專利名稱：用于散布含有液滴的氣流的方法及噴射噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于散布含有液滴的氣流的方法。其優(yōu)選應用于工業(yè)用燃氣渦輪機領(lǐng)域，其可被用于進行燃氣渦輪壓縮機的濕式清潔。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)另一獨立權(quán)利要求前序部分的執(zhí)行該方法的噴射噴嘴。本發(fā)明進一步涉及一種根據(jù)再一獨立權(quán)利要求的前序部分的渦輪機，例如燃氣渦輪壓縮機。
在本發(fā)明的說明書中，以燃氣渦輪壓縮機的濕式清潔的應用實例來解釋本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可以應用于其他技術(shù)領(lǐng)域中，諸如發(fā)電站技術(shù)以及其他散布含有液滴的氣流的領(lǐng)域中。
所有的燃氣渦輪機都面臨壓縮機葉片污染的問題。此現(xiàn)象是由吸入空氣中的固體和液體微粒所導致的，這些微粒不受對吸入空氣進行過濾的影響而進入到渦輪機裝置中，并保持黏附于該壓縮機葉片上。這樣的微?？砂ɑ覊m、花粉、昆蟲、油、海鹽、工業(yè)化學品、未燃燒的碳氫化合物、煤灰微粒等等。壓縮機葉片的污染會導致整個裝置的效率和功率減少大約10％或者更多。為了避免或者降低這些損失，就要試圖清潔壓縮機葉片。從公知技術(shù)來看，已知有各種用于清潔壓縮機葉片的方法和裝置。
傳統(tǒng)的清潔方法是以在該裝置操作期間借助米粒、堅果殼等的軟性磨耗為基礎(chǔ)的。這些軟性磨耗劑混合至吸入空氣中，并且在渦輪機中燃燒。然而，這些簡單的方法并不適用于現(xiàn)代的渦輪機，特別是那些在壓縮機葉片上具有保護性涂層、以及在燃燒室和渦輪葉片冷卻系統(tǒng)上具有最先進技術(shù)的渦輪機。
為了要清潔現(xiàn)代燃氣渦輪壓縮機，如今使用有三種方法(i)在該裝置停止時的手動清潔方法。此方法可產(chǎn)生有效的局部清潔，但是實際上其只能在該裝置有計劃性的停止、進行檢查或大修時才進行。如果不把壓縮機汽缸打開的話，就只能有第一定子排可以被手動清潔，即徒手清潔。
(ii)脫機(off line)濕式清潔方法(即，在停止狀態(tài)和渦輪機冷卻的情況下，以起動電動機、曲柄刷(crank wash)進行清潔)?？梢允褂盟⒒趬嚎s機清潔劑的水或溶劑的混合物、或者是具有防凍添加劑的混合物來作為清洗液。這種方法是很有效的，因為不只是第一定子排，所有轉(zhuǎn)子和定子的壓縮機葉片都可以被清潔。然而，此方法的缺點就在于它需要在渦輪機停止的狀態(tài)下進行，所以會造成生產(chǎn)的損失。
(iii)聯(lián)機(on line)濕式清潔方法(即，在操作期間的濕式清潔)利用如方法(ii)中所述的清洗液。利用這種方法，清洗液會使該壓縮機葉片表面均勻地且盡可能完全地濕潤，以移除灰塵微粒。這種清潔方法可以在燃氣渦輪機操作時進行，從而不會造成生產(chǎn)的損失。
本發(fā)明涉及聯(lián)機清潔方法(iii)。
對于現(xiàn)有技術(shù)以及用于聯(lián)機清潔的噴射噴嘴而言，到目前停止，低壓噴嘴和高壓噴嘴有一點不同。前者在大約3至15巴(bar)的壓力下進行操作，并產(chǎn)生直徑大約為30至1000微米的液滴；而后者則在大約15至90巴(bar)的壓力下進行操作，并產(chǎn)生直徑大約為3至30微米的液滴。為了確保其徹底的清潔，通常力爭將清洗液精細霧化，從而使壓縮機葉片盡可能的均勻濕潤，并盡可能地覆蓋其表面。該霧化也有可能由于噴射的液體質(zhì)量的蒸發(fā)，而導致該吸取的壓縮空氣溫度的降低。不論這個副作用本身是否是所希望的，為了避免或者是至少減少由包括所攜帶的灰塵微粒的清洗液的流量而在壓縮機中產(chǎn)生的副作用(可能是侵蝕)和在渦輪機中產(chǎn)生的副作用(可能是熄火(flame-outs))，一般都會希望使用盡可能少的清洗液的流量。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的普通知識，通過均勻分布的液滴來實現(xiàn)壓縮機葉片的有效濕潤。而液滴必須要很小，才不會侵蝕該壓縮機葉片，液滴也必須要很輕，才不會因為重力的關(guān)系而過于向下偏斜，也才能確實碰觸到該壓縮機葉片。為了滿足上述需求，噴嘴的設計非常重要，以由此確保有效的清潔。在第一壓縮機排的入口處，在空氣吸入管道中的空氣速度因為橫截面窄而被加速到大約180m/s。為了要讓氣流中的液滴達到良好的分布，根據(jù)發(fā)動機的輸出功率等級，優(yōu)選地，在壓縮機空氣吸入管道內(nèi)設置大量的噴射噴嘴(高達大約40個以及更多的噴嘴)。
從美國專利No.5,193,976(S.Kolev等人)可得知一種濕式清潔壓縮機的方法及裝置。根據(jù)此文獻，通過一個或多個噴射噴嘴，將清洗液噴射至壓縮機空氣吸入管道中。以圓錐體的形式產(chǎn)生經(jīng)霧化的噴霧，該圓錐體的錐角大約為90°。該噴射噴嘴為位于可調(diào)整式球形接頭內(nèi)的霧化噴嘴，且安裝在壓縮機空氣吸入管道壁內(nèi)。此方法和這些噴射噴嘴非常適用于大約5至180MW輸出的小型及中型尺寸的燃氣渦輪機。然而，具有180至350MW或者更高輸出的較大型的燃氣渦輪機，則需要相應較大的空氣吸入橫截而，以及相應較長的壓縮機葉片，特別是對于第一定子排而言。對于這種大型高輸出功率的燃氣渦輪機，美國專利No.5,193,976中揭示的噴射噴嘴不足以執(zhí)行實現(xiàn)在噴射平面上的空氣橫截面有效且均勻的散布的目的。在噴嘴上被霧化的流體液滴被吸入氣流快速捕獲，并且從其初始的軌跡路徑偏轉(zhuǎn)，進而被攜帶走。通過這種方式要讓含有液滴的整個吸入氣流有效的分散，會變得非常困難。
從現(xiàn)有技術(shù)來看，公知的噴嘴，可能會同時噴出液體和氣體(通常是空氣)。以這些所謂雙物質(zhì)(two-substance)噴嘴所噴射出來的空氣，主要是用來將液體射流分解或霧化成非常小的液滴。專利申請WO-98/01705揭示了一種用于霧化液體的雙物質(zhì)噴嘴。該噴嘴是由微結(jié)構(gòu)的、分層的半導體材料制成的。其用于產(chǎn)生盡可能相同的具有10微米或者更小的小直徑液滴。美國專利No.6,267,301(J.Haruch)揭示了一種液體的加強霧化或者說是雙重霧化的方法。將空氣混合至噴嘴預燃燒室中的液體，以達到較高的噴射速度及更有效率的霧化。而且，將空氣以一入射角噴射至從液體噴孔噴射出來的液體射流上，也就是說，該空氣具有至少一個垂直于該液體射流的速度分量。通過此方式，可以實現(xiàn)為了濕潤及冷卻的目的而需要的精細霧化。
專利文獻EP-0248539揭示了一種用于將液態(tài)燃料及其與空氣的混合物在一種所謂的預燃燒器(premix burner)中進行霧化的噴嘴。在一實施例中，燃料從液體噴孔噴射出來進入第一預燃燒室中，并且從第一預燃燒室噴射出來進入第二預燃燒室中。在該第二預燃燒室中，燃料與來自第一環(huán)狀旋轉(zhuǎn)主體的空氣一起旋轉(zhuǎn)。該混合物與來自第二環(huán)狀旋轉(zhuǎn)主體的空氣一起被噴射出來進入至該燃燒室中。
還公知具有一層或多層空氣層來包住或圍繞液體射流的雙物質(zhì)噴嘴。例如根據(jù)美國專利No.2,646,314(D.J Peeps)或者No.4,961,536(J.Y.Correard)，其中一種環(huán)形空氣層被布置為與該液體射流同軸并平行。美國專利No.5,452,856(J.Pritchard)揭示了一種噴嘴，通過同時噴射的空氣，可以相對于此噴嘴的尺寸及形狀來改變噴射的液體噴霧。舉例而言，這種噴嘴可用于噴霧槍，來霧化清漆以及涂料。然而，其不適用于大型燃氣渦輪壓縮機的濕式清潔，在這些大型燃氣渦輪壓縮機中，在第一定子排之前，噴射位置處的吸入空氣的速度大約為30至80m/s并且可高達大約180m/s。這些噴嘴被設計為在標準的大氣環(huán)繞條件下進行液體噴射。極精細霧化的液滴可能無法穿透邊界層，或者直接由于氣流而偏斜，因而導致了非常差的氣流散布效果，也因此對葉片產(chǎn)生非常差的濕潤效果。大部分的液體會因此被氣流壓在空氣吸入管道的壁上。這部分的液體可能不會被用來作為清潔用途，并可能會主要在第一壓縮機轉(zhuǎn)子葉片排上造成侵蝕的問題。
美國專利No.5,738,281(Z.Zurecki等人)揭示了一種氣體噴嘴，利用這種氣體噴嘴，噴射的氣體通過同時噴射出來的輔助氣體而與周圍產(chǎn)生屏蔽。該輔助氣體通過形成為包圍該氣體的緩沖器(cushion)形式的多孔介質(zhì)而噴射出來。
總而言之，可以說一方面，就現(xiàn)有技術(shù)所公知的雙物質(zhì)噴嘴而言，其設計用于非常不同的應用中，因此不適用于散布含有液滴的強烈且高速的氣流。另一方面，就被設計用于濕式清潔燃氣渦輪壓縮機的公知的噴嘴而言，其只會適當?shù)貙⑷~片表面加以濕潤，因此只能對具有小型和中型輸出功率等級的燃氣渦輪機實現(xiàn)良好的清潔效果。
因此，本發(fā)明的目的在于限定一種用于散布含有液滴的氣流的方法，根據(jù)這種方法使氣流盡可能均勻地散布液滴。特別地，液滴應該具有可控制的尺寸，其在所期望的寬度(bandwidth)內(nèi)保持不變。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種執(zhí)行該方法的噴射噴嘴。舉例而言，該方法與該噴嘴可以用于高功率輸出等級的渦輪機，其中該氣流具有高速、大流量、以及大的流動橫截面。
根據(jù)本發(fā)明的方法以及噴射噴嘴，可通過在獨立權(quán)利要求中限定的特征實現(xiàn)這些目的。另一獨立權(quán)利要求涉及應用燃氣渦輪壓縮機的濕式清潔的實施例。
在根據(jù)本發(fā)明的用于散布含有液滴的氣流的方法中，液滴被噴射至該氣流中。同時，將輔助氣體噴射入該氣流中。在這樣做的過程中，該輔助氣體的噴射速度大于液滴的噴射速度。從而，該噴射的輔助氣體能穩(wěn)定該噴射的液滴的軌跡及尺寸，并部分地將這些液滴屏蔽于該氣流和/或?qū)⑦@些液滴攜帶在該氣流中，或使這些液滴加速進入該氣流。該輔助氣體的噴射速度可以例如至少是液滴噴射速度的兩倍，優(yōu)選至少為液滴噴射速度的五倍，例如至少為十倍。
舉例而言，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于散布含有清洗液的液滴的燃氣渦輪壓縮機的吸入氣流。在根據(jù)本發(fā)明的用于濕式清潔燃氣渦輪壓縮機的方法中，包括空氣吸入管道，通過該空氣吸入管道吸入氣流；清洗液，其以液滴的形式被噴射至該空氣吸入口管道中；以及將液滴運送至要清潔的該燃氣渦輪壓縮機的部件上，以進行清潔。液滴被噴射至該吸入氣流中。同時，該輔助氣體的噴射速度大于液滴的噴射速度，從而噴射的輔助氣體能穩(wěn)定噴射的液滴的軌跡及尺寸，并且部分地將這些液滴屏蔽于該氣流和/或?qū)⑦@些液滴攜帶在該氣流中。該輔助氣體的噴射速度可以例如至少是液滴噴射速度的兩倍，優(yōu)選地，至少為液滴噴射速度的五倍，例如至少為十倍。
執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴，包括基面，其將該噴射噴嘴限定為對著氣流設置；液體入口和氣體入口；至少一個液體噴孔，其與該液體入口連接，以及至少一個氣體噴孔，其與該氣體入口連接。該噴射噴嘴以這樣的方式設計所述至少一個液體噴孔設置在從該基面突出到該氣流中的至少一個突起上。所述至少一個的突起超過該基面的高度例如可以為2至9mm，優(yōu)選為3至5mm。
舉例而言，根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴可以用來散布含有清洗液液滴的燃氣渦輪壓縮機的吸入氣流。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(flow machine)或者是燃氣渦輪壓縮機包括流動管道(例如空氣吸入管道)，其具有殼體壁，在該殼體壁內(nèi)安裝有至少有一個根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴。
根據(jù)本發(fā)明的渦輪機或燃氣渦輪壓縮機的另一實施例包括流動管道(例如空氣吸入管道)，其具有殼體壁，其中在該殼體壁上安裝有至少一個根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴，該殼體壁流動管道包括液體入口以及至少一個連接到該液體入口的液體噴孔。該噴射噴嘴還包括氣體入口以及至少一個連接到該氣體入口的氣體噴孔。
本發(fā)明的方法以及噴射噴嘴的優(yōu)選實施例都限定在從屬權(quán)利要求中。
借助本發(fā)明，液滴進入氣流橫截面的深度與寬度的空間分布以及液滴的粒度分布(size distribution)可以得到改進的控制。根據(jù)本發(fā)明，輔助氣體對噴出的液滴施加穩(wěn)定效果、屏蔽效果、以及攜帶和加速效果。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明特別具有下列優(yōu)點·液滴受到該氣流的偏斜較少而且較遲。
·液滴沿著該殼體壁能更有效地穿過氣流邊界層。
·液滴在該氣流中具有控制較好的軌跡。
·液滴被噴射的扇形夾角更為穩(wěn)定。
這些和其他有益的效果使得至少一部分液滴比沒有輔助氣體的情況更有效率地將氣流散布。
根據(jù)本發(fā)明，爭取達到不同液滴直徑(例如介于50和250微米之間)的相對寬的分布范圍(例如高斯分布)。不同直徑的液滴會具有不同的軌跡，因此會以不同的程度穿過該氣流，使得可以改進含有液滴的的氣流的散布。
下面將參照附圖詳盡地描述本發(fā)明。


圖1-3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的方法，具體地圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有噴射介質(zhì)的噴射噴嘴的兩個實施例(a)和(b)的局部示意性側(cè)視圖，其未示出諸如燃氣渦輪機的渦輪機的入口氣流；圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有噴射介質(zhì)的噴射噴嘴的局部示意性側(cè)視圖，其示出了諸如燃氣渦輪機的渦輪機的入口氣流；圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有噴射介質(zhì)的噴射噴嘴的局部示意性正視圖，亦即噴射平面的視圖。
圖4-6示出了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的優(yōu)選實施例，具體地圖4是根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴的一個實施例的透視圖；圖5是圖4的噴射噴嘴的頂視圖；以及圖6是圖4和5中的噴射噴嘴沿著圖5中的線IV-IV的縱向截面圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴各種實施例的示意性頂視圖；以及圖8最后通過吸入部分示出了根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪壓縮機的示意性縱向截面圖。
圖1(a)是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴1的第一實施例的上部側(cè)視圖。在此圖中，為了說明的目的，首先假設不存在氣流。將液滴5從噴射噴嘴1的液體噴孔22噴出，具體而言，其方式為使液滴5基本以一平面(yz-平面)(在此稱為液體噴射平面50)的形式噴射。可以在這里稱其為“平面”是因為其在x方向上的空間液滴分布的延伸遠比分別在y方向和z方向上的延伸小得多。這一點無法很明顯地從圖1-3中看出，因為在這些圖當中，為了清楚起見，在三個空間方向上面的長度條件并沒有準確按照真實比例來加以表示。
此外，輔助氣體6.1、6.2分別從至少一個氣體噴孔中噴出，在圖1的實施例中，是從噴射噴嘴1的兩個氣體噴孔24.1、24.2噴出。每個氣體噴孔24.1、24.2相對于液體噴孔22以這樣的方式形成和設置，即輔助氣體6.1、6.2基本以氣體噴射平面60.1、60.2的形式噴出。在此所顯示的實施例中，該氣體噴射平面60.1、60.2基本上平行于該液體噴射平面50并與其相距一定距離。該液體噴射平面50與該氣體噴射平面60.1、60.2的距離優(yōu)選選定為，使得至少在有限的軌跡之后，使液滴5與輔助氣體6.1、6.2在混合區(qū)域7中互相接觸。
圖1(b)中所示的根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴1的第二實施例與圖1(a)中的實施例的區(qū)別在于第一氣體噴孔24.1被設計成，輔助氣體6.1以平面60.1的形式噴射，平面60.1相對于液體噴射平面50以一角度稍微的傾斜。舉例而言，該傾斜角β大約為2°至20°，優(yōu)選為大約10°。這樣的傾斜角對于有效散布氣流而言是很有利的，這將會在下面作進一步的解釋。
圖2以與圖1(a)相同的視圖示出了相同的噴射噴嘴1，但是加入了氣流8，其以箭頭來示意性地表示。同時，假設該氣流8的流動方向為(+x)方向。該噴射的介質(zhì)5、6.1、6.2一方面會借助推力和/或摩擦力互相作用，另一方面也會與氣流8作用。借助介質(zhì)5、6.1、6.2的互相作用，使得該介質(zhì)5、6.1、6.2在y方向與z方向上都被加速。借助介質(zhì)5、6.1、6.2與氣流8的作用，使得介質(zhì)5、6.1、6.2在x方向上被加速，也就是說，從液體噴射平面50或者從該氣體噴射平面60.1、60.2偏斜出去。如果只有液滴5受到氣流8的影響，這樣的偏斜會較早地發(fā)生，而且偏斜的程度較大。在此例子中，液滴5只會達到一個小的距離(在z方向上)。然而，至少從下列三個觀點來看，根據(jù)本發(fā)明與液滴5同時噴射的輔助氣體6.1、6.2會抵銷不希望有的影響·首先，相對于它們的尺寸、夾角α(參照圖3)以及其軌跡，輔助氣體6.1、6.2以穩(wěn)定和控制的方式對液滴5起作用。與先前所提到的美國專利No.6,267,301的方法相比，輔助氣體6并沒有改變液滴5的最初尺寸，特別是沒有將其霧化成更小的部分。
·第二，從位于上游的氣體噴孔24.1所噴射出來的輔助氣體6.1至少在輔助氣體6.1通過噴嘴噴射之后且在軌跡的初始段，將液滴5與氣流8屏蔽，其中輔助氣體6.1的微粒與氣流8的微粒相互碰撞，并且使其在(+z)方向上加速。因此，液滴5穿透氣流邊界層更為容易，在通過該邊界層之后，液滴5在其軌跡中被氣流8偏斜而被延遲，并且通過這種方式，就可以讓液滴5更深地穿透到氣流8中。
·第三，該輔助氣體6.1、6.2對液滴5施加了攜帶或加速效果，將其在(+z)方向上進行加速。當然，其先決條件就是該輔助氣體6.1、6.2的噴射速度大于液滴的噴射速度。
在不影響最初液滴尺寸的情況下，與沒有輔助氣體6.1、6.2的情況相比，這三種效果，即穩(wěn)定效果、屏蔽效果以及攜帶效果，會使至少一部分的液滴5在z方向上行進更遠的距離。
圖3示意性地示出了圖1(a)、1(b)或圖2中的噴射噴嘴1的正視圖(沿氣流的(+x)方向)。液滴5與輔助氣體6.1、6.2優(yōu)選以噴霧的形式被噴射到氣流8中，其中該噴霧以離噴射噴嘴1越遠距離越大的方式在(+z)的方向上分散。舉例而言，夾角α大約為20°至90°，優(yōu)選為大約60°。
液滴5的夾角α可以不同于上游噴射的輔助氣體6.1和/或下游噴射的輔助氣體6.2的夾角。因此，舉例而言，可以從三種不同的夾角α6.1≠α5≠α6.2中選出兩個，這兩個可以相同，例如α6.1＝α6.2。特別地，實驗發(fā)現(xiàn)，各介質(zhì)5、6.1、6.2穿透到氣流的深度越小，則夾角α就會變得越大。為了要達到將含有液滴5的氣流8有效的散布，根據(jù)本申請，可以通過適當?shù)姆绞脚c方法將各種不同的參數(shù)最優(yōu)化，諸如介質(zhì)5、6.1、6.2的夾角α5、α6.1、α6.2，噴射速度和/或流量(參照以下的表1)。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴1的優(yōu)選實施例的透視圖。圖5中示出了該實施例的頂視圖，以及圖6中示出了該實施例的縱向截面圖。該噴射噴嘴1包括噴嘴頭2、噴嘴主體3、流體連接接頭41以及氣體連接接頭43。例如，這些元件都是由金屬制成，優(yōu)選由不銹鋼制成。
該噴嘴頭2包括液體通道插入件21以及兩個氣體通道插入件23.1、23.2，其基本上設置在圓柱形噴射噴嘴1的中心平面內(nèi)。該噴射噴嘴1優(yōu)選安裝成將該噴嘴頭2的基面20與管道內(nèi)壁平齊，該管道作為將要散布的氣流8的邊界。
該液體通道插入件21通有一個狹縫狀的液體噴孔22，該液體噴孔22的長度大約為1.4mm而寬度大約為0.4mm。該液體孔22基本上是中心地位于噴射噴嘴的縱軸10上，在此所討論的實施例中，其距離該縱軸10的長度大約為1.5mm，這相對于噴嘴直徑而言是很小的。
在鄰近液體噴孔22的液體噴射區(qū)域中，出現(xiàn)壓力下降，結(jié)果產(chǎn)生了空吸作用。通過這種方式，在氣流8中形成渦流，這樣會使得平坦的液體噴霧變形或者不穩(wěn)定，并且改變了液滴5的粒度分布。然而，為了要避免這種效應，或者降低其程度，例如該液體通道插入件21會突出大約2至9mm，優(yōu)選大約3至5mm，而超出噴嘴頭2的基面20進入該氣流8。此液體通道插入件21的突起會穩(wěn)定并控制夾角α以及液滴的粒度分布和軌跡。
為了有效降低渦流效應，該液體噴孔22應設置在基面20之上，高于氣體噴孔24.1、24.2。特別有利的是，液體噴孔22和每個氣體噴孔24.1、24.2相對于基面20之間的高度差，與兩個彼此相距最遠的(液體、或者氣體)孔24.1、24.2之間在基面20上的最大距離之比，介于0.08和0.40之間，優(yōu)選介于0.12和0.20之間。
在所有情況下，該氣體通道插入件23.1、23.2通有狹縫狀的氣體噴孔24.1、24.2，其具有大約2.1mm的長度以及大約1.3mm的寬度。該位于上游的氣體噴孔24.1位于距液體噴孔22大約15mm的位置處。該位于上游的輔助氣體通道插入件23.1優(yōu)選以這樣的方式相對于噴嘴縱軸10稍微傾斜，即如果該噴嘴縱軸10垂直于氣流8的話(即，指向z方向)，噴射的輔助氣體6.1被稍微引導向氣流8(即，在(-x)方向上其速度具有分量)。因此，這基本上對應于圖1(b)中示意性示出的實施例。例如，該傾斜角β大約為2°至20°，優(yōu)選為大約10°。通過這種方式，從位于上游的氣體噴孔24.1所噴射出來的輔助氣體6.1，可將液滴5更有效地與氣流8屏蔽，并且允許液滴5盡可能遠地穿透氣流8。
位于下游的氣體噴孔24.2處于距離液體噴孔22大約10mm的位置處。因此，此距離優(yōu)選小于位于上游的氣體噴孔24.1和液體噴孔22之間的距離。而且，位于下游的輔助氣體通道插入件23.2優(yōu)選平行于該噴嘴縱軸10。所以，該噴射噴嘴1相對于氣體通道插入件23.1、23.2的距離和方向是不對稱的。從位于下游的氣體噴孔24.2中噴射輔助氣體6.2的主要目的是，在液滴5上產(chǎn)生攜帶以及穩(wěn)定的效果，輪流使液滴5盡可能遠地穿透該氣流8。該氣體通道插入件23.1、23.2基本上位于噴嘴頭2的基面20上。
設置狹縫狀的液體或者氣體噴孔22、24.1、24.2，使其縱軸互相平行，并且垂直于氣流8(即，平行于y方向)。它們以這樣的方式設計，即使得液體或氣體夾角在大約20°和90°之間，優(yōu)選為大約60°。
借助于兩個與對應的凸臺或凸緣26、36相結(jié)合的固定螺釘25.1、25.2，將該噴嘴頭2固定在噴嘴主體3上。
該噴嘴主體3包括液體供給通道31，使用此液體供給通道31可將液體5引至液體通道插入件21處；以及氣體供給通道33，使用此氣體供給通道33可將輔助氣體6引至該兩個氣體通道插入件23.1、23.2處。
將液體連接接頭41與氣體連接接頭43旋至該噴嘴主體3之中，并且這些接頭分別包括液體入口42和氣體入口44。
如同圖6所顯示的實施例，利用噴射噴嘴1的設計，必須要特別考慮安全方面的問題。在操作期間，如果噴射噴嘴1的元件分離，并且隨著氣流8飛進壓縮機當中，那么這會造成對壓縮機及渦輪機致命的損害。為了避免這種情形的發(fā)生，要在諸如液體通道插入件21或氣體通道插入件23.1、23.2的有可能造成危險的元件上，設置突起物，其具有向上漸尖的形狀或分別具有類似凸臺的形狀。還要注意的是，諸如插入件21、23.1、23.2的噴嘴零件要盡可能少地突出該基面20，也就是盡可能少地進入氣流8中。在噴嘴上的突出物可能會導致氣流8中所不希望的流動效果。維修人員幾乎不會使用它們作為攀爬的工具，因為這樣會使其受到損害。
在圖4-6中所顯示的噴射噴嘴1被設計成將水用作為流體5而將空氣用作為輔助氣體6.1、6.2。為了散布在噴射位置上具有例如30至80m/s的速度和例如500m3/s的流量的氣流8以及水滴5，選擇表1中所限定的操作參數(shù)。
表1
如上所述，為了使該壓縮機葉片達到有效的濕潤與清潔，可以改變和最優(yōu)化這些和其他的操作參數(shù)，例如夾角α。
在使用圖4-6的噴射噴嘴而不使用氣流的實驗中，使用了在表1中所限定的用于液體和輔助氣體的參數(shù)，在與噴嘴基面20距離200mm的位置處，測量得到水滴直徑在大約50和250微米之間。但是在相同的操作條件下，不使用輔助氣體，該直徑同樣在大約50和250微米之間。這個結(jié)果顯示了水滴直徑分布不會因為輔助氣體而產(chǎn)生變化。
在另一個實驗中，圖4-6的噴射噴嘴被水平放置，其中該噴嘴的縱軸10位于襯墊(underlay)上方高度為1200mm的位置處。在任何情況下，都以4×105Pa的壓力將液體和輔助氣體(如果使用的話)噴出。在不使用輔助氣體的情形下，觀察到在距離噴嘴800至2000mm的襯墊上有濕潤的現(xiàn)象，而在使用輔助氣體的情形下，拋射(throw)(軌跡)范圍則在800至4500mm之間。所以，在使用輔助氣體的情形下，液滴被運送的距離遠比不使用輔助氣體的情形遠得多。
當然，本發(fā)明并不僅局限于以上所討論的以及在附圖中示出的實施例。利用本發(fā)明的知識，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以研發(fā)出其他的實施例。例如，在圖4-6中所顯示的狹縫狀的液體噴孔22可以由多個設置在平行于y方向的直線上的小直徑圓形液體噴孔來代替。所有從這些液體噴孔噴出的液滴同樣限定了液體噴射平面。相同的情形也運用于氣體噴孔24.1、24.2上。如果也是有利的話，位于上游的氣體通道插入件23.1相對于噴嘴縱軸的傾斜，以及氣體噴孔24.1、24.2相對于液體噴孔22的不對稱設置是可選擇的。
而且，液體噴射平面50并不需要與該氣流8互相垂直。反而有可能是任何的入射角，優(yōu)選為相對于氣流8呈15°和165°。例如，其可通過將根據(jù)本發(fā)明的噴嘴安裝在球形接頭中來實現(xiàn)，這與一開始就討論的美國專利No.5,193,976中所描述的噴嘴安裝類似。
為了全面地說明本發(fā)明的各種變化，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的噴射噴嘴的四個實施例的示意性平面圖。與圖5類似，該噴嘴頭2顯示為圓盤形，但是其當然可以具有其它的形狀。在每種情況下都畫出了將被散布的氣流8。圖7強調(diào)的是，液體噴孔22、22.1、22.2和氣體噴孔24、24.1至24.6的各種不同設置都是有可能的。根據(jù)圖7(a)的實施例具有中央液體噴孔22以及分別位于上游及下游的氣體噴孔24.1和24.2。該孔22、24.1以及24.2在流動方向上彼此相鄰設置，并且均具有狹縫狀的形狀，其中它們的縱軸都互相平行，且與流動方向相垂直。它們的設置會讓人想到羅馬數(shù)字III。所以，此實施例基本上對應于圖5中的實施例。在圖7(b)的實施例中，狹縫狀的液體噴孔22同樣被設置在兩個狹縫狀的氣體噴孔24.1、24.2之間，但是其縱軸平行于流動方向且垂直于氣體噴孔24.1、24.2的縱軸。此設置會讓人想到大寫字母H。在圖7(c)的實施例中，中央圓盤形的液體噴孔22被同心的圓形氣體噴孔24環(huán)繞。圖7(d)示出了一種使用兩個液體噴孔22.1、22.2的實施例，并且在其兩側(cè)均設置有三個氣體噴孔24.1-24.6。利用本發(fā)明的知識，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以自行研發(fā)其它的液體噴孔和氣體噴孔的設置，以最佳地用于個別的應用當中。
最后，在圖8中，通過吸入部分示出了根據(jù)本發(fā)明的燃氣渦輪壓縮機9的示意性縱向剖面圖。該吸入部分包括空氣吸入管道91，該空氣吸入管道91包括殼體壁92。而且顯示了一部分將要清潔的壓縮機葉片93。在該殼體壁92中，至少安裝有一個噴射噴嘴1.1-1.4。該噴射噴嘴包括液體入口42和至少一個連接至該液體入口42的液體噴孔22，并且還包括氣體入口44和至少一個連接至該氣體入口44的氣體噴孔24.1、24.2。該噴射噴嘴優(yōu)選根據(jù)圖4-6的實施例進行設計。
圖8中所顯示的實施例是簡易的示意性實施例。任何人都可以提供更多的噴射噴嘴，且這些噴射噴嘴可以分布在殼體壁92的各種不同的位置上，特別是環(huán)繞在圓周上。本發(fā)明并不局限于燃氣渦輪壓縮機，而是也可以運用于其它渦輪機的流動管道中。
附圖標記一覽表1噴射噴嘴 10縱軸2噴嘴頭 20基面21液體通道插入件 22、22.1、22.3液體噴孔23.1、23.2氣體通道插入件 24、24.1-24.6氣體噴孔25.1、25.2固定螺釘26凸臺3噴嘴主體 31液體供給通道33氣體供給通道36凸臺41液體連接接頭42液體入口43氣體連接接頭44氣體入口5液滴 50液體噴射平面6.1、6.2輔助氣體 60.1、60.2氣體噴射平面7混合區(qū)域 8氣流9燃氣渦輪壓縮機 91空氣吸入管道92殼體壁 93壓縮機葉片x、y、z直角座標α分別為液滴的扇形夾角、氣體的扇形夾角β噴射平面的傾斜角
權(quán)利要求
1.用于散布含有液滴(5)的氣流(8)的方法，其中將液滴(5)噴射到氣流(8)中，其特征在于，將輔助氣體(6.1、6.2)與液滴(5)同時噴射到氣流(8)中，其中輔助氣體(6.1、6.2)的噴射速度大于液滴(5)的噴射速度，從而噴射的輔助氣體(6.1、6.2)能穩(wěn)定噴射的液滴(5)的軌跡及尺寸，并部分地將液滴(5)屏蔽于氣流(8)和/或?qū)⑵鋽y帶進入氣流(8)中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中輔助氣體(6.1、6.2)的噴射速度至少是液滴(5)的噴射速度的兩倍，優(yōu)選為至少五倍，例如至少十倍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中液滴(5)基本上以液體噴射平面(50)的形式噴射到氣流(8)中；以及將輔助氣體(6.1、6.2)與液滴(5)同時噴射到氣流(8)中，其中，使輔助氣體(6.1、6.2)基本上以氣體噴射平面(60.1、60.2)的形式噴射到氣流(8)中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該液體噴射平面(50)基本上與氣流(8)的流動方向(x)相垂直。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中該氣體噴射平面(60.2)基本上與該液體噴射平面(50)相平行，并與其相距一段距離。
6.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中該氣體噴射平面(60.1)相對于該液體噴射平面(50)稍微傾斜，使得與輔助氣體(6.1)混合的氣流(8)的x方向的速度分量比與液滴(5)混合的小，并且其傾斜角(β)例如大約為2°至20°，優(yōu)選為大約10°。
7.如權(quán)利要求3至6中任一項所述的方法，其中在該液體噴射平面(50)的兩側(cè)，輔助氣體(6.1、6.2)分別以第一和第二氣體噴射平面(60.1、60.2)的形式噴射到氣流(8)中，所述第一和第二氣體噴射平面(60.1、60.2)基本上平行于該液體噴射平面(50)，并與其相距一段距離。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中位于上游的氣體噴射平面(60.1)與該液體噴射平面(50)之間的距離選擇為大于位于下游的氣體噴射平面(60.2)與該液體噴射平面(50)之間的距離。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中液滴(5)和輔助氣體(6.1、6.2)以扇形的形式噴射到氣流(8)中，其中該扇形的夾角(α)優(yōu)選介于20°和90°之間，例如60°。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中液滴(5)和輔助氣體(6.1、6.2)從狹縫狀的噴孔(22、24.1、24.2)噴射出來，所述狹縫狀的噴孔(22、24.1、24.2)彼此相鄰設置，且其縱軸優(yōu)選互相平行。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法的用途，其中用于散布含有清洗液液滴(5)的燃氣渦輪壓縮機的吸入氣流(8)。
12.一種濕式清潔燃氣渦輪壓縮機的方法，該燃氣渦輪壓縮機包括吸入空氣(8)流過的空氣吸入管道，其中，將液滴形式的清潔液(5)噴射到該空氣吸入管道中，并且通過吸入空氣(8)將液滴(5)運送至將要清潔的燃氣渦輪壓縮機的零件上，以進行清潔，其特征在于，將輔助氣體(6.1、6.2)與液滴(5)同時噴射到吸入氣流(8)中，其中輔助氣體(6.1、6.2)的噴射速度大于液滴(5)的噴射速度，從而噴射的輔助氣體(6.1、6.2)能穩(wěn)定該噴射的液滴(5)的軌跡及尺寸，并部分地將液滴(5)屏蔽于吸入氣流(8)和/或?qū)⑵鋽y帶進入吸入氣流(8)中。
13.一種用于實施如權(quán)利要求1所述的方法的噴射噴嘴(1)，包括基面(20)，其將該噴射噴嘴(1)限定為對著氣流(8)設置；液體入口(42)和氣體入口(44)至少一個與該液體入口(42)連接的液體噴孔(22)；以及至少一個與該氣體入口(44)連接的氣體噴孔(24.1、24.2)，其特征在于，該噴射噴嘴(1)被設計為，至少一個液體噴孔(22)設置在至少一個突起(21)上，所述突起(21)從該基面(20)突起進入到氣流(8)中。
14.如權(quán)利要求13所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個突起(21)超過該基面(20)的高度為2至9mm，優(yōu)選為3至5mm。
15.如權(quán)利要求13或14所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個液體噴孔(22)設置在該基面(20)的上方并高于所述至少一個氣體噴孔(24.1、24.2)，例如其設置為，所述至少一個液體噴孔(22)和所述至少一個氣體噴孔(24.1、24.2)相對于該基面(20)之間的高度差，與兩個彼此相距最遠的液體和/或氣體噴孔(22、24.1、24.2)之間在基面(20)上的最大距離之比介于0.08和0.40之間，優(yōu)選介于0.12和0.20之間。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個液體噴孔(22)設計為，導入至該液體入口(42)的液體(5)基本以液體噴射平面(50)分布的液滴形式從該液體噴孔(22)中噴射出來；以及所述至少一個氣體噴孔(24.1、24.2)相對于所述至少一個液體噴孔(22)設計和設置為，導入至該氣體入口(44)的輔助氣體(6.1、6.2)基本上以至少一個氣體噴射平面(60.1、60.2)的形式從所述氣體噴孔(24.1、24.2)中噴射出來。
17.如權(quán)利要求16所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個液體噴孔(22)和所述至少一個氣體噴孔(24.2)設計為，該氣體噴射平面(60.2)基本上平行于該液體噴射平面(50)，并與其相距一段距離。
18.如權(quán)利要求16所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個液體噴孔(22)和所述至少一個氣體噴孔(24.1)設計為，該氣體噴射平面(60.1)相對于該液體噴射平面(50)稍微傾斜，并且其傾斜角(β)例如大約為2°至20°，優(yōu)選為大約10°。
19.如權(quán)利要求16至18中任一項所述的噴射噴嘴(1)，其中該噴射噴嘴(1)包括液體噴孔(22)以及位于其兩側(cè)的氣體噴孔(24.1、24.2)，使得在該液體噴射平面(50)兩側(cè)的輔助氣體(6.1、6.2)分別以第一和第二氣體噴射平面(60.1、60.2)的形式噴射，所述第一和第二氣體噴射平面(60.1、60.2)基本上平行于該液體噴射平面(50)，并與其相距一段距離。
20.如權(quán)利要求19所述的噴射噴嘴(1)，其中所述氣體噴孔(24.1、24.2)與該液體噴孔(22)之間的距離并不相同。
21.如權(quán)利要求16至20中任一項所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個液體噴孔(22)和所述至少一個氣體噴孔(24.1、24.2)設計為，液滴(5)和輔助氣體(6.1、6.2)以扇形的形式噴射，其中該扇形的夾角(α)大約在20°和90°之間，例如60°。
22.如權(quán)利要求13至21中任一項所述的噴射噴嘴(1)，其中所述至少一個液體噴孔(22)和所述至少一個氣體噴孔(24.1、24.2)彼此相鄰設置，并且具有伸長的形狀，其中它們的縱軸彼此平行。
23.如權(quán)利要求13至21中任一項所述的噴射噴嘴(1)的用途，其用于散布含有清洗液的液滴(5)的燃氣渦輪壓縮機的吸入氣流(8)。
24.一種渦輪機，例如燃氣渦輪壓縮機(9)，其具有流動管道，例如包括殼體壁(92)的空氣吸入管道(91)，其特征在于，在該殼體壁(92)中安裝有至少一個如權(quán)利要求13至22中任一項所述的噴射噴嘴(1)。
25.一種渦輪機，例如燃氣渦輪壓縮機(9)，其具有流動管道，例如包括殼體壁(92)的空氣吸入管道(91)，其中在該殼體壁(92)中安裝有至少一個噴射噴嘴(1)，所述至少一個噴射噴嘴(1)包括液體入口(42)和至少一個與該液體入口(42)連接的液體噴孔(22)，其特征在于，該噴射噴嘴(1)還包括氣體入口(44)和至少一個與該氣體入口(44)連接的氣體噴孔(24.1、24.2)。
全文摘要
在用于散布含有液滴(5)的氣流(8)的方法中，使液滴(5)在液體噴射平面(50)中噴射到氣流(8)中。輔助氣體(6.1、6.2)與液滴(5)同時噴射到該氣流(8)中。該輔助氣體(6.1、6.2)的噴射速度大于液滴(5)的噴射速度，從而，該噴射的輔助氣體(6.1、6.2)能穩(wěn)定該噴射的液滴(5)的軌跡及尺寸，并部分地將液滴(5)屏蔽于氣流(8)和/或?qū)⑵鋽y帶進入氣流(8)中。由此可以更好地控制液滴(5)的空間分布及其粒度分布。與沒有輔助氣體(6.1、6.2)的情況相比，液滴(5)能更有效地穿過氣流(8)。該方法優(yōu)選用于燃氣渦輪壓縮機的聯(lián)機濕式清潔。
文檔編號B05B7/00GK1738682SQ200380108920
公開日2006年2月22日 申請日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者尚恩-皮芮·史達德 申請人:圖柏特克有限公司