Система и способ для повышения выходной мощности газотурбинного двигателя

Система и способ для повышения выходной мощности газотурбинного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области стационарных газотурбинных установок. Газотурбинный двигатель содержит ротор, установленный внутри корпуса. Ротор включает компрессор для сжатия окружающего воздуха и турбину для расширения отработавших газов. Сжатый воздух направляется в камеру сгорания, в которой осуществляется сжигание топлива вместе со сжатым воздухом, а полученные в результате продукты сгорания расширяются при прохождении через турбину. Турбина приводит во вращение компрессор. Поскольку выходная мощность турбины больше мощности, необходимой для работы компрессора, на валу имеется избыточная располагаемая мощность. Эта избыточная мощность используется для привода нагрузок, таких как электрогенератор, насос, компрессор, винт или тому подобное. Настоящее изобретение, в частности, относится к способу и системе для увеличения выходной мощности на валу стационарных газотурбинных двигателей, которые могут быть использованы в различных эксплуатационных режимах. Настоящее изобретение обеспечивает такие преимущества, как экономия топлива и улучшенная экологическая характеристика, достигаемая за счет уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Уровень техники

Газотурбинные двигатели потребляют большие количества воздуха. При этом их характеристики в значительной степени зависят от параметров окружающего воздуха. Температура воздуха, давление и содержание воды влияют на степень сжатия воздуха в компрессоре газотурбинного двигателя, и тем самым они будут влиять на характеристики газотурбинного двигателя. Известно, что высокие температуры окружающего воздуха приводят к потерям выходной мощности, в то время как при низких температурах выходная мощность газотурбинного двигателя увеличивается.

Существуют три основных параметра, которые оказывают значительное влияние на характеристики газотурбинного двигателя, а именно массовый расход, отношение давлений и индикаторный к.п.д. компрессора. Газотурбинные двигатели относятся к машинам с постоянным объемом, т.е. они работают с неизменяемой геометрией. Это означает, что при увеличении плотности воздуха увеличивается и массовый расход. Массовый расход относится к параметрам, в наибольшей степени влияющим на характеристики двигателя, т.к. массовый расход прямо пропорционален выходной мощности двигателя.

Потери мощности при высоких температурах окружающей среды привлекли внимание к различным новым техническим решениям, направленным на восполнение потерянной мощности. Один широко распространенный на практике метод заключается в охлаждении входящего воздуха за счет испарения воды. Этот метод может быть практически осуществлен путем промывки входящего воздуха в водяном скруббере. При испарении воды в результате теплообмена с воздухом теплосодержание воздуха переходит в скрытую теплоту парообразования. Испарение позволяет увлажнять воздух до достижения состояния насыщения. Для сухого и горячего климата пустынь это может привести к весьма значительному охлаждению воздуха. Метод испарительного охлаждения оказывает двойное влияние на характеристики газовой турбины. Во-первых, более низкая температура повышает плотность и тем самым массовый расход. Во-вторых, масса испаренной воды добавляется к массовому расходу воздуха.

Вариантом по отношению к водяному скрубберу является метод распыления воды, в соответствии с которым форсунки, размещенные во входном воздушном канале выше по потоку от входа компрессора, распыляют воду. За счет нагнетания воды под высоким давлением форсунки распыляют воду в виде пыли (тумана) из мелких капель. Размеры капель, как правило, находятся в интервале от 5 до 30 мкм. Такие капли небольших размеров переносятся потоком воздуха через входной канал и будут испаряться прежде, чем они достигнут входа в компрессор. Однако указанный метод требует осуществления хорошего контроля психометрических параметров воздуха и расхода воздуха в двигателе. Если нагнетается слишком много воды, то воздух не сможет захватывать ее в виде влаги, и все капли не будут испаряться. Избыток воды будет увлажнять стенки канала, где он может привести к коррозии и проблеме затопления. С другой стороны, недостаточный расход воды не будет насыщать воздух влагой.

Недостаток, присущий описанным выше методам, использующим скруббер и форсунку, заключается в ограничении эффекта охлаждения количеством воды, которое может захватить воздух, прежде чем он достигнет состояния насыщения. Альтернативный метод с более высоким эффектом охлаждения заключается в охлаждении входящего воздуха. Этот метод предусматривает использование холодильного агрегата, который охлаждает входящий воздух за счет теплоты, отбираемой этим холодильным агрегатом. Метод позволяет охлаждать входящий воздух до более низких температур по сравнению с температурами, при которых может происходить испарительное охлаждение. Однако недостаток этого метода заключается в больших инвестиционных расходах, что, как оказалось, ограничивает применимость этого метода.

Возвращаясь к методу испарительного охлаждения посредством распыления водяного тумана, следует отметить, что он имеет некоторые выгоды. Достигается высокий эффект охлаждения при относительной простоте используемого оборудования. В местах с жарким и сухим климатом обычно достигается повышение мощности на 15%. Иногда сообщалось о повышении мощности на 25%. Однако поскольку в период от ночного до дневного времени будут происходить изменения температуры, требование в отношении воды также изменяется. Чтобы обеспечить именно необходимое количество воды, должны быть предусмотрены надлежащие требования к насосу. Слишком большое количество воды приведет к "избыточному распылению", т.к. воздух не может увлечь с собой излишек воды. Излишек воды может быть вредным для эксплуатации двигателя, поскольку может привести к коррозионному повреждению и заполнению воздушного канала водой. В противоположной ситуации со слишком малым количеством воды воздух не будет насыщаться, и полный эффект охлаждения достигаться не будет. Окружающие условия меняются за счет сезонных изменений, а также от часа к часу. Это обстоятельство, кроме того, устанавливает строгие требования к насосному агрегату. Более низкий предел производительности насоса устанавливают в том случае, когда достигаемое повышение мощности дает незначительное преимущество, а более высокую производительность насоса устанавливают в течение нескольких дней в году с исключительно сухой и жаркой погодой. Для заданной погодной ситуации и реализуемой нагрузки двигателя состояние насыщения достигается при соответствующем определенном количестве воды. На практике это приводит к тому, что производительность насоса имеет широкие пределы. Общепринятое техническое решение заключается в установке насосов различной производительности каскадом, т.е. несколько насосов соединены параллельно, при этом насос №1 имеет небольшую производительность, насос №2 имеет производительность, в два раза большую, чем насос №1, насос №3 имеет производительность, превышающую в два раза производительность насоса №2, и так далее. Как правило, насосный агрегат образуют пять насосов. Путем включения в работу одного, двух или большего количества насосов в различных комбинациях можно реализовать очень большой интервал производительности насосного агрегата.

Другой способ повышения выходной мощности относится к охлаждению компрессора. Охлаждение компрессора приводит к уменьшению работы сжатия, что, в свою очередь, приводит к большему располагаемому избытку мощности на валу. Охлаждение компрессора предпочтительно осуществляют путем впрыскивания пыли из мелких капель в газовый тракт компрессора, где испарение и охлаждение происходят внутри компрессора. Например, устанавливают форсунки в промежутке между дисками компрессора. Быстрый рост температуры внутри компрессора при совершении работы сжатия инициирует процесс испарения. Этот метод известен как "мокрое сжатие" и применяется с успехом. Альтернатива размещению форсунок внутри компрессора заключается в их размещении перед входом в компрессор. В этом случае будет происходить такое же "мокрое сжатие".

Еще один способ повышения выходной мощности газовой турбины заключается во впрыске воды в камеру сгорания газовой турбины. В камере сгорания вода испаряется горячими газообразными продуктами сгорания, и образуется водяной пар. Водяной пар вместе с газообразными продуктами сгорания расширяется в турбине. Выходная мощность турбины увеличивается в зависимости от вклада массового расхода пара. Кроме того, вода охлаждает пламя, что, в свою очередь, позволяет сжигать большее количество топлива и вдобавок сохранять такую же температуру горения. Этот последний эффект обеспечивает дополнительную выходную мощность. Помимо повышения мощности другая характерная особенность способа с впрыском в камеру сгорания заключается в том, что он весьма эффективен с точки зрения уменьшения выхода NOx. Образование NOx в значительной степени связано с высокой температурой пламени. При впрыске воды в камеру сгорания пламя охлаждается, и в результате образование NOx подавляется.

Другая существующая проблема заключается в образовании в компрессоре осадка. Машины, через которые протекает воздух, подобные газовым турбинам, потребляют большое количество воздуха. Воздух содержит посторонние частицы в виде аэрозолей, которые поступают в компрессор и прилипают к элементам газового тракта компрессора. Образование осадка в компрессоре приводит к изменениям пограничного слоя воздушного потока, который формируется при обтекании элементов газового тракта. Наличие осадка обуславливает увеличение шероховатости поверхности элемента компрессора. Поскольку поверхность элемента обтекается воздухом, увеличение шероховатости поверхности приводит к увеличению толщины пограничного слоя воздушного потока. Утолщение пограничного слоя воздушного потока оказывает негативное влияние на аэродинамические характеристики компрессора. На хвостовой кромке лопатки воздушный поток образует спутный турбулентный след. Этот турбулентный след вихревого типа оказывает отрицательное воздействие на поток воздуха. Чем толще пограничный слой, тем более развитым будет соответствующий турбулентный след. Турбулентный след наряду с утолщением пограничного слоя приводят к снижению массового расхода в двигателе. Пониженный массовый расход является наиболее важным эффектом, обусловленным образованием осадка в компрессоре. Кроме того, утолщенный пограничный слой и развитый турбулентный след приводят к снижению степени сжатия в компрессоре, что в свою очередь приводит к функционированию двигателя при пониженном отношении давления. Тому, кто знаком с термодинамическими рабочими циклами, понятно, что пониженное отношение давлений в цикле приводит к снижению к.п.д. двигателя. Уменьшение степени сжатия представляет собой второй наиболее значительный эффект, связанный с осадкообразованием в компрессоре. Помимо того, образование осадка в компрессоре уменьшает изоэнтропический и политропический к.п.д. компрессора. Уменьшение к.п.д. компрессора означает, что компрессор требует больших затрат энергии на сжатие такого же количества воздуха. Поскольку мощность, затрачиваемая на привод компрессора, отбирается от турбины через вал, то, следовательно, на привод нагрузки будет приходиться меньше дополнительной располагаемой мощности.

Единственный известный путь борьбы с образованием осадка заключается в том, чтобы смыть его. Промывка может проводиться при выключенном двигателе. В этом случае, пока в компрессор впрыскивают промывочную жидкость, вал газотурбинного двигателя прокручивают с помощью пускового двигателя. При этом образовавшийся осадок удаляют с помощью химических реагентов и механического движения элементов компрессора в процессе прокручивания вала. Жидкость и удаленный материал осадка транспортируют к выходному концу двигателя с использованием потока воздуха. Описанную процедуру называют промывкой с "прокручиванием" или промывкой в "автономном режиме". Альтернативой промывке с прокручиванием является промывка в "оперативном режиме". В этом случае двигатель промывают в процессе его функционирования. При осуществлении промывки в оперативном режиме жидкость впрыскивают в компрессор во время вращения ротора с высокой скоростью. Благодаря высоким скоростям вращения ротора и короткому периоду пребывания жидкости в компрессоре эффективность такой промывки не столь высока по сравнению с промывкой, проводимой с прокручиванием ротора. Но этот способ имеет преимущество в том, что он позволяет производить промывку во время работы двигателя.

Однако даже если, как показано выше, и существует большое количество различных способов повышения выходной мощности газотурбинных двигателей, таких как стационарный газотурбинный двигатель, в настоящее время не известен способ, который был бы способен обеспечить повышение выходной мощности в широком интервале режимов работы двигателя, и в то же время предлагал решение, которому были бы присущи экономичность и удобство использования.

Раскрытие изобретения

В связи с изложенным задача настоящего изобретения заключается в обеспечении многоцелевых способа и системы для повышения выходной мощности газотурбинного двигателя и, в частности, стационарного газотурбинного двигателя, которые обеспечивают повышенную выходную мощность в широком интервале режимов работы.

Другая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении многоцелевых способа и системы для повышения выходной мощности газотурбинного двигателя и, в частности, стационарного газотурбинного двигателя, которые представляют собой экономичное и удобное для использования решение.

Эти и другие задачи решаются в соответствии с настоящим изобретением путем обеспечения способа и системы, особенности которых охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные воплощения изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечивается система для повышения выходной мощности газотурбинного двигателя, содержащего входной канал (воздуховод), расположенный перед самим газотурбинным двигателем, включающим, в свою очередь, камеру сгорания и компрессор, имеющий ряд лопаток. Предложенная система характеризуется наличием насосного агрегата, включающего в себя насос с регулируемой скоростью (числом оборотов), предназначенный для повышения давления жидкости; блок управления, подключенный к насосному агрегату с помощью линии передачи сигнала и предназначенный для регулирования числа оборотов насоса; устройство для промывки, соединенное с насосным агрегатом посредством подводящего трубопровода и содержащее, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан, соединенный с насосным агрегатом посредством подводящего трубопровода и, по меньшей мере, с одной форсункой посредством трубопровода и предназначенный для регулирования расхода жидкости, подводимой, по меньшей мере, к одной форсунке, при этом, по меньшей мере, одна форсунка устройства для промывки приспособлена для впрыска струи распыленной жидкости таким образом, чтобы эта струя падала на поверхность лопаток компрессора и смачивала эти лопатки, обеспечивая тем самым удаление с лопаток осажденного материала; и, по меньшей мере, одно устройство для впрыска, содержащее, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан, соединенный с насосным агрегатом посредством подводящего трубопровода и, по меньшей мере, с одной форсункой посредством трубопровода и предназначенный для регулирования расхода жидкости, подводимой, по меньшей мере, к одной форсунке, причем, по меньшей мере, одна форсунка устройства для впрыска жидкости предназначена для впрыска струи распыленной жидкости в воздушный поток в воздуховоде для того, чтобы увеличить массовый расход воздуха, при этом может быть увеличена выходная мощность газотурбинного двигателя.

В соответствии со вторым аспектом обеспечивается способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя, содержащего воздуховод, расположенный перед самим газотурбинным двигателем, включающим камеру сгорания и компрессор, содержащий ряд лопаток. Предложенный способ включает стадии: повышения давления жидкости, используя насосный агрегат, включающий насос с регулируемым числом оборотов; регулирование числа оборотов насосного агрегата с помощью блока управления, подключенного к насосному агрегату посредством линии передачи сигнала; подачу жидкости к устройству для промывки, соединенному с насосным агрегатом посредством подводящего трубопровода, при этом устройство для промывки содержит, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан, соединенный с насосным агрегатом посредством подводящего трубопровода и, по меньшей мере, с одной форсункой посредством трубопровода; регулирование с помощью указанного клапана расхода жидкости, подводимой, по меньшей мере, к одной форсунке; впрыск струи распыленной жидкости таким образом, чтобы эта струя падала на лопатки компрессора и смачивала лопатки, обеспечивая тем самым удаление с лопаток осадка, используя при этом, по меньшей мере, одну форсунку устройства для промывки; подачу жидкости, по меньшей мере, к одному устройству для впрыска жидкости, соединенному с насосным агрегатом с помощью подводящего трубопровода, при этом, по меньшей мере, одно устройство для впрыска жидкости, включает, по меньшей мере, одну форсунку и, по меньшей мере, один клапан, соединенный с насосным агрегатом посредством подводящего трубопровода и, по меньшей мере, с одной форсункой посредством трубопровода; регулирование расхода жидкости, подводимой, по меньшей мере, к одной форсунке, используя для этого указанный клапан; и впрыск струи распыленной жидкости в воздушный поток в воздуховоде, используя для этого, по меньшей мере, одну форсунку устройства для впрыска жидкости с тем, чтобы увеличить расход воздуха, при этом выходная мощность газотурбинной установки повышается.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения обеспечивается компьютерный программный продукт, загружаемый в память цифрового компьютера, включающий кодовые части программы для осуществления стадий способа, соответствующего второму аспекту настоящего изобретения, с использованием на компьютере компьютерного программного продукта.

Настоящее изобретение, таким образом, основано на идее увеличения массового расхода с тем, чтобы повысить выходную мощность газотурбинного двигателя. В основе изобретения лежит использование воды как средства повышения расхода в двигателе и тем самым увеличения его выходной мощности. Использование воды не только повышает выходную мощность, но дает также выгоды с точки зрения экологии, такие, как снижение вредных выбросов в атмосферу. В изобретении творчески объединен метод промывки двигателя, по меньшей мере, с одним из методов, а именно методом испарительного охлаждения, методом промежуточного охлаждения компрессора и методом охлаждения пламени в камере сгорания. Все эти методы основаны на использовании воды, и задача изобретения заключается именно в обеспечении методов испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, охлаждения пламени в камере сгорания и промывки двигателя с использованием воды.

Испарительное охлаждение, промежуточное охлаждение компрессора, охлаждение пламени в камере сгорания и промывка двигателя являются общепринятыми методами, используемыми при эксплуатации газотурбинных двигателей во всем мире. Однако настоящее изобретение раскрывает, каким образом эти методы могут быть скомбинированы на одной и той же газотурбинной установке с получением ранее не известного синэнергетического эффекта. Кроме того, изобретение раскрывает, каким образом применяют стандартное оборудование с уменьшением тем самым затрат на практическое осуществление изобретения. В стандартном оборудовании в качестве рабочего тела используют воду при высоком давлении, при этом выгодные практические эксплуатационные эффекты выявлены от использования комбинации метода промывки, по меньшей мере, с одним из методов, включающих метод испарительного охлаждения, метод промежуточного охлаждения компрессора и метод охлаждения пламени в камере сгорания. Предложенная система является тем самым многоцелевой системой, предназначенной для обеспечения различных действий, направленных на улучшение эксплуатационных характеристик газотурбинного двигателя. Благоприятные эффекты, помимо того, будут раскрыты на предпочтительных воплощениях изобретения. В качестве ссылок на известные методы следует указать следующие патентные документы: US 6718771 (Kopko), из которого известна система испарительного охлаждения, обеспечивающая функционирование газотурбинной установки при высоких температурах; US 5868860 (Asplund), где раскрыто использование жидкости высокого давления для промывки компрессоров газотурбинных установок; US 6644935 (Ingistov), где описана сборная конструкция форсунки для впрыска воды в промежуточную ступень компрессора; US 3976661 (Cheng), где раскрыты эффекты повышения мощности за счет впрыска воды в камеру сгорания.

В соответствии с настоящим изобретением, как описано далее в предпочтительных воплощениях, изобретение, включающее метод испарительного охлаждения, метод промежуточного охлаждения компрессора, метод охлаждения пламени в камере сгорания и метод промывки двигателя, может быть осуществлено с использованием только одного насоса, если насосный агрегат спроектирован соответствующим образом для такого практического использования. Задача настоящего изобретения заключается именно в обеспечении устройств для осуществления испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, охлаждения пламени в камере сгорания и промывки двигателя с использованием только одного насоса.

Согласно изобретению, как отмечено далее, в предпочтительных воплощениях необходимы наличие воды при высоком давлении и возможность значительного изменения ее расхода. Как отмечено выше, из уровня техники в области насосов известна реализация агрегата с несколькими параллельно включенными насосами, как правило, с пятью насосами, каждый из которых имеет различную производительность. При одном работающем насосе наличие двух или большего количества насосов при различных сочетаниях их производительностей позволяет реализовать очень широкий диапазон производительностей насосного агрегата. Настоящее изобретение раскрывает использование одного насоса с регулируемым числом оборотов, где число оборотов определяется частотой тока, а надлежащую частоту устанавливают с помощью регулятора частоты тока. Задача настоящего изобретения заключается как раз в упрощении используемого оборудования за счет использования только одного насоса для осуществления испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, охлаждения пламени в камере сгорания и промывки двигателя.

Опытным путем установлено, что испарительное охлаждение, промежуточное охлаждение компрессора, охлаждение пламени в камере сгорания и промывка двигателя редко проводятся по определенной заданной программе. Например, ввиду того, что температура воздуха меняется от часа к часу, проведение испарительного охлаждения также изменяется. В качестве другого примера можно отметить, что сезонные изменения загрязнения воздуха загрязняющими веществами могут обуславливать различные свойства осадка и, следовательно, различную потребность в промывке. Эти два случая и многие другие случаи требуют получения непрерывной информации о рабочем состояния двигателя. Требуются специальные решения для обеспечения оптимизированной эксплуатации. В соответствии с изобретением проведение испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, охлаждения пламени в камере сгорания и промывки двигателя с использованием одного и того же насосного агрегата будет упрощать эксплуатацию двигателя, как описано ниже в предпочтительном воплощении настоящего изобретения. Задача настоящего изобретения заключается в упрощении эксплуатации.

Согласно изобретению испарительное охлаждение, промежуточное охлаждение компрессора, охлаждение пламени в камере сгорания и промывка двигателя проводятся с использованием одного и того же насосного агрегата, что упрощает эксплуатацию, а также позволяет использовать дополнительные капитальные затраты на оборудование. Понятно, что если устройство для промывки обеспечивает один поставщик, а устройство испарительного охлаждения - другой поставщик, то результирующие капиталовложения в эти два устройства будут высокими. Кроме того, эксплуатация различных автономных устройств связана со значительными ограничениями с точки зрения требований, предъявляемым к рабочим характеристикам, запасным частям и техническому обслуживанию. В соответствии с изобретением для испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, охлаждения пламени в камере сгорания и промывки двигателя используют один насосный агрегат, что снижает требования к капиталовложениям, запасным частям и техническому обслуживанию. Задача настоящего изобретения заключается как раз в снижении требований к капиталовложениям, запасным частям и техническому обслуживанию.

Отработанная вода, как результат осуществления описанных выше методов, будет отводиться из двигателя. Эта воду можно отводить в виде водяного пара через отводящую трубу, или же она может находиться в виде конденсата. В частности, в случае проведения промывки с прокручиванием промывочная вода будет выливаться из выпускного конца двигателя. Вода содержит удаленный с лопаток материал осадка, а также масла, жиры и ионы металла, выходящие из самого двигателя. Эта вода является вредным веществом и должна быть собрана и подвергнута очистке. Вода также может появляться во входном воздуховоде при осуществлении струйного испарительного охлаждения. Эта вода также должна быть собрана и подвергнута очистке. Задача настоящего изобретения состоит как раз в обеспечении устройства для очистки отработанной воды. Очищенная отработанная вода может быть использована вновь для промывки, и таким образом обеспечивается система без отвода жидкой воды. Кроме того, повторное использование воды уменьшает общее ее потребление. Задача настоящего изобретения заключается и в том, чтобы избежать выброса воды и уменьшить ее потребление за счет обеспечения системы с замкнутым контуром циркуляции жидкой воды.

Характерные особенности настоящего изобретения как в отношении организации, так и способа работы, наряду с другими задачами и преимуществами изобретения, будут более понятны из нижеследующего описания со ссылками на сопровождающие чертежи. Следует хорошо понимать, что чертежи служат в целях иллюстрации и раскрытия и не предназначены для ограничения объема изобретения. Указанные выше и другие задачи, решаемые с помощью настоящего изобретения, и предлагаемые им преимущества станут более очевидными из нижеследующего описания и сопровождающих чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - типичная конфигурация входного воздуховода рассматриваемого газотурбинного двигателя.

Фиг.2 - воплощение системы, соответствующей настоящему изобретению, установленной на стационарном газотурбинном двигателе.

Фиг.3 - другое воплощение системы, соответствующей настоящему изобретению, установленной на стационарном газотурбинном двигателе.

Фиг.4 - воплощение системы, соответствующей настоящему изобретению, включающей устройство для промывки и устройство испарительного охлаждения.

Фиг.5 - воплощение системы, соответствующей настоящему изобретению, включающей устройство для промывки и устройство для промежуточного охлаждения компрессора.

Фиг.6 - воплощение системы, соответствующей настоящему изобретению, включающей устройство для промывки и устройство для охлаждения камеры сгорания.

Осуществление изобретения

Газотурбинные двигатели широко используются в различных случаях практического применения. Приведенное ниже описание сфокусировано на эксплуатации газотурбинных двигателей, используемых на электростанции. Однако настоящее изобретение не ограничено указанным применением. Специалист в данной области техники может осуществить описанные методы различными путями и при этом еще оставаться в пределах решения задач настоящего изобретения.

Газотурбинный двигатель электростанции, как правило, установлен в кожухе, который обеспечивает защиту от атмосферного влияния и уменьшает распространение звука. Кожух имеет вход для воздуха, поступающего в газотурбинный двигатель, и выход для выброса отработавших газов. На фиг.1 показана типичная конфигурация входного воздуховода такого газотурбинного двигателя. Стрелками показано направление движения потока воздуха. Атмосферный воздух поступает в воздуховод 101 через жалюзи 102, защищающие от влияния окружающей атмосферы, и далее через соруудерживающую решетку 103 и воздушный фильтр 104 на вход газотурбинного двигателя 10. Газотурбинный двигатель 10 содержит ротор с лопатками и внешний корпус 11. Установленные на переднем конце вала лопатки 12 компрессора сжимают воздух до высокого давления, как правило, со степенью сжатия от 10 до 30. Сжатый воздух направляется в камеру 13 сгорания. В камере сгорания сжигается топливо (не показано). Горячие продукты сгорания расширяются при прохождении через турбину 14 и покидают установку через выпускной канал (не показан).

В соответствии с изобретением в зоне расположения входного воздуховода, а также в компрессоре и камере сгорания установлены форсунки. Чтобы разобраться в том, почему эти форсунки имеют именно такие характеристики, какие они имеют, необходимо знать параметры окружающей среды, при которых функционируют форсунки. Как показано на фиг.1, атмосферный воздух А проходит наружные жалюзи, соруудерживающую решетку и фильтр с умеренной скоростью, обычно со скоростью 10 м/сек. Из зоны В воздух перемещается в зону С также с умеренной скоростью. Далее воздух поступает во входную камеру, в зону D. Входная камера 19 спрофилирована в виде раструба с тем, чтобы обеспечить ускорение потока воздуха. На входной стороне Е компрессора скорость воздуха, как правило, составляет половину скорости звука или 180 м/сек. Цель ускорения потока воздуха заключается в достижении высокой скорости, необходимой для совершения компрессором работы сжатия. При прохождении внутри компрессора скорость воздуха за счет сжатия снижается в соответствии с увеличением его плотности. Внутри камеры сгорания скорости, как правило, составляют менее 100 м/сек. Форсунки, которые впрыскивают воду в компрессор и в камеру сгорания, осуществляют подачу воды в условиях высокой плотности газа, и, кроме того, малых геометрических размеров. Небольшие геометрические размеры, высокая скорость и высокая плотность обуславливают жесткие требования, предъявляемые к форсункам.

На фиг.2 показан входной воздуховод стационарного газотурбинного двигателя, показанного на фиг.1. Фиг.2 иллюстрирует применение устройства испарительного охлаждения, устройства для промывки, устройства промежуточного охлаждения и устройства охлаждения пламени в камере сгорания, соответствующих изобретению. Устройство испарительного охлаждения представляет собой устройство, формирующее "туман", т.е. которое позволяет распылять воду в виде пыли (тумана) из мелких испаряющихся капель. Устройство промывки представляет собой устройство для впрыскивания воды на входе компрессора. Устройство промежуточного охлаждения компрессора является устройством "мокрого сжатия" для впрыскивания воды в поток воздуха высокого давления между ступенями компрессора. Наконец, устройство охлаждения камеры сгорания представляет собой устройство для впрыскивания воды в камеру сгорания.

На фиг.2 отображен насосный агрегат 201 (в деталях не показан), содержащий насос объемного типа для нагнетания жидкости под высоким давлением, приводимый в действие с помощью электродвигателя переменного тока с регулируемой частотой, где частота тока управляет числом оборотов насоса. В качестве варианта насосный агрегат может содержать альтернативный электродвигатель, например электродвигатель постоянного тока, при этом электрический ток электродвигателя управляет числом оборотов насоса. Насос повышает давление жидкости максимум до 140 бар, предпочтительно до 35 бар, более предпочтительно до 70 бар. Такое давление, как установлено, является оптимальным для многоцелевой эксплуатации с осуществлением испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, промывки двигателя и охлаждения камеры сгорания. Максимальная производительность насоса устанавливается в соответствии с расчетным расходом воздуха через газотурбинную установку. Производительность насоса приводится в соответствие с отношением расходов жидкости и воздуха, в котором расход жидкости входит в числитель, а расход воздуха - в знаменатель. Если расход жидкости выражен в литрах в минуту, а расход воздуха в килограммах в секунду, то это отношение находится в интервале от 03, до 0,5. Как установлено, это отношение является оптимальным для указанной многоцелевой эксплуатации с осуществлением испарительного охлаждения, промежуточного охлаждения компрессора, промывки двигателя и охлаждения камеры сгорания.

Нагретая вода может быть выгодной для использования, например для промывки компрессора. С этой целью насосный агрегат 201 снабжен резервуарами и нагревателями для нагревания воды. Кроме того, для использования в качестве моющего средства или в качестве ингибиторов коррозии компрессора по окончании работы двигателя могут быть выгодны химические реагенты. С этой целью насосный агрегат 201 включает средства ввода жидкости, предназначенные для подачи в воду жидких химических реагентов.

Насосный агрегат 201 регулируют с помощью блока 202 управления. Блок 202 управления (подробности выполнения не показаны) содержит средства ручного управления и средства программного регулирования, обеспечивающие работу насосного агрегата с помощью линии 204 передачи сигнала. Блок 202 управления содержит запоминающее устройство 218. Запоминающее устройство 218 может включать оперативное запоминающее устройство (RAM) и/или долговременное запоминающее устройство, такое, как постоянное запоминающее устройство (ROM).

Специалистам в данной области техники будет понято, что запоминающее устройство может включать различные типы физических устройств для временного и/или постоянного хранения данных, которые включают полупроводниковые, магнитные и оптические носители и их комбинации. Например, запоминающее устройство может быть реализовано с использованием одного или более физических устройств (носителей), таких как дисплейное оперативное запоминающее устройство (DRAM), программируемое постоянное запоминающее устройство (PROMS), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROMS), электрически-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROMS), флэш-память и тому подобное. Кроме того, запоминающее устройство 218 может представлять собой компьютерный программный продукт, включающий кодовые части компьютерной программы для осуществления стадий способа в соответствии с изобретением, когда компьютерный программный продукт используется на компьютере, например, управляя степенью открытия клапана для того, чтобы, в свою очередь, регулировать расход жидкости, подводимой к форсунке.

Блок управления 202 может управляться из комнаты управления или от пульта управления насосным агрегатом. В комнате управления может быть установлен комплекс средств 300 контроля и управления (см. фиг.3), присоединенных к блоку 202 управления посредством линии 301 передачи сигнал