[发明专利]燃气涡轮发动机入口蒸发冷却增压的设备和方法

说明书

技术领域

[0001]此处的发明涉及一种燃气涡轮发动机，特别涉及一种用于燃气涡轮发动机冷却的受压蒸发冷却器系统。

背景技术

[0002]常规燃气涡轮发动机的蒸发冷却系统设置在燃气涡轮的入口过滤室内，并设置在过滤元件的下游。该蒸发冷却器系统的功能是通过水的蒸发来冷却进入该机械装置的入口空气来增大发动机的动力输出。常规燃气涡轮蒸发冷却器模块包括：外部蒸发冷却壳体；蒸发冷却介质垫；配水管道和集水坑。配水和收集系统的实施例将介质供应蒸发冷却需要的水。一些实施例进一步包括位于蒸发冷却系统下游的漂浮物清除器系统，从而防止任何来自介质的水残留物进入到燃气涡轮发动机。

[0003]在传统蒸发冷却系统中，水从介质垫顶部到底部流过蒸发冷却介质。水从顶部到底部充满介质。通过入口过滤器过滤的周围空气流过蒸发冷却介质，由此水蒸发。这使得周围空气在进入到涡轮之前冷却。没有在介质中蒸发的水慢慢地流过多孔介质垫，并且在介质的底部的积水坑处汇集。这些水通过介质重新循环。

[0004]虽然蒸发冷却系统的适用提高了燃气轮机的效率，但是系统的布置以及位于燃气轮机之前的其它构件导致产生压降，该压降在涡轮上产生负荷。

[0005]燃气轮机入口压降的常规值从一英寸水柱变化到六英寸水柱。该入口阻力减小了燃气轮机的能量输出。通常，对于商品化尺寸的燃气涡轮发动机而言，一英寸的入口压降导致1.0到2.0MW的动力输出损失。如果穿过入口过滤室的压降可以降低的话，那么燃气涡轮发动机可产生更大的动力。

[0006]图1显示了带有位于过滤元件下游的蒸发冷却器模块的常规现有技术的燃气轮机入口过滤系统。另外，提供了蒸发冷却器介质的视图以及该蒸发冷却器系统的侧视图。位于蒸发冷却器前面的过滤模块通常包括多个空气过滤器。

[0007]图2提供了带有蒸发冷却器介质的现有技术的蒸发冷却器系统的三维(3D)视图。在介质的下游，显示有漂浮物清除器，其将除去任意可能承载除介质以外的物质的水。图3是高级别的示意图，描述了现有技术蒸发冷却系统的方面，显示了从顶部到介质的配水机构。该视图提供了蒸发冷却器介质的详细视图，其显示水从顶部流动以及侧向气流。

[0008]相应的，所需要的是向燃气轮机提供入口冷却、同时限定、减小或者消除现有技术冷却系统(例如此处公开的技术)所产生的负荷的技术。

发明内容

[0009]在一实施例中，提供了一种冷却通向燃气轮机的入口的空气的设备，该设备包括受压水管和喷嘴设备，用于在通向入口的气流中产生水喷射；和蒸发介质，用于接收该喷射并且导致空气流中的空气的增压。

[0010]在另一实施例中，提供一种用于使燃气轮机的入口加压的方法，该方法包括将水喷射到入口上游的气流中；并促使气流内空气受压。

[0011]在又一实施例中，提供一种用于增大燃气轮机的输出效率的设备，该设备包括用于通过向入口的气流喷射水来使进入燃气轮机的入口处的空气加压的装置。

附图说明

[0012]现在参照附图，其中在这几幅图中相同元件被标注相同附图标记。

[0013]此处图1A、图1B和图1C共同称为图1，显示了现有技术蒸发冷却系统的方面；

[0014]图2和图3进一步描述了图1中现有技术系统的方面；

[0015]图4提供了根据此处教义的蒸发喷射系统的总视图；

[0016]图5描述了图4中的蒸发喷射系统的进一步的方面；和

[0017]图6A和图6B此处共同称为图6，描述了喷射模式的实施例。

具体实施方式

[0018]此处公开的是用于燃气涡轮发动机的受压蒸汽冷却系统。该受压蒸汽冷却系统通过限制、减少和消除由现有技术中的冷却系统在燃气涡轮机上所产生负载中的至少一种方式，来提供比现有技术的蒸汽冷却系统改进的性能。

[0019]现在参照图4，显示了受压蒸汽冷却系统的示例性实施例。受压蒸汽冷却系统中包括多个充水空气喷嘴12，每一个用于产生充水空气喷射13。每一个充水空气喷射13都被导引到低压梯度蒸发介质14。在低压梯度蒸发介质14下游包含有漂浮物清除器15。除了别的外，漂浮物清除器15提供用于防止水残留物从低压梯度蒸发介质14中进入到燃气轮机的入口9内。

[0020]利用喷嘴12将用于蒸发的水喷射在低压梯度蒸发介质14上。喷射水扇动并弄湿该介质，导致空气冷却。另外，喷射水将气流内的空气朝着入口9推进，由此使燃气轮机的入口受压。