-
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