專利名稱：通過(guò)濕法加壓在氣體渦輪中獲得功率增加的方法和裝置的制作方法
廣義地說(shuō)，本發(fā)明涉及用來(lái)增加氣體渦輪的功率輸出的方法和裝置，更具體地說(shuō)，涉及用來(lái)有效地增加通常用在發(fā)電設(shè)備和化學(xué)加工設(shè)備中的地基工業(yè)氣體渦輪的功率輸出的方法和裝置。
在多種有用的應(yīng)用中使用氣體渦輪。航空，航海，發(fā)電和化學(xué)加工都已經(jīng)有各種設(shè)計(jì)的氣體渦輪中受益。當(dāng)使用一個(gè)熱回收單元由被氣體渦輪產(chǎn)生的排氣產(chǎn)生蒸汽，并用這種蒸汽使一個(gè)蒸汽渦輪運(yùn)行時(shí)，地基的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備也可以提供被結(jié)合起來(lái)的循環(huán)的利益。
就一般的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，“氣體渦輪”在傳統(tǒng)上是指任何有一個(gè)壓縮段，一個(gè)燃燒段和一個(gè)渦輪段的渦輪系統(tǒng)。近些年來(lái)，“燃燒渦輪”更多地被采用來(lái)稱呼同樣的機(jī)器。在這一方面，本文件將采用“氣體渦輪”來(lái)表示傳統(tǒng)上使用的含義，同時(shí)也表示當(dāng)今某些人用“燃燒渦輪”所指的含義。
氣體渦輪有一個(gè)壓縮段，用來(lái)壓縮進(jìn)入的空氣，一個(gè)燃燒段，用來(lái)把被壓縮的進(jìn)入空氣與燃料混合起來(lái)，并使燃料氧化，以及一個(gè)渦輪段，在這一段中來(lái)自熱的被燃料的氧化產(chǎn)生的高壓氣體的能量被轉(zhuǎn)化成功。通常，天然氣(大部分是甲烷)，煤油，或合成氣體(比如一氧化碳)做為燃料被送進(jìn)燃燒段，但是也可以使用其它燃料。轉(zhuǎn)子被定義為一根轉(zhuǎn)子軸，裝在渦輪段的轉(zhuǎn)子葉片和裝在壓縮機(jī)段的轉(zhuǎn)子葉片，此轉(zhuǎn)子在機(jī)械上對(duì)壓縮機(jī)段和在某些情況下對(duì)在化學(xué)加工中使用的一個(gè)壓縮機(jī)或一臺(tái)發(fā)電機(jī)提供功率。來(lái)自渦輪段的排氣可以用來(lái)得到推力，它可以是一個(gè)熱能源，或者在某些情況下，把這些排氣廢棄掉。
某些渦輪段采用用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片，在這些情況下，使高壓空氣，蒸汽或類似物通過(guò)在渦輪段中使用的轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)的內(nèi)部冷卻腔室；這使得由燃燒段可以有較高的輸出溫度。
由于多種原因，常常希望由在發(fā)電設(shè)備中或在化學(xué)加工設(shè)備中已經(jīng)安裝的地基工業(yè)氣體渦輪增加功率輸出，使得可以在需求的基礎(chǔ)上或在如所需要的那樣的基礎(chǔ)上得到這種增加的功率能力。例如，在發(fā)電方面，在某些地區(qū)在夏天的月份中來(lái)自用戶的需求可能會(huì)季節(jié)性地較高，來(lái)適應(yīng)空調(diào)，電扇或類似裝置更多的使用。在一個(gè)包括用電力增強(qiáng)的化學(xué)方法比如傳統(tǒng)的氯化堿金屬的電解方法的化學(xué)加工設(shè)備中，由于對(duì)于這些用電力增強(qiáng)的方法的產(chǎn)品的需求，可能類似地希望能增加由已經(jīng)安裝的一臺(tái)氣體渦輪或幾臺(tái)氣體渦輪產(chǎn)生的功率。
用來(lái)增加由一臺(tái)給定的氣體渦輪所產(chǎn)生的功率的一個(gè)已知的方法簡(jiǎn)單地包括提高該渦輪的燃燒段的燃燒溫度，但是在基本負(fù)荷運(yùn)行中的這一方法的一個(gè)缺點(diǎn)特別在于所提高的燃燒溫度會(huì)在熱端部件上增加熱磨損，并提高維修停機(jī)的頻率。對(duì)進(jìn)入渦輪的空氣進(jìn)行蒸發(fā)冷卻是另一個(gè)已知的選擇，并可以特別在熱的干燥環(huán)境下提供明顯的利益，但是可以由蒸發(fā)冷卻得到的功率增加是有限的，并取決于在所在地區(qū)占主導(dǎo)的環(huán)境條件。把水注入渦輪的燃燒室中，以及把蒸汽注入燃燒室殼體中或直接注入進(jìn)燃燒室中也是已經(jīng)知道的，但是帶來(lái)燃料效率方面的代價(jià)，并增加投資成本和可能的附加的產(chǎn)生蒸汽的成本。
現(xiàn)在參見(jiàn)本發(fā)明，本申請(qǐng)人現(xiàn)在設(shè)想了并成功地證明了在工業(yè)氣體渦輪中明顯地增加功率輸出的一種新穎的和實(shí)際的手段，其中可以把水(或酒精，或它們的混合物，但是最好簡(jiǎn)單地是水并基本上只有水，這是由于水的高的蒸發(fā)潛熱，如意獲得，和對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)獲得和使用它的極低到可以忽略的成本)添加到在滿負(fù)荷下運(yùn)行的一臺(tái)氣體渦輪中，增加氣體渦輪的功率輸出能力，使它超過(guò)可以用完全潮濕的空氣的能獲得的輸出(這樣，在已經(jīng)裝有這種冷卻做為增加功率的第一選擇方案的渦輪中，補(bǔ)充由進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻所得到的利益，或者，在沒(méi)有安裝傳統(tǒng)的進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻裝置的渦輪中，潛在地同時(shí)提供完全的進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻和一種另外的增加功率的措施)，這是一種在后面將被稱為“濕法加壓”的方法和效果。
不想對(duì)本發(fā)明有限制，相信濕法加壓使得甚至在裝有完全(百分之百)有效的進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻的氣體渦輪中可以以幾種方式實(shí)現(xiàn)功率增加。一部分功率增加通過(guò)減少壓縮進(jìn)入空氣所需要的功實(shí)現(xiàn)。這種熱力學(xué)的利益在該氣體渦輪內(nèi)通過(guò)“潛熱冷卻”實(shí)現(xiàn)，其中當(dāng)帶有添加了的水的空氣被壓縮時(shí)，添加到引進(jìn)壓縮機(jī)的空氣的水通過(guò)蒸發(fā)使這些空氣冷卻。在這一方面，可以把添加的水概念化為“蒸發(fā)的液體吸熱裝置”。
這樣，濕法加壓的途徑節(jié)省了需要增加的數(shù)量的功(為了壓縮不包括添加的水的空氣可能需要這部分功)，并使此部分功可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)裝到該氣體渦輪上的負(fù)載(在單軸機(jī)器的情況下)，或者用來(lái)提高壓縮機(jī)的速度，提供更多的質(zhì)量流量(在單軸機(jī)器和在雙軸機(jī)器中這都可能是有價(jià)值的)。
濕法加壓使得可以實(shí)現(xiàn)的功率增加也部分地是由于添加的蒸發(fā)的水使質(zhì)量流量有一個(gè)小的增加。功率增加的另外的增量也可以歸因于空氣流量的增加，已經(jīng)注意到，在一臺(tái)大型的地基工業(yè)氣體渦輪中實(shí)現(xiàn)了首先每分鐘增加10-20加侖(每分鐘38到76升)水。應(yīng)該注意到，為了把由壓縮機(jī)排放的被冷卻的(相對(duì)于干空氣壓縮)空氣/蒸汽混合物的溫度提高到氣體渦輪的燃燒溫度，需要附加的燃料；但是由濕法加壓實(shí)現(xiàn)的價(jià)值大于所需要的附加的燃料的價(jià)值，總體上，形成了添加到系統(tǒng)運(yùn)行的價(jià)值。
向壓縮機(jī)添加水使功率增加的可能性似乎已經(jīng)至少被技術(shù)圈里的某些人在理論上認(rèn)識(shí)了一段時(shí)間，但是，本申請(qǐng)人收集到并評(píng)述的其它參考資料得出了不同的結(jié)論，比如對(duì)于把水添加到氣體渦輪的壓縮機(jī)的整體好處和它對(duì)渦輪或壓縮機(jī)的效率和性能的影響。把水添加到氣體渦輪的壓縮機(jī)的一個(gè)早期的示例被David G.Wilson在“高效渦輪機(jī)械和氣體渦輪的設(shè)計(jì)”(1984，麻省理工學(xué)院)中提到，其中由Aegidius Elling建造的1903舊式渦輪中使用的六級(jí)離心壓縮機(jī)在壓縮機(jī)的級(jí)間注入了水。
在40年代，I.T.Wetzel和B.H.Jennings在“軸流壓縮機(jī)的水的噴霧注入”(中西部發(fā)電會(huì)議會(huì)議錄，Illinois理工學(xué)院，1949年4月18-20日，第376到380頁(yè))中提供了對(duì)濕法加壓的某些原理的概述。此文章指出，“把水通過(guò)四個(gè)Spraying Systems1/4 LNN6型噴嘴正好在壓縮機(jī)的上游噴進(jìn)進(jìn)氣管中”。然而，Wetzel和Jennings沒(méi)有報(bào)導(dǎo)任何使用氣體渦輪的實(shí)際結(jié)果(相反，只有一個(gè)小規(guī)模的蒸汽渦輪的結(jié)果)。
類似地，1973年蘇聯(lián)出版物(“水噴霧對(duì)氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行的影響”，L.I.Slobodyanyuk,Energetika,No.1,1973,pp.92-95)描述了把每千克‘干空氣’噴0.08kg蒸餾水(30-40微米的液滴尺寸)進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣入口的效果，并建議在這些情況下氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可能增加大約35％。然而，像Wetzel和Jennings的文章一樣，在蘇聯(lián)的示例中使用的裝置不是一個(gè)氣體渦輪，而是一個(gè)理想的壓縮機(jī)，其中使用了級(jí)間俘獲裝置把液體的水取出，該壓縮機(jī)被一個(gè)蒸汽渦輪驅(qū)動(dòng)。還有，盡管Wetzel和Jennings承認(rèn)上面提到的質(zhì)量流量作為濕法加壓功率增加中的一個(gè)貢獻(xiàn)因素，但是，在1973年的蘇聯(lián)文章中Slobodyanyuk沒(méi)有討論或認(rèn)識(shí)到這一效應(yīng)。
在與基地氣體渦輪不同的噴氣式飛機(jī)的發(fā)展中，已經(jīng)在提供非常短時(shí)間的推力增加方面(例如，在起飛方法中)考慮到注入酒精或水/酒精混合物，如在題目為“采用甲醇進(jìn)行氣體渦輪壓縮機(jī)的級(jí)間冷卻”美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)文章83-GT-230被J.A.C.Fortin和J.F.Bardon所提到的那樣。
在特別的不同的地基氣體渦輪方面，1990年的ASME出版物“用直接混合蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)改善American Atlas Cogeneration Facility Difle,Colorado氣體渦輪的性能”J.P.Nolan和V.J.Twombly報(bào)導(dǎo)了在有13.5兆瓦基礎(chǔ)負(fù)荷能力的氣體渦輪上直接混合蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行，“作為用來(lái)使氣體渦輪功率增加的傳統(tǒng)的變濕的剛硬介質(zhì)系統(tǒng)的一個(gè)替代辦法”在此系統(tǒng)中，裝到運(yùn)行在600psi或更高的壓力下的小直徑(0.5英寸到1英寸)非鐵管道上的霧化裝置的成霧系統(tǒng)像在傳統(tǒng)的用在溫室中使用那樣被裝在豎直方向上伸展(16英尺高)空氣入口柱的頂端，并被設(shè)計(jì)成向上把液體水噴進(jìn)向下流進(jìn)入口柱中的空氣。為了使進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣達(dá)到所要求的完全的加濕(100％的相對(duì)濕度)，表明，不得不通過(guò)該成霧系統(tǒng)每分鐘輸出7.5加侖水。這一設(shè)計(jì)的流量能力要加倍，以便能容許漂移，壓力起伏，泄漏和其它損失，“過(guò)量噴霧”的可能性(即供應(yīng)過(guò)量的水超過(guò)了可以進(jìn)入壓縮機(jī)的完全飽和)被認(rèn)為與可能的壓縮機(jī)阻塞，壓縮機(jī)葉片銹蝕和壓縮機(jī)葉片腐蝕，以及僅只與過(guò)量水有關(guān)的質(zhì)量流量的可能的有利的提高相關(guān)。
報(bào)導(dǎo)在不同的流速下在周?chē)鷹l件的一個(gè)范圍內(nèi)由1989年的7月一直到9月進(jìn)行了幾個(gè)試驗(yàn)。報(bào)導(dǎo)了超過(guò)13.5兆瓦的基本負(fù)荷輸出平均9.6％的輸出增加；在這9.6％中，7.4％被歸結(jié)于進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻(由87華氏度的平均周?chē)鷾囟鹊?7華氏度的濕泡溫度)，而2.2％被歸結(jié)于所報(bào)導(dǎo)的在通過(guò)壓縮機(jī)的質(zhì)量流量中1.3％的增加(所述1.3％的數(shù)字似乎只考慮了水對(duì)空氣的輸入)。然而，同時(shí)，觀察到大約15華氏度的氣體渦輪排氣溫度的下降，與此相應(yīng)報(bào)導(dǎo)了燃燒溫度被提高，以便達(dá)到1000華氏度的排氣溫度的限制。
盡管Nolan和Twombly的文章確實(shí)似乎以它的方式描述了一個(gè)成霧系統(tǒng)，此系統(tǒng)有能力連續(xù)地把液體水輸入到一個(gè)相對(duì)較小的氣體渦輪的壓縮機(jī)中，超過(guò)進(jìn)入空氣流的完全加濕，但是，在仔細(xì)分析該文章所包括的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的基礎(chǔ)上，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到明顯地清楚的是在本申請(qǐng)人的發(fā)明之前，在如Nolan和Twombly所報(bào)導(dǎo)的系統(tǒng)中事實(shí)上出現(xiàn)了濕法加壓使功率增加，或濕法加壓使功率增加確實(shí)可以被成功地用于工業(yè)規(guī)模的氣體渦輪上，并可能希望被用于工業(yè)規(guī)模的氣體渦輪上，特別是關(guān)于較大的更近代的工業(yè)氣體渦輪，功率為35兆瓦和更高和/或被本發(fā)明人所追求的并實(shí)現(xiàn)的較高水平的功率增加，即一個(gè)給定的采用了完全加濕的空氣的渦輪的凈輸出(例如被一個(gè)完全(百分之百)有效的進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)所達(dá)到的功率)的由大約20％到也許高至40％。
例如，盡管本申請(qǐng)人沒(méi)有定量地考察功率輸出的增加，此增加在Nolan的氣體渦輪中已經(jīng)與在控制曲線中15華氏度的上升聯(lián)系起來(lái)(如被Nolan和Twombly所報(bào)導(dǎo)的那樣)，以本申請(qǐng)人在其他制作者的實(shí)心葉片渦輪的經(jīng)驗(yàn)看來(lái)，這一增加肯定地比被Nolan和Twombly歸結(jié)于由于該渦輪的質(zhì)量流量的增加而使功率輸出凈“增加”2.2％要高。結(jié)果，即使Nolan和Twombly似乎沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這一效應(yīng)，熟悉這些氣體渦輪的運(yùn)行和保養(yǎng)的人可以非常有道理地得出結(jié)論“過(guò)量噴霧”(輸入到壓縮機(jī)的液體水)對(duì)整個(gè)渦輪輸出的凈效果是負(fù)的，或最多有極少的正效果，或沒(méi)有任何正效果，并且，肯定會(huì)提出問(wèn)題明顯少于所報(bào)導(dǎo)的2.2％的增加的輸出是否能證明所報(bào)導(dǎo)的水的處理成本和任何可能的長(zhǎng)期的負(fù)作用和增加的維修成本是合理的，由長(zhǎng)期把液體水添加到這些渦輪的壓縮機(jī)中可以預(yù)計(jì)到這些負(fù)作用和成本的增加。
肯定，即使在本申請(qǐng)人的發(fā)明之前有某種形式的濕法加壓在工業(yè)氣體渦輪上實(shí)現(xiàn)或被建議，也沒(méi)有任何人認(rèn)識(shí)到渦輪殼體的變形會(huì)出現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)工業(yè)氣體渦輪的類似的“成霧系統(tǒng)”中的可能性，也沒(méi)有任何內(nèi)容或建議來(lái)解決這一問(wèn)題，或者減少由在較低的周?chē)諝鉁囟认绿砑铀M(jìn)行濕法加壓帶來(lái)的潛在的結(jié)冰效應(yīng)，沒(méi)有任何內(nèi)容和建議添加水來(lái)獲得超過(guò)可以用完全加濕的空氣(即，10％或更多地“過(guò)量噴霧”)得到的凈輸出高10％或更高水平(遠(yuǎn)低于20％或更高)的功率增加，也沒(méi)有任何內(nèi)容或建議例如關(guān)于清理方法，來(lái)解決本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)的阻塞問(wèn)題，此問(wèn)題特別地與在工業(yè)氣體渦輪中以較高水平實(shí)現(xiàn)濕法加壓有關(guān)。
盡管在Nolan的文章中報(bào)導(dǎo)了濕法加壓使功率增加的有限(并且是有懷疑的)應(yīng)用，并確實(shí)如在同一篇文章中被一些警告的評(píng)論所反映的那樣，對(duì)于一個(gè)氣體渦輪系統(tǒng)有一些危險(xiǎn)，對(duì)于熟悉技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，在考慮在壓縮機(jī)中使用吸入水作為在一個(gè)工業(yè)氣體渦輪中獲得功率增加的另一個(gè)手段時(shí)，特別當(dāng)考慮較大型的更現(xiàn)代型號(hào)的工業(yè)氣體渦輪時(shí)，這些渦輪可能有100兆瓦或更高的基本負(fù)荷能力，這些危險(xiǎn)立即就會(huì)想到。
如所提到的，一個(gè)危險(xiǎn)來(lái)自葉片的腐蝕；另一個(gè)困難(特別是在大型氣體渦輪系統(tǒng)中)與壓縮機(jī)中的局部的和不均勻的冷卻問(wèn)題(由于添加的水的不均勻的分布)有關(guān)，這可能使氣體渦輪系統(tǒng)的物理部件變形，其方式造成由轉(zhuǎn)子對(duì)著殼體的內(nèi)壁和有關(guān)的密封件摩擦而產(chǎn)生的損壞。另一個(gè)明顯的危險(xiǎn)因素來(lái)自熱沖擊的可能性，如果氣體渦輪在滿負(fù)荷下已經(jīng)基本上達(dá)到熱力學(xué)平衡，突然終止液體的添加，會(huì)產(chǎn)生這種熱沖擊。
另一個(gè)危險(xiǎn)的因素是由于液體添加系統(tǒng)的部件可能破裂，并與氣體渦輪系統(tǒng)的相對(duì)較精密的運(yùn)動(dòng)部件相碰撞。再一個(gè)可以預(yù)計(jì)得到的危險(xiǎn)因素與氣體渦輪部件由于在添加到壓縮進(jìn)入空氣中的水可能存在的雜質(zhì)的附加地阻塞或腐蝕有關(guān)，這是因?yàn)檫@些雜質(zhì)由于它們?nèi)芙庠谄渲械乃恼舭l(fā)而被沉積在氣體渦輪的部件上。
專門(mén)關(guān)于地基的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備和化學(xué)加工設(shè)備，上述的危險(xiǎn)因素在一定程度上被結(jié)合成氣體渦輪的相當(dāng)大的投資，所造成的渦輪的事故或在其它運(yùn)行中的停機(jī)，以及與這些類型的渦輪有關(guān)的非線性的固有的規(guī)模放大的考慮。
本申請(qǐng)人在這里已經(jīng)從本質(zhì)上提供了并提出權(quán)利要求的是一種途徑和系統(tǒng)，它使得濕法加壓可以實(shí)際上在工業(yè)的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備和化學(xué)加工設(shè)備中得以實(shí)現(xiàn)，甚至在數(shù)量很大的功率增加上和對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)使得由已經(jīng)安裝的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備和化學(xué)加工設(shè)備的已有基礎(chǔ)可以立即得到利益。也許更重要的是，這樣的系統(tǒng)使得可以在設(shè)計(jì)階段就使氣體渦輪對(duì)于濕法加壓達(dá)到最佳，在發(fā)電方面開(kāi)拓了新的可能性。
因此，本發(fā)明的目的是提供裝置和方法，它們通過(guò)把液體水供應(yīng)給工業(yè)氣體渦輪的入口實(shí)現(xiàn)了氣體渦輪的凈輸出的增加，并且，特別是，使得這樣的增加在工業(yè)的氣體渦輪中得以實(shí)現(xiàn)，這是通過(guò)把液體水添加到該渦輪的壓縮機(jī)中，超過(guò)壓縮機(jī)入口空氣的飽和或完全加濕的水平實(shí)現(xiàn)的。這種添加的一個(gè)已經(jīng)提到的效應(yīng)是降低了被壓縮引起的工作流體的溫度升高，從而增加可以用于連續(xù)地沒(méi)有時(shí)間限制地驅(qū)動(dòng)所安裝的的發(fā)電機(jī)或化學(xué)制造壓縮機(jī)的凈輸出功率，超過(guò)在所有其它方面可以比較的條件下可供使用的凈輸出功率。在優(yōu)選實(shí)施例中，在用壓縮機(jī)入口空氣的充分有效的蒸發(fā)冷卻所可能獲得的凈輸出功率以上，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的氣體渦輪的凈輸出功率的至少10％的增加。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供裝置和方法，其中控制添加(或除去)液體水的速率，以避免上面提到的有害的熱沖擊。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供裝置和方法，它們對(duì)工作流體提供熱量和濕度，使得可以在工作流體的溫度否則可能降低到可能會(huì)使有害的冰形成(在氣體渦輪的軸流多級(jí)壓縮機(jī)的入口處出現(xiàn))的時(shí)間間隔內(nèi)容許連續(xù)的功率增加。
本發(fā)明的又一個(gè)有關(guān)的目的是提供一種可以用濕法加壓使功率增加的裝置和方法，用來(lái)在氣體渦輪壓縮機(jī)的入口進(jìn)行溫度測(cè)量，使得(1)防止在入口出現(xiàn)結(jié)冰的可能性，這些冰如果破裂可能會(huì)破壞氣體渦輪的下游部件，(2)使控制結(jié)冰的材料比如蒸汽或防凍液的使用達(dá)到最少，和/或(3)對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)提供一個(gè)信號(hào)，該控制系統(tǒng)用來(lái)協(xié)調(diào)，監(jiān)視和/或控制整個(gè)水添加裝置和方法。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，靠近壓縮機(jī)入口設(shè)置了一個(gè)觀察口，使得也可以用觀察的方法監(jiān)視結(jié)冰的情況。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供裝置和方法，它們確保液體水在工作流體中足夠均勻地分布，從而把殼體(外殼)的變形限制到一個(gè)通常預(yù)先確定的的可接受的限度(例如，在傳統(tǒng)的運(yùn)行方式中可以使用的公差在一個(gè)翻新的系統(tǒng)中所確定的限度)，從而將防止對(duì)氣體渦輪的多級(jí)軸流壓縮機(jī)的損壞。另一個(gè)目的是保證對(duì)在工業(yè)氣體渦輪中觀察到的變形和角度變形進(jìn)行測(cè)量和控制，從而防止這種損壞，足夠的水被添加到該工業(yè)氣體渦輪中，以便獲得渦輪輸出超過(guò)可以用完全加濕的空氣可以得到功率大約10％或更高的凈增加。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種可以用濕法加壓增加功率的裝置和方法，用來(lái)有效地把一定質(zhì)量的水添加到進(jìn)入一個(gè)氣體渦輪的壓縮機(jī)段的空氣，使由于水添加裝置的部件斷裂并與進(jìn)入空氣一起被攜帶到渦輪的壓縮機(jī)入口而給渦輪附加的危險(xiǎn)為最小，(a)通過(guò)把一個(gè)用來(lái)添加這樣的水的裝置設(shè)置在離開(kāi)壓縮機(jī)段入口一個(gè)足夠遠(yuǎn)的距離，從而即使在該裝置的任何部件實(shí)際上斷裂并與進(jìn)入空氣一起被攜帶到壓縮機(jī)入口的情況下，在進(jìn)入壓縮機(jī)入口之前，該部件被重力拉到用來(lái)把空氣輸送進(jìn)氣體渦輪的入口的進(jìn)入管道的下表面上，以及(b)靠通過(guò)該裝置提供霧化的水(最好以按時(shí)間和位置為序的多個(gè)增量的方式進(jìn)行，從而可以控制進(jìn)入壓縮機(jī)的水的質(zhì)量流量的增加)，在使該裝置與壓縮機(jī)入口分開(kāi)的條件下，這些水足夠好地夾帶在進(jìn)入空氣中，并與空氣一起被攜帶進(jìn)入渦輪的壓縮機(jī)段，用來(lái)實(shí)現(xiàn)由該渦輪一定程度的功率增加。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供可以用濕法加壓使功率增加的裝置和方法，用來(lái)監(jiān)視在該渦輪中被流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布，從而可以在可能的最早的時(shí)間檢測(cè)出在這些轉(zhuǎn)子葉片中冷卻通道例如由于通過(guò)該裝置和方法添加的水中的雜質(zhì)的影響所造成的阻塞。
本發(fā)明的另一個(gè)有關(guān)的目的是提供一種方法，用來(lái)有效地在線清理采用在這里所描述的那種類型的增加功率的方法的工業(yè)的氣體渦輪，此方法適當(dāng)?shù)卦竭^(guò)初始的幾排壓縮機(jī)葉片尋找入口和來(lái)自該裝置和方法所添加的水的雜質(zhì)的積累。
在這一方面，氣體渦輪的壓縮機(jī)現(xiàn)在是定期清理的，除去在內(nèi)部的部件上的顆粒的積累。某些這樣的清理可以不把該氣體渦輪停下來(lái)地進(jìn)行，在把該氣體渦輪在運(yùn)行狀態(tài)上改變成用于這樣的清理操作之后，可以把一些材料比如水，磨碎的核桃殼，大米或化學(xué)清理混合物噴進(jìn)，吹進(jìn)或用其它方式輸入進(jìn)該氣體渦輪的入口。在屬于Woodson等人的在1989年2月28日注冊(cè)的題目為“清理氣體渦輪壓縮機(jī)”的US-A-4808235中公布了至少一種這樣的化學(xué)混合物。
用來(lái)使顆粒在氣體渦輪的內(nèi)部部件上積累為最少的其它系統(tǒng)集中在氣體渦輪進(jìn)入的空氣的清理，例如在屬于Donle的在1990年5月22日注冊(cè)的題目為“清理氣體渦輪的進(jìn)入空氣”的US-A-4926620中所公布的那樣。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一個(gè)離線的渦輪清理方法，它特別適合于在采用了本發(fā)明的使功率增加的裝置和方法的渦輪上使用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供可以通過(guò)濕法加壓使功率增加的裝置和方法，它可以廣泛地與軸流壓縮機(jī)，旋轉(zhuǎn)正位移壓縮機(jī)，或離心壓縮機(jī)一起使用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供可以通過(guò)濕法加壓使功率增加的裝置和方法，它可以更具體地與由一個(gè)氣體渦輪構(gòu)成的氣體渦輪系統(tǒng)一起使用，該氣體渦輪有一個(gè)軸流壓縮機(jī)和一個(gè)進(jìn)入空氣管道，其流動(dòng)軸線基本上與該氣體渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供可以通過(guò)濕法加壓使功率增加的裝置和方法，它保證了對(duì)軸流壓縮機(jī)段的高壓空氣在用來(lái)冷卻渦輪段轉(zhuǎn)子葉片之前進(jìn)行預(yù)先過(guò)濾，從而在渦輪段轉(zhuǎn)子葉片中的冷卻通道的與水中雜質(zhì)有關(guān)的阻塞被減到最少，或基本上不出現(xiàn)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種裝置和方法，它可以容易地裝在氣體渦輪系統(tǒng)中，此系統(tǒng)是當(dāng)前正在運(yùn)行的，而不需要?dú)怏w渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)有大量的維修，翻新，或“拆卸”。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種裝置，它適合于在至今還沒(méi)有采用進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻裝置的氣體渦輪上，在一種改型的基礎(chǔ)上，用來(lái)經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)進(jìn)入空氣的完全蒸發(fā)冷卻，同時(shí)通過(guò)進(jìn)一步添加水實(shí)現(xiàn)功率增加。
一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明在一方面涉及在一個(gè)給定的24小時(shí)期間內(nèi)用來(lái)在6小時(shí)或更多的時(shí)間內(nèi)增加驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或壓縮機(jī)的工業(yè)氣體渦輪的凈輸出的方法，該氣體渦輪有一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)入口，用來(lái)獲得包括空氣的工作流體，其中該方法包括提供包括液滴的足夠數(shù)量的液體水給被該軸流壓縮機(jī)獲得的工作流體的步驟，從而減少由壓縮引起的工作流體的溫度的提高，并實(shí)現(xiàn)了可用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)或壓縮機(jī)的氣體渦輪的凈輸出的增加，這一增加是相對(duì)于在可以比較的條件下但沒(méi)有提供所述的液體水時(shí)該氣體渦輪的凈輸出測(cè)得的。
在按照本發(fā)明此第一方面的一個(gè)實(shí)施例中，這種增加的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單地靠在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)(即超過(guò)可能被在線清洗所代表的時(shí)間)連續(xù)地提供至少一個(gè)傳統(tǒng)的壓縮機(jī)水清洗數(shù)量的液體水到工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)入口，特別是添加到包括分開(kāi)的傳統(tǒng)進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻裝置，例如冷凝器型或介質(zhì)型蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)入口。在現(xiàn)在進(jìn)行在線壓縮機(jī)清洗來(lái)恢復(fù)與正常加濕的空氣的壓縮所造成的阻塞有關(guān)的某些渦輪性能(功率輸出)的損失的情況下，典型地在時(shí)間長(zhǎng)短上被限制為由大約30分鐘到也許大約90分鐘，這是由下列因素確定的由連續(xù)的清洗實(shí)際上可恢復(fù)的性能，相對(duì)于這種連續(xù)的清洗的成本，包括能量的需求，壓縮機(jī)葉片的腐蝕，葉片涂層的損失，等等。
按照本發(fā)明的這一特定方面，例如用一個(gè)已有的在線壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)連續(xù)添加壓縮機(jī)水清洗數(shù)量的水，或者在一個(gè)在線清洗循環(huán)以外加入的壓縮機(jī)水清洗數(shù)量的水，按照對(duì)于由該渦輪的功率輸出的要求的一個(gè)設(shè)想的或?qū)嶋H的增加，使裝有這樣的在線壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)的一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的功率輸出增加，或在周?chē)諝鉁囟葪l件改變時(shí)保持所要求的功率輸出水平。然而，相反，對(duì)于產(chǎn)生用來(lái)除去在阻塞的壓縮機(jī)部件上的沉積物的粗的清洗噴霧的主要使用的壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在這一使功率增加方面，水最好將主要以或完全做為細(xì)霧的形式提供，平均的液滴直徑最好為200微米或更小。
在上述的方法方面，本發(fā)明的第二方面涉及可控地增加或改變提供給軸流多級(jí)壓縮機(jī)的入口的液體水的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)相對(duì)于在可以比較的條件下但是沒(méi)有添加液體水該氣體渦輪的凈輸出氣體渦輪的凈輸出的一個(gè)增加。
在一個(gè)有關(guān)的方面，本發(fā)明涉及用來(lái)增加一臺(tái)氣體渦輪的凈輸出的方法和裝置，該渦輪有一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，用來(lái)接受和壓縮包括空氣的工作流體，此方法和裝置包括把液體水滴添加到被壓縮機(jī)接受的工作流體中，隨著時(shí)間改變液滴的質(zhì)量流速，減輕與把液體水提供給工作流體有關(guān)的在氣體渦輪內(nèi)的熱應(yīng)力，并且，隨后，以一個(gè)基本上不變的質(zhì)量流速把液體水滴提供給被壓縮機(jī)接受的工作流體，通過(guò)濕法加壓增加該氣體渦輪的凈輸出。
本發(fā)明的方法的另一方面涉及把熱量和水汽提供給工作流體，使得在工作流體的溫度否則可能降低到在入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)功率的增加。
本發(fā)明的方法的又一方面涉及確保液體水在工作流體中足夠均勻的分布的步驟，把殼體的角度變形限制到一個(gè)通常預(yù)先確定的可以接受的界限以內(nèi)，該界限可以防止對(duì)軸流多級(jí)壓縮機(jī)的損壞。
本發(fā)明的方法的再一個(gè)方面涉及監(jiān)視由把液體水提供給工作流體引起的殼體中的角度變形的步驟。
另外，本發(fā)明提供了一個(gè)途徑和方法，用來(lái)監(jiān)視在渦輪段中的用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布，在渦輪段中燃燒氣體與轉(zhuǎn)子葉片交換它的動(dòng)能。用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布是一個(gè)度量，它能幫助判斷阻塞，這種阻塞可能是來(lái)自用來(lái)冷卻渦輪段轉(zhuǎn)子葉片的壓縮機(jī)空氣流中的霧化水的礦物質(zhì)或其它固體沉積物。此溫度分布在判斷由于被攜帶通過(guò)壓縮機(jī)進(jìn)入該渦輪段的水的腐蝕效應(yīng)，或由于在壓縮機(jī)空氣流中的固體沉積物，可能在多層渦輪段葉片上出現(xiàn)的損壞方面也是有用的。
再有，本發(fā)明提供了一個(gè)途徑和方法，用來(lái)測(cè)量在壓縮機(jī)入口的溫度，以便(1)預(yù)防在壓縮機(jī)入口出現(xiàn)結(jié)冰的可能性，預(yù)防到達(dá)這樣的程度如果它斷裂，這些冰可能破壞氣體渦輪的下游的部件，(2)使控制凍結(jié)的材料比如蒸汽或防凍劑的使用減到最少，和/或(3)對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)提供一個(gè)信號(hào)，該控制系統(tǒng)用來(lái)協(xié)調(diào)，監(jiān)視和/或控制整個(gè)功率增加裝置和方法。
本發(fā)明的一個(gè)附加的與方法有關(guān)的方面涉及用來(lái)在一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)上進(jìn)行在線清洗的方法，該渦輪采用了本發(fā)明的功率增加方法，由于添加的水的蒸發(fā)或被壓縮機(jī)通過(guò)它的空氣吸入接受的其它氣體中的阻塞壓縮機(jī)的材料留下了可溶的沉積物，此在線清洗方法包括(在定期的或間歇的基礎(chǔ)上，當(dāng)清洗是所表明的或是所要求的時(shí))以下的一個(gè)或幾個(gè)步驟a)用被一個(gè)傳統(tǒng)的粗的壓縮機(jī)清洗增量補(bǔ)充為了功率增加的目的而添加的多個(gè)細(xì)霧的液體水質(zhì)量流量增量，或者用粗的壓縮機(jī)清洗形式的相應(yīng)的水的質(zhì)量流量代替一個(gè)或多個(gè)細(xì)霧增量；b)間歇地或定期地提供一個(gè)或多個(gè)附加的細(xì)霧增量到為了功率增加的目的在基本上連續(xù)的基礎(chǔ)上提供的增量上；c)定期地或間歇地可控地除去所有添加到壓縮機(jī)的水的增量，并沒(méi)有這樣的水添加的情況下運(yùn)行該渦輪一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間，揮發(fā)和/或使阻塞的沉積物破裂。也設(shè)想了這些步驟的循環(huán)性能，此性能可能是有利的。
在一個(gè)另外的在線清洗方法中，對(duì)于裝有可調(diào)節(jié)的進(jìn)入導(dǎo)流葉片(IGV)的渦輪，此方法通?？赡苁莾?yōu)選的類似地實(shí)現(xiàn)把液體水較大地穿透進(jìn)壓縮機(jī)段，而不施加象剛才所描述的一個(gè)或多個(gè)添加水的逆向增量，而靠定期地或間歇地(當(dāng)清洗是表明是需要的時(shí))調(diào)節(jié)渦輪的進(jìn)入導(dǎo)向葉片同時(shí)在線地并相應(yīng)地減小吸入到壓縮機(jī)的空氣。此另外的在線清洗裝置在不需要附加的投資方面是有利的，如可能與把液體水的添加的一個(gè)或多個(gè)“清洗”增量逆轉(zhuǎn)有關(guān)的那樣，在容許繼續(xù)把所要求的質(zhì)量流速的水添加到壓縮機(jī)方面是有利的，并在由于多個(gè)理由超過(guò)為了功率增加的目的所希望采用的質(zhì)量流速可能是不可能的或是不希望的情況下是有利的。
在本發(fā)明的又一與方法有關(guān)的方面中，提供了一種離線的壓縮機(jī)清洗方法，它特別適用于在采用按照本發(fā)明的濕法加壓使功率增加的工業(yè)氣體渦輪上使用，它包括初始使該渦輪離線地達(dá)到一個(gè)降低了的轉(zhuǎn)子速度，并在第二轉(zhuǎn)子速度下冷卻壓縮機(jī)，準(zhǔn)備接著引進(jìn)可發(fā)泡的清洗成份，隨后，在一次或多次在后面兩句話中描述的帶有浸泡和漂洗的循環(huán)中，建立在第一降低了的轉(zhuǎn)子速度與第二轉(zhuǎn)子速度之間的一個(gè)轉(zhuǎn)子速度，此轉(zhuǎn)子速度適用來(lái)使一個(gè)發(fā)泡的清洗成份基本上在壓縮機(jī)的整個(gè)長(zhǎng)度上分布，形成泡沫清洗劑，或把發(fā)泡的清洗劑引到壓縮機(jī)中。隨后，建立一個(gè)降低的浸泡轉(zhuǎn)子速度，此速度為每分鐘大約0轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)或更高(但它比第二轉(zhuǎn)子速度低)，并把發(fā)泡的清洗成份在壓縮機(jī)中保持一個(gè)要求的浸泡時(shí)間間隔。足夠地提高轉(zhuǎn)子速度，把泡沫由壓縮機(jī)排出，并在重新啟動(dòng)該渦輪之前，完成液體水漂洗(最好借助于在該渦輪上的在進(jìn)行濕法加壓使功率增加中使用的添加水的裝置)。
本發(fā)明相應(yīng)地提供了一種功率增加裝置，在不同的實(shí)施例中它可以只包括一個(gè)傳統(tǒng)的壓縮機(jī)水清洗裝置(最好，在單獨(dú)使用的情況下，該壓縮機(jī)水清洗裝置將為適合于發(fā)送細(xì)霧的類型，細(xì)霧的特征為平均的液滴直徑最好為200微米或更小)，包括至少一個(gè)噴霧架水管和至少一個(gè)噴霧架水噴嘴的一個(gè)噴霧架組件，或是一個(gè)傳統(tǒng)的壓縮機(jī)水清洗裝置(細(xì)霧或粗噴霧)與一個(gè)噴霧架組件的結(jié)合。
還有，本發(fā)明提供了一種功率增加裝置，它采用了裝在殼體外面的一個(gè)激光發(fā)射器和一個(gè)激光靶測(cè)量系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)殼體中的變形。
還有，本發(fā)明提供了一種功率增加裝置，它采用了一個(gè)光學(xué)高溫計(jì)，用來(lái)通過(guò)一個(gè)光線管監(jiān)視每個(gè)被冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的發(fā)射能量，并用來(lái)描述每個(gè)被液體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布。
還有，本發(fā)明提供了一種濕法加壓使功率增加的裝置，它采用了溫度傳感器，用來(lái)測(cè)量在壓縮機(jī)入口區(qū)域的溫度，以便(1)預(yù)防在壓縮機(jī)入口出現(xiàn)結(jié)冰的可能性，預(yù)防到達(dá)這樣的程度如果它斷裂，這些冰可能破壞氣體渦輪的下游的部件，或由于磨損壓縮機(jī)而引起失速，(2)使控制凍結(jié)的材料比如蒸汽或防凍劑的使用減到最少，和/或(3)對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)提供一個(gè)信號(hào)，該控制系統(tǒng)用來(lái)協(xié)調(diào)，監(jiān)視和/或控制整個(gè)濕法加壓裝置和方法。
還有，本發(fā)明提供了一種濕法加壓使功率增加的裝置，它提供了一個(gè)方法控制計(jì)算機(jī)，執(zhí)行方法控制程序，來(lái)控制到壓縮機(jī)入口的霧化的水的質(zhì)量流量，使得在氣體渦輪殼體中的變形為最小。
由閱讀本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在這些多個(gè)方面的詳細(xì)描述，并考慮到附圖，本發(fā)明的另外的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，在附圖中有

圖1示出了一個(gè)典型的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備的總體圖(附屬的發(fā)電機(jī)在圖1中實(shí)際上未畫(huà)出，但假設(shè)它是明顯的)，此設(shè)備被用來(lái)由燃料與空氣的燃燒產(chǎn)生電力。
圖2A和2B示出了有一個(gè)軸流壓縮機(jī)的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的細(xì)節(jié)。
圖3示出了在圖1的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備中所使用的噴霧架組件的定位。也示出了附屬的蒸汽管道。
圖3A為噴霧架組件和蒸汽管道的細(xì)節(jié)的放大圖。
圖4示出了噴霧架的排列的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，示出了單個(gè)的噴霧架水管的相對(duì)位置，每個(gè)噴霧架水噴嘴的定位，以及噴霧架的加強(qiáng)桿的使用。
圖5為一個(gè)平面圖，示出了圖3和4的噴霧架組件的細(xì)節(jié)，帶有用來(lái)送蒸汽到蒸汽管的一個(gè)蒸汽多支管。
圖6示出了用來(lái)監(jiān)視例如在圖1和2中示出的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的殼體變形的細(xì)節(jié)。
圖7到9用圖線示出了在下面的示例2獲得的結(jié)果。術(shù)語(yǔ)的定義“工業(yè)的氣體渦輪”是指用于在工業(yè)的和社會(huì)生活的發(fā)電應(yīng)用中的地基發(fā)電的至少20兆瓦或更高功率的渦輪機(jī)。工業(yè)氣體渦輪這一術(shù)語(yǔ)可以包括重型的以及飛機(jī)改型的渦輪機(jī)。
“重型氣體渦輪”是指一種類型的氣體渦輪，由一種設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來(lái)看，它不是專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)接受在功率輸出的明顯數(shù)量的突然改變。這樣，企圖把重型氣體渦輪特別地與飛機(jī)渦輪機(jī)區(qū)分開(kāi)來(lái)。與重型渦輪相比，也把飛機(jī)渦輪機(jī)專門(mén)設(shè)計(jì)成在它的正常運(yùn)行環(huán)境和操作中吸入大量的液體水。
“工作流體”。氣體渦輪的典型的工作流體是氣體；在氣體渦輪的壓縮機(jī)中的典型的工作流體是潮濕的空氣。在本發(fā)明中，把工作流體擴(kuò)展為包括液體水，這些水在氣體渦輪的熱力學(xué)循環(huán)中蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體。當(dāng)工作流體通過(guò)工業(yè)氣體渦輪時(shí)，它可以改變它的成份(這是由于材料的注入和由于燃燒方法)。在這一方面，當(dāng)工作流體通過(guò)氣體渦輪的工作循環(huán)時(shí)，在沿著氣體渦輪的軸線的不同位置它可以或者是一種氣體混合物，液體在氣體中的兩相混合物，固體顆粒在氣體中的兩相混合物，或者是在氣體中的液體和固體顆粒的三相混合物。
“凈輸出”是指氣體渦輪的凈輸出，并指可供使用的軸功率，用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)或方法壓縮機(jī)(在該氣體渦輪機(jī)的外面)。用扭矩和轉(zhuǎn)子軸的速度度量氣體渦輪的凈輸出，并可以或者用馬力或者用兆瓦表示它。當(dāng)用兆瓦表示時(shí)，凈輸出這一術(shù)語(yǔ)通常包括發(fā)電機(jī)的損失。當(dāng)在可以比較的條件下比較凈輸出時(shí)，但是可能有液體水或沒(méi)有液體水，此可以比較的條件包括用來(lái)測(cè)量?jī)糨敵龅囊粋€(gè)可以比較的方法。
“熱量和水汽的添加”是指把熱量和水汽同時(shí)加到工作流體中，一直達(dá)到工作流體的飽和點(diǎn)。
“角度變形”是指殼體的彎曲或變形的狀態(tài)，這可能造成在轉(zhuǎn)子與渦輪的殼體之間的相互干擾。
“損壞”是指氣體渦輪的任何部件超越在合理的使用和運(yùn)行方法中可以預(yù)計(jì)得到的情況的有害的變化。由于濕法加壓預(yù)計(jì)葉片涂層或葉片材料會(huì)有一定程度的可以接受的腐蝕。
“水”是指在組成性質(zhì)上對(duì)于吸進(jìn)氣體渦輪為了通過(guò)濕法加壓使功率增加是有用的那些水。它可能包括雜質(zhì)和傳統(tǒng)的或有益的添加劑，比如防凍液，或降低或補(bǔ)救添加的水腐蝕渦輪部件的任何趨勢(shì)或?yàn)V掉在構(gòu)造氣體渦輪的各種結(jié)構(gòu)部件所采用的合金的成份，水可能與這些結(jié)構(gòu)部件接觸。
“以一種平衡的方式改變多個(gè)質(zhì)量流量增量”是指添加到工作流體中的水的增量。術(shù)語(yǔ)“平衡方式”是指一個(gè)增量已經(jīng)被證實(shí)當(dāng)施加該增量不會(huì)引起氣體渦輪殼體的變形超過(guò)一個(gè)可以接受的角度變形界限，并且，在增量或者被添加到前一組結(jié)合起來(lái)的增量中或者由前一組結(jié)合起來(lái)的增量中減去之后，結(jié)合起來(lái)的增量在殼體中不能產(chǎn)生不可接受的角度變形。
“足夠均勻的分布”是指壓縮機(jī)獲得的工作流體中液體水的一種分布，它將進(jìn)而造成液體水在壓縮機(jī)中的分布，它將不會(huì)引起氣體渦輪殼體超過(guò)一個(gè)可以接受的角度變形極限的變形。
“改進(jìn)的燃料效率”是指當(dāng)液體水添加進(jìn)工作流體時(shí)每單位燃料產(chǎn)生比在可以比較的條件下但是沒(méi)有已經(jīng)添加到工作流體中的所述水所可能得到的更多的凈功率輸出。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，該圖示出了一個(gè)典型的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備的總體圖100，它被用來(lái)由燃料與空氣的燃燒產(chǎn)生電力，它是可能采用本發(fā)明的裝置和方法的設(shè)備的示例，(附屬的發(fā)電機(jī)在圖1中實(shí)際上未畫(huà)出，但假設(shè)它是明顯的)。該氣體渦輪發(fā)電設(shè)備100包括一個(gè)氣體渦輪或氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101，它包括一個(gè)軸流壓縮機(jī)或軸流壓縮機(jī)段103，此軸流壓縮機(jī)段103有一個(gè)壓縮機(jī)入口102，用來(lái)獲得包括空氣的工作流體。(應(yīng)該理解到，只示出了該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101和軸流壓縮機(jī)段103，并且，本發(fā)明可以在技術(shù)上已知的其它類型的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)施。也應(yīng)該理解到，本發(fā)明可以有利地與一個(gè)軸流壓縮機(jī)段一起使用，該壓縮機(jī)段例如有多個(gè)位置用來(lái)把液體水添加到工作流體中，而不是只有一個(gè)單一的入口用來(lái)把液體水添加進(jìn)工作流體中。)一個(gè)進(jìn)入空氣過(guò)濾器109通過(guò)一段進(jìn)入空氣管133被連接在該進(jìn)入空氣過(guò)濾器109與壓縮機(jī)入口102(見(jiàn)圖2A)之間，在某些實(shí)施例中，該進(jìn)入空氣規(guī)律性器109的前面或后面可能接著一個(gè)傳統(tǒng)的進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻裝置(未畫(huà)出)。進(jìn)入空氣管133由一個(gè)進(jìn)入空氣管收斂部分135，一個(gè)進(jìn)入空氣收縮部分137(它有下表面136)，以及帶有一個(gè)觀察口413的一個(gè)進(jìn)入空氣管多支管部分139構(gòu)成。
在某些情況下，使用一個(gè)熱回收單元131來(lái)由渦輪段排氣產(chǎn)生蒸汽。隨后可以把被熱回收單元131產(chǎn)生的蒸汽用來(lái)或者由一個(gè)蒸汽渦輪產(chǎn)生電力，使蒸汽驅(qū)動(dòng)的裝置運(yùn)行，對(duì)化學(xué)加工設(shè)備提供熱量，或者做類似用。
圖2A和2B示出氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。在進(jìn)入壓縮機(jī)入口102之后，靠使用一系列壓縮機(jī)級(jí)113把空氣在軸流壓縮機(jī)段103中壓縮。在壓縮之后，被壓縮的空氣流進(jìn)在燃燒段中的燃燒室105中，在那里與燃料混合，燃料燃燒產(chǎn)生熱的高壓氣體，用來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪段107。渦輪段107有一系列渦輪段級(jí)108，它們逐級(jí)地(1)把熱的高壓氣體的能量轉(zhuǎn)變成表征為轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)的功(在渦輪段107最好有被涂布的部件)，以及(2)產(chǎn)生溫度和壓力比進(jìn)入各自渦輪段級(jí)108的熱的高壓氣體較低的排氣。由第一級(jí)這樣的渦輪段108的排氣隨后作為第二級(jí)的熱的高壓氣體，由最后一級(jí)用來(lái)的排氣也是由該渦輪段107出來(lái)的排氣。
轉(zhuǎn)子111是渦輪段107的一部分也是軸流壓縮機(jī)段03的一部分，并且包括轉(zhuǎn)子軸127和裝到轉(zhuǎn)子軸127上的在渦輪段107和軸流壓縮機(jī)段103中的所有的轉(zhuǎn)子葉片組(115,121)。轉(zhuǎn)子軸127把動(dòng)力提供給軸流壓縮機(jī)段103和一臺(tái)發(fā)電機(jī)或某些其它有用的機(jī)械，比如，但是不限制為，在化學(xué)加工中使用的一臺(tái)大型壓縮機(jī)。在這一方面，轉(zhuǎn)子軸127或者是單一的結(jié)構(gòu)部件，或者另外是一系列的單個(gè)部件，它們被機(jī)械地裝在一起，形成一個(gè)實(shí)際上單一的結(jié)構(gòu)部件。
在氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101內(nèi)的各種氣體和流體通常被一個(gè)殼體125包含著，此殼體形成了該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的一個(gè)內(nèi)部空間，以便(a)對(duì)被壓縮的空氣提供通道，(b)在空氣通過(guò)接續(xù)的壓縮機(jī)級(jí)113的方法中包含著被壓縮的空氣，(c)提供一個(gè)耐壓的殼體包含著壓縮機(jī)排放氣體，圍繞著燃燒段中的燃燒室105,(d)包含著熱的高壓氣體，當(dāng)這些氣體在渦輪段107中膨脹時(shí)燃料在這些氣體中燃燒，以及(e)當(dāng)排氣留在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)101中時(shí)為排氣提供通道。殼體125的結(jié)構(gòu)通常為幾個(gè)不同的件，把它們牢固地連接在一起。
在軸流壓縮機(jī)段103內(nèi)，每個(gè)壓縮機(jī)級(jí)113由裝在轉(zhuǎn)子軸127上的一系列壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115和前面的和后面的壓縮機(jī)定子葉片組117組成，每一組這樣的壓縮機(jī)定子葉片117以沿徑向設(shè)置的方式被安裝成一個(gè)系列，做為固定不動(dòng)的葉片排。壓縮機(jī)定子葉片117(a)緊靠著殼體125的內(nèi)壁安裝，并(b)對(duì)于轉(zhuǎn)子111密封(通常用迷宮式密封)，其方式使得在運(yùn)行中一個(gè)壓縮機(jī)級(jí)113與它的伙伴壓縮機(jī)級(jí)113本質(zhì)上是流體隔絕的。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115與壓縮機(jī)定子葉片117結(jié)合起來(lái)，其功能使通過(guò)壓縮機(jī)級(jí)113的空氣的壓力升高，這是靠(1)把動(dòng)能由轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115轉(zhuǎn)移給空氣(或氣流)，并(2)對(duì)空氣流提供通道，因?yàn)榭諝獗辉趬嚎s機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115后面的壓縮機(jī)定子葉片117減速，造成空氣中的壓力和溫度升高。在一個(gè)壓縮機(jī)級(jí)中出口壓力對(duì)入口壓力的壓力比被內(nèi)在的氣動(dòng)因素限定，所以通常要求有多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)113，對(duì)于軸流向壓縮機(jī)段103獲得比由單一的軸流壓縮機(jī)級(jí)113所可能得到的更高的總壓力比。
在把燃料添加進(jìn)燃燒段的燃燒室105中，并使燃料被壓縮的空氣中的氧氣氧化之后，所形成的熱的高壓氣體在渦輪段107中被轉(zhuǎn)換成功；這一方法的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在一系列渦輪段級(jí)108中把膨脹的熱的高壓氣體的高的動(dòng)能傳遞給渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121。
每個(gè)渦輪段級(jí)108由被裝在轉(zhuǎn)子軸127上的一系列渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121和前面的渦輪段定子葉片組122組成，這些定子葉片以沿徑向設(shè)置的方式被安裝成一個(gè)系列，做為固定不動(dòng)的葉片排。渦輪段定子葉片122(a)緊靠著殼體125的內(nèi)壁安裝，并(b)對(duì)于轉(zhuǎn)子111密封(通常用迷宮式密封)，其方式使得在運(yùn)行中一個(gè)渦輪段級(jí)108與它的伙伴渦輪段級(jí)108本質(zhì)上是流體隔絕的。渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121與渦輪段定子葉片122結(jié)合起來(lái)，其功能使熱的高壓氣體的壓力分段地降低，這是靠(1)對(duì)熱的高壓氣體提供通道，并(2)把動(dòng)能由膨脹的熱的高壓氣體轉(zhuǎn)移給轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121，產(chǎn)生功，當(dāng)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)它的負(fù)載時(shí)，這種功表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子111的轉(zhuǎn)動(dòng)。
在某些情況下，渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121有被涂布的表面組成的多層表面，使得可以采用更高溫度的熱的高壓氣體；在某些情況下，渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121有(或，另外，也可以有)在渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121內(nèi)部提供的冷卻，這是通過(guò)使用在該渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121中機(jī)械加工出來(lái)的或鑄出的管道或腔室段實(shí)現(xiàn)的。在運(yùn)行方法中，與這些機(jī)械加工出來(lái)的或鑄出的管道或腔室段在流體上連通的是(a)來(lái)自軸流壓縮機(jī)段103的被壓縮的空氣，以及(b)由被壓縮的空氣的出口出來(lái)的壓力降低了的排氣；被壓縮的空氣流過(guò)渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121，把該渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121冷卻。
如將在本文件的另一部分將要提到的那樣，如果使用對(duì)單個(gè)的渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的表面溫度測(cè)量來(lái)識(shí)別在任何葉片的機(jī)械加工出來(lái)的或鑄出的管道或腔室段可能出現(xiàn)的阻塞，對(duì)于每個(gè)渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的這樣的冷卻系統(tǒng)的使用可能是最有效的，因?yàn)檫@樣的阻塞可能限制冷卻劑的流動(dòng)，并使單個(gè)的渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121上造成不能接受的高溫。在采用本發(fā)明的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101中，在用來(lái)冷卻渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的壓縮機(jī)排放空氣中痕跡量的礦物沉積物(本質(zhì)上來(lái)自輸送的霧化或微細(xì)化的水)可能造成這種阻塞。
保持這樣的材料不進(jìn)入渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)選方法是在被壓縮的空氣用來(lái)冷卻渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121之前保證的對(duì)軸流壓縮機(jī)段103的被壓縮的空氣進(jìn)行全面的預(yù)先過(guò)濾，并對(duì)有代表性的單個(gè)渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的表面溫度分布進(jìn)行測(cè)量，合理地證實(shí)葉片121被適當(dāng)?shù)乩鋮s。在屬于Richard E.Zacharry的在1987年3月10日注冊(cè)的題目為“用來(lái)控制氣體渦輪的光線管組件和感知儀器”的US-A-4648711中描述了為了進(jìn)行單個(gè)的渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的表面溫度的這種測(cè)量的一個(gè)優(yōu)選系統(tǒng)。應(yīng)該進(jìn)一步注意到，如果對(duì)頻率3.9波段敏感的一個(gè)高溫計(jì)與對(duì)0.95微米波段敏感的一個(gè)高溫計(jì)結(jié)合起來(lái)使用，將可以得到與濕法加壓結(jié)合使用的高溫計(jì)的最好結(jié)果；這避免了來(lái)自被攜帶進(jìn)入渦輪段107中的水蒸汽的紅外輻射，這種輻射可能使僅只在0.95微米波段敏感區(qū)進(jìn)行的高溫計(jì)測(cè)量模糊不清。
建議在把被壓縮的空氣用于冷卻渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121之前對(duì)由軸流壓縮機(jī)段103排出的被壓縮的空氣進(jìn)行全面的預(yù)先過(guò)濾，這是通過(guò)使用設(shè)置在將被用來(lái)冷卻渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121的被壓縮的空氣的排放管與進(jìn)口管之間的一個(gè)過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)的，該進(jìn)口管在流體上把被壓縮的空氣連通到每個(gè)被冷卻的渦輪段轉(zhuǎn)子葉片121上。
圖3示出了為了把液體水滴提供給軸流壓縮機(jī)103接受的工作流體的裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該裝置后來(lái)用來(lái)可控地增加(并相應(yīng)地，可控地減少)提供給工作流體減少被壓縮引起的工作流體的溫度的升高的液體水的數(shù)量。
在這一方面本發(fā)明設(shè)想提供將被壓縮機(jī)接受的一種工作流體，在與基本上完全加濕了的空氣的混合物中(比如這種混合物可以在一種改型中被現(xiàn)有的進(jìn)入空氣的充分蒸發(fā)冷卻裝置提供，或者在所涉及的渦輪沒(méi)有安裝某種形式的進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻裝置的情況下，蒸發(fā)冷卻最好由本發(fā)明提供的同一功率增加裝置實(shí)現(xiàn))，它最好包括由至少0.75％到1％重量百分比，更可取的地，包括由大約2％到大約8％重量百分比的液體水。通過(guò)例如經(jīng)過(guò)圖3中所示的裝置把液體水引進(jìn)被壓縮機(jī)103接受的工作流體中最好實(shí)現(xiàn)凈輸出的至少大約10％的增加，更可取地，氣體渦輪比如氣體渦輪101的凈輸出的大約20％到大約40％的增加。凈輸出的這一增加是相對(duì)于在可以比較的條件下但是沒(méi)有借助本發(fā)明的裝置和方法添加水的渦輪的凈輸出測(cè)量的(因此，為了清楚，在特定的情況下，其中渦輪采用了進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻，凈輸出的增加是與用所述進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻實(shí)現(xiàn)的凈輸出比較的)。在圖3中所示的優(yōu)選實(shí)施例中，如上面已經(jīng)建議的那樣，用來(lái)提供水的裝置也可以用來(lái)把工作流體完全地加濕(即完全飽和)，在這里所涉及的渦輪機(jī)以前沒(méi)有安裝例如已知的冷凝器型或介質(zhì)型進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻裝置。
現(xiàn)在專門(mén)地參見(jiàn)圖3，用來(lái)把液體水添加到被軸流壓縮機(jī)段103接受的工作流體中的一個(gè)優(yōu)選裝置包括一個(gè)噴霧架組件201，它與軸流壓縮機(jī)段103的壓縮機(jī)入口102連通?？梢园言搰婌F架組件201設(shè)置在進(jìn)入空氣過(guò)濾器109與壓縮機(jī)入口102之間的任何位置，但是，最好插在進(jìn)入空氣管收斂部分135后面的進(jìn)入空氣收縮部分137中的進(jìn)入空氣管133的里面。這一位置有好處，在于，提供了離開(kāi)壓縮機(jī)入口102足夠的距離，從而可能與噴霧架組件201脫開(kāi)的噴嘴305(或者，后面將更具體地描述的蒸汽添加系統(tǒng)或噴霧架組件201的其它被損壞的部件)將在該噴嘴305(或被損壞的部件)被拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子111之前被重力拉到進(jìn)入空氣管133的下表面136上。
遠(yuǎn)的位置提供了好處潛在地防止了噴霧架組件102的部件斷裂并進(jìn)入軸流壓縮機(jī)段103中，這樣的位置要求噴霧架水噴嘴305噴出足夠細(xì)的液體水霧，使得這些霧將基本上夾帶在工作流體中。在噴霧架水噴嘴305與壓縮機(jī)入口102之間較近的距離內(nèi)，可以使用比較粗的噴霧，只要在工作流體中得到水的足夠均勻的分布，以便限制把殼體125的變形限制到預(yù)先確定的一個(gè)通常可以接受的極限，這防止了軸流壓縮機(jī)段103的損壞(如在后面將更充分地描述的那樣)。
將會(huì)認(rèn)識(shí)到，較粗的噴霧的使用可能需要改變添加到工作流體的液體水滴的流動(dòng)，以確保液體水在軸流壓縮機(jī)中分散得足夠均勻，避免殼體125的不能接受的角度變形。確定適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)圖樣的步驟可以與如下面關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所描述的步驟相同。
對(duì)技術(shù)熟悉的人將會(huì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，盡管通常希望把用來(lái)把水添加到工作流體中的裝置離開(kāi)壓縮機(jī)入口一個(gè)足夠的距離，以避免對(duì)壓縮機(jī)的破壞，但是所采用的特別的水添加裝置的例如噴嘴或某些其它結(jié)構(gòu)部件會(huì)斷裂松開(kāi)，并被攜帶朝向壓縮機(jī)的入口，獲得足夠細(xì)的霧以確保在壓縮機(jī)入口處在工作流體中水的均勻分布，并在第一壓縮機(jī)級(jí)充分飽和以便得到濕法加壓的全部質(zhì)量流量的利益，可能要求(在噴霧架組件201方面)大量的噴嘴305，高的噴出壓力和相應(yīng)的較大的泵系統(tǒng)，為了所要求的增加量發(fā)送出所設(shè)想的水的質(zhì)量。較粗的噴霧系統(tǒng)通常要求較少的安裝投資，但是可能不能提供足夠好的夾帶和水在被壓縮機(jī)接受的工作流體中分布的足夠均勻，除非位置足夠靠近入口102，從而保留某些噴嘴被攜帶進(jìn)入在運(yùn)行中的壓縮機(jī)中的危險(xiǎn)。
用來(lái)把液體水噴進(jìn)被壓縮機(jī)接受的工作流體中的最佳裝置和設(shè)置通常將與這樣的裝置和設(shè)置相對(duì)應(yīng)為了實(shí)現(xiàn)第一壓縮機(jī)級(jí)的充分飽和和對(duì)于一個(gè)給定水平的功率增加來(lái)自添加水的最大的質(zhì)量流量利益它有最低的整體成本，并且，它將作到這一點(diǎn)而不引起殼體125的過(guò)度的變形和壓縮機(jī)的摩擦，考慮到噴嘴305被攜帶進(jìn)入壓縮機(jī)的103中的可能性或危險(xiǎn)和這種情況出現(xiàn)對(duì)成本帶來(lái)的結(jié)果，并考慮到與水添加裝置的一個(gè)給定的設(shè)置和選擇有關(guān)的噴嘴和其它系統(tǒng)部件(硬件)的總成本。因此，在相對(duì)于壓縮機(jī)入口的多個(gè)點(diǎn)或位置采用多個(gè)裝置來(lái)把所設(shè)想的液體水的總質(zhì)量輸入到工作流體中可能是優(yōu)選的。
這樣，對(duì)于低水平的功率增加(直到大約10％的增加)，如前面已經(jīng)建議的那樣，通常只采用一個(gè)壓縮機(jī)水洗裝置將是足夠的，從而在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)把液體水的傳統(tǒng)的壓縮機(jī)水洗數(shù)量(此數(shù)量將按照渦輪的類型和將增加功率的大小改變，但是典型地為由工作流體的重量的0.1％到0.5％)連續(xù)地添加到被壓縮機(jī)接受的工作流體中；最好，在此實(shí)施例中的噴嘴將為把水主要或僅只以有平均水滴尺寸為200微米或更小的細(xì)霧供應(yīng)的一種類型，在使用這些非常細(xì)的霧化噴嘴時(shí)使用補(bǔ)充的添加水的裝置并把它設(shè)置在上游(即，更遠(yuǎn)地離開(kāi)壓縮機(jī)入口102)可能是建議的，需要這些補(bǔ)充裝置是為了覆蓋把液體水分布到工作流體中的“間隙”，如可能由靠近壓縮機(jī)入口的細(xì)霧化噴嘴的阻塞所引起的那樣。Rochem Technical Services公司以FYREWASH的名字生產(chǎn)了用于這一具體實(shí)施例的一種特別優(yōu)選的噴嘴，其特征在于，被懸臂地伸進(jìn)進(jìn)入空氣流中，用來(lái)提供被運(yùn)送的細(xì)霧噴灑，本申請(qǐng)人估計(jì)其平均水滴直徑為100微米到200微米之間(但是肯定超過(guò)大約70微米)，壓力降通常為80磅每平方英寸，表壓(psig，或550kPa，表壓)。
一般說(shuō)來(lái)，除了在如上面一節(jié)中所描述的某些情況下補(bǔ)充的添加水的裝置以外，把液體水的傳統(tǒng)的壓縮機(jī)水洗數(shù)量加到工作流體中所采用的裝置將是與在用作壓縮機(jī)水洗目的的一個(gè)給定的渦輪機(jī)上采用的裝置相同(例如，一個(gè)環(huán)形噴灑管，它帶有圍繞著環(huán)形噴灑管的等間隔的噴灑噴嘴)，因?yàn)閷?duì)技術(shù)熟悉的人很好地知道這些類型的系統(tǒng)，進(jìn)一步詳細(xì)的討論是不必要的。
在想要更高水平的功率增加，即比10％更高，特別是在氣體渦輪的凈輸出高于20％的增加的情況下，最好單獨(dú)地使用或與其它裝置結(jié)合起來(lái)使用一個(gè)或多個(gè)噴霧架組件201。關(guān)于在這兩種可能性中的后者，一種裝置特別適用于進(jìn)行本發(fā)明的在線清理方法，它將采用靠近壓縮機(jī)入口102的第一裝置，用來(lái)把液體水的傳統(tǒng)的水洗數(shù)量最好以一種粗的噴灑形式供應(yīng)給工作流體(為了功率增加的目的連續(xù)地進(jìn)行，只為了在線清洗的目的間歇地進(jìn)行)，同時(shí)使用第二裝置，用來(lái)把液體水添加到被壓縮機(jī)接受的工作流體中，所述第二裝置為在進(jìn)入空氣管收縮部分137中的一個(gè)噴霧架組件201的形式。在第一和第二裝置都結(jié)合起來(lái)使用以便輸入所要求的水的總質(zhì)量的情況下(與只使用第一裝置為了按照本發(fā)明的在線清洗方法的目的的情況相反)，最好把第一和第二裝置選擇成使得被它們的組合加到工作流體的液體水的質(zhì)量主要是細(xì)霧的形式，平均水滴直徑為200微米或更小。
關(guān)于在圖3中示出的噴霧架組件201，該組件201由一組單個(gè)的噴霧架組件301組成，每個(gè)單個(gè)的噴霧架301進(jìn)而由一個(gè)噴霧架水管303組成，它帶有一組分離開(kāi)的噴霧架水噴嘴305，用來(lái)使通過(guò)噴霧架水管303送出的水霧化。另外，設(shè)置了有噴霧架蒸汽孔315的噴霧架蒸汽管313，添加加熱的蒸汽到進(jìn)入空氣中。在每個(gè)噴霧架蒸汽管313上周期性地使用安裝套筒336，在噴霧架蒸汽管313的熱引起的膨脹和收縮方法中使得可以自由移動(dòng)。
最好，非常干凈的水，例如導(dǎo)電率為0.4微歐姆或更低的沒(méi)有微粒的水，不管它是凝結(jié)水，還是蒸餾水，去離子水，在這種形式下被霧化，最好形成水的非常細(xì)的霧。可以采用多種已知的商業(yè)上可供使用的噴嘴設(shè)計(jì)，用來(lái)提供這種非常細(xì)的水霧，例如，上面提到的Rochem Technical Services公司的“FYREWASH”噴嘴(該公司在610 N.Milby Street,Suite 100,Houston,Texas 77003有一個(gè)辦公室)，它提供特征為體積平均直徑為153微米的噴霧(每分鐘2加侖(每分鐘7.6升)流量)，壓力降為80 psig(550kPa，表壓)，溫度在45到165華氏度(7.2到73.9攝氏度)，或者Spraying Systems公司的1-7N-316SS16噴嘴，它提供特征為體積平均直徑為188微米的噴霧(每分鐘2.6加侖(每分鐘9.9升)流量)，壓力降為80 psig(550kPa，表壓)，溫度在45到165華民度(7.2到73.9攝氏度)。
進(jìn)一步關(guān)于所使用的水和前面已經(jīng)與濕法加壓使功率增加的使用有關(guān)的上述危險(xiǎn)，預(yù)期非常純的水可能對(duì)氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的部件有負(fù)面的沖擊，非常純的水可能會(huì)把對(duì)于在氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的結(jié)構(gòu)中使用的合金材料重要的化學(xué)元素由附屬部件中析出，從而有害地改變了合金材料的有益的性能；在這一方面，技術(shù)上理想的水可能例如由一個(gè)方法形成，在該方法中非常純的水通過(guò)一個(gè)容易進(jìn)行質(zhì)量交換的系統(tǒng)。這樣的容易進(jìn)行質(zhì)量交換的系統(tǒng)的一個(gè)例子是純水通過(guò)化學(xué)元素的小珠，這些小珠在成份上是平衡的，使得所形成的水蒸汽包含足夠數(shù)量的每種對(duì)于氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的部件結(jié)構(gòu)的材料重要的合金元素，從而所形成的水蒸汽足以使任何對(duì)氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101中的合金部件中的重要的化學(xué)元素的析出效應(yīng)降到最小，使得在實(shí)施濕法加壓時(shí)，適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)了這些部件的整體性。
如噴霧架組件201的措施所建議的那樣，超過(guò)不添加液體水的渦輪101的凈輸出大約10％的較高水平的功率增加的情況下，本發(fā)明設(shè)想將以可控的方式添加或除去對(duì)于這些較高水平所需要的數(shù)量較大的液體水，從而可以避免對(duì)渦輪機(jī)101的熱沖擊和壓縮機(jī)103的任何波動(dòng)。這種可控的添加可能要求提供給被壓縮機(jī)103接受的工作流體的液體水有一個(gè)平滑的增加，比如靠增加把水提供給一個(gè)或多個(gè)噴霧架水噴嘴305的水壓。在替代方案中，可以以一個(gè)階梯的增量方式把液體水提供給被壓縮機(jī)段103接受的工作流體中。作為另一種替代方案，可以有利地以同時(shí)的方式或者接續(xù)地采用平滑地增加和/或階梯形地改變添加到被軸流壓縮機(jī)段103接受的水的數(shù)量的一種組合。
然而，更可取的是，當(dāng)增加或減少液體水的流量時(shí)，將以階梯形的方式采用多個(gè)水質(zhì)量流增量添加或減少液體水。關(guān)于多個(gè)水質(zhì)量流量增量的優(yōu)選使用，用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的裝置包括噴霧架水噴嘴305，其中每個(gè)單個(gè)的噴霧架301可以被看作產(chǎn)生一個(gè)霧化水質(zhì)量流量增量，此增量由橫截著該噴霧架水噴嘴組305的壓力降決定。
另外，對(duì)技術(shù)熟悉的人將會(huì)認(rèn)識(shí)到，每個(gè)噴嘴305將進(jìn)而有一個(gè)壓力范圍，在此范圍內(nèi)，特定量的液體可以被適當(dāng)?shù)仂F化，給出被霧化的液體的一個(gè)適當(dāng)?shù)墓?yīng)，并且，因此，這些噴嘴305自身可以被看作單個(gè)地本質(zhì)上確定一個(gè)水添加的增量；水質(zhì)量流量的最小增量就是驅(qū)動(dòng)最小的噴嘴305所需要的水質(zhì)量流量增量，在實(shí)現(xiàn)濕法加壓中可以使用此最小增量。
順便地說(shuō)一下，應(yīng)該是明顯的是，不論在運(yùn)行的連續(xù)流速的方式還是增量流速的方式下，如果想把水的質(zhì)量流量改變低于為了產(chǎn)生對(duì)于運(yùn)送和混合進(jìn)進(jìn)入空氣中可以接受的噴霧所需要的最小的水質(zhì)量流量，那么，被添加的水不可能變成被夾帶的，而是可能以一種不均勻的方式作為一種未霧化的水質(zhì)量被吹進(jìn)壓縮機(jī)入口102。以一種不均勻的方式被吹進(jìn)壓縮機(jī)入口102的未霧化的水質(zhì)量的負(fù)面影響與變形有關(guān)，并與受到這些未霧化的水質(zhì)量沖擊的部件的更快的腐蝕有關(guān)。關(guān)于在什么壓力范圍內(nèi)流體可以被很好地霧化，改變噴霧壓力可以使某些連續(xù)地模擬調(diào)整流量變得容易，但是這些改變對(duì)由噴嘴305的的噴霧的特性的影響需要在實(shí)現(xiàn)這種改變時(shí)考慮。然而，預(yù)計(jì)，在濕法加壓已經(jīng)被基本上建立起來(lái)之后，這一調(diào)節(jié)液體質(zhì)量流量的途徑可能在精細(xì)地調(diào)節(jié)噴霧方面有某些用途。
如果控制到噴霧架水管303的壓力，連到此噴霧架水管303的噴霧架水噴嘴305將會(huì)處理等于單個(gè)的噴霧架水噴嘴305質(zhì)量流量增量之和的水質(zhì)量流量的總增量。
在一個(gè)另外的實(shí)施例中，可以對(duì)每個(gè)單個(gè)的噴霧架水噴嘴305分開(kāi)地裝上閥門(mén)和控制，提供一個(gè)最大數(shù)量的可控的水質(zhì)量流量增量，每個(gè)增量是基本上可以預(yù)計(jì)的和不變的流量，其中噴霧架水噴嘴305將在可供使用的壓力降下噴出它的在功能上是適當(dāng)?shù)膰婌F圖樣。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一組噴霧架水管303中每根有一個(gè)有關(guān)的噴霧架水噴嘴305，被設(shè)定成在噴霧架水管303的水平上可控，可以把這樣一組噴霧架水管30與可以單獨(dú)控制的其它的噴霧架水噴嘴305混合使用。
由上面所述的應(yīng)該是明顯的可以采用噴嘴和水管的多種不同的設(shè)置，來(lái)把液體水提供給被軸流壓縮機(jī)103接受的工作流體，為了實(shí)現(xiàn)較高水平的濕法加壓功率增加，在一個(gè)更具體的方面，把霧化的水的一個(gè)質(zhì)量流量以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量提供給工作流體。在某些情況下，也可以選擇噴霧架水噴嘴305有不同的尺寸，并被設(shè)置成或者由一個(gè)特定的噴霧架水管303提供預(yù)先確定的噴霧濃度分布，或者使來(lái)自一根特定的噴霧架水管303里面的顆粒的通過(guò)和沖走變得容易，以避免裝在該管303上的后面的噴霧架水噴嘴305的阻塞，這是通過(guò)在一根給定的噴霧管303上在較小通量的噴嘴305的上游采用有較大的內(nèi)部公差的一個(gè)較大通量的噴嘴305實(shí)現(xiàn)的。
然而，基本上，再一次需要的是提供給工作流體(或由工作流體除去)的液體水的質(zhì)量流量將如必要的那樣隨時(shí)間和/或關(guān)于位置(或通到壓縮機(jī)入口102的液體水添加的面積)改變，使得適度地并有效地降低(a)加在該氣體渦輪101上的熱應(yīng)力，以及(b)與把相對(duì)較大數(shù)量的液體水添加到工作流體中有關(guān)的熱膨脹和熱收縮的改變速率。圖3的噴霧架組件201提供了一種有效的和方便的裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目的。
用來(lái)把液滴添加到被壓縮機(jī)103接受的工作流體中的方法和裝置的另一個(gè)希望有的特性與控制殼體125的角度變形或畸變有關(guān)，這種變形與把液體水提供給工作流體有關(guān)。如果液滴在質(zhì)量流量的基礎(chǔ)上在工作流體中不是足夠均勻地分布的，由于液體水在工作流體中的質(zhì)量分布不是本質(zhì)上均勻的或適當(dāng)?shù)鼐鶆虻?，工作流體將在軸流壓縮機(jī)103內(nèi)產(chǎn)生溫度差。這些溫度差進(jìn)而可能導(dǎo)致在殼體125的線度尺寸上的局部差別，因此導(dǎo)致殼體125的潛在地有破壞性的角度畸變或變形。
本申請(qǐng)人的經(jīng)驗(yàn)是借助于多個(gè)噴霧架組件201提供給工作流體的水滴例如以一種通常是層流的方式流過(guò)壓縮機(jī)103，混合令人驚奇地小；因此，通常不能指望轉(zhuǎn)子111和轉(zhuǎn)子葉片115的旋轉(zhuǎn)能足夠地減小由于在壓縮機(jī)入口102處在工作流體中所添加的液體水的不均勻的分布產(chǎn)生的在壓縮機(jī)103內(nèi)的明顯的溫度改變。最好，通過(guò)提供有效措施來(lái)獲得和保持水滴在工作流體中足夠均勻的分布，控制由把水添加到否則是正常加濕的工作流體中所引起的殼體125的角度變形，確保任何與水添加有關(guān)的殼體125的角度變形被限制到一個(gè)預(yù)先確定的可以接受的限度內(nèi)，此限度可以防止對(duì)渦輪機(jī)101的軸流壓縮機(jī)段103的破壞。
在這一方面，殼體125的角度變形可以采用后面更詳細(xì)地描述的激光發(fā)射裝置403和激光靶407監(jiān)視和建立模型。如被本發(fā)明所設(shè)想的那樣，多個(gè)霧化的質(zhì)量流量增量的使用特別適合于殼體125的與水的添加有關(guān)的變形的測(cè)量和控制，這是基于事先測(cè)量的變形的數(shù)量與每個(gè)增量的添加和殼體125對(duì)多個(gè)增量隨時(shí)間的添加或除去的響應(yīng)的關(guān)系，或關(guān)于相對(duì)于壓縮機(jī)入口102的位置和對(duì)于其它增量的關(guān)系。例如，當(dāng)施加每個(gè)質(zhì)量流量增量時(shí)，可以測(cè)量殼體的變形與該增量的添加(或除去)有關(guān)的任何增加或減小。一旦該系統(tǒng)在渦輪上對(duì)于液體水的一定的質(zhì)量流速的添加和關(guān)于一個(gè)特定的入口構(gòu)形被證實(shí)是合理的，預(yù)期這樣被證實(shí)的該水添加系統(tǒng)隨后可以放心地運(yùn)行，即使測(cè)量不再進(jìn)行(例如，可以把測(cè)量系統(tǒng)移開(kāi))，可以把變形控制在一個(gè)預(yù)先確定的可以接受的限度以內(nèi)。在這一方面，為了設(shè)計(jì)的目的最有利地使用該測(cè)量系統(tǒng)，并且，在適當(dāng)?shù)仃P(guān)于一個(gè)特定的噴霧架組件201和噴嘴305設(shè)計(jì)確定了殼體125的角度變形之后，此測(cè)量系統(tǒng)可以用做也可以不用做該渦輪發(fā)電設(shè)備100的一個(gè)永久的部分。對(duì)技術(shù)熟悉的人將會(huì)認(rèn)識(shí)到，把多個(gè)霧化的液體水的增量添加到工作流體中的數(shù)學(xué)模型也可以用來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)這一目的。
更希望的是，液體水在工作流體中的足夠均勻的分布簡(jiǎn)單地靠把水主要做為平均水滴直徑為200微米或更小，更可取地為120微米或更小，特別是70微米或更小的霧或微粒的噴霧供應(yīng)給壓縮機(jī)103實(shí)現(xiàn)，這些霧由于被夾帶將基本上與被工作流體接受的空氣有關(guān)的速度向量相同。因此，通過(guò)液體水基本上被夾帶的運(yùn)動(dòng)，使欠缺的區(qū)域可以可靠地被液體水補(bǔ)充，進(jìn)而靠克服在軸流壓縮機(jī)段103內(nèi)水的分布的不平衡控制殼體125的變形。換句話說(shuō)，基本上被夾帶的液體水滴可以追隨著軸流壓縮機(jī)內(nèi)的層流方法，使得欠缺水的區(qū)域變成相同的并被補(bǔ)充，以便控制殼體的變形。這意謂著為了把水吸入軸流壓縮機(jī)段103使其方式能確保在壓縮機(jī)段103中的工作流體內(nèi)液滴的一般說(shuō)來(lái)適當(dāng)均勻的分布，水滴需要在入口102處在質(zhì)量基礎(chǔ)上均勻地或足夠均勻地分散。即，如果在入口102獲得了大致均勻的分布，將適當(dāng)?shù)乇３衷趬嚎s機(jī)103中的溫度分布，從而確保殼體125的變形被限制在將不會(huì)引起氣體渦輪101破壞的容許范圍內(nèi)。
然而，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，取決于噴霧架組件201的位置和對(duì)于一個(gè)特定的氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101水被添加的方式，橫截著被噴霧架組件201占據(jù)的進(jìn)入空氣管133的截面噴嘴305的均勻的尺寸和分布對(duì)于實(shí)現(xiàn)到壓縮機(jī)入口102的霧化的水流的所要求的均勻性來(lái)說(shuō)可能不是最好的。相反，可以通過(guò)觀察水的不同的添加增量的多種設(shè)置對(duì)殼體125的變形的影響，可以適當(dāng)?shù)卮_定最佳的設(shè)置。
為了擴(kuò)展前面提到的特點(diǎn)和方面，在這一運(yùn)行模式是可行的情況下，最好把噴霧架組件201基本上設(shè)置在進(jìn)入空氣管收縮部分137，并且與所述壓縮機(jī)入口137離開(kāi)足夠的距離，使得在運(yùn)行方法中由噴霧架組件201斷裂離開(kāi)的任何噴霧架水噴嘴305(或噴霧架組件201的任何其它被損壞的部件)在由于進(jìn)入空氣管133內(nèi)的壓力和流動(dòng)特性所產(chǎn)生的作用力把噴霧架水噴嘴305拉進(jìn)壓縮機(jī)入口102和/或旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子111之前將被重力拉到進(jìn)入空氣管133的下表面136上。把噴霧架組件201設(shè)置在進(jìn)入空氣管收縮部分137而不設(shè)置在進(jìn)入空氣管收斂部分135的原因在于進(jìn)入空氣流的速度在進(jìn)入空氣管收縮部分137一般說(shuō)來(lái)比在進(jìn)入空氣管133的其它部分要高，結(jié)果，一般說(shuō)來(lái)，來(lái)自噴霧架組件201的被霧化的水將更有效地被夾帶進(jìn)流動(dòng)的進(jìn)入空氣氣流中。
圖4示出了在圖3中所示的噴霧架組件201的排列的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，以一個(gè)正視圖示出了單個(gè)的噴霧架301的相對(duì)位置，每個(gè)噴霧架水噴嘴305的定位，以及噴霧架的加強(qiáng)桿311的使用。在這一方面，經(jīng)驗(yàn)性地證實(shí)噴霧架的加強(qiáng)桿311的尺寸和連接形成了一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，它在結(jié)構(gòu)上將是堅(jiān)固的。一個(gè)噴霧架振動(dòng)監(jiān)視器411是一個(gè)也可以用來(lái)監(jiān)視在運(yùn)行方法中噴霧架組件201總的整體性的系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)在組件201中不能接受的共振。
圖5示出了圖3和4的噴霧架組件的組裝細(xì)節(jié)的平面圖，并示出了把熱量和水汽都添加到工作流體中的一種優(yōu)選的方式，使得在工作流體的溫度否則可能降低到可能會(huì)在入口形成有害的冰的溫度的情況下可以繼續(xù)實(shí)現(xiàn)功率的增加。優(yōu)選的方法包括提供蒸汽給入口102，例如通過(guò)蒸汽多支管319把蒸汽添加到噴霧架蒸汽管313中。在圖3,4和5的實(shí)施例中添加蒸汽提供足以實(shí)現(xiàn)在入口的溫度超過(guò)空氣中的水在壓縮機(jī)入口102結(jié)冰的溫度。對(duì)每個(gè)噴霧架蒸汽管313使用至少一個(gè)蒸汽孔315，但是優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是對(duì)于每個(gè)噴霧噴嘴305設(shè)置大約5個(gè)蒸汽孔315；沿著每根蒸汽管313同樣地設(shè)置這些蒸汽孔315，為的是可以相應(yīng)地基本上均勻地把熱量和水汽添加到工作流體中，如對(duì)于液體水的添加所希望的那樣。一般說(shuō)來(lái)，預(yù)期壓縮機(jī)入口102將是最可能由于在壓縮機(jī)入口102附近沿著殼體125的壁行進(jìn)或沿著殼體125的壁提供通道的較冷的進(jìn)入空氣而結(jié)冰，所以在所有的實(shí)施例中最好借助于管道313或借助在進(jìn)入空氣管的收縮部分137的周邊的其它補(bǔ)充裝置提供足夠的蒸汽，防止這樣地出現(xiàn)結(jié)冰。
為了進(jìn)一步確保氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101不受液體的任何突然沖入的負(fù)面影響，如果任何噴霧架是噴嘴305由它的噴霧架水管303上脫落將造成這樣的突然沖入，最好把一個(gè)限制孔317或其它適當(dāng)?shù)牧髁肯拗蒲b置(它的尺寸限制在各自的噴霧架水管303中水的通量)插進(jìn)噴霧架水管303的水源供應(yīng)管線中。一個(gè)蒸汽流量限制孔335也限制在任何蒸汽發(fā)送系統(tǒng)中任何斷裂的情況下添加的蒸汽的數(shù)量。
控制在壓縮機(jī)入口102的進(jìn)入空氣的溫度是重要的，以便防止所添加和基本上在進(jìn)入空氣中被夾帶的水在壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片附近的表面上凍結(jié)。冰可能使壓縮機(jī)進(jìn)入顫動(dòng)狀態(tài)，或可能斷裂，并與在軸流壓縮機(jī)段103中的旋轉(zhuǎn)的葉片115碰撞。
在壓縮機(jī)入口102中的工作流體的溫度最好用至少一個(gè)溫度傳感器(未畫(huà)出)監(jiān)視，以幫助確認(rèn)需要添加到進(jìn)入空氣中的蒸汽的適當(dāng)數(shù)量；在基本上是純水的情況下，一般說(shuō)來(lái)，進(jìn)入空氣的溫度應(yīng)該被保持在大約45華氏度以上，以確保在壓縮機(jī)入口102的絕熱膨脹將不會(huì)引起結(jié)冰。
在沒(méi)有例如通過(guò)蒸汽孔315添加蒸汽或被其它裝置提供加熱的情況下，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，這一溫度極限等于對(duì)采用本發(fā)明的濕法加壓技術(shù)添加純水的氣體渦輪提出了一個(gè)周?chē)鷾囟鹊南拗?。然而，通過(guò)添加蒸汽提供加熱(對(duì)于在簡(jiǎn)單循環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行的氣體渦輪發(fā)電設(shè)備100的一個(gè)添加的熱回收單元131中產(chǎn)生，或來(lái)自在一個(gè)在復(fù)合循環(huán)中運(yùn)行的一個(gè)設(shè)備中可供使用的低壓蒸汽)使得在相當(dāng)?shù)偷闹車(chē)鷾囟认驴梢允褂帽景l(fā)明。
特別地關(guān)于帶有進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻的復(fù)合循環(huán)運(yùn)行，可以額外地回收附加的當(dāng)前沒(méi)有利用的熱，并把這些熱量有利地應(yīng)用于進(jìn)入空氣的加熱目的，這是靠把來(lái)自蒸汽渦輪的凝聚熱交叉交換給進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻器(未畫(huà)出)。用來(lái)使進(jìn)入空氣加熱和加濕(等于把進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻器轉(zhuǎn)變成一個(gè)進(jìn)入空氣的蒸發(fā)加熱器/加濕器)，這樣，以添加的蒸汽注入(或者，可能，沒(méi)有蒸汽注入)，本發(fā)明的濕法加壓技術(shù)應(yīng)該可以在周?chē)鷾囟鹊陀?5華民度(7.2攝氏度)的情況下運(yùn)行，肯定低至15華氏度(-9.4攝氏度)的情況下可以運(yùn)行，但是，實(shí)際的較低溫度的運(yùn)行極限更適當(dāng)?shù)卦趥€(gè)案處理的基礎(chǔ)上確定。
最好通過(guò)在進(jìn)入空氣管的多支管部分139設(shè)置至少一個(gè)觀察口413提供克服潛在的破壞性的結(jié)冰在壓縮機(jī)入口102的壁上出現(xiàn)的一個(gè)附加的保護(hù)措施，這使得一個(gè)操作技術(shù)員可以觀察和掃描結(jié)冰的情況。如果使用這樣的觀察口413，使用一個(gè)攝像機(jī)(未畫(huà)出)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化信息收集方法，這是靠使得一個(gè)操作技術(shù)員可以在一個(gè)圖像屏幕監(jiān)視器上方便地觀察進(jìn)入空氣管133和/或壓縮機(jī)入口102的內(nèi)部。在這一方面，水質(zhì)量流量可能需要被減少或中斷，使得容易地充分觀察進(jìn)入空氣管133和/或壓縮機(jī)入口102的內(nèi)部的這一部分。一種對(duì)于把水提供給噴霧架組件201的系統(tǒng)的進(jìn)一步的可選的防止結(jié)冰的增強(qiáng)措施是也把一種材料混合進(jìn)水蒸汽中，這種材料降低水微粒的結(jié)冰溫度。在這一方面，結(jié)冰點(diǎn)降低劑比如甲醇可以被用來(lái)保證在進(jìn)入空氣中較低的工作溫度。
圖6示出了用來(lái)監(jiān)視氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的殼體125的與添加液體水有關(guān)的變形的一種可能的裝置的細(xì)節(jié)。在這一方面，如前面所表明的那樣，把明顯數(shù)量的霧化水的質(zhì)量添加到被軸流壓縮機(jī)段103處理的空氣中可能對(duì)氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101可能有一種有害的效應(yīng)，這是因?yàn)槔鋮s效應(yīng)關(guān)于包括軸流壓縮機(jī)段103的那部分殼體125的內(nèi)表面(內(nèi)周邊，內(nèi)壁)可能不是對(duì)稱的。如果殼體125的一部分的冷卻不等于對(duì)另一部分的冷卻，那么，殼體將偏離一種完全對(duì)稱的準(zhǔn)直狀況。這樣的變形可能促使在軸流壓縮機(jī)段103中內(nèi)部流體流動(dòng)的破壞，引起失速，或轉(zhuǎn)動(dòng)失速，在軸流壓縮機(jī)段103的部件中導(dǎo)致破壞性的應(yīng)力，或者，這樣的變形可能引起在軸流壓縮機(jī)段103的部件之間的機(jī)械摩擦，造成對(duì)這些部件的破壞，或者可能在最極端的情況下，造成壓縮機(jī)事故。
圖6示出一個(gè)激光發(fā)射器403，一個(gè)激光反射器405和一個(gè)激光靶407的使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)殼體125的變形的監(jiān)視。應(yīng)該注意到，使用激光反射器405提供一個(gè)對(duì)角度變形的響應(yīng)，如果需要，可以使用一系列激光反射器405，通過(guò)等于把角度位移乘以由激光發(fā)射器403發(fā)出的激光束在到達(dá)激光靶407上之前所走過(guò)的距離，來(lái)進(jìn)一步提高該組件對(duì)殼體125的變形的靈敏度。在激光不太靈敏的使用中，不使用激光反射器405。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，可以考慮對(duì)于傳統(tǒng)長(zhǎng)度的軸流壓縮機(jī)段103使用單一的激光反射器405(然而，在某些緊要的設(shè)計(jì)中，更靈敏的設(shè)置可能是最佳的)?？梢允褂枚嘟M激光發(fā)射器403，激光反射器405和激光靶407來(lái)監(jiān)視殼體125的不同部分的變形，或者，可以另外采用一個(gè)部分反射鏡(未畫(huà)出)把發(fā)自激光發(fā)射器403的光束分開(kāi)，隨后把它們指向裝在殼體125的不同部分上的不同的激光反射器405，用來(lái)被不同的激光靶407接受，每一個(gè)用來(lái)監(jiān)視殼體125的一個(gè)不同的部分的變形。
當(dāng)氣體渦輪發(fā)電設(shè)備100有裝到帶有進(jìn)入空氣管收縮部分137(此部分是對(duì)于噴霧架組件201的最佳位置)的殼體125的一根進(jìn)入空氣管133時(shí)，額外地關(guān)心殼體125的不對(duì)稱冷卻效應(yīng)，在這種情況下，進(jìn)入空氣管133的軸線(所述軸線被確定為與管道中主要流體流和流量的方向?qū)?zhǔn)的主要流體流和流量的截面的中點(diǎn)的連線)基本上垂直于轉(zhuǎn)子111的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(如在圖1中所示出的那樣)。在這種情況下，轉(zhuǎn)子軸127可以在橫截的并且懸在壓縮機(jī)入口多支管部分139的進(jìn)入空氣管內(nèi)的一個(gè)孔道中轉(zhuǎn)動(dòng)；該孔道構(gòu)成流體流動(dòng)的一個(gè)障礙，它與由相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線垂直的進(jìn)入空氣管軸線造成的基本上成直角的流體流動(dòng)方向的改變一起，對(duì)于獲得霧化的水在壓縮機(jī)入口102處的進(jìn)入空氣流中一個(gè)想要的相等和對(duì)稱的分布帶來(lái)了某些困難。
如前面所討論的那樣，在這種情況下，單個(gè)的噴霧架?chē)娮?05以及噴霧架水管303的位置，水質(zhì)量增量的確定和尺寸最好被設(shè)計(jì)成使殼體125有一個(gè)足夠?qū)ΨQ和均勻的冷卻，使殼體125將不會(huì)不可接受地變形。隨后實(shí)現(xiàn)通過(guò)被霧化的水質(zhì)量流量增量改變到達(dá)壓縮機(jī)入口102的被霧化的水的質(zhì)量流量，從而使由于操作在該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101中所引起的熱應(yīng)力足夠地達(dá)到最小，以保持氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的總的結(jié)構(gòu)整體性，這種熱應(yīng)力是由于使用了被改變的霧化的水的質(zhì)量流量而產(chǎn)生的。在這一方面，如果部件的表面溫度快速地下降(引起在該部件的表面部分的熱收縮)，而該合金部件的其余部分或者(a)沒(méi)有可以比較地收縮，或者(b)處在尺寸膨脹的狀態(tài)，由于到達(dá)壓縮機(jī)入口102的霧化的水的質(zhì)量流量的非常快速的改變可能(甚至在水在工作流體中的分布是均勻的情況下)在該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101內(nèi)的某些合金部件中引起裂紋。
本發(fā)明的另一個(gè)與濕法加壓有關(guān)的儀器增強(qiáng)措施涉及一個(gè)燃燒段液體存在傳感器的使用，來(lái)判定在壓縮機(jī)出口在到燃燒段的入口處液體的存在。在這一方面，它的用處或者是把所添加的水質(zhì)量流量的大小限制到這樣一個(gè)水平，使得在壓縮機(jī)出口處(到達(dá)燃燒段的入口)感知不到液體，或者是(如果燃燒室105足夠地堅(jiān)固，或是作了防護(hù)性涂布，能承受來(lái)自壓縮機(jī)出口的水的任何潛在的腐蝕效應(yīng))添加足夠的水可能確實(shí)是希望的，以便在燃燒段中確定地獲得液體，從而獲得更大的被擴(kuò)展的功率增加，其方式類似于現(xiàn)在在技術(shù)中靠把水噴入渦輪段中為了控制氮的氧化物(NO)所實(shí)現(xiàn)的方式。這樣一個(gè)傳感器或一組傳感器應(yīng)該被設(shè)置在在壓縮機(jī)出口處殼體125的內(nèi)周邊(內(nèi)壁)上，這是因?yàn)槿魏巫杂傻囊后w將被適當(dāng)?shù)赜捎陔x心作用而被運(yùn)動(dòng)到這部分。
為了幫助在氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)按照本發(fā)明的水的添加，在某些情況下把一臺(tái)方法控制計(jì)算機(jī)(未畫(huà)出)連接到閥門(mén)(未畫(huà)出)上，這些閥門(mén)是用于調(diào)節(jié)霧化的水的質(zhì)量流量的，并連接到激光靶407上，使得該方法控制計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行方法控制程序，用來(lái)控制(“打開(kāi)”或“關(guān)閉”)到每個(gè)單個(gè)的噴霧架水管303和噴霧架水噴嘴305的霧化的水的質(zhì)量流量，從而使殼體125的變形達(dá)到最小。在這一方面，本發(fā)明的某些實(shí)施例采用了單獨(dú)的調(diào)節(jié)噴嘴(未畫(huà)出)，可以把它們裝在噴霧架組件201中，或者裝在進(jìn)入空氣管133或壓縮機(jī)入口102的某個(gè)其它位置，在獲得濕法加壓方法的穩(wěn)定的和敏感的控制方面提供附加的自由度。該方法控制計(jì)算機(jī)也執(zhí)行控制到整個(gè)噴霧架組件201的壓力的程序，以便精細(xì)地調(diào)節(jié)水的總質(zhì)量流量。
另外，可以連接該方法控制計(jì)算機(jī)，來(lái)進(jìn)行每個(gè)溫度傳感器的溫度測(cè)量，測(cè)量來(lái)自噴霧架振動(dòng)監(jiān)視器411的輸入信號(hào)，測(cè)量來(lái)自燃燒段液體存在傳感器的輸信號(hào)，控制噴霧架蒸汽孔315的蒸汽流量，控制把結(jié)冰點(diǎn)降低劑添加到送進(jìn)的水中，簡(jiǎn)化其它測(cè)量，比如渦輪段葉片121的光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量，以及簡(jiǎn)化另外的測(cè)量和輸入信號(hào)的控制，為了全面地控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可以進(jìn)行這些測(cè)量和控制。
也設(shè)想這臺(tái)方法控制計(jì)算機(jī)可以如傳統(tǒng)上那樣考慮對(duì)于來(lái)自一個(gè)或幾個(gè)有關(guān)的氣體渦輪101的功率的要求，這些渦輪機(jī)裝有按照本發(fā)明的濕法加壓裝置，并按照這一要求的變化控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，或者可以有利地把對(duì)于本發(fā)明的濕法加壓系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方法控制系統(tǒng)與對(duì)于一個(gè)有關(guān)的化學(xué)生產(chǎn)方法或設(shè)備，例如采用裝有按照本發(fā)明的一個(gè)濕法加壓裝置的氣體渦輪101所發(fā)的電的設(shè)備的方法控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。在這一方面，一個(gè)具體的方法控制方案的設(shè)計(jì)和執(zhí)行超出了本發(fā)明所適合的范圍，但是認(rèn)為這是在對(duì)技術(shù)熟悉，對(duì)具體的運(yùn)行環(huán)境和狀態(tài)或情況的組合熟悉的人們的能力范圍以內(nèi)。
在運(yùn)行中，對(duì)于可以對(duì)一臺(tái)工業(yè)的氣體渦輪的凈輸出如可能在化學(xué)加工和工業(yè)發(fā)電運(yùn)行環(huán)境中通常所希望的那樣提供更高水平的功率增加的系統(tǒng)，在啟動(dòng)和關(guān)斷水的添加系統(tǒng)方法中最好以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量供應(yīng)霧化的水的質(zhì)量流量，使得在該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101中由于使用霧化的水而由運(yùn)行引起的熱應(yīng)力有效地達(dá)到最小，保護(hù)該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的結(jié)構(gòu)整體性。在這一方面，如果水的數(shù)量以增量的方式在一段時(shí)間內(nèi)增加，使得在一段時(shí)間內(nèi)以階梯的方式實(shí)現(xiàn)該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的各種部件之間可以有基本上的合理的熱平衡，直到水的流量是實(shí)現(xiàn)一個(gè)給定的較高水平的功率增加所要求的為止。當(dāng)減少水流量時(shí)，應(yīng)該在一段時(shí)間內(nèi)以增量的方式減少，這使得在一段時(shí)間內(nèi)以階梯的方式實(shí)現(xiàn)該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的各種部件之間可以有基本上的合理的熱平衡，直到水的流量是可以希望的液體水流量的最低數(shù)量為止(這可能是完全沒(méi)有任何水的添加)。因此，例如，這些增量的大小和間隔應(yīng)該使得不會(huì)使殼體125和轉(zhuǎn)子軸127膨脹或收縮到不同的程度和以不同的速率使它們膨脹或收縮，以至由于軸向上的對(duì)不準(zhǔn)而在這些部件之間出現(xiàn)機(jī)械摩擦。對(duì)技術(shù)熟悉的人將會(huì)理解到，對(duì)于不同的氣體渦輪所使用的升高速率(在干燥的基礎(chǔ)上)對(duì)于確定按照本發(fā)明應(yīng)該多快地添加或除去一個(gè)給定大小的增量，將提供一個(gè)容易的可以適用的基礎(chǔ)。
也可以在位置基礎(chǔ)上進(jìn)行霧化的水的質(zhì)量流量增量的調(diào)整，如前面已經(jīng)建議的那樣。在這一方面，例如，在殼體125中測(cè)得的一個(gè)變形可以最好地被在進(jìn)入空氣管133的上部(頂部)以一個(gè)不同的百分比以增量改變霧化的水的質(zhì)量流量而克服掉，該百分比與在進(jìn)入空氣管133的下部(底部)用來(lái)改變霧化的水的質(zhì)量流量的百分比不同。
在不同位置同時(shí)關(guān)于時(shí)間，應(yīng)該以一種方式添加或減去正的或負(fù)的水質(zhì)量增量，使得對(duì)氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的有害的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力適當(dāng)?shù)剡_(dá)到最小。在實(shí)施的初始階段，定期地(在該氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)101的不同的部件和它們之間的熱平衡已經(jīng)合理地達(dá)到之后)在把霧化的水的質(zhì)量流量添加到進(jìn)入空氣中或由進(jìn)入空氣中除去之前，證實(shí)殼體125的對(duì)準(zhǔn)是有用的。
在這一方面，在負(fù)載下運(yùn)行的大型機(jī)械中容易實(shí)現(xiàn)濕法加壓方面需要與在上面描述的技術(shù)中可以找到的任何有爭(zhēng)議的用濕法加壓使功率增加的內(nèi)容清楚地區(qū)分開(kāi)來(lái)，這些內(nèi)容包括在飛機(jī)中實(shí)現(xiàn)的短時(shí)間的濕法加壓，以及如被Nolan和Twombly報(bào)導(dǎo)的在地基渦輪機(jī)上所設(shè)想的某種形式的濕法加壓使功率增加的實(shí)踐；就本申請(qǐng)人所知的濕法加壓的任何有爭(zhēng)議的較早的文章中，在這些較小的氣體渦輪機(jī)中為了進(jìn)行濕法加壓而添加的水可能基本上以單一的增量“接通”的，(1)因?yàn)橐粋€(gè)較小的氣體渦輪(特別是在飛機(jī)上使用的)對(duì)于冷卻效應(yīng)在尺寸方面是不敏感的，(2)至少在飛機(jī)的情況下濕法加壓的使用只是進(jìn)行相對(duì)較短的時(shí)間期間，以及(3)在任何更長(zhǎng)時(shí)間中功率增加的水平相對(duì)較低。在大型的地基工業(yè)氣體渦輪中，用于濕法加壓而添加的水應(yīng)該基本上在位置和時(shí)間方面都是以一個(gè)階梯形的多個(gè)增量的方式“接通”的(或者，另外，“降低”或“關(guān)斷”)，(1)因?yàn)橐粋€(gè)大型的氣體渦輪在尺寸方面對(duì)來(lái)自添加的液體的有關(guān)的冷卻效應(yīng)是敏感的，(2)濕法加壓的使用是在持續(xù)的時(shí)間和進(jìn)行中的時(shí)間期間內(nèi)，以及(3)所追求的功率增加的水平通常是相當(dāng)大的，結(jié)果意謂著添加相當(dāng)大數(shù)量的的水。盡管如此，對(duì)于熟悉技術(shù)的人來(lái)說(shuō)將是明顯的以一種使得(a)減輕熱應(yīng)力，或(b)減輕熱膨脹和熱收縮的方式把大體積的水引進(jìn)任何類型的氣體渦輪中可以在任何類型的氣體渦輪中有利地采用，即使是那些被設(shè)計(jì)在它們的運(yùn)行環(huán)境中吸入大量的水的渦輪機(jī)也是一樣，比如飛機(jī)的渦輪機(jī)。
作為本發(fā)明所設(shè)想的添加水的水平的結(jié)果，并且因?yàn)槌恋砦镉捎诒惶砑拥囊后w水的蒸發(fā)而在壓縮機(jī)部件上沉積，發(fā)現(xiàn)這些沉積物超出現(xiàn)在被傳統(tǒng)的粗噴霧壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)清理的前幾排壓縮機(jī)葉片上出現(xiàn)。因?yàn)檫@些沉積物進(jìn)一步積累進(jìn)壓縮機(jī)中，預(yù)計(jì)將有性能上的損失，而這不是當(dāng)今的在線清洗系統(tǒng)和方法所能解決的，而可能知能通過(guò)不是優(yōu)選的選擇通過(guò)脫離主機(jī)的清理或把壓縮機(jī)打開(kāi)，用人工裝置清理它來(lái)解決。因此，本申請(qǐng)人發(fā)展了一種新穎的在線壓縮機(jī)清理方法，用來(lái)清理在一段時(shí)間內(nèi)采用濕法加壓增加功率的一個(gè)工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)段。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)通過(guò)氣體渦輪的性能的損失顯示出來(lái)壓進(jìn)行清理時(shí)，例如用來(lái)自位于壓縮機(jī)入口附近的一個(gè)可供使用的傳統(tǒng)的壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)的傳統(tǒng)的粗噴霧壓縮機(jī)清洗增量補(bǔ)充被噴霧架組件201提供的多個(gè)霧化的水的質(zhì)量流量增量，或者用來(lái)自粗噴霧壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)的一個(gè)相應(yīng)的質(zhì)量流量來(lái)代替一個(gè)或多個(gè)細(xì)噴霧的增量。由于沉積物的積累是在接續(xù)的幾排中(例如，在壓縮機(jī)的前4到5排以后)，最好定期地或間歇地把保留的細(xì)霧的一個(gè)或幾個(gè)增量添加到為了功率增加的目的正在使用的細(xì)霧增量的基本上不變的水量流量中，代替粗噴霧清洗增量，這些粗的噴霧增量可能在有效地接觸到那些后面的葉片排之前被離心作用到壓縮機(jī)壁上。另外，可以省去粗噴霧增量(它對(duì)于清洗初始幾排壓縮機(jī)葉片是有用的)，或這些粗噴霧增量可能不是以現(xiàn)有的傳統(tǒng)的粗噴霧壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)的形式容易地可供使用的，而采用細(xì)霧清洗增量也來(lái)清洗初始幾排的葉片。對(duì)于更后面的較高的壓縮機(jī)葉片排來(lái)說(shuō)，足夠的保留的細(xì)霧清洗增量可能不是可供使用的，例如，軸流多級(jí)壓縮機(jī)的第7,8排或更后排最好把每個(gè)噴霧架增量可控地除去，并使該渦輪機(jī)周期地或間歇地運(yùn)行一段時(shí)間，沒(méi)有水的添加，進(jìn)行揮發(fā)和/或使在壓縮機(jī)的這些部位的阻塞沉積物破裂。
在脫離主機(jī)的清理被認(rèn)為是正確的情況下，本發(fā)明類似地提供了一種離線的清理方法，它特別適用于在工業(yè)的氣體渦輪上使用，這些渦輪機(jī)已經(jīng)充分和大量采用了濕法加壓使功率增加。按照本發(fā)明的特點(diǎn)的這一方面，初始使渦輪如傳統(tǒng)的那樣以降低的轉(zhuǎn)子速度脫離工作線，通過(guò)在第二轉(zhuǎn)子速度下旋轉(zhuǎn)(典型地為每分鐘由900轉(zhuǎn)到1000轉(zhuǎn))使壓縮機(jī)段冷卻(通常按照渦輪機(jī)制造商的說(shuō)明文件和步驟)，并使其構(gòu)形適用于脫離主機(jī)的壓縮機(jī)清洗。隨后，使轉(zhuǎn)子速度在初始的使齒輪旋轉(zhuǎn)的速度和第二速度(冷卻或轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪速度)之間，此速度適宜于把泡沫清洗成份基本上在壓縮機(jī)的整個(gè)長(zhǎng)度上分布。隨后，把一個(gè)給定體積的泡沫清洗成份通過(guò)傳統(tǒng)的裝置比如空氣注入器輸入進(jìn)壓縮機(jī)中多種壓縮機(jī)清洗肥皂和成份是已知的，為此目的它們將形成一種適用的泡沫，或者通過(guò)使用某種形式的發(fā)泡劑可以容易地處理它們形成泡沫。在引進(jìn)泡沫清洗成份之后，建立一個(gè)降低的浸泡轉(zhuǎn)子速度(它可以是每分鐘零轉(zhuǎn)數(shù)，但是此速度比第二轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪冷卻速度要低)，浸泡繼續(xù)進(jìn)行，只要從按時(shí)間表渦輪的再次啟動(dòng)來(lái)看是實(shí)際的。然后，使轉(zhuǎn)子的速度提高，把泡沫的清洗成份由壓縮機(jī)排出，并通過(guò)壓縮機(jī)的長(zhǎng)度傳送液體水進(jìn)行漂洗，最好通過(guò)濕法加壓添加水的系統(tǒng)供應(yīng)漂洗的液體水。隨后，最好第二次用泡沫的清洗成份充滿渦輪機(jī)，并再次浸泡和漂洗。在確保漂洗水已經(jīng)由渦輪機(jī)適當(dāng)?shù)嘏懦鲆院螅乖摐u輪機(jī)的構(gòu)形適合于運(yùn)行，并再次啟動(dòng)它。
綜上所述，在這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的裝置和方法的幾個(gè)實(shí)施例，但是，對(duì)氣體渦輪技術(shù)熟悉的人同時(shí)將會(huì)認(rèn)識(shí)到，已經(jīng)描述的這些實(shí)施例絕不是被下面的權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的可能有用的實(shí)施例的全部。因此，盡管把液體水滴提供給工作流體的最優(yōu)選的形式采用在噴霧架組件201中的噴嘴305，但是，技術(shù)上已知的用來(lái)形成適當(dāng)?shù)囊后w霧或霧化的水滴其它裝置和方法(即水的超聲霧化器)在理論上可以在本發(fā)明的實(shí)踐中有利地使用。另外，盡管激光發(fā)射器和激光靶技術(shù)提供了精致的并且花費(fèi)不大的方法和裝置，用于控制與添加水到工作流體中有關(guān)的殼體125的角度變形，但是，應(yīng)該是顯然的也有其它技術(shù)可以被用來(lái)有利地產(chǎn)生相同類型的測(cè)量，并且，對(duì)于先有技術(shù)來(lái)說(shuō)是已經(jīng)很好地知道的，包括使用用來(lái)檢測(cè)重要的壓縮機(jī)摩擦的儀器(如在Simmons等人的“采用一個(gè)光學(xué)葉片頂端傳感器葉片的動(dòng)力學(xué)”，ASME文章No.90-GT-91(1990)和在Simmons等人的“轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的運(yùn)行，它對(duì)燃燒渦輪轉(zhuǎn)子的偏心度和啟動(dòng)動(dòng)力學(xué)的影響”ASME文章No.93-GT-273(1993)中所描述的那樣)，或者在完全的功率增加已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)有代表性的時(shí)間長(zhǎng)度之后簡(jiǎn)單地靠檢查壓縮機(jī)看有沒(méi)有任何壓縮機(jī)摩擦的證據(jù)。
本發(fā)明的使功率增加的裝置，系統(tǒng)和方法已經(jīng)具體地對(duì)于包括一個(gè)軸流壓縮機(jī)的氣體渦輪作了描述。然而，對(duì)技術(shù)熟悉的人將很容易認(rèn)識(shí)到，在這里描述的裝置，系統(tǒng)和方法對(duì)于被使用的其它類型的壓縮機(jī)或者在氣體渦輪系統(tǒng)中已經(jīng)知道的其它類型的壓縮機(jī)也將是有用的。示例1濕法加壓的好處的一個(gè)例子是在一臺(tái)WestinghouseW-501A渦輪的基本負(fù)荷能力以上估計(jì)26％的的功率增加，該渦輪有已有的進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，每分鐘把89加侖(每分鐘337升)霧化的熱的(典型的溫度在130華氏度(54.4攝氏度)和165華氏度(73.9攝氏度)之間)凝結(jié)水引進(jìn)該渦輪的壓縮機(jī)內(nèi)。使用五個(gè)階段增量通過(guò)一個(gè)噴霧架組件201和先前安裝的壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)達(dá)到每分鐘89加侖的流量，已經(jīng)證實(shí)每個(gè)增量不會(huì)引起殼體125的過(guò)量的變形。
按照本申請(qǐng)的圖1-6，噴霧系統(tǒng)被裝在兩臺(tái)WestinghouseW-501A氣體渦輪的進(jìn)入空氣管中。在每個(gè)這樣的系統(tǒng)中的五個(gè)噴嘴頭部中的每一個(gè)可以單獨(dú)地對(duì)一個(gè)共同的水供應(yīng)裝置用閥門(mén)控制，在考慮到與五個(gè)頭部供應(yīng)管線的每一個(gè)中的一個(gè)限制孔有關(guān)的壓力降以后，共同的水供應(yīng)裝置能夠提供近似80psi(550(kPa)到噴嘴。霧化足夠地細(xì)(在150到200微米的量級(jí))，容許水滴被夾帶在流到軸流壓縮機(jī)的空氣中，離壓縮機(jī)的入口大于8英尺。
基于包括空氣速度，牽引系數(shù)和噴嘴重量的計(jì)算，這一距離提供了降落時(shí)間，防止了在一個(gè)噴嘴可能斷裂脫落的情況下對(duì)壓縮機(jī)的破壞。在單獨(dú)的噴嘴架供應(yīng)管線中的限制孔在管線斷裂或噴嘴脫落的情況下把流量限制到大約35gpm(每分鐘加侖，每分鐘132升)因此保護(hù)了壓縮機(jī)不會(huì)受到無(wú)控制的水沖，那樣可能造成失速/波動(dòng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)也監(jiān)視超過(guò)預(yù)計(jì)的速率以上的流量。與已有的粗噴霧壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)(環(huán)形噴嘴)結(jié)合起來(lái)使用這一供應(yīng)系統(tǒng)，供應(yīng)總量89gpm(每分鐘337升)用來(lái)通過(guò)濕法加壓實(shí)現(xiàn)功率增加。
把光點(diǎn)被限制的一臺(tái)自包含的二極管(firearm targeting)激光裝在靠近壓縮機(jī)入口的前支承腿之間，在一個(gè)方便的位置。把一個(gè)反射鏡裝到燃燒器殼體上的一個(gè)方便的位置在軸向上離發(fā)射器大約102英寸(2.6米)的距離。光束被反射到裝在激光二極管發(fā)射器后面的一個(gè)靶上。光點(diǎn)在靶上的位置的改變(delta)通過(guò)關(guān)系式確定兩個(gè)安裝位置之間的角度的改變(alpha):alpha=反正切(delta/(2*102))。0度5分6秒的角度改變被表示為在干的運(yùn)行與帶有已有的壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)加上中心噴霧架(它有部分阻塞的噴嘴)的運(yùn)行之間的變形角度。這是由在激光靶的光點(diǎn)位置大約0.303英寸(7.7毫米)的改變確定用來(lái)的。這表示在干的壓縮機(jī)與在這一濕法加壓實(shí)驗(yàn)中使用的最大水量(89gpm或每分鐘337升)之間觀察到的最大變形。觀察到的變形角度是對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的最大容許設(shè)定值，并表示可容許的變形角度的大約80％，在0.090葉片頂端和密封公差.機(jī)械幾何形狀和激光安裝位置基礎(chǔ)上對(duì)于在激光安裝位置與反射鏡安裝位置之間(102英寸，或2.6米)假設(shè)是均勻的曲率，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子摩擦的要求的變形角度。
用89gpm壓縮機(jī)水在大約80華氏度(26.7攝氏度)下，在壓縮機(jī)入口/蒸發(fā)冷卻和噴霧架組件201證明了8.2兆瓦的“毛”功率增加，對(duì)于火焰溫度向下移動(dòng)12華氏度(6.7攝氏度)在控制曲線中的故意減小和壓縮機(jī)入口溫度3華氏度(1.7攝氏度)沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整。也觀察到熱速率的改善。
添加水的最大增量大約為20.5gpm(每分鐘77.6升)，使有關(guān)的功率由33.8兆瓦增加到36.2兆瓦(7.1％)采用壓縮機(jī)清洗系統(tǒng)(雖然在第三個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)之前在10分鐘平均時(shí)間間隔被使兩個(gè)噴霧架工作)。示例2使一臺(tái)有進(jìn)入空氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)(通常提供80％或更高的相對(duì)濕度分進(jìn)入空氣)的WestinghouseW-501A渦輪裝上如在這里描述和示出的噴霧系統(tǒng)，它包括五個(gè)噴霧頭部，每個(gè)頭部包括總數(shù)38個(gè)1-7N-316SS16型噴嘴(來(lái)自Spraying Systems公司，P,.O.Box7900,Wheaton,Illinois,60189)，結(jié)果有把超過(guò)每分鐘90加侖霧化的液體水提供給渦輪的壓縮機(jī)的能力。
如在圖7到9中所示出的那樣，由開(kāi)始產(chǎn)生功率的水平大約33.6兆瓦，第一頭部供應(yīng)大約每分鐘15.2加侖霧化的熱的凝結(jié)水，得到所產(chǎn)生的功率增加到大約37.3兆瓦在開(kāi)始產(chǎn)生功率的基礎(chǔ)上3.7兆瓦的增加，或大約11％。
隨后添加上第二頭部或噴霧架，在所測(cè)量的入口空氣溫度基本上沒(méi)有附加的降低，把霧化的水質(zhì)量流量的水平增量地提高到大約每分鐘30.4(每分鐘115升)于是實(shí)現(xiàn)了大約1.3兆瓦的進(jìn)一步的增加，到達(dá)大約38.6兆瓦。
添加上第三噴霧架，把水的質(zhì)量流量提高到大約每分鐘48加侖(每分鐘182升)，使由該氣體渦輪產(chǎn)生的功率提高到大約40.0兆瓦(再一次，一個(gè)增量大約增加1.3到1.4兆瓦)。
添加五個(gè)噴霧架中的第四個(gè)造成總的霧化水的質(zhì)量流量大約為每分鐘67加侖(每分鐘254升)，相應(yīng)地增加了的由該渦輪產(chǎn)生的功率為大約41.1兆瓦。
沒(méi)有添加第五個(gè)噴霧架，因?yàn)橐呀?jīng)達(dá)到與整流器有關(guān)的極限。對(duì)于以增量方式添加的每分鐘67加侖霧化的液體水，總的整體的功率增加為在啟動(dòng)功率生產(chǎn)量以上大約7.5兆瓦，或增加大約22.3％，這一增加量中的大約一半是由第一霧化水質(zhì)量流量增量實(shí)現(xiàn)的。觀察到了在實(shí)際的進(jìn)入空氣流量的一個(gè)明顯的增加，與第一噴霧架的啟動(dòng)一致，相信正是這個(gè)因素造成了由于添加第一個(gè)水質(zhì)量增量所實(shí)現(xiàn)的功率增加的大的初始增量的顯著的一部分。
在獲得了這一水平的功率增加之后，開(kāi)始把噴霧架除去(如在圖的右端功率產(chǎn)生的傾斜所表示的那樣(圖7))。由圖9進(jìn)一步觀察到，簡(jiǎn)單循環(huán)熱速率的一個(gè)整體的減小也伴隨著這一功率增加。
權(quán)利要求
1．用來(lái)增加一個(gè)工業(yè)氣體渦輪的凈輸出的方法，該氣體渦輪包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)入口，用來(lái)接受包括空氣的工作流體，該方法包括如下步驟以一種傾斜的方式，增量的方式或其它可控的增加方式把一種液體的液滴提供給被軸流壓縮機(jī)接受的工作流體中，該液體有高的蒸發(fā)潛熱，降低工作流體被壓縮引起的溫度上升，從而與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供所述液體時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比氣體渦輪的凈輸出獲得一個(gè)增加。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供給工作流體的液體是酒精或酒精與水的混合物，或水與一種或多種酒精的混合物。
3．按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，提供給工作流體的液體由液體水組成。
4．按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括使工作流體至少充分加濕的步驟。
5．按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供所述液體時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比氣體渦輪的凈輸出的所述增加至少大約為10％。
6．按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供所述液體時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比氣體渦輪的凈輸出的所述增加至少大約為20％。
7．按照權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，軸流多級(jí)壓縮機(jī)包括一個(gè)殼體，所述方法還包括測(cè)量殼體中的角度變形的步驟。
8．按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，采用組合起來(lái)的一個(gè)激光發(fā)射器和一個(gè)激光靶測(cè)量殼體的角度變形。
9．按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，主要做為細(xì)霧供應(yīng)液體水，其平均液滴直徑少于大約200微米。
10．按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量的方式把液體水供應(yīng)給入口，隨著時(shí)間改變?cè)隽康目偟馁|(zhì)量流量，可控地增加提供給入口的液體水的數(shù)量。
11．按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括把熱量和水汽提供給工作流體的步驟，使得在工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)功率的增加。
12．按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量的方式把液體水供應(yīng)給入口，隨著時(shí)間改變?cè)隽康目偟馁|(zhì)量流量，可控地增加提供給入口的液體水的數(shù)量。
13．按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括把熱量和水汽提供給工作流體的步驟，使得在工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)功率的增加。
14．按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括測(cè)量工作流體的溫度的步驟，以確保把熱量和水汽足夠均勻地添加到工作流體中，避免在入口形成有害的冰。
15．按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，提供熱量和水汽給工作流體的步驟包括把蒸汽提供給工作流體。
16．按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，軸流多級(jí)壓縮機(jī)包括一個(gè)殼體，所述方法還包括確保在工作流體總液體水有足夠均勻的分布的步驟，把該殼體的角度變形限制到一個(gè)通常預(yù)先確定的可以接受的界限以內(nèi)，這防止了軸流多級(jí)壓縮機(jī)的損壞。
17．按照權(quán)利要求1到5,12和13中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，渦輪是重型的工業(yè)氣體渦輪。
18．按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，主要做為細(xì)霧供應(yīng)液體，其平均液滴直徑少于大約200微米。
19．按照權(quán)利要求1到5,12和13中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，氣體渦輪還包括一個(gè)渦輪段，它有多個(gè)用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片，所述方法還包括監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布的步驟。
20．按照權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，主要做為細(xì)霧供應(yīng)液體，其平均液滴直徑少于大約200微米。
21．按照權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，關(guān)于時(shí)間在初始使液滴的質(zhì)量流量可控地增加，減輕在氣體渦輪中與把液體提供給工作流體有關(guān)的熱應(yīng)力，并且隨后，對(duì)于其余功率增加的時(shí)間保持基本上不變的質(zhì)量流速。
22．用來(lái)在一個(gè)給定的24小時(shí)時(shí)間內(nèi)至少大約6小時(shí)增加一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的凈輸出的一種方法，該渦輪有至少大約35兆瓦基本輸出，并包括對(duì)被該渦輪的一個(gè)軸流壓縮機(jī)接受的工作流體進(jìn)行蒸發(fā)冷卻的裝置，該方法包括如下步驟把包括液滴的液體水提供給被軸流壓縮機(jī)接受的工作流體，降低工作流體被壓縮引起的溫度上升，從而與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供所述液體水時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比該渦輪的凈輸出獲得一個(gè)增加。
23．按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該氣體渦輪在功率增加之前有至少大約60兆瓦基本輸出。
24．按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，該氣體渦輪在功率增加之前有至少大約80兆瓦基本輸出。
25．按照權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，關(guān)于時(shí)間在初始使液滴的質(zhì)量流量可控地增加，減輕在氣體渦輪中與把液體提供給工作流體有關(guān)的熱應(yīng)力，并且隨后，對(duì)于其余功率增加的時(shí)間保持基本上不變的質(zhì)量流速。
26．用來(lái)在一個(gè)給定的24小時(shí)時(shí)間內(nèi)至少大約6小時(shí)增加一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的凈輸出的一種方法，該氣體渦輪包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口，該方法包括如下步驟把包括液滴的液體水提供給被軸流壓縮機(jī)接受的工作流體，降低工作流體被壓縮引起的溫度上升，從而與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供所述液體水時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比該渦輪的凈輸出獲得一個(gè)增加。
27．按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供所述液體水時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比氣體渦輪的凈輸出的所述增加至少大約為10％。
28．按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，與在可以比較的條件下但是沒(méi)有提供液體水時(shí)該氣體渦輪的凈輸出相比氣體渦輪的凈輸出的所述增加至少大約為20％。
29．按照權(quán)利要求26到28中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于，至少把傳統(tǒng)的壓縮機(jī)清洗數(shù)量的水在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)地提供給工作流體。
30．按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，關(guān)于時(shí)間使初始的傳統(tǒng)壓縮機(jī)清洗數(shù)量的水可控地增加，減輕在氣體渦輪中與把液體提供給工作流體有關(guān)的熱應(yīng)力，并且隨后，對(duì)于其余功率增加的時(shí)間保持基本上不變的質(zhì)量流速。
31．按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，還包括把熱量和水汽提供給工作流體的步驟，使得在工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)功率的增加。
32．按照權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，還包括把熱量和水汽提供給工作流體的步驟，使得在工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)可以連續(xù)地實(shí)現(xiàn)功率的增加。
33．適用來(lái)增加一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的凈輸出的一種裝置，該氣體渦輪包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口，該裝置包括位置基本上鄰近壓縮機(jī)入口的第一裝置，用來(lái)把包括液滴的液體水提供給被軸流壓縮機(jī)接受的工作流體；以及用來(lái)把包括液滴的液體水提供給工作流體的補(bǔ)充裝置，該補(bǔ)充裝置的位置離開(kāi)壓縮機(jī)入口的距離比第一裝置要大。
34．按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，使第一裝置的構(gòu)形為并適用于以細(xì)霧的形式把水提供給工作流體，霧的平均液滴直徑少于大約200微米，在壓縮機(jī)入口這些水在工作流體中基本上均勻地分布。
35．按照權(quán)利要求33或34所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把包括液滴的液體水提供給工作流體的補(bǔ)充裝置包括用來(lái)把多個(gè)霧化的水的質(zhì)量流量增量提供給被壓縮機(jī)接受的工作流體的裝置。
36．按照權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，用來(lái)提供多個(gè)霧化的水的質(zhì)量流量增量的裝置包括一個(gè)噴霧架組件，它包括至少一根噴霧架水管，和至少一個(gè)與此噴霧架水管有關(guān)的噴霧架水噴嘴。
37．按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把液體水提供給工作流體的補(bǔ)充裝置的位置離開(kāi)壓縮機(jī)入口一個(gè)足夠的距離，從而如果在運(yùn)行中在負(fù)荷狀態(tài)下該補(bǔ)充裝置的任何結(jié)構(gòu)部件做為一個(gè)整體斷裂離開(kāi)該補(bǔ)充裝置，在由于在所述進(jìn)入空氣管道內(nèi)的壓力和流動(dòng)狀態(tài)所引起的作用力被拉進(jìn)與壓縮機(jī)自身的任何部件接觸之前，這樣的部件將會(huì)被重力拉到裝到渦輪殼體上在壓縮機(jī)入口前面的一根進(jìn)入空氣管道的下表面上。
38．按照權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，所述噴霧架組件包括一個(gè)或多個(gè)與所述噴嘴中的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)有關(guān)的限制孔，從而如果在渦輪運(yùn)行方法中各自噴嘴斷裂由噴霧架組件松開(kāi)，使到工作流體的水流量被有效地限制。
39．按照權(quán)利要求33所述的裝置還包括用來(lái)檢測(cè)在渦輪殼體中可能與把液體水添加到工作流體中有關(guān)的變形的裝置。
40．按照權(quán)利要求39所述的裝置，其特征在于，所述用來(lái)檢測(cè)在渦輪殼體中的變形的裝置包括結(jié)合起來(lái)的一個(gè)激光發(fā)射器和一個(gè)激光靶，它們被裝在渦輪殼體的外面。
41．按照權(quán)利要求33所述的裝置還包括用來(lái)把渦輪殼體中的變形控制在一個(gè)通常預(yù)先確定的可以接受的界限以內(nèi)的裝置，該界限可以防止對(duì)壓縮機(jī)的損壞。
42．按照權(quán)利要求41所述的裝置，其特征在于，所述用來(lái)控制在渦輪殼體中的變形的裝置包括連接到第一裝置和補(bǔ)充裝置中的一個(gè)或兩個(gè)上的一臺(tái)方法控制計(jì)算機(jī)，用來(lái)按照在渦輪殼體中所測(cè)量的變形調(diào)節(jié)所提供的水的質(zhì)量流量。
43．按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，氣體渦輪還包括一個(gè)渦輪段，它有多個(gè)用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片，所述裝置還包括用來(lái)監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布的裝置。
44．按照權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述用來(lái)監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布的裝置包括一個(gè)光學(xué)高溫計(jì)，用來(lái)通過(guò)一個(gè)光線管監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片發(fā)射出能量。
45．按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，還包括在壓縮機(jī)入口用來(lái)監(jiān)視有害的結(jié)冰的裝置。
46．按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，還包括一個(gè)裝置，用來(lái)在包括由第一和補(bǔ)充的添加液體水的裝置接受的水的工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)把熱量和水汽提供給工作流體。
47．按照權(quán)利要求46所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把熱量和水汽提供給工作流體的所述裝置包括多個(gè)蒸汽噴嘴，其位置離開(kāi)壓縮機(jī)入口一個(gè)足夠的距離，從而如果在運(yùn)行中在負(fù)荷狀態(tài)下任何所述多個(gè)噴嘴斷裂離開(kāi)殼體并被拉向壓縮機(jī)入口時(shí)，在被所述進(jìn)入空氣管道內(nèi)的壓力和流動(dòng)狀態(tài)所引起的作用力拉進(jìn)與壓縮機(jī)自身的任何部件接觸之前，噴嘴將會(huì)被重力拉到裝到渦輪殼體上在壓縮機(jī)入口前面的一根進(jìn)入空氣管道的下表面上，其特征還在于，在壓縮機(jī)入口蒸汽在工作流體中基本上均勻地分布。
48．按照權(quán)利要求45或47所述的裝置，其特征在于，還包括用來(lái)在所述壓縮機(jī)入口測(cè)量工作流體的溫度的裝置。
49．按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把水提供給工作流體的第一裝置和補(bǔ)充裝置結(jié)合起來(lái)的尺寸被做成把工作流體提供給壓縮機(jī)入口，此工作流體基本上包括在與完全加濕的空氣的混合物中至少包括大約0.75％重量百分比的液體水。
50．按照權(quán)利要求49或33所述的裝置，其特征在于，渦輪是重型的工業(yè)氣體渦輪。
51．按照權(quán)利要求49或33所述的裝置，其特征在于，渦輪裝有一個(gè)分開(kāi)的進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻裝置，冷卻吸進(jìn)渦輪中的周?chē)諝?，這些空氣是為了通過(guò)壓縮機(jī)入口進(jìn)入壓縮機(jī)段，并在那里被壓縮。
52．適用來(lái)增加一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的凈輸出的一種裝置，該氣體渦輪包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口，該裝置包括用來(lái)在一段運(yùn)行時(shí)間內(nèi)以多個(gè)霧化的水的質(zhì)量流量增量的方式把包括液滴的液體水提供給被軸流壓縮機(jī)接受的工作流體。
53．按照權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，用來(lái)提供多個(gè)霧化的水的質(zhì)量流量增量的所述裝置包括一個(gè)噴霧架組件，它包括至少一根噴霧架水管，和至少一個(gè)與此噴霧架水管有關(guān)的噴霧架水噴嘴。
54．按照權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于，使在噴霧架組件中的噴霧架?chē)娮斓某叽缱龀芍饕约?xì)霧的形式把所述液體水提供給所述工作流體，霧的平均液滴直徑少于大約200微米，在壓縮機(jī)入口這些水在工作流體中基本上均勻地分布。
55．按照權(quán)利要求54和53所述的裝置，其特征在于，噴霧架組件的位置離開(kāi)壓縮機(jī)入口一個(gè)足夠的距離，從而如果在運(yùn)行中在負(fù)荷狀態(tài)下任何噴霧架水噴嘴斷裂離開(kāi)該噴霧架組件，在由于在所述進(jìn)入空氣管道內(nèi)的壓力和流動(dòng)狀態(tài)所引起的作用力被拉進(jìn)與壓縮機(jī)自身的任何部件接觸之前，這樣的噴嘴將會(huì)被重力拉到裝到渦輪殼體上在壓縮機(jī)入口前面的一根進(jìn)入空氣管道的下表面上。
56．按照權(quán)利要求55所述的裝置，其特征在于，所述噴霧架組件包括一個(gè)或多個(gè)與所述噴嘴中的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)有關(guān)的限制孔，從而如果在渦輪運(yùn)行方法中各自噴嘴斷裂由噴霧架組件松開(kāi)時(shí)，使到工作流體的水流量被有效地限制。
57．按照權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，還包括用來(lái)檢測(cè)在渦輪殼體中可能與把液體水添加到工作流體中有關(guān)的變形的裝置。
58．按照權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，所述用來(lái)檢測(cè)在渦輪殼體中的變形的裝置包括結(jié)合起來(lái)的一個(gè)激光發(fā)射器和一個(gè)激光靶，它們被裝在渦輪殼體的外面。
59．按照權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，還包括用來(lái)把渦輪殼體中的變形控制在一個(gè)通常預(yù)先確定的可以接受的界限以內(nèi)的裝置，該界限可以防止對(duì)壓縮機(jī)的損壞。
60．按照權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于，用來(lái)控制在渦輪殼體中的變形的裝置包括連接到第一裝置和補(bǔ)充裝置中的一個(gè)或兩個(gè)上的一臺(tái)方法控制計(jì)算機(jī)，用來(lái)按照在渦輪殼體中所測(cè)量的變形調(diào)節(jié)所提供的水的質(zhì)量流量。
61．按照權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，氣體渦輪還包括一個(gè)渦輪段，它有多個(gè)用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片，所述裝置還包括用來(lái)監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布的裝置。
62．按照權(quán)利要求61所述的裝置，其特征在于，所述用來(lái)監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布的裝置包括一個(gè)光學(xué)高溫計(jì)，用來(lái)通過(guò)一個(gè)光線管監(jiān)視每個(gè)所述用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片發(fā)射出能量。
63．按照權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，還包括在壓縮機(jī)入口用來(lái)監(jiān)視有害的結(jié)冰的裝置。
64．按照權(quán)利要求63所述的裝置，其特征在于，還包括一個(gè)裝置，用來(lái)在包括由第一和補(bǔ)充的添加液體水的裝置接受的水的工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的期間內(nèi)把熱量和水汽提供給工作流體。
65．按照權(quán)利要求64所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把熱量和水汽提供給工作流體的所述裝置包括多個(gè)蒸汽噴嘴，其位置離開(kāi)壓縮機(jī)入口一個(gè)足夠的距離，從而如果在運(yùn)行中在負(fù)荷狀態(tài)下任何所述多個(gè)噴嘴斷裂離開(kāi)殼體并被拉向壓縮機(jī)入口時(shí)，在被所述進(jìn)入空氣管道內(nèi)的壓力和流動(dòng)狀態(tài)所引起的作用力拉進(jìn)與壓縮機(jī)自身的任何部件接觸之前，噴嘴將會(huì)被重力拉到裝到渦輪殼體上在壓縮機(jī)入口前面的一根進(jìn)入空氣管道的下表面上，其特征還在于，把多個(gè)蒸汽噴嘴在空間上設(shè)置成，方向定成并分布成使得在壓縮機(jī)入口蒸汽在工作流體中基本上均勻地分布。
66．按照權(quán)利要求64或65所述的裝置，其特征在于，還包括用來(lái)在所述壓縮機(jī)入口測(cè)量工作流體的溫度的裝置。
67．按照權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于，在所述噴霧架組件中使用足夠數(shù)量的噴霧架水噴嘴用來(lái)把工作流體提供給壓縮機(jī)入口，此工作流體基本上包括在與完全加濕的空氣的混合物中至少包括大約0.75％重量百分比的液體水。
68．一種發(fā)電裝置，它包括一臺(tái)氣體渦輪，它包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口；用來(lái)把包括液體水滴的液體水提供給被壓縮機(jī)接受的工作流體的裝置；以及用來(lái)把熱量和水汽提供給被壓縮機(jī)接受的工作流體的裝置，使得在工作流體的溫度否則可能降低到在壓縮機(jī)入口會(huì)形成有害的冰的渦輪運(yùn)行的期間內(nèi)液體水可以被提供給工作流體。
69．一種發(fā)電裝置，它包括一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪，它包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口；用來(lái)把包括液體水滴的液體水提供給被壓縮機(jī)接受的工作流體的裝置；以及用來(lái)測(cè)量當(dāng)把液體水提供給工作流體時(shí)殼體的角度變形的裝置。
70．一種發(fā)電裝置，它包括一臺(tái)有一個(gè)壓縮機(jī)工業(yè)氣體渦輪，該壓縮機(jī)帶有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口，進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻裝置，以及用來(lái)把水添加到被壓縮機(jī)接受的工作流體中的裝置，達(dá)到超過(guò)工作流體被充分加濕的程度。
71．按照權(quán)利要求70所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把水添加到工作流體中的裝置包括位置靠近壓縮機(jī)入口的一個(gè)壓縮機(jī)清洗裝置。
72．按照權(quán)利要求70所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把水添加到工作流體中的裝置包括一個(gè)或多個(gè)噴霧架組件，其中每一個(gè)包括至少一根噴霧架水管，和至少一個(gè)與此噴霧架水管有關(guān)的噴霧架水噴嘴。
73．按照權(quán)利要求72所述的裝置，其特征在于，用來(lái)把水添加到工作流體中的裝置還包括位置靠近壓縮機(jī)入口的一個(gè)壓縮機(jī)清洗裝置。
74．按照權(quán)利要求70所述的裝置，其特征在于，工業(yè)氣體渦輪的凈輸出當(dāng)不使用所述用來(lái)把水添加到工作流體中的裝置時(shí)至少大約為35兆瓦。
75．按照權(quán)利要求74所述的發(fā)電裝置，其特征在于，氣體渦輪的凈輸出當(dāng)不使用所述用來(lái)實(shí)現(xiàn)濕法加壓使功率增加的裝置時(shí)至少大約為60兆瓦。
76．按照權(quán)利要求75所述的發(fā)電裝置，其特征在于，氣體渦輪的凈輸出當(dāng)不使用所述用來(lái)實(shí)現(xiàn)濕法加壓使功率增加的裝置時(shí)至少大約為80兆瓦。
77．一種發(fā)電裝置，它包括a)一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪，它包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口，b)一個(gè)裝置，它同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作流體的進(jìn)入空氣的蒸發(fā)冷卻和其后使此渦輪的凈輸出增加，這是靠把足夠的液體水噴霧進(jìn)工作流體中，實(shí)現(xiàn)工作流體的充分加濕，并靠在壓縮機(jī)的一級(jí)或多級(jí)中進(jìn)行級(jí)間蒸發(fā)冷卻的措施。
78．一種發(fā)電裝置，它包括a)一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪，它包括一個(gè)軸流多級(jí)壓縮機(jī)，它有一個(gè)用來(lái)接受包括空氣的工作流體的入口，b)用來(lái)增加這樣的渦輪的凈輸出的裝置，此裝置包括(ⅰ)位置基本上鄰近壓縮機(jī)入口的第一裝置，用來(lái)把包括液滴的液體水提供給被軸流壓縮機(jī)接受的工作流體；以及(ⅱ)用來(lái)把包括液滴的液體水提供給工作流體的補(bǔ)充裝置，該補(bǔ)充裝置的位置離開(kāi)壓縮機(jī)入口的距離比第一裝置要大。
79．用來(lái)在線地清洗一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)段的一種方法，通過(guò)把液體水以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量的方式提供給此渦輪的壓縮機(jī)入口已經(jīng)使該渦輪的功率輸出增加了一段時(shí)間，霧化的水的液滴平均直徑大約為200微米或更小，此方法包括下列的一個(gè)或多個(gè)步驟a)或者用被一個(gè)位置靠近壓縮機(jī)入口的壓縮機(jī)清洗裝置提供的粗的壓縮機(jī)清洗增量補(bǔ)充多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量，或者用來(lái)自所述壓縮機(jī)清洗裝置的粗的壓縮機(jī)清洗形式的相應(yīng)的水的質(zhì)量流量代替一個(gè)或多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量；b)定期地或間歇地提供一個(gè)或多個(gè)附加的這樣的霧化水質(zhì)量流量增量；以及c)定期地或間歇地可控地除去所有添加到壓縮機(jī)的水的增量，并在線地運(yùn)行該渦輪一段時(shí)間，揮發(fā)或使阻塞的沉積物破裂。
80．用來(lái)在線地清洗一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)段的一種方法，通過(guò)把液體水以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量的方式提供給此渦輪的壓縮機(jī)入口已經(jīng)使該渦輪的功率輸出增加了一段時(shí)間，霧化的水的液滴平均直徑大約為200微米或更小，并且該渦輪裝有可調(diào)節(jié)的進(jìn)口導(dǎo)向葉片，此方法包括定期地或?qū)崿F(xiàn)地調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)向葉片同時(shí)保持到該渦輪的壓縮機(jī)的液體水的最大質(zhì)量流速的步驟。
81．用來(lái)離線地清洗一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)段的一種方法，通過(guò)把液體水以多個(gè)霧化的水質(zhì)量流量增量的方式提供給此渦輪的壓縮機(jī)入口已經(jīng)使該渦輪的功率輸出基本上連續(xù)地增加了一段時(shí)間，它包括a)使該渦輪離線地達(dá)到一個(gè)降低了的轉(zhuǎn)子速度；b)在第二轉(zhuǎn)子速度下冷卻壓縮機(jī)段，準(zhǔn)備把可發(fā)泡的清洗成份引進(jìn)到壓縮機(jī)中；以及，在一次或多次循環(huán)中，c)建立在第一降低了的轉(zhuǎn)子速度與第二轉(zhuǎn)子速度之間的一個(gè)轉(zhuǎn)子速度，用來(lái)使一個(gè)發(fā)泡的清洗成份基本上在壓縮機(jī)的整個(gè)長(zhǎng)度上分布；d)輸入一定體積的發(fā)泡的清洗成份到壓縮機(jī)中，或在壓縮機(jī)中形成一定體積的發(fā)泡的清洗成份；e)建立一個(gè)降低的浸泡轉(zhuǎn)子速度，此速度為每分鐘大約0轉(zhuǎn)數(shù)或更高，但它比步驟b)的第二轉(zhuǎn)子速度低；f)把發(fā)泡的清洗成份在壓縮機(jī)中保持一個(gè)要求的浸泡時(shí)間間隔；g)提高轉(zhuǎn)子速度，把發(fā)泡的清洗成份排出，并通過(guò)壓縮機(jī)的長(zhǎng)度運(yùn)送液體水，進(jìn)行漂洗；以及h)把漂洗的液體水供應(yīng)給壓縮機(jī)，基本上把所有清洗成份除去。
全文摘要
一種功率增加裝置和方法用來(lái)有效地把水的質(zhì)量流量添加到被一臺(tái)工業(yè)氣體渦輪的壓縮機(jī)接受的工作流體中,特別是用來(lái)把水的質(zhì)量流量添加到充分加濕的工作流體中,用來(lái)減少壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮的功,并獲得被該渦輪產(chǎn)生的功率的一個(gè)凈增加,所述裝置和方法最好包括一個(gè)噴霧架組件的使用,它包括至少一個(gè)噴霧架水管和至少一個(gè)噴霧架水噴嘴,該組件理想上被設(shè)置在離開(kāi)壓縮機(jī)入口一定距離。最好以增量方式添加水的質(zhì)量流量,這些增量與噴霧架水管和有關(guān)的噴嘴相對(duì)應(yīng)。公布了:用一個(gè)光學(xué)高溫計(jì)監(jiān)視在渦輪段中用流體冷卻的轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布,檢測(cè)來(lái)自所添加的水中的雜質(zhì)的使這些轉(zhuǎn)子葉片中的冷卻通道的阻塞,在氣體渦輪的壓縮機(jī)入口附近監(jiān)視工作流體的溫度預(yù)防結(jié)冰的可能性,一種變形測(cè)量裝置,以及把熱量和水汽最好是蒸汽同時(shí)到工作流體中,作為把本裝置和方法的使用擴(kuò)展到較低周?chē)諝鉁囟认逻\(yùn)行的一個(gè)手段。
文檔編號(hào)F02C3/30GK1219217SQ97194694
公開(kāi)日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1997年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月14日
發(fā)明者理查德·E·扎卡里, 羅格·D·霍德森, 詹姆斯·E·亨利, 威廉·E·萊夫利 申請(qǐng)人:陶氏化學(xué)公司