用于冷卻通向燃氣渦輪發動機的壓縮機的進口空氣流的介質墊片及其冷卻方法
【技術領域】
[0001]本申請以及所形成的專利大致涉及燃氣渦輪發動機，更具體地涉及一種具有整體式除霧特征的蒸發冷卻介質墊片表面設計，用于改善用于動力增大的水流分配和蒸發。
【背景技術】
[0002]傳統的燃氣渦輪發動機包括用于壓縮外界空氣流的壓縮機、用于混合壓縮的外界空氣流與燃料流并且使混合物燃燒的燃燒器以及由燃燒混合物驅動以產生動力和排氣的渦輪。用于提高燃氣渦輪發動機能夠產生的動力的量的各種策略是已知的。用于增大動力輸出的一種方法是通過冷卻壓縮機上游是外界空氣流。這種冷卻可以使得空氣具有高密度，由此產生進入壓縮機內的更高的質量流率。進入壓縮機內的更高的質量流率使得更多的空氣被壓縮以便使得燃氣渦輪發動機能夠產生更大的動力。此外，冷卻外界空氣流一般可以提高燃氣渦輪發動機在高溫環境中的綜合效率。
[0003]各種系統和方法可被用于冷卻進入燃氣渦輪發動機內的外界空氣流。例如，熱交換器可被用于通過潛熱冷卻或通過顯熱冷卻來冷卻外界空氣流。這種熱交換器通常可以利用介質墊片以便于外界空氣流的冷卻。這些介質墊片可以使得在外界空氣流與例如為水流的冷卻劑流之間進行熱和/或質量傳遞。外界空氣流與介質墊片中的冷卻劑流相互作用用于與其進行熱交換。
[0004]通過這些介質墊片的氣流通路旨在提供有效水蒸發并提供外界空氣流與來自水流的水蒸汽的混合。但是，隨著空氣速度增大，可能出現水的流瀉(water shedding)。具體地，空氣帶有的水滴可能聚集在下游進入管中和/或流入壓縮機內。這些水滴可能引起葉片磨損等。已知的進口空氣系統因此可能結合有具有下游除霧器的蒸發冷卻系統。但是，這種除霧器需要非常大的空間和額外的材料。此外，這種除霧器一般需要日常維護和相關的停機時間。已知系統還增加了減小整體燃氣渦輪輸出的壓力損失。
[0005]因此，期望一種在不需要更遠下游的除霧器的情況下提供有效冷卻的改進的介質墊片。這種介質墊片可以利用與已知系統相比更小的空間需求和更少的材料來提供冷卻效率。此外，這種介質可以提供與已知系統相比更小的系統壓降。
【發明內容】
[0006]本申請及其所形成的專利因此提供一種用于冷卻流向燃氣渦輪發動機的壓縮機的進口空氣流的介質墊片。介質墊片可以包括具有人字形波紋表面的第一介質薄板和具有波浪狀波紋表面的第二介質薄板，人字形波紋表面具有第一除霧器，波浪狀波紋表面具有第二除霧器。
[0007]其中，所述第一介質薄板和所述第二介質薄板從前緣延伸至后緣。
[0008]其中，所述前緣面向所述進口空氣流。
[0009]其中，所述人字形波紋表面和所述波浪狀波紋表面從所述前緣朝向所述后緣延伸。
[0010]其中，所述第一除霧器和所述第二除霧器關于所述后緣定位。
[0011 ] 其中，所述前緣和所述后緣包括類似菱形形狀。
[0012]其中，所述類似菱形形狀包括結合部分和擴展部分。
[0013]其中，所述第一介質薄板和所述第二介質薄板從頂緣延伸至底緣。
[0014]其中，所述頂緣面向水流。
[0015]其中，所述人字形波紋表面包括具有對角升高部分和對角降低部分的多個人字形通道。
[0016]其中，所述第一除霧器以銳角從對角降低部分延伸。
[0017]其中，所述波浪狀波紋表面包括具有波峰和波谷的多個波浪狀通道。
[0018]其中，所述第二除霧器以銳角從波谷延伸。
[0019]其中，所述第一除霧器和所述第二除霧器包括整體式除霧器。
[0020]本申請及其形成的專利還提供一種冷卻用于燃氣渦輪發動機的進口空氣流的方法。該方法可以包括以下步驟:關于燃氣渦輪發動機的進口定位具有第一波紋表面、第二波紋表面和整體式煙霧消除器的介質墊片，使水通過第一波紋表面和第二波紋表面從介質墊片的頂部流動至底部，在進口空氣流與水流之間交換熱，在整體式煙霧消除器中捕獲來自水流的任何霧氣，以及使所捕獲的霧氣流回至第一波紋表面和第二波紋表面。
[0021]本申請及其所形成的專利還提供一種用于冷卻流向燃氣渦輪發動機的壓縮機的進口空氣流的介質墊片。介質墊片可以包括具有導向第一除霧器的多個人字形通道的第一介質薄板和導向多個波浪狀通道的第二介質薄板，多個波浪狀通道導向第二除霧器。第一除霧器和第二除霧器可以組合形成整體式除霧器，以便在其中捕獲任何水霧以及使水霧返回。
[0022]其中，所述第一介質薄板和所述第二介質薄板從面向進口空氣流的前緣延伸至具有整體式除霧器的后緣。
[0023]其中，所述前緣和所述后緣包括類似菱形形狀。
[0024]其中，所述多個人字形通道包括對角升高部分和對角降低部分。
[0025]其中，所述多個波浪狀通道包括波峰和波谷。
[0026]本申請的有益技術效果至少為:通過本申請的介質墊片100可以在酷熱天氣中提高整體空氣流量，以便避免或限制簡化系統中的整體燃氣渦輪輸出減小和性能退化。
[0027]基于在結合幾個附圖和所附權利要求時對以下詳細說明的審閱，本領域普通技術人員將變得容易理解本申請以及所產生的專利的這些和其他特征以及改進。
【附圖說明】
[0028]圖1是具有進口空氣冷卻系統的燃氣渦輪發動機的示意圖。
[0029]圖2是可以在本文中說明的介質墊片的第一側的透視圖。
[0030]圖3是圖2的介質墊片的第二側的透視圖。
[0031]圖4是圖2的介質墊片的側視圖。
【具體實施方式】
[0032]現在參考附圖，其中相同的數字在全部幾個附圖中指代相同元件，圖1是燃氣渦輪發動機10的例子的示意圖。燃氣渦輪發動機10可以包括壓縮機12、燃燒器14和渦輪
16。盡管示出僅單個燃燒器14，但是在此可以采用任何數量的燃燒器14，燃燒器14定位在圓周陣列等內。壓縮機12和渦輪16可以通過軸18聯接。軸18可以是單個軸或聯接在一起的多個軸段。軸18還可以驅動比如為發電機等的負載。
[0033]燃氣渦輪發動機10還可以包括燃氣渦輪空氣進口 20。空氣進口 20可以構造成接收進口空氣流22。例如，空氣進口 20可以是燃氣渦輪進口殼體等的形式。可替代地，空氣進口 20可以是燃氣渦輪發動機10的任何部分，比如壓縮機12的任何部分或可以接收進口空氣流22的壓縮機12的上游的任何設備。進口空氣流22可以是外界空氣并且可被調節或不被調節。
[0034]燃氣渦輪發動機10還可以包括排氣出口 24。排氣出口 24可被構造成排出燃氣渦輪排氣流26。排氣流26可被引導至余熱回收蒸汽發生器(未示出)。可替代地，排氣流26可以例如被引導至吸收式冷凍器(未示出)以冷凍水流32、被引導至余熱回收蒸汽發生器(未示出)、被引導至脫鹽車間或被全部或部分地分配到外界空氣內。
[0035]燃氣渦輪發動機10還可以包括一個或更多個熱交換器30。熱交換器30可被構造成在進口空氣流22進入壓縮機12之前對其進行冷卻。例如，熱交換器30可以圍繞燃氣渦輪空氣進口 20布置。可替代地，熱交換器30可以在燃氣渦輪進口 20的上游或下游。熱交換器30可以使得進口空氣流22和比如為水流32的熱交換介質能夠在其中交換熱。熱交換介質還可以是任何適當類型的流體流。熱交換器30因此可以便于進口空氣流22和水流32在其中相互作用，以便在進口空氣流22進入壓縮機12之前對其進行冷卻。
[0036]熱交換器30可以是直接接觸式熱交換器30。熱交換器30可以包括熱交換介質進口 34、熱交換介質出口 36和其之間的介質墊片38。水流32或其他類型的熱交換介質可以流過熱交換介質進口 34到達介質墊片38。熱交換介質進口 34可以包括噴嘴、多個噴嘴、具有孔口或多個孔口的歧管等。熱交換介質出口 36可以接收從介質墊片38排出的水流32。熱交換介質出口 36可以是沿水流32的方向布置在介質墊片38的下游的貯槽。水流32可以從熱交換介質進口 34沿大致或大約向下方向引導通過介質墊片38，同時進口空氣流22可被沿大致或大約垂直于水流32的方向引導通過熱交換器30。也可以使用其他類型的反向或交叉流布置。
[0037]過濾器42可以沿進口空氣流22的方向布置在介質墊片38的上游。過濾器42可被構造成從進口空氣流22去除微粒，以便防止微粒進入燃氣渦輪發動機10內。可替代地，過濾器42可以沿進口空氣流22的方向布置在介質墊片38的下游。漂浮物清除器44可以沿進口空氣流22的方向布置在介質墊片38的下游。漂浮物清除器44可以作用為在進口空氣流22進入壓縮機12之前從進口空氣流22去除水流32的液滴。
[0038]熱交換器30可被構造成通過潛熱或蒸發冷卻來冷卻進口空氣流22。潛熱冷卻(Laten