阅读说明：本技术 一种船用燃气轮机进气温度调节系统及其调节方法 (Inlet air temperature adjusting system and method for marine gas turbine ) 是由 张鹏 刘仲祥 汤涛 胡肖肖 徐佳恒 于 2021-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种船用燃气轮机进气温度调节系统,包括安装在燃气轮机进气系统进口处的进气换热器,和布置于机舱内的淡水循环柜、淡水内循环泵、淡水外循环泵、海水冷却器、冷媒水冷却器；淡水循环柜的第一出水口通过淡水内循环泵连接海水冷却器的淡水进口,海水冷却器的淡水出口连接淡水循环柜的第一进水口；淡水循环柜的第二出水口通过淡水外循环泵连接冷媒水冷却器的淡水进口,冷媒水冷却器的淡水出口连接进气换热器的进水腔,进气换热器的出水腔连接淡水循环柜的第二进水口；冷媒水冷却器的淡水进出口间设有旁通管路；淡水循环柜上设置进气口连接船舶蒸汽系统。本发明能在高温环境下降低燃气轮机进气温度,在低温环境下提高燃气轮机进气温度。(The invention relates to an air inlet temperature adjusting system of a marine gas turbine, which comprises an air inlet heat exchanger arranged at an inlet of an air inlet system of the gas turbine, and a fresh water circulating cabinet, a fresh water inner circulating pump, a fresh water outer circulating pump, a seawater cooler and a refrigerant water cooler which are arranged in a cabin; a first water outlet of the fresh water circulating cabinet is connected with a fresh water inlet of the seawater cooler through a fresh water internal circulating pump, and a fresh water outlet of the seawater cooler is connected with a first water inlet of the fresh water circulating cabinet; a second water outlet of the fresh water circulating cabinet is connected with a fresh water inlet of the refrigerant water cooler through a fresh water external circulating pump, a fresh water outlet of the refrigerant water cooler is connected with a water inlet cavity of the air inlet heat exchanger, and a water outlet cavity of the air inlet heat exchanger is connected with a second water inlet of the fresh water circulating cabinet; a bypass pipeline is arranged between the fresh water inlet and the fresh water outlet of the refrigerant water cooler; the fresh water circulation cabinet is provided with an air inlet connected with a ship steam system. The invention can reduce the air inlet temperature of the gas turbine in a high-temperature environment and improve the air inlet temperature of the gas turbine in a low-temperature environment.)

一种船用燃气轮机进气温度调节系统及其调节方法

技术领域

本发明涉及船舶动力系统中的燃气轮机进气系统设计

技术领域

，具体涉及一种船用燃气轮机进气温度调节系统及其调节方法。

背景技术

由于燃气轮机具有体积小，重量轻，自动化程度高，机动性强等优点，使其在船舶动力系统中具有越来越重要的地位，目前国外主要海军强国已实现了军用舰船推进系统的全燃化。除了作为船舶推进动力装置，燃气轮机还可作为发电机组的原动机，所产生的电能除用于电机推动船舶航行外，还为全船其他用电设备供电，实现电能的综合高效利用。

但是燃气轮机的输出功率及热效率均受到进气温度的影响，在不同的季节或海洋环境下，空气温度会出现较大范围的变化，当进气温度升高后，空气密度降低，进气空气质量流量减少，燃气轮机输出功率降低，例如，某型燃气轮机在进气温度升高约10℃时，功率损失约600kW，约为额定功率的2.5％。而在低温高湿环境下，燃气轮机进气系统可能会结冰，这不仅会堵塞进气百页窗和进气滤器，增加进气阻力，降低进气量，而且碎冰还有可能被吸入燃气轮机的通流部分，损伤高速旋转的压气机叶片。虽然目前船舶上一般会采取抽取燃气轮机压气机后的高温压缩空气，将其喷入燃气轮机进气系统加热进气，达到防止进气系统结冰的目的。但是，在燃气轮机起动前及低工况时，因无法获取高温压缩空气，进气系统仍然可能会结冰，尤其是进气百页窗，甚至有堵塞的风险。

因此，为满足燃气轮机的运行要求，需要一种既能在高温环境下减少燃气轮机的功率损失，又可在低温环境下防止燃气轮机进气系统结冰的温度调节系统，保证燃气轮机的高效及运行安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种船用燃气轮机进气温度调节系统及其调节方法，在船舶总体保障资源有限的条件下，能够在高温环境下降低燃气轮机进气温度，在低温环境下提高燃气轮机进气温度。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种船用燃气轮机进气温度调节系统，包括安装在燃气轮机进气系统进口处的进气换热器，以及布置于机舱内的淡水循环柜、淡水内循环泵、淡水外循环泵、海水冷却器、冷媒水冷却器；各设备之间通过管路和阀件连接，其中，所述淡水循环柜的第一出水口通过所述淡水内循环泵与所述海水冷却器的淡水进口连接，海水冷却器的淡水出口连接淡水循环柜的第一进水口；所述淡水循环柜的第二出水口通过所述淡水外循环泵与冷媒水冷却器的淡水进口连接，冷媒水冷却器的淡水出口连接所述进气换热器的进水腔，进气换热器的出水腔连接所述淡水循环柜的第二进水口；所述冷媒水冷却器的淡水进口与淡水出口之间设有旁通管路；所述淡水循环柜上设置进气口连接船舶蒸汽系统。

上述方案中，所述海水冷却器的海水进口与海水出口分别连接消防系统。

上述方案中，所述冷媒水冷却器的冷媒水进口与冷媒水出口分别连接冷媒水系统，冷媒水进口管路上设有温控阀(V1)，温控阀(V1)根据进气温度自动调节冷媒水流量。

上述方案中，所述进气换热器的进水腔与出水腔之间设置若干管束，所述管束上沿轴向均匀设有翅片，增加管束的换热面积；所述翅片沿空气流动方向有向上倾角，具有遮蔽和挡雨的功能。

上述方案中，所述淡水循环柜的蒸汽进气管路上设有温控阀(V2)，温控阀(V2)根据淡水循环柜内淡水温度自动调节蒸汽流量，使淡水温度保持在设定值。

上述方案中，所述淡水循环柜上设置第三出水口连接疏水管路，所述疏水管路上设有疏水阀(V3)。

上述方案中，所述淡水循环柜底部安装有蒸汽加热盘管，用于根据需要加热淡水循环柜内的淡水。

相应的，本发明还提出上述船用燃气轮机进气温度调节系统的调节方法，当环境温度较低时，开启进气温度调节系统的加热功能：首先，采用来自船舶保障系统的饱和蒸汽加热淡水循环柜内的淡水，蒸汽管路上的温控阀(V1)根据循环柜内淡水温度自动调节蒸汽流量，使淡水温度保持在设定值；关闭冷媒水冷却器进出口阀门，打开旁通阀门，启动淡水外循环泵，使高温淡水流经进气换热器，加热燃气轮机的进气，避免进气系统结冰；

当环境温度较高时，开启进气温度调节系统的制冷功能：首先，开启淡水内循环泵及海水冷却器进出口的阀件，冷却流经海水冷却器的循环淡水；然后关闭冷媒水冷却器进出口阀门，打开旁通阀门，启动淡水外循环泵，使低温淡水流经进气换热器，冷却燃气轮机的进气。

上述方法中，当环境温度或海水温度较高时，为达到对燃气轮机进气的冷却效果，打开冷媒水冷却器进出口阀门，关闭旁通阀门，打开冷媒水管路阀件，使用冷媒水冷却器对进入进气换热器的循环淡水进行进一步冷却，冷媒水管路上的温控阀根据进气温度自动调节冷媒水流量，在满足燃气轮机进气温度的前提下，减少对空调冷媒水的消耗。

本发明的有益效果在于：

1、本发明在高温环境下，通过降低循环淡水的温度，利用进气换热器实现对燃气轮机进气的冷却，避免了因进气温度过高而引起燃气轮机热效率和输出功率的降低，提高经济性；在低温高湿环境下，通过提高循环淡水的温度，可对低工况下的燃气轮机进气空气进行加热，避免了进气系统结冰的风险，提高了安全性。

2、采用具有倾斜翅片的进气换热器，既可起到一定的阻水功能，取代原燃气轮机进气系统入口处的百页窗，减少对船舶有限空间资源的占用，又可增加换热面积，提高换热效果。

3、通过调节流经进气换热器的循环淡水温度实现进气换热器对燃气轮机进气的冷却和加热功能，集成换热器两种功能，进一步减少系统及设备的体积和重量。

4、采用海水和空调系统冷媒水两种冷却介质，保证在不同环境温度情况下对燃气轮机进气的冷却效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明船用燃气轮机进气温度调节系统的整体结构示意图；

图2是图1中的进气换热器的结构示意图。

图中：10、淡水循环柜；11、第一出水口；12、第一进水口；13、第二出水口；14、第二进水口；15、进气口；16、第三出水口；20、进气换热器；21、管束；22、翅片；23、进水腔；24、出水腔；25、安装法兰；30、淡水内循环泵；40、淡水外循环泵；50、海水冷却器；60、冷媒水冷却器；

V1-V2、温控阀；V3、疏水阀；V4-V9、阀门。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明实施例提供的船用燃气轮机进气温度调节系统，包括安装在燃气轮机进气系统进口处的进气换热器20，以及布置于机舱内的淡水循环柜10、淡水内循环泵30、淡水外循环泵40、海水冷却器50、冷媒水冷却器60。各设备之间由管路和阀件连接，其中，淡水循环柜10的第一出水口11通过淡水内循环泵30与海水冷却器50的淡水进口连接，海水冷却器50的淡水出口连接淡水循环柜10的第一进水口12，淡水内循环泵30将淡水循环柜10内的淡水经海水冷却器50后循环冷却。淡水循环柜10的第二出水口13通过淡水外循环泵40与冷媒水冷却器60的淡水进口连接，冷媒水冷却器60的淡水出口连接进气换热器20的进水腔23，进气换热器20的出水腔24连接淡水循环柜10的第二进水口14，淡水外循环泵40将淡水循环柜10内的淡水经冷媒水冷却器60后对淡水温度进行调节，保证进气换热器20的工作效果。冷媒水冷却器60的淡水进口与淡水出口之间设有旁通管路，旁通管路上设有阀门V9。淡水循环柜10除作为循环淡水的存储容器外，其底部还安装有蒸汽加热盘管，可根据需要加热循环柜内的淡水。海水冷却器50的海水进口与海水出口分别连接消防系统；冷媒水冷却器60的冷媒水进口与冷媒水出口分别连接冷媒水系统，冷媒水进口管路上设有温控阀V1。

继续参照图1，淡水循环柜10上设置进气口15连接船舶蒸汽系统，进气管路上设有温控阀V2。淡水循环柜10上设置第三出水口16连接疏水管路，疏水管路上设有疏水阀V3。V4-V9是设置于各管路上的阀门，用于控制各管路的通断。

如图2所示，燃气轮机进气温度调节系统中的进气换热器20由管束21、翅片22、进水腔23、出水腔24、安装法兰25及管路进出口法兰等组成。进气换热器20的安装法兰25可将进气换热器20固定在燃气轮机进气室的入口处。进气换热器20的进水腔23与出水腔24之间设置若干管束21，管束21上沿轴向均匀设有翅片22，增加管束21的换热面积；翅片22沿空气流动方向有一定的向上倾角，具有遮蔽和挡雨的功能。倾斜的翅片22类似百叶窗具有一定的阻水作用，可以避免大量飞溅的海水或雨水进入进气室。

本发明船用燃气轮机进气温度调节系统的调节方法如下：

当环境温度较低时，为防止进气系统结冰，需开启进气温度调节系统的加热功能。首先，采用来自船舶保障系统的饱和蒸汽加热淡水循环柜10内的淡水，蒸汽管路上的温控阀V2可根据淡水循环柜10内淡水温度自动调节蒸汽流量，使淡水温度保持在设定值。关闭冷媒水冷却器60进出口阀门V7和V8，打开旁通阀门V9，启动淡水外循环泵40，使高温淡水流经进气换热器20，加热燃气轮机的进气，避免进气系统结冰。在此过程中，阀门V4-V6均关闭。

当环境温度较高时，为提高燃气轮机热效率，减少功率损失，需开启进气温度调节系统的制冷功能。首先，开启淡水内循环泵30及海水冷却器50进出口的阀件V4-V6，冷却流经海水冷却器50的循环淡水；然后关闭冷媒水冷却器60进出口阀门V7和V8，打开旁通阀门V9，启动淡水外循环泵40，使低温淡水流经进气换热器20，冷却燃气轮机的进气。当环境温度或海水温度较高时，为达到对燃气轮机进气的冷却效果，打开冷媒水冷却器60进出口阀门V7和V8，关闭旁通阀门V9，打开冷媒水管路阀件，使用冷媒水冷却器60对进入进气换热器20的循环淡水进行进一步冷却。冷媒水管路上的温控阀V1根据进气温度自动调节冷媒水流量，在满足燃气轮机进气温度的前提下，减少对空调冷媒水的消耗。

本发明主要用于船舶动力系统中的燃气轮机进气系统。在寒冷环境下，本发明可以加热燃气轮机进气，防止进气系统结冰，保障燃气轮机运行安全；在炎热环境下，本发明可冷却燃气轮机的进气，降低进气温度，避免燃气轮机的热效率降低，损失输出功率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。