CN101576006A - 用于过滤燃气涡轮进气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种进气过滤系统(41)。这种进气过滤系统包括空气室(40)和多个安装在空气室内部的过滤元件(42)，各个过滤元件包括支撑结构(48)。该系统还包括多个电极(50)，其定位在多个过滤元件附近，各个电极耦合在为这些电极提供电压的电源(52)上，该电压足以在电极和过滤元件之间建立静电场，并且该电压足以从电极产生电晕放电。

Description

用于过滤燃气涡轮进气的装置
技术领域
本发明的领域大致涉及一种用于从燃气涡轮进气中除去颗粒物质的过滤方法和系统，并且更具体地说，涉及一种过滤方法和系统，其包括过滤元件和用于从燃气涡轮进气中除去颗粒物质的非放电静电电极。
背景技术
织物过滤是一种用于分离出空气流中的颗粒物质的普通技术。织物过滤通常在一种被称为袋滤室的器件中完成。已知的袋滤室包括外壳，其具有入口和出口，入口用于接收脏的含颗粒的空气，新鲜空气通过出口而离开袋滤室。外壳的内部被管板分隔成脏空气室或上游气室和干净空气室或下游气室，其中脏空气室与入口保持流体连通，并且干净空气室与出口保持流体连通。管板通常包括许多孔，并支撑许多过滤元件，其中各个过滤元件覆盖了其中一个孔。
已知的过滤元件可包括支撑结构和织物过滤介质。支撑结构也被称为滤芯，其通常具有圆柱形的形状，并且是空心的。支撑结构的壁可以类似于滤网或滤罩，或者可简单地包括许多孔眼，从而流体可穿过支撑结构。支撑结构具有至少一个末端，其是敞开的，并且能够联接到管板上的孔上。支撑结构从管板延伸到脏空气室中。目前有几种类型的织物过滤介质。“袋式”过滤介质是柔韧的和/或柔顺的，并且形状类似于袋子。筒式过滤介质是相对刚性的并且是折叠的。过滤介质安装在支撑结构的外表部分或外面部分周围。
在使用期间，颗粒物质在过滤器上累积或结块，减少了空气的流速，并且增加了跨越过滤器的压力降。为了恢复所需的流速，可对过滤器应用反向压力脉冲。反向压力脉冲将颗粒物质与过滤介质分开，颗粒物质然后落在脏空气室的下面部分中。
还可使用静电器件，例如静电滤尘器将颗粒物质与空气流分开。在静电滤尘器中，颗粒物质带有电子电荷，并通过电场作用而收集起来。静电滤尘器包括保持在高电压下的放电电极以及保持在相对较低电压或接地的非放电电极。当包含颗粒的空气流流过电极时，存在于电极之间的电场起作用，以使一定百分比的经过粒子带上电荷，并造成其汇集在非放电电极上。
发明内容
一方面，本发明提供了一种用于燃气涡轮的进气过滤系统。这种进气过滤系统包括空气室和多个安装在空气室内部的过滤元件，其中各个过滤元件包括支撑结构。进气过滤系统还包括多个电极，其定位在多个过滤元件的附近，其中电极耦合在电源上，电源为电极提供电压。电压足以在电极和过滤元件之间建立静电场，并且同时，电压足以从电极产生电晕放电。
在另一实施例中，提供了一种燃气涡轮装置，其包括压缩机、联接在压缩机上的进气口、联接在压缩机上的燃烧室、联接在燃烧室上的涡轮、联接在涡轮上的排气管道、联接在进气口上的空气室、以及定位在所述空气室中的空气过滤系统，空气过滤系统包括多个安装在空气室内部的过滤元件，其中各个过滤元件包括支撑结构。进气过滤系统还包括多个电极，其定位在多个过滤元件的附近，其中电极耦合在电源上，电源为电极提供电压。电压足以在电极和过滤元件之间建立静电场，并且同时，电压足以从电极产生电晕放电。
附图说明
图1是一种示例性的燃气涡轮发动机组件的示意图。
图2是根据本发明一个实施例的图1中所示的气室的示意图。
图3是根据本发明另一实施例的图1中所示的气室的示意图。
图4显示了在有和没有应用电场的情况下测量的粒子除去效率的曲线图。
图5是压力降对所应用的电场的电流密度的曲线图。
附图标记列表：
10发动机；12涡轮发动机；14外壳；16入口部分；18发动机部分；20排气部分；22压缩机；24燃烧室；26高压涡轮；28低压涡轮；30进气口；32排气喷嘴；34第一轴；36受驱负荷；38第二轴；40空气室；41进气过滤系统；42过滤元件；44管板；46脏空气侧；47干净空气侧；48支撑元件；50电极；52电源；
具体实施方式
图1是一种示例性的燃气涡轮发动机组件10的示意图，其包括安装在外壳14中的涡轮发动机12。涡轮发动机12包括入口部分16、发动机部分18和排气部分20。发动机部分18包括串联在一起的至少一个压缩机22、燃烧室24、高压涡轮26和低压涡轮28。入口部分16包括入口30，并且排气部分20包括排气喷嘴32。燃气涡轮发动机12可以是任何已知的涡轮发动机，例如，在一个实施例中，发动机10是商业上可从俄亥俄州辛辛纳提市通用电器公司获得的LM2500发动机。当然，发动机10可以是任何合适的涡轮发动机。压缩机22和高压涡轮26通过第一轴34进行联接，并且低压涡轮28和被驱动的负载36，例如发电机通过第二轴38进行联接。
在运转过程中，空气流入到发动机入口26中，穿过压缩机22并进行压缩。然后将压缩空气引导至燃烧室24中，在燃烧室24中将其与燃料相混合，并点火。来自燃烧室24的空气流驱动旋转的涡轮26和28，并通过排气喷嘴32而离开燃气涡轮发动机12。
还参看图2，进气室40操作地联接在发动机入口部分16的进气口30上。空气室40包含空气过滤系统41，其包括多个安装在空气室40内部的过滤元件42，位于发动机入口部分16的进气口30的上游。各个过滤元件42安装在管板44上。管板44将气室40的脏空气侧46与空气室40的干净空气侧47分隔开。各个过滤元件42都包括接地的导电的支撑元件48，其定位在过滤元件42的内部。过滤元件42可以是任何合适的过滤器类型，例如筒式过滤器，包括折叠式筒式过滤器、袋式过滤器等等。多个放电电极50定位成基本上平行于过滤元件42，并散布于过滤元件42中。在一个备选实施例中，如图3中所示，放电电极50定位成基本上垂直于过滤元件42，并位于过滤元件42的上游。电极50电耦合在电源52上，从而当激励电极50时，在电极50和支撑元件48之间建立起电场。施加于电极50上的电压足以产生电场，并足以使电极50产生电晕放电。在一个实施例中，电压大约为15kV至大约50kV，并且在另一实施例中，大约为30kV至大约40kV。低的电流密度用于产生有效的过滤。在一个实施例中，电流密度大约为4.0μA/ft2至大约15μA/ft2，并且在另一实施例中，大约为6.0μA/ft2至大约10μA/ft2。
在到达过滤元件42之前，电极50用负电荷使进入的粉尘极化。当相似的极性粉尘到达织物元件42时，会形成更多多孔的粉尘团块。这种增加的可穿透性是由彼此排斥的带电粒子而引起的。通过这种方式，过滤元件42在大约四分之一至三分之一的系统压力降下运转，已知的脉冲喷射式集尘器在四比一的空气-织物比下运转。
同传统的脉冲喷射式织物过滤器相比，对进入的粉尘应用电场还将提高收集效率。过滤元件42上的粉尘造成额外的粉尘悬浮在带电荷的层上。这防止了细粉尘堵塞过滤元件42，这是造成系统压力降增加的一个普遍原因。图4显示了在有和没有应用电场的情况下测量的粒子除去效率的曲线图。X轴反映0.01微米至1.0微米的粒子直径，而Y轴代表穿透百分比(越低的数字越好)。结果指示当应用电场时，离开气室40的粉尘数量降低了大约两个数量级。这种大排放的减少发生在颗粒板直径上，但在考虑细粉尘时是特别明显的。
为了获得图4中所示的收集效率和压力降好处，对织物过滤器应用电场。如图5中所示，在非常低的电流密度下获得这些好处。Y轴显示了压力降K2，并且X轴显示了电流密度。一旦施加于总的过滤元件区域上的电流数量达到6μA/ft2水平以上时，压力降的改善就稳定了。结果，获得这些好处所需要的功率数量相对较低。因此，到达过滤元件42表面上的粉尘数量通过上游电场而减少了大约80％至大约90％，促进了更大的气体流过。
电极50将使过滤元件42的织物屏障上所收集的粉尘层保持电荷。结果，实现高的空气-织物比与减少粉尘量没有依赖性。另外，到达过滤元件42的粒子尺寸分布代表入口分布的横截面。上述空气过滤系统41的两种状态提供了增加的效率和长期运转。具体地说，上述空气过滤系统满足工业标准ARAMCO 200小时空气过滤系统测试要求。在2005年10月26日发布的题名为“用于燃气涡轮的进气过滤系统”，附录II，卷2，Saudi Aramco材料系统规范32-SAMSS-008中描述了这种200小时的测试程序。
上面详细描述了空气过滤系统41的示例性实施例。空气过滤系统41并不局限于此处所述的特定的实施例，相反该系统的构件可与此处所述的其它构件独立且分开地进行使用。另外，可结合除燃气涡轮之外的许多其它装置来实现和利用上述系统。
虽然已经就各种特定的实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该认识到可利用在权利要求的精髓和范围内的变型来实践本发明。

Claims (10)

1.一种进气过滤系统(41)，所述进气过滤系统包括：
空气室(40)；
多个安装在所述空气室内部的过滤元件(42)，各个所述过滤元件都包括支撑结构(48)；和
多个电极(50)，其定位在所述多个过滤元件附近，各个所述电极都耦合在电源(52)上，所述电源(52)为所述电极提供电压，所述电压足以在所述电极和所述过滤元件之间建立静电场，并且所述电压足以从所述电极产生电晕放电。
2.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，所述电压大约为15kV至大约50kV。
3.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，所述电压大约为30kV至大约35kV。
4.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，施加于所述过滤元件(42)上的电流量大约为4.0μA/ft2至大约15μA/ft2。
5.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，施加于所述过滤元件(42)上的电流量大约为6.0μA/ft2至大约10μA/ft2。
6.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，所述多个过滤元件(42)包括多个袋式过滤元件。
7.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，所述多个过滤元件(42)包括多个管式过滤元件。
8.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，所述多个电极(50)定位成基本上平行于所述多个过滤元件(42)，并散布于其间。
9.根据权利要求1所述的进气过滤系统(41)，其特征在于，所述多个电极(50)定位成基本上垂直于所述多个过滤元件(42)，并位于其上游。
10.一种燃气涡轮装置(12)，所述燃气涡轮装置包括：
压缩机(22)；
联接在所述压缩机上的进气口(30)；
联接在所述压缩机上的燃烧室(24)；
联接在所述燃烧室上的涡轮(26)；
联接在所述涡轮上的排气管道(32)；
联接在所述进气口上的空气室(40)；和
定位在所述空气室中的空气过滤系统(41)，所述空气过滤系统包括：
多个安装在所述空气室内部的过滤元件(42)，各个所述过滤元件都包括支撑结构(48)；和
多个电极(50)，其定位在所述多个过滤元件附近，各个所述电极都耦合在电源(52)上，所述电源(52)为所述电极提供电压，所述电压足以在所述电极和所述过滤元件之间建立静电场，并且所述电压足以从所述电极产生电晕放电。
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