專利名稱：用于包圍設備的系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及設備的外殼，特別涉及包圍發(fā)電站設備的外殼。
背景技術：
動力產(chǎn)生設備，例如燃氣輪機，在運行期間可以產(chǎn)生巨大的聲能(噪音)。因此，根據(jù)國家機構或者發(fā)電站操作者的需要，通常的做法是將這種設備封裝在隔聲外殼中，以緩沖或者阻止聲能傳送到周圍環(huán)境中。除了聲能之外，多種類型的動力產(chǎn)生設備還產(chǎn)生大量的熱量。當此設備設置在戶內(nèi)時，需要一種裝置來將熱量耗散到建筑物的外部并且保持特定的熱工作條件。當前，外殼利用鼓風機來驅使冷卻空氣通過該外殼，以移去容納在外殼中的設備所產(chǎn)生的熱量。通常，這些鼓風機是利用規(guī)模在20到40馬力的電動機的大型鼓風機。這些鼓風機消耗大量的能量并且需要經(jīng)常修理和維護，這會給發(fā)電設備的運行時間產(chǎn)生消極的影響。因此，該領域中需要一種能夠克服這些缺陷的設備的外殼機構。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括具有頂部和至少一側而以圍繞設備的外殼。第一組通氣口朝向該外殼的底部設置，第二組通氣口朝向該外殼的頂部設置，并且導流板在該外殼的內(nèi)部接近頂部設置。第一組通氣口的開口的頂部設置得低于設備的底部，第二組通氣口的開口的底部設置高于設備的頂部，并且導流板被構造為引導冷卻介質(zhì)朝向第二組通氣口。
本發(fā)明另一個實施例包括發(fā)電站系統(tǒng)，其包括發(fā)電設備。發(fā)電設備包括發(fā)電機，其由燃氣輪機或者汽輪機機械驅動。燃氣輪機包括入口增壓器以及排氣擴壓器。發(fā)電站系統(tǒng)包括包圍發(fā)電機、燃氣輪機、汽輪機、入口增壓器和排氣擴壓器中至少一個、或者上述部件的任意組合的外殼。該外殼包括頂部和至少一側面以圍繞該設備。第一組通氣口朝向該外殼的底部設置，第二組通氣口朝向該外殼的頂部設置，并且導流板在該外殼的內(nèi)部朝向頂部設置。第一組通氣口的開口的頂部設置得低于設備的底部，第二組通氣口的開口的底部設置得高于該設備的頂部，并且導流板被構造為引導冷卻介質(zhì)朝向第二組通氣口。


參見示例的附圖，其中相同的部件在附圖中用相同的附圖標記表示圖1根據(jù)本發(fā)明的實施例描述了示例的發(fā)電站的頂部透視圖；圖2根據(jù)本發(fā)明的實施例描述了示例的外殼的正面透視圖；圖3根據(jù)本發(fā)明的實施例描述了示例的外殼的正面透視圖；圖4根據(jù)本發(fā)明的實施例描述了在圖3中示出的示例的外殼的橫截面圖；圖5根據(jù)本發(fā)明的實施例描述了示例的外殼的正面透視圖；和圖6根據(jù)本發(fā)明的實施例描述了在圖5中示出的示例的外殼的橫截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例提供自然通氣的發(fā)電站設備外殼，采用與強制對流相反的自然對流。該外殼被設計以限制由設備產(chǎn)生的聲能傳送，同時保持適于設備運行的熱狀態(tài)。在一個實施例中，該外殼包括接近外殼底部的通氣入口和接近外殼頂部的通氣出口。入口可設置在基底上或者接近基底，或者在外殼的側壁底部處或者接近外殼側壁的底部。出口可設置在外殼頂壁上或者接近外殼側壁的頂部。在一個實施例中，出口可設置在傾斜頂壁的頂部，以驅動通過外殼的最大的浮力氣流。如果出口不是設置在外殼的頂部上，例如由于阻塞的原因，或者因為希望使用外殼頂部作為儲存區(qū)的原因，則例如通氣出口可設置在外殼的側壁上。
導流板，或者適合于引導諸如空氣的冷卻介質(zhì)的任何氣流控制部件，可使用來增加浮力流動，使通氣氣流轉向，或者改善通過外殼的自然通風，以均勻冷卻該設備。導流板數(shù)量和布置將取決于出口的數(shù)量和位置。
參見圖1，描述了發(fā)電站50的示例的實施例。示例的發(fā)電站50可包括包圍燃氣輪機排氣擴壓器的排氣外殼55，包圍燃氣輪機和相關的管道的燃氣輪機外殼60，包圍燃氣輪機入口和負荷艙的入口增壓器擋板65，包圍發(fā)電機的發(fā)電機擋板70，和包圍汽輪機和相關的管道的汽輪機外殼75。如在此使用的，附圖標記75還用來表示沒有在圖1中示出的另外的外殼，該外殼包圍諸如高壓閥門，燃料氣體供應系統(tǒng)和壓縮機的設備。
現(xiàn)在參見圖2，描述了示例的設備外殼100的實施例。如在此使用的，附圖標記100一般表示設備的外殼，應當理解外殼100可以為使用在發(fā)電站50內(nèi)的任意的外殼55，60，65，70和75。多個表面(在此還稱為側面)105和頂部110圍繞發(fā)電站設備(在圖2中不可見)，以減少由設備運行產(chǎn)生的聲能(噪音)的傳送。描述了設置在外殼100內(nèi)的示例的燃氣輪機廢氣擴壓器140。進入孔142允許根據(jù)需要將該設備連接到相鄰發(fā)電設備。第一組通氣口(在此還稱為入口)115和第二組通氣口(在此還稱為出口)120允許在外殼100內(nèi)諸如空氣的冷卻介質(zhì)的流動，以帶走由設備的運行產(chǎn)生的熱量。在一個實施例中，入口115設置在鄰近外殼100的底部的側面105(可見的側面和相對的隱藏側面兩者)上。出口120設置在外殼的頂部110上，接近頂部110的中心。通過利用頂部110作為導流板來引導空氣朝向出口120，借助于氣流的最大浮力，設置出口120在傾斜頂部110上提供通過外殼100的最大的自然對流冷卻。
側面105和頂部110由合適的材料構成，這些材料被構造以最小化或者至少減少由設備運行所產(chǎn)生的聲能(噪音)的傳送。在一個示例的實施例中，側面105和頂部110可被構造以將聲能的傳送限制到74dbA(A加權的分貝)的最大聲壓級。聲壓級限制值示可變的，并且可由設備操作者，地方和國家管理機構設置。可選擇的實施例被構造以滿足所需的聲壓級限制值變化。
雖然已經(jīng)描述的實施例描述了三個入口115在側壁105上，應當理解的是本發(fā)明的范圍不會受到如此限制，本發(fā)明還可以應用于具有不同數(shù)量的入口115的外殼100，例如一個，兩個，三個，四個或以上，這些入口可設置在外殼的一個或多個側面105上。而且，本發(fā)明的實施例還允許入口115設置在外殼100的底部。雖然已經(jīng)描述的實施例描述了沿著頂部110的中心的三個出口120，應當理解的是本發(fā)明的范圍不會受到如此限制，它還應用于具有沿著頂部110設置的不同數(shù)量的出口120的外殼100，出口的數(shù)量例如為一個，兩個，三個，四個或者以上。雖然已經(jīng)描述的實施例描述了通過側面105的一個進入孔142，應當理解的是本發(fā)明的范圍不會受到如此限制，它將應用于具有所需的各種數(shù)量和結構的進入孔142的外殼100，例如，這些進入孔通過側面105、頂部110或者底部以提供在該設備和周圍環(huán)境之間的機械、燃料、電氣、排氣和熱連接。
現(xiàn)在參見圖3，描述了一個實施例，其采用在兩個相對的側面105上接近外殼100的頂部110的出口120。在兩個相對側面105上的出口120的位置可能是頂部限制的結果，該頂部限制阻止了在圖2中所述的設置在頂部110上的出口120的利用。出口120還可設置在兩個相對側面105上，以允許平面頂部110表面的結構，該表面可用作額外設備的位置，或者用于一般的儲存。
現(xiàn)在參見圖4，描述了在圖3中示出的外殼100的橫剖面視圖。該設備由附圖標記175表示。注意到附圖標記175可表示該設備，或者該設備的特征，例如與渦輪相連的排氣增壓器/擴壓器。如在此使用的，附圖標記175將用于表示設置在外殼100內(nèi)的設備。
除了限制設備175傳送聲能到外界環(huán)境之外，外殼100的實施例還被構造以保持適當?shù)臒釥顟B(tài)，其是適當?shù)脑O備運行所需的，或者是由主管當局設置的基于健康情況的需要。在示例的實施例中，其中外殼100用來包圍示例的渦輪排氣增壓器/擴壓器175，流過排氣增壓器/擴壓器175的氣體可達到1100華氏度(593攝氏度)的溫度。在示例的實施例中，適當?shù)臒崃靠刂瓶赡苄枰?40華氏度(60攝氏度)的最大的內(nèi)部外殼100的溫度。而且，示例的排氣增壓器/擴壓器可能需要在設備175的頂部161中心和底部156中心位置之間的小于或者等于25華氏度(14攝氏度)的溫差。
當冷卻介質(zhì)，例如由波形線200表示的空氣流，借助于入口115進入外殼100中時，由設備175產(chǎn)生的熱量被傳送到周圍的內(nèi)部環(huán)境空氣200中，導致其膨脹，變成較低密度，并且上升，直到其借助于出口120排出。在外殼100的實施例中，入口115和出口120的數(shù)量和尺寸將通過設備175的熱和聲學性質(zhì)進行確定。增加的熱生成量一般導致需要總的入口115和出口120面積增加。但是，如果入口115和出口120的尺寸變得過大，限制聲能傳送的外殼100的性能可能會降低。
由于空氣200的膨脹的結果，從出口120離開外殼100的空氣200的體積流率大于借助于入口115進入的空氣200的體積流率。通氣面積應該由通氣口115，120的尺寸所限定。因此，為了防止可能的流動限制，本發(fā)明的實施例具有等于或者小于出口120的第二通氣面積的入口115的第一通氣面積。在一個實施例中，第二通氣面積與第一通氣面積的比率為1.1到1.5，取決于實施例的具體的熱特性?？稍O想1.1到1.5的比率將提供充分的熱傳遞，同時為噪聲控制限制出口孔。
在一個實施例中，入口115被設計尺寸和被設置以便引導進入空氣200到設備175的底部156的中心位置。在一個實施例中，入口115的開口的頂部設置為低于設備175的底部156，如尺寸155所表示。由尺寸155表示的實際距離可根據(jù)這樣的因素進行改變，例如入口115和出口120的尺寸，和外殼100的熱性質(zhì)。同樣地，為了最好地利用由熱空氣200的浮力產(chǎn)生的″煙囪″效應，實施例使得出口120的開口的底部設置高于設備175的頂部161，如尺寸160所表示。由尺寸160表示的實際距離可根據(jù)這樣的因素進行改變，例如入口110和出口120的尺寸，和外殼100的熱性質(zhì)。
如可由計算流體動力學(CFD)軟件所確認，導流板150可用來引導諸如空氣的冷卻介質(zhì)，最優(yōu)化氣流速度，并且阻止上升溫度的局部區(qū)域。在一個實施例中，如在圖4中所描述的，其中出口120設置在兩個側面105上，導流板150可在外殼100的內(nèi)部朝向頂部110設置，并且被構造從鄰近設備175的頂部161中心的區(qū)域朝向側面105向上傾斜，出口120被設置在該側面105中。從圖4中的氣流200的描述中應當理解到，在缺少導流板150的情況下，從設備175的頂部161上升的熱空氣將直接上升到外殼的頂部110，并且將不會引導朝向出口120設置的側面上。因此，導流板150被構造和設置以便于引導空氣朝向出口120，在設備175的頂部161上產(chǎn)生適當均勻的氣流，以阻止局部的高溫區(qū)域的形成，從而提供均勻的設備175的溫度。
現(xiàn)在參見圖5，描述了一個示例實施例，其采用在一側面105上接近外殼100的頂部110的出口120。在一側面105上的出口120的位置可能是頂部限制的結果，該頂部限制阻止了在圖2中所述的設置在頂部的出口120的使用，或者鄰近的設備阻止了在圖3中所述的兩個側面105上的出口120的使用。而且，平面頂部110表面可允許額外設備的設置，或者用于一般的儲存。
現(xiàn)在參見圖6，在圖5中示出的外殼100的橫剖面視圖的實施例被描述。應當理解的是響應于一組出口120僅僅設置在一側面105上，可利用采用可選擇結構的導流板151。在一個實施例中，導流板151可設置在一側面106和外殼100的頂部110之間，與設置出口120的側面105相對。導流板151將從相對于布置有出口120的側面105的外殼側面106朝向外殼100的內(nèi)部頂部110向上傾斜。從圖6中的氣流200的描述中應當理解到，在缺少導流板151的情況下，從設備175的側面171上升的熱空氣將直接上升到側面106和外殼100的頂部110之間的轉角處，并且將不會被引導向出口120。
導流板151將加速熱空氣200朝向相對側105上的出口120。這將增加設備175的頂部161上的氣流，設備175將被均勻地冷卻，并且在外殼100內(nèi)部的局部過熱或者不流動/回流區(qū)將被消除或者大大地減少。在一個示例的實施例中，導流板151被設置使得形成在導流板和側面106之間的角度θ大約為45度。如在此使用的，術語″大約″表示偏差，該偏差是由將特定的外殼100最優(yōu)化為包含在其中的特定設備175運行所需的熱或者幾何特征所引起的。而且，為了適當?shù)匾龑饬?，最大化氣流速度，并且阻止上升溫度的局部區(qū)域，可設想從導流板151到設備175的最小距離(用附圖標記165表示)將等于或者小于從設備到側面106內(nèi)部的最小距離(用附圖標記170表示)。
如上所述，參見圖4，設備175相對于實施例的入口115和出口120的位置使得入口115的開口的頂部設置得低于設備175的底部156，如尺寸155所表示。實施例的入口115尺寸和位置的設置使得從入口115來的氣流200被引導朝向設備175的底部156的中心，如圖4和6所示。同樣地，實施例使得出口120的開口的底部設置得高于設備175的頂部161，如尺寸160所示。
如所公開的，本發(fā)明的一些實施例可包括下面一些優(yōu)點具有不使用鼓風機來散熱的能力；具有消除或者至少減少促進總的發(fā)電站噪音水平的鼓風機噪音的能力，從而減少整個系統(tǒng)的噪音；通過消除鼓風機的維護可增加設備的運行時間；借助于鼓風機使用的消除可減少能量的消耗；和，減少鼓風機電機和風扇所占用的空間。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參見示例實施例進行描述，本領域技術人員可以認識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進行不同的變化并且等同物可用來替代部件。此外，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)范圍情況下，可以進行許多修改以使特定的情況或者材料適于本發(fā)明的教導。因此，本發(fā)明不意圖限制在用于實施本發(fā)明的最佳或者唯一公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附的權利要求范圍內(nèi)的所有的實施例。而且，在附圖和說明書中，本發(fā)明的示例的實施例已經(jīng)被公開，盡管已經(jīng)使用了特定的術語，除非另外說明，在此使用僅僅是一般的和說明的含義，而不意圖進行限制，因此本發(fā)明的范圍不被限制。而且，術語第一，第二等的使用不是表示順序或者重要性，而是用于區(qū)分部件。而且，術語一、一個等的使用不意圖限制數(shù)量，而是表示至少一個所引用的對象的存在。
部件目錄50 發(fā)電站55 排氣外殼60 燃氣輪機外殼65 入口增壓器擋板70 發(fā)電機擋板75 汽輪機外殼100 外殼105 側面106 側面110 頂部115 第一組通氣口120 第二組通氣口140 燃氣輪機排氣擴壓器142 進入孔150 導流板151 導流板155 尺寸156 底部160 尺寸161 頂部165 距離170 距離175 設備200 氣流
權利要求
1.一種外殼(100)，包括多個表面(105，110)，被構造為包圍設備(175)，該多個表面(105，110)包括頂部(110)和至少一個側面(105)；該多個表面(105，110)包括朝向外殼(100)的底部布置的第一組通氣口(115)，和朝向外殼(100)的頂部(110)布置的第二組通氣口(120)；和導流板(150，151)，在外殼100內(nèi)部接近頂部(110)布置；其中導流板(150，151)被構造為引導冷卻介質(zhì)(200)朝向第二組通氣口(120)；其中第一組通氣口(115)的開口的頂部被設置得低于設備(175)的底部(156)；和其中第二組通氣口(120)的開口的底部被設置得高于設備(175)的頂部(110)。
2.如權利要求1所述的外殼(100)，其中第一組通氣口(115)接近底部設置在外殼(100)的至少一個側面(105)上；和第一組通氣口(115)被構造為引導進入的冷卻介質(zhì)朝向設備(175)的底部(156)的中心。
3.如權利要求1所述的外殼(100)，其中第一組通氣口(115)具有第一通氣面積，第二組通氣口(120)具有第二通氣面積，第二通氣面積等于或者大于第一通氣面積。
4.如權利要求1所述的外殼(100)，其中第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在外殼(100)的至少一個側面(105)上；該至少一個側面(105)包括兩個相對的側面(105)；第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在該兩個相對的側面(105)上；和導流板(150)被構造為從接近設備(175)的頂部(110)中心的區(qū)域朝向其中布置第二組通氣口(120)的側面(105)向上傾斜。
5.如權利要求1所述的外殼(100)，其中第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在外殼(100)的至少一個側面(105)上；第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在外殼(100)的僅僅一個側面(105)上；導流板(151)被構造為從與其中布置第二組通氣口(120)的側面(105)相對的外殼(100)的側面(106)朝向外殼(100)的內(nèi)部頂部(110)向上傾斜；導流板(151)設置為相對于外殼側面(106)成大約45度的角度；導流板(151)被設置使得從設備175到導流板(151)的最小距離(165)將等于或者小于從設備(175)到導流板(150)從其傾斜的外殼側面(106)內(nèi)部的最小距離(171)。
6.如權利要求1所述的外殼(55)，其中外殼頂部(110)包括被設置為與設備(175)的中心對齊的斜坡，該斜坡朝向設備的中心升高；和第二組通氣口(120)鄰近斜坡的峰頂設置在外殼(100)的頂部(110)上。
7.一種發(fā)電站系統(tǒng)(50)，包括發(fā)電設備(175)，發(fā)電設備(175)包括發(fā)電機，該發(fā)電機由燃氣輪機或者汽輪機機械驅動，燃氣輪機包括入口增壓器、排氣擴壓器(140)，發(fā)電站系統(tǒng)(50)還包括包圍發(fā)電機、燃氣輪機、汽輪機、入口增壓器和排氣擴壓器(140)中的至少一個、或者上述部件的任意組合的外殼(100)，該外殼(100)包括多個表面(105，110)，被構造為包圍設備(175)，該多個表面(105，110)包括頂部(110)和至少一個側面(105)；該多個表面(105)包括朝向外殼(100)的底部布置的第一組通氣口(115)，和朝向外殼(100)的頂部(110)布置的第二組通氣口(120)；和導流板(150，151)，在外殼(100)內(nèi)部接近頂部(110)布置；其中導流板(150，151)被構造為引導冷卻介質(zhì)朝向朝向第二組通氣口(120)；其中第一組通氣口(115)的開口的頂部被設置得低于設備(175)的底部；和其中第二組通氣口(156)的開口的底部(156)被設置得高于設備(175)的頂部(161)。
8.如權利要求7所述的發(fā)電站系統(tǒng)(50)，其中通氣口(115，120)結合導流板(150，151)一起被構造為保持外殼(100)內(nèi)的環(huán)境溫度小于或等于140華氏度，以及保持在設備(175)的頂部(161)中心和底部(156)中心之間的溫差小于或等于25華氏度。
9.如權利要求7所述的發(fā)電站系統(tǒng)(50)，其中第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在外殼(100)的該至少一個側面(105)上；該至少一個側面(105)包括兩個相對的側面(105)；第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在該兩個相對的側面(105)上；和導流板(150)被構造為從接近設備(175)的頂部(161)中心的區(qū)域朝向其中布置第二組通氣口(120)的側面(105)向上傾斜。
10.如權利要求7所述的發(fā)電站系統(tǒng)(50)，其中第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在外殼(100)的至少一個側面(105)上，第二組通氣口(120)接近外殼(100)的頂部(110)設置在外殼(100)的僅僅一個側面(105)上；導流板(151)被構造以從與其中布置第二組通氣口(120)的側面(105)相對的外殼(100)側面(106)朝向外殼(100)的內(nèi)部頂部(110)向上傾斜；導流板(151)設置為相對于外殼(100)的側面(106)成大約45度的角度；導流板(151)被設置使得從設備(175)到導流板(151)的最小距離(165)將等于或者小于從設備(175)到導流板(151)從其傾斜的外殼(100)側面(106)的內(nèi)部的最小距離(170)。
全文摘要
公開了一種具有頂部(110)和至少一側面(105)以包圍設備(175)的外殼(100)。外殼(100)包括朝向外殼(100)的底部(156)設置的第一組通氣口(115)，朝向外殼(100)的頂部(110)設置的第二組通氣口(120)，以及在外殼(100)的內(nèi)部設置頂部(110)設置的導流板(150，151)。第一組通氣口(115)的開口的頂部設置得低于設備(175)的底部(156)，第二組通氣口(120)的開口的底部設置得高于設備(175)的頂部(161)，和導流板(150，151)被構造為引導冷卻介質(zhì)朝向第二組通氣口(120)。
文檔編號F01D25/14GK101059195SQ20071010128
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權日2006年4月20日
發(fā)明者R·詹吉利, J·賈米塞蒂 申請人:通用電氣公司