DE102009026329A1

DE102009026329A1 - Strahlpumpen mit lösbar befestigen Düsen, Düsen mit einstellbarer Grösse oder Mischrohren mit einstellbarer Größe

Info

Publication number: DE102009026329A1
Application number: DE102009026329A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Neil Whaling; Dean Matthew Erickson; Hua Zhang; David Wesley Ball jun.; James L. Davis; Michael Savale; Douglas S. Byrd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2010-03-04
Also published as: US8083495B2; CN101660545A; CN101660545B; US20100040482A1; JP2010043642A

Abstract

Es wird eine Strahlpumpe (22) mit einem Verstelleinlass (36), einer Verstelldüse (38), die lösbar an dem Verstelleinlass (36) befestigt ist, einer Saugkammer (40) um die Verstelldüse (38) herum, einem Saugfluideinlass (42) zu der Saugkammer (40), einem Mischrohr (44) in Fluidverbindung mit der Saugkammer (40) und der Verstelldüse (38), einem Diffusor (46) in Fluidverbindung mit dem Mischrohr (44) und distal von der Saugkammer (40) und der Verstelldüse (38) abgesetzt und einem Auslass (50) aus dem Diffusor (46) bereitgestellt. Eine Düse (62) mit wenigstens zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten (70, 72) wird ebenfalls bereitgestellt. Eine Strahlpumpe (22) mit einem Mischrohr (82), das eine flexible Schicht (84) enthält, die dafür eingerichtet ist, sich einzuschnüren oder auszudehnen, um dadurch eine Änderung des Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen, wird ferner bereitgestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein Strahlpumpen und Düsen und insbesondere Strahlpumpendüsen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In verschiedenen Systemen kann der Wirkungsgrad eines Systems von der effektiven Bereitstellung von Kühl- oder Dichtfluid für das System abhängen. Beispielsweise kann es in Gasturbinensystemen erwünscht sein, Kühl- und/oder Dichtluft bereitzustellen, indem ein Teil der Luft in dem Verdichter unter Verwendung einer Strahlpumpe umgeleitet wird. Beispielsweise kann ein erster Luftstrom aus einer dreizehnten Stufe des Verdichters entnommen werden, um eine Stufe der Turbine zu kühlen. Ein zweiter Luftstrom kann aus einer neunten Stufe des Verdichters (d. h. bei einem niedrigeren Druck und niedrigerer Temperatur) zum Kühlen einer weiteren Stufe der Turbine entnommen werden. Der Strahlpumpe kann dazu genutzt werden, die ersten und zweiten Luftströme zu vermischen, um einen dritten Luftstrom bei einer Temperatur und einem Druck zum Kühlen der entsprechenden Turbinenstufe ohne die Notwendigkeit einer Drosselung (d. h. Verschwendung) des Luftstroms bereitzustellen, der sich bei einem zu hohen Druck befinden kann.
Typischerweise kann ein Strahlpumpe für die Bedingungen der International Organisation for Standardization (ISO) (d. h. 15°C (59°F) Umgebungstemperatur) optimiert sein. Jedoch kann der Wirkungsgrad auch bei anderen Betriebsbedingungen als den ISO-Bedingungen beeinträchtigt sein. Zusätzlich können typische festgelegte Konstruktionen von Strahlpumpen bei einem niedrigeren als dem maximalen Wirkungsgrad unter Betriebsbedingungen, wie z. B. der Umgebung eines Ortes betrieben werden. Beispielsweise kann die Strahlpumpe an heißen Tagen mehr Luft als erforderlich liefern und überlaufen, während sie an kalten Tagen nicht genügend Luft liefern kann. Somit können für heißere Betriebsbedingungen ausgelegte Strahlpumpen nicht die gewünschte Betriebsleistung unter kälteren Betriebsbedingungen und umgekehrt erbringen. Konstruktion und Einsatz von spezifischen Strahlpumpen für unterschiedliche Betriebsbedingungen können im Allgemeinen teuer, unwirtschaftlich und/oder arbeitsintensiv sein. Beispielsweise kann die Änderung der Abmessungen einer Verstelldüse in einer Strahlpumpe für unterschiedliche Betriebsbedingungen das Austauschen der Düse und des gesamten Verstelldurchflusssystems einschließlich zahlreicher Rohre und Flansche beinhalten, mit denen die Verstelldüse verschweißt sein kann.
Demzufolge gibt es einen Bedarf nach einer Strahlpumpe, welcher einen oder mehrere von den vorstehend erwähnten Nachteilen und Mängeln vermeiden kann, um einen verbesserten Wirkungsgrad in den den Strahlpumpen zugeordneten Systemen bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Strahlpumpe mit einem Verstelleinlass, einer Verstelldüse, die lösbar an dem Verstelleinlass befestigt ist, einer Saugkammer über der Verstelldüse, einem Saugfluideinlass zu der Saugkammer, einem Mischrohr in Fluidverbindung mit der Saugkammer und der Verstelldüse, einem Diffusor in Fluidverbindung mit dem Mischrohr und distal von der Saugkammer und der Verstelldüse abgesetzt und einem Auslass aus dem Diffusor bereit.
Diese Offenlegung stellt auch eine Düse mit wenigstens zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten bereit. Jeder von den konzentrischen Düsenbogenabschnitten ist angepasst, sich in Bezug auf jeden anderen auf einer Längsachse zu drehen, seine Bogenradien zu ändern, oder beides auszuführen, um dadurch eine Änderung einer Düsengeometrie, eines Düsendurchmessers oder beides zu ermöglichen.
Diese Offenlegung stellt ferner eine Strahlpumpe mit einem Verstelleinlass, einer Verstelldüse, einer Saugkammer um die Verstelldüse, einem Saugfluideinlass an der Saugkammer, einem Mischrohr in Fluidverbindung mit der Saugkammer und der Verstelldüse, einen Diffusor in Fluidverbindung mit dem Mischrohr und distal von der Saugkammer und der Verstelldüse abgesetzt und einem Auslass aus dem Diffusor bereit. Das Mischrohr weist eine flexible Schicht auf, die dafür angepasst ist, sich einzuschnüren oder auszudehnen, um dadurch eine Änderung eines Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems 10, das eine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaute Strahlpumpe 22 enthält.
2 veranschaulicht eine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaute Strahlpumpe 22.
3 veranschaulicht eine lösbar befestigte Verstelldüse 38, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
4A–B veranschaulichen eine Verstelldüse 62, die zwei konzentrische Düsenbogenabschnitte 70, 72 aufweist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.
5 veranschaulicht eine zweidimensionale schematische Darstellung von zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten 70a, 72a, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.
6 veranschaulicht ein Mischrohr 82, das eine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaute flexible Schicht 84 aufweist.
7 stellt die Ergebnisse von Fluiddynamik-Berechnungsmodellen zur Bewertung des Strahlpumpenbetriebsverhaltens für unterschiedliche Düsendurchmesser dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie vorstehend zusammengefasst, umfasst diese Offenlegung Strahlpumpen und eine Düse. Ausführungsformen der Strahlpumpen, Düse, und Verfahren zur Anwendung der Strahlpumpen und der Düse werden nachstehend beschrieben und in den 1–6 dargestellt. Obwohl die 1–6 unter Bezugnahme auf Ausführungsformen für ein Gasturbinensystem dargestellt und beschrieben werden, dürfte es sich verstehen, dass jedes beliebige System (z. B. andere Turbinensysteme, die Turbinensysteme des General-Electric-Hybrid-Systems, Turbomaschinensysteme, elektrische Maschinensysteme) mit einer Strahlpumpe oder einer Düse ebenso verwendet werden kann, oder durch alternative Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung erzeugt werden kann.
1 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung, welche ein Gasturbinensystem 10 mit einem Kühl- und/oder Dichtluft-Versorgungssystem ist, das einen Verdichter 12, eine Gasturbine 14, einen ersten Luftströmungspfad 16, der Luft aus einer ersten Stufe des Verdichters entzieht, ein erstes Diffusionsventil 18, einen zweiten Luftstrompfad 20, der Luft aus einer zweiten Stufe des Verdichters entzieht, eine Strahlpumpe 22, einen Querstrompfad 24, ein Isolationsventil 26, einen Nebenstrompfad 28, ein Nebenstromventil 30, einen Mischpunkt 32 und einen dritten Luftstrompfad 34 aufweist. Obwohl die hierin dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen Luft verwenden, dürfte es sich verstehen, dass andere Kühl- oder Dichtungsfluide in alternativen Ausführungsformen verwendet werden können. Zusätzlich dürfte es sich verstehen, dass durchgängig durch diese Offenbarung Ausführungsformen der beschriebenen Pfade durch eine andere Art von Leitungen, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, Rohre oder Formstücke definiert sein können.
In dieser speziellen Ausführungsform kann eine Hochdruckluftentnahme von einer neunten Stufe des Verdichters 12 erfolgen und als ein Kühlluftstrom einer Leiteinrichtung der zweiten Stufe der Turbine 14 über den ersten Luftstrompfad 16 zugeführt werden. Gemäß Darstellung können mehrere Strompfade verwendet werden. In ähnlicher Weise kann Abzweigluft von einer vorhergehenden Stufe, beispielsweise einer dreizehnten Stufe des Verdichters 12 entzogen werden und über den zweiten Luftstrompfad 20 als Kühlluft der Turbine 14 zugeführt werden. Ein Nebenstrompfad 28 kann mit dem zweiten Strompfad 20 in Verbindung stehen.
In dieser Ausführungsform kann die Strahlpumpe 22 in dem zweiten Luftstrompfad 20 positioniert sein. Der Strahlpumpe 22 erübrigt die Notwendigkeit, Luftstromdrücke zu vernichten. Die Strahlpumpe 22 ermöglicht auch eine Vermischung des Luftstroms aus den ersten und zweiten Strompfaden 16, 20, um so die Entnahmeströme zur Optimierung des Wirkungsgrades des Systems 10 anzupassen. Der Querstrompfad 24 kann zwischen den ersten und zweiten Strompfaden 16, 20 positioniert sein. Der Querstrompfad 24 kann ein Isolationsventil 26 enthalten. Das Isolationsventil 26 kann die Strahlpumpe 22 isolieren, wenn die Umgebungsbedingungen nicht günstig sind.
Der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaute Strahlpumpe 22 ist detaillierter in 2 dargestellt. Die Strahlpumpe 22 enthält einen Verstelleinlass 36, der mit dem zweiten Luftstrompfad 20 verbunden ist, eine Verstelldüse 38, und eine Saugkammer 40, einen Saugfluideinlass 42, der mit dem ersten Luftstrompfad 16 verbunden ist, ein Mischrohr 44, einen Diffusor 46, einen Nebenstromeinlass 48, einen Mischpunkt 32 und einen Auslass 50 zu dem dritten Luftstrompfad 34.
In dieser Ausführungsform ist die Verstelldüse 38 lösbar an dem Verstelleinlass 36 befestigbar. So wie hierin verwendet, bezieht sich ”lösbar befestigbar” oder ”lösbar befestigt” auf die Befestigung der Verstelldüse 38 an dem Verstelleinlass unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens, welches die Befestigung der Verstelldüse an dem Verstelleinlass für den Betrieb der Strahlpumpe und die Entfernung von dem Verstelleinlass ohne Modifikation an der Verstelldüse und/oder dem Verstelleinlass 1) so ermöglicht, dass jede wieder in die Strahl pumpe eingebaut und wiederverwendet werden kann oder 2) ohne irgendeine Entfernung von irgendwelchen anderen Strahlpumpenrohren oder Formstücken.
3 stellt eine Ausführungsform einer lösbar befestigbaren Verstelldüse 38 mit einem Plattenring 52 dar, während der Verstelleinlass einen ersten Flansch 54 enthält und die Saugkammer einen zweiten Flansch 56 enthält. Die Verstelldüse 38 kann lösbar an dem Verstelleinlass 36 durch lösbares Befestigen des Plattenrings 52 zwischen dem ersten Flansch 54 und dem zweiten Flansch 56 befestigt werden. Beispielsweise kann der Plattenring 52 lösbar zwischen dem ersten Flansch 54 und dem zweiten Flansch 56 unter Verwendung von Bolzen, Schrauben, Klemmen oder dergleichen befestigt werden. Obwohl die Ausführungsform der in 3 dargestellten lösbar befestigbaren Verstelldüse ein Flansch- und Plattenringbefestigungssystem aufweist, dürfte es sich verstehen, dass weitere Verfahren zum lösbaren Befestigen der Verstelldüse an dem Verstelleinlass verwendet werden können, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, geschraubte Vorrichtungen oder Arretierungsvorrichtungen.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Verstelldüse konfiguriert sein, dass sie eine Änderung ihrer Düsengeometrie, des Düsendurchmessers oder beides ermöglicht. Eine Ausführungsform einer derartigen Verstelldüse 62 ist in den 4A–4B dargestellt. So wie hierin verwendet, bezieht sich ”Düsengeometrie” auf die Form der Spitze der Verstelldüse oder die Form der Zähne an der Spitze der Verstelldüse. So wie hierin verwendet, bezieht sich ”Düsendurchmesser” (d. h., ”Düsenabmessung”) auf den Durchmesser der Spitze der Düse. In dieser Ausführungsform weist die Verstelldüse 62 zwei konzentrische Düsenbogenabschnitte 70 und 72 auf. Jeder von den zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten 70, 72 kann für eine Dre hung in Bezug zueinander auf einer Längsachse eine Änderung der Radien oder beides angepasst sein, um dadurch eine Änderung der Düsengeometrie, des Düsendurchmessers oder beides zu ermöglichen. In alternativen Ausführungsformen können die Verstelldüsen zwei oder mehr konzentrische Düsenbogenabschnitte enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung zum automatischen Drehen von jedem der konzentrischen Düsenbogenabschnitte in Bezug zueinander auf der Längsachse, zum automatischen Ändern der Bogenradien von jedem der konzentrischen Düsenbogenabschnitte oder für beides vorgesehen sein. Gemäß Darstellung in den 4A–4B kann eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung ein Ventil 64, eine druckgeregelte Kammer 66 und eine Feder 68 aufweisen. Das Ventil 64 kann unter Verwendung einer dem Druck am Verstelleinlass und/oder den Turbinendruckanforderungen zugeordneten Rückkopplungssteuerung oder irgendeines anderen Typs von Steuersystem geregelt werden.
Daher kann in dieser Ausführungsform, wenn mehr Druck auf die druckgeregelte Kammer 66 aufgebracht wird, die Feder 68 die konzentrischen Düsenbogenabschnitte 70, 72 in Bezug zueinander auf der Längsachse drehen und/oder die Bogenradien der konzentrischen Düsenbogenabschnitte zusammendrücken und verringern. Als Folge dieser Änderung der konzentrischen Düsenbogenabschnitte 70, 72 kann der Düsendurchmesser verringert und die effektive Düsengeometrie geändert werden, da sich die Düsenzähne der konzentrischen Düsenbogenabschnitte in einer unterschiedlichen Konfiguration überlappen. Folglich kann sich, wenn weniger Druck an die druckgeregelte Kammer 66 angelegt wird, die Feder 68 lösen und die konzentrischen Düsenbogenabschnitte in Bezug zueinander auf der Längsachse drehen und die Bogenradien der konzentrischen Düsenbogenabschnitte verrin gern. Als Folge dieser Änderung in den konzentrischen Düsenbogenabschnitten kann der Düsendurchmesser vergrößert werden und die effektive Düsengeometrie geändert werden, da sich die Düsenzähne der konzentrischen Düsenbogenabschnitte in einer unterschiedlichen Konfiguration überlappen.
In weiteren Ausführungsformen kann die Vorrichtung zum automatischen Drehen der konzentrischen Düsenbogenabschnitte in Bezug zueinander auf der Längsachse, was automatisch die Bogenradien von jedem der wenigstens zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitte oder beides ändert, weitere Komponenten einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, durch Elektromotoren betriebene Vorrichtungen aufweisen. In alternativen Ausführungsformen kann die Drehung von jedem der konzentrischen Düsenbogenabschnitte in Bezug zueinander auf der Längsachse oder die Änderung der Bogenradien von jeder der wenigstens zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitte manuell ausgeführt werden.
5 ist eine zweidimensionale schematische Darstellung einer Ausführungsform von zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten 70a, 72a, welche darstellt, wie jeder von den zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten in Bezug zueinander bewegt werden kann, um die Düsengeometrie und den Düsendurchmesser zu verändern.
Gemäß Darstellung in den 2, 3 und 4 haben die Ausführungsformen der Verstelldüsen eine Düsengeometrie, die eine Zickzack-Form aufweist. In alternativen Ausführungsformen kann die Verstelldüse 38 irgendeine Düsengeometrie haben, die im Fachgebiet bekannt ist, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Keulenform.
In einigen Ausführungsformen kann die Verstelldüse 38, 62 einen Düsendurchmesser haben, der von etwa 2,5 cm (1 inch) bis etwa 20,3 cm (8 inches) reicht. In weiteren Ausführungsformen kann die Verstelldüse 38, 62 einen Düsendurchmesser haben, der von etwa 5,1 cm (2 inches) bis etwa 15,2 cm (6 inches) reicht. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Verstelldüse 38, 62 einen Düsendurchmesser haben, der von etwa 12,7 cm (5 inches) bis etwa 15,2 cm (6 inches) reicht.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Mischrohr eine flexible Schicht aufweisen, die dafür angepasst ist, zum sich einzuschnüren oder auszudehnen, um dadurch eine Änderung eines Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen. So wie hierin verwendet, bezieht sich ”Mischrohrdurchmesser” auf einen gemittelten Innendurchmesser des Mischrohres. Eine Ausführungsform eines derartigen Mischrohres 82 ist in 6 dargestellt. Das Mischrohr weist eine flexible Schicht 84 mit zwei konzentrischen Mischrohrbogenabschnitten auf, die in das Mischrohr 82 eingesetzt sind. Jeder von den zwei konzentrischen Mischrohrbogenabschnitten kann dafür angepasst sein, seine Bogenradien zu ändern, um dadurch eine Änderung des Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform besteht die flexible Schicht 84 aus einem Metallblechmaterial. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass jedes beliebige flexible im Fachgebiet bekannte und für den Einsatz in der Strahlpumpenanwendung geeignete Material als die flexible Schicht verwendet werden kann. In alternativen Ausführungsformen können die Mischrohre auch zwei oder mehr konzentrische Mischrohrbogenabschnitte enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung zum automatischen Einschnüren oder Ausdehnen der flexiblen Schicht ebenfalls vorgesehen sein. Gemäß Darstellung in 6 kann eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung ein Ventil 86 und eine druckgeregelte Kammer 88 umfassen. Das Ventil 64 kann unter Verwendung einer dem Druck des Verstelleinlasses und/oder den Druckanforderungen der Turbine Rückkopplungssteuerung zugeordnet oder irgendeiner anderen Art von Steuersystem geregelt werden.
In weiteren Ausführungsformen kann die Vorrichtung zum automatischen Einschnüren oder Ausdehnen der flexiblen Schicht weitere Komponenten einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, mit Elektromotoren betriebene Vorrichtungen enthalten.
In alternativen Ausführungsformen kann das Einschnüren oder Ausdehnen der flexiblen Schicht manuell ausgeführt werden.
Daher kann in dieser Ausführungsform, wenn mehr Druck auf die druckgeregelte Kammer 88 ausgeübt wird, die flexible Schicht die Bogenradien der konzentrischen Mischrohrbogenabschnitte reduzieren. Als Folge dieser Änderung in den konzentrischen Mischrohrbogenabschnitten kann der Mischrohrdurchmesser verringert werden. Dementsprechend können sich dadurch, wenn weniger Druck auf die druckgeregelte Kammer 88 ausgeübt wird, die Bogenradien der konzentrischen Mischrohrbogenabschnitte vergrößern, wodurch sich der Mischrohrdurchmesser vergrößert.
In einigen Ausführungsformen kann das Mischrohr 44, 82 einen Mischrohrdurchmesser haben der von etwa 7,6 cm (3 inches bis etwa 25,4 cm (10 inches) reicht. In weiteren Ausführungsformen kann das Mischrohr 44, 82 einen Mischrohrdurchmesser haben, der von etwa 10,2 cm (4 inches) bis etwa 20,3 cm (8 inches) reicht. In noch weiteren Ausführungsformen kann das Mischrohr 44, 82 einen Mischrohrdurchmesser haben, der von etwa 12,7 cm (5 inches) bis etwa 15,2 cm (6 inches) reicht.
Es dürfte sich verstehen, dass verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Verstelldüsen und Mischrohre in Kombination miteinander in nur einer Strahlpumpe verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Strahlpumpe eine lösbar befestigbare Verstelldüse, welche auch konzentrische Düsenbogenabschnitte aufweist, und/oder ein Mischrohr, das eine flexible Schicht aufweist, enthalten.
Unabhängig von einer Theorie glaubt man, dass Ausführungsformen der Strahlpumpen und Düsen der vorliegenden Offenlegung eine Änderung der Verstelldüse einer Strahlpumpe entweder durch Austauschen oder Anpassen der Düsengeometrie oder des Düsendurchmessers für unterschiedliche Betriebszustände ermöglichen, um einen optimalen Systemwirkungsgrad bereitzustellen. Zusätzlich ermöglichen die Ausführungsformen des Mischrohrs der vorliegenden Offenlegung enthaltende Strahlpumpen die Anpassung des Mischrohrdurchmessers für eine weitere Optimierung des Systemwirkungsgrades. Somit kann die Ersetzung der gesamten Strahlpumpe, wenn eine andere Verstelldüse für unterschiedliche Betriebsbedingungen erforderlich sein kann, vermieden werden. Stattdessen ermöglichen Ausführungsformen der Strahlpumpe eine getrennte Anpassung der Düse und/oder des Mischrohrs, um den Wirkungsgrad für spezielle Betriebsbedingungen zu verbessern, welche Umgebungstemperaturbedingungen (z. B. unterschiedliche Jahreszeiten oder unterschiedliche geografische Lagen) sein können.
Beispielsweise kann ein Verfahren zum Bereitstellen von Kühlluft und/oder Dichtluft für eine Turbine die Schritte umfassen: 1) Bereitstellen eines ersten Luftstroms aus einem Verdichter, 2) Bereitstellen eines zweiten Luftstroms aus dem Verdichter, 3) Mischen des ersten Luftstroms mit wenigsten einem Teil des zweiten Luftstroms in einer Strahlpumpe, die eine erste lösbar befestigte Verstelldüse enthält, bei einer ersten Betriebstemperatur, 4) Ersetzen der ersten Verstelldüse durch eine zweite lösbar befestigbare Verstelldüse, und 5) Mischen des ersten Luftstroms mit wenigstens einem Teil des zweiten Luftstroms, in der die zweite Verstelldüse enthaltenden Strahlpumpe bei einer zweiten Betriebstemperatur. In einigen Ausführungsformen kann die erste Betriebstemperatur niedriger als die zweite Betriebstemperatur sein, wobei die erste Verstelldüse einen ersten Durchmesser hat und die zweite Verstelldüse einen zweiten Durchmesser hat, der kleiner als der erste Durchmesser ist.
Außerdem glaubt man unabhängig von einer Theorie, dass der Düsendurchmesser, der Mischrohrdurchmesser und das Verhältnis des Düsendurchmessers zum Mischrohrdurchmesser wichtige das Betriebsverhalten der Strahlpumpen beeinflussende Faktoren sind. 7 stellt die Ergebnisse von Fluiddynamik-Berechnungsmodellen für die Bewertung des Betriebsverhaltens von Strahlpumpen für unterschiedliche Düsendurchmesser dar. Diese Ergebnisse stellen das Mitnahmeverhältnis der drei Verstelldüsen mit unterschiedlichem Düsendurchmesser zu den Mischrohr-Durchmesserverhältnissen (d. h., 2,8'', 3,1'', und 3,2'') in Bezug auf den Mitnahmevorhersagefaktor (EPF) dar, welcher eine Funktion der Betriebsumgebungstemperatur der Strahlpumpe ist. Die grafische Darstellung zeigt, dass eine hohe Mitnahme erwünschtermaßen an heißen Tagen mit niedrigerem Gesamtdurchfluss auftreten kann und eine robustere Mitnahme erwünschtermaßen an kälteren Tagen mit einem höheren Gesamtdurchfluss auftreten kann. Diese Ergebnisse zeigen, dass, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist (d. h. bei Kälte), die Verwendung eines größeren Düsendurchmessers und eines kleineren Mischrohrdurchmessers den Wirkungsgrad verbessern würde, da der größere Düsendurchmesser die Ansaugung erhöhen würde. Wenn die Umgebungstemperatur hoch ist (d. h. bei Hitze), sollte ein kleinerer Dü sendurchmesser und ein größerer Mischrohrdurchmesser verwendet werden, um höhere Saugdurchflüsse zu ermöglichen. In weiteren Ausführungsformen kann ein größeres Mischrohr ein besseres Betriebsverhalten im heißen Klima haben und ein kleineres Mischrohr ein besseres Betriebsverhalten bei kaltem Wetter haben.
Wiederum kann unabhängig von einer Theorie ein Strahlpumpensystem mit einer neuen Auslegung für eine spezielle Betriebsumgebung durch Durchführen einer iterativen Optimierung erzeugt werden. Der Düsendurchmesser kann in ein CFD-Modell eingegeben werden, um das Mitnahmeverhältnis mit der Umgebungstemperatur (z. B. einer Betriebsort-Jahreszeitentemperatur) in Beziehung zu setzen, um ein Jahreszeiten akkumulierendes Mitnahmeverhältnis zu erhalten. Dieses Modell könnte für verschiedene Düsenabmessungen zur Anpassung des Jahreszeiten akkumulierendes Mitnahmeverhältnisses (korrigiert bezüglich Überlaufverhalten) an die Turbinenstufendurchflussanforderungen reproduziert werden. Somit kann bei bestimmten Ausführungsformen der Strahlpumpe der Düsendurchmesser und der Mischrohrdurchmesser für unterschiedliche geografische Orte optimiert werden, während für jahreszeitliche Differenzen in der Betriebstemperatur nur der Düsendurchmesser optimiert werden kann. In einem weiteren Beispiel kann der Verstelldüsendurchmesser so optimiert werden, dass der zu hohe Durchstrom der Turbinenstufe an heißen Tagen minimal sein kann.
Es dürfte ersichtlich sein, dass Vorstehendes nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung betrifft, und dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen hierin von einem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ohne Abweichung von dem allgemeinen Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung gemäß Definition durch die nachstehenden Ansprüche und deren Äquivalente ausgeführt werden können.
Es wird eine Strahlpumpe 22 mit einem Verstelleinlass 36, einer Verstelldüse 38, die lösbar an dem Verstelleinlass 36 befestigt ist, einer Saugkammer 40 um die Verstelldüse 38 herum, einem Saugfluideinlass 42 zu der Saugkammer 40, einem Mischrohr 44 in Fluidverbindung mit der Saugkammer 40 und der Verstelldüse 38, einem Diffusor 46 in Fluidverbindung mit dem Mischrohr 44 und distal von der Saugkammer 40 und der Verstelldüse 38 abgesetzt und einem Auslass 50 aus dem Diffusor 46 bereitgestellt. Eine Düse 62 mit wenigstens zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten 70, 72 wird ebenfalls bereitgestellt. Eine Strahlpumpe 22 mit einem Mischrohr 82, das eine flexible Schicht 84 enthält, die dafür eingerichtet ist, sich einzuschnüren oder auszudehnen, um dadurch eine Änderung des Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen, wird ferner bereitgestellt.

10: Gasturbinensystem
12: Verdichter
14: Gasturbine
16: erster Luftstrompfad
18: erstes Diffusorventil
20: zweiter Luftstrompfad
22: Strahlpumpe
24: Querstrompfad
26: Isolationsventil
28: Nebenstrompfad
30: Nebenstromventil
32: Mischpunkt
34: dritter Luftstrompfad
36: Verstelleinlass
38: Verstelldüse
40: Saugkammer
42: Saugfluideinlass
44: Mischrohr
46: Diffusor
48: Nebenstromeinlass
50: Auslass
52: Plattenring
54: erster Flansch
56: zweiter Flansch
62: Verstelldüse
64: Ventil
66: druckgeregelte Kammer
68: Feder
70, 72: konzentrischer Düsenbogenabschnitt
82: Mischrohr
84: flexible Schicht

Claims

Strahlpumpe (22): mit einem Verstelleinlass (36); mit einer Verstelldüse (38), die lösbar an dem Verstelleinlass (36) befestigt ist; mit einer Saugkammer (40) um die Verstelldüse (38) herum; mit einem Saugfluideinlass (42) zu der Saugkammer (40); mit einem Mischrohr (44) in Fluidverbindung mit der Saugkammer (40) und der Verstelldüse (38); mit einem Diffusor (46) in Fluidverbindung mit dem Mischrohr (44) und distal von der Saugkammer (40) und der Verstelldüse (38) abgesetzt; und mit einem Auslass (50) aus dem Diffusor (46).
Strahlpumpe nach Anspruch 1, wobei der Verstelleinlass (36) einen ersten Flansch (54) aufweist, die Verstelldüse (38) einen Plattenring (52) aufweist und die Saugkammer (40) einen zweiten Flansch (56) aufweist, und wobei die Verstelldüse (38) lösbar an dem Verstelleinlass (36) durch lösbares Befestigen des Plattenrings (52) zwischen dem ersten Flansch (54) und dem zweiten Flansch (56) befestigt ist.
Strahlpumpe nach Anspruch 1, wobei die Verstelldüse (38) einen Düsendurchmesser im Bereich von etwa 2,5 cm (1 inch) bis etwa 20,3 cm (8 inches) hat.
Strahlpumpe nach Anspruch 1, wobei das Mischrohr (44) einen Mischrohrdurchmesser in einem Bereich von etwa 7,6 cm (3 inches bis etwa 25,4 cm (10 inches) hat.
Strahlpumpe nach Anspruch 1, wobei die Verstelldüse (38) eine erste Verstelldüse aufweist und die Strahlpumpe (22) dafür angepasst ist, einen ersten Strom aus einem Verdichter (12) und wenigstens einen Teil eines zweiten Stroms aus dem Verdichter (12) zu mischen, um Kühlfluid oder Dichtfluid für eine Turbine (14) bei einer ersten Temperatur zu erzeugen, und wobei die Strahlpumpe (22) dafür angepasst ist, dass die erste Verstelldüse durch eine zweite Verstelldüse ersetzt wird und der erste Strom mit wenigstens einem Teil des zweiten Stroms vermischt wird, um Kühlfluid oder Dichtfluid für die Turbine (14) bei einer zweiten Betriebstemperatur zu erzeugen.
Strahlpumpe nach Anspruch 5, wobei die erste Betriebstemperatur niedriger als die zweite Betriebstemperatur ist, und wobei die erste Verstelldüse einen ersten Durchmesser hat und die zweite Verstelldüse einen zweiten Durchmesser hat, der kleiner als der erste Durchmesser ist.
Strahlpumpe nach Anspruch 1, wobei die Strahlpumpe (22) ein erstes Verhältnis von Verstelldüsendurchmesser zu Mischrohrdurchmesser hat und dafür angepasst ist, einen ersten Strom aus einem Verdichter (12) und wenigstens einen Teil eines zweiten Stroms aus dem Verdichter (12) zu mischen, um Kühlfluid oder Dichtfluid für eine Turbine (14) bei einer ersten Temperatur zu erzeugen, und wobei die Strahlpumpe (22) dafür angepasst ist, die erste Verstelldüse durch eine zweite Verstelldüse zu ersetzen und den ersten Strom mit wenigstens einem Teil des zweiten Stroms zu mischen, um Kühlfluid oder Dichtfluid für eine Turbine (14) bei einer zweiten Betriebstemperatur zu erzeugen, wobei die Strahlpumpe (22) ein zweites Verhältnis von Verstelldüsendurchmesser zu Mischrohrdurchmesser hat.
Düse (62), welche wenigstens zwei konzentrische Düsenbogenabschnitte (70, 72) aufweist, wobei jeder von den wenigstens zwei konzentrischen Düsenbogenabschnitten (70, 72) dafür eingerichtet ist, sich in Bezug zueinander auf einer Längsachse zu drehen, seine Bogenradien zu ändern, oder beides auszuführen, um dadurch eine Änderung einer Düsengeometrie, eines Düsendurchmessers oder von beidem zu ermöglichen.
Strahlpumpe (22): mit einem Verstelleinlass (36); mit einer Verstelldüse (38); mit einer Saugkammer (40) um die Verstelldüse (38) herum; mit einem Saugfluideinlass (42) zu der Saugkammer (40); mit einem Mischrohr (82) in Fluidverbindung mit der Saugkammer (40) und der Verstelldüse (38), wobei das Mischrohr (82) eine flexible Schicht (84) aufweist, die dafür eingerichtet ist, sich einzuschnüren oder auszudehnen, um dadurch eine Änderung des Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen; mit einem Diffusor (46) in Fluidverbindung mit dem Mischrohr (82) und distal von der Saugkammer (40) und der Verstelldüse (38) abgesetzt; und mit einem Auslass (50) aus dem Diffusor (46).
Strahlpumpe nach Anspruch 9, wobei die flexible Schicht (84) wenigstens zwei konzentrische Mischrohrbogenabschnitte aufweist, und wobei jeder von den wenigstens zwei konzentrischen Mischrohrbogenabschnitten dafür eingerichtet ist, seine Radien zu ändern, um dadurch eine Änderung des Mischrohrdurchmessers zu ermöglichen.