Система распыления, система увеличения мощности для двигателя, содержащая систему распыления, и способ увлажнения воздуха

Система распыления, система увеличения мощности для двигателя, содержащая систему распыления, и способ увлажнения воздуха

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе распыления жидкости, системе увеличения мощности, которая содержит такую систему распыления, и способу более эффективного увлажнения воздуха и увеличения выходной мощности двигателя. Система распыления и система увеличения мощности могут быть использованы для увеличения выходной мощности двигателя.

Уровень техники

Газотурбинный двигатель включает в себя компрессор, который выдает сжатый воздух в камеру сгорания. В камере сгорания воздух смешивается с топливом и воспламеняется, генерируя горячие газы горения. Данные газы перемещаются в секцию турбины, в которой выделяется энергия для приведения в действие компрессора и выполнения полезной работы, такой как приведение в движение летательного аппарата.

Выходная мощность турбины уменьшается пропорционально увеличениям в температуре наружного воздуха. Однако при увеличенной температуре наружного воздуха часто возникает потребность в большем генерировании мощности, например, вследствие высоких нагрузок кондиционирования воздуха. Поэтому в периоды увеличенной потребности в мощности желательно генерировать дополнительную мощность посредством вспомогательных систем.

Одна вспомогательная система для увеличения подвода мощности содержит сопла, которые распыляют небольшие капли жидкости, обычно воды, по направлению к впускному каналу компрессора или воронкообразному входному патрубку компрессора. Данные системы пытаются увлажнять воздух при новой, более низкой температуре, когда она входит в газовую турбину. Более низкая температура воздуха соответствует более высокой плотности воздуха, и, соответственно, более высокому массовому расходу, который обеспечивает более высокую выходную мощность на валу турбины. Количество жидкости, которое необходимо добавлять к воздуху, чтобы в достаточной степени снизить температуру, определяется скоростью потока воздуха в газовой турбине, температурой наружного воздуха и условиями влажности.

Системы распыления жидкости представляют собой относительно дорогой и "низкотехнологичный" способ создания большей мощности. Однако жидкость в компрессоре может повреждать лопатки компрессора. Например, бомбардировка металлической поверхности каплями жидкости может приводить к образованию микротрещин на поверхности металла и может вызывать точечную коррозию поверхности. Для того чтобы исключить повреждение лопаток, распыленная жидкость должна по существу испариться в компрессоре, прежде чем она достигнет лопаток. Данное испарение также по существу увлажняет приточный воздух, что, как описано выше, необходимо для снижения температуры и плотности воздуха. Для того чтобы увеличить вероятность того, что капли жидкости испарятся, прежде чем они столкнутся с лопатками, необходимо создать капли, имеющие малые диаметры. Малые диаметры - это обычно меньше чем примерно 40 микрон. Распыленную жидкость, содержащую капли, имеющие такие малые диаметры, часто называют "туманной", а системы, создающие множество капель малого диаметра, часто называют туманообразующими системами.

Капли такого малого размера можно создавать, используя несколько методов. Простейший метод часто заключается в том, чтобы создать жидкость под высоким давлением, обычно равным примерно 3000 фунт/дюйм², из устройства для перемещения, чтобы непосредственно измельчать капли. Другие методы могут включать пропускание жидкости через ударную волну или через ультразвуковые распылители. Жидкость под высоким давлением приводит к образованию капли средних размеров порядка от примерно 10 до примерно 20 микрон, однако образуются также и капли больших размеров, т.е. капли размером больше чем 20 микрон и до примерно 40 микрон.

В вышеупомянутом способе образования капель жидкости возможен ряд проблем. В частности, требование к устройству для перемещения обеспечить жидкость под высоким давлением, равным 3000 фут/дюйм², может накладывать нагрузку на устройство для перемещения. Кроме того, поскольку для распыления жидкости под высоким давлением требуются сопла, они имеют относительно малую рабочую зону.

Для того чтобы попытаться решить данную проблему, существующие сопловые решетки могут содержать множество ступеней. Каждая труба для перемещения жидкости данной решетки может содержать множество сопел для распыления «тумана» жидкости. Несколько труб соединены вместе или сообщаются, образуя ступень. Ступень представляет собой просто ряд сопел, соединенных с одним источником жидкости, которые выполнены с возможностью независимого управления. Обычная система, такая как система SPRITS^TM компании General Electric, содержит пять ступеней. В данной системе, когда активирована одна ступень, жидкость проходит в трубы, соединенные вместе, чтобы образовать одну ступень, и жидкость распыляется только из данных сопел. Затем активируются другие ступени при деактивации или без деактивации первой ступени.

Обычные системы часто страдают от локального перенасыщения и недостаточного увлажнения. Данные проблемы возникают из-за того, что слишком много сопел активируются в зависимости от требуемой скорости потока воды. Обычные решетки выполнены таким образом, что соотношение воздух/вода является сбалансированным только с учетом всей площади поперечного сечения канала или площади потока воздуха.

Кроме того, большинство обычных систем приводят в действие каждую ступень при постоянном давлении, которое устанавливается посредством системы рециркуляции. Все сопла в подсекции пропускают жидкость при одном, максимальном расходе. Например, при половинном расходе, приблизительно половина труб пропускает жидкость, а не все трубы пропускают жидкость в половину возможности. Таким образом, одна подсекция воздуха может стать насыщенной, что означает, что любая дополнительная вода не испаряется и может контактировать с лопатками. Кроме того, более крупные капли, т.е. капли, имеющие размер 40 микрон, по сравнению с более мелкими каплями, увлажняют воздух. Неиспарившиеся более крупные капли могут осаждаться, образуя тонкие слои жидкости в компрессоре, которые способны вызывать большое количество повреждений. Кроме того, поскольку данное устройство образует зоны перенасыщения, оно также образует зоны очень сухого воздуха. Сопла обычных систем выполнены таким образом, что они не позволяют зонам перенасыщения смешиваться с сухими зонами около решетки сопел и, соответственно, иметь достаточное время, чтобы испарить капли жидкости, прежде чем они приблизятся к лопаткам.

Краткое описание изобретения

Согласно настоящему изобретению создано устройство, такое как решетка сопел для более эффективного и результативного выпуска распыленной жидкости в воздух перед ее впуском в двигатель, и система увеличения мощности для двигателя, содержащая данное устройство. Распыленная жидкость понижает температуру воздуха, что увеличивает плотность воздуха. Более плотный воздух обеспечивает более высокую мощность двигателя. Конструкция решетки сопел обеспечивает более равномерное смешивание воздуха и воды рядом с точкой впрыска воздуха и воды по всей площади впрыска воды. По существу это максимизирует время, имеющееся в распоряжении для испарения. Чем лучше смесь, которая может быть образована в "зоне смешивания" около решетки, тем более однородная смесь будет находиться ниже по потоку и тем больше вероятность того, что воздух по существу испарится, прежде чем он достигнет турбины.

В одном варианте осуществления настоящим изобретением является система увеличения мощности. Данная система содержит канал, включающий в себя, по меньшей мере, одно впускное отверстие для воздуха. Канал выполнен с возможностью обеспечения прохождения воздуха через канал. Турбина расположена ниже по потоку от впускного отверстия для воздуха. Ниже по потоку от впускного отверстия для воздуха и выше по потоку от турбины расположена решетка сопел. Решетка сопел содержит множество ступеней и образует множество подсекций поперечного сечения канала, через которые проходит воздух, когда он перемещается через решетку сопел по направлению к турбине. Каждая ступень содержит множество сопел, выполненных с возможностью увлажнения воздуха, перемещающегося через подсекции, посредством распыления жидкости. Каждая ступень выполнена с возможностью распыления изменяющихся количеств жидкости, и ступени выполнены с возможностью по существу равномерного увлажнения воздуха, перемещающегося через каждую подсекцию при любом количестве распыляемой жидкости.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения создан способ увлажнения воздуха для увеличения выходной мощности двигателя. Способ включает создание воздушного канала, имеющего, по меньшей мере, одно впускное отверстие для воздуха и суммарную площадь поперечного сечения, через который перемещается воздух, создание множества ступеней сопел, причем каждая ступень содержит множество сопел, выполненное с возможностью впрыска жидкости в воздух, причем каждая ступень имеет диапазон управления потоком воды, разделение площади поперечного сечения канала на множество подсекций, каждая из которых имеет меньшую площадь по сравнению с суммарной площадью поперечного сечения, размещение двигателя ниже по потоку от впускного отверстия для воздуха и ступеней сопел, первоначальное определение температуры и влажности воздуха, определение величины влажности, требующейся для увеличения выходной мощности двигателя, и выдачу, посредством сопел, первого количества жидкости в каждую подсекцию, причем первое количество жидкости является таким, которое требуется для по существу равномерного увлажнения воздуха, перемещающегося через каждую конкретную подсекцию, по всему диапазону управления потоком воды, в количестве, требующемся для увеличения выходной мощности двигателя.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения создан способ увлажнения воздуха. Способ включает создание воздушного канала, имеющего, по меньшей мере, одно впускное отверстие для воздуха и суммарную площадь поперечного сечения, через который перемещается воздух, разделение площади поперечного сечения на множество подсекций, каждая из которых имеет меньшую площадь по сравнению с суммарной площадью поперечного сечения, размещение множества сопел около каждой подсекции, причем сопла выполнены с возможностью впрыска жидкости в воздух, выдачу в каждую подсекцию количества жидкости, требующегося для по существу равномерного увлажнения воздуха, перемещающегося через каждую конкретную подсекцию, по всему диапазону управления потоком воды.

Краткое описание чертежей

С целью иллюстрации чертежи изображают варианты осуществления, которые являются предпочтительными на данный момент. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено точными конструкциями и средствами, показанными на чертежах. На чертежах:

Фиг.1 - вид сверху сбоку системы для увеличения мощности газотурбинного двигателя, используемого в системе энергоснабжения;

Фиг.2А - вид сверху обычной решетки сопел для увеличения мощности турбинного двигателя;

Фиг.2В - вид сверху сбоку, по меньшей мере, двух разных обычных ступеней в обычной решетке, показанной на фиг.2А, упрощенный для ясности;

Фиг.3 - вид в перспективе одного узла решетки сопел настоящего изобретения, расположенного относительно глушителя;

Фиг.4А - вид в перспективе одного узла решетки сопел, показанной на фиг.3;

Фиг.4В - вид сверху сзади узла, показанного на фиг.4А;

Фиг.4С - вид снизу узла, показанного на фиг.4А;

Фиг.5 - вид сверху части решетки сопел, показанной на фиг.3; и

Фиг.6 - график, изображающий зависимость степени насыщения от фракционного потока для обычной решетки и одного варианта осуществления решетки настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Ссылаясь ниже на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают идентичные элементы, показаны различные варианты осуществления устройства, такого как решетка сопел, для более эффективного и результативного выпуска жидкости в воздух перед ее впуском в двигатель. Показана также система увеличения мощности для двигателя, содержащая данное устройство. Различные аспекты вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть использованы с практически любым типом двигателя. Одним типом двигателя, пригодным для использования с системой увеличения мощности, является газотурбинный двигатель.

Фиг.1 изображает вариант осуществления системы 10 для увеличения мощности газотурбинного двигателя. Система 10 описана со ссылкой на систему энергоснабжения, однако система 10 может быть использована в других условиях. Система содержит канал или трубу 12. Труба 12 содержит верхнюю стенку 14 и нижнюю стенку 16 и, по меньшей мере, один изгиб 18. Труба 12 также содержит противоположные боковые стенки (не показанные на фиг.1). Труба 12 может иметь практически любую форму поперечного сечения, такую как квадратная, прямоугольная, овальная, круглая и др. Труба 12 имеет площадь поперечного сечения, которая может быть и может не быть стандартной. Труба 12 также содержит впускную секцию 20, которая может содержать решетку 22 для защиты от атмосферных воздействий. Ниже по потоку от впускной секции 20 и в трубе 12 могут быть расположены сорозадерживающая решетка 24, воздушный фильтр 26 и глушитель 28. Ниже по потоку от глушителя и в трубе 12 расположено устройство 30, 100 для охлаждения поступающего воздуха 40а. Таким устройством может быть решетка сопел.

Ниже по потоку от устройства 30, 100 для охлаждения поступающего воздуха 40а расположена турбина или двигатель 32, такой как газовая турбина. Газотурбинные двигатели известны в данной области техники и могут содержать ротор с лопатками. В переднем конце вала, компрессор 34, содержащий лопатки компрессора 36, сжимает воздух до высокого давления, например, обычно в 10-30 раз выше его обычного давления. Сжатый воздух подается в камеру 38 сгорания. В камере 38 сгорания сжигается топливо (не показано). Горячие газы горения расширяются, проходя через турбину 33, и выходят из установки через выпускную трубу (не показана). Поскольку выходная мощность турбины выше, чем потребляемая мощность компрессора, на валу имеется избыточная мощность. Избыточная мощность используется для приведения в действие нагрузок, таких как генератор, насос, компрессор, рабочее колесо или подобные нагрузки (не показано).

Как показано на фиг.1, наружный воздух 40а, имеющий первую температуру, которой обычно является температура наружного воздуха, и первый уровень влажности, поступает во впускное отверстие 20 трубы 12. Затем наружный воздух 40а проходит через необязательную сорозадерживающую решетку 24, необязательный воздушный фильтр 26 и необязательный глушитель 28. Поток наружного воздуха 40а, прошедший через решетку 22 для защиты от атмосферных воздействий, сорозадерживающую решетку 24, фильтр 26 и глушитель 28, обычно имеет скорость, находящуюся в пределах от примерно 10 м/с до примерно 20 м/с.

Затем наружный воздух 40а проходит через устройство 30, 100 для охлаждения воздуха или решетку сопел, где он охлаждается и увлажняется посредством жидкости, впрыскиваемой из данного устройства. Теперь, по меньшей мере, часть 40b воздуха 40а имеет вторую температуру, которая ниже, чем первая температура. Кроме того, по меньшей мере, часть 40b воздуха 40а может иметь второй уровень влажности, который может быть выше, чем у воздуха 40а. По меньшей мере, часть воздуха 40b может быть увлажнена жидкостью. Затем охлажденный и увлажненный воздух 40b перемещается из зоны В в зону С, при этом обычно сохраняя свою скорость. Воздух 40b входит в отсек 42 напорной камеры двигателя 32. Напорная камера 42 может быть выполнена в виде воронки, чтобы обеспечить ускорение воздуха 40b. У поверхности впускного отверстия компрессора 34 скорость воздуха обычно находится в пределах от примерно 0,4 Маха до примерно 0,6 Маха; более типично, скорость, которая равна примерно половине скорости звука или примерно 180 м/с. Воздух ускоряется, достигая высокой скорости, которая требуется компрессору для выполнения работы по сжатию. Обычная степень сжатия воздуха находится в пределах от примерно 9:1 до примерно 30:1. Внутри компрессора скорость воздуха уменьшается в зависимости от более высокой плотности, получаемой в результате сжатия. Затем сжатый воздух (не показан) подается в камеру сгорания. При прохождении в камеру сгорания скорости обычно составляют менее 100 м/с, хотя при необходимости могут быть обеспечены другие скорости.

Устройство 30, 100 для выпуска обычно холодной жидкости в воздух прежде чем воздух достигнет впускного отверстия компрессора, часто представляет собой решетку сопел. Как показано на фиг.1, решетка 30, 100 сопел сообщается с, по меньшей мере, одной впускной трубой 44 для жидкости. Впускная труба 44 для жидкости сообщается с, по меньшей мере, одним устройством для перемещения (не показано) через необязательный клапан 46. Клапан 46 может быть выполнен с возможностью управления потоком или расходом жидкости, подаваемой в, по меньшей мере, одно сопло устройства 30, 100.

Устройство для перемещения содержит, по меньшей мере, один насос 48. В одном варианте осуществления может быть два насоса, каждый из которых является насосом с частотно-регулируемым приводом (VFD), в котором скорость регулируется частотой и в котором надлежащая частота устанавливается контроллером частоты. В другом варианте осуществления предусмотрено множество параллельных насосов, например пять насосов, причем все насосы имеют разные производительности. Посредством использования одного, двух или более насосов в различных сочетаниях можно обеспечить большой диапазон производительностей насосов.

Максимальная производительность насоса может быть установлена с учетом номинального расхода воздуха газовой турбины. Предпочтительно, насос выдает жидкость под более низким давлением, чем многие существующие насосы. В частности, он работает при давлении меньше чем примерно 3000 фунт/дюйм², и предпочтительно, при давлении, равном примерно 2000 фунт/дюйм². Насос может использовать систему предварительного заполнения. Насос может быть более надежным, поскольку он работает при более низком давлении, и не может быть рециркуляции обратно в насос, поскольку в насосе отсутствует рециркуляция жидкости. Это может снизить температуру жидкости в насосе и предотвратить повторное попадание сора в насос. Это также обеспечивает меньший износ вращающихся уплотнений и увеличивает срок службы уплотнения поршня.

Посредством подачи сигнала насос 48 может сообщаться с, по меньшей мере, одним блоком управления или контроллером 50, который управляет скоростью/работой насоса или насосов. Блок 50 управления может быть расположен на устройстве для перемещения. Блок 50 управления может использовать заранее определенный анализ цикла двигателя для формирования модели управления на основе, по меньшей мере, одного заданного параметра, включающего внешние погодные условия, геометрию турбины, поле скоростей перемещения воздуха и технические условия конкретных элементов турбины.

Насос 48 также сообщается с источником 52 жидкости. Источник 52 жидкости, предпочтительно, расположен на устройстве для перемещения. Предпочтительно, источник 52 жидкости представляет собой источник воды, однако могут быть использованы другие жидкости в зависимости от операции охлаждения.

Система 10 может также содержать блок мониторинга погоды (не показан), соединенный с блоком управления посредством сигнала, где внешние условия, которые влияют на эксплуатационные характеристики турбины, могут измеряться и передаваться в блок управления для определения планирования необходимого количества жидкости на основе цикла двигателя, чтобы обеспечить целевой уровень увлажнения поступающего воздуха. Внешние условия представляют собой факторы внешней среды, которые могут оказывать влияние на работу газовой турбины, включающие, помимо прочих, температуру, влажность и давление воздуха. Температура, влажность и давление наружного воздуха могут определяться в заранее установленные моменты времени. В этом случае в одном варианте осуществления контролируется каждое из температуры, влажности и давления воздуха; предпочтительно непрерывно. Блок мониторинга погоды (детали не показаны) может содержать сухой термометр и устройство для измерения влажности воздуха. В других вариантах осуществления блок мониторинга погоды может содержать сухой термометр и влажный термометр. Блок мониторинга погоды может содержать другие элементы и/или комбинации элементов для мониторинга и/или измерения внешних погодных условий. Информация о погоде обрабатывается блоком управления, причем блок управления выдает оператору ключевую оперативную информацию, такую как допустимое количество воды для испарения, риск образования льда и др. Данная информация может, например, быть представлена для оператора на дисплее (не показан). В этом случае может определяться количество жидкости или влажность, требуемая для увеличения выходной мощности двигателя в требуемой степени.

Устройство 30, 100 для охлаждения воздуха или решетка сопел выпускает, обычно в виде струи, холодную жидкость в наружный воздух 40а, когда он проходит через решетку 30, 100 сопел. "Холодная" означает, что температура жидкости, сразу же после того, как она выходит из сопла, ниже, чем температура воздуха, который она охлаждает. Жидкость охлаждает воздух 40b, прежде чем он достигает впускного отверстия компрессора. В других вариантах осуществления жидкость может быть не холодной, а может иметь такую же или более высокую температуру, чем воздух, перемещающийся через трубу.

Когда клапан 46 открывается, жидкость под высоким давлением подается из источника 52 подачи жидкости к держателю 30, 100 сопел через впускную трубу 44 для жидкости. Сопла выполнены с возможностью распыления воды в струю из мелких капель. Размер таких капель обычно находится в пределах от примерно 3 до примерно 50 микрон, и более обычно от примерно 3 до примерно 30 микрон.

Фиг.2А изображает обычную решетку 30 сопел, которая может быть использована в системе, такой как система, показанная на фиг.1. Такой решеткой 30 может быть система SPRIT^TM, выпускаемая компанией General Electric. Показанная обычная решетка 30 сопел содержит множество горизонтально продолжающихся трубок 54, поддерживаемых вертикально продолжающимися стержнями 60. Каждая трубка 54 содержит множество сопел 56 вдоль горизонтальной длины. Сопла 56 выполнены с возможностью распыления капель воды, обычно в диаметре не более 50 мкм. Соплами 56 являются сопла, широко известные в данной области техники и могут поставляться компанией Parker Hannifin. Как описано выше, распыленную жидкость, имеющую такие малые диаметры, часто называют "туманной", а системы, создающие множество капель малого диаметра, часто называют туманообразующими системами. Целью обычной системы 30 является увлажнение воздуха, проходящего из впускного отверстия (см. фиг.1), так чтобы он охлаждался перед тем, как он войдет в двигатель без перенасыщения воздуха, так что жидкость может испариться, прежде чем она войдет в контакт с лопатками и повредит двигатель.

Горизонтальные трубки 54 сообщаются с множеством трубок 58 подачи жидкости, которые сообщаются с впускной трубой 44 для жидкости (фиг.1). Каждая трубка 58 снабжает одну ступень системы. Трубки 54 образуют множество ступеней. Обычная решетка 30 сопел обычно содержит пять ступеней. Система SPRITS может содержать пять ступеней; всего примерно 1456 сопел, причем каждое работает под давлением 3000 фунт/дюйм². Ступени образуются посредством комплектования или соединения некоторых горизонтальных трубок.

Сопла 56 снабжены источником постоянного давления. Таким образом, относительная доля распыляющих сопел 56 прямо пропорциональна части полного расхода системы, которая требуется для увлажнения воздуха при существующих в данный момент внешних условиях. Например, при половине максимального расхода половина сопел 56 в решетке активируются или распыляют жидкость. Вся жидкость может впрыскиваться в подмножество воздуха, перемещающегося через впускное отверстие. В результате воздух вокруг впрыскивающих трубок или тех ступеней, которые активированы, часто является перенасыщенным. Вследствие расположения сопел и схем устройства ступеней, данные увлажненные, насыщенные или перенасыщенные зоны не способны смешиваться с более сухими зонами, таким образом распределяя жидкость в них. В результате локальные зоны перенасыщения проникают в двигатель без испарения жидкости, что повреждает двигатель.

Проблема перенасыщения обычной решетки 30 проиллюстрирована на фиг.2В. Фиг.2В изображает упрощенный вид сбоку двух разных схем 62, 64 ступеней. Каждая схема 62, 64 содержит пять сопел 56а-56е. В схеме 62 сопла 56а, 56b, 56d, 56е активированы, т.е. распыляют жидкость 72 в воздух 40а. Сопло 56с не активировано. Смежные сопла 56а, 56b и 56d, 56е активируются одновременно; т.е. когда активируется устройство 62. Это приводит к перенасыщению прямо ниже по потоку от сопел 56а, 56b и 56d, 56е. Часть распыленной жидкости 72 из сопел 56b и 56d смешивается с "более сухим" воздухом 40а прямо ниже по потоку от сопла 56с. Однако поскольку смежные сопла 56а, 56b, 56d, 56е распыляют жидкость одновременно, и поскольку существует относительно небольшое перемещение воздуха, насыщенный или увлажненный воздух из сопла 56а, например, стремится смешиваться с насыщенным или увлажненным воздухом из 56b. Точно так же распыленная жидкость 72 из сопла 56е стремится смешиваться с насыщенным или увлажненным воздухом 40а прямо ниже по потоку от сопла 56d. Это приводит к локальному перенасыщению прямо ниже по потоку от 56а, 56b и 56d, 56е. Другими словами, насыщенный или увлажненный воздух непосредственно ниже по потоку от активированных сопел не способен легко смешиваться с сухим воздухом.

Проблема перенасыщения в локальных зонах также проиллюстрирована в схеме 64. Здесь распыленная жидкость 72 непосредственно ниже по потоку от сопел 56а и 56с может смешиваться с более сухим воздухом 40а непосредственно ниже по потоку от сопла 56b. Однако, по вышеописанным причинам, зоны локального перенасыщения образуются смежными активированными соплами 56с-56е.

Обычные решетки сопел страдают от упомянутых проблем, отчасти, поскольку они пытаются равномерно распределить увлажнение всего воздушного потока по всей площади поперечного сечения трубы. Когда воздух перемещается по и в трубе, воздух в трубе занимает по существу всю площадь поперечного сечения трубы. Обычные решетки выполнены таким образом, что они пытаются увлажнять воздух по всей площади поперечного сечения трубы с использованием единой общей стратегии устройства ступеней. Другими словами, они используют множество ступеней, распределенных по всему потоку перемещения воздуха, для его увлажнения. Решетка же сопел настоящего изобретения, напротив, разделяет всю площадь поперечного сечения на множество секций. Вместо того чтобы пытаться насыщать или увлажнять сразу весь воздушный поток, она выполнена с возможностью по существу одинакового увлажнения каждой секции воздушного потока в отдельности, по всему диапазону подачи воды. Уровень воды в каждой подсекции воздуха может быть относительно сухим или может быть по существу насыщенным.

Фиг.3 изображает один вариант осуществления устройства или системы 100 для охлаждения воздуха в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 100 обычно выполнено в виде решетки сопел. Каждое сопло решетки выполнено с возможностью распыления мелких капель жидкости, обычно воды, по направлению к впускному отверстию компрессора газовой турбины (фиг.1). Другими словами, это может быть туманообразующая система. В частности, соплами могут быть сопла, широко известные в данной области техники (например, выпускаемые компанией Parker Hannifin) и описанные выше. В отличие от обычных решеток, сопла настоящего изобретения могут работать при давлении меньше чем примерно 2000 фунт/дюйм². Установлено, что работа сопел при данном давлении очень незначительно ухудшает распределение размеров капель по сравнению с соплами, работающими при давлении примерно 3000 фунт/дюйм², но создает меньшую нагрузку на систему.

Фиг.3 изображает распылительное устройство, расположенное ниже по потоку и соединенное с глушителем 28. Распылительное устройство может быть расположено рядом и ниже по потоку от глушителя, поскольку элементы глушителя часто создают основу смешивания, вызываемого потоками, в направлении, перпендикулярном плоскости вертикальных решеток сопел. Распылительное устройство может быть расположено практически в любом месте вдоль длины трубы и может не соединяться с глушителем.

Множество комплектов или ступеней 104-112b сопел (фиг.4А-4С) продолжаются вдоль вертикального направления. Термин вертикальный означает, что ступени сопел по существу перпендикулярны по существу горизонтальной плоскости земли. Однако ступени сопел могут продолжаться горизонтально, т.е. по существу параллельно плоскости земли, диагонально или под любым углом относительно плоскости земли. Кроме того, ступени сопел могут быть сгруппированы в множество узлов 102, которые разделяются на подузлы 102а, 102b, как описано ниже.

Решетка 100 состоит из множества ступеней, сообщающихся с множеством трубок 200 для подачи жидкости, которые сообщаются с впускной трубой 44 для жидкости (фиг.1). Каждая ступень состоит из, по меньшей мере, одного множества сопел для выпуска жидкости в воздух. В каждой ступени сопла выполнены в схеме устройства ступеней, которая относится к положениям сопел вдоль трубки для распределения жидкости. Каждая ступень может также содержать, по меньшей мере, одну трубку для распределения жидкости (фиг.4А-4С). Каждая трубка для распределения жидкости сообщается с множеством сопел и впускной трубой для жидкости. В других вариантах осуществления каждая ступень может не содержать трубку для распределения жидкости. Точнее жидкость может подаваться в каждое сопло в ступени в отдельности. Каждая ступень выполнена с возможностью распыления изменяющихся количеств или объемов жидкости за единицу времени.

Трубки для распределения жидкости выступают из трубок 200 для подачи жидкости. Трубки 200 для подачи жидкости могут проходить в горизонтальном направлении вдоль верхней части решетки 100. Однако трубки 200 для подачи жидкости могут проходить вертикально, горизонтально или диагонально. Кроме того, трубки 200 для подачи жидкости могут размещаться у верхней части трубок для распределения жидкости или могут проходить вдоль нижней части. Каждая ступень выполнена с возможностью независимого приведения в действие. По существу жидкость может распыляться из одной или некоторых ступеней, но не распыляться из других, или жидкость может распыляться из всех ступеней или не распыляться ни из одной из ступеней.

В варианте осуществления, изображенном на фиг.3, ступени расположены по существу вертикально, последовательно продолжаясь вдоль горизонтального направления. Другими словами, вертикально продолжающиеся ступени расположены в линию вдоль горизонтального направления. В других вариантах осуществления ступени сопел могут быть горизонтальными и, следовательно, по существу параллельными плоскости земли.

Каждая трубка для распределения жидкости может быть соединена с, по меньшей мере, одной опорной стойкой 114. Опорной стойкой 114 может быть по существу любая конструкция, которая обеспечивает опору для сопел и трубок для распределения жидкости, где они содержатся. Опорной стойкой 114 может быть полая трубка диаметром 4 дюйма. Однако опорная стойка 114 может иметь прямоугольное, треугольное, овальное и другое поперечное сечение, может не быть полой и т.д. В варианте осуществления, изображенном на фиг.3, опорные стойки 114 продолжаются по существу вертикально, поскольку ступени продолжаются вертикально. В тех случаях, когда ступени продолжаются диагонально, горизонтально и т.д., опорные стойки 114 могут продолжаться в других направлениях. Например, в тех случаях, когда ступени продолжаются горизонтально, опорные стойки могут также продолжаться горизонтально. Вертикально продолжающиеся опорные стойки 114 могут быть расположены последовательно вдоль горизонтального направления и могут продолжаться, в вертикальном направлении, к примерно верхней части элементов глушителя 28. Предпочтительно, опорные стойки 114 разнесены на одинаковом расстоянии друг от друга в горизонтальном направлении.

Как показано на фиг.4А-4С и более подробно описано ниже, конкретная конфигурация ступеней на каждой опорной стойке 114 содержит подузел 102а, 102b множества одинаковых, повторяющихся узлов 102, которые образуют решетку 100. В частности, две опорные стойки 114а, 114b, содержащие разные ступени, каждая может содержать один узел 102 решетки 100. Как показано на фиг.3, данные две опорные стойки 114а, 114b могут быть соединены вместе. Каждый узел 102 может быть соединен с глушителем 28. В других вариантах осуществления опорные стойки 114 могут быть несоединенными с глушителем 28, а могут быть отдельно стоящими. Кроме того, ступени 104-112b, или трубки для распределения жидкости, могут быть несоединенными с опорными стойками 114, а могут быть отдельно стоящими или соединенными с другой конструкцией.

Фиг.4А-4С изображают один узел 102 решетки, показанной на фиг.3. Узел 102 состоит из двух подузлов 102а, 102b. Опорные стойки 114а, 114b соединены первой поперечиной 116. Каждый подузел 102а, 102b состоит из трех ступеней, и каждый узел 102 состоит всего из пяти ступеней. Как показано на фиг.4А-5, два подузла 102, 102b могут быть разнесены на одинаковом расстоянии друг от друга.

Подузел 102а содержит первую ступень 104. Как показано на фиг.4В, первая ступень 104 может содержать две первые трубки 304а, 304b для распределения жидкости. В варианте осуществления, изображенном на фиг.4В, две первые трубки 304а, 304b для распределения жидкости продолжаются вдоль вертикального направления. Две первые трубки 304а, 304b для распределения жидкости прикреплены к первой опорной стойке 114а. Две первые трубки 304а, 304b для распределения жидкости проходят параллельно друг другу вдоль левой и правой сторон задней стороны первой опорной стойки 114а. Необходимо понимать, что первые трубки 304а, 304b для распределения жидкости могут быть прикреплены по-другому или могут быть отдельно стоящими. Кроме того, в первой ступени может использоваться только одна трубка для распределения жидкости. Как показано на фиг.4А, первая трубка 204 для подачи жидкости соединена с первой опорной стойкой 114а посредством второй поперечины 118. Каждая из двух первых трубок 304а, 304b для распределения жидкости сообщается с первой трубкой 204 для подачи жидкости, которая может проходить в горизонтальном направлении и может быть по существу перпендикулярной первым трубкам 304а, 304b для распределения жидкости.

Вдоль длины первых трубок 304а, 304b для распределения жидкости расположено множество первых сопел 404. Данные первые сопла выполнены в первой схеме устройства ступеней. Как показано на фиг.4В, сопла 404 продолжаются из трубок 304а, 304b для распределения жидкости посредством первого удлинительного элемента 504. В частности, сопла 404а соответствуют 304а, а сопла 404b соответствуют 304b. Как показано на фиг.4С, к каждому из первых удлинительных элементов 504 прикреплена, по меньшей мере, одна первая распылительная головка 604а, 604b, которая выполнена с возможностью распыления из нее мелкодисперсного тумана из жидкости. Первый удлинительный элемент 504 может быть расположен под углом примерно 45° относительно плоскости x-z. Первые распылительные головки 604а, 604b могут продолжаться вперед из первых удлинительных элементов 504 и являются по существу перпендикулярными трубкам 304а, 304b для распределения жидкости.

Как показано на фиг.4В, первая ступень 104 может содержать двадцать сопел 404 с десятью соплами 404а, продолжающимися вдоль трубки 304а для распределения жидкости, и десятью соплами 404b, продолжающимися вдоль трубки 304b для распределения жидкости. Сопла 404 могут размещаться с интервалом от примерно 1 дюйма до примерно 10 дюймов в вертикальном направлении. На каждой из первых трубок