專利名稱：渦輪入口傳熱系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本文公開的主題大體涉及渦輪發(fā)動機，并且更具體而言，涉及用于渦輪入口的傳熱系統(tǒng)。
背景技術：
至少一些已知的渦輪發(fā)動機引導環(huán)境空氣通過過濾器室而到達核心發(fā)動機。該空氣在核心發(fā)動機內被壓縮且與燃料在被點燃以產生燃燒氣體之前混合。已知的渦輪發(fā)動機的性能和/或工作效率可取決于被引導通過過濾器室到達核心發(fā)動機的空氣的質量而變化。例如，一個這種質量為溫度。一般而言，較冷的空氣有冷凍被引導到渦輪發(fā)動機的水分的傾向，這會通過中斷空氣流而不利地影響發(fā)動機性能和效率，使空氣壓降升高和/或潛在地損害發(fā)動機構件。相反，較暖的空氣具有相對低的空氣密度，且因此引導較少氧氣通過渦輪發(fā)動機。以降低的氧氣水平工作會通過使得實現(xiàn)清潔、高效的燃燒更困難而不利地影響發(fā)動機性能和效率。

發(fā)明內容
在一方面，提供了一種用于調節(jié)被引導通過過濾器室的空氣的方法。該方法包括將傳熱系統(tǒng)聯(lián)接到過濾器室上。探測被弓I導通過過濾器室的空氣和被弓I導通過聯(lián)接到膨脹裝置和壓縮機中的至少一個上的回路的流體中的至少一個的參數(shù)?；谠搮?shù)來確定流體流動。流體流動包括用以加熱流體的第一方向和用以冷卻流體的第二方向中的至少一個。 控制通過回路的流體的流動，以便改變被引導通過過濾器室的空氣的參數(shù)。在另一方面，提供了一種用于過濾器室的傳熱系統(tǒng)。該傳熱系統(tǒng)包括膨脹裝置和壓縮機中的至少一個；聯(lián)接到膨脹裝置和壓縮機中的至少一個上的回路；至少一個傳感器，其探測被引導通過過濾器室的空氣和被引導通過回路的流體中的至少一個的參數(shù)；以及聯(lián)接到該至少一個傳感器上的控制器。該控制器配置成以便選擇性地控制通過回路的流體的流動，以基于傳感器探測到的參數(shù)來改變被引導通過過濾器室的空氣的參數(shù)。在又一方面，一種渦輪發(fā)動機系統(tǒng)包括渦輪發(fā)動機，構造成以便將空氣引導到渦輪發(fā)動機中的過濾器室，以及聯(lián)接到過濾器室上的傳熱系統(tǒng)。該傳熱系統(tǒng)包括膨脹裝置和壓縮機中的至少一個；聯(lián)接到膨脹裝置和壓縮機中的至少一個上的回路；至少一個傳感器，其探測被引導通過過濾器室的空氣和被引導通過回路的流體中的至少一個的參數(shù)；以及聯(lián)接到該至少一個傳感器上的控制器。該控制器配置成以便選擇性地控制通過回路的流體的流動，以基于傳感器探測到的參數(shù)來改變被引導通過過濾器室的空氣的參數(shù)。


圖1是示例性的已知燃氣輪機發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖；圖2是可與圖1所示的渦輪發(fā)動機一起使用的示例性過濾器室的截面圖；圖3是可與圖2所示的過濾器室一起使用的傳熱系統(tǒng)的示意 圖4是可與圖3所示的傳熱系統(tǒng)一起使用的示例性控制器的示意圖；以及圖5是示出了用于調節(jié)被引導通過圖2所示的過濾器室的空氣流的示例性方法的流程圖。部件列表100燃氣輪機發(fā)動機系統(tǒng)102過濾器室104壓縮機106燃燒器組件108渦輪110轉子軸112負載202入口罩204過濾器保持框206過濾器208空氣過濾器腔室210清潔空氣腔室300傳熱系統(tǒng)302壓縮機304膨脹裝置306回路308第二部分310第一部分312平行管314閥316傳感器400控制器402存儲器裝置404處理器406呈現(xiàn)接口408輸入接口410通訊接口412第一方向414第二方向500方法502探測參數(shù)504確定流體流動506調節(jié)系統(tǒng)以引導流體
具體實施方式
本文描述的主題大體涉及渦輪發(fā)動機。更具體而言，本文描述的主題涉及用于與渦輪入口一起使用-更具體而言，用于與將空氣引導到渦輪發(fā)動機中的過濾器室一起使用-的傳熱系統(tǒng)。本文描述的傳熱系統(tǒng)包括膨脹裝置、壓縮機、回路和控制器。該回路將膨脹裝置聯(lián)接到壓縮機上?？刂破魇沟昧黧w能夠沿集成在其它過濾器室功能構件內的第一方向和第二方向中的至少一個選擇性地被弓I導通過回路。
本文描述的方法和系統(tǒng)的示例性技術效果包括下者中的至少一個(a)探測流體的參數(shù)；(b)基于該參數(shù)來確定流體流動；(C)在打開構造和關閉構造之間促動閥；以及 (d)沿第一方向和第二方向中的至少一個弓I導流體通過回路。如本文所用，以單數(shù)敘述的以及前面有詞語“一個”或“一種”的元件或步驟應當理解為不排除多個元件或步驟，除非明確敘述了這種排除。另外，對本發(fā)明的“一個實施例” 的引用不意圖解釋為排除也結合了所敘述的特征的另外的實施例的存在。圖1是示例性燃氣輪機發(fā)動機系統(tǒng)100的示意圖。在該示例性實施例中，燃氣輪機發(fā)動機系統(tǒng)100包括以串行流布置聯(lián)接的過濾器室102、壓縮機104、燃燒器組件106和通過轉子軸110可旋轉地聯(lián)接到壓縮機104上的渦輪108。在運行期間，在該示例性實施例中，環(huán)境空氣被抽吸到過濾器室102中，環(huán)境空氣在過濾器室102中被過濾。在該示例性實施例中，被過濾的空氣朝向壓縮機104被引導通過空氣入口(在圖2中顯示)。被過濾的空氣然后在被引導朝向燃燒器組件106之前被壓縮。 在該示例性實施例中，燃燒器組件106內的壓縮空氣與燃料混合，并且所產生的燃料_空氣混合物然后在燃燒器組件106內點燃，以產生燃燒氣體，燃燒氣體被引導朝向渦輪108。在該示例性實施例中，渦輪108從燃燒氣體中提取旋轉能且使轉子軸110旋轉以驅動壓縮機 104。此外，在該示例性實施例中，燃氣輪機發(fā)動機系統(tǒng)100驅動聯(lián)接到轉子軸110上的負載112，例如發(fā)電機。圖2是過濾器室102的截面圖。在該示例性實施例中，過濾器室102是靜態(tài)過濾器室，其包括將環(huán)境空氣接收到過濾器室102中的入口罩202。入口罩202可包括撲蟲網(wǎng) (未標號)和使至少一些水分、灰塵和/或碎屑從被引導通過入口罩202的空氣流中分離出來的預過濾器組件(未顯示)。在該示例性實施例中，過濾器室102包括將過濾器206固持在過濾器室102內的過濾器保持框204、在過濾器206的上游的空氣過濾器腔室208和在過濾器206的下游的清潔空氣腔室210。在運行期間，在該示例性實施例中，環(huán)境空氣被引導通過入口罩202到達過濾器室102中。在該示例性實施例中，預過濾器組件和/或過濾器206去除由被引導通過空氣過濾器腔室208的空氣所攜帶的至少一些灰塵和/或碎屑。被過濾的空氣在被引導到壓縮機104(在圖1中顯示)之前被引導到空氣過濾器腔室208的下游，通過過濾器206到達清潔空氣腔室210中。圖3是用于調節(jié)被引導通過過濾器室102的空氣的溫度的示例性傳熱系統(tǒng)300的示意圖。在該示例性實施例中，傳熱系統(tǒng)300聯(lián)接到過濾器保持框204上。備選地，傳熱系統(tǒng)300可聯(lián)接到使得傳熱系統(tǒng)300能夠如本文描述的那樣工作的過濾器室102的任何合適的構件上。例如，傳熱系統(tǒng)300可與定位在被引導通過過濾器室102的空氣流內的任何過濾器室構件一體地形成。在一個實施例中，傳熱系統(tǒng)300聯(lián)接到功能性過濾器室構件上，例如但不限于消音器、漂浮物清除器和/或管板。通過鄰近傳熱系統(tǒng)300的至少一部分引導空氣流來調節(jié)被引導通過過濾器室102的空氣的溫度。所以，傳熱系統(tǒng)300就有利于引導流體流橫穿過濾器室102，以使得能夠加熱和/或冷卻被引導通過過濾器室102的空氣流。傳 熱系統(tǒng)300包括壓縮機302和膨脹裝置304。壓縮機302和/或膨脹裝置304 有利于控制被引導通過回路306的流體(例如制冷劑)的壓力、溫度和/或方向。在一個實施例中，單個構件用作壓縮機302以及膨脹閥304，這取決于流體被引導通過該單個構件所沿的方向?；芈?06使流體在壓縮機302和膨脹裝置304之間循環(huán)。在該示例性實施例中， 回路306包括定位在過濾器室102外部的第一部分310和定位在過濾器室102內的第二部分308。在該示例性實施例中，熱量在第一部分310和環(huán)境空氣之間傳遞，而且熱量在第二部分308和被引導通過過濾器室102的空氣之間傳遞。在該示例性實施例中，第二部分308包括以平行流定向聯(lián)接的多個管312。在該示例性實施例中，第二部分308包括在打開構造和關閉構造之間選擇性地可促動的多個閥 314。當閥314處于打開構造時，加熱流體和/或冷卻流體流過管312。當閥314處于關閉構造時，流體不流過管312。閥314構造成以便選擇性地控制通過回路306-且更具體而言通過至少一個平行管312-的流體流動。更具體而言，在該示例性實施例中，各個平行管312 聯(lián)接到控制通過那個相應的平行管312的流體流動的相應的閥314上。至少一個傳感器316通過探測和/或感測至少一個運行參數(shù)來監(jiān)測傳熱系統(tǒng)300 的運行。在該示例性實施例中，傳感器316聯(lián)接到傳熱系統(tǒng)300上。更具體而言，在該示例性實施例中，傳感器316聯(lián)接到過濾器室102和/或回路306上，以用于感測環(huán)境空氣的溫度、被引導通過過濾器室102的空氣的溫度和/或被引導通過回路306的流體的溫度中的至少一個。顯而易見的將是，傳感器316可位于過濾器室102中的任何地方。如本文所用， 用語“參數(shù)”指的是其值可用來限定傳熱系統(tǒng)300的運行狀況的物理屬性，例如在限定位置處的溫度、壓力、濕度和/或空氣速度。圖4是可與傳熱系統(tǒng)300 —起使用的示例性控制器400的示意圖。控制器400通訊地聯(lián)接到壓縮機302、膨脹裝置304、閥314和/或傳感器316上。在該示例性實施例中， 控制器400包括存儲器裝置402和聯(lián)接到存儲器裝置402上以執(zhí)行指令的處理器404。在一些實施例中，可執(zhí)行指令存儲在存儲器裝置402中。如本文所用，用語“處理器”不限于在本領域中被稱為計算機的集成電路，而是寬泛地指控制器、微控制器、微型計算機、可編程的邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其它可編程電路。在該示例性實施例中，控制器400可配置成以便通過對處理器404編程來執(zhí)行本文描述的一個或多個操作。例如，可通過將操作編碼成一個或多個可執(zhí)行指令以及通過提供存儲器裝置402中的可執(zhí)行指令來對處理器404編程。處理器404可包括一個或多個處理單元(例如成多核構造)。在該示例性實施例中，存儲器裝置402包括一個或多個使得能夠存儲和獲取諸如可執(zhí)行指令和/或其它數(shù)據(jù)的信息的裝置。例如，存儲器裝置402可包括一個或多個計算機可讀介質，例如但不限于，動態(tài)的隨機存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)的隨機存取存儲器(SRAM)、 固態(tài)盤和/或硬盤。此外，存儲器裝置402可構造成以便存儲(不限制)可執(zhí)行指令和/ 或任何其它類型的數(shù)據(jù)。在一些實施例中，控制器400包括聯(lián)接到處理器404上以使得能夠對使用者呈現(xiàn)信息的呈現(xiàn)接口 406。例如，呈現(xiàn)接口 406可包括可聯(lián)接到顯示裝置(未顯示)_例如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(IXD)、有機LED (OLED)顯示器和/或“電子墨水”顯示器-上的顯示適配器(未顯示)。在一些實施例中，呈現(xiàn)接口 406包括一個或多個顯示裝置。除此之外或備選地，呈現(xiàn)接口 406可聯(lián)接到打印機上，或者可包括打印機。 在一些實施例中，控制器400包括接收來自使用者的輸入的輸入接口 408。例如， 輸入接口 408可接收適用于本文描述的方法的任何信息。輸入接口 408聯(lián)接到處理器404 上，并且可包括例如鍵盤、指示裝置、鼠標、記錄筆、觸敏板(例如觸摸墊或觸摸屏)和/或位置探測器。應當注意到，單個構件，例如觸摸屏，可用作呈現(xiàn)接口 406的顯示裝置和輸入接口 408兩者。在該示例性實施例中，控制器400包括聯(lián)接到處理器404上的通訊接口 410。通訊接口 410與遠程裝置-例如壓縮機302、膨脹裝置304、閥314、傳感器316和/或另一個控制器400-通訊。例如，通訊接口 410可包括但不限于有線網(wǎng)絡適配器、無線網(wǎng)絡適配器和 /或移動遠程通訊適配器。備選地或另外，控制器400通過網(wǎng)絡(未顯示)聯(lián)接到壓縮機 302、膨脹裝置304、閥314、傳感器316和/或另一個控制器400上。網(wǎng)絡可包括但不限于互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、無線LAN (WLAN)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡和/或虛擬個人網(wǎng)絡(VPN) 或其它適當?shù)耐ㄓ嵤侄?。控制?00直接電氣連接到壓縮機302、膨脹裝置304、閥314和 /或傳感器316上，以及/或者與壓縮機302、膨脹裝置304、閥314和/或傳感器316 —體地形成。在該示例性實施例中，控制器400指示傳熱系統(tǒng)300沿第一方向412或沿第二方向414選擇性地引導流體。在該示例性實施例中，沿第一方向412的流進入冷卻循環(huán)，而沿第二方向414的流進入加熱循環(huán)。更具體而言，當流沿第一方向412時，流體被引導通過過濾器室102到達壓縮機302，在壓縮機302中，流體被壓縮到較高的壓力和較高的溫度。高壓、高溫流體從壓縮機302排出，通過第一部分310，在第一部分310中，流體在處于高溫的同時冷凝。冷凝流體然后被引導通過第一部分310，到達膨脹裝置304，在膨脹裝置304中， 流體絕熱地膨脹，以產生適于冷卻被引導通過過濾器室102的空氣的低壓、低溫流體。低壓、低溫流體被弓I導通過第二部分308，在該第二部分308中，熱量從過濾器室102傳遞到流體，并且冷卻循環(huán)重復進行。相反，當流沿第二方向414時，流體被引導通過過濾器室102到達膨脹裝置304，在膨脹裝置304中，流體膨脹以降低其壓力和溫度。低壓、低溫流體從膨脹裝置304排出，通過第一部分310，在第一部分310中，流體蒸發(fā)到較低的壓力。該膨脹流體然后被引導通過第一部分310到達壓縮機302，在壓縮機302中，流體被壓縮成適于用來加熱被引導通過過濾器室102的空氣的高壓、高溫流體。該高壓、高溫流體被引導通過第二部分308，在第二部分308中，熱量從該流體傳遞到過濾器室102，并且加熱循環(huán)重復進行。圖5示出了用于調節(jié)被引導通過過濾器室102的空氣的示例性方法500的流程圖。在該示例性實施例中，控制器400基于來自傳感器316的輸入和/或來自使用者的指令來執(zhí)行程序。例如，控制器400所執(zhí)行的程序可包括，例如，用來確定傳熱系統(tǒng)300的配置的程序。在該示例性實施例中，控制器400所產生的命令可促使傳感器316監(jiān)測至少一個參數(shù)，以及/或者啟動傳熱系統(tǒng)300的其它控制設定。在運行期間，在該示例性實施例中，傳感器316探測502被引導通過過濾器室102的空氣和/或被引導通過回路306的流體的參數(shù)?；谔綔y到的參數(shù)，在該示例性實施例中，控制器400確定504被引導通過回路306的流體的流體流動。更具體而言，在該示例性實施例中，控制器400確定是沿第一方向412還是沿第二方向414引導流體。例如，當傳感器316探測到被引導通過過濾器室102的空氣具有高于預定閾值的溫度時，傳感器316將指示暖空氣的溫度的信號傳輸給控制器400?？刂破?00然后指示傳熱系統(tǒng)300沿第一方向412引導流體，以有利于冷卻被引導到渦輪發(fā)動機系統(tǒng)100的空氣。相反，當傳感器316 探測到被引導通過過濾器室102的空氣具有低于預定閾值的溫度時，傳感器316將指示冷空氣的溫度的信號傳輸給控制器400?？刂破?00指示傳熱系統(tǒng)300沿第二方向414引導流體，以有利于加熱被引導到渦輪發(fā)動機系統(tǒng)100的空氣。為了有利于沿第一方向412和/或第二方向414引導流體，壓縮機302、膨脹裝置 304和/或閥314可選擇性地被調節(jié)506，以便引導被引導通過回路306的流體的流體流。 另外，閥314可進一步調節(jié)成以便有利于通過多個管312的基本均勻的流體流。例如，遠端閥314可比近端閥314打開得更多，以有利于引導基本等量的流體流通過一對管312。示例性方法和系統(tǒng)有利于調節(jié)被引導通過過濾器室的空氣。例如，本文描述的方法和系統(tǒng)在傳熱系統(tǒng)和被引導到渦輪發(fā)動機中的空氣之間選擇性地傳遞熱量。選擇性地加熱和/或冷卻被引導通過傳熱系統(tǒng)的流體，以有利于加熱和/或冷卻被引導到渦輪發(fā)動機中的空氣，從而提高渦輪發(fā)動機的工作效率。本文對方法和系統(tǒng)的示例性實施例進行了詳細描述和/或說明。示例性系統(tǒng)和方法不限于本文描述的具體實施例，而是相反，各個系統(tǒng)的構件和/或各個方法的步驟可獨立地以及與本文描述的其它構件和/或方法步驟分開來使用。各個構件和各個方法步驟也可與其它構件和/或方法步驟結合起來使用。 本書面描述使用實例來公開本發(fā)明的某些實施例，包括最佳模式，并且還使本領域任何技術人員能夠實踐(那些)某些實施例，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權利要求書限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這樣的其它實例具有不異于權利要求書的字面語言的結構元素，或者如果它們包括與權利要求書的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這樣的其它實例意圖處于權利要求書的范圍之內。
權利要求
1.一種用于過濾器室的傳熱系統(tǒng)(300)，所述傳熱系統(tǒng)包括膨脹裝置(304)和壓縮機(104)中的至少一個；聯(lián)接到所述膨脹裝置和所述壓縮機中的至少一個上的回路(306)；探測被引導通過過濾器室(102)的空氣和被引導通過所述回路的流體中的至少一個的參數(shù)的至少一個傳感器(316)；以及聯(lián)接到所述至少一個傳感器上的控制器(400)，所述控制器配置成以便選擇性地控制通過所述回路的流體的流動，以基于所述傳感器探測到的參數(shù)來改變被引導通過所述過濾器室的空氣的參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的傳熱系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述回路(306)引導流體通過所述過濾器室(102)，其中，所述傳熱系統(tǒng)(300)集成在所述過濾器室的構件內。
3.根據(jù)權利要求1所述的傳熱系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述傳熱系統(tǒng)(300)進一步包括聯(lián)接到所述回路(306)上的至少一個閥(314)，所述至少一個閥在打開構造和關閉構造之間選擇性地可促動。
4.根據(jù)權利要求1所述的傳熱系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述回路(306)包括定向成平行構造的多個管(312)。
5.根據(jù)權利要求4所述的傳熱系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述多個管(312)引導流體通過所述過濾器室(102)。
6.根據(jù)權利要求4所述的傳熱系統(tǒng)(300)，其特征在于，所述多個管(312)中的各個聯(lián)接到構造成以便選擇性地控制通過所述相應的管的流體流動的閥上。
7.一種渦輪發(fā)動機系統(tǒng)(100)，包括渦輪發(fā)動機(108)；構造成以便將空氣引導到所述渦輪發(fā)動機中的過濾器室(102)；以及聯(lián)接到所述過濾器室上的傳熱系統(tǒng)(300)，所述傳熱系統(tǒng)包括膨脹裝置(304)和壓縮機(104)中的至少一個；聯(lián)接到所述膨脹裝置和所述壓縮機中的至少一個上的回路(306)； 探測被引導通過過濾器室的空氣和被引導通過所述回路的流體中的至少一個的參數(shù)的至少一個傳感器(316)；以及聯(lián)接到所述至少一個傳感器上的控制器(400)，所述控制器配置成以便選擇性地控制通過所述回路的流體的流動，以基于所述傳感器探測到的參數(shù)來改變被引導通過所述過濾器室的空氣的參數(shù)。
8.根據(jù)權利要求7所述的渦輪系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述回路(306)引導流體通過所述過濾器室(102)，其中，所述傳熱系統(tǒng)(300)集成在所述過濾器室的構件內。
9.根據(jù)權利要求7所述的渦輪系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述渦輪系統(tǒng)(100)進一步包括聯(lián)接到所述回路(306)上的至少一個閥(314)，所述至少一個閥在打開構造和關閉構造之間選擇性地可促動。
10.根據(jù)權利要求7所述的渦輪系統(tǒng)(100)，其特征在于，所述回路(306)包括定向成平行構造的多個管(312)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪入口傳熱系統(tǒng)。提供了一種用于過濾器室的傳熱系統(tǒng)(300)。該傳熱系統(tǒng)包括膨脹裝置(304)和壓縮機(104)中的至少一個；回路(306)，其聯(lián)接到膨脹裝置和壓縮機中的至少一個上；至少一個傳感器(316)，其探測被引導通過過濾器室(102)的空氣和被引導通過回路的流體中的至少一個的參數(shù)；以及聯(lián)接到該至少一個傳感器上的控制器(400)，該控制器配置成以便選擇性地控制通過回路的流體的流動，以基于傳感器探測到的參數(shù)來改變被引導通過過濾器室的空氣的參數(shù)。
文檔編號F02C7/047GK102220905SQ20111010188
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2010年4月16日
發(fā)明者R·M·A·曼 申請人:通用電氣公司