CN101818688B - 用于在涡轮发动机中喷射水的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在涡轮发动机中喷射水的系统和方法。具体而言，该系统包括水喷射系统(36)，其构造成用以将水从压力调节阀(40)供送至涡轮发动机(10)的水歧管(66)。该系统还包括排泄阀(42)，其构造成用以在水喷射系统(36)的起动时段期间从压力调节阀(40)排泄至少一部分水，至少直到在压力调节阀(40)的下游达到稳定的水压。

Description

用于在涡轮发动机中喷射水的系统和方法
技术领域
本文所公开的主题涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及一种用于喷射水的系统和方法。
背景技术
涡轮发动机可包括接收和燃烧压缩空气和燃料以产生热燃烧气体的一个或多个燃烧器。在有些工作条件(例如，液体燃料工作)下，可将水喷射到燃烧器中，以减少氮氧化物(NOx)和/或一氧化碳(CO)的排放物，以及其它的排气排放物。令人遗憾的是，在起动状态期间，水管线路中可能出现流动不稳定。例如，在水喷射系统与水喷射系统上游的压力调节阀之间可能会出现压力振荡。更具体而言，压力调节阀在水喷射系统启用期间可能未能转变至低流速。这些流动不稳定可造成利用液体燃料的涡轮发动机的设置(setup)和工作方面的较大延迟。
发明内容
在范围上与初始要求得到专利保护的发明相匹配的一些实施例在下文中进行了概述。这些实施例并非旨在限制要求得到专利保护的本发明的范围，而是这些实施例仅意图提供本发明可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含与下文阐述的实施例相似或不同的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括构造成用以将水从压力调节阀供送至涡轮发动机的水歧管的水喷射系统。该系统还包括排泄阀，其构造成用以在水喷射系统的起动时段期间从压力调节阀排泄至少一部分水，至少直到在压力调节阀的下游达到稳定的水压。
在第二实施例中，一种系统包括构造成用以控制进入涡轮发动机的水歧管的水流的水喷射控制器。水喷射控制器还构造成用以基于在起动时段期间的流动不稳定来控制压力调节阀下游的水流。
在第三实施例中，一种方法包括控制排泄阀来使压力调节阀与水喷射系统之间的水压稳定。该方法还包括在通过控制排泄阀稳定水压之后，启动水喷射系统以将水输送给涡轮发动机的水歧管。
附图说明
当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更容易理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中：
图1为根据本技术的一些实施例的具有构造成用以在启动之前形成稳定水流的水喷射系统的涡轮系统的框图；
图2为根据本技术的一些实施例的如图1中所示的水喷射系统的框图；
图3为根据本技术的一些实施例的如图1中所示的涡轮系统的剖面侧视图；
图4为根据本发明的一些实施例的在如图3中所示的线4-4内所截取的燃烧器的剖面侧视图；
图5为根据本技术的一些实施例的如图4中所示的燃料喷嘴的剖面侧视图；
图6为根据本技术的一些实施例的在启动之前形成进入水喷射系统中的稳定水流的方法的流程图；
图7为根据本技术的一些实施例的确定是否已经满足水喷射系统的启动标准的方法的流程图；
图8为根据本技术的一些实施例的启动水喷射系统的方法的流程图；
图9为根据本技术的一些实施例的在未形成稳定流动时起动水喷射系统期间水流速对时间的图表；以及
图10为根据本技术的一些实施例的在已形成稳定流动时起动水喷射系统期间水流速对时间的图表。
具体实施方式
下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可不描述实际实现方式的所有特征。应认识到的是，在任何这些实际实现方式的开发中，如任何工程或设计项目中一样，必须作出许多特定实现方式的决定，以达到开发者的特定目标，如遵循关于系统和关于商业的约束，这可能从一种实现方式变化成另一种实现方式。此外，应当认识到的是，这些开发工作可能很复杂和耗时，但对于拥有本文的利益的普通技术人员来说，仍为设计、制作和生产的常规任务。
在介绍本发明的各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”，以及“所述”用来意指存在一个或多个元件。用语“包括”、“包含”，以及“具有”旨在为包括性的，且意指存在除所列元件外的其它元件。
本公开内容的实施例可减小水喷射系统内在起动时段期间的流动不稳定。一些实施例可包括联接到水管线路上的排泄阀，该水管线路将压力调节阀连接到水喷射系统上。在起动时段期间，如果满足水喷射系统的启动标准，则可开启排泄阀。在排泄阀开启的情况下，水从压力调节阀流动至水喷射系统和排泄装置(drain)两者。在水喷射系统的入口处检测到稳定的水流之后，水喷射系统便可启动。在达到经过水喷射系统的期望流速之后，排泄阀便可关闭。最后，水流速可基于经过涡轮系统的燃料流上升至期望的水平。以这种方式，便可在起动时实现经过水喷射系统的稳定水流，从而有助于使适量的水流至涡轮发动机。
现转到附图，且首先参看图1，示出了燃气轮机系统10的一个实施例的框图。该图包括燃料喷嘴12、燃料源14，以及燃烧器16。如图所示，燃料源14向涡轮系统10引导液体燃料和/或诸如天然气的气体燃料，经由燃料喷嘴12进入燃烧器16中。燃料喷嘴12构造成用以喷射燃料和使其与压缩空气相混合。燃烧器16点燃且燃烧燃料-空气混合物，且之后使热的加压排气进入涡轮18中。排气经过涡轮18中的涡轮叶片，从而驱动涡轮18旋转。继而，在涡轮18中的叶片与轴19之间的联接又引起轴19旋转，如图所示，轴19还联接到整个涡轮系统10的多个构件上。最后，燃烧过程的排气可经由排气出口20排出涡轮系统10。
在涡轮系统10的一个实施例中，压缩机导叶(vane)或叶片作为压缩机22的构件而包括在内。压缩机22内的叶片可联接到轴19上，且将会在轴19受到涡轮18驱动而旋转时进行旋转。压缩机22可经由空气进口24将空气引入到涡轮系统10中。此外，轴19可联接到负载26上，该负载26可通过轴19的旋转而被供以动力。如所认识到的那样，负载26可以是可通过涡轮系统10的旋转输出产生动力的任何适合的装置，如发电设备或外部机械负载。例如，负载26可包括发电机、飞机螺旋桨等。空气进口24通过诸如冷空气进口的适合机构将空气30吸入到涡轮系统10中，用于随后通过燃料喷嘴12将空气30与燃料源14相混合。如下文将详细描述的那样，由涡轮系统10吸收的空气30可通过压缩机22内的旋转叶片进给和压缩成加压空气。如箭头32所示，加压空气然后可进给到燃料喷嘴12中。燃料喷嘴12然后可混合加压空气和燃料(由标号34示出)，以产生适合的混合比率来用于燃烧(例如，促使燃料更完全地燃尽的燃烧)，以免浪费燃料或产生过多排放物。
在一些实施例中，系统10可包括经由燃料喷嘴12来喷射水，以减少与液体燃料工作相关的排放物。例如，水喷射系统36可将水供送至燃料喷嘴12。水喷射系统36可为诸如撬装式(skid-mounted)单元的独立单元，其与涡轮系统10是分离的或独立的。同样，水喷射系统36与水源38可以是分离的或独立的。因此，水喷射系统36可接收来自于水源38的水，且然后用作中间件来将水引导至涡轮系统10(例如，水喷射歧管)。如图所示，水可流过在水源38与水喷射系统36之间的压力调节阀40。压力调节阀40自动地调整水流，以达到所期望的水压。然而，压力调节阀40可由于水喷射系统36和涡轮系统10的较高用水需求而构造成以高流速(非低流速)工作。结果，在水喷射系统起动的低流速期间，在压力调节阀40处和/或阀40与水喷射系统36之间可能产生水压振荡。
在所公开的实施例中，一些控制器件显著减小或抑制水压振荡，以便在低水流和/或起动状态期间提供稳定的水流，从而减少与液体燃料的设置和工作相关的停机时间和复杂程度。例如，涡轮系统10包括排泄阀42，其构造成用以在水喷射系统启用期间开启以形成稳定的流动。当控制器44确定适合启动水喷射系统36时，则控制器44便指示排泄阀42开启。水然后流过排泄阀42，直到水压稳定。一旦控制器44检测到稳定的水流，则控制器44便启动水喷射系统36。然后，当达到所期望的水流速时，控制器44便关闭排泄阀42。以此方式，便在启动水喷射系统36之前形成了稳定的水流。
图2表示图1中所示的水喷射系统36的详细框图。水从水源38经由压力调节阀40和水管45流至水喷射系统36。排泄管线46连接到在压力调节阀40下游和水喷射系统36上游的水管45上。进入排泄管线46的水流过排泄阀42、孔口48、手动隔离阀50，且最终流出排泄装置。排泄阀42构造成用以在启动水喷射系统36之前开启以形成稳定的水流。孔口48构造成用以限制经由排泄管线46的流动。例如，在一些实施例中，排泄管线46的直径大于大约0.5、1、1.5、2、2.5、3或3.5英寸，或其间的任一直径。例如，如果排泄管线46具有大约2英寸的直径，则孔口48的直径可为大约0.25至0.75英寸、0.3至0.7英寸、0.4至0.6英寸或大约0.47英寸。结果，孔口48可限制水流，使得只有大约20至90加仑、30至80加仑、40至70加仑或大约60加仑的水在水喷射系统起动期间流过排泄管线46。排泄管线46和孔口48的直径可基于水流标准而变化。例如，较大的直径可用于使用较大水流速的涡轮系统。此外，手动隔离阀50沿孔口48下游的排泄管线46设置。手动隔离阀50用于在水喷射系统36不工作时将水喷射系统36与排泄装置隔离开。例如，如果涡轮系统依靠气体燃料工作，则水喷射系统36可保持在较长的时段内不起作用。因此，手动隔离阀50可关闭成用以密封水喷射系统36。
如前文所述，水经由水管45进入水喷射系统36中。压力传感器52可设置在水喷射系统36内邻近入口53。压力传感器52通信地联接到控制器44上，且构造成用以将表示水压的信号发送给控制器44。例如，在起动期间，压力传感器52可测量水压波动，且将表示这些波动的信号发送给控制器44。控制器44然后可分析该信号，以确定波动是否在启动水喷射系统的设立参数内。
水喷射系统36部分地通过接合水泵54来启动。如图2中所见，各水泵54均由马达56驱动，该马达56由可变频率驱动器(VFD)58控制。VFD 58有助于连续地改变泵用马达的速度。例如，VFD 58可改变供送至泵用马达56的电频率，使得泵用马达56可以不同速度工作。改变泵用马达56的速度可使流过泵54的水量变化。VFD 58通信地联接到控制器44上，使得控制器44可启动泵54且改变其能力。例如，当期望低的水流速时，控制器44可通过VFD 58来命令泵54以低能力工作。相反，在高的用水需求的时段期间，控制器44可命令VFD 58增大泵54的能力。图2中所表示的实施例包括并行连接的两个泵54。然而，其它实施例可使用布置为并行或串流构造的更多或更少的泵54。
压力传感器60联接到泵54下游的水喷射系统36上，且构造成用以测量流出泵54的水的压力。压力传感器60通信地联接到控制器44上，且构造成用以将表示水压的信号发送给控制器44。基于该信号，控制器44可调整泵的工作，以到达所期望的水压。流量计62设置在压力传感器60的下游，且构造成用以测量流出泵54的水流速。流量计62通信地联接到控制器44上，且构造成用以发送表示流速的信号，使得控制器44可调整泵的工作，以达到所期望的流速。目标水流速基于涡轮系统的需求。例如，在高涡轮负载的时段期间，目标水流速可增大。在此状态下，控制器44可增大泵速，直到流量计62指示已经达到目标流速。停止阀64设置在流量计62的下游。停止阀64在水喷射系统36不工作时可关闭，而在水喷射系统36启动时可开启。当不期望喷射水(例如，在气体燃料工作期间)时，停止阀64可阻挡水进入涡轮发动机中。停止阀64通信地联接到控制器44上，使得控制器44可响应于水喷射系统36的启动来开启停止阀64。
来自水喷射系统36的水流向定位在水喷射系统36下游的水喷射歧管66。在一些实施例中，水喷射歧管66包括围绕涡轮发动机设置的圆柱形部件，其中，歧管66构造成用以将水输送给各燃烧器。水喷射歧管66可向涡轮系统内的各燃烧器提供相等的水流。在进入燃烧器之前，水流过流量配比(f1ow proportioning)阀68，该配比阀68构造成用以将水流分配给燃烧器内的各燃料喷嘴。水然后可进入燃烧器中，且与燃料和空气相结合来减少涡轮系统的排放物。
图3示出了涡轮系统10的一个实施例的剖面侧视图，该涡轮系统10可结合具有所公开的实施例的流动稳定器件的水喷射系统36使用。如上文所述，所公开的实施例稳定水喷射系统36上游的水流，以便使涡轮系统10能够利用液体燃料和喷射水来容易地设置和工作。如图所示，该实施例包括联接到环形阵列的燃烧器16上的压缩机22。例如，十八个燃烧器16可定位在涡轮系统10中。各燃烧器16均包括一个或多个燃料喷嘴12，其将空气燃料-混合物进给至定位在各燃烧器16内的燃烧区。例如，各燃烧器16均可包括为环形或其它适合布置的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个燃料喷嘴12。在燃烧器16内燃烧空气-燃料混合物将会促使涡轮18内的导叶或叶片在排气朝排气出口20传送时进行旋转。
图4为燃烧器16的一个实施例的详细剖面侧视图的示图，该燃烧器16可连同具有所公开的实施例的流动稳定器件的水喷射系统36来结合涡轮系统10使用。如上文所述，所公开的实施例稳定水喷射系统36上游的水流，以便使涡轮系统10能够利用在各燃烧器16中喷射液体燃料和水来容易地设置和工作。如图所示，燃烧器16包括燃料喷嘴12，该燃料喷嘴12在燃烧器16的基部或头部端71处附接到端盖70上。燃烧器16的典型布置可包括五个或六个燃料喷嘴12。燃烧器16的其它实施例可使用单个的大型燃料喷嘴12。燃料喷嘴12的表面和几何形状设计成用以提供最佳混合物和用于空气和燃料在其向下游流动进入燃烧器16时的流动通路，从而使得能够增强在腔室中的燃烧，因而在燃气轮机中产生更多动力。燃料混合物从燃料喷嘴12朝方向72向下游排放到燃烧器外壳76内的燃烧区74中。燃烧区74为燃烧器16内最适合点燃空气-燃料混合物的位置。在所示的实施例中，燃烧区74定位在燃烧器外壳76内，在燃料喷嘴12的下游且处于过渡件78的上游，过渡件78将加压排气引向涡轮18。过渡件78包括收敛段，其使得速率能够在燃烧的排气流出燃烧器16时增大，从而产生较大的力来使涡轮18转动。继而，排气又促使轴19旋转，以驱动负载26。在一个实施例中，燃烧器16还包括定位在外壳76内的衬套80，用以提供用于冷却空气流的中空环形通路，该冷却空气流冷却围绕燃烧区74的外壳76。衬套80还可提供适合的轮廓来改善从燃料喷嘴12到涡轮18的流动。
图5为示例性燃料喷嘴12的剖面侧视图，该燃料喷嘴12可连同具有所公开的实施例的流动稳定器件的水喷射系统36来结合燃烧器16使用。如上文所述，所公开的实施例稳定水喷射系统36上游的水流，以便使涡轮系统10能够利用经由燃料喷嘴12的液体燃料和喷射水来容易地设置和工作。具体而言，燃料喷嘴12构造成用以将空气、水、液体燃料和气体燃料供送至燃烧器16。燃料喷嘴12包括后部供送段82和前部输送段84。后部供送段82包括构造成用以接收来自于燃烧器头部端71的流体的入口。前部输送段84构造成用以将流体输送给燃烧器16的燃烧区。气体燃料进入气体入口86，且经由气体通道88流至气体燃料喷射器90。气体燃料喷射器90包括构造成用以将气体燃料从喷射器90传递至燃烧器16的开孔92。同样，空气进入环形空气入口94，流过空气通道96，且流出孔口98。以此方式，空气从燃烧器头部端71朝燃烧区74流动。水进入环形的水入口100，且流过水通道102。液体燃料进入液体燃料入口104，且流过液体燃料通道106。水和液体燃料两者均经由孔口108流出燃料喷嘴12。如所认识到的那样，将水加入燃料-空气混合物中会减少NOx和CO的排放物。
图6表示在启动水喷射系统36之前形成稳定水流的方法110的流程图。首先，如方框112所代表的，检验水喷射系统启动标准，以确定是否可启动水喷射系统36。如下文详细描述的那样，水喷射系统36可响应于一些涡轮系统10的工作条件而启动。如果满足这些条件，如方框114所代表的，则开启排泄阀42。开启排泄阀42容许水从压力调节阀40流入排泄装置中。
接下来，如方框116所代表的，测量在通向水喷射系统36的入口53处的水压，以确定是否已形成稳定的水压。当压力在特定时间期间保持在期望压力的指定容限内时，则水压稳定。例如，在一些实施例中，用于启动水喷射系统所期望的水压大致为65psi(每平方英寸磅数)。在该构造中，可形成+/-5psi的容限和5秒的最少时间。换言之，如果水压保持在大约60psi与70psi之间达大约5秒，则方法110可继续至下一个步骤。包括期望压力、容限和最少时间的这些流动稳定参数可基于涡轮系统10的构造而变化。例如，期望的压力可为大约30至120psi、40至100psi、50至80psi，或大约65psi。此外，容限可小于大约1、2、3、4、5、6、7或8psi，或其间的任一压力。同样，最少时间可大于大约1、2、3、4、5、6、7或8秒，或其间的任一时间。
如果未形成稳定的水压，则方法110可重复步骤116，直到水压稳定。此外，方法110可使用一个超时时段，在该超时时段之后，通知操作人员未形成稳定的水流。例如，可制定大约30秒的超时时段。在该构造中，如果在进入步骤116之后的大约30秒内未形成稳定的水流，则通知操作人员该情况，以便可采取校正动作(例如，关闭压力调节阀40)。在备选实施例中，可使用更短或更长的超时时段。例如，该超时时段可大于大约10、20、30、40、50或60秒，或其间的任一时间。
如方框118所代表的，如果形成了稳定的水压，则可启动水喷射系统36。如下文详细描述的那样，启动水喷射系统36可涉及一系列步骤，包括打开泵54和开启停止阀64。一旦启动水喷射系统36，方法110便进行至步骤120，且确定是否已形成期望的水流速。例如，在一些实施例中，所期望的水喷射流速在大约30至150加仑/分(gpm)之间、60至120gpm之间、80至100gpm之间，或大约90gpm。该流速可对应于排泄流能力的倍数。例如，排泄流能力可在大约10至50gpm之间、20至40gpm之间、25至35gpm之间或大约30gpm。此外，在水喷射系统入口53处的期望的水流速可为排泄流速的大约2、2.5、3、3.5或4倍，或其间的任一倍数。例如，如果排泄流能力为大约30gpm，而倍数为大约3，则水喷射系统入口53处的期望的流速可为大约90gpm。其它实施例可使用不同的倍数和/或不同的排泄和/或水喷射入口流速。此外，可使用另一超时，使得如果在水喷射系统启动之后的一定时间期间内未形成期望的流动，则通知操作人员。在一些实施例中，该超时时段可为大约1至10分钟、3至7分钟、4至6分钟或大约5分钟。例如，如果在大约5分钟之后未形成期望的水流速，则通知操作人员，以便可采取校正动作(例如，停用水喷射系统36)。在备选实施例中，该超时时段可更长或更短。
如方框122所代表的，如果已经形成期望的水喷射系统流速，则关闭排泄阀42。排泄阀42可构造成用以在一定的时间期间内关闭。例如，一些实施例可在大约5至60秒、10至50秒、20至40秒或大约25秒的时段内关闭排泄阀。一旦排泄阀42关闭，则基本上所有来自水源38的水便流入水喷射系统36中，且最终流入燃料喷嘴12中。这里，如方框124所代表的，水喷射流速可上升到目标水平。目标水平对应于涡轮系统10的水流标准。例如，在高负载情况期间，涡轮系统10可使用增大的水流速来确保涡轮系统10在规定的排放水平内工作。
图7示出了一个实施例中的在图6的方框112中执行的步骤的详细流程图。方框112确定是否已满足水喷射系统的启动标准。如方框126所代表的，第一标准为水喷射系统没有故障。例如，控制器44可查询在水喷射系统36内的各个构件(例如，泵54、停止阀64等)，以确定其是否为工作的。如果构件为不工作的，则不期望启动水喷射系统36，因为该系统即便工作也是无效率的。然而，如果没有检测到水喷射系统故障，则方法112可进行至下一个步骤。
如方框128所代表的，下一个步骤确定涡轮系统10是否仅依靠液体燃料工作。如前文所述，涡轮系统10可依靠液体燃料和/或气体燃料工作。在气体燃料工作的时段期间，可在不使用喷射水的情况下满足规定的排放物要求。因此，步骤128将水喷射系统的启动限制于液体燃料工作，其中，喷射水可将排放物降低到期望的水平。
如方框130所代表的，如果涡轮系统10只依靠液体燃料工作，则可检查燃料流，以确定是否已形成了足以喷射水的燃料流速。在低燃料流的时段期间，可在不启动水喷射系统36的情况下满足排放物要求。因此，通过在该状况下暂停喷射水可减少水的使用。然而，在高燃料流的时段期间，喷射水可用于将涡轮系统排放物降低到可接受的水平。结果，水喷射系统36响应于(或一旦达到)目标流速而启动。如方框132所代表的，如果涡轮系统的燃料流超过目标流速，则可监测燃烧器温度来确定其是否达到足以启动水喷射系统的水平。类似于步骤130，在不使用喷射水的情况下，涡轮系统10在一些燃烧器温度状况内的工作可产生在规定限度内的排放物。因此，当燃烧器温度超出该范围时，则可启动水喷射系统36。
如方框134所代表的，如果涡轮系统10在期望的燃烧器温度下工作，则可测量涡轮负载，以确定负载是否足以启动水喷射系统36。例如，当启用涡轮系统10时，则涡轮速度可在施加负载之前逐渐地增大到期望的水平。对于发电而言，可在接合发电机之前启动涡轮且将其设定至期望的转速。一般而言，涡轮系统10空载时，涡轮系统10的排放物不会超过所设立的水平。因此，在感测到足够的负载之前，可不启动水喷射系统36。
最后，如方框136所代表的，测量在水喷射系统入口53处的压力，以确定压力是否已达到期望的水平。例如，在一些实施例中，该压力可为大约10至60psi、20至40psi、25至35psi或大约30psi。其它实施例可使用更高或更低的水喷射系统启用压力。如果已形成期望的压力，则步骤112完成，且在水喷射系统启动之前形成稳定流动的方法可继续。然而，如果未形成期望的压力，则可在超时时段之后通知操作人员该情况。在一些实施例中，该超时时段可大于大约10、15、20、25、30、35、40或45秒，或其间的任一时间。例如，如果从步骤136开始已过去了大约30秒且未形成期望的系统入口压力，则可通知操作人员，且可采取校正动作来解决该情况。
图8示出了一个实施例中的在图6的方框118中执行的步骤的详细流程图。步骤118包括用于启动水喷射系统36的步骤。首先，如方框138所代表的，设定最小目标水喷射流速。该最小流速有助于在使流动上升到期望的水平之前形成经过水喷射系统36的稳定流动。如方框140所代表的，一旦设定最小目标水喷射流速，便启动水喷射泵54。如前文所述，控制器44可通过指示VFD 58接合泵用马达56来启动泵54。一旦接合泵54，则整个水喷射系统36的水压便增大。在如方框144所代表的开启停止阀64之前执行如方框142所代表的时间延迟，以有助于该压力的增大。一旦停止阀64开启，则水便可经由水歧管66流至涡轮系统10的燃料喷嘴12，完成自水源38的流动通路。这里，如方框146所代表的，水喷射流速上升到目标水平。目标水平可基于燃料流速确定。例如，在燃料流增加的时段期间可使用较高的水流速，以确保符合排放物标准。一旦达到期望的水喷射流速，则形成稳定水流的方法便可继续。
图9为在未形成稳定流动时启动水喷射系统期间水流速对时间的图表。在该图所代表的状态中，控制器44并不在水喷射系统起动期间启动排泄阀42。曲线148代表期望的水流速，曲线150代表实际水流速，曲线152代表在通向水喷射系统36的入口53处的水压，以及曲线154代表受控的水喷射泵输出。期望的水流速由涡轮系统10确定。基于一些参数(例如，燃烧器温度、燃料流速等)，涡轮系统10计算足以使排放物降低到可接受水平的期望的水流速。如曲线148所示，涡轮系统10然后将表示该期望流速的电子信号发送给水喷射系统的控制器44。
曲线150代表由水喷射系统36所产生的实际水流速。在水喷射系统工作期间，期望的是，实际水流速与期望的水流速大致一致。如可从图9看到的那样，实际水流速150并未追随期望的水流速148。如下文详细阐述的那样，这种弱相关归因于在水喷射系统36内的流动不稳定。
如曲线152所示，入口压力在大约20秒处急剧下降。该压降156归因于在水喷射系统36内的流动不稳定。如曲线154所示，水喷射泵54大致在入口压降156的同时启动。如前文所述，压力调节阀40构造成用以自动地调整流动以达到期望的压力。同样，水喷射系统36构造成用以自动地改变泵的能力以达到期望的流速。当水喷射泵54启动时，在压力调节阀40与泵54之间的相互作用在水喷射系统36内产生振荡，这是因为压力调节阀40并未构造成用以从零流动工作过渡至低流动工作。在压降156处，压力调节阀40设定成完全开启，以补偿振荡。第二水压降158在大约45秒处开始，其中，在压力调节阀40与泵54之间的相互作用造成水的入口压力急剧下降。最后，水喷射系统36终止流动160且重新初始化。如曲线152所示，在水喷射系统入口53处的水压在流动终止160时下降至大致为零。因此，水喷射系统36关闭，这是因为存在极少的水流入泵54中。然后，该过程重复，直到第二流动终止162，此时，进行第三次尝试来启动水喷射系统36。如从图9中所见，所有三次尝试均未成功。换言之，实际水流150永远不会与期望的水流148大致一致。
图10为在形成稳定流动时启动水喷射系统期间水流速对时间的图表。曲线164代表期望的水流速，曲线166代表实际水流速，曲线168代表在水喷射系统入口53处的水压，以及曲线170代表受控的泵能力。如从曲线164和166所见，实际水流速紧紧地追随期望的水流速，表示水喷射系统成功起动。
在大约20秒处，排泄阀40开启172。如从曲线168所见，在排泄阀42开启172之后大约五秒达到174稳定的水压。如前文所述，当压力保持在期望压力的指定容限内达特定的时间期间时，则水压稳定。在当前的实施例中，用于启动水喷射系统的期望水压为大约65psi。此外，形成了大约+/-5psi的容限和大约5秒的最少时间。换言之，如果水压保持在大约60psi至大约70psi之间达大约5秒内，则认为水压是稳定的。如图10中所见，水压在排泄阀42开启172之后保持在60psi至70psi之间达五秒以上。因此，基于上文所限定的参数，水压已经稳定174。
一旦水压稳定，则启用水喷射系统36。如从曲线170所见，水泵54在形成174稳定压力之后大约五秒启动176。如曲线168所示，由于在泵54与压力调节阀40之间的相互作用，故水压在泵54启动176之后会波动。然而，相比于图9中所见的急剧压降，这些波动相对较小。在大约70秒处，停止阀64开启178，从而容许水流入涡轮发动机中。此外，这里水流速开始上升至目标水平。
在大约152秒处，排泄阀42关闭180，因为水流速已达到预定水平。这里，水喷射系统36可正常地工作，而不将水转移至排泄装置。最后，在大约230秒处，水喷射流速达到期望的水平182。如从曲线164和166所见，实际水流速在整个上升和稳态流动状况始终紧紧地追随期望的水流速。如图10所示，排泄阀42的开启和关闭有助于在系统启用期间经过水喷射系统36的水流的稳定。
总的来说，所公开的实施例解决了与尝试使水流稳定的压力调节阀40和水喷射系统36两者都相关的压力波动。令人遗憾的是，在没有所公开的实施例的情况下，系统可能未能使通向涡轮发动机的水流稳定。结果，由于与水喷射相关的问题，可能特别难以结合涡轮发动机来设置和使用液体燃料。此外，如上文所述，排泄阀42使得能够利用压力调节阀40来首先使流动稳定，然后是水喷射系统36的上升。也就是说，排泄阀42基本上将同时或并行的控制模式(即，通过阀40和系统36两者的流动控制)变成了串级或按顺序的控制模式(即，阀40之后的是系统36)。换言之，排泄阀42减小或消除了在压力调节阀40的压力控制器件和水喷射系统36之间的冲突。因此，排泄阀42确保了将稳定的流动提供给水喷射系统36，从而减小或消除水喷射系统36将与压力调节阀40冲突的可能性。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何相结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的书面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例落在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于在涡轮发动机中喷射水的系统，包括：
水喷射系统(36)，其构造成用以通过水管将水从压力调节阀(40)供送至涡轮发动机(10)的水歧管(66)；
至少一个水喷射泵，其构造成将所述水传送到所述水歧管；
排泄阀(42)，其设置于所述至少一个水喷射泵上游的排泄管线上；以及
控制器，其构造成控制所述排泄阀以在所述水喷射系统(36)的起动时段期间从所述压力调节阀(40)排泄所述水的至少一部分，至少直到在所述压力调节阀(40)的下游达到稳定的水压。
2.根据权利要求1所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述控制器构造成指示所述排泄阀(42)在所述水喷射系统(36)启动之前开启。
3.根据权利要求2所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述控制器构造成指示所述排泄阀(42)在所述起动时段期间逐渐地关闭。
4.根据权利要求1所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述排泄阀(42)包括电磁阀。
5.根据权利要求1所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述控制器(44)构造成用以在满足水喷射系统启动标准之后开启所述排泄阀(42)。
6.根据权利要求5所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述控制器(44)构造成用以在使通向所述水喷射系统(36)的入口(53)处的水压稳定之后启动所述水喷射系统(36)。
7.根据权利要求6所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述控制器(44)构造成用以在经过所述水喷射系统(36)的水流速达到期望的水平之后关闭所述排泄阀(42)。
8.根据权利要求1所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述系统包括所述涡轮发动机(10)，其中，所述涡轮发动机(10)构造成用以依靠液体燃料或液体燃料和气体燃料的组合进行工作。
9.根据权利要求1所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述水喷射系统(36)包括自含式单元，所述自含式单元包括：
至少一个水喷射泵(54)，其构造成用以将所述水从所述压力调节阀(40)传送至所述涡轮发动机(10)的水歧管(66)；
多个流量计(62)，其与所述水喷射泵(54)成流体连通且定位在所述水喷射泵(54)下游；以及
停止阀(64)，其与所述流量计(62)成流体连通且定位在所述流量计(62)下游。
10.根据权利要求1所述的用于在涡轮发动机中喷射水的系统，其特征在于，所述系统包括水源(38)，所述水源(38)与所述压力调节阀(40)成流体连通且定位在所述压力调节阀(40)上游。
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