CN1133014C - 等温压缩可压缩介质方法和该方法的雾化装置和喷嘴结构 - Google Patents

等温压缩可压缩介质方法和该方法的雾化装置和喷嘴结构 Download PDF

Info

Publication number
CN1133014C
CN1133014C CN99121075A CN99121075A CN1133014C CN 1133014 C CN1133014 C CN 1133014C CN 99121075 A CN99121075 A CN 99121075A CN 99121075 A CN99121075 A CN 99121075A CN 1133014 C CN1133014 C CN 1133014C
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
nozzle
atomising device
ring
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN99121075A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1249409A (zh
Inventor
雅各布·凯勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of CN1249409A publication Critical patent/CN1249409A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1133014C publication Critical patent/CN1133014C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F04F5/04—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/02—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid
    • F04F5/04—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing elastic fluids
    • F04F5/08—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being liquid displacing elastic fluids the elastic fluid being entrained in a free falling column of liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/601—Fluid transfer using an ejector or a jet pump

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

本发明涉及等温压缩一可压缩介质从而使一涡轮机工作的方法和装置。雾化装置雾化的高压液体与空气形成一液体-空气混合物，然后，把该混合物引入一喷嘴结构中，液体-空气混合物的大部分动能由于空气压力的增加而转变成压缩能。本发明的优点是，液体-空气混合物在大于声速的速度下引入该喷嘴结构；雾化使得在液体-空气混合物中生成其直径小于约200μm的液滴。

Description

等温压缩可压缩介质方法和该方法的雾化装置和喷嘴结构
技术领域
本发明涉及等温压缩一可压缩介质(最好为空气)，从而使一用来生成能量的涡轮机工作的方法。在该方法中，用一雾化装置雾化的高压液体(最好为水)与空气一起形成一液体-空气混合物，然后，为了压缩该混合物，把它们引入一喷嘴结构中，在该喷嘴结构中，液体-空气混合物的动能由于空气压力的增加而转变成压缩能。本发明还涉及一雾化装置和一喷嘴结构。
背景技术
为了产生能量，美国专利4,797,563提出，向一燃气轮机提供等温预压缩空气，该空气沿一设计成一水平槽的下行坡度靠重力加速成一液体-空气混合物，然后在与该槽底端邻接的一压力室中受压缩后空气与液体重新分离。如此压缩的空气然后传送到一燃气轮机的燃烧室，在该燃烧室中，该低温高度压缩空气与燃料混合后点火。该低温压缩的主要优点是，首先，无需使用由燃气轮机驱动、从而降低整个燃气轮机厂效率的各级公知压缩机，其次，温度较低的预压缩空气在燃气轮机厂与该空气接触的各部件上的热载荷大大降低，从而可降低这些部件的技术规格。
上述美国专利4,797,563所述公知低温压缩原理指出了一种向燃气轮机提供预压缩空气的可能发展方向，因此希望提高这一技术。特别是，这种压缩结构的效率有待提高，以便提高整个能量生成厂、特别是整个燃气轮机厂的效率。
发明内容
因此，本发明的一个目的是改进等温压缩一可压缩介质，最好为空气，从而使一用来生成能量的涡轮机工作的方法，在该方法中，用一雾化装置雾化的高压液体，最好为水，与空气一起形成一液体-空气混合物，然后，为了压缩该混合物，把该混合物引入一喷嘴结构中，在该喷嘴结构中，液体-空气混合物的动能由于空气压力的增加而转变成压缩能，从而一方面提高压缩效率，以便燃气轮机各部件的生产成本尽可能降低，结构尽可能紧凑。此外，为了尽可能提高压缩效率，对实现该方法所需燃气轮机部件、特别是用来生成液体-空气混合物的雾化装置和进行压缩的喷嘴结构作出修正。
根据本发明目的，提供了一种等温压缩一可压缩介质，从而使一用来生成能量的涡轮机工作的方法，该方法包括以下步骤：用一雾化装置雾化一高压液体；将雾化后的高压液体与所述气体一起形成一液体-气体混合物；将该混合物引入一喷嘴结构中，在该喷嘴结构中，液体-气体混合物的大部分动能由于空气压力的增加而转变成压缩能；其中，所述将混合物引入喷嘴结构中的步骤包括将液体-气体混合物在大于声速的速度下引入喷嘴结构；所述雾化步骤包括通过雾化使得在液体-气体混合物中生成其直径约200μm或以下的液滴。
在该方法中，该液体在流过雾化装置之前的温度可稍高于该高压液体的蒸发温度。
在该方法中，该液体在流过雾化装置之前可与第二种液体混合，混合时的压力和温度使得第二种液体不超过其三相点；在该液体混合物流过雾化装置后，第二种液体因压力下降超过三相点，结果第二种液体蒸发。
在该方法中，可用液态二氧化碳作为第二种液体。
在该方法中，可从燃烧过程中生成的废气中获得二氧化碳。
在该方法中，该液体可在10-30巴的压力下引入雾化装置。
有利的是，雾化使得在液体-气体混合物中生成由液体包住的气泡。
有利的是，所述可压缩气体为空气，所述高压液体为水。
本发明还提供了为实现上述方法的一种雾化装置，其中，使用至少两个环形喷嘴或一个中心喷嘴和一个环形喷嘴，两环形喷嘴之间或中心喷嘴与环形喷嘴之间有一距离；中心喷嘴与环形喷嘴经至少一个径向连接通道连接，以便交换物质流。
本发明还提供了为实现上述方法的一种喷嘴结构，它包括：一Laval喷嘴，液体-气体混合物可以大于声速的流速流入该Laval喷嘴的开口；位于该Laval喷嘴的上游以供液体-气体气混合物在其中流动的流道；位于所述流道与Laval喷嘴之间以供液体-气体混合物的一部分逸出的分流孔。
在对本发明进行大量实验的基础上，本发明原理在于，通过合适设定液滴大小或气泡大小和液体-空气混合物的速度，可用一压缩装置、例如一Laval喷嘴对压缩效率产生重大影响。
按照本发明，可这样提高等温压缩一可压缩介质从而使一用来生成能量的涡轮机工作的方法，液体-空气混合物在大于声速下引入喷嘴结构中后在喷嘴结构中从超声速范围减速成次声速范围，与此同时，压力提高到所需大小。液体在进入喷嘴结构前在雾化装置中在液体-空气混合物中雾化成直径约为200μm以下的液滴。我们发现，为了形成尽可能均匀的液体-空气混合物，有待雾化的液流必须在高压下供给雾化装置，使得液体从雾化装置的流出速度约为100-200m/s。随着压力提高和/或液体体积百分比的增加，液滴云转变成含有气泡的液体。因为这两相的相对速度在这一转变后大大减小，由于对相对运动的阻力增加，混合物的细度只在液滴云的初始相中特别重要。
按照本发明，我们发现，在液体雾化过程中由上述提高液体流出速度和形成直径尽可能小液滴生成的液体-空气混合物在通过Laval喷嘴时所受压缩比现有技术中流速较低、液滴直径较大的液体-空气混合物好得多。因此雾化操作的质量和效率对进行压缩所需Laval喷嘴长度有重大影响。简言之，包括直径尽可能小的液滴的液体-空气混合物越均匀并且混合物的流速越高，Laval喷嘴的长度就可变得越短。对流体的大量研究表明，只要液体-空气混合物高速流过Laval喷嘴、液滴的分布尽可能均匀、液滴的直径非常小，流入Laval喷嘴的液体-空气混合物的减速作用在Laval喷嘴总长度的第一个一半长度中最强。据此可大大缩短Laval喷嘴的长度。
为了提高雾化装置的雾化程度即减小液滴直径和使液滴在所生成的液体-空气混合物中的分布尽可能均匀，最好是供给雾化装置的高压液体的温度在雾化操作的压力条件下略高于液体的蒸发温度。从而除了由雾化装置产生的雾化效应，可确保液滴在通过雾化器喷嘴后又受到蒸发过程，从而有助于液滴直径进一步减小。稍稍超过沸点可生成特别小的液滴。但从热力观点看，是否可选择这一雾化温度完全取决于发电厂的整个流程。
使雾化操作最佳的另一种可能性是在液体通过雾化装置前把第二种液体与待雾化的液体混合。此时，第二种液体在雾化前的压力和温度条件下与待雾化的液体混合，以便不超过第二种液体的三相点。最好是，把在压力大于10巴、最好大于70巴压力、温度小于35℃时呈液相的液化二氧化碳用作待混合的第二种液体。液体混合物通过雾化装置后，压力由于膨胀突然下降，结果超过三相点，第二种液体升华成气相。因此，除了由雾化装置造成的雾化效应，雾化的液体-空气混合物中的液滴进一步分裂成更小液滴，使得液滴直径小于200μm。
在燃气轮机厂的运行中使用这一压缩技术的一个特别有利之处在于，可用在燃气轮机厂燃烧过程中产生的燃烧气体、特别是二氧化碳如上所述在待雾化液体流过雾化装置前与之混合，从而可大大提高整个燃气轮机厂的效率。
此外，我们发现，按照本发明，高压、高速下流过雾化装置的液体-空气混合物所含动能的大量转换使可压缩空气的压力提高，只要液体-空气混合物呈很稠的泡沫状即气泡由液体包住。从雾化装置流出的泡沫状液体-空气混合物以超声速流入Laval喷嘴，然后在沿Laval喷嘴一较短距离中减速为次声速范围的速度。例如，通过Laval喷嘴的气泡的直径可达25mm，以超声速流入的气泡在Laval喷嘴的第一个数米中减速为次声速，在该区域中受到最有效的压缩。因此，实际上在Laval喷嘴的第一个2-3米中液体-空气混合物的动能整个转变成压缩功。在达到声速以下速度后Laval喷嘴压缩混合物的能力极低，因此Laval喷嘴总长可缩短。
为了生成上述两种液体-空气混合物即生成含有极小、均匀分布液滴的气雾剂和生成气泡由液体包住的泡沫状混合物，按照本发明，雾化装置设计成包括至少一个环形喷嘴或至少一个与一中心喷嘴同心、相间距的环形喷嘴。此外，中心喷嘴与环形喷嘴用至少一个径向连接通道互相连接，以便交换物质流。
在生成含有极细悬浮液滴的液体-空气混合物时，经合适供应管线向中心喷嘴和环形喷嘴供应的高压液体由经中心喷嘴与环形喷嘴之间空间供应的空气均匀混合成极小液滴。
在生成气泡由液体包住的泡沫状混合物时，用合适供应管线向中心喷嘴和环形喷嘴供应空气，然后空气从相应喷嘴口流出。此时，液体在中心喷嘴和环形喷嘴周围流动，从而在该喷嘴结构周围流动的供应液体中生成气泡。
根据待生成液体-空气混合物的面积大小，可使用多个与中心喷嘴同心的环形喷嘴。该喷嘴结构所占表面积一般与液体-空气混合物在其中受控减速的Laval喷嘴的进口面积相同。
特别在使上述泡沫状液体-空气混合物减速时，Laval喷嘴在其内径最小部位有宽度可控、供一部分泡沫状液体-空气混合物逸出的分流孔。因此，以超声速流入Laval喷嘴的混合物的减速可受到更好的控制。该分流孔用作一辅助起动器。这样可确保事实上在Laval上游确立一超声流。
此外，为了更好压缩当速度下降到声速以下后在Laval喷嘴中膨胀的气泡，最好在该喷嘴的直径最小部位使用一影响Laval喷嘴中静态压力的泄气阀装置。这一措施也可看作是一辅助起动器，以确保流体在缩颈部后不变回成超声流。这些措施与在使用一超声流道时必须考虑的措施相当。
附图说明
从下述结合附图对本发明原理的非限制性详述中可清楚看出、从而更充分理解本发明及其许多优点，附图中：
图1简示出其上游具有等温压缩的一燃气轮机厂；
图2a、2b为使水在一雾化装置中雾化的工作参数总结表，例示出水从该雾化装置流出时的两种不同流速，即100m/s(例a)和150m/s(例b)；
图3a、b、c、d为对应图2a、2b中不同出口速度所测得物理变量的比较图；
图4b、4a示出一生成含有液滴的液体-空气混合物的雾化装置；
图5示出一燃气轮机厂的工作流程；
图6示出一生成泡沫状液体-空气混合物的雾化装置；
图7为生成泡沫状混合物的雾化操作的工作参数汇编表；
图8a-8d示出使用图7所示工作参数进行雾化时所得函数关系；
图9a、9b示出一压缩泡沫状混合物的Laval喷嘴的例示性实施例；以及
图10示出生成泡沫状混合物的雾化装置的另一例示性实施例。
具体实施方式
下面参见各附图，在这些附图中，相同或对应部件用同一标号表示，图1简示出一使用等温压缩进行预压缩的燃气轮机厂。用一位于高处的储水池或图1实施例中一水泵1供应给一雾化装置2的水在压力下靠雾化装置2的出口喷嘴在一Laval喷嘴3的进口处雾化成含有分布极细小液滴的液体-气体混合物4。图1实施例所示Laval喷嘴3为一垂直流槽，液体-气体混合物4在其中受重力作用加速垂直下落。由于Laval喷嘴3的内径逐渐收缩，因此回收垂直下落的液滴的动能，结果压缩液体-空气混合物4中的空气。Laval喷嘴3的下游端与一高压室5连接，在该高压室中，高度压缩的空气与液体分离。等温预压缩空气经一合适高压管线6传送到另一压缩级7，该压缩级与一燃烧室8连接，预压缩空气在该燃烧室中与燃料混合后点火。在燃烧室中膨胀的高热气体驱动一与一发电机10连接的涡轮机9。
原则上，应该看到，进行压缩所需Laval喷嘴长度不决定于燃气轮机的容量，而是在很大程度上决定于雾化装置2把液体雾化成极细分布液滴的雾化质量。Laval喷嘴的长度还决定于喷嘴效率和供给雾化装置2的待雾化液体的压力。因此，Laval喷嘴的长度随液滴直径的减小或压缩效率的降低而减小。雾化质量中等的喷嘴长度一般为约20m，而高雾化质量的喷嘴长度可减小到6-10m。当使用空气质量流率约为400kg/s的燃气轮机时，Laval喷嘴的典型进口约为2m、出口直径约为3m。原则上，等温压缩还可组合使用燃气轮机、涡轮机和废气回收器。此外，使用等温压缩较之使用单级冷却的系统可大大提高燃气轮机的功率密度和效率。
图2a、2b所示表与图3a-3d曲线图一起示出可使雾化装置的工作最佳的物理关系。图2a、2b列出分别与一雾化装置在两例中工作的两独立工作条件对应的起动参数。下列参数缩写与下列工作参数对应：
IP 液体供应给雾化装置时的压力(Pa)
DD 使用该雾化装置所能生成的液滴直径
TW 水温(℃)
DW 水的密度(kg/m3)
A 重力加速度(m/s2)
G 空气的气体常数
MA 空气的质量流率(kg/s)
MW 水的质量流率(kg/s)
IS 水从雾化装置流出的流速(m/s)
E 雾化效率
图2中例a与b的不同之处主要在于，例a中水流出流速比例b中低。此外，在例b中水在雾化装置中的质量流量比在例a中大。
图3示出四个不同曲线a-d，左列曲线与雾化装置使用图2a所示起动参数的工作方法对应，而图3右列曲线与图2b中起动参数对应。在图3a中，横坐标表示Laval喷嘴高度(m)，而纵坐标表示压力增(Pa)。在这两个例子中，压力随着Laval喷嘴的长度增加而增加。从图3b右列曲线中特别可看到，尽管液滴直径更大，但Laval喷嘴中的压缩作用减小不多。液滴更大直径的固有负效应此时被水在Laval喷嘴中大大提高的质量流量所抵消。
图3b示出水分量和空气分量的速度沿喷嘴长度(表示在曲线横坐标上(m))减小。曲线的纵坐标表示流速(m/s)。在这两个例子中，水分量(W)和空气分量(L)的流速实际上平行地增加。
在图3c中，横坐标仍表示Laval喷嘴高度(m)，而纵坐标表示Laval喷嘴的横截面面积(m2)。这两个曲线都表示Laval喷嘴中内部断面的几何形状。可以看到，在沿第一个8m的逐渐变窄的进口内部断面中，以超声速流入该喷嘴的液体-空气混合物减速到次声速。如把该内部几何断面与图3b所示Laval喷嘴中质量流的动能减小作比较，从该比较中可看出，Laval喷嘴的最大减速作用出现在Laval喷嘴长度的第一个1/3处。
图3d示出水W与空气L相对于喷嘴长度(表示在横坐标上)的体积比(表示在纵坐标上)。在这两个例子中，可以看到，水的体积随Laval喷嘴长度的增加而增加。该标准计算假定液滴大小不变。实际上，液滴发生凝结，在水的体积较大(大于约10％)时，转变成泡沫状混合物。液滴大小的增加一时造成压缩效率下降，而转变成泡沫状混合物造成压缩效率提高。在图3d右列所示水在Laval喷嘴中的质量流率很高的情况下特别强调这一点。因此水含量W在约6m后早早超过空气含量L。
为了尽可能提高水雾化质量即为了把水雾化成直径尽可能小的液滴，图4a和4b示出一可用来形成含有液滴的水-空气混合物的优选雾化装置。图4a右边部分为其上游有一雾化装置2的Laval喷嘴3的进口的俯视图，该雾化装置包括多个用连接通道12互相连接的同心环形喷嘴11。图4a左边部分为环形喷嘴结构的截面图，供应给每一喷嘴的水从环形喷嘴11的喷嘴口13喷出。
空气L从各环形喷嘴11之间流过，以便与从喷嘴口13喷出的水W混合。图4b为雾化装置2相对于Laval喷嘴3的开口的截面图。形成含有液滴的均质喷雾的环形喷嘴11位于Laval喷嘴3开口的整个横截面上。
除了由雾化装置造成的雾化效果，还可设定待雾化液体的温度，使得液体一通过雾化装置雾化液体的一部分就蒸发，从而提高雾化效果。还可在待雾化水通过雾化装置前用第二种液体与水混合，该第二种液体在给定压力和温度条件下在其三相点之下；举例来说，可使用在温度为35℃、雾化装置上游高压条件下呈液态的二氧化碳。在通过雾化装置后，液态二氧化碳超过其三相点，从而升华而提高水的雾化。特别有利的是，可从燃气轮机9(见图5)废气中分离出二氧化碳，然后经合适废气输送管线14使二氧化碳与待雾化液体混合。
作为把液态雾化成液滴的另一种方案，图6示出一种在液体中产生气泡，然后供给Laval喷嘴的雾化装置。图6右边部分示出结构与图4雾化装置大致相同的雾化装置4，图6所示雾化装置4同样布置在Laval喷嘴3的进口区域。与图4所示雾化装置相对照，在该例中空气L流过由各环形喷嘴11和穿越对应各喷嘴口的连接通道12构成的雾化装置4。然后水W在各环形喷嘴11之间流入Laval喷嘴的进口，把空气喷入水中即可生成许多以泡沫状高速流过Laval喷嘴3的气泡。
首先形成液滴云还是立即形成泡沫决定于水的体积百分比和与管子直径有关的″Froude数″。如水的体积大于约0.01，就不可能维持液滴云。对随″Froude数″和水的体积而变的混合特性的概述见P.L.Spedding和Van Thanh Nguyen的论文″Regime maps for air water two-phase flow″，《化学工程》(Chemical Engineering Science)，Vol.35，pp.779-793，PergmonPress Ltd.，1980。在本文中水的(较高)体积下，迟早会生成泡沫或含有气泡的水。
与图2一样，图7为空气在水中雾化过程中一般所使用的工作参数的汇编表。对各工作参数的解释见图8a-8d中各曲线，这些图的横坐标表示Laval喷嘴的长度。在图8a中，纵坐标示出压力增(100Pa)。图8b示出沿Laval喷嘴长度水W的体积与空气L的体积之间的质量比。可以看到，水的含量随喷嘴长度增加而增加，而空气含量随喷嘴长度增加而减小。用气泡进行等温压缩时一个显著结果是，水质量流和空气质量流的减速发生在Laval喷嘴的第一个1/3长度中。这可从图8c中看出，该图的纵坐标表示这两相的流速。在第一个10m中，两质量流都减速到小于初始动能的一半，造成压力大大提高。这在图8d所示曲线中表示得特别清楚，该图的纵坐标表示Laval喷嘴的直径。
如在一Laval喷嘴中流动的是含有气泡的液体-空气混合物，由于大部分压缩作用发生在Laval喷嘴的第一个数米中，因此该喷嘴可缩短。
图9a和9b分别为最利于气泡混合物流过的Laval喷嘴的截面图。一分流孔15确保气泡流在Laval中保持稳定。特别是，分流孔15做成其横截面可根据工作条件加以控制。分流孔15用作辅助起动器，在该缩颈部上游整个区域一旦达到超声速时就关闭。
使用泄气阀16可控制Laval喷嘴3最窄处从超声速范围向次声速范围的转变。如对液滴混合物的静态压力加以控制，在次声速范围中特别有利于气泡混合物的稳定。因此特别希望通过合适矫正静态压力把Laval喷嘴最窄处的流速设定成稍大于声速。为此，按照图9b，在Laval喷嘴3最窄处使用泄气阀16，该阀的开口宽度同样可加以控制。泄气阀16主要也用作辅助起动器。如背压太低，流体会变回成超声速范围，最终由一震波减速。如背压太高，震波会一直到达该混合器，造成整个压缩过程失灵。泄气阀可防止震波到达该混合器。
最后，图10示出雾化装置的又一实施例，在该实施例中，流过形状合适引导板17的空气L使得可转动地位于空气引导板17下游气流方向中的Eulerian转子18转动(见箭头19)。液体、最好是水在压力下从Eulerian转子18的用作喷嘴的各转子叶片20中向外喷出，该水分层与在各喷嘴之间流动的空气混合。使用这种结构的雾化装置同样可大大提高生成液体-空气混合物的效率。显然，按照上述说明可对本发明作出种种修正和改动。因此可在不脱离本发明的精神的范围内以与上述不同方式实施本发明。
标号与部件对照表
1    水泵
2    雾化装置
3    Laval喷嘴
4    液体-气体混合物
5    高压室
6    高压供应管线
7    压缩级
8    燃烧室
9    涡轮机
10   发电机
11   环形喷嘴
12   连接通道
13   喷嘴口
14   废气供应管线
15   分流孔16    泄气阀17    空气引导板18    Eulerian转子19    转动方向20    喷嘴L     空气W     水

Claims (21)

1、一种等温压缩一可压缩气体从而使一用来生成能量的涡轮机工作的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
用一雾化装置(2)雾化一高压液体；
将雾化后的高压液体与所述气体一起形成一液体-气体混合物(4)；
将该混合物引入一喷嘴结构中，在该喷嘴结构中，液体-气体混合物(4)的大部分动能由于空气压力的增加而转变成压缩能；
其中，所述将混合物引入喷嘴结构中的步骤包括将液体-气体混合物(4)在大于声速的速度下引入喷嘴结构；
所述雾化步骤包括通过雾化使得在液体-气体混合物中生成其直径约200μm或以下的液滴。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该液体在流过雾化装置(2)之前的温度稍高于该高压液体的蒸发温度。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
使该液体在流过雾化装置(2)之前与第二种液体混合，混合时的压力和温度使得第二种液体不超过其三相点；
使该液体混合物流过雾化装置(2)；
第二种液体因压力下降超过三相点，从而使第二种液体蒸发。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用液态二氧化碳作为第二种液体。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从燃烧过程中生成的废气中获得二氧化碳。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该高压液体在10-30巴的压力下引入雾化装置。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，雾化使得在液体-气体混合物中生成由液体包住的气泡。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，液体中的气泡的直径达25mm。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用一Laval喷嘴作为该喷嘴结构。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可压缩气体为空气。
11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压液体为水。
12、一种用于生成液体-气体混合物的雾化装置，该液体-气体混合物用于等温压缩一可压缩气体从而使一用来生成能量的涡轮机工作，其特征在于，它包括：
至少两个环形喷嘴(11)或一个中心喷嘴和一个环形喷嘴(11)，两环形喷嘴(11)之间或中心喷嘴与环形喷嘴(11)之间有一距离；
至少一个径向连接通道(12)，两环形喷嘴(11)之间或中心喷嘴与环形喷嘴(11)之间经该径向连接通道(12)连接，以便交换物质流。
13、根据权利要求12所述的雾化装置，其特征在于，设置有多个互相同心的环形喷嘴(11)，这些环形喷嘴通过径向连接通道(12)互相连接。
14、根据权利要求12所述的雾化装置，其特征在于，还包括一个与中心喷嘴和环形喷嘴(11)相邻的两相Laval喷嘴(3)，该中心喷嘴和环形喷嘴(11)的横截面与两相Laval喷嘴(3)的进口横截面大致相等。
15、根据权利要求12所述的雾化装置，其特征在于，还包括一个两相Laval喷嘴(3)，雾化装置(2)位于该两相Laval喷嘴(3)的紧前方。
16、根据权利要求12所述的雾化装置，其特征在于，还包括：
位于中心喷嘴和环形喷嘴(11)之间的空间；
与中心喷嘴和环形喷嘴(11)流体连通的液体源；
与所述位于中心喷嘴和环形喷嘴(11)之间的空间流体连通的气体源。
17、根据权利要求12所述的雾化装置，其特征在于，还包括：
位于中心喷嘴和环形喷嘴(11)之间的空间；
与中心喷嘴和环形喷嘴(11)流体连通的气体源；
与所述位于中心喷嘴和环形喷嘴(11)之间的空间流体连通的液体源。
18、一种喷嘴结构，用于当液体-气体混合物从其下游流过时压缩该液体-气体混合物，其特征在于，该喷嘴结构包括：
一Laval喷嘴(3)，液体-气体混合物(4)可以大于声速的流速流入该Laval喷嘴(3)的开口；
位于该Laval喷嘴(3)的上游以供液体-气体气混合物(4)在其中流动的流道；
位于所述流道与Laval喷嘴(3)之间以供液体-气体混合物(4)的一部分逸出的分流孔(15)。
19、根据权利要求18所述的喷嘴结构，其特征在于，该分流孔(15)设计成一环绕该Laval喷嘴(3)的开口的环形通道。
20、根据权利要求18所述的喷嘴结构，其特征在于，该分流孔(15)可受控制而关闭。
21、根据权利要求18所述的喷嘴结构，其特征在于，在Laval喷嘴(3)截面最窄处有一泄气阀(16)，该泄气阀(16)影响在Laval喷嘴(3)中流动的液体-气体混合物(4)的静态压力。
CN99121075A 1998-09-30 1999-09-30 等温压缩可压缩介质方法和该方法的雾化装置和喷嘴结构 Expired - Fee Related CN1133014C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP98810982A EP0990801B1 (de) 1998-09-30 1998-09-30 Verfahren zur isothermen Kompression von Luft sowie Düsenanordnung zur Durchführung des Verfahrens
EP98810982.3 1998-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1249409A CN1249409A (zh) 2000-04-05
CN1133014C true CN1133014C (zh) 2003-12-31

Family

ID=8236360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN99121075A Expired - Fee Related CN1133014C (zh) 1998-09-30 1999-09-30 等温压缩可压缩介质方法和该方法的雾化装置和喷嘴结构

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6225706B1 (zh)
EP (1) EP0990801B1 (zh)
CN (1) CN1133014C (zh)
DE (1) DE59810850D1 (zh)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG104914A1 (en) * 1997-06-30 2004-07-30 Hitachi Ltd Gas turbine
DE10231218A1 (de) 2002-07-11 2004-01-29 Alstom (Switzerland) Ltd. Zerstäubungseinrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Flüssigkeit-Gas Gemisches
US6942463B2 (en) * 2003-04-03 2005-09-13 Beneah T. Ogolla Combination water pump/air compressor system
GB2401403B (en) * 2003-05-08 2006-05-31 Rolls Royce Plc Carbon dioxide recirculation
JP4562361B2 (ja) * 2003-07-31 2010-10-13 アルストム テクノロジー リミテッド 液体と気体の混合気を発生するための方法
AU2006333510B2 (en) 2005-12-23 2012-07-05 Exxonmobil Upstream Research Company Multi-compressor string with multiple variable speed fluid drives
US8225606B2 (en) 2008-04-09 2012-07-24 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using rapid isothermal gas expansion and compression
US8037678B2 (en) 2009-09-11 2011-10-18 Sustainx, Inc. Energy storage and generation systems and methods using coupled cylinder assemblies
US7832207B2 (en) 2008-04-09 2010-11-16 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using compressed gas
US8448433B2 (en) 2008-04-09 2013-05-28 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using gas expansion and compression
US8240140B2 (en) 2008-04-09 2012-08-14 Sustainx, Inc. High-efficiency energy-conversion based on fluid expansion and compression
US8479505B2 (en) 2008-04-09 2013-07-09 Sustainx, Inc. Systems and methods for reducing dead volume in compressed-gas energy storage systems
US7958731B2 (en) 2009-01-20 2011-06-14 Sustainx, Inc. Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems
US8474255B2 (en) 2008-04-09 2013-07-02 Sustainx, Inc. Forming liquid sprays in compressed-gas energy storage systems for effective heat exchange
US20110266810A1 (en) 2009-11-03 2011-11-03 Mcbride Troy O Systems and methods for compressed-gas energy storage using coupled cylinder assemblies
US8359856B2 (en) 2008-04-09 2013-01-29 Sustainx Inc. Systems and methods for efficient pumping of high-pressure fluids for energy storage and recovery
US8250863B2 (en) 2008-04-09 2012-08-28 Sustainx, Inc. Heat exchange with compressed gas in energy-storage systems
US20100307156A1 (en) * 2009-06-04 2010-12-09 Bollinger Benjamin R Systems and Methods for Improving Drivetrain Efficiency for Compressed Gas Energy Storage and Recovery Systems
US8677744B2 (en) 2008-04-09 2014-03-25 SustaioX, Inc. Fluid circulation in energy storage and recovery systems
WO2009152141A2 (en) 2008-06-09 2009-12-17 Sustainx, Inc. System and method for rapid isothermal gas expansion and compression for energy storage
WO2010105155A2 (en) 2009-03-12 2010-09-16 Sustainx, Inc. Systems and methods for improving drivetrain efficiency for compressed gas energy storage
US8104274B2 (en) 2009-06-04 2012-01-31 Sustainx, Inc. Increased power in compressed-gas energy storage and recovery
US8191362B2 (en) 2010-04-08 2012-06-05 Sustainx, Inc. Systems and methods for reducing dead volume in compressed-gas energy storage systems
US8171728B2 (en) 2010-04-08 2012-05-08 Sustainx, Inc. High-efficiency liquid heat exchange in compressed-gas energy storage systems
US8234863B2 (en) 2010-05-14 2012-08-07 Sustainx, Inc. Forming liquid sprays in compressed-gas energy storage systems for effective heat exchange
US8495872B2 (en) 2010-08-20 2013-07-30 Sustainx, Inc. Energy storage and recovery utilizing low-pressure thermal conditioning for heat exchange with high-pressure gas
US9267504B2 (en) 2010-08-30 2016-02-23 Hicor Technologies, Inc. Compressor with liquid injection cooling
CA2809945C (en) 2010-08-30 2018-10-16 Oscomp Systems Inc. Compressor with liquid injection cooling
US8578708B2 (en) 2010-11-30 2013-11-12 Sustainx, Inc. Fluid-flow control in energy storage and recovery systems
JP2014522460A (ja) 2011-05-17 2014-09-04 サステインエックス， インコーポレイテッド 圧縮空気エネルギー貯蔵システムにおける効率的二相熱移送のためのシステムおよび方法
US20130091834A1 (en) 2011-10-14 2013-04-18 Sustainx, Inc. Dead-volume management in compressed-gas energy storage and recovery systems
DE202013008115U1 (de) 2013-09-12 2013-10-31 Andreas Bellm Einrichtung zur Einspritzung von Flüssigkeiten
DE102015007760A1 (de) 2014-06-21 2015-12-24 Hubert Bellm Einrichtung zum Einblasen eines Gases
CA3041234A1 (en) 2015-10-23 2017-04-27 Aoi (Advanced Oilfield Innovations, Dba A.O. International Ii, Inc.) Prime mover system and methods utilizing balanced flow within bi-directional power units
DE102017127716A1 (de) 2017-11-23 2019-05-23 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Isotherme kompression für einen kühlkreislauf
CN114053892B (zh) * 2020-07-28 2024-08-09 比尔克特韦尔克有限两合公司 用于冷却压铸模具的气液混合装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB391619A (en) * 1931-05-16 1933-05-04 Emile Auger Liquid jet pump for compressing gases
US4379679A (en) * 1980-12-01 1983-04-12 United Technologies Corporation Supersonic/supersonic fluid ejector
US5083429A (en) * 1988-07-08 1992-01-28 Gergely Veres Method of and compression tube for increasing pressure of a flowing gaseous medium, and power machine applying the compression tube
US5537813A (en) * 1992-12-08 1996-07-23 Carolina Power & Light Company Gas turbine inlet air combined pressure boost and cooling method and apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR519857A (fr) * 1920-03-31 1921-06-16 Jacques Robert Emmanuel Sandst Ventilateur hydraulique pour aspiration et surpression de gaz
US3796045A (en) * 1971-07-15 1974-03-12 Turbo Dev Inc Method and apparatus for increasing power output and/or thermal efficiency of a gas turbine power plant
US4281511A (en) * 1980-02-27 1981-08-04 Neale Abas B Hydro-flow supra-turbine engine
US4478553A (en) * 1982-03-29 1984-10-23 Mechanical Technology Incorporated Isothermal compression
US4797563A (en) 1987-07-24 1989-01-10 Richardson Timothy M Power plant
US5099648A (en) * 1988-11-08 1992-03-31 Angle Lonnie L Hydraulic air compressor and turbine apparatus
US5302325A (en) * 1990-09-25 1994-04-12 Praxair Technology, Inc. In-line dispersion of gas in liquid
DE19501035A1 (de) * 1995-01-16 1996-07-18 Bayer Ag Stirling-Maschine mit Wärmeträgereinspritzung
US5713210A (en) * 1995-03-08 1998-02-03 Jirnov; Olga Sliding-blade refrigeration apparatus and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB391619A (en) * 1931-05-16 1933-05-04 Emile Auger Liquid jet pump for compressing gases
US4379679A (en) * 1980-12-01 1983-04-12 United Technologies Corporation Supersonic/supersonic fluid ejector
US5083429A (en) * 1988-07-08 1992-01-28 Gergely Veres Method of and compression tube for increasing pressure of a flowing gaseous medium, and power machine applying the compression tube
US5537813A (en) * 1992-12-08 1996-07-23 Carolina Power & Light Company Gas turbine inlet air combined pressure boost and cooling method and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
CN1249409A (zh) 2000-04-05
US6225706B1 (en) 2001-05-01
DE59810850D1 (de) 2004-04-01
EP0990801B1 (de) 2004-02-25
EP0990801A1 (de) 2000-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1133014C (zh) 等温压缩可压缩介质方法和该方法的雾化装置和喷嘴结构
CN1856368A (zh) 清洗燃气轮机压缩机的喷嘴和方法
KR100593854B1 (ko) 가스매질의 압축장치 및 이 장치를 구비한 시스템
US6484507B1 (en) Method and apparatus for controlling liquid droplet size and quantity in a stream of gas
TWI411725B (zh) 噴灑系統，用於具有噴灑系統之引擎之功率增強系統及溼潤空氣之方法
US3852409A (en) Process for the removal of particulate matter and acidic gases from carrier gases
US4634050A (en) Fanless air aspiration snowmaking apparatus
CN1612978A (zh) 在采用湿压缩的燃气涡轮中实现功率增大的方法和装置
CN1612977A (zh) 在采用湿压缩的燃气涡轮中实现功率增大的方法和装置
KR20020034936A (ko) 조합된 수세 및 습윤 압축 시스템과 유체 도입 방법
KR19990008211A (ko) 연소터어빈의 발전용량 및 효율 증가방법 및 장치
CN101952019A (zh) 流体的动态混合
CN104567462B (zh) 一种超重力热交换工艺
RU2243036C1 (ru) Способ создания газокапельной струи и устройство для его выполнения
CN112808478B (zh) 一种协同增强双流体雾化性能的装置及方法
US6986473B2 (en) Atomizer device and method for the production of a liquid-gas mixture
JP2001514355A (ja) 流体流機械を用いてエネルギを発生するための装置
RU2556672C1 (ru) Способ создания газокапельной струи и устройство для его выполнения
CN106525379A (zh) 一种两套高温超声速风洞共用的排气装置及方法
CN205919322U (zh) 一种沥青生产过程使用的多级雾化燃烧器喷射装置
CN116538156B (zh) 一种空间分布的环缝引射器装置
CN214515563U (zh) 超音速气雾化装置及超音速气雾化器
CN2816563Y (zh) 蒸汽减温减压装置
CN216727774U (zh) 一种大流量超细雾化喷嘴
RU2800452C1 (ru) Способ диспергирования жидкости и устройство для его реализации

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ALSTOM (SWITZERLAND) CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: ABB SWITZERLAND HOLDINGS STOCK CO., LTD.

Effective date: 20030130

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20030130

Address after: Baden, Switzerland

Applicant after: Alstom Switzerland Ltd.

Address before: Baden, Switzerland

Applicant before: ABB Swiss stock company

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1056773

Country of ref document: HK

C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee