封闭式气体燃料输送系统的制作方法

本公开总体上涉及气体涡轮发动机，并且涉及封闭式气体燃料输送系统。

背景技术：

气体涡轮发动机组通常包括某些支撑系统，例如气体燃料系统，它们被安装在包围整个气体涡轮发动机组的外壳上或该外壳内。气体燃料系统可以单独地位于它们自己的外壳中并且连接至气体涡轮发动机系统的其余部分。这种气体涡轮发动机系统可存在于载体(例如船舶)中，并且可以燃烧天然气、柴油，或者其它类型的液态或气态燃料。

V.Oevelen等人的欧洲专利公开号2503128公开了一种用于由替代燃料作为燃料的船的燃料供给系统。该系统包括至少一个压力调节器，该至少一个压力调节器在供给压力下接收燃料，并且在与供给压力不同的输送压力下将燃料输送至供给马达燃料的喷射器和/或电磁阀。该系统包括至少一个闭合容器，该至少一个闭合容器包括内部容积，该内部容积包含该压力调节器并且至少部分地包含该供给和输送装置。闭合容器对气态燃料气密性地紧密密封，并且包括与容器的内部容积流体连通的至少一个通风口。该通风口将内部容积与系统外部环境流体连接，以便朝船的外部引导任何燃料泄漏。

本公开旨在克服发明人发现的问题中的一个或多个。

技术实现要素：

公开了一种气体燃料输送系统。气体燃料输送系统包括气体燃料系统和气环。气体燃料输送系统还包括围绕气体燃料系统的外壳。外壳包括通风系统。气体燃料输送系统还包括将气体燃料系统连接至气环的发动机燃料管。发动机燃料管包括第一燃料导管和第一密闭容器。第一密闭容器封闭第一燃料导管。第一燃料导管与气体燃料系统和气环流体连通。气体燃料输送系统包括连接至气体燃料系统的源燃料管。源燃料管包括第二燃料导管和第二密闭容器。第二密闭容器封闭第二燃料导管。第二燃料导管与气体燃料系统流体连通。

附图说明

图1是具有气体燃料输送系统的船舶的侧视图。

图2是具有气体燃料输送系统的船舶的后视图。

图3是具有气体燃料输送系统的示意性气体涡轮发动机的示意图。

图4是气体燃料输送系统的示意图。

具体实施方式

公开了一种气体燃料输送系统。气体燃料输送系统包括气体燃料系统和气环。气体燃料输送系统还包括围绕气体燃料系统的外壳。可以将双壁燃料管连接至气体燃料系统以及连接至气环。双壁燃料管的部件可以与气体燃料系统流体连通。气体燃料输送系统可被用于由气体涡轮发动机提供动力的船舶中。在一些实施例中，船舶可以具有多于一个的气体涡轮发动机，每个发动机连接至单独的燃料输送系统。在双壁燃料管内气体泄漏的情况下，外壳可包括多个警告/安全机构。此外，与属于传统气体涡轮发动机系统的传统外壳相比，该外壳可以占据更小的几何占用面积并且减轻了重量。这可有助于增加由(一个或多个)气体涡轮发动机产生的推力。

图1描绘了示意性地示出的具有气体涡轮发动机系统320的船舶700的侧视图。为了清晰起见，并未示出船舶700的某些结构元件。船舶700可以为海洋舰船，例如双体船或三体船。在其它实施例中，船舶700可以为机车或卡车，或者一些其它运输车辆。气体涡轮发动机系统320可以包括气体涡轮发动机100和气体燃料输送系统330(有时被称作封闭式气体燃料输送系统)。气体燃料输送系统330可以包括具有气体燃料系统350的气体涡轮发动机100。气体涡轮发动机100和气体燃料系统350可以位于船舶700的发动机室720内。此外，气体燃料系统350还可以被连接至燃料箱340，燃料箱340可以位于燃料室721中。源燃料管384可以将燃料箱340连接至气体燃料系统350。燃料管371(或者本文可被称作发动机燃料管371)可以将气体燃料系统350连接至气体涡轮发动机100。气体燃料系统350可以为被配置成用于燃烧气体燃料或液体燃料的双燃料系统。例如，气体燃料(例如天然气)或液体燃料(例如柴油)可以从燃料箱340被泵送至气体燃料系统350。

在优选的实施例中，气体燃料系统350由外壳370围绕。如下文将解释的，外壳370可以包括多个系统，例如通风系统345、灭火系统378(在图4中示出)、气体检测系统379(在图4中示出)，以及气体处理系统377(在图4中示出)。通风系统345可以包括至船舶700的外部大气的空气入口356以及空气出口357。在一些实施例中，某些系统(例如灭火系统)可以不位于外壳370内并且代替地被安装在发动机室720中。其它系统也可以合并在外壳370中或者在发动机室720、燃料室721或船舶700的其它隔室中。隔音材料也可被安装至发动机室720的壁中。

图2描绘了示意性地示出的具有连接至气体涡轮发动机100的气体燃料系统350的船舶700的后视图。船舶700可以为双体船，其可包括两个船体710。如所示，气体燃料系统350可以位于气体涡轮发动机100的后面。气体燃料系统350可以由外壳370封闭。为了清晰起见，并未示出气体燃料输送系统330的某些部件以及船舶700的某些结构元件。在一些实施例中，在船舶700的每侧上的船体710的尺寸可以是针对气体燃料系统350和气体涡轮发动机100的安装的限制因素。

图3是示意性气体涡轮发动机的示意图。气体涡轮发动机100可以连接至由外壳370围绕的气体燃料系统350。为了倾斜并便于说明起见，(这里或在其它附图中)已经省略或放大了表面中的一些表面。而且，本公开可以参考前向和后向。通常地，除非另外说明，对“向前”和“向后”的所有参考与主空气(即燃烧过程中使用的空气)的流动方向相关联。例如，向前是相对于主空气流的“上游”，以及向后是相对于主空气流的“下游”。

另外，本公开总体上通常可参考气体涡轮发动机的旋转的中心轴线95，该中心轴线95通常可由气体涡轮发动机的轴120(其由多个轴承组件150来支撑)的纵向轴线来限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心部件公用或共享。除非另外说明，所有对径向、轴向和周向方向和测量的参考是指中心轴线95，并且术语例如“内部”和“外部”通常表示距离更小或更大的径向距离，其中径向96可以在与中心轴线95垂直和从中心轴线95向外辐射的任何方向上。

气体涡轮发动机100包括入口110、轴120、气体发生器或压缩机200、燃烧器300、涡轮机400、排气装置500，以及动力输出耦接装置600。气体涡轮发动机100可以具有单轴或双轴配置。

压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机导向叶片(有时被称作定子或固定叶片)250，以及入口导向叶片255。如所示出，压缩机转子组件210为轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机轮盘组件220。每个压缩机轮盘组件220包括周向地装有压缩机转子叶片的压缩机转子轮盘。导向叶片250轴向地跟随压缩机轮盘组件220中的每一个。与跟随压缩机轮盘组件220的邻近的导向叶片250配对的每个压缩机轮盘组件220被认为是压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。在一些实施例中，在最初几个压缩机级内的导向叶片250是可变的导向叶片。

燃烧器300包括一个或多个喷射器310并且包括一个或多个燃烧腔室390。通过气体燃料系统350可以将燃料供给至燃烧器300。气体燃料系统350可以由外壳370封闭，并且可以通过电线束336连接至气体涡轮机控制系统335。气体燃料系统350通过燃料管371可以连接至气环311。气环311可以连接至喷射器310并且可以将燃料导向至一个或多个喷射器310。

涡轮机400包括涡轮机转子组件410、涡轮机轮盘组件420，以及涡轮机喷嘴450。

图4描绘了气体燃料输送系统330的示意图。气体燃料输送系统330可以包括气体燃料系统350、外壳370、发动机燃料管(或燃料管)371、源燃料管384、电接线盒355、气环311、气体涡轮机控制系统335，以及各种连接件、阀和管。通常地，气体燃料系统350可以为用于将燃料输送至燃烧腔室的泵、阀和管道的系统。在气体燃料输送系统330中的管道(例如发动机燃料管371和源燃料管384)可以为用于运输流体的圆柱状或管状管道。气体燃料系统350可以调节通过系统的燃料的压力。通过这样做，气体燃料系统350可以控制被泵送至所连接的气体涡轮发动机的燃烧腔室中的燃料的流动速率，以调节发动机的动力或推力。气体燃料系统350可以自动地或手动地控制流动速率。在一些实施例中，燃料流动速率可由气体涡轮机控制系统335来控制。气体涡轮控制系统335可以包括允许操作员来启动/停止以及增加/降低气体涡轮发动机的速度的所有功能性过程。气体涡轮机控制系统还可以控制支撑系统，例如燃料和润滑系统。

发动机燃料管371可以将气体燃料系统350连接至气环311。该连接可以位于第一连接380处。在一些情况下，发动机燃料管371可以通过管连接件365将气体燃料系统350连接至气环311。源燃料管384可以将气体燃料系统350连接至燃料源。该连接可以位于第二连接381处。在气环311内的燃料可以通过多个喷射器引导线367被引导至气环311周围。喷射器引导线可以连接至喷射器，该喷射器将燃料喷射至燃烧腔室中作为雾化喷液。喷射器可以包括燃料喷嘴以使燃料雾化。

通常地，发动机燃料管371和源燃料管384各自可包括由密闭容器封闭的燃料导管。例如，发动机燃料管371可以包括由第一密闭容器(例如发动机燃料管外壁360)封闭的第一燃料导管(例如发动机燃料管内壁361)。第一密闭容器可以封闭第一燃料导管并且可以形成第一外部导管，例如在它们之间的发动机燃料管外部通道375。同样地，源燃料管384可以包括由第二密闭容器(例如源燃料管外壁385)封闭的第二燃料导管(例如源燃料管内壁386)。第二密闭容器可以封闭第二燃料导管并且可以形成第二外部导管，例如在它们之间的源燃料管外部通道387。

在一些实施例中，发动机燃料管371和源燃料管384可以为双壁管组件。发动机燃料管371可以包括发动机燃料管外壁360和发动机燃料管内壁361。源燃料管384同样地可以包括源燃料管外壁385和源燃料管内壁386。在一些实施例中，各自的外壁和内壁可以表示管中管(PIP)组件的两个管。附图示出了发动机燃料管371、源燃料管384和外壳370的剖面图，以便描绘各自的外壁和内壁的定向。因此，发动机燃料管371可以延伸至气环311中。附图示出了气环311的剖面图，以描绘在气环311内的发动机燃料管外壁360和发动机燃料管内壁361的定向。在附图中，发动机燃料管外壁360和发动机燃料管内壁361按不同的长度切割以进一步示出它们的定向。

发动机燃料管外壁360和发动机燃料管内壁361可以是同轴壁，其中，发动机燃料管内壁361由发动机燃料管外壁360封闭，在它们之间形成发动机燃料管外部通道375。在一些实施例中，发动机燃料管外部通道375可以为环形体。发动机燃料管内部通道376可形成在发动机燃料管内壁361内。在优选的实施例中，发动机燃料管内壁361可以为发动机燃料管371内的用于输送燃料20的导管。

同样地，源燃料管外壁385和源燃料管内壁386可以是同轴壁，其中，源燃料管内壁386由源燃料管外壁385封闭，在它们之间形成源燃料管外部通道387。在一些实施例中，源燃料管外部通道387可以为环形体。源燃料管内部通道388可形成在源燃料管内壁386内。在优选的实施例中，源燃料管内壁386可以为源燃料管384内的用于输送燃料20的导管。

源燃料管384可以在入口位置372处连接至外壳370，以及发动机燃料管371可以在出口位置373处连接至外壳370。入口位置372和出口位置373各自可以包括用于使相应的燃料管来配合通过的开口。气体燃料系统350还可以包括入口位置382和出口位置383。外部管凸缘359可以位于每个开口的外部，以密封相应的燃料管和外壳370的连接。位于出口位置373处的开口外部的外部管凸缘359可被称作为第一外部管凸缘，以及位于入口位置372处的开口外部的外部管凸缘359可被称作为第二外部管凸缘。此外，可以在每个外部管凸缘359周围执行焊接以进一步保证适当的密封，如焊缝358所示。在一些实施例中，每个外部管凸缘359可以为凸缘衬垫。

如所示，发动机燃料管外壁360和源燃料管外壁385各自可以在外部管凸缘359处终止。外部管凸缘359可以位于外壳370的每个端部处，并且可以位于外壳370的外部。在一些实施例中，发动机燃料管外壁360和源燃料管外壁385可以延伸至外壳370中。

因此，发动机燃料管内壁361和源燃料管内壁386可以穿入至外壳370中。如所示，发动机燃料管内壁361和源燃料管内壁386可以在每个相应的端部处延伸通过外壳370的开口。发动机燃料管内壁361和源燃料管内壁386各自可以在内部管凸缘366处终止。内部管凸缘366可以位于气体燃料系统350的每个端部处。位于气体燃料系统383的出口位置外部的内部管凸缘366可以被称作为第一内部管凸缘，以及位于气体燃料系统382的入口位置外部的内部管凸缘366可以被称作为第二内部管凸缘。可以在发动机燃料管内壁361与外壳370之间以及在源燃料管内壁386与外壳370之间焊接焊缝358，以提供密封。在一些实施例中，焊缝358可以位于任一外部管凸缘359的表面上。发动机燃料管内壁361和源燃料管内壁386可以在内部管凸缘366处与气体燃料系统350的部件(例如阀或管)相连接。在一些实施例中，每个内部管凸缘366可以为凸缘衬垫。

在优选的实施例中，外壳370包括通风系统345。通风系统345可以包括空气入口356、空气出口357、风扇354，以及阻火器353。空气入口356可以经由风扇354将空气吸入至外壳中。吸入空气可以为气体燃料系统350的各部件提供冷却。在一些实施例中，空气入口356从船舶的船体的外部的一些位置(例如甲板12)处吸入空气。空气可以通过空气出口357离开外壳，其也位于船舶的船体的外部。

另外，发动机燃料管外部通道375和源燃料管外部通道387可以包括正压。在从发动机燃料管内壁361或源燃料管内壁386有气体泄漏的情况下，发动机燃料管外部通道375或源燃料管外部通道387内的正压可以迫使气体泄漏至外壳370外。利用风扇354可以来维持该正压。此外，由于外壳370的作用，还可以防止气体云进入气体燃料系统350中。

在发生气体泄漏或快速燃烧的情况下，外壳370可以包括至少一个系统。例如，倘若在外壳370内产生气体泄漏，则位于空气入口356和空气出口357的端部处的阻火器353可以防止在燃料输送至燃烧腔室过程中可能产生的骤燃。另外，气体检测器352可以位于空气出口357内。气体检测器352可以检测外壳370内部已泄漏的气体或正在泄漏的气体并且向气体涡轮机控制系统335发出信号以切断气流。在一些实施例中，在气体涡轮机控制系统335内的气体燃料控制系统可被引导以切断气流。火阻挡器389可以位于空气入口356内以及位于空气出口357内。火阻挡器389可以为当检测到失火时来自动地切断通风空气的机构。在一些实施例中，火阻挡器389可以通过由钢性百叶窗或卷帘或一些其它机构使耐火板枢转来切断管的横截面区域。

在外壳370内快速燃烧的情况下，外壳370的构造可实质上足以承受任何过压。过压可以是由于快速燃烧引起的冲击波。此外，任何过压可以通过作为卸载通道的空气出口357而被排出到外部。

可以向发动机燃料管外部通道375和源燃料管外部通道387喷射惰性气体，例如氮气。在气体涡轮发动机操作之前，可以将发动机燃料管外部通道375和源燃料管外部通道387内的所有空气排放出去。该排放可通过发动机燃料管371、源燃料管384和气环311进行。位于沿着发动机燃料管371的某一点处的放气阀369可以控制空气排放出发动机燃料管外部通道375。同样的放气阀可以位于沿着源燃料管384的某一点处。在排放完之后，可以将氮气喷射至发动机燃料管外部通道375和源燃料管外部通道387中。惰性气体阀368可以位于沿着源燃料管384的某一点处。惰性气体阀368可以控制进入发动机燃料管外部通道375中的氮气的流动。同样的惰性气体阀可以位于沿着发动机燃料管371的某一点处。倘若从发动机燃料管内壁361或源燃料管内壁386发生气体泄漏，则气体可以逸出并分别地与发动机燃料管外部通道375或源燃料管外部通道387中的氮气相互作用。没有空气与逸出的气体相互作用可能是重要的。燃料和氮气或任何其它惰性气体的混合物是不可燃的。此外，在从发动机燃料管内壁361或源燃料管内壁386发生气体泄漏的情况下，发动机燃料管外部通道375或源燃料管外部通道387内的压力可分别地增加。在一些实施例中，位于气环311上的惰性气体压力传感器363可以检测发动机燃料管外部通道375或源燃料管外部通道387内的压力的增加。在检测到压力增加之后，可以采取一些安全措施。例如，气体涡轮发动机的操作员可以关闭气体涡轮发动机100，关闭至发动机室的主气体阀，以及关闭外壳370中的气体切断阀。

在一些实施例中，检修面板351可以位于气体燃料系统350的至少一侧上。多个螺栓374可以被配置成用于将检修面板351紧固至外壳370。检修面板351可以被移除，以允许访问气体燃料系统350来执行维护或其它服务工作。

外壳370可以包括位于外壳370的底部中的安装支架364。安装支架364可以通过螺栓或其它类型的紧固件将外壳370固定至固定设备(例如船舶的地板或气体涡轮安装结构)。

在一些实施例中，电接线盒355可以连接至外壳370。电接线盒355可以包括电线端子以连接至外壳370内的部件，例如传感器、电磁阀和控制装置。另外，电接线盒355可以是防爆的。电接线盒355可以包含来自外壳370内的功能部件的接线终端连接。电线束336可以连接气体涡轮机控制系统335和电接线盒355。气体涡轮机控制系统335的控制系统接线可以在位于电接线盒355中的端子处终止。

计量或节流阀346可以位于气体燃料系统350内。节流阀346可以为正常的气体涡轮发动机控制系统的一部分。此外，节流阀346可以由气体涡轮机控制系统335来控制，以增加或减少至气体涡轮发动机的气体的流动，以便增加或减少发动机输出功率。

气体处理系统377可以位于外壳370内。这在当燃烧作为燃料源的液化天然气(LNG)时可能是重要的。气体处理系统377可被配置成用于使LNG蒸发。LNG可被蒸发以用作燃料。该蒸发的燃料可以包括由于周围的热量引起的在燃料箱中蒸发的LNG的一部分，或被称为汽化气体(BOG)。在BOG的量可能不足以操作气体涡轮发动机100的应用中，燃料20还可包括来自燃料箱的有意蒸发的LNG的一部分。有意蒸发的燃料的这部分将被称作为受迫气体(FOG)。通过使LNG循环通过热交换器可以产生FOG。被输送至气体涡轮发动机100的燃料20可以包括BOG和FOG，或者在一些情况下仅包括这两者中的一者。导管(例如存储过量的BOG的贮存器或其它收集装置)可以将在燃料箱中形成的BOG输送至气体涡轮发动机100。

以上部件(或它们的子部件)中的一个或多个可以由基础材料制成，基础材料是不锈钢和/或被称为“超级合金”的耐用高温材料。超级合金或高性能合金为在高温下展示出良好的机械强度和耐蠕变性、展示出良好的表面稳定性以及耐腐蚀性和抗氧化性的合金。

超级合金可以包括例如合金x、WASPALOY、RENE合金、合金188、合金230、INCOLOY、INCONEL、MP98T、TMS合金以及CMSX单晶合金的材料。

工业实用性

气体涡轮发动机可适用于多种工业应用，例如石油和天然气工业的各个方面(包括传输、收集、存储、回收以及石油和天然气的升举)、发电工业、热电联产工业、航空和其它运输工业。尤其是海洋运输已经采用气体涡轮发动机许多年。这些气体涡轮发动机中的大多数使用柴油作为燃料源。然而，由于排放标准的变化，有朝着更低排放燃料源发展的趋势。液化天然气(LNG)已经上升为海上运输的可替代燃料源。此外，能够使用这两种类型燃料的气体涡轮发动机与仅能够使用一种类型燃料的发动机相比可以具有显著优势。

包括连接至气体燃料系统350的气体涡轮发动机100的气体燃料输送系统330可以显著地减轻气体涡轮发动机系统320的重量。传统地，气体涡轮发动机组包括围绕气体涡轮发动机、燃料系统、动力系统以及其它相关系统的外壳。这些传统气体涡轮发动机组外壳可提供保护以免受到环境影响，但是它们通常非常重。将这种组安装在较小的船舶(例如高速渡船)上可影响渡船的性能。此外，传统的气体涡轮组可能不符合高速渡船等此类船的船体的尺寸限制。在一些情况下，双燃料系统还可增加对传统气体涡轮组的尺寸限制。仅通过限制气体燃料系统350周围的外壳370，可以实现气体涡轮发动机组的重量的显著减轻。在一些实施例中，与传统的气体涡轮发动机组相比，重量减轻了95％。这可使得气体涡轮发动机产生更多的推力，而无需升级气体涡轮发动机。

在操作过程中，在气体燃料系统的燃料管中可能发生气体泄漏。气体泄漏可导致对气体燃料系统和/或气体涡轮发动机的损坏，例如失火或爆炸。多个系统可以减少这种损坏的机会。如图4所示，包括通至外部的阻火器353的通风系统345可使得发动机燃料管371、源燃料管384或外壳370内的火逸出。气体检测器352可以检测通风系统345内的气体泄漏的存在。发动机燃料管内壁361可由发动机燃料管外壁360围绕，形成发动机燃料管外部通道375。源燃料管内壁386可由源燃料管外壁385围绕，形成源燃料管外部通道387。发动机燃料管外部通道375和源燃料管外部通道387可用惰性气体来填充，其可防止来自发动机燃料管内壁361或源燃料管内壁386的易燃气体的泄漏。压力传感器，例如惰性气体压力传感器363，还可被用于来检测任一燃料管内增加的压力，该增加的压力通常指示气体泄漏。

传统上包括在气体涡轮发动机组外壳中的其它系统可被转移至船舶的发动机室。例如，许多发动机室包括灭火系统。在已容纳在发动机室内的气体燃料系统内设置灭火系统可能是多余的。

应当强调的是，尽管所公开的具有气体燃料输送系统的气体涡轮发动机已被置于LNG载体应用(例如船舶)中，但是所公开的发动机和气体燃料输送系统的实施例可被用于任何应用中。例如，本公开的实施例可被用于LNG运输卡车或机车的往复式发动机中，或者可被用于发电厂应用中。一些应用可能受到声学要求限制，其中由气体涡轮发动机产生的噪声需要被隔绝。

在一些实施例中，某些部件或系统可以满足工业或领域中的目标船舶或车辆所使用的代码或规则要求。

前述详细描述在本质上仅仅是示例性的，并非意图限制本发明或本发明的应用和用途。提供了所公开的实施例的上述描述以使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文描述的一般原理可被应用到其它实施例。因此，应该理解的是，本文给出的描述和附图代表本发明的当前优选的实施例，且从而代表由本发明宽泛预见的主题。还应该理解的是，本发明的范围完全包含对于本领域的技术人员可变得显而易见的其它实施例，并且本发明的范围相应地仅由所附的权利要求书来限定。