从燃气轮机通气管中的油雾所收集的液滴的红外光谱仪测量的制作方法

从燃气轮机通气管中的油雾所收集的液滴的红外光谱仪测量的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的方法。收集装置(110；120)收集油雾样品，其中，所述收集装置(110；120)布置在联接至燃气轮机的通气管(130)内，使得油雾流过通气管(130)。通过过滤器装置(105)，将液滴馏分与所述油雾样品的气体馏分分离，其中，所述过滤器装置(105)浸有液滴馏分，通过使用四氯乙烯溶剂，从所述过滤器装置(105)提取液滴馏分。通过光谱仪(107)来分析所述液滴馏分的组分。
【专利说明】从燃气轮机通气管中的油雾所收集的液滴的红外光谱仪测量

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的方法以及一种用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的系统。

【背景技术】
[0002]在燃气轮机的【技术领域】，具有测量来自燃气涡轮发动机的排放的商业需求，以符合国家和地区的环保标准。特别地，有必要测量来自燃气轮机的润滑油通气排放。润滑油通气排放以液体(液滴)和/或气体聚合状态流经通气管。润滑油通气管包括相对小的直径，润滑油(雾)的流动相对较低且包括高温。
[0003]因此，为了接收正确的测量结果，测量样品必须从通气管内的油雾获取。特别地，对气相和液相中的油雾的烃量进行测量，使得对油雾及从而润滑油通气排放的烃的总量进行分析。
[0004]GB 2 408 798A公开了一种光散射油雾检测设备，带有用于防止油滴进入壳体的装置。该油雾检测设备包括具有布置在内燃机曲轴箱中的油雾导入室的壳体。油雾检测设备的发光装置和光检测装置可以测量导入到该导入室中的油雾。
[0005]GB 2 398 382 A公开了一种油雾米样设备。该油雾米样设备包括用于发射光的发光装置以及用于接收所发射的光的光接收装置。该光接收装置输出对应于所接收的光的强度的信号。
[0006]US 6,369,890 BI公开了一种粒子分尚和检测设备。该设备包括分析室，其接收从经由入口而连接至被监视区域的接收室通过扩散的气态流体。该气态流体由检测通过气态流体中的粒子所散射的光的光电二极管测量。
[0007]EP I 936 358 Al公开了一种油雾检测器。发光设备将光照射至其中被注入油雾的检测区域。光通过透明窗口而被发出。所接收到的光由接收装置通过透明窗口而被接收。
[0008]液体排放可被捕捉在具有备份膜过滤器的纤维填充过滤器组件上。确定液体油捕捉的常规方法是在暴露前后进行称重，但这会易于带来可能的错误。更精确的方法可以是通过使用溶剂来从排出的油雾中提取液体油捕捉，然后分析溶剂中的液体油捕捉(例如其烃)的浓度。


【发明内容】

[0009]本发明的目的可以是提供一种用于燃气轮机的油雾排放的合适的分析方法。
[0010]此目的可以通过一种用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的方法并且通过一种根据独立权利要求所述的用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的系统来解决。
[0011]根据本发明的第一方面，提出了一种用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的方法。根据该方法，所述油雾样品由收集装置收集。所述收集装置布置在联接至燃气轮机的通气管内，使得油雾流过通气管。通过过滤器装置，将液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离，使得所述过滤器装置浸有液滴馏分。通过使用四氯乙烯作为溶剂，从所述过滤器装置提取液滴馏分。通过光谱仪，例如通过红外光谱仪，对与四氯乙烯溶剂混合的液滴馏分进行分析。
[0012]根据本发明的另一方面，提出了一种用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的系统。所述系统包括用于收集油雾样品的收集装置、过滤器装置以及光谱仪，例如红外光谱仪。所述收集装置布置在联接至燃气轮机的通气管内，使得油雾流过通气管。所述过滤器装置适于将液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离，使得所述过滤器装置浸有液滴馏分。所述光谱仪适于分析可通过使用四氯乙烯作为溶剂来从过滤器装置提取的液滴馏分的组分。
[0013]例如，所述通气管连接至燃气轮机的轴承壳体，其提供燃气轮机或具有油通气的任何其它装置(例如内燃机)的轴的轴承。例如，燃气轮机的轴承通常采用润滑油进行润滑。由于燃气轮机运行过程中的高温，所以可能会产生油雾。油雾包括第一馏分(即处于气体聚合状态)和第二馏分(即处于液体/液滴聚合状态)的油。油雾流过通气管，例如至收集箱。所述通气管可以包括圆形、椭圆形或矩形的剖面横截面。
[0014]有必要测量通过通气管排出的油雾的组分。特别地，因环境的需求，有必要对油雾的组分进行分析。此外，油雾的组分可以提供分别关于燃气轮机的某些缺陷及燃气轮机的轴承的缺陷的信息。
[0015]所述收集装置收集油雾的样品。例如，相应的收集装置可以收集相应的样品并且将所收集的样品即油雾样品的液体和/或气体馏分转送至可位于通气管外侧的外部分析单元。具体地，所述收集装置可以包括相应的开口部，油雾样品可以通过其进入相应的收集装置。此外，所述收集装置可以包括抽吸单元，或者可以连接至抽吸单元，使得所述样品可以以预定的速度被吸到收集装置的相应内体积中，以便在进入开口部时产生流体的等速流动。所述收集装置包括内体积和开口部，流体的相应样品通过所述开口部从通气管进入到所述内体积中。所述开口部可以可拆卸地固定至相应的收集装置。因此，相应的油雾样品可以通过相应开口部进入相应收集装置的内体积。例如，可以将过滤器装置和/或分析单元比如光学分析装置(例如光谱仪)安装在该内体积中。
[0016]所述过滤器装置可以包括例如石英/玻璃棉和/或过滤器膜，以便将所述第一馏分(液体、液滴馏分)和第二馏分(气体馏分)与所收集的样品分离。
[0017]所述光谱仪可以相对于通气管布置在外部。例如在相邻的实验室中。通过该光谱仪，对所收集的样品的液滴(液体)馏分的组分进行分析。在从过滤器装置提取液滴馏分之后，液滴馏分与四氯乙烯溶剂混合。光谱仪分析并测量液滴馏分和四氯乙烯溶剂的混合物。特别地，可以对液滴馏分的气体物质、一氧化碳(CO)的甲烷仅烃(MOHC)、二氧化碳(C02)以及总烃(THC)的量进行分析。此外，可以通过红外光谱仪对样品的所提取的液滴馏分的量进行测量。
[0018]另外，对红外光谱仪进行校准，以便实现正确的测量结果。通过测量辐射光(例如红外光)的吸收，所述红外光谱仪特别测量油雾样品的液滴馏分和四氯乙烯溶剂的溶液。
[0019]通过本发明，使用四氯乙烯溶剂将液滴馏分从过滤器装置提取。四氯乙烯(C12C=CC12)是特定的溶剂，用于溶解有机物质，比如由过滤器装置所吸收的油滴。在常规的方法中，使用可燃的且高污染的溶剂，比如氟利昂(Freon)。根据本发明的方法，使用的四氯乙烯高度稳定且不可燃。此外，相较于其他之前所使用的溶剂比如氟利昂，四氯乙烯对环境的污染较少且毒性较低。此外，四氯乙烯溶剂适于用在光谱分析即红外光谱分析中。因此，通过本发明，提出了一种对环境以及对整个分析过程危险较小的分析方法。
[0020]通过使用例如索氏(Soxhlet)提取器，聚集在过滤器装置中的油雾的液滴馏分可以由四氯乙烯溶剂提取。通过使用索氏提取器，可以确保油雾的所收集的液滴馏分中的大多数可以与四氯乙烯溶剂一起从过滤器装置(例如石英棉)提取。
[0021]通过(红外)光谱仪，对所提取的液滴馏分连同四氯乙烯溶剂一起进行分析。
[0022]根据进一步的示例性实施例，将液滴馏分与油雾的气体馏分分离包括通过使用毛毡元件特别是石英棉元件将液滴馏分与油雾的气体馏分分离。
[0023]可以将浸有油雾的液滴馏分的过滤器装置即毛毡元件放入到可被用作提取装置的索氏装置中。在该提取装置中，用于提取的四氯乙烯溶剂将油雾样品的液滴馏分与过滤器装置分离。
[0024]根据进一步的示例性实施例，所述过滤器装置布置在所述收集装置内，特别是在所述收集装置的内体积中。因此，在燃气轮机运行中，没有必要将任何其他的外部连接设备比如连接线或其中的其他附件连接至通气管。
[0025]因此，将液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离是在收集装置内直接完成的。因此，燃气轮机可以连续地运行，使得过滤器装置在运行时连续地分离油雾样品的所聚集的和所收集的液滴馏分。
[0026]在预定的维护期间，可以将所述收集装置和/或过滤器装置取出通气管，并且可以将过滤器装置放入提取单元，比如索氏装置。该收集装置可被设置成带有另一过滤器装置，而取出的过滤器装置仍然在索氏装置中。因此，燃气轮机的维护时间因所述收集装置内的可更换的过滤器装置而得到降低。
[0027]根据所述方法的进一步的示例性实施例，在将液滴馏分与油雾的气体馏分分离之后，通过连接线将该气体馏分引导至气体馏分分析单元，该连接线将所述收集装置连接至气体馏分分析单元。因此，可以在燃气轮机的运行过程中，将气体馏分连续地引导至气体馏分分析单元(及气体馏分)，使得可以在燃气轮机的运行过程中对气体馏分的组分进行分析。
[0028]可以通过火焰离子化检测器(FID)来测量相应样品的气体馏分。通过火焰离子化检测器，特别地，可以测量相应样品的组分中的挥发性有机化合物(VOC)，比如烃。火焰离子化检测器基于两个电极之间的火焰气态流体的导电率的测量，其中，氢被用作可燃气体，并且其与流体的气体馏分混合在一起。在此过程中，释放由周围金属丝抓获的电子。这导致导电性发生变化，从而可以确定气体馏分的组分。
[0029]在示例性实施例中，第一收集装置和第二收集装置布置在通气管内。所述第一收集装置和/或所述第二收集装置通过相应的连接线连接至外部装置，比如气体分析单元、过滤器装置或提取装置。在相应的内空间中，该过滤器装置可布置成用于将气体馏分与相应油雾样品的液体/液滴馏分分离。气体馏分被引导通过连接线至外部气体分析装置。液体馏分聚集在例如过滤器装置的玻璃棉内。在将样品收集在相应收集装置内的预定时间之后，可以将所浸泡的玻璃棉取出相应的收集装置。在实验室中，将液体馏分与玻璃棉分离，并且对液体馏分的量和组分进行分析。因此，可以在实验室中对液滴馏分进行离线测量(例如，当该分析设备不在通气管内时)，而可以连续在线地进行气体分析(例如，当该分析设备位于通气管内且发动机例如燃气轮机运行时)。
[0030]该连接线可以包括的长度为约5m至约25m(米)，特别地15m至20m，使得可以在相对于通气管的安全距离内对气体馏分进行分析。此外，该连接线可以微量加热，比如加热元件、加热编织物或加热夹套，以便保持温度及从而要被分析的气体馏分的流体流动特性大致不变。因此，可以实现即使与通气管间隔开也公正的分析结果。
[0031]根据所述方法的示例性实施例，测量流过通气管的流体的速度、压力和/或温度。因此，可以确定通气管内的流体的流动特性，使得例如可以调节等速的样品收集。
[0032]特别地，根据所述方法的示例性实施例，根据流过通气管的流体的所测量的速度、所测量的压力和/或所测量的温度，调节所述第一收集装置和所述第二收集装置中的至少一个的开口部的直径，使得流体以等速的方式流过所述开口进入相应第一收集装置或相应第二收集装置的内体积。
[0033]此外，所述第一收集装置和所述第二收集装置可以连接至卷筒件(spool piece),其中，所述卷筒件可被可拆卸地布置至例如通气管的凸缘。包括卷筒件和相应收集装置的该分析设备可以安装在例如来自不同燃气轮机的不同通气管，其中，可以将所述分析设备调节至流过相应通气管的流体的单独流动条件。通过调节相应收集装置的开口的直径，测量调节可以适应不同的操作条件，使得即使在各种运行条件下都提供通过开口的等速流动。
[0034]因此，所述分析设备可被可拆卸地安装至通气管，使得所述分析设备可以用于例如不同燃气轮机的不同通气管。
[0035]必须指出的是，已经参照不同的主题对本发明的实施例进行了说明。特别地，已经参照装置类型权利要求对一些实施例进行了说明，而已经参照方法类型权利要求对其他实施例进行了说明。然而，本领域技术人员要从上述以及下面的描述中明白，除非另有说明，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的特别是所述装置类型权利要求的特征和所述方法类型权利要求的特征之间的任意组合同样被认为是随本申请而公开。

【专利附图】

【附图说明】
[0036]根据下文所要描述的实施例的示例，本发明的上述方面及其他各方面变得显而易见，并且参照实施例的示例对其进行解释。参照本发明并不局限于此的实施例的示例，本发明将在下文中得到更加详细地描述。
[0037]图1示出了根据本发明示例性实施例的用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的系统的示例性实施例；
[0038]图2示出了索氏装置的示例性实施例，
[0039]图3示出了根据本发明示例性实施例的收集装置的示例性实施例。

【具体实施方式】
[0040]各图中的图示是示意性的。要注意的是，在不同的图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记。
[0041]图1示出了根据本发明示例性实施例的用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的系统100。系统100包括用于收集油雾样品的收集装置110 ;120。收集装置110 ；120布置在联接至燃气轮机的通气管130内，使得油雾的至少一部分流过通气管130。此外，示出了过滤器装置105，其将油雾的液滴/液体馏分与油雾的气体馏分分离，其中，过滤器装置105、105’浸有油雾的液滴馏分。过滤器装置105、105’可以是布置在通气管130外部的外部过滤器装置105或者是安装在相应收集装置110 ；120的内体积V1、V2内部的内部过滤器装置105’。
[0042]此外，(例如红外)光谱仪107布置至通气管130外部，用于分析可以通过使用四氯乙烯溶剂从过滤器装置105、105’提取的液滴馏分的组分。
[0043]图1中的系统100包括两个收集装置110 ;120，特别是第一收集装置110和第二收集装置120，它们布置在通气管130的内部，使得油雾在第一收集装置110的前缘(上游边缘)以及在第二收集装置120的前缘(上游边缘)具有相同的流动特性。
[0044]通气管130包括中心轴线131，其例如可以是通气管130的对称轴线。中心轴线131由管壁132包围。第一收集装置110包括第一开口部112，流过通气管130的流体样品通过其可以进入第一收集装置110。第一油雾样品可以进一步流动至第一收集装置110的内体积VI。
[0045]可以通过第一连接线，将油雾样品从内体积Vl引导至在外部设置的过滤器装置105，其位于通气管130的外面。
[0046]如图1示例性所示，可以将内部过滤器装置105’布置在第二收集装置120的第二内部体积V2中，使得由所述第二收集装置120收集的第二油雾样品可被分离成液滴(液体)馏分和气态馏分。可以通过第二连接线121将第二油雾样品的气体馏分引导至气体馏分分析单元108’。可以在燃气轮机的预定运行时间之后将内部过滤器105’取出通气管130，并且可以将其放入提取装置106。
[0047]例如，过滤器装置105、105’可以包括毛毡元件301 (参见图3)。
[0048]如可从第一收集装置110得到，温度计101(例如电阻温度计或热电偶)和压力计102可被连接，使得可以测量流体和/或第一样品的流动特性。
[0049]第一收集装置110的开口部112包括具有预定直径的开口，使得流体可流动到内体积Vl中。此外，开口部112可以形成喷嘴型部分，其可被可拆卸地安装至第一收集装置110的主体。如可从图1得到，开口部112可以包括楔形形状，以便改善第一收集装置110的空气动力学轮廓。
[0050]此外，第二收集装置120可被布置成沿着中心轴线131相对于第一收集装置110具有预定的轴向偏移X。因此，通过在这两个收集装置110、120之间提供预定的偏移X，通过第一收集装置110的流体的湍流可以得到降低，使得在第二收集装置120的第二开口部122的下游，再次实现通气管130内的流体的几乎为层流及不受干扰的流动。因此，在第一开口部112的流体特性和参数与在第二开口部122的流体的流动参数相同。因此，第一油雾样品和第二油雾样品的更精确的提取和分析被实现。
[0051]此外，如可从图1中得到，第一收集装置110和第二收集装置120可被连接至卷筒件103，其中，所述卷筒件103可被可拆卸地布置至例如通气管130的凸缘。因此，卷筒件103连同第一收集装置110和第二收集装置120 —起可用于多个不同的通气管130。因此，可以提供柔性的分析设备100。
[0052]卷筒件103可以具有沿着中心线131沿着轴向方向约350mm至约450mm(毫米)的长度。第一收集装置110和第二收集装置120中的每个可以具有沿着轴向方向约IlOmm至约130mm的长度。第一收集装置110的后缘(下游端)和第二收集装置120的前缘(上游端)之间的偏移X可以是约90mm至约110mm。通气管130可以具有的直径为约90mm至约110。具体地，偏移X可以具有与通气管130的直径大致相同的值。以上给出的尺寸可以根据燃气轮机的大小而变化。
[0053]在通过过滤器装置105将液滴馏分与气体馏分分离之后，将过滤器装置105放入提取装置106，并且气体馏分被引导至气体分析单元108、108’。提取装置106可以包括如图2所示的索氏装置。通过使用四氯乙烯溶剂，从过滤器装置105、105’提取油雾的液滴馏分。然后，通过例如红外光谱仪107，对油雾的液滴馏分和四氯乙烯溶剂的混合物进行分析。特别地，对液滴装置的组分比如液滴馏分的总碳氢进行分析。此外，油雾的所收集的液滴馏分的重量由红外光谱仪测量。
[0054]在图2中，示出了分离单元106，其是示例性的索氏装置。将浸泡后的过滤器装置105、105’(其可以特别是浸泡的毛毡元件301)放入索氏装置的套管203。在长颈烧瓶206中，填充有提取溶剂205，特别是四氯乙烯溶剂。提取溶剂205被加热并且蒸发。提取溶剂蒸气向上移动至冷凝器201，其中提取溶剂再次冷凝。冷凝的提取溶剂分别滴落在提取室202和套筒203中。
[0055]提取溶剂205的液滴溶解来自毛毡元件301的液滴油雾馏分。如果由提取溶剂205和油雾的液滴馏分构成的混合物达到提取室202内的预定高度，则提取溶剂205和油雾液滴的混合物在长颈烧瓶206中流回。提取溶剂205和油雾的液滴馏分的混合物聚集在长颈烧瓶206中。如果提取溶剂205已经溶解了来自毛毡元件301的所有的油雾液滴馏分，则将由提取溶剂205和液滴馏分构成的混合物提供给光谱仪107 (例如红外光谱仪)，用于分析油雾的液滴馏分的组分。
[0056]图3示出了收集装置300的示例性实施例。收集装置300可以安装在通气管130中，用于第一收集装置110或者用于第二收集装置120。如可从图3中得到，收集装置300包括开口部302，其可被可拆卸地安装至该收集装置300。输入流方向由图3中的箭头所示。收集装置300示出了毛毡元件301，其安装在收集装置300的内体积Vi的内部。毛毡元件301可以是部分的过滤器装置单元105。毛毡元件301可以由石英或玻璃棉制成，使得相应样品的液体馏分可被分离并聚集在毛毡元件301中。
[0057]应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，结合不同实施例所描述的元件可被组合。还应当注意的是，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的方法，所述方法包括: 通过收集装置(110 ；120)来收集油雾样品， 其中，所述收集装置(110 ；120)布置在联接至燃气轮机的通气管(130)内，使得油雾流过通气管(130)， 通过过滤器装置(105)，将液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离，其中，所述过滤器装置(105)浸有液滴馏分， 通过使用四氯乙烯溶剂，从所述过滤器装置(105)提取液滴馏分，以及 通过光谱仪(107)来分析所述液滴馏分的组分。
2.根据权利要求1所述的方法， 其中，所述光谱仪(107)是红外光谱仪。
3.根据权利要求1或2所述的方法， 其中，借助过滤器装置(105)的毛毡元件(301)特别是借助过滤器装置(105)的石英棉元件来进行将所述液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法， 其中，所述过滤器装置(105)布置在所述收集装置(110 ；120)内。
5.根据权利要求3或4所述的方法，还包括: 在将所述液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离之后， 通过连接线，将所述气体馏分引导至气体馏分分析单元(108)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括: 校准所述红外光谱仪(107)。
7.用于分析燃气轮机的油雾样品的液滴馏分的系统(100)，所述系统(100)包括: 收集装置(110 ;120)，用于收集油雾样品， 其中，所述收集装置(110 ；120)可布置在可联接至燃气轮机的通气管(130)内，使得油雾可流过通气管(130), 过滤器装置(105)，用于将液滴馏分与油雾样品的气体馏分分离，其中，所述过滤器装置(105)浸有液滴馏分，以及 光谱仪(107)，用于分析可通过使用四氯乙烯溶剂来从过滤器装置(105)提取的液滴馏分的组分。
【文档编号】G01N33/28GK104204795SQ201380016915
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】R.布朗, R.皮尔斯 申请人:西门子公司