具有熱聲諧振器的濕氣壓縮系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N用于濕氣流的濕氣壓縮系統(tǒng)，該濕氣流在其中具有多個液滴。該濕氣壓縮系統(tǒng)可包括管道、與管道連通的壓縮機(jī)、和與管道連通以便打碎濕氣流中的液滴的熱聲諧振器。
【專利說明】具有熱聲諧振器的濕氣壓縮系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本中請和所得專利大致涉及濕氣壓縮系統(tǒng)，且更具體而言，涉及如下濕氣壓縮系統(tǒng)，其使用熱聲諧振器在到達(dá)壓縮機(jī)前打碎氣流中的水滴。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣和其他類型的燃料可在其中包含液體成分。此種“濕”氣體可具有顯著的液體體積。在常規(guī)壓縮機(jī)中，此種濕氣體中的液滴可導(dǎo)致葉輪或其他構(gòu)件的腐蝕或脆化。此夕卜，此種腐蝕可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不平衡。具體地，液體與諸如葉輪、端壁、密封件等壓縮機(jī)表面之間的負(fù)相互作用可為顯著的。腐蝕被認(rèn)為實(shí)質(zhì)上是液滴在沖擊期間的相對速度、液滴質(zhì)量大小和沖擊角度的組合的函數(shù)。腐蝕可導(dǎo)致性能降級、降低的壓縮機(jī)和組件壽命、和維護(hù)需求的整體增加。
[0003]當(dāng)前的濕氣壓縮機(jī)可使用上游液體-氣體分離器從氣流中分離液滴，以便限制或至少局部化由液滴引起的腐蝕沖擊或其他損害。然而，分離所需的設(shè)備通常需要額外的功率消耗。另一種方法是使用諸如拉伐爾噴管(de Laval nozzle)等的縮放噴管，以便將氣流加速到超音速。所得的超音速震動可打碎液滴。然而，超音速震動還可導(dǎo)致壓縮機(jī)上游的壓力下降，且從而導(dǎo)致整體壓縮機(jī)負(fù)載的增加。
[0004]因此，還期望改進(jìn)的濕氣壓縮系統(tǒng)和避免腐蝕的方法。優(yōu)選地，此種系統(tǒng)和方法可使由濕氣流中的大液滴導(dǎo)致的腐蝕沖擊和其他損害最小化，同時避免或至少減少液體氣體分離器、超音速震動等的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因而，本申請和所得專利提供一種用于濕氣流的濕氣壓縮系統(tǒng)，該濕氣流在其中具有多個液滴。該濕氣壓縮系統(tǒng)可包括管道、與管道連通的壓縮機(jī)、和熱聲諧振器，該熱聲諧振器與管道連通以便打碎濕氣流中的液滴。
[0006]本申請和所得專利還提供了一種打碎壓縮機(jī)上游的濕氣流中的多個大液滴的方法。該方法可包括下列步驟:使?jié)駳饬鬟^管道；利用熱聲諧振器在濕氣流附近形成多個聲波；降低濕氣流的氣相相對于液相的相對速度；和克服該多個大液滴的表面張力，以將大液滴打碎成多個小液滴。在本文中還描述了其他方法。
[0007]本申請和所得專利還提供了一種用于濕氣流的濕氣壓縮系統(tǒng)，該濕氣流在其中具有多個液滴。該濕氣壓縮系統(tǒng)可包括管道、與管道連通的壓縮機(jī)、和與管道連接且定位在壓縮機(jī)上游的熱聲諧振器。熱聲諧振器可以包括熱的熱交換器，冷的熱交換器、和它們之間的回?zé)崞?regenerator),以便將多個聲波形成到濕氣流中。在本文中還可描述其他系統(tǒng)。
[0008]在結(jié)合若干附圖和所附權(quán)利要求審閱了下面的詳細(xì)說明后，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本申請和所得專利的這些和其他特性和改進(jìn)將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】[0009]圖1是已知的具有管道區(qū)段部分的濕氣壓縮機(jī)的示意圖。
[0010]圖2是如可在本文中描述為具有熱聲諧振器的濕氣壓縮系統(tǒng)的示例的示意圖。
[0011]圖3是圖2的濕氣壓縮系統(tǒng)的熱聲諧振器的示意圖。
[0012]圖4是一個圖表，示出圖2的濕氣壓縮系統(tǒng)的熱聲諧振器附近的濕氣流的液相和氣相的相對速度。
[0013]圖5是如可在本文中描述的具有熱聲諧振器的濕氣壓縮系統(tǒng)的一個備選實(shí)施例的示例的局部側(cè)視圖。
[0014]圖6是如可在本文中描述的具有熱聲諧振器的濕氣壓縮系統(tǒng)的一個備選實(shí)施例的示例的局部側(cè)視圖。
[0015]圖7是如可在本文中描述的具有熱聲諧振器的濕氣壓縮系統(tǒng)的一個備選實(shí)施例的示例的局部側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在參照附圖，其中遍及該若干附圖，相同的數(shù)字指代相同的元件，圖1是已知的濕氣壓縮機(jī)10的示例，濕氣壓縮機(jī)10可為常規(guī)設(shè)計(jì)，且可包括帶有多個葉輪20的多個級，多個葉輪20定位在軸30上，以用于在多個定子之間與其旋轉(zhuǎn)。濕氣壓縮機(jī)10還可包括入口區(qū)段40。入口區(qū)段40可為定位在葉輪20附近的入口渦管50等。其他類型和構(gòu)造的濕氣壓縮機(jī)10可為已知的。管道區(qū)段60可與濕氣壓縮機(jī)的入口區(qū)段40連通。管道區(qū)段60可為任何期望的尺寸、形狀或長度。在本文中可使用任意數(shù)量的管道區(qū)段60，并且可以以常規(guī)方式連結(jié)。
[0017]圖2示出作為如可在本文中描述的濕氣壓縮系統(tǒng)100的示例。濕氣壓縮系統(tǒng)100可包括定位在管道120附近的壓縮機(jī)110。壓縮機(jī)110可與上述壓縮機(jī)10類似。任何類型或數(shù)量的壓縮機(jī)110可用在本文中。同樣，管道120可具有任何尺寸、形狀、長度或任何數(shù)目的區(qū)段。管道120可與井口 130連通。濕氣流140從井口 130出來，且流過壓縮機(jī)110，并且進(jìn)一步向下游。濕氣流140可包括氣相145以及液相155中的多個大液滴。濕氣流140可為天然氣、其他類型的燃料等。其他構(gòu)件和其他構(gòu)造也可用在本文中。
[0018]濕氣壓縮系統(tǒng)100還可包括熱聲諧振器160。一般而言，熱聲諧振器160使用內(nèi)部溫度差，來以有效的方式誘導(dǎo)高振幅聲波。熱聲諧振器160可聯(lián)接于井口 130下游和壓縮機(jī)110上游的管道120。任意數(shù)量的熱聲諧振器160可用在本文中。
[0019]熱聲諧振器160可包括聲腔170，聲腔170可與管道120直接連通，使得濕氣流140充斥聲腔170。由于聲腔170的結(jié)構(gòu)可對在其中形成的聲波的性質(zhì)和波長產(chǎn)生影響，故聲腔170可具有任何尺寸、形狀或構(gòu)造。
[0020]熱聲諧振器160可包括熱的熱交換器180、冷的熱交換器190、和定位在其間的被動回?zé)崞?00。在熱的熱交換器180處，熱源210將熱排到濕氣流140附近。熱源210可包括任何類型的熱和任何類型的熱源。例如，可使用來自壓縮機(jī)110或其他地方的廢熱。在冷的熱交換器190處，熱可接受自濕氣140并傳遞至冷卻流或散熱器220，以用于處置或在其他地方使用。被動回?zé)崞?00可包括堆疊的板230等。具有良好熱效率的任何類型的回?zé)崞骺捎迷诒疚闹小?br> [0021]熱的熱交換器180與冷的熱交換器190之間跨越熱聲諧振器的被動蓄熱器200的溫度梯度可導(dǎo)致形成多個聲波240。聲波240作用為壓力波，其通過聲腔170傳播并進(jìn)入管道120中。在本文中，聲波240的波長和其他特性可改變。在本文中還可使用用于產(chǎn)生聲波240的其他類型的熱聲諧振器和其他裝置，其他構(gòu)件和其他構(gòu)造也可在本文中使用。
[0022]如圖4所示，由聲波240導(dǎo)致的壓力波前與管道120中的濕氣流140相互作用。聲波240的相互作用可導(dǎo)致濕氣流140的氣相145中的快速速度變化。因而，當(dāng)濕氣流140通過聲波240時，濕氣流140的氣相145和液相155之間的相對速度的變化可將大液滴150打碎成多個更小的液滴250。
[0023]液滴打碎可主要為氣相145與液相155之間的相對速度的函數(shù)。用于液滴打碎的勢能可以基于濕氣流140的韋伯?dāng)?shù)來評價。具體而言，韋伯?dāng)?shù)可在本文中的濕氣流140的情況如下計(jì)算:
[0024]Weber = PgVE2d/ σ.[0025]在該等式中，Pg是液體的密度(kg/m3)，Ve是相對速度(m/s)，d是液滴直徑(m)，且σ是表面張力(n/m)。通常而言，韋伯?dāng)?shù)是同液滴表面張力相比流體慣性的相對重要的無量綱尺度。如果韋伯?dāng)?shù)表明氣相145的動能可以克服液滴150的表面張力，那么大液滴150就可被打碎成較小的液滴250。其他類型的液滴評價和其他類型的方案可在本文中使用。
[0026]聲波240的能量可以部分地轉(zhuǎn)變成液滴破碎，且部分地轉(zhuǎn)變成耗散在濕氣流140中。耗散意味著熱沉積到濕氣流140中。這種熱主要導(dǎo)致液體蒸發(fā)，與之對照的是溫度升高，且因而對整體壓縮機(jī)性能可為有益的。在通過聲波240后，濕氣流140在其中攜帶較小液滴250的情況下繼續(xù)朝壓縮機(jī)入口區(qū)段40，以便減小在壓縮機(jī)葉片20等類似物上的有害腐蝕等。
[0027]具有熱聲諧振器160的濕氣壓縮系統(tǒng)100因此將改善壓縮機(jī)110的整體壽命和效率。特別地，大液滴150的移除可改善腐蝕損害，同時由于蒸發(fā)而實(shí)現(xiàn)較高的壓縮機(jī)效率。此外，由于熱聲諧振器160不使用運(yùn)動部件，故熱聲諧振器160將在低保養(yǎng)需求下具有長的壽命。而且，由于熱聲諧振器160可使用來自壓縮機(jī)110或其他地方的廢熱,故熱聲諧振器160可不引起寄生能量損耗。熱聲諧振器160還可避免穿過其的壓力下降，使得主壓縮機(jī)負(fù)載可不增加。
[0028]盡管上述濕氣壓縮系統(tǒng)100已經(jīng)在熱聲諧振器160定位在管道120附近的情況下進(jìn)行了說明，但熱聲諧振器160還可定位在其他地方。例如，圖5和圖6示出熱聲諧振器160在縮放噴管260或其他類型的變截面噴管附近的使用。如上所述，縮放噴管260 (也被稱為拉伐爾噴管等)可包括收縮區(qū)段270、喉區(qū)段280和擴(kuò)散區(qū)段290?？s放噴管260可在震動點(diǎn)300處通過超音速震動減少大液滴150。
[0029]在圖5的示例中，熱聲諧振器160可定位在管道310的上游區(qū)段上，在圖6的示例中，熱聲諧振器160可定位在管道320的下游區(qū)段上，熱聲諧振器160可在縮放噴管260附近或沿著縮放噴管260定位在任何地方，以便以與上述方式類似的方式幫助和促進(jìn)液滴打碎。多個熱聲諧振器1 60可用在本文中。其他類型的管道和其他類型的噴管可用在本文中。其他構(gòu)件和其他構(gòu)造也可用在本文中。
[0030]作為熱聲諧振器160與管道120內(nèi)的濕氣流140直接流體連通的替代，熱聲諧振器160還可與管道120中的濕氣流140物理分離。如圖7所示，熱聲諧振器160可通過運(yùn)動活塞330等連接于管道120。聲波240可驅(qū)動運(yùn)動活塞330與管道120接觸，使得波通過機(jī)械接觸而在其中繼續(xù)?；钊?30的使用也允許在熱聲諧振器160內(nèi)使用不同的工作介質(zhì)。可以使用諸如氦、氮或其他氣體的介質(zhì)。從效率和穩(wěn)定性觀點(diǎn)來看，使用備選介質(zhì)可為有益的，即，增加了熱轉(zhuǎn)換為聲能的效率。其他類型的機(jī)械系統(tǒng)也可在本文中使用。
[0031]很明顯，前述內(nèi)容只涉及本申請和所得專利的某些實(shí)施例。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本文中作出許多變化和修改，本發(fā)明的精神和范圍由下列權(quán)利要求和它們的等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于濕氣流的濕氣壓縮系統(tǒng)，所述濕氣流在其中具有多個液滴，所述濕氣壓縮系統(tǒng)包括: 管道； 壓縮機(jī)，其與所述管道連通；和 熱聲諧振器，其與所述管道連通，以便打碎所述濕氣流中的液滴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱聲諧振器包括聲腔，所述定位在所述管道上且與所述濕氣流連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱聲諧振器包括熱的熱交換器、冷的熱交換器、和其間的回?zé)崞鳌?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱的熱交換器與熱源連通，且其中，所述熱源包括廢熱源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述冷的熱交換器與散熱器連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述回?zé)崞靼ū粍踊責(zé)崞鳌?br> 7.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述回?zé)崞靼ǘ鄠€板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱聲諧振器將多個聲波產(chǎn)生到所述濕氣流中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述多個聲波將多個大液滴打碎成多個小液滴。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述管道包括縮放噴管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述縮放噴管包括收縮區(qū)段、喉區(qū)段、擴(kuò)散區(qū)段和震動點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱聲諧振器包括活塞。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機(jī)在其中包括多個葉輪。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述濕氣流包括天然氣流。
15.一種用于打碎壓縮機(jī)上游的濕氣流中的多個大液滴的方法，包括: 使所述濕氣流流過管道； 用熱聲諧振器在所述濕氣流附近形成多個聲波； 降低所述濕氣流的氣相相對于液相的相對速度； 克服所述多個大液滴的表面張力，以將所述多個大液滴打碎成多個小液滴。
16.一種用于濕氣流的濕氣壓縮系統(tǒng)，所述濕氣流在其中具有多個液滴，所述濕氣壓縮系統(tǒng)包括: 管道； 壓縮機(jī)，其與所述管道連通；和 熱聲諧振器，其與所述管道連通且定位在所述壓縮機(jī)的上游； 所述熱聲諧振器包括熱的熱交換器、冷的熱交換器、和其間的回?zé)崞?，以將多個聲波產(chǎn)生到所述濕氣流中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱聲諧振器包括聲腔，所述聲腔定位在所述管道上且與所述濕氣流連通。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述熱的熱交換器與熱源連通，且其中，所述熱源包括廢熱源。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述冷的熱交換器與散熱器連通。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的濕氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于，所述回?zé)崞靼ň哂卸鄠€板的被動回?zé)崞鳌?br> 【文檔編號】F04D31/00GK103958901SQ201280055785
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】C·沃格爾, V·米歇拉西, R·德納澤勒 申請人:通用電氣公司