[發明專利]用于發動機的功率增大系統以及加濕空氣的方法

無效

• 申請號: 201010214219.3
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101936219A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 羅伯特·布朗德
• 申請（專利權）人: 燃氣渦輪機效率瑞典公司
• 主分類號: F02C7/141
• 分類號: F02C7/141;F02C7/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江;田軍鋒

技術領域

本發明涉及一種液體噴射系統、包含噴射系統的功率增大系統以及更有效地加濕空氣且提高發動機輸出量的方法。該噴射系統和功率增大系統可用于提高發動機的輸出。

背景技術

燃氣渦輪發動機包括用于將加壓空氣提供給燃燒器的壓縮機。空氣在燃燒器中與燃料混合并且被點燃，從而產生熱的燃燒氣體。這些氣體流到渦輪機部分上，在該渦輪機部分處能量被提取以便給壓縮機提供動力，并且提供有用功，例如給飛行器提供動力。

渦輪機輸出的降低與環境空氣溫度的增加成比例。然而，由于環境空氣溫度的升高，例如，由于較高的空氣調節負載，通常要求產生更大的功率。因此，希望在功率需求增大的期間能通過輔助系統產生附加功率。

一種用于提高功率輸入的輔助系統具有噴嘴，該噴嘴朝壓縮機的入口管或壓縮機喇叭口噴射通常為水的小液滴。這些系統試圖在空氣進入燃氣渦輪機時在新的較低的溫度下加濕空氣。較低的空氣溫度對應于較高的空氣密度，并因此對應于導致較高的渦輪機軸輸出的質量流量。必須被加入空氣中以便充分降低溫度的液體的量由燃氣渦輪機的空氣流速、環境溫度和濕度條件確定。

液體噴射系統是一種用于產生較大功率的比較便宜且“技術含量較低”的方法。然而，液體在壓縮機中可能會損壞壓縮機葉片。例如，金屬表面與液滴的撞擊可能會導致金屬表面中的微裂紋發展，并且可能導致表面蝕損。為了避免液體撞擊葉片，噴霧應該在撞擊葉片之前就在壓縮機中基本蒸發。這種蒸發同樣也對吸入的空氣進行了加濕，而這正如前面所述，正是降低空氣溫度和密度所需要的。為了提高液滴在撞擊葉片之前蒸發的可能性，必須產生小直徑的液滴。小直徑通常為小于大約40微米。具有這樣的小直徑的噴射液體通常稱為被“霧化”，產生許多小直徑液滴的系統通常稱為發霧系統。

可以使用一些方法來制造這種小尺寸的液滴。通常，最簡單的方法是通常在大約3000psi下由滑動裝置/制動器(skid)提供高壓液體，以便直接將液滴霧化。其它方法可包括將液體穿過沖擊波或穿過超聲波霧化器。高壓液體產生平均尺寸為大約10微米至大約20微米的數量級的液滴，但是，也可產生較大的液滴，即，大于20微米且高達大約40微米的液滴。

使用前面所述的制造液滴的方法可能會有一些問題。特別地，要求滑動裝置在3000psi下傳送高度加壓的液體可能會在滑動裝置上施加應力。此外，由于要求噴嘴噴射高度加壓的液體，因此它們具有較小的工作區域。

為了嘗試解決此問題，現有的噴嘴陣列可具有多個級(stage)。該陣列的每個載液管可具有多個用于噴射液態霧的噴嘴。多個管集成(manifolded)在一起，或互相連通以便形成一級。一級僅指連接到單個液體源上的可獨立控制的多個噴嘴。General?Electric?SPRITS^TM系統，即常規系統，包括五級。在該系統中，當啟動級一時，液體流到集成在一起的管中，以便形成級一，并且僅從這些噴嘴中噴射液體。然后，可以在關閉或不關閉級一時啟動其它級。

常規系統通常會遇到局部過飽和和加濕不足的問題。這些問題是由于和所需的水流速相比啟動了過多的噴嘴而造成的。常規陣列設計為使得空氣/水比率僅關于管道的總的橫截面面積或空氣的流動面積相平衡。

此外，大多數常規系統在恒定壓力下運行每個級，該壓力是由再循環系統設定的。子部分中的所有噴嘴僅以最大流速流動。例如，在一半流量下，大約一半的管流動而不是所有的管以半流量而流動。因此，空氣的子部分可變得飽和，這表示任何附加的水都沒有蒸發并且自由地接觸葉片。此外，較大的，即40微米的液滴與較小的液滴相抵消，即加濕了空氣。未蒸發的較大的液滴可在壓縮機中凝結形成多個液體條帶，這可能會導致更大的損壞。此外，由于這種設計產生了過飽和區域，因此還產生了空氣非常干燥的區域。常規系統的噴嘴并未設置成允許過飽和區域與靠近噴嘴陣列的干燥區域混合，因此，其不具有足夠的時間在靠近葉片之前蒸發。

發明內容

本發明為一種裝置，例如噴嘴陣列，其用于在空氣進入發動機之前更加有效和充分地將噴射液體傳送到空氣中，以及一種用于包括該裝置的用于發動機的功率增大系統。所述噴射液體降低了空氣的溫度，這就增加了空氣的密度。密度更大的空氣給發動機提供了更大的功率。噴嘴陣列的這種結構實現了空氣與靠近空氣噴射點的水及通過整個水噴射區域的水的更加均勻的混合。這樣，就使可利用的蒸發時間最大化。在靠近陣列的“混合區域”中形成的混合越好，下游的混合就越均勻，并且空氣在靠近渦輪機之前基本蒸發的可能性就越大。