CN1738682A - 用于散布含有液滴的气流的方法及喷射喷嘴 - Google Patents

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Abstract

在用于散布含有液滴(5)的气流(8)的方法中，使液滴(5)在液体喷射平面(50)中喷射到气流(8)中。辅助气体(6.1、6.2)与液滴(5)同时喷射到该气流(8)中。该辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度大于液滴(5)的喷射速度，从而，该喷射的辅助气体(6.1、6.2)能稳定该喷射的液滴(5)的轨迹及尺寸，并部分地将液滴(5)屏蔽于气流(8)和/或将其携带进入气流(8)中。由此可以更好地控制液滴(5)的空间分布及其粒度分布。与没有辅助气体(6.1、6.2)的情况相比，液滴(5)能更有效地穿过气流(8)。该方法优选用于燃气涡轮压缩机的联机湿式清洁。

Description

用于散布含有液滴的气流的方法及喷射喷嘴
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于散布含有液滴的气流的方法。其优选应用于工业用燃气涡轮机领域，其可被用于进行燃气涡轮压缩机的湿式清洁。本发明还涉及一种根据另一独立权利要求前序部分的执行该方法的喷射喷嘴。本发明进一步涉及一种根据再一独立权利要求的前序部分的涡轮机，例如燃气涡轮压缩机。
在本发明的说明书中，以燃气涡轮压缩机的湿式清洁的应用实例来解释本发明。然而，本发明也可以应用于其他技术领域中，诸如发电站技术以及其他散布含有液滴的气流的领域中。
所有的燃气涡轮机都面临压缩机叶片污染的问题。此现象是由吸入空气中的固体和液体微粒所导致的，这些微粒不受对吸入空气进行过滤的影响而进入到涡轮机装置中，并保持黏附于该压缩机叶片上。这样的微粒可包括灰尘、花粉、昆虫、油、海盐、工业化学品、未燃烧的碳氢化合物、煤灰微粒等等。压缩机叶片的污染会导致整个装置的效率和功率减少大约10％或者更多。为了避免或者降低这些损失，就要试图清洁压缩机叶片。从公知技术来看，已知有各种用于清洁压缩机叶片的方法和装置。
传统的清洁方法是以在该装置操作期间借助米粒、坚果壳等的软性磨耗为基础的。这些软性磨耗剂混合至吸入空气中，并且在涡轮机中燃烧。然而，这些简单的方法并不适用于现代的涡轮机，特别是那些在压缩机叶片上具有保护性涂层、以及在燃烧室和涡轮叶片冷却系统上具有最先进技术的涡轮机。
为了要清洁现代燃气涡轮压缩机，如今使用有三种方法：
(i)在该装置停止时的手动清洁方法。此方法可产生有效的局部清洁，但是实际上其只能在该装置有计划性的停止、进行检查或大修时才进行。如果不把压缩机汽缸打开的话，就只能有第一定子排可以被手动清洁，即徒手清洁。
(ii)脱机(off line)湿式清洁方法(即，在停止状态和涡轮机冷却的情况下，以起动电动机、曲柄刷(crank wash)进行清洁)。可以使用水、基于压缩机清洁剂的水或溶剂的混合物、或者是具有防冻添加剂的混合物来作为清洗液。这种方法是很有效的，因为不只是第一定子排，所有转子和定子的压缩机叶片都可以被清洁。然而，此方法的缺点就在于它需要在涡轮机停止的状态下进行，所以会造成生产的损失。
(iii)联机(on line)湿式清洁方法(即，在操作期间的湿式清洁)利用如方法(ii)中所述的清洗液。利用这种方法，清洗液会使该压缩机叶片表面均匀地且尽可能完全地湿润，以移除灰尘微粒。这种清洁方法可以在燃气涡轮机操作时进行，从而不会造成生产的损失。
本发明涉及联机清洁方法(iii)。
对于现有技术以及用于联机清洁的喷射喷嘴而言，到目前停止，低压喷嘴和高压喷嘴有一点不同。前者在大约3至15巴(bar)的压力下进行操作，并产生直径大约为30至1000微米的液滴；而后者则在大约15至90巴(bar)的压力下进行操作，并产生直径大约为3至30微米的液滴。为了确保其彻底的清洁，通常力争将清洗液精细雾化，从而使压缩机叶片尽可能的均匀湿润，并尽可能地覆盖其表面。该雾化也有可能由于喷射的液体质量的蒸发，而导致该吸取的压缩空气温度的降低。不论这个副作用本身是否是所希望的，为了避免或者是至少减少由包括所携带的灰尘微粒的清洗液的流量而在压缩机中产生的副作用(可能是侵蚀)和在涡轮机中产生的副作用(可能是熄火(flame-outs))，一般都会希望使用尽可能少的清洗液的流量。
根据现有技术的普通知识，通过均匀分布的液滴来实现压缩机叶片的有效湿润。而液滴必须要很小，才不会侵蚀该压缩机叶片，液滴也必须要很轻，才不会因为重力的关系而过于向下偏斜，也才能确实碰触到该压缩机叶片。为了满足上述需求，喷嘴的设计非常重要，以由此确保有效的清洁。在第一压缩机排的入口处，在空气吸入管道中的空气速度因为横截面窄而被加速到大约180m/s。为了要让气流中的液滴达到良好的分布，根据发动机的输出功率等级，优选地，在压缩机空气吸入管道内设置大量的喷射喷嘴(高达大约40个以及更多的喷嘴)。
从美国专利No.5,193,976(S.Kolev等人)可得知一种湿式清洁压缩机的方法及装置。根据此文献，通过一个或多个喷射喷嘴，将清洗液喷射至压缩机空气吸入管道中。以圆锥体的形式产生经雾化的喷雾，该圆锥体的锥角大约为90°。该喷射喷嘴为位于可调整式球形接头内的雾化喷嘴，且安装在压缩机空气吸入管道壁内。此方法和这些喷射喷嘴非常适用于大约5至180MW输出的小型及中型尺寸的燃气涡轮机。然而，具有180至350MW或者更高输出的较大型的燃气涡轮机，则需要相应较大的空气吸入横截而，以及相应较长的压缩机叶片，特别是对于第一定子排而言。对于这种大型高输出功率的燃气涡轮机，美国专利No.5,193,976中揭示的喷射喷嘴不足以执行实现在喷射平面上的空气横截面有效且均匀的散布的目的。在喷嘴上被雾化的流体液滴被吸入气流快速捕获，并且从其初始的轨迹路径偏转，进而被携带走。通过这种方式要让含有液滴的整个吸入气流有效的分散，会变得非常困难。
从现有技术来看，公知的喷嘴，可能会同时喷出液体和气体(通常是空气)。以这些所谓双物质(two-substance)喷嘴所喷射出来的空气，主要是用来将液体射流分解或雾化成非常小的液滴。专利申请WO-98/01705揭示了一种用于雾化液体的双物质喷嘴。该喷嘴是由微结构的、分层的半导体材料制成的。其用于产生尽可能相同的具有10微米或者更小的小直径液滴。美国专利No.6,267,301(J.Haruch)揭示了一种液体的加强雾化或者说是双重雾化的方法。将空气混合至喷嘴预燃烧室中的液体，以达到较高的喷射速度及更有效率的雾化。而且，将空气以一入射角喷射至从液体喷孔喷射出来的液体射流上，也就是说，该空气具有至少一个垂直于该液体射流的速度分量。通过此方式，可以实现为了湿润及冷却的目的而需要的精细雾化。
专利文献EP-0248539揭示了一种用于将液态燃料及其与空气的混合物在一种所谓的预燃烧器(premix burner)中进行雾化的喷嘴。在一实施例中，燃料从液体喷孔喷射出来进入第一预燃烧室中，并且从第一预燃烧室喷射出来进入第二预燃烧室中。在该第二预燃烧室中，燃料与来自第一环状旋转主体的空气一起旋转。该混合物与来自第二环状旋转主体的空气一起被喷射出来进入至该燃烧室中。
还公知具有一层或多层空气层来包住或围绕液体射流的双物质喷嘴。例如根据美国专利No.2,646,314(D.J Peeps)或者No.4,961,536(J.Y.Correard)，其中一种环形空气层被布置为与该液体射流同轴并平行。美国专利No.5,452,856(J.Pritchard)揭示了一种喷嘴，通过同时喷射的空气，可以相对于此喷嘴的尺寸及形状来改变喷射的液体喷雾。举例而言，这种喷嘴可用于喷雾枪，来雾化清漆以及涂料。然而，其不适用于大型燃气涡轮压缩机的湿式清洁，在这些大型燃气涡轮压缩机中，在第一定子排之前，喷射位置处的吸入空气的速度大约为30至80m/s并且可高达大约180m/s。这些喷嘴被设计为在标准的大气环绕条件下进行液体喷射。极精细雾化的液滴可能无法穿透边界层，或者直接由于气流而偏斜，因而导致了非常差的气流散布效果，也因此对叶片产生非常差的湿润效果。大部分的液体会因此被气流压在空气吸入管道的壁上。这部分的液体可能不会被用来作为清洁用途，并可能会主要在第一压缩机转子叶片排上造成侵蚀的问题。
美国专利No.5,738,281(Z.Zurecki等人)揭示了一种气体喷嘴，利用这种气体喷嘴，喷射的气体通过同时喷射出来的辅助气体而与周围产生屏蔽。该辅助气体通过形成为包围该气体的缓冲器(cushion)形式的多孔介质而喷射出来。
总而言之，可以说一方面，就现有技术所公知的双物质喷嘴而言，其设计用于非常不同的应用中，因此不适用于散布含有液滴的强烈且高速的气流。另一方面，就被设计用于湿式清洁燃气涡轮压缩机的公知的喷嘴而言，其只会适当地将叶片表面加以湿润，因此只能对具有小型和中型输出功率等级的燃气涡轮机实现良好的清洁效果。
因此，本发明的目的在于限定一种用于散布含有液滴的气流的方法，根据这种方法使气流尽可能均匀地散布液滴。特别地，液滴应该具有可控制的尺寸，其在所期望的宽度(bandwidth)内保持不变。本发明的另一个目的在于提供一种执行该方法的喷射喷嘴。举例而言，该方法与该喷嘴可以用于高功率输出等级的涡轮机，其中该气流具有高速、大流量、以及大的流动横截面。
根据本发明的方法以及喷射喷嘴，可通过在独立权利要求中限定的特征实现这些目的。另一独立权利要求涉及应用燃气涡轮压缩机的湿式清洁的实施例。
在根据本发明的用于散布含有液滴的气流的方法中，液滴被喷射至该气流中。同时，将辅助气体喷射入该气流中。在这样做的过程中，该辅助气体的喷射速度大于液滴的喷射速度。从而，该喷射的辅助气体能稳定该喷射的液滴的轨迹及尺寸，并部分地将这些液滴屏蔽于该气流和/或将这些液滴携带在该气流中，或使这些液滴加速进入该气流。该辅助气体的喷射速度可以例如至少是液滴喷射速度的两倍，优选至少为液滴喷射速度的五倍，例如至少为十倍。
举例而言，根据本发明的方法可以用于散布含有清洗液的液滴的燃气涡轮压缩机的吸入气流。在根据本发明的用于湿式清洁燃气涡轮压缩机的方法中，包括：空气吸入管道，通过该空气吸入管道吸入气流；清洗液，其以液滴的形式被喷射至该空气吸入口管道中；以及将液滴运送至要清洁的该燃气涡轮压缩机的部件上，以进行清洁。液滴被喷射至该吸入气流中。同时，该辅助气体的喷射速度大于液滴的喷射速度，从而喷射的辅助气体能稳定喷射的液滴的轨迹及尺寸，并且部分地将这些液滴屏蔽于该气流和/或将这些液滴携带在该气流中。该辅助气体的喷射速度可以例如至少是液滴喷射速度的两倍，优选地，至少为液滴喷射速度的五倍，例如至少为十倍。
执行根据本发明的方法的根据本发明的喷射喷嘴，包括：基面，其将该喷射喷嘴限定为对着气流设置；液体入口和气体入口；至少一个液体喷孔，其与该液体入口连接，以及至少一个气体喷孔，其与该气体入口连接。该喷射喷嘴以这样的方式设计：所述至少一个液体喷孔设置在从该基面突出到该气流中的至少一个突起上。所述至少一个的突起超过该基面的高度例如可以为2至9mm，优选为3至5mm。
举例而言，根据本发明的喷射喷嘴可以用来散布含有清洗液液滴的燃气涡轮压缩机的吸入气流。根据本发明的涡轮机(flow machine)或者是燃气涡轮压缩机包括：流动管道(例如空气吸入管道)，其具有壳体壁，在该壳体壁内安装有至少有一个根据本发明的喷射喷嘴。
根据本发明的涡轮机或燃气涡轮压缩机的另一实施例包括：流动管道(例如空气吸入管道)，其具有壳体壁，其中在该壳体壁上安装有至少一个根据本发明的喷射喷嘴，该壳体壁流动管道包括液体入口以及至少一个连接到该液体入口的液体喷孔。该喷射喷嘴还包括气体入口以及至少一个连接到该气体入口的气体喷孔。
本发明的方法以及喷射喷嘴的优选实施例都限定在从属权利要求中。
借助本发明，液滴进入气流横截面的深度与宽度的空间分布以及液滴的粒度分布(size distribution)可以得到改进的控制。根据本发明，辅助气体对喷出的液滴施加稳定效果、屏蔽效果、以及携带和加速效果。相对于现有技术而言，本发明特别具有下列优点：
·液滴受到该气流的偏斜较少而且较迟。
·液滴沿着该壳体壁能更有效地穿过气流边界层。
·液滴在该气流中具有控制较好的轨迹。
·液滴被喷射的扇形夹角更为稳定。
这些和其他有益的效果使得：至少一部分液滴比没有辅助气体的情况更有效率地将气流散布。
根据本发明，争取达到不同液滴直径(例如介于50和250微米之间)的相对宽的分布范围(例如高斯分布)。不同直径的液滴会具有不同的轨迹，因此会以不同的程度穿过该气流，使得可以改进含有液滴的的气流的散布。
下面将参照附图详尽地描述本发明。
图1-3示意性地示出了根据本发明的方法，具体地：
图1是根据本发明的具有喷射介质的喷射喷嘴的两个实施例(a)和(b)的局部示意性侧视图，其未示出诸如燃气涡轮机的涡轮机的入口气流；
图2是根据本发明的具有喷射介质的喷射喷嘴的局部示意性侧视图，其示出了诸如燃气涡轮机的涡轮机的入口气流；
图3是根据本发明的具有喷射介质的喷射喷嘴的局部示意性正视图，亦即喷射平面的视图。
图4-6示出了根据本发明的喷嘴的优选实施例，具体地：
图4是根据本发明的喷射喷嘴的一个实施例的透视图；
图5是图4的喷射喷嘴的顶视图；以及
图6是图4和5中的喷射喷嘴沿着图5中的线IV-IV的纵向截面图。
图7是示出根据本发明的喷射喷嘴各种实施例的示意性顶视图；以及
图8最后通过吸入部分示出了根据本发明的燃气涡轮压缩机的示意性纵向截面图。
图1(a)是示意性地示出根据本发明的喷射喷嘴1的第一实施例的上部侧视图。在此图中，为了说明的目的，首先假设不存在气流。将液滴5从喷射喷嘴1的液体喷孔22喷出，具体而言，其方式为使液滴5基本以一平面(yz-平面)(在此称为液体喷射平面50)的形式喷射。可以在这里称其为“平面”是因为其在x方向上的空间液滴分布的延伸远比分别在y方向和z方向上的延伸小得多。这一点无法很明显地从图1-3中看出，因为在这些图当中，为了清楚起见，在三个空间方向上面的长度条件并没有准确按照真实比例来加以表示。
此外，辅助气体6.1、6.2分别从至少一个气体喷孔中喷出，在图1的实施例中，是从喷射喷嘴1的两个气体喷孔24.1、24.2喷出。每个气体喷孔24.1、24.2相对于液体喷孔22以这样的方式形成和设置，即辅助气体6.1、6.2基本以气体喷射平面60.1、60.2的形式喷出。在此所显示的实施例中，该气体喷射平面60.1、60.2基本上平行于该液体喷射平面50并与其相距一定距离。该液体喷射平面50与该气体喷射平面60.1、60.2的距离优选选定为，使得至少在有限的轨迹之后，使液滴5与辅助气体6.1、6.2在混合区域7中互相接触。
图1(b)中所示的根据本发明的喷射喷嘴1的第二实施例与图1(a)中的实施例的区别在于：第一气体喷孔24.1被设计成，辅助气体6.1以平面60.1的形式喷射，平面60.1相对于液体喷射平面50以一角度稍微的倾斜。举例而言，该倾斜角β大约为2°至20°，优选为大约10°。这样的倾斜角对于有效散布气流而言是很有利的，这将会在下面作进一步的解释。
图2以与图1(a)相同的视图示出了相同的喷射喷嘴1，但是加入了气流8，其以箭头来示意性地表示。同时，假设该气流8的流动方向为(+x)方向。该喷射的介质5、6.1、6.2一方面会借助推力和/或摩擦力互相作用，另一方面也会与气流8作用。借助介质5、6.1、6.2的互相作用，使得该介质5、6.1、6.2在y方向与z方向上都被加速。借助介质5、6.1、6.2与气流8的作用，使得介质5、6.1、6.2在x方向上被加速，也就是说，从液体喷射平面50或者从该气体喷射平面60.1、60.2偏斜出去。如果只有液滴5受到气流8的影响，这样的偏斜会较早地发生，而且偏斜的程度较大。在此例子中，液滴5只会达到一个小的距离(在z方向上)。然而，至少从下列三个观点来看，根据本发明与液滴5同时喷射的辅助气体6.1、6.2会抵销不希望有的影响：
·首先，相对于它们的尺寸、夹角α(参照图3)以及其轨迹，辅助气体6.1、6.2以稳定和控制的方式对液滴5起作用。与先前所提到的美国专利No.6,267,301的方法相比，辅助气体6并没有改变液滴5的最初尺寸，特别是没有将其雾化成更小的部分。
·第二，从位于上游的气体喷孔24.1所喷射出来的辅助气体6.1至少在辅助气体6.1通过喷嘴喷射之后且在轨迹的初始段，将液滴5与气流8屏蔽，其中辅助气体6.1的微粒与气流8的微粒相互碰撞，并且使其在(+z)方向上加速。因此，液滴5穿透气流边界层更为容易，在通过该边界层之后，液滴5在其轨迹中被气流8偏斜而被延迟，并且通过这种方式，就可以让液滴5更深地穿透到气流8中。
·第三，该辅助气体6.1、6.2对液滴5施加了携带或加速效果，将其在(+z)方向上进行加速。当然，其先决条件就是该辅助气体6.1、6.2的喷射速度大于液滴的喷射速度。
在不影响最初液滴尺寸的情况下，与没有辅助气体6.1、6.2的情况相比，这三种效果，即稳定效果、屏蔽效果以及携带效果，会使至少一部分的液滴5在z方向上行进更远的距离。
图3示意性地示出了图1(a)、1(b)或图2中的喷射喷嘴1的正视图(沿气流的(+x)方向)。液滴5与辅助气体6.1、6.2优选以喷雾的形式被喷射到气流8中，其中该喷雾以离喷射喷嘴1越远距离越大的方式在(+z)的方向上分散。举例而言，夹角α大约为20°至90°，优选为大约60°。
液滴5的夹角α可以不同于上游喷射的辅助气体6.1和/或下游喷射的辅助气体6.2的夹角。因此，举例而言，可以从三种不同的夹角α6.1≠α5≠α6.2中选出两个，这两个可以相同，例如α6.1＝α6.2。特别地，实验发现，各介质5、6.1、6.2穿透到气流的深度越小，则夹角α就会变得越大。为了要达到将含有液滴5的气流8有效的散布，根据本申请，可以通过适当的方式与方法将各种不同的参数最优化，诸如介质5、6.1、6.2的夹角α5、α6.1、α6.2，喷射速度和/或流量(参照以下的表1)。
图4是示出了根据本发明的喷射喷嘴1的优选实施例的透视图。图5中示出了该实施例的顶视图，以及图6中示出了该实施例的纵向截面图。该喷射喷嘴1包括喷嘴头2、喷嘴主体3、流体连接接头41以及气体连接接头43。例如，这些元件都是由金属制成，优选由不锈钢制成。
该喷嘴头2包括液体通道插入件21以及两个气体通道插入件23.1、23.2，其基本上设置在圆柱形喷射喷嘴1的中心平面内。该喷射喷嘴1优选安装成将该喷嘴头2的基面20与管道内壁平齐，该管道作为将要散布的气流8的边界。
该液体通道插入件21通有一个狭缝状的液体喷孔22，该液体喷孔22的长度大约为1.4mm而宽度大约为0.4mm。该液体孔22基本上是中心地位于喷射喷嘴的纵轴10上，在此所讨论的实施例中，其距离该纵轴10的长度大约为1.5mm，这相对于喷嘴直径而言是很小的。
在邻近液体喷孔22的液体喷射区域中，出现压力下降，结果产生了空吸作用。通过这种方式，在气流8中形成涡流，这样会使得平坦的液体喷雾变形或者不稳定，并且改变了液滴5的粒度分布。然而，为了要避免这种效应，或者降低其程度，例如该液体通道插入件21会突出大约2至9mm，优选大约3至5mm，而超出喷嘴头2的基面20进入该气流8。此液体通道插入件21的突起会稳定并控制夹角α以及液滴的粒度分布和轨迹。
为了有效降低涡流效应，该液体喷孔22应设置在基面20之上，高于气体喷孔24.1、24.2。特别有利的是，液体喷孔22和每个气体喷孔24.1、24.2相对于基面20之间的高度差，与两个彼此相距最远的(液体、或者气体)孔24.1、24.2之间在基面20上的最大距离之比，介于0.08和0.40之间，优选介于0.12和0.20之间。
在所有情况下，该气体通道插入件23.1、23.2通有狭缝状的气体喷孔24.1、24.2，其具有大约2.1mm的长度以及大约1.3mm的宽度。该位于上游的气体喷孔24.1位于距液体喷孔22大约15mm的位置处。该位于上游的辅助气体通道插入件23.1优选以这样的方式相对于喷嘴纵轴10稍微倾斜，即如果该喷嘴纵轴10垂直于气流8的话(即，指向z方向)，喷射的辅助气体6.1被稍微引导向气流8(即，在(-x)方向上其速度具有分量)。因此，这基本上对应于图1(b)中示意性示出的实施例。例如，该倾斜角β大约为2°至20°，优选为大约10°。通过这种方式，从位于上游的气体喷孔24.1所喷射出来的辅助气体6.1，可将液滴5更有效地与气流8屏蔽，并且允许液滴5尽可能远地穿透气流8。
位于下游的气体喷孔24.2处于距离液体喷孔22大约10mm的位置处。因此，此距离优选小于位于上游的气体喷孔24.1和液体喷孔22之间的距离。而且，位于下游的辅助气体通道插入件23.2优选平行于该喷嘴纵轴10。所以，该喷射喷嘴1相对于气体通道插入件23.1、23.2的距离和方向是不对称的。从位于下游的气体喷孔24.2中喷射辅助气体6.2的主要目的是，在液滴5上产生携带以及稳定的效果，轮流使液滴5尽可能远地穿透该气流8。该气体通道插入件23.1、23.2基本上位于喷嘴头2的基面20上。
设置狭缝状的液体或者气体喷孔22、24.1、24.2，使其纵轴互相平行，并且垂直于气流8(即，平行于y方向)。它们以这样的方式设计，即使得液体或气体夹角在大约20°和90°之间，优选为大约60°。
借助于两个与对应的凸台或凸缘26、36相结合的固定螺钉25.1、25.2，将该喷嘴头2固定在喷嘴主体3上。
该喷嘴主体3包括：液体供给通道31，使用此液体供给通道31可将液体5引至液体通道插入件21处；以及气体供给通道33，使用此气体供给通道33可将辅助气体6引至该两个气体通道插入件23.1、23.2处。
将液体连接接头41与气体连接接头43旋至该喷嘴主体3之中，并且这些接头分别包括液体入口42和气体入口44。
如同图6所显示的实施例，利用喷射喷嘴1的设计，必须要特别考虑安全方面的问题。在操作期间，如果喷射喷嘴1的元件分离，并且随着气流8飞进压缩机当中，那么这会造成对压缩机及涡轮机致命的损害。为了避免这种情形的发生，要在诸如液体通道插入件21或气体通道插入件23.1、23.2的有可能造成危险的元件上，设置突起物，其具有向上渐尖的形状或分别具有类似凸台的形状。还要注意的是，诸如插入件21、23.1、23.2的喷嘴零件要尽可能少地突出该基面20，也就是尽可能少地进入气流8中。在喷嘴上的突出物可能会导致气流8中所不希望的流动效果。维修人员几乎不会使用它们作为攀爬的工具，因为这样会使其受到损害。
在图4-6中所显示的喷射喷嘴1被设计成将水用作为流体5而将空气用作为辅助气体6.1、6.2。为了散布在喷射位置上具有例如30至80m/s的速度和例如500m3/s的流量的气流8以及水滴5，选择表1中所限定的操作参数。
表1
  参数   液体5   辅助气体6.1、6.2
  压力(Pa)   4×105   4×105
  孔的面积(m2)   4.4×10-7   2×2.1×10-6
  喷射速度(m/s)   28   317
  流量(m3/s)   1.3×10-5   2×1.7×10-3
如上所述，为了使该压缩机叶片达到有效的湿润与清洁，可以改变和最优化这些和其他的操作参数，例如夹角α。
在使用图4-6的喷射喷嘴而不使用气流的实验中，使用了在表1中所限定的用于液体和辅助气体的参数，在与喷嘴基面20距离200mm的位置处，测量得到水滴直径在大约50和250微米之间。但是在相同的操作条件下，不使用辅助气体，该直径同样在大约50和250微米之间。这个结果显示了水滴直径分布不会因为辅助气体而产生变化。
在另一个实验中，图4-6的喷射喷嘴被水平放置，其中该喷嘴的纵轴10位于衬垫(underlay)上方高度为1200mm的位置处。在任何情况下，都以4×105Pa的压力将液体和辅助气体(如果使用的话)喷出。在不使用辅助气体的情形下，观察到在距离喷嘴800至2000mm的衬垫上有湿润的现象，而在使用辅助气体的情形下，抛射(throw)(轨迹)范围则在800至4500mm之间。所以，在使用辅助气体的情形下，液滴被运送的距离远比不使用辅助气体的情形远得多。
当然，本发明并不仅局限于以上所讨论的以及在附图中示出的实施例。利用本发明的知识，本领域的技术人员可以研发出其他的实施例。例如，在图4-6中所显示的狭缝状的液体喷孔22可以由多个设置在平行于y方向的直线上的小直径圆形液体喷孔来代替。所有从这些液体喷孔喷出的液滴同样限定了液体喷射平面。相同的情形也运用于气体喷孔24.1、24.2上。如果也是有利的话，位于上游的气体通道插入件23.1相对于喷嘴纵轴的倾斜，以及气体喷孔24.1、24.2相对于液体喷孔22的不对称设置是可选择的。
而且，液体喷射平面50并不需要与该气流8互相垂直。反而有可能是任何的入射角，优选为相对于气流8呈15°和165°。例如，其可通过将根据本发明的喷嘴安装在球形接头中来实现，这与一开始就讨论的美国专利No.5,193,976中所描述的喷嘴安装类似。
为了全面地说明本发明的各种变化，图7示出了根据本发明的喷射喷嘴的四个实施例的示意性平面图。与图5类似，该喷嘴头2显示为圆盘形，但是其当然可以具有其它的形状。在每种情况下都画出了将被散布的气流8。图7强调的是，液体喷孔22、22.1、22.2和气体喷孔24、24.1至24.6的各种不同设置都是有可能的。根据图7(a)的实施例具有中央液体喷孔22以及分别位于上游及下游的气体喷孔24.1和24.2。该孔22、24.1以及24.2在流动方向上彼此相邻设置，并且均具有狭缝状的形状，其中它们的纵轴都互相平行，且与流动方向相垂直。它们的设置会让人想到罗马数字III。所以，此实施例基本上对应于图5中的实施例。在图7(b)的实施例中，狭缝状的液体喷孔22同样被设置在两个狭缝状的气体喷孔24.1、24.2之间，但是其纵轴平行于流动方向且垂直于气体喷孔24.1、24.2的纵轴。此设置会让人想到大写字母H。在图7(c)的实施例中，中央圆盘形的液体喷孔22被同心的圆形气体喷孔24环绕。图7(d)示出了一种使用两个液体喷孔22.1、22.2的实施例，并且在其两侧均设置有三个气体喷孔24.1-24.6。利用本发明的知识，本领域的技术人员可以自行研发其它的液体喷孔和气体喷孔的设置，以最佳地用于个别的应用当中。
最后，在图8中，通过吸入部分示出了根据本发明的燃气涡轮压缩机9的示意性纵向剖面图。该吸入部分包括空气吸入管道91，该空气吸入管道91包括壳体壁92。而且显示了一部分将要清洁的压缩机叶片93。在该壳体壁92中，至少安装有一个喷射喷嘴1.1-1.4。该喷射喷嘴包括液体入口42和至少一个连接至该液体入口42的液体喷孔22，并且还包括气体入口44和至少一个连接至该气体入口44的气体喷孔24.1、24.2。该喷射喷嘴优选根据图4-6的实施例进行设计。
图8中所显示的实施例是简易的示意性实施例。任何人都可以提供更多的喷射喷嘴，且这些喷射喷嘴可以分布在壳体壁92的各种不同的位置上，特别是环绕在圆周上。本发明并不局限于燃气涡轮压缩机，而是也可以运用于其它涡轮机的流动管道中。
               附图标记一览表
1喷射喷嘴                 10纵轴
2喷嘴头                   20基面
21液体通道插入件          22、22.1、22.3液体喷孔
23.1、23.2气体通道插入件  24、24.1-24.6气体喷孔
25.1、25.2固定螺钉        26凸台
3喷嘴主体                 31液体供给通道
33气体供给通道            36凸台
41液体连接接头            42液体入口
43气体连接接头            44气体入口
5液滴                     50液体喷射平面
6.1、6.2辅助气体          60.1、60.2气体喷射平面
7混合区域                 8气流
9燃气涡轮压缩机           91空气吸入管道
92壳体壁                  93压缩机叶片
x、y、z直角座标
α分别为液滴的扇形夹角、气体的扇形夹角
β喷射平面的倾斜角
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.用于散布含有液滴(5)的气流(8)的方法，其中将液滴(5)喷射到气流(8)中，其特征在于，将辅助气体(6.1、6.2)与液滴(5)同时喷射到气流(8)中，其中辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度大于液滴(5)的喷射速度，从而喷射的辅助气体(6.1、6.2)能稳定喷射的液滴(5)的轨迹及尺寸，并部分地将液滴(5)屏蔽于气流(8)和/或将其携带进入气流(8)中。
2.如权利要求1所述的方法，其中辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度至少是液滴(5)的喷射速度的两倍，优选为至少五倍，例如至少十倍。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中液滴(5)基本上以液体喷射平面(50)的形式喷射到气流(8)中；以及将辅助气体(6.1、6.2)与液滴同时喷射到气流(8)中，其中，使辅助气体(6.1、6.2)基本上以气体喷射平面(60.1、60.2)的形式喷射到气流(8)中。
4.如权利要求3所述的方法，其中该液体喷射平面(50)基本上与气流(8)的流动方向(x)相垂直。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中该气体喷射平面(60.2)基本上与该液体喷射平面(50)相平行，并与其相距一段距离。
6.如权利要求3或4所述的方法，其中该气体喷射平面(60.1)相对于该液体喷射平面(50)稍微倾斜，使得与辅助气体(6.1)混合的气流(8)的x方向的速度分量比与液滴(5)混合的小，并且其倾斜角(β)例如大约为2°至20°，优选为大约10°。
7.如权利要求3至6中任一项所述的方法，其中在该液体喷射平面(50)的两侧，辅助气体(6.1、6.2)分别以第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)的形式喷射到气流(8)中，所述第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)基本上平行于该液体喷射平面(50)，并与其相距一段距离。
8.如权利要求7所述的方法，其中位于上游的气体喷射平面(60.1)与该液体喷射平面(50)之间的距离选择为大于位于下游的气体喷射平面(60.2)与该液体喷射平面(50)之间的距离。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中液滴(5)和辅助气体(6.1、6.2)以扇形的形式喷射到液流(8)中，其中该扇形的夹角(α)优选介于20°和90°之间，例如60°。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中液滴(5)和辅助气体(6.1、6.2)从狭缝状的喷孔(22、24.1、24.2)喷射出来，所述狭缝状的喷孔(22、24.1、24.2)彼此相邻设置，且其纵轴优选互相平行。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法的用途，其中用于散布含有清洗液液滴(5)的燃气涡轮压缩机的吸入气流(8)。
12.一种湿式清洁燃气涡轮压缩机的方法，该燃气涡轮压缩机包括吸入空气(8)流过的吸入空气管道，其中，将液滴形式的清洁液(5)喷射到该吸入空气管道中，并且从吸入空气(8)将液滴(5)运送至将要清洁的燃气涡轮压缩机的零件上，以进行清洁，其特征在于，将辅助气体(6.1、6.2)与液滴(5)同时喷射到吸入气流(8)中，其中辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度大于液滴(5)的喷射速度，从而喷射的辅助气体(6.1、6.2)能稳定该喷射的液滴(5)的轨迹及尺寸，并部分地将液滴(5)屏蔽于吸入气流(8)和/或将其携带进入吸入气流(8)中。
13.一种用于实施如权利要求1所述的方法的喷射喷嘴(1)，包括：
基面(20)，其将该喷射喷嘴(1)限定为对着气流(8)设置；
液体入口(42)和气体入口(44)；
至少一个与该液体入口(42)连接的液体喷孔(22)，所述液体喷孔设置在至少一个从该基面(20)突出到气流(8)中的突起(21)上；以及
至少一个与该气体入口(44)连接的气体喷孔(24.1、24.2)，
其特征在于，所述至少一个液体喷孔(22)设计为，导入到该液体入口(42)的液体(5)基本以液体喷射平面(50)分布的液滴形式从该液体喷孔(22)中喷射出来；并且所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)相对于所述至少一个液体喷孔(22)设计和设置为，被导入至该气体入口(44)的辅助气体(6.1、6.2)基本上以至少一个气体喷射平面(60.1、60.2)的形式从所述气体喷孔(24.1、24.2)中喷射出来。
14.如权利要求13所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个突起(21)超过该基面(20)的高度为2至9mm，优选为3至5mm。
15.如权利要求13或14所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)设置在该基面(20)的上方并高于所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)，例如其设置为，所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)相对于该基面(20)之间的高度差，与两个彼此相距最远的液体和/或气体喷孔(22、24.1、24.2)之间在基面(20)上的最大距离之比介于0.08和0.40之间，优选介于0.12和0.20之间。
16.如权利要求13至15中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.2)设计为，该气体喷射平面(60.2)基本上平行于该液体喷射平面(50)，并与其相距一段距离。
17.如权利要求13至15中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1)设计为，该气体喷射平面(60.1)相对于该液体喷射平面(50)稍微倾斜，并且其倾斜角(β)例如大约为2°至20°，优选为大约10°。
18.如权利要求13至17中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中该喷射喷嘴(1)包括液体喷孔(22)以及位于其两侧的气体喷孔(24.1、24.2)，使得在该液体喷射平面(50)两侧的辅助气体(6.1、6.2)分别以第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)的形式喷射，所述第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)基本上平行于该液体喷射平面(50)，并与其相距一段距离。
19.如权利要求18所述的喷射喷嘴(1)，其中所述气体喷孔(24.1、24.2)与该液体喷孔(22)之间的距离并不相同。
20.如权利要求13至19中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)设计为，液滴(5)和辅助气体(6.1、6.2)以扇形的形式喷射，其中该扇形的夹角(α)优选在20°和90°之间，例如60°。
21.如权利要求13至20中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)彼此相邻设置，并且具有伸长的形状，其中它们的纵轴彼此平行。
22.如权利要求13至21中任一项所述的喷射喷嘴(1)的用途，其用于散布含有清洗液的液滴(5)的燃气涡轮压缩机的吸入气流(8)。
23.一种涡轮机，例如燃气涡轮压缩机(9)，其具有流动管道，例如包括壳体壁(92)的空气吸入管道(91)，其特征在于，在该壳体壁(92)中安装有至少一个如权利要求13至21中任一项所述的喷射喷嘴(1)。
24.一种涡轮机，例如燃气涡轮压缩机(9)，其具有流动管道，例如包括壳体壁(92)的空气吸入管道(91)，其中在该壳体壁(92)中安装有至少一个喷射喷嘴(1)，所述至少一个喷射喷嘴(1)包括液体入口(42)和至少一个与该液体入口(42)连接的液体喷孔(22)，其特征在于，该喷射喷嘴(1)还包括气体入口(44)和至少一个与该气体入口(44)连接的气体喷孔(24.1、24.2)。

Claims (25)

1.用于散布含有液滴(5)的气流(8)的方法，其中将液滴(5)喷射到气流(8)中，其特征在于，将辅助气体(6.1、6.2)与液滴(5)同时喷射到气流(8)中，其中辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度大于液滴(5)的喷射速度，从而喷射的辅助气体(6.1、6.2)能稳定喷射的液滴(5)的轨迹及尺寸，并部分地将液滴(5)屏蔽于气流(8)和/或将其携带进入气流(8)中。
2.如权利要求1所述的方法，其中辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度至少是液滴(5)的喷射速度的两倍，优选为至少五倍，例如至少十倍。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中液滴(5)基本上以液体喷射平面(50)的形式喷射到气流(8)中；以及将辅助气体(6.1、6.2)与液滴(5)同时喷射到气流(8)中，其中，使辅助气体(6.1、6.2)基本上以气体喷射平面(60.1、60.2)的形式喷射到气流(8)中。
4.如权利要求3所述的方法，其中该液体喷射平面(50)基本上与气流(8)的流动方向(x)相垂直。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中该气体喷射平面(60.2)基本上与该液体喷射平面(50)相平行，并与其相距一段距离。
6.如权利要求3或4所述的方法，其中该气体喷射平面(60.1)相对于该液体喷射平面(50)稍微倾斜，使得与辅助气体(6.1)混合的气流(8)的x方向的速度分量比与液滴(5)混合的小，并且其倾斜角(β)例如大约为2°至20°，优选为大约10°。
7.如权利要求3至6中任一项所述的方法，其中在该液体喷射平面(50)的两侧，辅助气体(6.1、6.2)分别以第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)的形式喷射到气流(8)中，所述第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)基本上平行于该液体喷射平面(50)，并与其相距一段距离。
8.如权利要求7所述的方法，其中位于上游的气体喷射平面(60.1)与该液体喷射平面(50)之间的距离选择为大于位于下游的气体喷射平面(60.2)与该液体喷射平面(50)之间的距离。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中液滴(5)和辅助气体(6.1、6.2)以扇形的形式喷射到气流(8)中，其中该扇形的夹角(α)优选介于20°和90°之间，例如60°。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中液滴(5)和辅助气体(6.1、6.2)从狭缝状的喷孔(22、24.1、24.2)喷射出来，所述狭缝状的喷孔(22、24.1、24.2)彼此相邻设置，且其纵轴优选互相平行。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法的用途，其中用于散布含有清洗液液滴(5)的燃气涡轮压缩机的吸入气流(8)。
12.一种湿式清洁燃气涡轮压缩机的方法，该燃气涡轮压缩机包括吸入空气(8)流过的空气吸入管道，其中，将液滴形式的清洁液(5)喷射到该空气吸入管道中，并且通过吸入空气(8)将液滴(5)运送至将要清洁的燃气涡轮压缩机的零件上，以进行清洁，其特征在于，将辅助气体(6.1、6.2)与液滴(5)同时喷射到吸入气流(8)中，其中辅助气体(6.1、6.2)的喷射速度大于液滴(5)的喷射速度，从而喷射的辅助气体(6.1、6.2)能稳定该喷射的液滴(5)的轨迹及尺寸，并部分地将液滴(5)屏蔽于吸入气流(8)和/或将其携带进入吸入气流(8)中。
13.一种用于实施如权利要求1所述的方法的喷射喷嘴(1)，包括：
基面(20)，其将该喷射喷嘴(1)限定为对着气流(8)设置；
液体入口(42)和气体入口(44)
至少一个与该液体入口(42)连接的液体喷孔(22)；以及
至少一个与该气体入口(44)连接的气体喷孔(24.1、24.2)，
其特征在于，该喷射喷嘴(1)被设计为，至少一个液体喷孔(22)设置在至少一个突起(21)上，所述突起(21)从该基面(20)突起进入到气流(8)中。
14.如权利要求13所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个突起(21)超过该基面(20)的高度为2至9mm，优选为3至5mm。
15.如权利要求13或14所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)设置在该基面(20)的上方并高于所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)，例如其设置为，所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)相对于该基面(20)之间的高度差，与两个彼此相距最远的液体和/或气体喷孔(22、24.1、24.2)之间在基面(20)上的最大距离之比介于0.08和0.40之间，优选介于0.12和0.20之间。
16.如权利要求13至15中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)设计为，导入至该液体入口(42)的液体(5)基本以液体喷射平面(50)分布的液滴形式从该液体喷孔(22)中喷射出来；以及所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)相对于所述至少一个液体喷孔(22)设计和设置为，导入至该气体入口(44)的辅助气体(6.1、6.2)基本上以至少一个气体喷射平面(60.1、60.2)的形式从所述气体喷孔(24.1、24.2)中喷射出来。
17.如权利要求16所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.2)设计为，该气体喷射平面(60.2)基本上平行于该液体喷射平面(50)，并与其相距一段距离。
18.如权利要求16所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1)设计为，该气体喷射平面(60.1)相对于该液体喷射平面(50)稍微倾斜，并且其倾斜角(β)例如大约为2°至20°，优选为大约10°。
19.如权利要求16至18中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中该喷射喷嘴(1)包括液体喷孔(22)以及位于其两侧的气体喷孔(24.1、24.2)，使得在该液体喷射平面(50)两侧的辅助气体(6.1、6.2)分别以第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)的形式喷射，所述第一和第二气体喷射平面(60.1、60.2)基本上平行于该液体喷射平面(50)，并与其相距一段距离。
20.如权利要求19所述的喷射喷嘴(1)，其中所述气体喷孔(24.1、24.2)与该液体喷孔(22)之间的距离并不相同。
21.如权利要求16至20中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)设计为，液滴(5)和辅助气体(6.1、6.2)以扇形的形式喷射，其中该扇形的夹角(α)大约在20°和90°之间，例如60°。
22.如权利要求13至21中任一项所述的喷射喷嘴(1)，其中所述至少一个液体喷孔(22)和所述至少一个气体喷孔(24.1、24.2)彼此相邻设置，并且具有伸长的形状，其中它们的纵轴彼此平行。
23.如权利要求13至21中任一项所述的喷射喷嘴(1)的用途，其用于散布含有清洗液的液滴(5)的燃气涡轮压缩机的吸入气流(8)。
24.一种涡轮机，例如燃气涡轮压缩机(9)，其具有流动管道，例如包括壳体壁(92)的空气吸入管道(91)，其特征在于，在该壳体壁(92)中安装有至少一个如权利要求13至22中任一项所述的喷射喷嘴(1)。
25.一种涡轮机，例如燃气涡轮压缩机(9)，其具有流动管道，例如包括壳体壁(92)的空气吸入管道(91)，其中在该壳体壁(92)中安装有至少一个喷射喷嘴(1)，所述至少一个喷射喷嘴(1)包括液体入口(42)和至少一个与该液体入口(42)连接的液体喷孔(22)，其特征在于，该喷射喷嘴(1)还包括气体入口(44)和至少一个与该气体入口(44)连接的气体喷孔(24.1、24.2)。
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