[發(fā)明專利]用于增加渦輪機(jī)動(dòng)力輸出的系統(tǒng)和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710145345.6
• 申請日: 2007-09-11
• 公開（公告）號: CN101144431A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托馬斯·瓦格內(nèi);卡洛斯·塞薩爾
• 申請（專利權(quán)）人: 燃?xì)鉁u輪機(jī)效率公司
• 主分類號: F02C9/00
• 分類號: F02C9/00;B08B3/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 段斌;魏金霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)的領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及用于結(jié)合水輸送設(shè)備的高壓壓縮機(jī)清洗的系統(tǒng)和方法，用于提高燃?xì)鉁u輪機(jī)的質(zhì)量流，從而提高其動(dòng)力輸出，由此使用預(yù)定的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化模型控制該系統(tǒng)。

背景技術(shù)

產(chǎn)生動(dòng)力需要燃?xì)鉁u輪機(jī)消耗大量的空氣。燃?xì)鉁u輪機(jī)極大程度上依賴于用于其性能的周圍空氣狀況。例如溫度、氣壓和含水量等周圍空氣狀況影響燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)壓縮空氣的能力，因此影響其性能。換句話說，燃?xì)鉁u輪機(jī)動(dòng)力是壓縮所能達(dá)到的總質(zhì)量流的函數(shù)，結(jié)合燃料和膨脹以驅(qū)動(dòng)渦輪部。質(zhì)量流量直接與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出成比例。燃?xì)鉁u輪機(jī)是固定體積機(jī)器(即，它們按照固定的幾何形狀運(yùn)行)，從而，空氣密度是燃?xì)鉁u輪機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的能力中起重要作用的一個(gè)參數(shù)?？諝鉁囟群涂諝饷芏戎苯酉嗷リP(guān)聯(lián)。隨著空氣溫度升高，空氣密度減小，從而使得質(zhì)量流的勢能降低。隨著質(zhì)量流減小，燃?xì)鉁u輪機(jī)的輸出也降低。其它對燃?xì)鉁u輪機(jī)的性能具有重要影響的關(guān)鍵參數(shù)包括壓力比和壓縮效率。

通過控制燃?xì)鉁u輪機(jī)的進(jìn)氣口處的水汽含量能夠控制質(zhì)量流。因此，空氣能夠飽含水汽，以將總質(zhì)量流回復(fù)到渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的最高水平。飽和可通過僅僅使渦輪機(jī)周圍的空氣飽和產(chǎn)生。替代地，一種增大總質(zhì)量流更積極的方法是向渦輪機(jī)的壓縮機(jī)或燃燒室內(nèi)噴水，以使空氣過飽和。過飽和允許熔化熱進(jìn)一步向工作流體加壓并且將渦輪機(jī)輸出增大到高于飽和空氣輸出水平的水平。

然而，因?yàn)槿細(xì)鉁u輪機(jī)在給定的時(shí)間周期內(nèi)遇到的溫度的范圍(即，溫度以24小時(shí)或一年的時(shí)間周期變化)，難以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目諝怙柡汀Ｓ捎谶@些溫度變化，飽和所需的水也相應(yīng)地變化。對于給定的天氣和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載條件，要達(dá)到飽和或過飽和需要對應(yīng)的水量。因而，使用了濕度檢測和抽吸裝備以提供適當(dāng)?shù)?、用于?shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)娘柡突蜻^飽和水平的水量。使用過多的水會(huì)導(dǎo)致“噴灑過多”，在此情況下，空氣不能吸收/保持多余的水。通過腐蝕和/或浸沒燃?xì)鉁u輪機(jī)的氣道，多余的水能夠損害運(yùn)行。相反，水太少將不會(huì)使空氣飽和，并且不會(huì)實(shí)現(xiàn)充分的質(zhì)量流增加效果。

另一個(gè)問題是渦輪機(jī)內(nèi)、尤其是壓縮機(jī)內(nèi)污物或雜質(zhì)粒子的積聚，其能夠影響燃?xì)鉁u輪機(jī)的效率，因此影響其動(dòng)力輸出。例如燃?xì)鉁u輪機(jī)等機(jī)器消耗大量的空氣?？諝夂谐矢m和小顆粒狀的雜質(zhì)粒子，通常，它們進(jìn)入到壓縮機(jī)并且粘附在壓縮機(jī)的氣體通道內(nèi)的部件上。因?yàn)槎逊e的污物增加了部件表面的粗糙度，壓縮機(jī)污物改變氣體通道部件的邊界層氣流的特性。隨著空氣流過所述部件，表面粗糙度的增加導(dǎo)致邊界層氣流增厚。邊界層氣流的增厚對壓縮機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性產(chǎn)生不利影響。在葉片的后緣，氣流形成尾流。此尾流是旋渦狀的湍流，對氣流有不利的影響。邊界層越厚，尾流湍流越強(qiáng)。尾流湍流和較厚的邊界層一起降低了通過發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量流。厚邊界層和強(qiáng)尾流湍流使壓縮壓力增益減小，這轉(zhuǎn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)以降低的壓力比運(yùn)行。壓力比降低使得發(fā)動(dòng)機(jī)的效率降低。另外，壓縮機(jī)的污物降低了壓縮機(jī)的等熵效率和多變效率。壓縮機(jī)效率降低意味著壓縮等量的空氣時(shí)壓縮機(jī)需要更多的動(dòng)力。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)所需的動(dòng)力增加，從而，驅(qū)動(dòng)負(fù)載所能用的余量動(dòng)力變少。

清洗燃?xì)鉁u輪機(jī)消除污物，這可以在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后進(jìn)行，也可以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。在前面的示例中，當(dāng)將清洗水噴射進(jìn)壓縮機(jī)內(nèi)時(shí)，可以使用其起動(dòng)馬達(dá)曲柄起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)軸。曲柄起動(dòng)時(shí)，通過化學(xué)作用和機(jī)械運(yùn)動(dòng)去除污物。水和去除的污物材料通過氣流輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的排出端。此過程稱為“曲柄”清洗或者“離線”清洗。離線清洗的替代方案是“在線”清洗，其中在運(yùn)行中清洗發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料時(shí)，“在線”或者“燃燒”清洗發(fā)生。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，清洗水被噴射進(jìn)壓縮機(jī)。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，水的保留時(shí)間短，此沖洗不像曲柄清洗那樣有效，但是卻允許在運(yùn)行時(shí)清洗。

典型地，為了增加燃?xì)鉁u輪機(jī)動(dòng)力，在整個(gè)渦輪機(jī)上使用了大量的測量儀表以測量機(jī)器的溫度、位移、壓力和填充量。然而，因?yàn)槠浒嘿F、使用上的復(fù)雜、以及發(fā)生由于測量儀表不一致或故障所產(chǎn)生的操作失誤的趨勢和可能增加，依賴于這種大量的測量儀表的動(dòng)力增加是有問題的。需要在增加燃?xì)鉁u輪機(jī)動(dòng)力時(shí)避免對這種復(fù)雜、大量的測量儀表的依賴性。

因此，工業(yè)上需要用于在使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化模型控制系統(tǒng)的操作條件的廣泛范圍上增加燃?xì)鉁u輪機(jī)的動(dòng)力輸出的方法和設(shè)備，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括但不限于固定式燃?xì)鉁u輪機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容

用于增加燃?xì)鉁u輪機(jī)的動(dòng)力輸出的示例系統(tǒng)包括：

(a)泵單元，具有或不具有變頻控制，具有正排量泵的優(yōu)選構(gòu)造；