CN1123680C - 通过湿法加压在气体涡轮中获得功率增加的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种功率增加装置和方法用来有效地把水的质量流量添加到被一台工业气体涡轮的压缩机接受的工作流体中，特别是用来把水的质量流量添加到充分加湿的工作流体中，用来减少压缩机进行压缩的功，并获得被该涡轮产生的功率的一个净增加，所述装置和方法最好包括一个喷雾架组件的使用，它包括至少一个喷雾架水管和至少一个喷雾架水喷嘴，该组件理想上被设置在离开压缩机入口一定距离。最好以增量方式添加水的质量流量，这些增量与喷雾架水管和有关的喷嘴相对应。公布了：用一个光学高温计监视在涡轮段中用流体冷却的转子叶片的温度分布，检测来自所添加的水中的杂质的使这些转子叶片中的冷却通道的阻塞，在气体涡轮的压缩机入口附近监视工作流体的温度预防结冰的可能性，一种变形测量装置，以及把热量和水汽最好是蒸汽同时到工作流体中，作为把本装置和方法的使用扩展到较低周围空气温度下运行的一个手段。

Description

通过湿法加压在气体涡轮中获得功率增加的方法和装置

广义地说，本发明涉及用来增加气体涡轮的功率输出的方法和装置，更具体地说，涉及用来有效地增加通常用在发电设备和化学加工设备中的地基工业气体涡轮的功率输出的方法和装置。

在多种有用的应用中使用气体涡轮。航空，航海，发电和化学加工都已经有各种设计的气体涡轮中受益。当使用一个热回收单元由被气体涡轮产生的排气产生蒸汽，并用这种蒸汽使一个蒸汽涡轮运行时，地基的气体涡轮发电设备也可以提供被结合起来的循环的利益。

就一般的术语来说，″气体涡轮″在传统上是指任何有一个压缩段，一个燃烧段和一个涡轮段的涡轮系统。近些年来，″燃烧涡轮″更多地被采用来称呼同样的机器。在这一方面，本文件将采用″气体涡轮″来表示传统上使用的含义，同时也表示当今某些人用″燃烧涡轮″所指的含义。

气体涡轮有一个压缩段，用来压缩进入的空气，一个燃烧段，用来把被压缩的进入空气与燃料混合起来，并使燃料氧化，以及一个涡轮段，在这一段中来自热的被燃料的氧化产生的高压气体的能量被转化成功。通常，天然气(大部分是甲烷)，煤油，或合成气体(比如一氧化碳)做为燃料被送进燃烧段，但是也可以使用其它燃料。转子被定义为一根转子轴，装在涡轮段的转子叶片和装在压缩机段的转子叶片，此转子在机械上对压缩机段和在某些情况下对在化学加工中使用的一个压缩机或一台发电机提供功率。来自涡轮段的排气可以用来得到推力，它可以是一个热能源，或者在某些情况下，把这些排气废弃掉。

某些涡轮段采用用流体冷却的转子叶片，在这些情况下，使高压空气，蒸汽或类似物通过在涡轮段中使用的转子叶片内的内部冷却腔室；这使得由燃烧段可以有较高的输出温度。

由于多种原因，常常希望由在发电设备中或在化学加工设备中已经安装的地基工业气体涡轮增加功率输出，使得可以在需求的基础上或在如所需要的那样的基础上得到这种增加的功率能力。例如，在发电方面，在某些地区在夏天的月份中来自用户的需求可能会季节性地较高，来适应空调，电扇或类似装置更多的使用。在一个包括用电力增强的化学方法比如传统的氯化碱金属的电解方法的化学加工设备中，由于对于这些用电力增强的方法的产品的需求，可能类似地希望能增加由已经安装的一台气体涡轮或几台气体涡轮产生的功率。

用来增加由一台给定的气体涡轮所产生的功率的一个已知的方法筒单地包括提高该涡轮的燃烧段的燃烧温度，但是在基本负荷运行中的这一方法的一个缺点特别在于：所提高的燃烧温度会在热端部件上增加热磨损，并提高维修停机的频率。对进入涡轮的空气进行蒸发冷却是另一个已知的选择，并可以特别在热的干燥环境下提供明显的利益，但是可以由蒸发冷却得到的功率增加是有限的，并取决于在所在地区占主导的环境条件。把水注入涡轮的燃烧室中，以及把蒸汽注入燃烧室壳体中或直接注入进燃烧室中也是已经知道的，但是带来燃料效率方面的代价，并增加投资成本和可能的附加的产生蒸汽的成本。

现在参见本发明，本申请人现在设想了并成功地证明了在工业气体涡轮中明显地增加功率输出的一种新颖的和实际的手段，其中可以把水(或酒精，或它们的混合物，但是最好简单地是水并基本上只有水，这是由于水的高的蒸发潜热，如意获得，和对于使用者来说获得和使用它的极低到可以忽略的成本)添加到在满负荷下运行的一台气体涡轮中，增加气体涡轮的功率输出能力，使它超过可以用完全潮湿的空气的能获得的输出(这样，在已经装有这种冷却做为增加功率的第一选择方案的涡轮中，补充由进入空气的蒸发冷却所得到的利益，或者，在没有安装传统的进入空气的蒸发冷却装置的涡轮中，潜在地同时提供完全的进入空气的蒸发冷却和一种另外的增加功率的措施)，这是一种在后面将被称为″湿法加压″的方法和效果。

不想对本发明有限制，相信：湿法加压使得甚至在装有完全(百分之百)有效的进入空气蒸发冷却的气体涡轮中可以以几种方式实现功率增加。一部分功率增加通过减少压缩进入空气所需要的功实现。这种热力学的利益在该气体涡轮内通过″潜热冷却″实现，其中当带有添加了的水的空气被压缩时，添加到引进压缩机的空气的水通过蒸发使这些空气冷却。在这一方面，可以把添加的水概念化为″蒸发的液体吸热装置″。

这样，湿法加压的途径节省了需要增加的数量的功(为了压缩不包括添加的水的空气可能需要这部分功)，并使此部分功可以用来驱动装到该气体涡轮上的负载(在单轴机器的情况下)，或者用来提高压缩机的速度，提供更多的质量流量(在单轴机器和在双轴机器中这都可能是有价值的)。

湿法加压使得可以实现的功率增加也部分地是由于添加的蒸发的水使质量流量有一个小的增加。功率增加的另外的增量也可以归因于空气流量的增加，已经注意到，在一台大型的地基工业气体涡轮中实现了首先每分钟增加10-20加仑(每分钟38到76升)水。应该注意到，为了把由压缩机排放的被冷却的(相对于干空气压缩)空气/蒸汽混合物的温度提高到气体涡轮的燃烧温度，需要附加的燃料；但是由湿法加压实现的价值大于所需要的附加的燃料的价值，总体上，形成了添加到系统运行的价值。

向压缩机添加水使功率增加的可能性似乎已经至少被技术圈里的某些人在理论上认识了一段时间，但是，本申请人收集到并评述的其它参考资料得出了不同的结论，比如对于把水添加到气体涡轮的压缩机的整体好处和它对涡轮或压缩机的效率和性能的影响。把水添加到气体涡轮的压缩机的一个早期的示例被David G.Wilson在″高效涡轮机械和气体涡轮的设计″(1984，麻省理工学院)中提到，其中由Aegidius Elling建造的1903旧式涡轮中使用的六级离心压缩机在压缩机的级间注入了水。

在40年代，I.T.Wetzel和B.H.Jennings在″轴流压缩机的水的喷雾注入″(中西部发电会议会议录，Illinois理工学院，1949年4月18-20日，第376到380页)中提供了对湿法加压的某些原理的概述。此文章指出，″把水通过四个Spraying Systems1/4 LNN6型喷嘴正好在压缩机的上游喷进进气管中″。然而，Wetzel和Jennings没有报导任何使用气体涡轮的实际结果(相反，只有一个小规模的蒸汽涡轮的结果)。

类似地，1973年苏联出版物(″水喷雾对气体涡轮发动机的运行的影响″，L.I.Slobodyanyuk，Energetika，No.1，1973，pp.92-95)描述了把每千克′干空气′喷0.08kg蒸馏水(30-40微米的液滴尺寸)进入压缩机的空气入口的效果，并建议在这些情况下气体涡轮发动机的功率可能增加大约35％。然而，像Wetzel和Jennings的文章一样，在苏联的示例中使用的装置不是一个气体涡轮，而是一个理想的压缩机，其中使用了级间俘获装置把液体的水取出，该压缩机被一个蒸汽涡轮驱动。还有，尽管Wetzel和Jennings承认上面提到的质量流量作为温法加压功率增加中的一个贡献因素，但是，在1973年的苏联文章中Slobodyanyuk没有讨论或认识到这一效应。

在与基地气体涡轮不同的喷气式飞机的发展中，已经在提供非常短时间的推力增加方面(例如，在起飞方法中)考虑到注入酒精或水/酒精混合物，如在题目为″采用甲醇进行气体涡轮压缩机的级间冷却″美国机械工程师学会文章83-GT-230被J.A.C.Fortin和J.F.Bardon所提到的那样。

在特别的不同的地基气体涡轮方面，1990年的ASME出版物″用直接混合蒸发冷却系统改善American Atlas Cogeneration Facility Difle，Colorado气体涡轮的性能″J.P.Nolan和V.J.Twombly报导了在有13.5兆瓦基础负荷能力的气体涡轮上直接混合蒸发冷却系统的结构和运行，″作为用来使气体涡轮功率增加的传统的变湿的刚硬介质系统的一个替代办法″在此系统中，装到运行在600psi或更高的压力下的小直径(0.5英寸到1英寸)非铁管道上的雾化装置的成雾系统像在传统的用在温室中使用那样被装在竖直方向上伸展(16英尺高)空气入口柱的顶端，并被设计成向上把液体水喷进向下流进入口柱中的空气。为了使进入压缩机的空气达到所要求的完全的加湿(100％的相对湿度)，表明，不得不通过该成雾系统每分钟输出7.5加仑水.这一设计的流量能力要加倍，以便能容许漂移，压力起伏，泄漏和其它损失，″过量喷雾″的可能性(即供应过量的水超过了可以进入压缩机的完全饱和)被认为与可能的压缩机阻塞，压缩机叶片锈蚀和压缩机叶片腐蚀，以及仅只与过量水有关的质量流量的可能的有利的提高相关。

报导在不同的流速下在周围条件的一个范围内由1989年的7月一直到9月进行了几个试验。报导了超过13.5兆瓦的基本负荷输出平均9.6％的输出增加；在这9.6％中，7.4％被归结于进入空气的蒸发冷却(由87华氏度的平均周围温度到67华氏度的湿泡温度)，而2.2％被归结于所报导的在通过压缩机的质量流量中1.3％的增加(所述1.3％的数字似乎只考虑了水对空气的输入)。然而，同时，观察到大约15华氏度的气体涡轮排气温度的下降，与此相应报导了燃烧温度被提高，以便达到1000华氏度的排气温度的限制。

尽管Nolan和Twombly的文章确实似乎以它的方式描述了一个成雾系统，此系统有能力连续地把液体水输入到一个相对较小的气体涡轮的压缩机中，超过进入空气流的完全加湿，但是，在仔细分析该文章所包括的几个关键点的基础上，还远远没有达到明显地清楚的是：在本申请人的发明之前，在如Nolan和Twombly所报导的系统中事实上出现了湿法加压使功率增加，或湿法加压使功率增加确实可以被成功地用于工业规模的气体涡轮上，并可能希望被用于工业规模的气体涡轮上，特别是关于较大的更近代的工业气体涡轮，功率为35兆瓦和更高和/或被本发明人所追求的并实现的较高水平的功率增加，即一个给定的采用了完全加湿的空气的涡轮的净输出(例如被一个完全(百分之百)有效的进入空气蒸发冷却系统所达到的功率)的由大约20％到也许高至40％。

例如，尽管本申请人没有定量地考察功率输出的增加，此增加在Nolan的气体涡轮中已经与在控制曲线中15华氏度的上升联系起来(如被Nolan和Twombly所报导的那样)，以本申请人在其他制作者的实心叶片涡轮的经验看来，这一增加肯定地比被Nolan和Twombly归结于由于该涡轮的质量流量的增加而使功率输出净″增加″2.2％要高。结果，即使Nolan和Twombly似乎没有认识到这一效应，熟悉这些气体涡轮的运行和保养的人可以非常有道理地得出结论：″过量喷雾″(输入到压缩机的液体水)对整个涡轮输出的净效果是负的，或最多有极少的正效果，或没有任何正效果，并且，肯定会提出问题：明显少于所报导的2.2％的增加的输出是否能证明所报导的水的处理成本和任何可能的长期的负作用和增加的维修成本是合理的，由长期把液体水添加到这些涡轮的压缩机中可以预计到这些负作用和成本的增加。

肯定，即使在本申请人的发明之前有某种形式的湿法加压在工业气体涡轮上实现或被建议，也没有任何人认识到涡轮壳体的变形会出现在实现工业气体涡轮的类似的″成雾系统″中的可能性，也没有任何内容或建议来解决这一问题，或者减少由在较低的周围空气温度下添加水进行湿法加压带来的潜在的结冰效应，没有任何内容和建议添加水来获得超过可以用完全加湿的空气(即，10％或更多地″过量喷雾″)得到的净输出高10％或更高水平(远低于20％或更高)的功率增加，也没有任何内容或建议例如关于清理方法，来解决本申请人发现的阻塞问题，此问题特别地与在工业气体涡轮中以较高水平实现湿法加压有关。

尽管在Nolan的文章中报导了湿法加压使功率增加的有限(并且是有怀疑的)应用，并确实如在同一篇文章中被一些警告的评论所反映的那样，对于一个气体涡轮系统有一些危险，对于熟悉技术的人来说，在考虑在压缩机中使用吸入水作为在一个工业气体涡轮中获得功率增加的另一个手段时，特别当考虑较大型的更现代型号的工业气体涡轮时，这些涡轮可能有100兆瓦或更高的基本负荷能力，这些危险立即就会想到.

如所提到的，一个危险来自叶片的腐蚀；另一个困难(特别是在大型气体涡轮系统中)与压缩机中的局部的和不均匀的冷却问题(由于添加的水的不均匀的分布)有关，这可能使气体涡轮系统的物理部件变形，其方式造成由转子对着壳体的内壁和有关的密封件摩擦而产生的损坏。另一个明显的危险因素来自热冲击的可能性，如果气体涡轮在满负荷下已经基本上达到热力学平衡，突然终止液体的添加，会产生这种热冲击。

另一个危险的因素是由于液体添加系统的部件可能破裂，并与气体涡轮系统的相对较精密的运动部件相碰撞。再一个可以预计得到的危险因素与气体涡轮部件由于在添加到压缩进入空气中的水可能存在的杂质的附加地阻塞或腐蚀有关，这是因为这些杂质由于它们溶解在其中的水的蒸发而被沉积在气体涡轮的部件上。

专门关于地基的气体涡轮发电设备和化学加工设备，上述的危险因素在一定程度上被结合成气体涡轮的相当大的投资，所造成的涡轮的事故或在其它运行中的停机，以及与这些类型的涡轮有关的非线性的固有的规模放大的考虑。

本申请人在这里已经从本质上提供了并提出权利要求的是一种途径和系统，它使得湿法加压可以实际上在工业的气体涡轮发电设备和化学加工设备中得以实现，甚至在数量很大的功率增加上和对于长时间的运行得以实现。这样的系统使得由已经安装的气体涡轮发电设备和化学加工设备的已有基础可以立即得到利益。也许更重要的是，这样的系统使得可以在设计阶段就使气体涡轮对于湿法加压达到最佳，在发电方面开拓了新的可能性。

因此，本发明的目的是提供装置和方法，它们通过把液体水供应给工业气体涡轮的入口实现了气体涡轮的净输出的增加，并且，特别是，使得这样的增加在工业的气体涡轮中得以实现，这是通过把液体水添加到该涡轮的压缩机中，超过压缩机入口空气的饱和或完全加湿的水平实现的。这种添加的一个已经提到的效应是降低了被压缩引起的工作流体的温度升高，从而增加可以用于连续地没有时间限制地驱动所安装的的发电机或化学制造压缩机的净输出功率，超过在所有其它方面可以比较的条件下可供使用的净输出功率。在优选实施例中，在用压缩机入口空气的充分有效的蒸发冷却所可能获得的净输出功率以上，实现了工业的气体涡轮的净输出功率的至少10％的增加。

本发明的另一个目的是提供装置和方法，其中控制添加(或除去)液体水的速率，以避免上面提到的有害的热冲击。

本发明的再一个目的是提供装置和方法，它们对工作流体提供热量和湿度，使得可以在工作流体的温度否则可能降低到可能会使有害的冰形成(在气体涡轮的轴流多级压缩机的入口处出现)的时间间隔内容许连续的功率增加。

本发明的又一个有关的目的是提供一种可以用湿法加压使功率增加的装置和方法，用来在气体涡轮压缩机的入口进行温度测量，使得(1)防止在入口出现结冰的可能性，这些冰如果破裂可能会破坏气体涡轮的下游部件，(2)使控制结冰的材料比如蒸汽或防冻液的使用达到最少，和/或(3)对一个控制系统提供一个信号，该控制系统用来协调，监视和/或控制整个水添加装置和方法。在另一个优选实施例中，靠近压缩机入口设置了一个观察口，使得也可以用观察的方法监视结冰的情况。

本发明的再一个目的是提供装置和方法，它们确保液体水在工作流体中足够均匀地分布，从而把壳体(外壳)的变形限制到一个通常预先确定的的可接受的限度(例如，在传统的运行方式中可以使用的公差在一个翻新的系统中所确定的限度)，从而将防止对气体涡轮的多级轴流压缩机的损坏。另一个目的是保证对在工业气体涡轮中观察到的变形和角度变形进行测量和控制，从而防止这种损坏，足够的水被添加到该工业气体涡轮中，以便获得涡轮输出超过可以用完全加湿的空气可以得到功率大约10％或更高的净增加。

本发明的又一个目的是提供一种可以用湿法加压增加功率的装置和方法，用来有效地把一定质量的水添加到进入一个气体涡轮的压缩机段的空气，使由于水添加装置的部件断裂并与进入空气一起被携带到涡轮的压缩机入口而给涡轮附加的危险为最小，(a)通过把一个用来添加这样的水的装置设置在离开压缩机段入口一个足够远的距离，从而即使在该装置的任何部件实际上断裂并与进入空气一起被携带到压缩机入口的情况下，在进入压缩机入口之前，该部件被重力拉到用来把空气输送进气体涡轮的入口的进入管道的下表面上，以及(b)靠通过该装置提供雾化的水(最好以按时间和位置为序的多个增量的方式进行，从而可以控制进入压缩机的水的质量流量的增加)，在使该装置与压缩机入口分开的条件下，这些水足够好地夹带在进入空气中，并与空气一起被携带进入涡轮的压缩机段，用来实现由该涡轮一定程度的功率增加。

本发明的再一个目的是提供可以用湿法加压使功率增加的装置和方法，用来监视在该涡轮中被流体冷却的转子叶片的温度分布，从而可以在可能的最早的时间检测出在这些转子叶片中冷却通道例如由于通过该装置和方法添加的水中的杂质的影响所造成的阻塞。

本发明的另一个有关的目的是提供一种方法，用来有效地在线清理采用在这里所描述的那种类型的增加功率的方法的工业的气体涡轮，此方法适当地越过初始的几排压缩机叶片寻找入口和来自该装置和方法所添加的水的杂质的积累。

在这一方面，气体涡轮的压缩机现在是定期清理的，除去在内部的部件上的颗粒的积累。某些这样的清理可以不把该气体涡轮停下来地进行，在把该气体涡轮在运行状态上改变成用于这样的清理操作之后，可以把一些材料比如水，磨碎的核桃壳，大米或化学清理混合物喷进，吹进或用其它方式输入进该气体涡轮的入口。在属于Woodson等人的在1989年2月28日注册的题目为″清理气体涡轮压缩机″的US-A-4808235中公布了至少一种这样的化学混合物。

用来使颗粒在气体涡轮的内部部件上积累为最少的其它系统集中在气体涡轮进入的空气的清理，例如在属于Donle的在1990年5月22日注册的题目为″清理气体涡轮的进入空气″的US-A-4926620中所公布的那样。

本发明的又一个目的是提供一个离线的涡轮清理方法，它特别适合于在采用了本发明的使功率增加的装置和方法的涡轮上使用。

本发明的又一个目的是提供可以通过湿法加压使功率增加的装置和方法，它可以广泛地与轴流压缩机，旋转正位移压缩机，或离心压缩机一起使用。

本发明的又一个目的是提供可以通过湿法加压使功率增加的装置和方法，它可以更具体地与由一个气体涡轮构成的气体涡轮系统一起使用，该气体涡轮有一个轴流压缩机和一个进入空气管道，其流动轴线基本上与该气体涡轮转子的转动轴线对准。

本发明的又一个目的是提供可以通过湿法加压使功率增加的装置和方法，它保证了对轴流压缩机段的高压空气在用来冷却涡轮段转子叶片之前进行预先过滤，从而在涡轮段转子叶片中的冷却通道的与水中杂质有关的阻塞被减到最少，或基本上不出现。

本发明的又一个目的是提供一种装置和方法，它可以容易地装在气体涡轮系统中，此系统是当前正在运行的，而不需要气体涡轮发动机有大量的维修，翻新，或″拆卸″。

本发明的又一个目的是提供一种装置，它适合于在至今还没有采用进入空气的蒸发冷却装置的气体涡轮上，在一种改型的基础上，用来经济地实现压缩机进入空气的完全蒸发冷却，同时通过进一步添加水实现功率增加。

一般说来，本发明在一方面涉及在一个给定的24小时期间内用来在6小时或更多的时间内增加驱动发电机或压缩机的工业气体涡轮的净输出的方法，该气体涡轮有一个轴流多级压缩机，它有一个入口，用来获得包括空气的工作流体，其中该方法包括提供包括液滴的足够数量的液体水给被该轴流压缩机获得的工作流体的步骤，从而减少由压缩引起的工作流体的温度的提高，并实现了可用来驱动所述发电机或压缩机的气体涡轮的净输出的增加，这一增加是相对于在可以比较的条件下但没有提供所述的液体水时该气体涡轮的净输出测得的。

在按照本发明此第一方面的一个实施例中，这种增加的实现简单地靠在一个相当长的时间内(即超过可能被在线清洗所代表的时间)连续地提供至少一个传统的压缩机水清洗数量的液体水到工业气体涡轮的压缩机入口，特别是添加到包括分开的传统进入空气蒸发冷却装置，例如冷凝器型或介质型蒸发冷却系统的工业气体涡轮的压缩机入口。在现在进行在线压缩机清洗来恢复与正常加湿的空气的压缩所造成的阻塞有关的某些涡轮性能(功率输出)的损失的情况下，典型地在时间长短上被限制为由大约30分钟到也许大约90分钟，这是由下列因素确定的：由连续的清洗实际上可恢复的性能，相对于这种连续的清洗的成本，包括能量的需求，压缩机叶片的腐蚀，叶片涂层的损失，等等。

按照本发明的这一特定方面，例如用一个已有的在线压缩机清洗系统连续添加压缩机水清洗数量的水，或者在一个在线清洗循环以外加入的压缩机水清洗数量的水，按照对于由该涡轮的功率输出的要求的一个设想的或实际的增加，使装有这样的在线压缩机清洗系统的一台工业气体涡轮的功率输出增加，或在周围空气温度条件改变时保持所要求的功率输出水平。然而，相反，对于产生用来除去在阻塞的压缩机部件上的沉积物的粗的清洗喷雾的主要使用的压缩机清洗系统来说，在这一使功率增加方面，水最好将主要以或完全做为细雾的形式提供，平均的液滴直径最好为200微米或更小。

在上述的方法方面，本发明的第二方面涉及可控地增加或改变提供给轴流多级压缩机的入口的液体水的数量，实现相对于在可以比较的条件下但是没有添加液体水该气体涡轮的净输出气体涡轮的净输出的一个增加。

在一个有关的方面，本发明涉及用来增加一台气体涡轮的净输出的方法和装置，该涡轮有一个轴流多级压缩机，用来接受和压缩包括空气的工作流体，此方法和装置包括把液体水滴添加到被压缩机接受的工作流体中，随着时间改变液滴的质量流速，减轻与把液体水提供给工作流体有关的在气体涡轮内的热应力，并且，随后，以一个基本上不变的质量流速把液体水滴提供给被压缩机接受的工作流体，通过湿法加压增加该气体涡轮的净输出。

本发明的方法的另一方面涉及把热量和水汽提供给工作流体，使得在工作流体的温度否则可能降低到在入口会形成有害的冰的期间内可以连续地实现功率的增加。

本发明的方法的又一方面涉及确保液体水在工作流体中足够均匀的分布的步骤，把壳体的角度变形限制到一个通常预先确定的可以接受的界限以内，该界限可以防止对轴流多级压缩机的损坏。

本发明的方法的再一个方面涉及监视由把液体水提供给工作流体引起的壳体中的角度变形的步骤。

另外，本发明提供了一个途径和方法，用来监视在涡轮段中的用流体冷却的转子叶片的温度分布，在涡轮段中燃烧气体与转子叶片交换它的动能。用流体冷却的转子叶片的温度分布是一个度量，它能帮助判断阻塞，这种阻塞可能是来自用来冷却涡轮段转子叶片的压缩机空气流中的雾化水的矿物质或其它固体沉积物。此温度分布在判断由于被携带通过压缩机进入该涡轮段的水的腐蚀效应，或由于在压缩机空气流中的固体沉积物，可能在多层涡轮段叶片上出现的损坏方面也是有用的。

再有，本发明提供了一个途径和方法，用来测量在压缩机入口的温度，以便(1)预防在压缩机入口出现结冰的可能性，预防到达这样的程度：如果它断裂，这些冰可能破坏气体涡轮的下游的部件，(2)使控制冻结的材料比如蒸汽或防冻剂的使用减到最少，和/或(3)对一个控制系统提供一个信号，该控制系统用来协调，监视和/或控制整个功率增加装置和方法。

本发明的一个附加的与方法有关的方面涉及用来在一台工业气体涡轮的压缩机上进行在线清洗的方法，该涡轮采用了本发明的功率增加方法，由于添加的水的蒸发或被压缩机通过它的空气吸入接受的其它气体中的阻塞压缩机的材料留下了可溶的沉积物，此在线清洗方法包括(在定期的或间歇的基础上，当清洗是所表明的或是所要求的时)以下的一个或几个步骤：a)用被一个传统的粗的压缩机清洗增量补充为了功率增加的目的而添加的多个细雾的液体水质量流量增量，或者用粗的压缩机清洗形式的相应的水的质量流量代替一个或多个细雾增量；b)间歇地或定期地提供一个或多个附加的细雾增量到为了功率增加的目的在基本上连续的基础上提供的增量上；c)定期地或间歇地可控地除去所有添加到压缩机的水的增量，并没有这样的水添加的情况下运行该涡轮一段足够长的时间，挥发和/或使阻塞的沉积物破裂。也设想了这些步骤的循环性能，此性能可能是有利的。

在一个另外的在线清洗方法中，对于装有可调节的进入导流叶片(IGV)的涡轮，此方法通常可能是优选的类似地实现把液体水较大地穿透进压缩机段，而不施加象刚才所描述的一个或多个添加水的逆向增量，而靠定期地或间歇地(当清洗是表明是需要的时)调节涡轮的进入导向叶片同时在线地并相应地减小吸入到压缩机的空气。此另外的在线清洗装置在不需要附加的投资方面是有利的，如可能与把液体水的添加的一个或多个″清洗″增量逆转有关的那样，在容许继续把所要求的质量流速的水添加到压缩机方面是有利的，并在由于多个理由超过为了功率增加的目的所希望采用的质量流速可能是不可能的或是不希望的情况下是有利的。

在本发明的又一与方法有关的方面中，提供了一种离线的压缩机清洗方法，它特别适用于在采用按照本发明的湿法加压使功率增加的工业气体涡轮上使用，它包括初始使该涡轮离线地达到一个降低了的转子速度，并在第二转子速度下冷却压缩机，准备接着引进可发泡的清洗成份，随后，在一次或多次在后面两句话中描述的带有浸泡和漂洗的循环中，建立在第一降低了的转子速度与第二转子速度之间的一个转子速度，此转子速度适用来使一个发泡的清洗成份基本上在压缩机的整个长度上分布，形成泡沫清洗剂，或把发泡的清洗剂引到压缩机中。随后，建立一个降低的浸泡转子速度，此速度为每分钟大约0转数(rpm)或更高(但它比第二转子速度低)，并把发泡的清洗成份在压缩机中保持一个要求的浸泡时间间隔。足够地提高转子速度，把泡沫由压缩机排出，并在重新启动该涡轮之前，完成液体水漂洗(最好借助于在该涡轮上的在进行温法加压使功率增加中使用的添加水的装置)。

本发明相应地提供了一种功率增加装置，在不同的实施例中它可以只包括一个传统的压缩机水清洗装置(最好，在单独使用的情况下，该压缩机水清洗装置将为适合于发送细雾的类型，细雾的特征为平均的液滴直径最好为200微米或更小)，包括至少一个喷雾架水管和至少一个喷雾架水喷嘴的一个喷雾架组件，或是一个传统的压缩机水清洗装置(细雾或粗喷雾)与一个喷雾架组件的结合。

还有，本发明提供了一种功率增加装置，它采用了装在壳体外面的一个激光发射器和一个激光靶测量系统，用来检测壳体中的变形。

还有，本发明提供了一种功率增加装置，它采用了一个光学高温计，用来通过一个光线管监视每个被冷却的转子叶片的发射能量，并用来描述每个被液体冷却的转子叶片的温度分布。

还有，本发明提供了一种湿法加压使功率增加的装置，它采用了温度传感器，用来测量在压缩机入口区域的温度，以便(1)预防在压缩机入口出现结冰的可能性，预防到达这样的程度：如果它断裂，这些冰可能破坏气体涡轮的下游的部件，或由于磨损压缩机而引起失速，(2)使控制冻结的材料比如蒸汽或防冻剂的使用减到最少，和/或(3)对一个控制系统提供一个信号，该控制系统用来协调，监视和/或控制整个湿法加压装置和方法。

还有，本发明提供了一种湿法加压使功率增加的装置，它提供了一个方法控制计算机，执行方法控制程序，来控制到压缩机入口的雾化的水的质量流量，使得在气体涡轮壳体中的变形为最小。

由阅读本发明的优选实施例在这些多个方面的详细描述，并考虑到附图，本发明的另外的特点和优点将变得更清楚，在附图中有：

图1示出了一个典型的气体涡轮发电设备的总体图(附属的发电机在图1中实际上未画出，但假设它是明显的)，此设备被用来由燃料与空气的燃烧产生电力。

图2A和2B示出了有一个轴流压缩机的气体涡轮发动机的细节。

图3示出了在图1的气体涡轮发电设备中所使用的喷雾架组件的定位。也示出了附属的蒸汽管道。

图3A为喷雾架组件和蒸汽管道的细节的放大图。

图4示出了喷雾架的排列的进一步的细节，示出了单个的喷雾架水管的相对位置，每个喷雾架水喷嘴的定位，以及喷雾架的加强杆的使用。

图5为一个平面图，示出了图3和4的喷雾架组件的细节，带有用来送蒸汽到蒸汽管的一个蒸汽多支管。

图6示出了用来监视例如在图1和2中示出的气体涡轮发动机系统的壳体变形的细节。

图7到9用图线示出了在下面的示例2获得的结果。

术语的定义

″工业的气体涡轮″是指用于在工业的和社会生活的发电应用中的地基发电的至少20兆瓦或更高功率的涡轮机。工业气体涡轮这一术语可以包括重型的以及飞机改型的涡轮机。

″重型气体涡轮″是指一种类型的气体涡轮，由一种设计观点来看，它不是专门设计用来接受在功率输出的明显数量的突然改变。这样，企图把重型气体涡轮特别地与飞机涡轮机区分开来。与重型涡轮相比，也把飞机涡轮机专门设计成在它的正常运行环境和操作中吸入大量的液体水。

″工作流体″。气体涡轮的典型的工作流体是气体；在气体涡轮的压缩机中的典型的工作流体是潮湿的空气。在本发明中，把工作流体扩展为包括液体水，这些水在气体涡轮的热力学循环中蒸发，产生气体。当工作流体通过工业气体涡轮时，它可以改变它的成份(这是由于材料的注入和由于燃烧方法)。在这一方面，当工作流体通过气体涡轮的工作循环时，在沿着气体涡轮的轴线的不同位置它可以或者是一种气体混合物，液体在气体中的两相混合物，固体颗粒在气体中的两相混合物，或者是在气体中的液体和固体颗粒的三相混合物。

″净输出″是指气体涡轮的净输出，并指可供使用的轴功率，用来驱动一台发电机或方法压缩机(在该气体涡轮机的外面)。用扭矩和转子轴的速度度量气体涡轮的净输出，并可以或者用马力或者用兆瓦表示它。当用兆瓦表示时，净输出这一术语通常包括发电机的损失。当在可以比较的条件下比较净输出时，但是可能有液体水或没有液体水，此可以比较的条件包括用来测量净输出的一个可以比较的方法。

″热量和水汽的添加″是指把热量和水汽同时加到工作流体中，一直达到工作流体的饱和点。

″角度变形″是指壳体的弯曲或变形的状态，这可能造成在转子与涡轮的壳体之间的相互于扰。

″损坏″是指气体涡轮的任何部件超越在合理的使用和运行方法中可以预计得到的情况的有害的变化。由于湿法加压预计叶片涂层或叶片材料会有一定程度的可以接受的腐蚀。

″水″是指在组成性质上对于吸进气体涡轮为了通过湿法加压使功率增加是有用的那些水。它可能包括杂质和传统的或有益的添加剂，比如防冻液，或降低或补救添加的水腐蚀涡轮部件的任何趋势或滤掉在构造气体涡轮的各种结构部件所采用的合金的成份，水可能与这些结构部件接触。

″以一种平衡的方式改变多个质量流量增量″是指添加到工作流体中的水的增量。术语″平衡方式″是指一个增量已经被证实当施加该增量不会引起气体涡轮壳体的变形超过一个可以接受的角度变形界限，并且，在增量或者被添加到前一组结合起来的增量中或者由前一组结合起来的增量中减去之后，结合起来的增量在壳体中不能产生不可接受的角度变形。

″足够均匀的分布″是指压缩机获得的工作流体中液体水的一种分布，它将进而造成液体水在压缩机中的分布，它将不会引起气体涡轮壳体超过一个可以接受的角度变形极限的变形。

″改进的燃料效率″是指当液体水添加进工作流体时每单位燃料产生比在可以比较的条件下但是没有已经添加到工作流体中的所述水所可能得到的更多的净功率输出。

现在转到图1，该图示出了一个典型的气体涡轮发电设备的总体图100，它被用来由燃料与空气的燃烧产生电力，它是可能采用本发明的装置和方法的设备的示例，(附属的发电机在图1中实际上未画出，但假设它是明显的)。该气体涡轮发电设备100包括一个气体涡轮或气体涡轮发动机101，它包括一个轴流压缩机或轴流压缩机段103，此轴流压缩机段103有一个压缩机入口102，用来获得包括空气的工作流体。(应该理解到，只示出了该气体涡轮发动机101和轴流压缩机段103，并且，本发明可以在技术上已知的其它类型的气体涡轮发动机上实施。也应该理解到，本发明可以有利地与一个轴流压缩机段一起使用，该压缩机段例如有多个位置用来把液体水添加到工作流体中，而不是只有一个单一的入口用来把液体水添加进工作流体中。)

一个进入空气过滤器109通过一段进入空气管133被连接在该进入空气过滤器109与压缩机入口102(见图2A)之间，在某些实施例中，该进入空气规律性器109的前面或后面可能接着一个传统的进入空气蒸发冷却装置(未画出)。进入空气管133由一个进入空气管收敛部分135，一个进入空气收缩部分137(它有下表面136)，以及带有一个观察口413的一个进入空气管多支管部分139构成。

在某些情况下，使用一个热回收单元131来由涡轮段排气产生蒸汽。随后可以把被热回收单元131产生的蒸汽用来或者由一个蒸汽涡轮产生电力，使蒸汽驱动的装置运行，对化学加工设备提供热量，或者做类似用。

图2A和2B示出气体涡轮发动机101的进一步的细节。在进入压缩机入口102之后，靠使用一系列压缩机级113把空气在轴流压缩机段103中压缩。在压缩之后，被压缩的空气流进在燃烧段中的燃烧室105中，在那里与燃料混合，燃料燃烧产生热的高压气体，用来驱动涡轮段107。涡轮段107有一系列涡轮段级108，它们逐级地(1)把热的高压气体的能量转变成表征为转子11旋转的功(在涡轮段107最好有被涂布的部件)，以及(2)产生温度和压力比进入各自涡轮段级108的热的高压气体较低的排气。由第一级这样的涡轮段108的排气随后作为第二级的热的高压气体，由最后一级用来的排气也是由该涡轮段107出来的排气。

转子111是涡轮段107的一部分也是轴流压缩机段03的一部分，并且包括转子轴127和装到转子轴127上的在涡轮段107和轴流压缩机段103中的所有的转子叶片组(115，121)。转子轴127把动力提供给轴流压缩机段103和一台发电机或某些其它有用的机械，比如，但是不限制为，在化学加工中使用的一台大型压缩机。在这一方面，转子轴127或者是单一的结构部件，或者另外是一系列的单个部件，它们被机械地装在一起，形成一个实际上单一的结构部件。

在气体涡轮发动机101内的各种气体和流体通常被一个壳体125包含着，此壳体形成了该气体涡轮发动机101的一个内部空间，以便(a)对被压缩的空气提供通道，(b)在空气通过接续的压缩机级113的方法中包含着被压缩的空气，(c)提供一个耐压的壳体包含着压缩机排放气体，围绕着燃烧段中的燃烧室105，(d)包含着热的高压气体，当这些气体在涡轮段107中膨胀时燃料在这些气体中燃烧，以及(e)当排气留在燃烧发动机101中时为排气提供通道。壳体125的结构通常为几个不同的件，把它们牢固地连接在一起。

在轴流压缩机段103内，每个压缩机级113由装在转子轴127上的一系列压缩机转子叶片115和前面的和后面的压缩机定子叶片组117组成，每一组这样的压缩机定子叶片117以沿径向设置的方式被安装成一个系列，做为固定不动的叶片排。压缩机定子叶片117(a)紧靠着壳体125的内壁安装，并(b)对于转子111密封(通常用迷宫式密封)，其方式使得在运行中一个压缩机级113与它的伙伴压缩机级113本质上是流体隔绝的。压缩机转子叶片115与压缩机定子叶片117结合起来，其功能使通过压缩机级113的空气的压力升高，这是靠(1)把动能由转动的压缩机转子叶片115转移给空气(或气流)，并(2)对空气流提供通道，因为空气被在压缩机转子叶片115后面的压缩机定子叶片117减速，造成空气中的压力和温度升高。在一个压缩机级中出口压力对入口压力的压力比被内在的气动因素限定，所以通常要求有多个压缩机级113，对于轴流向压缩机段103获得比由单一的轴流压缩机级113所可能得到的更高的总压力比。

在把燃料添加进燃烧段的燃烧室105中，并使燃料被压缩的空气中的氧气氧化之后，所形成的热的高压气体在涡轮段107中被转换成功；这一方法的实现是通过在一系列涡轮段级108中把膨胀的热的高压气体的高的动能传递给涡轮段转子叶片121。

每个涡轮段级108由被装在转子轴127上的一系列涡轮段转子叶片121和前面的涡轮段定子叶片组122组成，这些定子叶片以沿径向设置的方式被安装成一个系列，做为固定不动的叶片排。涡轮段定子叶片122(a)紧靠着壳体125的内壁安装，并(b)对于转子111密封(通常用迷宫式密封)，其方式使得在运行中一个涡轮段级108与它的伙伴涡轮段级108本质上是流体隔绝的。涡轮段转子叶片121与涡轮段定子叶片122结合起来，其功能使热的高压气体的压力分段地降低，这是靠(1)对热的高压气体提供通道，并(2)把动能由膨胀的热的高压气体转移给转动的涡轮段转子叶片121，产生功，当转子驱动它的负载时，这种功表现为转子111的转动。

在某些情况下，涡轮段转子叶片121有被涂布的表面组成的多层表面，使得可以采用更高温度的热的高压气体；在某些情况下，涡轮段转子叶片121有(或，另外，也可以有)在涡轮段转子叶片121内部提供的冷却，这是通过使用在该涡轮段转子叶片121中机械加工出来的或铸出的管道或腔室段实现的。在运行方法中，与这些机械加工出来的或铸出的管道或腔室段在流体上连通的是：(a)来自轴流压缩机段103的被压缩的空气，以及(b)由被压缩的空气的出口出来的压力降低了的排气；被压缩的空气流过涡轮段转子叶片121，把该涡轮段转子叶片121冷却。

如将在本文件的另一部分将要提到的那样，如果使用对单个的涡轮段转子叶片121的表面温度测量来识别在任何叶片的机械加工出来的或铸出的管道或腔室段可能出现的阻塞，对于每个涡轮段转子叶片121的这样的冷却系统的使用可能是最有效的，因为这样的阻塞可能限制冷却剂的流动，并使单个的涡轮段转子叶片121上造成不能接受的高温。在采用本发明的气体涡轮发动机101中，在用来冷却涡轮段转子叶片121的压缩机排放空气中痕迹量的矿物沉积物(本质上来自输送的雾化或微细化的水)可能造成这种阻塞。

保持这样的材料不进入涡轮段转子叶片121的冷却系统的优选方法是在被压缩的空气用来冷却涡轮段转子叶片121之前保证的对轴流压缩机段103的被压缩的空气进行全面的预先过滤，并对有代表性的单个涡轮段转子叶片121的表面温度分布进行测量，合理地证实叶片121被适当地冷却。在属于Richard E.Zacharry的在1987年3月10日注册的题目为″用来控制气体涡轮的光线管组件和感知仪器″的US-A-4648711中描述了为了进行单个的涡轮段转子叶片121的表面温度的这种测量的一个优选系统。应该进一步注意到，如果对频率3.9波段敏感的一个高温计与对0.95微米波段敏感的一个高温计结合起来使用，将可以得到与湿法加压结合使用的高温计的最好结果；这避免了来自被携带进入涡轮段107中的水蒸汽的红外辐射，这种辐射可能使仅只在0.95微米波段敏感区进行的高温计测量模糊不清。

建议在把被压缩的空气用于冷却涡轮段转子叶片121之前对由轴流压缩机段103排出的被压缩的空气进行全面的预先过滤，这是通过使用设置在将被用来冷却涡轮段转子叶片121的被压缩的空气的排放管与进口管之间的一个过滤器实现的，该进口管在流体上把被压缩的空气连通到每个被冷却的涡轮段转子叶片121上。

图3示出了为了把液体水滴提供给轴流压缩机103接受的工作流体的装置的一个优选实施例，该装置后来用来可控地增加(并相应地，可控地减少)提供给工作流体减少被压缩引起的工作流体的温度的升高的液体水的数量。

在这一方面本发明设想提供将被压缩机接受的一种工作流体，在与基本上完全加湿了的空气的混合物中(比如这种混合物可以在一种改型中被现有的进入空气的充分蒸发冷却装置提供，或者在所涉及的涡轮没有安装某种形式的进入空气蒸发冷却装置的情况下，蒸发冷却最好由本发明提供的同一功率增加装置实现)，它最好包括由至少0.75％到1％重量百分比，更可取的地，包括由大约2％到大约8％重量百分比的液体水。通过例如经过图3中所示的装置把液体水引进被压缩机103接受的工作流体中最好实现净输出的至少大约10％的增加，更可取地，气体涡轮比如气体涡轮101的净输出的大约20％到大约40％的增加。净输出的这一增加是相对于在可以比较的条件下但是没有借助本发明的装置和方法添加水的涡轮的净输出测量的(因此，为了清楚，在特定的情况下，其中涡轮采用了进入空气的蒸发冷却，净输出的增加是与用所述进入空气的蒸发冷却实现的净输出比较的)。在图3中所示的优选实施例中，如上面已经建议的那样，用来提供水的装置也可以用来把工作流体完全地加湿(即完全饱和)，在这里所涉及的涡轮机以前没有安装例如已知的冷凝器型或介质型进入空气的蒸发冷却装置。

现在专门地参见图3，用来把液体水添加到被轴流压缩机段103接受的工作流体中的一个优选装置包括一个喷雾架组件201，它与轴流压缩机段103的压缩机入口102连通。可以把该喷雾架组件201设置在进入空气过滤器109与压缩机入口102之间的任何位置，但是，最好插在进入空气管收敛部分135后面的进入空气收缩部分137中的进入空气管133的里面。这一位置有好处，在于，提供了离开压缩机入口102足够的距离，从而可能与喷雾架组件201脱开的喷嘴305(或者，后面将更具体地描述的蒸汽添加系统或喷雾架组件201的其它被损坏的部件)将在该喷嘴305(或被损坏的部件)被拉进旋转的转子111之前被重力拉到进入空气管133的下表面136上。

远的位置提供了好处：潜在地防止了喷雾架组件102的部件断裂并进入轴流压缩机段103中，这样的位置要求喷雾架水喷嘴305喷出足够细的液体水雾，使得这些雾将基本上夹带在工作流体中。在喷雾架水喷嘴305与压缩机入口102之间较近的距离内，可以使用比较粗的喷雾，只要在工作流体中得到水的足够均匀的分布，以便限制把壳体125的变形限制到预先确定的一个通常可以接受的极限，这防止了轴流压缩机段103的损坏(如在后面将更充分地描述的那样)。

将会认识到，较粗的喷雾的使用可能需要改变添加到工作流体的液体水滴的流动，以确保液体水在轴流压缩机中分散得足够均匀，避免壳体125的不能接受的角度变形。确定适当的流动图样的步骤可以与如下面关于本发明的优选实施例所描述的步骤相同。

对技术熟悉的人将会进一步认识到，尽管通常希望把用来把水添加到工作流体中的装置离开压缩机入口一个足够的距离，以避免对压缩机的破坏，但是所采用的特别的水添加装置的例如喷嘴或某些其它结构部件会断裂松开，并被携带朝向压缩机的入口，获得足够细的雾以确保在压缩机入口处在工作流体中水的均匀分布，并在第一压缩机级充分饱和以便得到湿法加压的全部质量流量的利益，可能要求(在喷雾架组件201方面)大量的喷嘴305，高的喷出压力和相应的较大的泵系统，为了所要求的增加量发送出所设想的水的质量。较粗的喷雾系统通常要求较少的安装投资，但是可能不能提供足够好的夹带和水在被压缩机接受的工作流体中分布的足够均匀，除非位置足够靠近入口102，从而保留某些喷嘴被携带进入在运行中的压缩机中的危险。

用来把液体水喷进被压缩机接受的工作流体中的最佳装置和设置通常将与这样的装置和设置相对应：为了实现第一压缩机极的充分饱和和对于一个给定水平的功率增加来自添加水的最大的质量流量利益它有最低的整体成本，并且，它将作到这一点而不引起壳体125的过度的变形和压缩机的摩擦，考虑到喷嘴305被携带进入压缩机的103中的可能性或危险和这种情况出现对成本带来的结果，并考虑到与水添加装置的一个给定的设置和选择有关的喷嘴和其它系统部件(硬件)的总成本。因此，在相对于压缩机入口的多个点或位置采用多个装置来把所设想的液体水的总质量输入到工作流体中可能是优选的。

这样，对于低水平的功率增加(直到大约10％的增加)，如前面已经建议的那样，通常只采用一个压缩机水洗装置将是足够的，从而在一个长时间内把液体水的传统的压缩机水洗数量(此数量将按照涡轮的类型和将增加功率的大小改变，但是典型地为由工作流体的重量的0.1％到0.5％)连续地添加到被压缩机接受的工作流体中；最好，在此实施例中的喷嘴将为把水主要或仅只以有平均水滴尺寸为200微米或更小的细雾供应的一种类型，在使用这些非常细的雾化喷嘴时使用补充的添加水的装置并把它设置在上游(即，更远地离开压缩机入口102)可能是建议的，需要这些补充装置是为了覆盖把液体水分布到工作流体中的″间隙″，如可能由靠近压缩机入口的细雾化喷嘴的阻塞所引起的那样。Rochem Technical Services公司以FYREWASH的名字生产了用于这一具体实施例的一种特别优选的喷嘴，其特征在于，被悬臂地伸进进入空气流中，用来提供被运送的细雾喷洒，本申请人估计其平均水滴直径为100微米到200微米之间(但是肯定超过大约70微米)，压力降通常为80磅每平方英寸，表压(psig，或550kPa，表压)。

一般说来，除了在如上面一节中所描述的某些情况下补充的添加水的装置以外，把液体水的传统的压缩机水洗数量加到工作流体中所采用的装置将是与在用作压缩机水洗目的的一个给定的涡轮机上采用的装置相同(例如，一个环形喷洒管，它带有围绕着环形喷洒管的等间隔的喷洒喷嘴)，因为对技术熟悉的人很好地知道这些类型的系统，进一步详细的讨论是不必要的。

在想要更高水平的功率增加，即比10％更高，特别是在气体涡轮的净输出高于20％的增加的情况下，最好单独地使用或与其它装置结合起来使用一个或多个喷雾架组件201。关于在这两种可能性中的后者，一种装置特别适用于进行本发明的在线清理方法，它将采用靠近压缩机入口102的第一装置，用来把液体水的传统的水洗数量最好以一种粗的喷洒形式供应给工作流体(为了功率增加的目的连续地进行，只为了在线清洗的目的间歇地进行)，同时使用第二装置，用来把液体水添加到被压缩机接受的工作流体中，所述第二装置为在进入空气管收缩部分137中的一个喷雾架组件201的形式。在第一和第二装置都结合起来使用以便输入所要求的水的总质量的情况下(与只使用第一装置为了按照本发明的在线清洗方法的目的的情况相反)，最好把第一和第二装置选择成使得被它们的组合加到工作流体的液体水的质量主要是细雾的形式，平均水滴直径为200微米或更小。

关于在图3中示出的喷雾架组件201，该组件201由一组单个的喷雾架组件301组成，每个单个的喷雾架301进而由一个喷雾架水管303组成，它带有一组分离开的喷雾架水喷嘴305，用来使通过喷雾架水管303送出的水雾化。另外，设置了有喷雾架蒸汽孔315的喷雾架蒸汽管313，添加加热的蒸汽到进入空气中。在每个喷雾架蒸汽管313上周期性地使用安装套筒336，在喷雾架蒸汽管313的热引起的膨胀和收缩方法中使得可以自由移动。

最好，非常干净的水，例如导电率为0.4微欧姆或更低的没有微粒的水，不管它是凝结水，还是蒸馏水，去离子水，在这种形式下被雾化，最好形成水的非常细的雾。可以采用多种已知的商业上可供使用的喷嘴设计，用来提供这种非常细的水雾，例如，上面提到的Rochem Technical Services公司的″FYREWASH″喷嘴(该公司在610 N.Milby Street，Suite 100，Houston，Texas 77003有一个办公室)，它提供特征为体积平均直径为153微米的喷雾(每分钟2加仑(每分钟7.6升)流量)，压力降为80psig(550kPa，表压)，温度在45到165华氏度(7.2到73.9摄氏度)，或者Spraying Systems公司的1-7N-316SS16喷嘴，它提供特征为体积平均直径为188微米的喷雾(每分钟2.6加仑(每分钟9.9升)流量)，压力降为80psig(550kPa，表压)，温度在45到165华氏度(7.2到73.9摄氏度)。

进一步关于所使用的水和前面已经与湿法加压使功率增加的使用有关的上述危险，预期：非常纯的水可能对气体涡轮发动机101的部件有负面的冲击，非常纯的水可能会把对于在气体涡轮发动机101的结构中使用的合金材料重要的化学元素由附属部件中析出，从而有害地改变了合金材料的有益的性能；在这一方面，技术上理想的水可能例如由一个方法形成，在该方法中非常纯的水通过一个容易进行质量交换的系统。这样的容易进行质量交换的系统的一个例子是纯水通过化学元素的小珠，这些小珠在成份上是平衡的，使得所形成的水蒸汽包含足够数量的每种对于气体涡轮发动机101的部件结构的材料重要的合金元素，从而所形成的水蒸汽足以使任何对气体涡轮发动机101中的合金部件中的重要的化学元素的析出效应降到最小，使得在实施湿法加压时，适当地保护了这些部件的整体性。

如喷雾架组件201的措施所建议的那样，超过不添加液体水的涡轮101的净输出大约10％的较高水平的功率增加的情况下，本发明设想将以可控的方式添加或除去对于这些较高水平所需要的数量较大的液体水，从而可以避免对涡轮机101的热冲击和压缩机103的任何波动。这种可控的添加可能要求提供给被压缩机103接受的工作流体的液体水有一个平滑的增加，比如靠增加把水提供给一个或多个喷雾架水喷嘴305的水压。在替代方案中，可以以一个阶梯的增量方式把液体水提供给被压缩机段103接受的工作流体中。作为另一种替代方案，可以有利地以同时的方式或者接续地采用平滑地增加和/或阶梯形地改变添加到被轴流压缩机段103接受的水的数量的一种组合。

然而，更可取的是，当增加或减少液体水的流量时，将以阶梯形的方式采用多个水质量流增量添加或减少液体水。关于多个水质量流量增量的优选使用，用来实现本发明的一个优选的装置包括喷雾架水喷嘴305，其中每个单个的喷雾架301可以被看作产生一个雾化水质量流量增量，此增量由横截着该喷雾架水喷嘴组305的压力降决定。

另外，对技术熟悉的人将会认识到，每个喷嘴305将进而有一个压力范围，在此范围内，特定量的液体可以被适当地雾化，给出被雾化的液体的一个适当的供应，并且，因此，这些喷嘴305自身可以被看作单个地本质上确定一个水添加的增量；水质量流量的最小增量就是驱动最小的喷嘴305所需要的水质量流量增量，在实现湿法加压中可以使用此最小增量。

顺便地说一下，应该是明显的是，不论在运行的连续流速的方式还是增量流速的方式下，如果想把水的质量流量改变低于为了产生对于运送和混合进进入空气中可以接受的喷雾所需要的最小的水质量流量，那么，被添加的水不可能变成被夹带的，而是可能以一种不均匀的方式作为一种未雾化的水质量被吹进压缩机入口102。以一种不均匀的方式被吹进压缩机入口102的未雾化的水质量的负面影响与变形有关，并与受到这些未雾化的水质量冲击的部件的更快的腐蚀有关。关于在什么压力范围内流体可以被很好地雾化，改变喷雾压力可以使某些连续地模拟调整流量变得容易，但是这些改变对由喷嘴305的的喷雾的特性的影响需要在实现这种改变时考虑。然而，预计，在湿法加压已经被基本上建立起来之后，这一调节液体质量流量的途径可能在精细地调节喷雾方面有某些用途。

如果控制到喷雾架水管303的压力，连到此喷雾架水管303的喷雾架水喷嘴305将会处理等于单个的喷雾架水喷嘴305质量流量增量之和的水质量流量的总增量。

在一个另外的实施例中，可以对每个单个的喷雾架水喷嘴305分开地装上阀门和控制，提供一个最大数量的可控的水质量流量增量，每个增量是基本上可以预计的和不变的流量，其中喷雾架水喷嘴305将在可供使用的压力降下喷出它的在功能上是适当的喷雾图样。

在另一个实施例中，一组喷雾架水管303中每根有一个有关的喷雾架水喷嘴305，被设定成在喷雾架水管303的水平上可控，可以把这样一组喷雾架水管30与可以单独控制的其它的喷雾架水喷嘴305混合使用。

由上面所述的应该是明显的：可以采用喷嘴和水管的多种不同的设置，来把液体水提供给被轴流压缩机103接受的工作流体，为了实现较高水平的湿法加压功率增加，在一个更具体的方面，把雾化的水的一个质量流量以多个雾化的水质量流量增量提供给工作流体。在某些情况下，也可以选择喷雾架水喷嘴305有不同的尺寸，并被设置成或者由一个特定的喷雾架水管303提供预先确定的喷雾浓度分布，或者使来自一根特定的喷雾架水管303里面的颗粒的通过和冲走变得容易，以避免装在该管303上的后面的喷雾架水喷嘴305的阻塞，这是通过在一根给定的喷雾管303上在较小通量的喷嘴305的上游采用有较大的内部公差的一个较大通量的喷嘴305实现的。

然而，基本上，再一次需要的是：提供给工作流体(或由工作流体除去)的液体水的质量流量将如必要的那样随时间和/或关于位置(或通到压缩机入口102的液体水添加的面积)改变，使得适度地并有效地降低：(a)加在该气体涡轮101上的热应力，以及(b)与把相对较大数量的液体水添加到工作流体中有关的热膨胀和热收缩的改变速率。图3的喷雾架组件201提供了一种有效的和方便的装置，用来实现这些目的。

用来把液滴添加到被压缩机103接受的工作流体中的方法和装置的另一个希望有的特性与控制壳体125的角度变形或畸变有关，这种变形与把液体水提供给工作流体有关。如果液滴在质量流量的基础上在工作流体中不是足够均匀地分布的，由于液体水在工作流体中的质量分布不是本质上均匀的或适当地均匀的，工作流体将在轴流压缩机103内产生温度差。这些温度差进而可能导致在壳体125的线度尺寸上的局部差别，因此导致壳体125的潜在地有破坏性的角度畸变或变形。

本申请人的经验是：借助于多个喷雾架组件201提供给工作流体的水滴例如以一种通常是层流的方式流过压缩机103，混合令人惊奇地小；因此，通常不能指望转子111和转子叶片115的旋转能足够地减小由于在压缩机入口102处在工作流体中所添加的液体水的不均匀的分布产生的在压缩机103内的明显的温度改变。最好，通过提供有效措施来获得和保持水滴在工作流体中足够均匀的分布，控制由把水添加到否则是正常加湿的工作流体中所引起的壳体125的角度变形，确保任何与水添加有关的壳体125的角度变形被限制到一个预先确定的可以接受的限度内，此限度可以防止对涡轮机101的轴流压缩机段103的破坏。

在这一方面，壳体125的角度变形可以采用后面更详细地描述的激光发射装置403和激光靶407监视和建立模型。如被本发明所设想的那样，多个雾化的质量流量增量的使用特别适合于壳体125的与水的添加有关的变形的测量和控制，这是基于事先测量的变形的数量与每个增量的添加和壳体125对多个增量随时间的添加或除去的响应的关系，或关于相对于压缩机入口102的位置和对于其它增量的关系。例如，当施加每个质量流量增量时，可以测量壳体的变形与该增量的添加(或除去)有关的任何增加或减小。一旦该系统在涡轮上对于液体水的一定的质量流速的添加和关于一个特定的入口构形被证实是合理的，预期：这样被证实的该水添加系统随后可以放心地运行，即使测量不再进行(例如，可以把测量系统移开)，可以把变形控制在一个预先确定的可以接受的限度以内。在这一方面，为了设计的目的最有利地使用该测量系统，并且，在适当地关于一个特定的喷雾架组件201和喷嘴305设计确定了壳体125的角度变形之后，此测量系统可以用做也可以不用做该涡轮发电设备100的一个永久的部分。对技术熟悉的人将会认识到，把多个雾化的液体水的增量添加到工作流体中的数学模型也可以用来帮助实现这一目的。

更希望的是，液体水在工作流体中的足够均匀的分布简单地靠把水主要做为平均水滴直径为200微米或更小，更可取地为120微米或更小，特别是70微米或更小的雾或微粒的喷雾供应给压缩机103实现，这些雾由于被夹带将基本上与被工作流体接受的空气有关的速度向量相同。因此，通过液体水基本上被夹带的运动，使欠缺的区域可以可靠地被液体水补充，进而靠克服在轴流压缩机段103内水的分布的不平衡控制壳体125的变形。换句话说，基本上被夹带的液体水滴可以追随着轴流压缩机内的层流方法，使得欠缺水的区域变成相同的并被补充，以便控制壳体的变形。这意谓着为了把水吸入轴流压缩机段103使其方式能确保在压缩机段103中的工作流体内液滴的一般说来适当均匀的分布，水滴需要在入口102处在质量基础上均匀地或足够均匀地分散。即，如果在入口102获得了大致均匀的分布，将适当地保持在压缩机103中的温度分布，从而确保壳体125的变形被限制在将不会引起气体涡轮101破坏的容许范围内。

然而，将会认识到，取决于喷雾架组件201的位置和对于一个特定的气体涡轮发动机101水被添加的方式，横截着被喷雾架组件201占据的进入空气管133的截面喷嘴305的均匀的尺寸和分布对于实现到压缩机入口102的雾化的水流的所要求的均匀性来说可能不是最好的。相反，可以通过观察水的不同的添加增量的多种设置对壳体125的变形的影响，可以适当地确定最佳的设置。

为了扩展前面提到的特点和方面，在这一运行模式是可行的情况下，最好把喷雾架组件201基本上设置在进入空气管收缩部分137，并且与所述压缩机入口137离开足够的距离，使得在运行方法中由喷雾架组件201断裂离开的任何喷雾架水喷嘴305(或喷雾架组件201的任何其它被损坏的部件)在由于进入空气管133内的压力和流动特性所产生的作用力把喷雾架水喷嘴305拉进压缩机入口102和/或旋转的转子111之前将被重力拉到进入空气管133的下表面136上。把喷雾架组件201设置在进入空气管收缩部分137而不设置在进入空气管收敛部分135的原因在于：进入空气流的速度在进入空气管收缩部分137一般说来比在进入空气管133的其它部分要高，结果，一般说来，来自喷雾架组件201的被雾化的水将更有效地被夹带进流动的进入空气气流中。

图4示出了在图3中所示的喷雾架组件201的排列的进一步的细节，以一个正视图示出了单个的喷雾架301的相对位置，每个喷雾架水喷嘴305的定位，以及喷雾架的加强杆311的使用。在这一方面，经验性地证实喷雾架的加强杆311的尺寸和连接形成了一个稳定的系统，它在结构上将是坚固的。一个喷雾架振动监视器411是一个也可以用来监视在运行方法中喷雾架组件201总的整体性的系统，用来检测在组件201中不能接受的共振。

图5示出了图3和4的喷雾架组件的组装细节的平面图，并示出了把热量和水汽都添加到工作流体中的一种优选的方式，使得在工作流体的温度否则可能降低到可能会在入口形成有害的冰的温度的情况下可以继续实现功率的增加。优选的方法包括提供蒸汽给入口102，例如通过蒸汽多支管319把蒸汽添加到喷雾架蒸汽管313中。在图3，4和5的实施例中添加蒸汽提供足以实现在入口的温度超过空气中的水在压缩机入口102结冰的温度。对每个喷雾架蒸汽管313使用至少一个蒸汽孔315，但是优选的结构是对于每个喷雾喷嘴305设置大约5个蒸汽孔315；沿着每根蒸汽管313同样地设置这些蒸汽孔315，为的是可以相应地基本上均匀地把热量和水汽添加到工作流体中，如对于液体水的添加所希望的那样。一般说来，预期压缩机入口102将是最可能由于在压缩机入口102附近沿着壳体125的壁行进或沿着壳体125的壁提供通道的较冷的进入空气而结冰，所以在所有的实施例中最好借助于管道313或借助在进入空气管的收缩部分137的周边的其它补充装置提供足够的蒸汽，防止这样地出现结冰。

为了进一步确保气体涡轮发动机101不受液体的任何突然冲入的负面影响，如果任何喷雾架是喷嘴305由它的喷雾架水管303上脱落将造成这样的突然冲入，最好把一个限制孔317或其它适当的流量限制装置(它的尺寸限制在各自的喷雾架水管303中水的通量)插进喷雾架水管303的水源供应管线中。一个蒸汽流量限制孔335也限制在任何蒸汽发送系统中任何断裂的情况下添加的蒸汽的数量。

控制在压缩机入口102的进入空气的温度是重要的，以便防止所添加和基本上在进入空气中被夹带的水在压缩机的进口导向叶片附近的表面上冻结。冰可能使压缩机进入颤动状态，或可能断裂，并与在轴流压缩机段103中的旋转的叶片115碰撞。

在压缩机入口102中的工作流体的温度最好用至少一个温度传感器(未画出)监视，以帮助确认需要添加到进入空气中的蒸汽的适当数量；在基本上是纯水的情况下，一般说来，进入空气的温度应该被保持在大约45华氏度以上，以确保在压缩机入口102的绝热膨胀将不会引起结冰。

在没有例如通过蒸汽孔315添加蒸汽或被其它装置提供加热的情况下，将会认识到，这一温度极限等于对采用本发明的湿法加压技术添加纯水的气体涡轮提出了一个周围温度的限制。然而，通过添加蒸汽提供加热(对于在简单循环状态下运行的气体涡轮发电设备100的一个添加的热回收单元131中产生，或来自在一个在复合循环中运行的一个设备中可供使用的低压蒸汽)使得在相当低的周围温度下可以使用本发明。

特别地关于带有进入空气的蒸发冷却的复合循环运行，可以额外地回收附加的当前没有利用的热，并把这些热量有利地应用于进入空气的加热目的，这是靠把来自蒸汽涡轮的凝聚热交叉交换给进入空气的蒸发冷却器(未画出)。用来使进入空气加热和加湿(等于把进入空气的蒸发冷却器转变成一个进入空气的蒸发加热器/加湿器)，这样，以添加的蒸汽注入(或者，可能，没有蒸汽注入)，本发明的湿法加压技术应该可以在周围温度低于45华氏度(7.2摄氏度)的情况下运行，肯定低至15华氏度(-9.4摄氏度)的情况下可以运行，但是，实际的较低温度的运行极限更适当地在个案处理的基础上确定。

最好通过在进入空气管的多支管部分139设置至少一个观察口413提供克服潜在的破坏性的结冰在压缩机入口102的壁上出现的一个附加的保护措施，这使得一个操作技术员可以观察和扫描结冰的情况。如果使用这样的观察口413，使用一个摄像机(未画出)可以进一步简化信息收集方法，这是靠使得一个操作技术员可以在一个图像屏幕监视器上方便地观察进入空气管133和/或压缩机入口102的内部。在这一方面，水质量流量可能需要被减少或中断，使得容易地充分观察进入空气管133和/或压缩机入口102的内部的这一部分。一种对于把水提供给喷雾架组件201的系统的进一步的可选的防止结冰的增强措施是也把一种材料混合进水蒸汽中，这种材料降低水微粒的结冰温度。在这一方面，结冰点降低剂比如甲醇可以被用来保证在进入空气中较低的工作温度。

图6示出了用来监视气体涡轮发动机101的壳体125的与添加液体水有关的变形的一种可能的装置的细节。在这一方面，如前面所表明的那样，把明显数量的雾化水的质量添加到被轴流压缩机段103处理的空气中可能对气体涡轮发动机101可能有一种有害的效应，这是因为冷却效应关于包括轴流压缩机段103的那部分壳体125的内表面(内周边，内壁)可能不是对称的。如果壳体125的一部分的冷却不等于对另一部分的冷却，那么，壳体将偏离一种完全对称的准直状况。这样的变形可能促使在轴流压缩机段103中内部流体流动的破坏，引起失速，或转动失速，在轴流压缩机段103的部件中导致破坏性的应力，或者，这样的变形可能引起在轴流压缩机段103的部件之间的机械摩擦，造成对这些部件的破坏，或者可能在最极端的情况下，造成压缩机事故。

图6示出一个激光发射器403，一个激光反射器405和一个激光靶407的使用，来实现对壳体125的变形的监视。应该注意到，使用激光反射器405提供一个对角度变形的响应，如果需要，可以使用一系列激光反射器405，通过等于把角度位移乘以由激光发射器403发出的激光束在到达激光靶407上之前所走过的距离，来进一步提高该组件对壳体125的变形的灵敏度。在激光不太灵敏的使用中，不使用激光反射器405。在本发明的优选实施例中，可以考虑对于传统长度的轴流压缩机段103使用单一的激光反射器405(然而，在某些紧要的设计中，更灵敏的设置可能是最佳的)。可以使用多组激光发射器403，激光反射器405和激光靶407来监视壳体125的不同部分的变形，或者，可以另外采用一个部分反射镜(未画出)把发自激光发射器403的光束分开，随后把它们指向装在壳体125的不同部分上的不同的激光反射器405，用来被不同的激光靶407接受，每一个用来监视壳体125的一个不同的部分的变形。

当气体涡轮发电设备100有装到带有进入空气管收缩部分137(此部分是对于喷雾架组件201的最佳位置)的壳体125的一根进入空气管133时，额外地关心壳体125的不对称冷却效应，在这种情况下，进入空气管133的轴线(所述轴线被确定为与管道中主要流体流和流量的方向对准的主要流体流和流量的截面的中点的连线)基本上垂直于转子111的转动轴线(如在图1中所示出的那样)。在这种情况下，转子轴127可以在横截的并且悬在压缩机入口多支管部分139的进入空气管内的一个孔道中转动；该孔道构成流体流动的一个障碍，它与由相对于转子轴线垂直的进入空气管轴线造成的基本上成直角的流体流动方向的改变一起，对于获得雾化的水在压缩机入口102处的进入空气流中一个想要的相等和对称的分布带来了某些困难。

如前面所讨论的那样，在这种情况下，单个的喷雾架喷嘴305以及喷雾架水管303的位置，水质量增量的确定和尺寸最好被设计成使壳体125有一个足够对称和均匀的冷却，使壳体125将不会不可接受地变形。随后实现通过被雾化的水质量流量增量改变到达压缩机入口102的被雾化的水的质量流量，从而使由于操作在该气体涡轮发动机101中所引起的热应力足够地达到最小，以保持气体涡轮发动机101的总的结构整体性，这种热应力是由于使用了被改变的雾化的水的质量流量而产生的。在这一方面，如果部件的表面温度快速地下降(引起在该部件的表面部分的热收缩)，而该合金部件的其余部分或者(a)没有可以比较地收缩，或者(b)处在尺寸膨胀的状态，由于到达压缩机入口102的雾化的水的质量流量的非常快速的改变可能(甚至在水在工作流体中的分布是均匀的情况下)在该气体涡轮发动机101内的某些合金部件中引起裂纹。

本发明的另一个与湿法加压有关的仪器增强措施涉及一个燃烧段液体存在传感器的使用，来判定在压缩机出口在到燃烧段的入口处液体的存在。在这一方面，它的用处或者是把所添加的水质量流量的大小限制到这样一个水平，使得在压缩机出口处(到达燃烧段的入口)感知不到液体，或者是(如果燃烧室105足够地坚固，或是作了防护性涂布，能承受来自压缩机出口的水的任何潜在的腐蚀效应)添加足够的水可能确实是希望的，以便在燃烧段中确定地获得液体，从而获得更大的被扩展的功率增加，其方式类似于现在在技术中靠把水喷入涡轮段中为了控制氮的氧化物(NO)所实现的方式。这样一个传感器或一组传感器应该被设置在在压缩机出口处壳体125的内周边(内壁)上，这是因为任何自由的液体将被适当地由于离心作用而被运动到这部分。

为了帮助在气体涡轮发动机101的运行中实现按照本发明的水的添加，在某些情况下把一台方法控制计算机(未画出)连接到阀门(未画出)上，这些阀门是用于调节雾化的水的质量流量的，并连接到激光靶407上，使得该方法控制计算机可以执行方法控制程序，用来控制(″打开″或″关闭″)到每个单个的喷雾架水管303和喷雾架水喷嘴305的雾化的水的质量流量，从而使壳体125的变形达到最小。在这一方面，本发明的某些实施例采用了单独的调节喷嘴(未画出)，可以把它们装在喷雾架组件201中，或者装在进入空气管133或压缩机入口102的某个其它位置，在获得湿法加压方法的稳定的和敏感的控制方面提供附加的自由度。该方法控制计算机也执行控制到整个喷雾架组件201的压力的程序，以便精细地调节水的总质量流量。

另外，可以连接该方法控制计算机，来进行每个温度传感器的温度测量，测量来自喷雾架振动监视器411的输入信号，测量来自燃烧段液体存在传感器的输信号，控制喷雾架蒸汽孔315的蒸汽流量，控制把结冰点降低剂添加到送进的水中，简化其它测量，比如涡轮段叶片121的光学高温计测量，以及简化另外的测量和输入信号的控制，为了全面地控制整个系统的运行可以进行这些测量和控制。

也设想：这台方法控制计算机可以如传统上那样考虑对于来自一个或几个有关的气体涡轮101的功率的要求，这些涡轮机装有按照本发明的湿法加压装置，并按照这一要求的变化控制整个系统的运行，或者可以有利地把对于本发明的湿法加压系统发展的一个方法控制系统与对于一个有关的化学生产方法或设备，例如采用装有按照本发明的一个湿法加压装置的气体涡轮101所发的电的设备的方法控制系统结合起来。在这一方面，一个具体的方法控制方案的设计和执行超出了本发明所适合的范围，但是认为这是在对技术熟悉，对具体的运行环境和状态或情况的组合熟悉的人们的能力范围以内。

在运行中，对于可以对一台工业的气体涡轮的净输出如可能在化学加工和工业发电运行环境中通常所希望的那样提供更高水平的功率增加的系统，在启动和关断水的添加系统方法中最好以多个雾化的水质量流量增量供应雾化的水的质量流量，使得在该气体涡轮发动机101中由于使用雾化的水而由运行引起的热应力有效地达到最小，保护该气体涡轮发动机101的结构整体性。在这一方面，如果水的数量以增量的方式在一段时间内增加，使得在一段时间内以阶梯的方式实现该气体涡轮发动机101的各种部件之间可以有基本上的合理的热平衡，直到水的流量是实现一个给定的较高水平的功率增加所要求的为止。当减少水流量时，应该在一段时间内以增量的方式减少，这使得在一段时间内以阶梯的方式实现该气体涡轮发动机101的各种部件之间可以有基本上的合理的热平衡，直到水的流量是可以希望的液体水流量的最低数量为止(这可能是完全没有任何水的添加)。因此，例如，这些增量的大小和间隔应该使得不会使壳体125和转子轴127膨胀或收缩到不同的程度和以不同的速率使它们膨胀或收缩，以至由于轴向上的对不准而在这些部件之间出现机械摩擦。对技术熟悉的人将会理解到，对于不同的气体涡轮所使用的升高速率(在干燥的基础上)对于确定按照本发明应该多快地添加或除去一个给定大小的增量，将提供一个容易的可以适用的基础。

也可以在位置基础上进行雾化的水的质量流量增量的调整，如前面已经建议的那样。在这一方面，例如，在壳体125中测得的一个变形可以最好地被在进入空气管133的上部(顶部)以一个不同的百分比以增量改变雾化的水的质量流量而克服掉，该百分比与在进入空气管133的下部(底部)用来改变雾化的水的质量流量的百分比不同。

在不同位置同时关于时间，应该以一种方式添加或减去正的或负的水质量增量，使得对气体涡轮发动机101的有害的热应力和机械应力适当地达到最小。在实施的初始阶段，定期地(在该气体涡轮发动机101的不同的部件和它们之间的热平衡已经合理地达到之后)在把雾化的水的质量流量添加到进入空气中或由进入空气中除去之前，证实壳体125的对准是有用的。

在这一方面，在负载下运行的大型机械中容易实现湿法加压方面需要与在上面描述的技术中可以找到的任何有争议的用湿法加压使功率增加的内容清楚地区分开来，这些内容包括在飞机中实现的短时间的湿法加压，以及如被Nolan和Twombly报导的在地基涡轮机上所设想的某种形式的湿法加压使功率增加的实践；就本申请人所知的湿法加压的任何有争议的较早的文章中，在这些较小的气体涡轮机中为了进行湿法加压而添加的水可能基本上以单一的增量″接通″的，(1)因为一个较小的气体涡轮(特别是在飞机上使用的)对于冷却效应在尺寸方面是不敏感的，(2)至少在飞机的情况下湿法加压的使用只是进行相对较短的时间期间，以及(3)在任何更长时间中功率增加的水平相对较低。在大型的地基工业气体涡轮中，用于湿法加压而添加的水应该基本上在位置和时间方面都是以一个阶梯形的多个增量的方式″接通″的(或者，另外，″降低″或″关断″)，(1)因为一个大型的气体涡轮在尺寸方面对来自添加的液体的有关的冷却效应是敏感的，(2)湿法加压的使用是在持续的时间和进行中的时间期间内，以及(3)所追求的功率增加的水平通常是相当大的，结果意谓着添加相当大数量的的水。尽管如此，对于熟悉技术的人来说将是明显的：以一种使得(a)减轻热应力，或(b)减轻热膨胀和热收缩的方式把大体积的水引进任何类型的气体涡轮中可以在任何类型的气体涡轮中有利地采用，即使是那些被设计在它们的运行环境中吸入大量的水的涡轮机也是一样，比如飞机的涡轮机。

作为本发明所设想的添加水的水平的结果，并且因为沉淀物由于被添加的液体水的蒸发而在压缩机部件上沉积，发现这些沉积物超出现在被传统的粗喷雾压缩机清洗系统清理的前几排压缩机叶片上出现。因为这些沉积物进一步积累进压缩机中，预计将有性能上的损失，而这不是当今的在线清洗系统和方法所能解决的，而可能知能通过不是优选的选择通过脱离主机的清理或把压缩机打开，用人工装置清理它来解决。因此，本申请人发展了一种新颖的在线压缩机清理方法，用来清理在一段时间内采用湿法加压增加功率的一个工业气体涡轮的压缩机段。在一个实施例中，当通过气体涡轮的性能的损失显示出来压进行清理时，例如用来自位于压缩机入口附近的一个可供使用的传统的压缩机清洗系统的传统的粗喷雾压缩机清洗增量补充被喷雾架组件201提供的多个雾化的水的质量流量增量，或者用来自粗喷雾压缩机清洗系统的一个相应的质量流量来代替一个或多个细喷雾的增量。由于沉积物的积累是在接续的几排中(例如，在压缩机的前4到5排以后)，最好定期地或间歇地把保留的细雾的一个或几个增量添加到为了功率增加的目的正在使用的细雾增量的基本上不变的水量流量中，代替粗喷雾清洗增量，这些粗的喷雾增量可能在有效地接触到那些后面的叶片排之前被离心作用到压缩机壁上。另外，可以省去粗喷雾增量(它对于清洗初始几排压缩机叶片是有用的)，或这些粗喷雾增量可能不是以现有的传统的粗喷雾压缩机清洗系统的形式容易地可供使用的，而采用细雾清洗增量也来清洗初始几排的叶片。对于更后面的较高的压缩机叶片排来说，足够的保留的细雾清洗增量可能不是可供使用的，例如，轴流多级压缩机的第7，8排或更后排最好把每个喷雾架增量可控地除去，并使该涡轮机周期地或间歇地运行一段时间，没有水的添加，进行挥发和/或使在压缩机的这些部位的阻塞沉积物破裂。

在脱离主机的清理被认为是正确的情况下，本发明类似地提供了一种离线的清理方法，它特别适用于在工业的气体涡轮上使用，这些涡轮机已经充分和大量采用了湿法加压使功率增加。按照本发明的特点的这一方面，初始使涡轮如传统的那样以降低的转子速度脱离工作线，通过在第二转子速度下旋转(典型地为每分钟由900转到1000转)使压缩机段冷却(通常按照涡轮机制造商的说明文件和步骤)，并使其构形适用于脱离主机的压缩机清洗。随后，使转子速度在初始的使齿轮旋转的速度和第二速度(冷却或转动齿轮速度)之间，此速度适宜于把泡沫清洗成份基本上在压缩机的整个长度上分布。随后，把一个给定体积的泡沫清洗成份通过传统的装置比如空气注入器输入进压缩机中多种压缩机清洗肥皂和成份是已知的，为此目的它们将形成一种适用的泡沫，或者通过使用某种形式的发泡剂可以容易地处理它们形成泡沫。在引进泡沫清洗成份之后，建立一个降低的浸泡转子速度(它可以是每分钟零转数，但是此速度比第二转动齿轮冷却速度要低)，浸泡继续进行，只要从按时间表涡轮的再次启动来看是实际的。然后，使转子的速度提高，把泡沫的清洗成份由压缩机排出，并通过压缩机的长度传送液体水进行漂洗，最好通过湿法加压添加水的系统供应漂洗的液体水。随后，最好第二次用泡沫的清洗成份充满涡轮机，并再次浸泡和漂洗。在确保漂洗水已经由涡轮机适当地排出以后，使该涡轮机的构形适合于运行，并再次启动它。

综上所述，在这里已经描述了本发明的装置和方法的几个实施例，但是，对气体涡轮技术熟悉的人同时将会认识到，已经描述的这些实施例绝不是被下面的权利要求所确定的本发明的可能有用的实施例的全部。因此，尽管把液体水滴提供给工作流体的最优选的形式采用在喷雾架组件201中的喷嘴305，但是，技术上已知的用来形成适当的液体雾或雾化的水滴其它装置和方法(即水的超声雾化器)在理论上可以在本发明的实践中有利地使用。另外，尽管激光发射器和激光靶技术提供了精致的并且花费不大的方法和装置，用于控制与添加水到工作流体中有关的壳体125的角度变形，但是，应该是显然的：也有其它技术可以被用来有利地产生相同类型的测量，并且，对于先有技术来说是已经很好地知道的，包括使用用来检测重要的压缩机摩擦的仪器(如在Simmons等人的″采用一个光学叶片顶端传感器叶片的动力学″，ASME文章No.90-GT-91(1990)和在Simmons等人的″转动齿轮的运行，它对燃烧涡轮转子的偏心度和启动动力学的影响″ASME文章No.93-GT-273(1993)中所描述的那样)，或者在完全的功率增加已经实现了一个有代表性的时间长度之后简单地靠检查压缩机看有没有任何压缩机摩擦的证据。

本发明的使功率增加的装置，系统和方法已经具体地对于包括一个轴流压缩机的气体涡轮作了描述。然而，对技术熟悉的人将很容易认识到，在这里描述的装置，系统和方法对于被使用的其它类型的压缩机或者在气体涡轮系统中已经知道的其它类型的压缩机也将是有用的。示例1

湿法加压的好处的一个例子是在一台WestinghouseW-501A涡轮的基本负荷能力以上估计26％的的功率增加，该涡轮有已有的进入空气蒸发冷却系统，每分钟把89加仑(每分钟337升)雾化的热的(典型的温度在130华氏度(54.4摄氏度)和165华氏度(73.9摄氏度)之间)凝结水引进该涡轮的压缩机内。使用五个阶段增量通过一个喷雾架组件201和先前安装的压缩机清洗系统达到每分钟89加仑的流量，已经证实每个增量不会引起壳体125的过量的变形。

按照本申请的图1-6，喷雾系统被装在两台WestinghouseW-501A气体涡轮的进入空气管中。在每个这样的系统中的五个喷嘴头部中的每一个可以单独地对一个共同的水供应装置用阀门控制，在考虑到与五个头部供应管线的每一个中的一个限制孔有关的压力降以后，共同的水供应装置能够提供近似80psi(550(kPa)到喷嘴。雾化足够地细(在150到200微米的量级)，容许水滴被夹带在流到轴流压缩机的空气中，离压缩机的入口大于8英尺。

基于包括空气速度，牵引系数和喷嘴重量的计算，这一距离提供了降落时间，防止了在一个喷嘴可能断裂脱落的情况下对压缩机的破坏。在单独的喷嘴架供应管线中的限制孔在管线断裂或喷嘴脱落的情况下把流量限制到大约35gpm(每分钟加仑，每分钟132升)因此保护了压缩机不会受到无控制的水冲，那样可能造成失速/波动。一台计算机也监视超过预计的速率以上的流量。与已有的粗喷雾压缩机清洗系统(环形喷嘴)结合起来使用这一供应系统，供应总量89gpm(每分钟337升)用来通过湿法加压实现功率增加。

把光点被限制的一台自包含的二极管(firearm targeting)激光装在靠近压缩机入口的前支承腿之间，在一个方便的位置。把一个反射镜装到燃烧器壳体上的一个方便的位置在轴向上离发射器大约102英寸(2.6米)的距离。光束被反射到装在激光二极管发射器后面的一个靶上。光点在靶上的位置的改变(delta)通过关系式确定两个安装位置之间的角度的改变(alpha)：alpha＝反正切(delta/(2*102))。0度5分6秒的角度改变被表示为在干的运行与带有已有的压缩机清洗系统加上中心喷雾架(它有部分阻塞的喷嘴)的运行之间的变形角度。这是由在激光靶的光点位置大约0.303英寸(7.7毫米)的改变确定用来的。这表示在干的压缩机与在这一湿法加压实验中使用的最大水量(89gpm或每分钟337升)之间观察到的最大变形。观察到的变形角度是对于该实验的最大容许设定值，并表示可容许的变形角度的大约80％，在0.090叶片顶端和密封公差，机械几何形状和激光安装位置基础上对于在激光安装位置与反射镜安装位置之间(102英寸，或2.6米)假设是均匀的曲率，产生转子摩擦的要求的变形角度。

用89gpm压缩机水在大约80华氏度(26.7摄氏度)下，在压缩机入口/蒸发冷却和喷雾架组件201证明了8.2兆瓦的″毛″功率增加，对于火焰温度向下移动12华氏度(6.7摄氏度)在控制曲线中的故意减小和压缩机入口温度3华氏度(1.7摄氏度)没有进行调整。也观察到热速率的改善。

添加水的最大增量大约为20.5gpm(每分钟77.6升)，使有关的功率由33.8兆瓦增加到36.2兆瓦(7.1％)采用压缩机清洗系统(虽然在第三个实验点之前在10分钟平均时间间隔被使两个喷雾架工作)。示例2

使一台有进入空气蒸发冷却系统(通常提供80％或更高的相对湿度分进入空气)的WestinghouseW-501A涡轮装上如在这里描述和示出的喷雾系统，它包括五个喷雾头部，每个头部包括总数38个1-7N-316SS16型喷嘴(来自Spraying Systems公司，P，.O.Box7900，Wheaton，Illinois，60189)，结果有把超过每分钟90加仑雾化的液体水提供给涡轮的压缩机的能力。

如在图7到9中所示出的那样，由开始产生功率的水平大约33.6兆瓦，第一头部供应大约每分钟15.2加仑雾化的热的凝结水，得到所产生的功率增加到大约37.3兆瓦：在开始产生功率的基础上3.7兆瓦的增加，或大约11％。

随后添加上第二头部或喷雾架，在所测量的入口空气温度基本上没有附加的降低，把雾化的水质量流量的水平增量地提高到大约每分钟30.4(每分钟115升)于是实现了大约1.3兆瓦的进一步的增加，到达大约38.6兆瓦。

添加上第三喷雾架，把水的质量流量提高到大约每分钟48加仑(每分钟182升)，使由该气体涡轮产生的功率提高到大约40.0兆瓦(再一次，一个增量大约增加1.3到1.4兆瓦)。

添加五个喷雾架中的第四个造成总的雾化水的质量流量大约为每分钟67加仑(每分钟254升)，相应地增加了的由该涡轮产生的功率为大约41.1兆瓦。

没有添加第五个喷雾架，因为已经达到与整流器有关的极限。对于以增量方式添加的每分钟67加仑雾化的液体水，总的整体的功率增加为在启动功率生产量以上大约7.5兆瓦，或增加大约22.3％，这一增加量中的大约一半是由第一雾化水质量流量增量实现的。观察到了在实际的进入空气流量的一个明显的增加，与第一喷雾架的启动一致，相信正是这个因素造成了由于添加第一个水质量增量所实现的功率增加的大的初始增量的显著的一部分。

在获得了这一水平的功率增加之后，开始把喷雾架除去(如在图的右端功率产生的倾斜所表示的那样(图7))。由图9进一步观察到，简单循环热速率的一个整体的减小也伴随着这一功率增加。

Claims (15)

1.一种用来增加一台工业气体涡轮的净输出的方法，该气体涡轮包括一个轴流多级压缩机，它有一个入口，用来接受包括空气的工作流体，其特征在于，将选自酒精、水和它们的混合物的液滴供给到轴流压缩机接受的工作流体中，其供给方式为一种平滑增加的方式、增量的方式或其它可控的增加方式，使入口空气超量加湿，从而降低由于压缩引起的工作流体的温度增加，并因而在可比条件下与没有提供所述液滴情况相比，该气体涡轮的净输出获得一个增加。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述液滴的持续时间至少90分钟。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一个给定的24小时时间长度内至少使用6小时。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体涡轮有至少35兆瓦的基本输出。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液滴的数量使所述净输出增加至少10％。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述液滴的数量使所述净输出增加至少20％。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，关于时间在初始时使液滴的质量流量可控地增加，以减轻在气体涡轮中与把液体提供给工作流体有关的热应力，并且随后，对于其余功率增加的时间保持基本上不变的质量流速。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液滴由水构成。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括监视在所述压缩机的壳体中的角度变形，和控制液滴的所述供应，把所述变形限制在预先确定的限度内。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，主要做为细雾供应所述液滴，其平均液滴直径少于大约200微米。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，以多个雾化的水质量流量增量的方式把所述液滴供应给入口，随着时间改变增量的总的质量流量，可控地增加提供给入口的液体的数量。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括把热量和水汽提供给工作流体，使得在工作流体的温度否则可能降低到在压缩机入口会形成有害的冰的期间内可以连续地实现功率的增加。

13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，提供热量和水汽给工作流体包括把蒸汽提供给工作流体。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体涡轮还包括一个涡轮段，它有多个用流体冷却的转子叶片，所述方法还包括监视每个所述用流体冷却的转子叶片的温度分布。

15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，液滴是水，并且所述液滴的数量对于提供给到压缩机入口的工作流体来说是足够的，此工作流体在与完全加湿的空气的混合物中至少包括大约0.75％的液体水。

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