[发明专利]用于燃气涡轮入口冷却和湿压缩的超声水雾化系统

说明书

技术领域

本申请和所得专利大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更特定而言涉及一种超声水雾化系统，该超声水雾化系统用于围绕燃气涡轮入口进行蒸发冷却以实现功率增大以及用于湿压缩而使压缩机叶片的侵蚀最小化。

背景技术

已知用于增加燃气涡轮发动机所能够产生的功率量的各种策略。一种增加燃气涡轮发动机的功率输出的方法是通过在压缩机中压缩进入空气之前冷却它。这种入口冷却导致空气具有更高的密度，从而形成进入压缩机中的更高质量流率。压缩机中的空气的更高质量流率允许更多的空气被压缩，从而允许燃气涡轮发动机产生更多功率。

一种类型的冷却系统包括潜在冷却或蒸发冷却。这种系统使用处于环境温度的水通过由于水蒸发而降低空气温度来冷却空气。这种系统的一个示例是基于介质的蒸发冷却器，其通过使水在板上或在腔室内的蜂窝状介质上行进且然后抽吸空气穿过腔室以使水蒸发而运行。蒸发冷却系统的另一个示例利用高压喷嘴喷射系统将水喷入空气中用于蒸发。蒸发冷却可将进入空气冷却到接近其湿球温度。蒸发冷却可为冷却进入空气的一种高效方法，因为与其它类型的入口冷却系统(例如线圈冷却系统等)相比，仅需要极少量的寄生功率来运行蒸发冷却系统。

另一种功率增大方法是湿压缩的使用。湿压缩通常包括将水滴喷射到压缩机的入口中。当气体和水的混合物被压缩时，气体的温度增加并且提供用于蒸发的驱动势。水的蒸发冷却气体，并因此通过减少压缩所需的功而增加可用功率。

关于公知的蒸发冷却系统的问题可包括与介质型蒸发冷却器有关的流动阻力。由介质型蒸发冷却器导致的到燃气涡轮入口空气流的典型压降可处于约0.25到约0.75英寸(约0.635到约1.9厘米)水柱的范围内。关于蒸发冷却和湿压缩的其它问题包括在水喷射蒸发冷却系统中发现的高的喷嘴磨损率，即，由通过喷射喷嘴的高速射流导致的高的喷嘴磨损率。另一个问题是需要昂贵的高压供水系统以供应高压蒸发冷却以及湿压缩喷射系统。此外，还存在来自蒸发冷却系统或湿压缩系统的未蒸发的大水滴进入压缩机并对压缩机叶片造成侵蚀或其它损坏的风险。

因此，存在着对于改进的燃气涡轮入口蒸发冷却系统以及湿压缩系统的需要。这样的系统可减少跨过其的压降，消除或避免喷嘴磨损，利用标准的低压供水系统，并且防止由未蒸发的大水滴对压缩机叶片的下游损坏。此外，这样的系统应当整体上提供功率增大而在燃气涡轮发动机上没有显著的寄生功率损失。与在仅仅使用介质型蒸发冷却的燃气涡轮中发现的那些相比，功率增大的收益较少受相对湿度高的环境条件限制。

发明内容

本申请和所得专利因此提供了一种用于冷却燃气涡轮发动机中的空气流的进入空气冷却系统。该进入空气冷却系统可包括：入口过滤室；过渡件；入口导管；以及入口超声水雾化系统，该入口超声水雾化系统定位在入口过滤室、过渡件或入口导管周围，以冷却空气流。

本申请和所得专利还提供了一种冷却用于燃气涡轮发动机的压缩机的进入空气流的方法。该方法可包括下列步骤：使一定体积的水在压缩机的上游雾化；形成细水雾；将细水雾混合到进入空气流中；利用细水雾冷却空气流；以及，使细水雾在到达压缩机之前基本蒸发。

本申请和所得专利还提供了一种用于减少燃气涡轮发动机的压缩机所需的功的湿压缩系统。该湿压缩系统可包括：入口过滤室；入口超声水雾化系统，其定位在入口过滤室周围；以及下游超声水雾化系统，其定位在压缩机周围。

对本领域普通技术人员而言，当结合若干附图和所附权利要求来回顾下面的详细描述时，本申请和所得专利的这些及其它的特征和改进将变得显而易见。

附图说明

图1是可如本文中所述的带有进入空气冷却系统的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是可如本文中所述的超声水雾化系统的分解透视图。

图3A是图2的超声水雾化系统的侧视平面图。

图3B是带有备选盖的超声水雾化系统的侧视平面图。

图4是带有超声水雾化系统的图1的进入空气冷却系统的入口过滤室的侧视平面图。

图5是带有超声水雾化系统的图1的进入空气冷却系统的入口过滤室的正视平面图。

图6是可如本文中所述的带有湿压缩的燃气涡轮发动机的示意图。

图7是可如本文中所述的下游超声水雾化系统的透视图。

图8是图7的下游超声水雾化系统的侧视图。

图9是可如本文中所述的下游超声水雾化系统的一备选实施例的侧视图。

图10是可如本文中所述的下游超声水雾化系统的一备选实施例的侧视图。

附图标记：

100  进入空气冷却系统