承口(bellmouth)中引起温度应力。因此，产生至燃气涡轮的空气的期望温度分布的、用于调节环境空气的系统和方法将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在下列描述中在下面提出，或可从该描述是显而易见的，或可通过本发明的实践而学习。

本发明的一个实施例是一种用于调节至燃气涡轮的空气流的系统，其包括限定用于空气流的截面的过滤器外壳。在过滤器外壳内的调节介质横跨截面径向地延伸，以调节流动穿过过滤器外壳的空气的温度。调节介质的深度或密度中的至少一个横跨过滤器外壳的截面变化。

本发明的另一个实施例是一种用于调节至燃气涡轮的空气流的系统，其包括限定用于至燃气涡轮的空气流的路径的过滤器外壳。过滤器外壳的入口限定用于空气流进入过滤器外壳的第一截面。在入口下游的过滤器外壳的出口限定用于空气流离开过滤器外壳的第二截面，其小于第一截面。调节介质在入口和出口之间横跨过滤器外壳径向地延伸，以调整从入口流动到出口的空气的温度。调节介质的深度或密度中的至少一个横跨过滤器外壳变化。

本发明还可包括一种用于调节至燃气涡轮的空气流的方法，其包括使空气流动穿过连接于燃气涡轮的过滤器外壳和使空气横跨过滤器外壳中的调节介质流动。该方法进一步包括调节空气流以横跨过滤器外壳的尺寸减小离开过滤器外壳的空气的温差。

本领域技术人员在审阅说明书之后将更好地理解这些实施例的特征和方面，以及其他。

附图说明

本发明的全面且能够实现的公开(包括对本领域技术人员而言的其最佳模式)更具体地提出在说明书的剩余部分(包括参考附图)中，其中：

图1是在本发明的各种实施例的范围内的示范系统的侧视图；

图2是各种空气流温度分布的示范图表；

图3是根据本发明的第一实施例的系统的侧视图；

图4是根据本发明的第二实施例的系统的侧视图；

图5是根据本发明的第三实施例的系统的侧视图；

图6是根据本发明的第四实施例的系统的侧视图；

图7是根据本发明的第五实施例的系统的侧视图；和

图8是根据本发明的第六实施例的系统的侧视图。

部件列表

10           系统

12           通风外壳

14           燃气涡轮

16           空气流

18           截面或路径

20           入口

22           出口

24           第一截面

26           第二截面

28           天气罩