DE69929359T2

DE69929359T2 - Einrichtung zur wassereinspritzung bei gasturbinen

Info

Publication number: DE69929359T2
Application number: DE69929359T
Authority: DE
Inventors: Rex Stephen Cincinnati PAYLING; Paul Robert Fairfield COLEMAN; Lee Curtis Cincinnati BROWN
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: EP1062415B1; DE69933362T2; AU767058B2; DE69921336T2; WO2000008326A3; JP4498609B2; TR200000777T1; TR200001047T1; WO2000009875A9; BR9906626A; EP1040261B1; AU1439600A; EP1062415A2; US6467252B1; DE69933362D1; EP1040261A2; WO2000009875A3; NO20001525L; DE69929359D1; WO2000008326A9

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Gasturbinenantriebe und insbesondere Wassereinspritzung vor dem Verdichter und vor dem Kompressor in ein Gasturbinentriebwerk.
Gasturbinentriebwerke enthalten typischerweise einen Kompressor zum Komprimieren eines Arbeitsfluids, wie z.B. Luft. Die komprimierte Luft wird in eine Brennkammer eingespritzt, welche das Fluid erhitzt, um dessen Expansion zu bewirken, und das expandierte Fluid wird durch eine Turbine gedrückt. Der Kompressor enthält typischerweise einen Niederdruckkompressor und einen Hochdruckkompressor.
Die Ausgangsleistung bekannter Gasturbinentriebwerke kann durch die Temperatur des Arbeitsfluids am Ausgang des Hochdruckkompressors, die manchmal als Temperatur "T3" bezeichnet wird, und durch die Temperatur des Arbeitsfluids in dem Brennkammerauslass, die manchmal als Temperatur "T41" bezeichnet wird, beschränkt sein. Um sowohl die T3- als auch T41-Temperatur zu reduzieren, ist es bekannt, einen Zwischenkühler einzusetzen, der in den Fluidpfad zwischen dem Niederdruckkompressor und dem Hochdruckkompressor angeordnet ist. In einem stabilen Betriebszustand entzieht der Zwischenkühler der in dem Niederdruckkompressor komprimierten Luft Wärme, was sowohl die Temperatur als auch das Volumen der in den Hochdruckkompressor eintretenden Luft reduziert. Eine derartige Reduktion der Temperatur reduziert sowohl die T3- als auch T41-Temperatur. Daher kann eine erhöhte Ausgangsleistung durch Vergrößern des Durchsatzes durch den Kompressor erzielt werden.
Typischerweise zirkuliert Kühlwasser oder Luft durch den Zwischenkühler und Wärme wird aus dem Luftstrom an das Kühlwasser oder die Luft übertragen. Das Wasser oder die Luft absorbiert die Wärme, und das erwärmte Wasser oder die Luft wird dann abgeführt. Die Abführung des erwärmten Wassers oder der Luft führt zu Verlusten in dem Wärmewirkungsgrad des Gesamtzyklusses. Daher reduziert, obwohl der Zwischenkühler eine erhöhte Ausgangsleistung ermöglicht, der Zwischenkühler den Wärmewirkungsgrad des Triebwerkes. Der Zwischenkühler induziert auch Druckverluste in Verbindung mit der Luftabführung, der tatsächlichen Kühlung dieser Luft und der Zuführung der gekühlten Luft zu dem Kompressor. Ferner ist es für den Zwischenkühler unmöglich, auch eine Zwischenstufenkühlung zu erbringen.
Bei wenigstens einigen bekannten Zwischenkühlern wird das erwärmte Wasser unter Verwendung eines Wasserkühlers abgeführt, welche das erwärmte Wasser über Kühltürme als Dampf in die Umgebung abgibt. Natürlich führt die Abgabe von Dampf in die Umwelt zu Umweltbedenken. Ferner wird von derartigen Zwischenkühlern eine erhebliche Menge an Wasser verbraucht, und ein derartig hoher Wasserverbrauch erhöht die Betriebskosten.
EP-A-0 781 909 offenbart eine Gasturbine, eine kombinierte Anlage und einen Kompressor, mittels welcher sowohl die Erhöhung der Ausgangsleistung als auch die Erhöhung des Wärmewirkungsgrades durch Einspritzen von Flüssigkeitströpfchen in die in einen Einlass eines Kompressors eingeführte Einlassluft mit einer Vorrichtung realisiert werden kann, welche als einfach und für den praktischen Einsatz geeignet beschrieben wird.
CA-A2 254 922 offenbart eine Nasskompressions-Leistungs-Steigerungsvorrichtung und ein Verfahren, um einer Gasturbine unter Verwendung einer Sprühnebelgestell-Gruppenanordnung mit wenigstens einem Sprühnebelgestell-Wasserrohr und wenigstens einer Sprühnebelgestell-Wasserdüse effektiv einen Massenstrom vernebelten Wassers hinzuzufügen.
US 5,669,217 offenbart eine zwischengekühlte Gasturbine mit wenigstens zwei Luftkompressionsstufen, und wenigstens einer Düse zum Zuführen eines flüssigen Kühlmittels zu der durch die wenigstens zwei Luftkompressionsstufen verlaufenden Luft.
US 2,874,537 betrifft Strahltriebwerke.
EP-A-0 770 771 offenbart eine Gasturbine mit einem zweistufigen Kompressor mit hauptsächlich axialer Strömung mit einem Zwischenkühler.
Die nachstehenden Dokumente fallen unter den Artikel 54(3) EPC: WO 98/48159, WO 99/67519 und EP-A-1 040 261.
Es wäre wünschenswert, eine teilweise gesteigerte Leistungsabgabe zu schaffen, wie sie mit Zwischenkühlern erreicht wird, und trotzdem einen verbesserten Wärmewirkungsgrad im Vergleich zu wenigstens einigen bekannten Zwischenkühlern zu schaffen. Es wäre auch wünschenswert, eine erhöhte Ausgangsleistung selbst für Gasturbinen mit nur einem Rotor bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese und weitere Aufgaben können durch ein Gasturbinentriebwerk mit einer Wassereinspritzung vor dem Verdichter- oder vor dem Kompressor erreicht werden, welche viele von denselben Vorteilen bietet, jedoch einige von den Nachteilen der Zwischenkühlung vermeidet. Das Triebwerk weist einen Hochdruckkompressor und eine Wassereinspritzvorrichtung stromaufwärts vor dem Kompressor auf, wobei die Wassereinspritzeinrichtung mehrere lange und kurze Düsen enthält, die in einer um den Umfang herum ausgerichteten abwechselnden Konfiguration zum Einspritzen von Wasser an unterschiedlichen radialen Tiefen in den Gasstrom angeordnet sind, um gleichmäßig die Temperatur des Gasstroms an den Kompressorauslass zu verringern. Der Kompressor weist mehrere elektrisch geerdete Statoren auf. In einer exemplarischen Ausführungsform enthält eine zur Verwendung in Verbindung mit Wassersprühnebeleinspritzung geeignetes Gasturbinentriebwerk einen Niederdruckkompressor, einen Hochdruckkompressor und eine Brennkammer. Das Triebwerk enthält auch eine Hochdruckturbine, eine Niederdruckturbine und/oder eine Arbeitsturbine. Eine Wasssereinspritzvorrichtung ist zum Einspritzen von Wasser in einen Einlass des Hochdruckkompressors vorgesehen. Die Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung steht mit einem Wasservorrat in Strömungsverbindung, und während des Triebwerkbetriebs wird Wasser aus einem derartigen Vorrat über die Einspritzvorrichtung dem Einlass des Kompressors zugeführt.
Im Betrieb strömt Luft durch den Niederdruckkompressor, und komprimierte Luft wird aus dem Niederdruckkompressor dem Hochdruckkompressor zugeführt. Zusätzlich wird ein Wassersprühnebel dem Einlass des Hochdruckkompressors zugeführt, und der Wassersprühnebel tritt durch den Einlass in den Hoch druckkompressor ein. Aufgrund der Hochtemperaturumgebung an der Stelle, an welcher der Wassersprühnebel eingespritzt wird, verdampft der Wassersprühnebel teilweise, bevor er in den Hochdruckkompressor eintritt. Der Wassersprühnebel kühlt den Luftstrom in dem Hochdruckkompressor für wenigstens jede Kompressionsstufe, durch welche ein derartiger Sprühnebel strömt, d.h., bis er verdampft. Üblicherweise ist etwa bei den mittleren Stufen des Hochdruckkompressors, und abhängig von der Wassermenge der Großteil des Wassersprühnebels verdampft.
Die Luft und der Wasserdampf werden durch den Hochdrucckompressor weiter komprimiert und die hoch komprimierte Luft wird der Brennkammer zugeführt. Der Luftstrom aus der Brennkammer treibt die Hochdruckturbine, die Niederdruckturbine und Arbeitsturbine an. Abwärme wird durch Kessel erfasst und die Wärme aus den Kesseln kann in der Form von Dampf an stromaufwärtige Komponenten geliefert werden.
Der Wassersprühnebel bietet einen Vorteil dahingehend, dass die Temperatur des Luftstroms an dem Auslass des Hochdruckkompressors (Temperatur T3) und die Temperatur des Luftstroms an den Auslass der Brennkammer (Temperatur T41) in einem stabilen Betriebszustand im Vergleich zu derartigen Temperaturen ohne den Sprühnebel reduziert werden. Insbesondere entzieht die Wassereinspritzung Wärme aus der in den und durch den Hochdruckkompressor strömenden heißen Luft, und durch den Entzug derartiger Wärme aus dem Luftstrom werden die Temperaturen T3 und T41 reduziert und die Kompressionsleistung reduziert. Die Wärme wird mit der Verdampfung des Wassers abgeführt. Das Reduzieren der T3- und T41-Temperatur bietet den Vorteil, dass das Triebwerk nicht hinsichtlich T3- und T41 eingeschränkt ist, und daher das Triebwerk mit höhe ren Ausgangsleistungswerten arbeiten kann, als sie ohne derartigen Wassersprühnebel möglich sind. D.h. mit der vorstehend beschriebenen Wassersprühnebeleinspritzung und Verwendung desselben Kontrollgrenze der Hochdruckkompressorauslasstemperatur kann der Hochdruckkompressor mehr Luft fördern, was zu einem höheren Druckverhältnis und einer höheren Ausgangsleistung führt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines eine Kompressor-Wassereinspritzung enthaltenden Gasturbinentriebwerks;
2 ist eine schematische Darstellung eines eine Kompressor-Wassereinspritzung und Zwischenkühlung enthaltenden Gasturbinentriebwerks;
3 ist eine schematische Darstellung eines eine Verdichter-Wassereinspritzung enthaltenden Gasturbinentriebwerks;
4 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerkes mit nur einem Rotor und einer Kompressor-Wassereinspritzung;
5 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit einem Verdichter und einer Kompressor-Wassereinspritzung;
6 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit einer Kompressor-Wassereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine schematische Darstellung des in 6 dargestellten Gasturbinentriebwerks, das mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist;
8 ist eine Seitenansicht eines LM 6000 Triebwerks von General Electric Company, das für eine Sprühnebeleinspritzung modifiziert ist;
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Verbinders zum Verbinden der Abzapfstelle der achten Stufe des in 8 dargestellten Triebwerks mit einem Luftsammler;
10 ist eine Querschnittsansicht des in 8 dargestellten Triebwerks und stellt eine Düsenkonfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
11 ist eine Seitenansicht einer Düse;
12 ist eine Draufsicht auf die in 11 dargestellte Düse;
13 ist eine schematische Darstellung eines Steuerkreises zum Steuern der Zufuhr von Wasser und Luft zu den Düsen in dem in 8 dargestellten Triebwerk;
14 ist eine Darstellung, die einen exemplarischen Wasserverrohrungsplan für die in 8 dargestellte Triebwerksanordnung zeigt;
15 ist ein Diagramm, das die Ausgangsleistung, Wärmerückgewinnung, Durchfluss und das dem in 8 dargestell ten Triebwerk zugeführte Wasser bei verschiedenen Umgebungstemperaturen darstellt;
16 ist ein Diagramm, das die Beziehung des Hohlraummassenstroms der Hochdruckturbine in Abhängigkeit von der Hochdruckkompressorausgangs-korrigierten Geschwindigkeit des in 8 dargestellten Triebwerks darstellt;
17 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse für Druck- und Luftzerstäubungs-Düsenbetrieb darstellt;
18 ist eine graphische Darstellung des Wasserstroms abhängig von der Hochdruckkompressorverdampfung; und
19 ist eine Tabelle, welche die Auswirkung des Düsenverhaltens auf die Verdampfung in dem Hochdruckkompressor darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden exemplarische Konfigurationen einer Wassersprühnebeleinspritzung dargestellt, wovon einige mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung übereinstimmen. Zunächst dürfte es sich verstehen, dass, obwohl spezifische Implementationen dargestellt und beschrieben werden, die Wassersprühnebeleinspritzung unter Einsatz vieler alternativer Strukturen und in einer großen Vielfalt von Triebwerken praktiziert werden kann. Zusätzlich, und wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, kann die Wassersprühnebeleinspritzung an dem Einlass eines Hochdruckkompressors, an einem Einlass des Verdichters oder beiden Stellen durchgeführt werden.
Die Wassersprühnebeleinspritzung bietet viele von denselben Vorteilen wie die Zwischenkühlung, vermeidet jedoch einige Nachteile der Zwischenkühlung. Beispielsweise wird bei der Zwischenkühlung das erwärmte Wasser (oder die Luft) abgeführt, und die Abführung von derartig erwärmtem Wasser (oder von Luft) reduziert den Wärmewirkungsgrad des Zyklusses und erzeugt auch Umweltprobleme. Die durch die Zwischenkühlung erzeugte erhebliche Leistungszunahme überwiegt typischerweise die Nachteile in Verbindung mit der Zwischenkühlung und demzufolge wird die Zwischenkühlung oft angewendet, wenn zusätzliche Leistung erforderlich ist, indem ein anderer oder größerer Luftstromverdichter und eine größere Hochdruckturbinen-Strömungsfunktion genutzt werden. Die Wassersprühnebeleinspritzung gemäß nachstehender Beschreibung liefert eine Leistungszunahme, welche etwas kleiner als die maximale Leistungszunahme ist, die in einem ähnlich angeordneten Zwischenkühler bereitgestellt ist. Mit der Wassersprühnebeleinspritzung wird jedoch weitaus weniger Wasser verwendet, und das Wasser verlässt den Zyklus als Wasserdampf bei Auslasstemperatur.
Gemäß spezieller Bezugnahme auf die Zeichnungen ist 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 10, welches, wie allgemein bekannt, einen Niederdruckkompressor 12, einen Hochdruckkompressor 14 und eine Brennkammer 16 enthält. Das Triebwerk 10 enthält auch eine Hochdruckturbine 18, eine Niederdruckturbine 20 und eine Arbeitsturbine 22. Das Triebwerk 10 enthält ferner eine Wassereinspritzvorrichtung 24 zum Einspritzen von Wasser in einen Einlass 26 des Hochdruckkompressors 14. Weitere Details bezüglich der Wassereinspritzvorrichtung 22 werden nachstehend beschrieben. Für die Zwecke von 1 dürfte es sich jedoch verstehen, dass die Vorrichtung 24 mit einer (nicht dargestellten) Was serversorgung in einer Strömungsverbindung steht, und Wasser aus einer derartigen Versorgung durch die Vorrichtung 24 in den Einlass 26 des Kompressors 14 geliefert wird. Die Vorrichtung 24 wird unter Verwendung einer Abzapfquelle des Kompressors 14 mit Luft versorgt, um einen feineren Sprühnebel zu erzeugen. Abwärmekessel 28, 30 und 32 sind stromabwärts von der Arbeitsturbine 22 angeordnet. Wie es im Fachgebiet bekannt ist, wird den Kesseln 28, 30 und 32 Speisewasser über eine Speisewasserleitung 34 zugeführt und Wasser in der Form von Dampf aus den Kesseln 28, 30 und 32 verschiedenen stromaufwärts angeordneten Komponenten zugeführt. Insbesondere wird Dampf aus dem Kessel 28 an einen Einlass 36 der Brennkammer 16, Dampf aus dem Kessel 30 an einen Einlass der Niederdruckturbine 20 und an einen Einlass der Arbeitsturbine 22 und Dampf aus dem Kessel 32 an eine letzte Stufe der Arbeitsturbine 22 geliefert. Die verschiedenen Komponenten sind im Fachgebiet bekannt.
Im Betrieb strömt Luft durch den Niederdruckkompressor 12 und komprimierte Luft wird aus dem Niederdruckkompressor 12 dem Hochdruckkompressor 14 zugeführt. Zusätzlich wird ein Wassersprühnebel dem Einlass 24 des Hochdruckkompressors 14 zugeführt, und der Wassersprühnebel tritt in den Kompressor 14 durch den Einlass 26 ein. Aufgrund der Hochtemperaturumgebung an der Stelle, an welcher der Wassersprühnebel eingespritzt wird, verdampft der Wassersprühnebel teilweise vor dem Eintritt in den Hochdruckkompressor 14. Der Wassersprühnebel kühlt den Luftstrom in dem Hochdruckkompressor 14 wenigstens bei jeder Stufe des Kompressors 14, durch welche ein derartiger Sprühnebel strömt, d.h. bis er verdampft. Üblicherweise ist bei der sechsten Stufe des Kompressors 14 der Wassersprühnebel vollständig verdampft.
Die Luft wird ferner durch den Hochdruckkompressor 14 komprimiert, und hoch komprimierte Luft wird an die Brennkammer 16 geliefert. Der Luftstrom aus der Brennkammer 16 treibt die Hochdruckturbine 18, Niederdruckturbine 20 und Arbeitsturbine 22 an. Die Abwärme, welche durch die Kessel 28, 30 und 32 aufgenommen wird, und der Abwärmedampf wird an stromaufwärtige Komponenten geliefert, die mit den Kesseln 28, 30 und 32 gemäß vorstehender Beschreibung verbunden sind.
Die Wasserpartikel aus der Wassersprühnebelvorrichtung 24 dienen dem Vorteil, dass die Temperatur der Luftströmung an dem Auslass des Hochdruckkompressors 14 (Temperatur T3) und die Temperatur des Luftstroms an dem Auslass der Brennkammer 16 (Temperatur T41) im Vergleich zu solchen Temperaturen ohne den Sprühnebel reduziert sind. Insbesondere entzieht der Wassersprühnebel Wärme aus der in den und durch den Kompressor 14 strömenden Luft, durch den Entzug derartiger Wärme aus der Luftströmung werden die Temperaturen T3 und T41 zusammen mit der erforderlichen Kompressorleistung reduziert. Die Reduzierung der Temperaturen T3 und T41 bietet den Vorteil, dass das Triebwerk 10 nicht hinsichtlich T3 und T41 beschränkt ist, und daher das Triebwerk 10 bei höheren Ausgangsleistungen durch Entdrosseln arbeiten kann, als es ohne einen derartigen Wassersprühnebel möglich ist. Zusätzlich zu der erhöhten Leistungsabgabe bietet die Wassersprühnebelinjektion gemäß vorstehender Beschreibung den Vorteil eines geringeren Wasserverbrauchs im Vergleich zu der Zwischenkühlung unter denselben Bedingungen.
2 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Beispiels eines Gasturbinentriebwerks 50 mit einer Wassersprühnebeleinspritzung. Das Triebwerk 50 enthält einen Niederdruckkompressor 52, einen Hochdruckkompressor 54 und eine Brennkammer 56. Das Triebwerk 50 enthält auch eine Hochdruckturbine 58, eine Niederdruckturbine 60 und eine Arbeitsturbine 62. Das Triebwerk 50 enthält ferner eine Wassereinspritzvorrichtung 64 zum Einspritzen von Wasser in einen Einlass 66 des Hochdruckkompressors 54. Für die Zwecke von 2 dürfte es sich verstehen, dass die Vorrichtung 64 mit einer (nicht dargestellten) Wasserversorgung in einer Strömungsverbindung steht und Wasser aus der Versorgung über die Vorrichtung 64 in den Einlass 66 des Kompressors 54 geliefert wird. Ein Zwischenkühler 68 ist ebenfalls in einer Reihenströmungsbeziehung zu dem Verdichter 52 angeordnet, um wenigstens einen Teil oder den gesamten von dem Verdichter 52 ausgegebenen Luftstrom aufzunehmen, und der Ausgang des Zwischenkühlers 68 ist mit dem Einlass 66 des Kompressors 54 verbunden. Natürlich wird dem Zwischenkühler 68 Kühlwasser gemäß Darstellung zugeführt, oder es könnten Gebläselüfter zur Luftkühlung verwendet werden. Der Zwischenkühler 68 könnte beispielsweise einer der in US-Patent Nr. 4,949,544 beschriebenen Zwischenkühler sein.
Abwärmekessel 70, 72, 74 sind stromabwärts von der Arbeitsturbine 62 angeordnet. Wie es im Fachgebiet bekannt ist, wird den Kesseln 70, 72 und 74 Speisewasser über eine Speisewasserleitung 76 zugeführt, die sich durch eine erste Stufe 78A des Zwischenkühlers 78B erstreckt und Dampf wird aus den Kesseln 70, 72 und 74 verschiedenen stromaufwärts angeordneten Komponenten zugeführt. Insbesondere wird Dampf aus dem Kessel 70 an einen Einlass 80 der Brennkammer 56, Dampf aus dem Kessel 72 an einen Einlass der Niederdruckturbine 60 und an einen Einlass der Arbeitsturbine 62 und Dampf aus dem Kessel 74 an eine letzte Stufe der Arbeitsturbine 62 geliefert. Die verschiedenen Komponenten sind im Fachgebiet bekannt.
Im Betrieb strömt Luft durch den Niederdruckkompressor 52, und komprimierte Luft wird aus dem Niederdruckkompressor 52 dem Hochdruckkompressor 54 zugeführt. Wenigstens etwas oder die gesamte komprimierte Luft aus dem Niederdruckkompressor 52 wird zu einem Strom durch eine zweite Stufe 78B des Zwischenkühlers 68 umgeleitet, und eine derartig umgeleitete Luft wird gekühlt und dem Einlass 66 des Hochdruckkompressors 54 zugeführt. Zusätzlich wird dem Einlass 66 des Hochdruckkompressors 54 ein Wassersprühnebel zugeführt, und der Wassersprühnebel tritt in durch den Einlass 66 den Kompressor 54 ein. Aufgrund der Hochtemperaturumgebung an der Stele, an welcher der Wassersprühnebel eingespritzt wird, verdampft der Wassersprühnebel bevor er in den Hochdruckkompressor 54 eintritt. Der Wassersprühnebel kühlt die in den Hochdruckkompressor 54 eintretende Luft wenigstens bei jeder Stufe des Kompressors 54, durch welche ein derartiger Sprühnebel strömt, d.h. bis er verdampft. Üblicherweise ist bei der sechsten Stufe des Kompressors 54 der Wassersprühnebel verdampft
Die Luft wird durch den Hochdruckkompressor 54 weiterkomprimiert und die hoch komprimierte Luft wird an die Brennkammer 56 geliefert. Der Luftstrom aus der Brennkammer 56 treibt die Hochdruckturbine 58, die Niederdruckturbine 60 und die Arbeitsturbine 62 an. Abwärme wird durch die Kessel 70, 72 und 74 erfasst und die Abwärme wird als Dampf an stromaufwärtige Komponenten geliefert, die mit den Kesseln 70, 72 und 74 gemäß vorstehender Beschreibung verbunden sind.
Man glaubt dass durch Bereitstellen einer Kombination von Zwischenkühlung und Wasserspülnebeleinspritzung eine erhöhte Ausgangsleistung durch das Triebwerk 50 im Vergleich zu dem Triebwerk 10 geliefert wird. Der Zwischenkühler 68 könnte das in den Kompressor eintretende Strömungsfeld in der Temperatur bis zu dem Punkt herabsetzen, wo eine Kondensation aufgrund der Umgebungsfeuchtigkeit auftreten könnte. Der Wassersprühnebel könnte dann zusätzlich in den Kompressor 54 eingeführt werden, um T3 an dessen Ausgang zusammen mit seiner für den Betrieb benötigten Leistung weiter zu reduzieren. Jedoch benötigt das Triebwerk 50 im Vergleich zu dem Triebwerk 10 mehr Wasser und das Triebwerk 50 gibt aufgrund des Betriebs des Zwischenkühlers 68 zusammen mit dem zusätzlichen Wassersprühnebel, der den Stutzen als ein Dampf auf Auslassstutzentemperatur verlässt, etwas Wasser an die Umgebung ab. Im Vergleich zu den Ergebnissen, die erzielt werden, wenn nur eine Zwischenkühlung angewendet wird, um die Leistungsabgabe eines Triebwerks 50 zu erzielen, führt jedoch die Kombination einer Wassersprühnebeleinspritzung und Zwischenkühlung zu einem größeren Wasserverbrauch.
Obwohl es in der in 2 beschriebenen exemplarischen Konfiguration nicht dargestellt ist, wird es in Betracht gezogen, dass anstelle der oder zusätzlich zu der Wassersprühnebeleinspritzung am Einlass 66 des Hochdruckkompressors 54 eine derartige Einspritzung an dem Einlass des Niederdruckkompressors oder Verdichters 52 (die Verdichterwassersprühnebeleinspritzung ist in 3 dargestellt) durchgeführt werden kann. Ähnliche Vorteile in der Verringerung der Temperaturen T3 und T41 können durch eine derartige Einspritzung erzielt werden.
Eine exemplarische herkömmliche Konfiguration eines Triebwerks 82 mit einer Wassersprühnebeleinspritzung in den Verdichter ist in 3 dargestellt. Der Aufbau des Triebwerks 82 ist im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Triebwerk 10 ähnlich mit der Ausnahme, dass eine Wassersprüh nebel-Einspritzvorrichtung 24 an einem Einlass 38 des Niederdruckkompressors oder Verdichters 12 angeordnet ist. In dem Triebwerk 82 wird Wasser in den Verdichter 12 eingespritzt und kühlt die durch den Verdichter 12 strömende Luft. Die Kühlung des Luftstroms durch den Verdichter 12 bietet die Vorteile einer Verringerung der Temperaturen T3 und T41 gemäß vorstehender Beschreibung. Nur etwa 1% Wassersprühnebel können in den Verdichter 12 eingespritzt werden, welches dann bis zu dem Ende des Verdichters verdampft.
4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren herkömmlichen Beispiels eines Gasturbinentriebwerks 84 mit nur einem Rotor, das eine Kompressor-Wassereinspritzung enthält. Das Triebwerk 84 enthält einen Hochdruckkompressor 86, eine Brennkammer 88 und eine Hochdruckturbine 90. Eine Welle 92 verbindet den Hochdruckkompressor 86 und die Hochdruckturbine 90. Eine Arbeitsturbine 94 befindet sich stromabwärts von der Hochdruckturbine 90, und eine Welle 96 ist mit der Arbeitsturbine 94 verbunden und erstreckt sich aus dieser heraus. Eine Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung 98 ist an einem Einlass 100 des Hochdruckkompressors angeordnet.
Ein Gasturbinentriebwerk 10 mit Doppelrotor ist schematisch in 5 dargestellt. Das Triebwerk 160 enthält einen Verdichter 162 und eine Arbeitsturbine 164, die über eine erste Welle 166 verbunden sind, einen Hochdruckkompressor 168 und eine Hochdruckturbine 170, die über eine zweite Turbine 172 verbunden sind, und eine Brennkammer 174. Das Triebwerk 160 enthält ferner eine Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung 176 vor dem Verdichter und eine Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung 178 vor dem Kompressor.
6 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Gasturbinentriebwerks 200 mit einer Kompressorwassereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Triebwerk 200 enthält einen Niederdruckkompressor 202 und einen Hochdruckkompressor 204. In diesem Beispiel ist der Niederdruckkompressor 202 ein fünfstufiger Kompressor und der Hochdruckkompressor 204 ist ein vierzehnstufiger Kompressor. Eine (nicht dargestellte) Brennkammer ist stromabwärts von dem Kompressor 204 angeordnet. Das Triebwerk 200 enthält eine (nicht dargestellte) Hochdruckturbine und eine (nicht dargestellte) Niederdruckturbine. Die Hochdruckturbine ist eine zweistufige Turbine und die Niederdruckturbine ist eine fünfstufige Turbine.
Das Triebwerk 200 enthält ferner eine Wassereinspritzvorrichtung 206 zum Einspritzen von Wasser in einen Einlass 208 des Hochdruckkompressors 204. Die Wassereinspritzvorrichtung 206 enthält ein Wasserdosierungsventil 210 in einer Strömungsverbindung mit einem Wassersammler 212. Wasser wird dem Dosierungsventil 210 von einer Wasserquelle oder einem Reservoir aus zugeführt. Luft wird einem Luftsammler 213 aus einer Abzapfstelle 214 an der achten Stufe des Hochdruckkompressors 204 zugeführt. Die Abzapfstelle 214 dient als eine Quelle erwärmter Luft. Ein Wärmetauscher 216 ist mit dem Strömungsrohr oder Schlauch 218 verbunden, welches sich von der Abzapfstelle 214 der achten Stufe zum Luftsammler 213 erstreckt. Zuführungsrohre 220 und 221 erstrecken sich vom Luftsammler 213 und vom Wassersammler 212 zu 24 Sprühdüsen 222 und 223, die radial voneinander in Abstand und um das Außengehäuse 224 sich erstreckend angeordnet sind. Die Düsen 222 werden hierin manchmal als kurze Düsen 222 bezeichnet, und die Düsen 223 werden hierin manchmal als lange Düsen 223 bezeichnet. Die Düsen 222 und 223 sind radial voneinander um den Umfang des Gehäuses 224 in einer abwechselnden Anordnung gemäß detaillierterer nachstehender Beschreibung beabstandet angeordnet.
24 Wasserzuführungsschläuche 221 erstrecken sich aus dem Wassersammler 212, und 24 Luftzuführungsschläuche 220 erstrecken sich aus dem Luftsammler 213. Jede Düse 222 ist mit einem Wasserzuführungsschlauch 221 aus dem Wassersammler 212 und mit einem Luftzuführungsrohr 220 aus dem Luftsammler 213 verbunden. Im Allgemeinen wird das zu jeder Düse 222 und 223 strömende Wasser unter Verwendung der Hochdruckluft (z.B. etwa 1034214 Pa (150 psi)), die aus der Abzapfstelle 214 der achten Stufe des Hochdruckkompressors 204 entnommen wird, zerstäubt. Der Tröpfchendurchmesser sollte in diesem Beispiel auf etwa 20 μm gehalten werden. Ein derartiger Tröpfchendurchmesser wird eingehalten, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch das Ventil 210 unter Verwendung des nachstehend detaillierter beschriebenen Wasserverrohrungsplans und Verwendung der Hochdruckluft aus der Abzapfstelle 214 gesteuert wird. Mit Ausnahme der Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung 206 sind die verschiedenen Komponenten des Triebwerks 200 im Fachgebiet bekannt.
In Betrieb wird das Triebwerk 200 bis zu bei seiner maximalen Leistungsabgabe ohne Sprühnebelinjektion betrieben, d.h., das Wasserventil 210 ist geschlossen. In diesem Betriebsmodus strömt Luft durch das Luftrohr 218 zu den Düsen 222 und 223. Die Luft wird durch einen Wärmetauscher 216 gekühlt. Jedoch wird, da kein Wasserstrom durch das Ventil 210 zugelassen wird, kein Wasser in den Strom zu dem Hochdrucckompressor 204 eingespritzt.
Sobald die maximale Leistungsabgabe erreicht ist, wird die Wassereinspritzvorrichtung aktiviert und Wasser strömt zu den Düsen 222 und 223. Der Wärmetauscher 216 bleibt weiter in Betrieb, um die Temperatur der den Düsen 222 und 223 zugeführten Luft zu reduzieren. Insbesondere liegt der Luftstrom aus der Abzapfstelle 214 der achten Stufe typischerweise bei etwa 316-343°C (600-650°F). Um den Wärmeunterschied oder die Fehlanpassung zwischen der heißen Luft der Abzapfstelle und dem Wasser aus dem Wasserreservoir zu reduzieren, wird die Temperatur der Luft aus der Abzapfstelle 214 der achten Stufe auf etwa 121°C (250°F) durch den Wärmetauscher 216 reduziert, wobei der Druck der Luft auf etwa 1034214 PA (150 psi) gehalten wird. Indem der Druck auf etwa 1034214 PA (150 psi) gehalten wird, hat die Luft ausreichend Druck, um das Wasser zu zerstäuben.
Die Düsen 222 und 223 spritzen Wassersprühnebel 226 und 227 (in 6 schematisch dargestellt) in die Strömung am Einlass 208 des Hochdruckkompressors 204, und der Wassersprühnebel tritt durch den Einlass 208 in den Kompressor 204 ein. Aufgrund der Hochtemperatur an der Stelle, bei der der Wassersprühnebel eingespritzt wird, verdampft das Wasser teilweise, bevor es in den Hochdruckkompressor 204 eintritt. Der Wassersprühnebel kühlt den Luftstrom in dem Hochdruckkompressor 204 wenigstens bei jeder Stufe des Kompressors 204, bis zu welcher ein derartiger Sprühnebel strömt, d.h., bis er verdampft. Üblicherweise ist bis zu der sechsten Stufe des Kompressors 204 der Wassersprühnebel vollständig verdampft. Die Luft wird ferner durch den Hochdruckkompressor 204 komprimiert, und die hoch komprimierte Luft wird der Brennkammer zugeführt. Der Luftstrom aus der Brennkammer treibt die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine an.
Die Wasserpartikel aus der Wassersprühnebelvorrichtung 206 bieten den Vorteil, dass die Temperatur des Luftstroms an dem Auslass des Hochdruckkompressors 204 (Temperatur T3) und die Temperatur des Luftstroms an dem Auslass der Brennkammer (Temperatur T41) im Vergleich zu derartigen Temperaturen ohne Sprühnebel reduziert werden. Insbesondere entzieht der Wassersprühnebel Wärme aus der in den und durch den Kompressor 204 strömenden Luft, und durch den Entzug einer derartigen Wärme aus dem Luftstrom, werden die Temperaturen T3 und T41 zusammen mit der erforderlichen Kompressorleistung reduziert. Die Reduzierung der Temperaturen T3 und T41 bietet den Vorteil, dass das Triebwerk 200 hinsichtlich T3 und T41 nicht begrenzt ist, und daher das Triebwerk 200 bei höheren Ausgangsleistungen durch Entdrosseln arbeiten kann, als es ohne einen derartigen Wassersprühnebel möglich ist.
D.h., durch Einspritzen eines zerstäubten Wassersprühnebels vor dem Hochdruckkompressor 204 wird die Einlasstemperatur des Hochdruckkompressors 204 erheblich reduziert. Daher ist bei Verwendung derselben Kompressorauslasstemperatur-Kontrollgrenze der Hochdruckkompressor 204 in der Lage, mehr Luft zu pumpen, und dadurch ein höheres Druckverhältnis zu erzielen. Dieses führt zu einer höheren Ausgangsleistung und einem verbesserten Wirkungsgrad. Zusätzlich zur gesteigerten Ausgangsleistung bietet die Wassersprühnebeleinspritzung gemäß vorstehender Beschreibung den Vorteil eines geringeren Wasserverbrauchs im Vergleich zur Zwischenkühlung unter denselben Bedingungen. Hinsichtlich der Temperatureinschränkungen T3 und T41 dürfte es sich verstehen, dass bei der Wassersprühnebelkonfiguration die Triebwerksbeschränkungen nicht mehr derartige Temperaturen sein können, d.h., dass stattdessen die Turbineneinlasstemperatur T48 der Hochdruckturbine und die Kerndrehzahl die Begrenzungen sein können.
Die vorstehend beschriebene Wassereinspritzvorrichtung 206 kann auch in Verbindung mit einer Wassersprühnebeleinspritzung vor dem Niederdruckkompressor angewendet werden. Man glaubt, dass eine derartige Wassersprühnebeleinspritzung vor dem Niederdruckkompressor wenigstens viele von denselben Vorteilen wie sie die Sprühnebeleinspritzung dazwischen oder vor dem Hochdruckkompressor bietet, die vorstehend in Verbindung mit 6 beschrieben wurde.
7 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 200, das mit einem elektrischen Generator 228 verbunden ist. Gemäß Darstellung in 7 enthält das Triebwerk eine Hochdruckturbine 230 und eine Niederdruckturbine 232 stromabwärts von der Hochdruckkompressor 204. Der Hochdruckkompressor 204 und die Hochdruckturbine 230 sind über eine erste Welle 234 verbunden, und der Niederdruckkompressor 202 und die Niederdruckturbine sind über eine zweite Welle 236 verbunden. Die zweite Welle 236 ist auch mit dem Generator 228 verbunden. Das Triebwerk 200 kann beispielsweise das Gasturbinentriebwerk LM 6000 sein, das im Handel von General Electric Company, Cincinatti, Ohio, 45215 erhältlich ist, das modifiziert ist, so dass es eine Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung 206 (9) enthält.
Anstelle einer ursprünglichen Herstellung des Triebwerks mit einer Einspritzvorrichtung 206 kann die Vorrichtung 206 in bestehende Triebwerke nachgerüstet wird. Die Einspritzvorrichtung 206 würde in einer Bausatzform geliefert werden und Verrohring 218 und 220 zusammen mit Wasser- und Luftsammlern 212 und 213 und ein Wasserdosierungsventil 210 enthalten. Die Düsen 222 und 223 würden ebenfalls geliefert werden. Wenn es gewünscht ist, eine Wassersprühnebeleinspritzung bereitzustellen, werden die Düsen 222 und 223 in das Außengehäuse 224 eingebaut, und das Strömungsrohr 218 wird eingebaut und erstreckt sich von der Abzapfstelle 214 der achten Stufe zum Luftsammler 213. Das Ventil 210 wird zwischen einer Wasserquelle und dem Wassersammler 212 angeschlossen, und der Wassersammler 212 wird mit dem Luftsammler 213 verbunden.
8 ist eine Seitenansicht eines LM 6000 Triebwerks 250 von General Electric Company, das so modifiziert ist, dass es eine Sprühnebeleinspritzung enthält. Das Triebwerk 250 enthält einen Einlass 252, einen Niederdruckkompressor 254 und einen vorderen Rahmen 256 und einen Hochdruckkompressor 258. Das Triebwerk 250 ist so modifiziert, dass es eine Wassersprühnebel-Einspritzvorrichtung 260 enthält, welche einen Luftsammler 262 und einen Wassersammler 264 enthält, die mit 24 radial in Abstand angeordneten Düsen 266 verbunden sind, die auf einem Triebwerkaußengehäuse 269 angeordnet sind. Die Düsen 266 sprühen an einer Stelle zwischen dem Niederdruckkompressor 254 und Hochdruckkompressor 258 Wasser in das Triebwerk 250. Die Einspritzvorrichtung 260 enthält auch einen Verbinder 270 zum Verbinden mit einer Abzapfstelle 272 der achten Stufe des Hochdruckkompressors 258 und ein Rohr 274, das sich von dem Verbinder 270 zu dem Luftsammler 262 erstreckt. Obwohl er in 8 nicht dargestellt ist, kann ein Wärmetauscher (Luft/Luft oder Wasser/Luft) mit dem Rohr 274 verbunden sein, um die Temperatur der dem Luftsammler 262 zugeführten Luft zu reduzieren. Für Veranschaulichungszwecke sind die Düsen 276 an dem Einlass 252 des Niederdruckkompressors 242 befestigt dargestellt. Die Luft- und Wassersammelleitungen könnten auch mit den Düsen 276 verbunden sein, um eine Wassersprühnebeleinspritzung vor dem Niederdruckkompressor bereitzustellen. Die Komponenten der vorstehend beschriebenen Einspritzvorrichtung 260 sind aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Der Hochdruckkompressor 258 enthält Statorleitschaufeln, welche typischerweise nicht zu dem Gehäuse 280 hin geerdet sind. Bei einem Einsatz in Verbindung mit Wassersprühnebeleinspritzung hat es sich herausgestellt, dass eine Erdung von wenigstens einigen dieser Leitschaufeln, welche mit dem Wassersprühnebel in Kontakt kommen, erforderlich sein kann. Im erforderlichen Umfang, und indem beispielsweise Graphitfett verwendet wird, können derartige Leitschaufeln an dem Gehäuse 268 geerdet werden. D.h., Graphitfett muss auf den Lagerbereich derartiger Leitschaufeln aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein derartiges Graphitfett an der Einlassführungsleitschaufel und für jede stromabwärts angeordnete Leitschaufel durch die zweite Stufe hindurch verwendet werden. In Betrieb erwärmt sich ein Teil des Fettes und verflüchtigt sich, und das Graphit bleibt zurück, um einen leitenden Pfad von der Leitschaufel zu dem Gehäuse 268 herzustellen.
Es dürfte sich auch verstehen, dass es, wenn Wasser den Wassersprühnebeleinspritzdüsen unter ausreichendem Druck zugeführt wird, es nicht erforderlich sein muss, den Düsen Hochdruckluft zuzuführen. Daher wird es in Betracht gezogen, dass die Abzapfstelle an der achten Stufe weggelassen werden kann, wenn derartiges Hochdruckwasser zur Verfügung steht.
9 ist eine perspektivische Ansicht des Verbinders 270 zum Verbinden mit der Abzapfstelle 272 der achten Stufe des Triebwerks 250. Der Verbinder 270 ist so aufgebaut, dass er mit dem Triebwerksgehäuse 268 verschraubt wird und eine Öffnung 274 enthält, die normalerweise von einer Schraube 276 verschlossen wird. Wenn Abzapfluft dem Luftverteiler 262 zugeführt werden soll, wird die Schraube 276 entfernt, und das Rohr 274 mit dem Verbinder 270 unter Verwendung eines Gegen flansches an dem Ende des Rohres 274, der auf die Oberfläche 278 des Verbinders 270 passt, verbunden. Schraubenöffnungen 280 ermöglichen die Verschraubung des Rohrgegenflansches an dem Verbinder 270.
10 ist eine Querschnittsansicht des Triebwerks 250 und stellt die Düsen 266 dar. Die Düsen 266 sind so aufgebaut, dass in den Gasstrom zu dem Hochdruckkompressor 258 hin eingespritztes Wasser im Wesentlichen gleichmäßige radiale um den Umfang verteilte Temperaturreduzierungen an dem Auslass des Hochdruckkompressors 258 erzeugt. Die Düsen 266 beinhalten einen Satz 288 langer Düsen und einen Satz 284 kurzer Düsen. In der in 10 dargestellten Konfiguration ist wenigstens eine kurze Düse 284 an einer radial dazwischen liegenden Stelle zwischen zwei radial ausgerichteten langen Düsen 282 angeordnet. Die kurzen Düsen 284 sind etwa mit dem Umfang des Strömungspfades bündig, und die langen Düsen 282 erstrecken sich etwa über 10,8 cm (4 inches) in den Strömungspfad. Natürlich können Düsen mit anderen Längen abhängig von den gewünschten Betriebsergebnissen verwendet werden. In einer spezifischen Implementation erstreckt sich die Düse 284 etwa 1,11 cm (0,436 inches) in den Strömungspfad, und die Düse 282 erstreckt sich 9,36 cm (3,686 inches) in den Strömungspfad. Das Wasserverhältnis zwischen den kurzen Düsen 284 und den langen Düsen 282 (z.B. 50/50) kann gewählt werden, um die sich ergebende Kodierung an dem Kompressorauslass zu steuern.
Der Temperatursensor zum Erhalten der Temperatur an dem Einlass des Hochdruckkompressors (d.h. der Temperatur T25) ist zu einer langen Düsen 282 ausgerichtet. Durch die Ausrichtung mit einer langen Düse 282 wird eine genauere Tempe raturmessung erzielt, als wenn ein solcher Sensor zu einer kurzen Düse 284 ausgerichtet ist.
11 und 12 stellen eine von den Düsen 266 dar. Lange und kurze Düsen 282 und 284 unterscheiden sich nur in der Länge. Die Düse 266 enthält einen Kopf 286 mit einer Luftdüse 288 und einer Wasserdüse 290. Die Luftdüse 288 ist mit einem (nicht dargestellten) Luftrohr verbunden, welches sich von der Düse 288 zum Luftsammler 262 erstreckt. Die Wasserdüse 290 ist mit einem (nicht dargestellten) Wasserrohr verbunden, welches sich von der Düse 290 zu dem Wassersammler 264 erstreckt. Die Düse 266 enthält auch einen Schaft 292 und einen Befestigungsflansch 294 zum Befestigen der Düse 266 an dem Gehäuse 262. Ein Befestigungsabschnitt 296 des Schaftes 292 erleichtert die Verbindung der Düse 266 mit dem Gehäuse 282.
Der Schaft 292 wird von einem äußeren rohrförmigen Kanal 298 und einem inneren rohrförmigen Kanal 300, der innerhalb des Kanals 298 angeordnet ist, gebildet. Luft strömt in die Düse 288 und durch den Ringraum zwischen dem äußeren Kanal 298 und dem inneren Kanal 300. Wasser strömt in die Düse 290 und durch den inneren Kanal 300. Die Vermischung der Luft und Wasser tritt im Schaftabschnitt 302 auf, der von nur einem einzigen Kanal 304 gebildet wird. Ein Ende 306 der Düse 266 ist offen, so dass das Wasser- und Luftgemisch aus einem solchen Ende 306 heraus und in den Strömungspfad strömen kann.
13 ist eine schematische Darstellung eines Steuerkreises 350 zum Steuern der Zuführung von Wasser und Luft zu den Düsen 282 und 284 im Triebwerk 250 sowohl zur Rahmenwassereinspritzung (nach hinten blickend vorwärts) und der Einlasswassereinspritzung (nach hinten blickend vorwärts). Gemäß Darstellung in 13 wird demineralisiertes Wasser von ei ner motorbetriebenen Wasserpumpe 352 gepumpt. Sensoren 354 sind mit der Wasserzuführungsleitung, wie z.B. einem linear verstellbaren Differentialtransformator (Linearauslenkungs-Messwertgeber), einem Drucksensor und einem Wasserdosierungsventil verbunden. Ein Überdruckventil 356 ist parallel mit der Pumpe 352 verbunden, und ein Strömungsmesser 358 ist in Reihe mit der Pumpe 352 verbunden. Eine Luftspülleitung 360 ist mit der Wasserzuführungsleitung verbunden. Steuerelemente 362 für ein normal geschlossenes Magnetventil 364 steuern die Luftspülungsvorgänge. Ein Filter 366 ist ebenfalls in der Wasserzuführungsleitung vorgesehen, und Sensoren 368 mit Ventilen 370 (Anzeigeeinrichtung für manuell bedienten Handventilkegel (normalerweise offen)) sind parallel mit dem Filter 366 verbunden.
Normalerweise offene Ventile 372, die mit den Steuerelementen 374 verbunden sind, sind vorgesehen, um einen Wasserablauf aus den Wasserzuführungsleitungen in ein Wasserablaufsystem zu ermöglichen. Wasser in den Wasserzuführungsleitungen fließt durch einen Wärmetauscher 376, welcher Luft aus der Abzapfstelle der achten Stufe des Hochdruckkompressors 258 empfängt.
Zur Rahmenwassereinspritzung steuern mehrere Sensoren 378 und Steuerventile 380 die Zuführung des Wassers zu den Düsen 282 und 284. Der Kreislauf 350 enthält auch einen Wasserakkumulator 382. Zur Einlasswassereinspritzung steuern Sensoren 378 und das Steuerventil 384 die Zuführung des Wassers zu den Düsen 282.
Buchstabenbezeichnungen in 13 haben die nachstehenden Bedeutungen:

T: – Temperaturmessstelle
P: – Druckmessstelle
PI: – Druckanzeiger
N/C: – Normalerweise geschlossen
N/O: – Normalerweise offen
PDSW: – Druckdifferenzschalter
PDI: – Druckdifferenzanzeige
DRN: – Ablauf
ZS: – Positionsschalter
WNW: – Wasserdossierventil
PRG: – Spülung
LVDT: – Linear verstellbarer Differentialtransformator

In 13 ist eine durchgezogene Linie eine Wasserzuführungslinie, eine Doppellinie mit zwei Schrägstrichen ist eine Ablaufleitung, und eine durchgezogene Linie, Markierungen hat, ist eine elektrische Leitung. Kästchen kennzeichnen Schnittstellen zwischen dem Wasserzuführungssystem und dem Triebwerk. Wasserdosierungsventile 286 und andere Steuer/Mess-Ventile 288 und eine Blende 290 (zur Einlasswassereinspritzung) werden in Verbindung mit der Steuerung des Wasserstroms durch den Kreis 350 verwendet.
Anschließend werden die Steuerung für verschiedene Betriebsarten des Kreises 350 in Verbindung mit dem Triebwerk 250 beschrieben. Die in der nachstehenden Beschreibung haben die Bezeichnungen Z_SPRINTON, Z_SPRINT und Z_RAISE die nachfolgenden Bedeutungen.
Z_SPRINTON = Systemlieferant-Aktivierungs/Ablaufsteuerung für H₂O-Zuführung bei abgeschaltetem Triebwerk.
Z_SPRINT = Kernsteuerlogik-Grenzwert-Ablauffolge nach Wärmetauscherspülung, die für Wassereinspritzung, Abschaltung und Schutzfunktionen verwendet wird.
Z_RAISE = Z_SPRINT plus abgelaufener Sammlerfüllzeitgeber, verwendet für Alarmfunktionen.
Ferner zeigt ein * Zeichen an, dass die ausgewählte Variable einstellbar ist.
Voreinspritzungs-Freigaben/Spülaktivierung (automatisch oder manuell)

1. T2 > 30F* = ON T2 < 27F* = OFF
2. Akkumulatorladedruck > 275790 Pa (40 psig)*
3. Bediener setzt Z_SPRINTON auf TRUE, Umgehung der Wärmetauscherspülung initialisiert AUTO Zu jeder Zeit mit der erforderlichen Spülzeit konsistent MANUELL zum Zeitpunkt der Wassereinspritzinitialisierung
4. Ablaufventile geschlossen

Einspritzfreigaben (Vor-Einspritzfreigaben 1 – 4 erfüllt)

1. PS3 344738 Pa (50psi)* oder kleiner unter Grenzwert
2. T2 Regler nicht aktiv (nur manuell)
3. Druck der achten Stufe > (PS3/4)
4. Wärmetauscherspülzeitgeber abgelaufen
5. Lufttemperatur der achten Stufe kleiner als 149°C (300°F)
6. Wassertemperatur kleiner als 121°C (250°F)*

Manueller Betriebsablauf

1. Bediener stellt Leistung ein, um die vorgenannten Einspritzfreigaben 1 – 2 zu erfüllen, und setzt Z_SPRINTON = T(TRUE = ON)
2. Wasserpumpe ein und Wärmetauscherspülventil auf Umgehung (minimaler Wasserfluss)
3. Wasserwärmetauscherspülung reduziert Lufttemperatur der achten Stufe auf < 149°C (300°F) (5 Minuten*)
4. Z_SPRINT = T(TRUE = ON) SPRINT-Ausschaltventil öffnet (Wärmetauscherumgehung zum Triebwerk umgeleitet), minimal geplanter Fluss zu dem Triebwerk
5. Wasserstrom füllt Sammler mit minimal geplantem Wasserstrom für 60 Sekunden* Z_RAISE = T = (TRUE = ON))
6. Bediener steigert SPRINT-Strom (0,5 gpm/s) auf maximalen Grenzwert
7. Bediener steigert die Leistung auf den gewünschten Pegel oder wie durch MW, T3, T48, Ps3, XN25RE, oder XN25R begrenzt.
8. Leistung und Wasser nach Wunsch zwischen Grenzwerte abgesenkt.
9. Bei PS 3413685 Pa (60 psi) unterhalb des Basisgrenzwertes setzt Z_SPRINT = F, und SPRINT fährt nach unten (- 2gpm/s) auf minimalen Stromwert und schaltet ab.
10. Aktiviere Z_SPRINTON auf OFF (FALSE = OFF) SPRINT Ausschaltventil aus leitet Wasser von Triebwerk auf Umgehung um, Wasserpumpe aus, Wärmetauscherspülventil auf Umgehung, öffnet Systemabläufe und spült das Leitungsnetz bis es leer ist und schließt die Abläufe.

Automatikmodus (Freigabe erfüllt)

1. Bediener setzt rechtzeitig Z_SPRINTON auf EIN (TRUE = ON), um Wärmetauscherspülung vor SPRINT-Aktivierungsfreigaben zu beenden.
2. Z_SPRINT = T initialisiert automatisch bei Erreichen des Freigabepunktes.
3. SPRINT Ausschaltventil öffnet (leitet Wasser aus der Umgehung zum Triebwerk um).
4. Sammlerfüllung mit maximalem Wert (60 Sekunden* Verzögerung) Z_RAISE = T dann Anstieg der Wasserzuführung (mit 0,5 gpm/s) auf maximalen Grenzstrom.
5. Leistung steigt auf gewünschten Pegel und begrenzt durch MW abhängig von T2 Grenzwert, T3, T48, Ps3, XN25R5, oder XN25R an.
6. Leistung nach Wunsch auf 60 psi* unter dem Basisgrenzwert (T_P3PNVG) abgesenkt, bevor SPRINT Herunterfahren (- 2 gpm/s) auf minimalen Grenzwert und Abschaltung erfolgt.
7. Aktivieren von Z_SPRINTON auf OFF (FALSE = OFF) SPRINT Ausschaltventil aus, Wärmetauscherspülventil auf Umgehung, Wasserpumpe aus und Öffnen der Systemabläufe und Spülen der Rohrleitungen, bis diese leer sind.

Alarmvoraussetzungen

Z_RAISE = TRUE (TRUE = ON) Sammlerfüllzeitgeber abgelaufen und SPRINT Strömung für Alarme

1. Strömungsfehler (Sollwert – Messwert) > 3 gpm* für 5 Sekunden* -- Alarm
2. Lufttemperatur der achten Stufe > 121°C (250°F)* für 5 Sekunden* – Alarm

Wasserabschaltanforderungen

Z_SPRINT = F initialisiert Wasserabschaltung durch Herunterfahren von Kontrollgrenzen und aktiviert Wasserabschaltung.

1. Strömungsfehler (Sollwert – Messwert) > 6 gpm* für 10 Sekunden* -- setze Z_SPRINT = F
2. Druckverlust unter 165472 Pa (24 psi)* bei einem Wasserbedarf > 6 gpm* -- setze Z_SPRINT = F
3. Druckverlust unter 344738Pa (50 psi)* bei einem Wasserbedarf > 10 gpm* -- setze Z_SPRINT = F
4. Lufttemperatur der achten Stufe größer als 149°C (300°F)* -- setze Z_SPRINT = F
5. Luftdruck der achten Stufe kleiner (PS3/4) -- setze Z_SPRINT = F
6. T2 < 27F -- setze Z_SPRINT = F
7. PS3 nicht innerhalb 413685 Pa (60 psi)* des Ps3 Grenzwertes -- setze Z_SPRINT = F
8. Jede Gasturbinenabschaltung, Lastabfall, oder Schritt auf Leerlauf -- setze Z_SPRINT = F (umgehe Wasserherunterfahrsteuerung)
9. Leistungsschalter nicht geschlossen -- setze Z_SPRINT = F (umgehe Wasserherunterfahrsteuerung)

14 ist eine Darstellung eines exemplarischen Wasserverrohrungsplans für die in 8 dargestellte Triebwerksanordnung, und 15 ist eine Darstellung, welche die Ausgangsleistung, Wärmerückgewinnung, den Massenstrom und das der in 18 dargestellten Turbine zugeführte Wasser bei verschiedenen Umgebungstemperaturen anzeigt. Die Menge des den Düsen zugeführten Wassers variiert beispielsweise abhängig von der Umgebungstemperatur sowie der Größe der gewünschten Tröpfchen. Eine Tröpfchengröße von 20 × 10^-6 m (20 μm) hat sich in wenigstens einer Anwendung als akzeptable Ergebnisse liefernd herausgestellt. Natürlich beeinflussen die Betriebsparameter des Triebwerks, in welchem Wassersprühnebeleinspritzung angewendet wird, die gewünschten Betriebsparameter und anderen Faktoren, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind, die Menge der Wassersprühnebeleinspritzung.
16 ist ein Diagramm, das die Beziehung des Hohlraummassenstroms der Hochdruckturbine in Abhängigkeit von der Hochdruckkompressorausgangs-korrigierten Geschwindigkeit des in 8 dargestellten Triebwerks darstellt. Eine zusätzliche Triebwerkskontrollgrenze wird bei dem in 8 dargestellten Triebwerk eingesetzt, um zu verhindern, dass die Innenhohlraumtemperaturen der Hochdruckturbine als Folge einer Aufnahme von Luft des Hochdruckturbinengaspfades zu heiß werden. Die Hochdruckturbinenhohlräume werden mit Luft aus dem Hochdruckkompressor bei einer angemessenen Strömung und Druckpegel so gekühlt, dass immer eine positive Luftströmung aus dem Innenhohlraum in den Hochdruckturbinengaspfad vorliegt, um somit die Möglichkeit einer Ansaugung zu beseitigen. Da die Aufgabe der Wassereinspritzung in die Kompressionskomponenten die Senkung der Temperatur T3 ist, so dass das Triebwerk entdrosselt werden kann, um die Leistung zu steigern, läuft das Hochdrucksystem schneller als es dieses ohne Wassereinspritzung tun würde. Jedoch wird die von dem Kompressor zum Kühlen der Turbinenhohlräume bereitgestellte parasitäre Luft verringert. Die in 16 dargestellte Kurve zeigt die Beziehung zwischen dem Kühlluftstrom des Hochdrucckompressors als eine Funktion der Hochdruckkompressoraustrittstemperatur-korrigierten Hochdruckkompressorgeschwindigkeit. Die korrigierte Temperatur des Hochdruckkompressoraustrittes ist definiert als:
Physikalische HP-Geschwindigkeit × Wurzel(Internationale Standardtemperatur/HPC-Austrittstemperatur), oder XN25R3 = XNR25 × (TSTD/T3)1/2 wobei T_STD = 518,67°R (15°C) (59°F) ist.
Gemäß Darstellung der in 19 gezeigten Kurve ist ein minimaler Hohlraumstrom der Hochdruckturbine erforderlich, um sicherzustellen, dass keine Ansagung in den Hohlraum der Hochdruckturbine auftritt. Dieser Strömungswert und dessen Beziehung zu der korrigierten Geschwindigkeit des Hochdrucckompressorausgangs definieren den XN25R3, auf den das Triebwerk als maximaler Grenzwert kontrolliert werden muss.
Bezüglich der Tröpfchengröße sollte eine minimale Tröpfchengröße bei jeder Strömungsrate produziert werden, um sowohl die Verweilzeit für eine vollständige Verdampfung zu reduzieren, als auch die Tröpfchengrößen klein genug zu halten, um eine Laufschaufelerosion zu verhindern. Nachstehend wird eine Analyseart der Tröpfchengröße beschrieben. Insbesondere und für eine vorläufige Analyse wird ein 3D-Modell eines 30°-Sektors des LM600 Verdichterkanals verwendet, um das Geschwindigkeits- und Temperaturfeld in dem Kanal zu ermitteln.
Es wird keine Verwirbelung in dem Kanaleinlass angenommen, und die Düsenspitzen sind in dem Außengehäuse an dem Einlass zu dem Verdichterkanal angeordnet, der radial nach innen gerichtet ist. Die Düsenachse war orthogonal zu der Außengehäuseoberfläche und der Einspritzpunkt war etwa 0,508 cm (0,2 inches) radial innerhalb der Gehäuseoberfläche. Die von der Düse erzeugten Tropfengrößenwerte wurden als die kleinsten Werte der durch die Gleichung 1 gegebenen RR-Tropfengröße angenommen. Zwei kleinere Werte (d.h. 10,5 × 10^-6 m (10,5 μm) und 7,5 × 10^-6 m (7,5 μm)) wurden ebenfalls angenommen, um den Effekt von kleineren Tropfengrößen als denen die typischerweise durch Zerstäubungsdüsen erzeugt werden, zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in 17 dargestellt. Es wurde angenommen, dass 36 Düsen bei 0,5 GPM verwendet wurden, d.h., jeweils 3 in einem 30°-Sektor. Volumenanteil über Durchmesser d = exp – (d/dgg)N (1)
Die Beziehung zwischen dem Wasserstrom am Einlass zu dem HP-Kompressor und der Stufe für die vollständige Verdampfung ist in 18 dargestellt.
Die Daten in 18 können dazu verwendet werden, die maximale Tröpfchengröße zu approximieren, welche an dem Einlass des HP-Kompressors vorhanden sein muss, um eine vollständige Verdampfung bei de gewünschten Stufe zu ermöglichen. Die erhaltenen Tröpfchengrößen sind ebenfalls in 18 dargestellt. Diese Berechnung nimmt an, dass die durchschnittliche Tropfengröße, die aus einer Wiederfreigabe an einer benetzten Oberfläche erhalten wird, dieselbe wie die abgeschiedene Tropfengröße ist. Aufgrund der zunehmenden Luftdichte und der kleineren Menge an in dem Kompressor vorhandener Flüssigkeit, sind die tatsächlichen Größen der wieder freige gebenen Tropfen kleiner als diejenigen in 18. Obwohl es unnötig erscheinen könnte, kleinere Tropfen mit Sprühnebeldüsen als diejenigen zu erzeugen, die in dem Kompressor über die Wiederfreigabe erzeugt werden, ist dieses nicht so, da je kleiner die von den Düsen erzeugten Tropfen sind, um so kleiner der Anteil der Kompressoreinlassströmungsrate ist, die sich auf den HP-Einlassführungsleitschaufeln abscheidet. Zusätzlich konnte der Anteil des benetzten Bereichs bei Stufen, bei welcher Benetzung angezeigt wurde, nicht mit Genauigkeit bestimmt werden. Es ist daher möglich, dass weniger Wasser in dem HP-Kompressor vorhanden war, als durch die "feuchten"-Gehäusetemperaturen impliziert wurde.
Die Lage für die vollständige Verdampfung ist in 19 dargestellt. Die Daten zeigen, dass etwa 20% mehr Wassereinspritzung an einer vorgegebenen Stufe verdampft werden kann, als in der vorläufigen Analyse berechnet wurde.
Dieselben Düsenströmungsraten und Anfangstropfengrößen wie die in 19 gegebenen wurden an den Einlass des LP-Kompressors angeordnet, um die Lage der vollständigen Verdampfung in dem HP-Kompressor zu ermitteln. Die durch die Düsen erzeugten kleineren Tropfengrößen bewirken, dass nur ein Teil des Düsenstroms auf den Einlassführungsleitschaufeln des LP-Kompressors abgeschieden wird. Obwohl sich der abgeschiedene Strom gleich verhält, verdampft der Anteil, der sich nicht abscheidet, in dem LP-Kompressor und Verdichterkanal rascher.
Das Verfahren zum Berechnen des anfänglich in dem LP-Kompressor abgeschiedenen Wassers ist dasselbe wie das vorstehend diskutierte. Die Verdampfung des Anteils in Tropfenform wurde unter Verwendung eines Modells berechnet, das die Lage der vollständigen Tropfenverdampfung ermittelt. Die letztere wurde in dem LP-Kompressor aufgrund der kleinen Abrissgröße für den nicht abgeschiedenen Fluss ermittelt. Diese Abrissgröße wurde mit 13 × 10^-6 m (13 μm) an dem Einlass des LP unter Verwendung einer Fugbahnenanalyse berechnet. Die Ergebnisse für die ersten vier Düsen in 19 sind in 20 dargestellt, in welcher wiederum eine Gesamtmenge von 18 GPM (Gallonen pro Minute) zu Beginn mit 0,5 GPM pro Düse eingespritzt wird. Als eine Kalibrierung für den Effekt der Tropfenabrissgröße bei einer anfänglichen Abscheidung wird, wenn 13 × 10^-6 m (13 μm) statt 10 × 10^-6 m (10 μm) Abrissgröße für die Düse 3 in 20 verwendet wird, eine vollständige Verdampfung an der elften Stufe statt an der neunten bis zehnten Stufe des HP-Kompressors erhalten. Im Vergleich zur Einspritzung in den Verdichterkanaleinlass findet eine etwas geringere Verdampfung in dem Verdichterkanal aufgrund einer Zunahme der durchschnittlichen Tropfengröße in dem Verdichterkanal mit der Einspritzung an dem LP-Einlass statt, während die Verdampfung in dem LP-Kompressor zu einer früheren Verdampfung in dem HP-Kompressor führt.
Bezüglich der Düsenauswahl und deren Verhalten, erfordert das Verhalten der ausgewählten Druck- und Luftzerstäubungsdüsen und deren Effekt auf die Verdampfung in dem HP-Kompressor eine Kenntnis der zeitlichen Tropfengrößenverteilung, die von den Düsen in der Umgebung erzeugt wird, in welcher sie eingesetzt werden sollen. Die zeitliche Größenverteilung muss bei der interessierenden Luftdichte gemessen werden. Die räumliche Verteilung der Tropfengröße, der Flüssigkeitsvolumenanteil und das Tropfengeschwindigkeitsprofil muss gemessen werden, um die zeitliche Tropfengröße zu berechnen. Ein Sprühnebeltunnel kann zum Messen des Verhaltens der Düsen verwendet werden. Der Tunnel wird in einem exemplarischen Test mit bis zu 3,175 kg/s (7 lb/s) Luft mit einem Druck versorgt, der ausreicht, um die Verdichterkanalluftdichte von 2,08 kg/m^-3 (0,13 lb/ft³) zu erreichen. Die Luftgeschwindigkeit in dem Tunnel wurde von 13,7 bis 22,0 m/s (45 bis 75 ft/s) variiert, um eine Rückwärtszirkulation des Sprühnebels an der äußeren Sprühnebelbegrenzung zu eliminieren, und um den Sprühnebeldurchmesser klein genug zu halten, um einen Tropfenaufprall auf den Quarzfenstern zu vermeiden. Die Lufttemperatur wurde unter 35°C (95°F) gehalten, um die Notwendigkeit einer Berücksichtigung der Verdampfung zwischen der Düse und den Messstellen zu beseitigen.
Die radiale Verteilung der Tropfengeschwindigkeit in der axialen Richtung wird aus der Messung der Luftgeschwindigkeiten der entsprechenden Zerstäubungsluftstromraten, jedoch ohne Wasserstrom erhalten. Die radialen Werte der RR-Tropfengröße werden mit den radialen werten des Flüssigkeitsvolumenanteils multipliziert und axiale Tropfengeschwindigkeiten mit dem sich ergebenden Produkt dann über den Sprühnebelradius integriert. Nach der Division mit dem integrierten Mittelwertflüssigkeitsvolumenanteil und der axialen Geschwindigkeit über dem Sprühnebelquerschnitt wird die mittlere strömende RR-Tropfengröße erhalten.
Das Verhalten einer Luftzerstäubungsdüse ist besser als das der Druckzerstäubungsdüse. Bei 93079 Pa.g (135 psi.g) ermöglichen 24 Luftzerstäubungsdüsen bei 24 GPM Gesamteinspritzung eine Verdampfung in dem HP-Kompressor, während Druckzerstäubungsdüsen bei 20684271 Pa (3000 psi) den Durchbruch von 5 GPM von den 24 GPM durch den HP-Kompressor bewirken. Um 24 GPM in dem HP-Kompressor mit Druckzerstäubungsdüsen bei 1 GPM pro Düse zu verdampfen, müssen wenigstens einige von den Düsenkonfigurationen bei 34473785 Pa (5000 psi) betrieben wer den. Bei niedrigeren Wasserdurchsatzmengen pro Düse verbessert sich das Verhalten der Luftzerstäubungsdüse, während sich das Verhalten der Druckzerstäubungsdüse verringert, wenn die Düsenkonfiguration nicht geändert wird. Düsen sind im Handel von FST Woodward, Zeeland, Mich. 49464 erhältlich.
Wiederum und zusammengefasst liefert die vorstehend beschriebene Wassersprühnebeleinspritzung das wichtige Ergebnis, dass eine erhöhte Leistungsabgabe unter Verwendung derselben Kompressorauslasstemperatur-Kontrollgrenze erzielt werden kann. D.h., durch Einspritzen von zerstäubtem Wassersprühnebel vor dem Verdichter und/oder Hochdruckkompressor wird die Einlasstemperatur des Hochdruckkompressors erheblich reduziert. Daher ist bei Verwendung derselben Kompressorauslasstemperatur-Kontrollgrenze der Hochdruckkompressor in der Lage, mehr Luft zu pumpen, und dadurch ein höheres Druckverhältnis zu erzielen. Dieses führt zu einer höheren Ausgangsleistung und einem verbesserten Wirkungsgrad. Zusätzlich zu der erhöhten Ausgangsleistung bietet die vorstehend beschriebene Wassersprühnebeleinspritzung den Vorteil eines geringeren Wasserverbrauchs im Vergleich zu der Zwischenkühlung unter denselben Bedingungen.
Obwohl die Erfindung in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die Erfindung mit Modifizierungen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims

Gasturbinentriebwerk (200, 250), mit: einem Hochdruckkompressor (204, 258), und einer Wassereinspritzvorrichtung (206, 264) zum Einspritzen von Wasser in den Gasstrom an einer zu dem Hochdruckkompressor (204, 258) anstromseitigen Stelle, wobei die Wassereinspritzvorrichtung (206, 264) mehrere Düsen (222, 223; 282, 284), einschließlich langer Düsen (223, 282) und kurzer Düsen (222, 284) zum Einspritzen von Wasser an unterschiedlichen radialen Tiefen in den Gasstrom aufweist, wobei die Düsen (222, 223; 282, 284) in einer um den Umfang herum ausgerichteten abwechselnden Konfiguration so angeordnet sind, dass eine von den kurzen Düsen sich zwischen jedem Paar von den langen Düsen zum Einspritzen von Wasser in den Gasstrom befindet, um im wesentlichen gleichmäßig die Temperatur des Gasstroms an dem Hochdruckkompressorausgang zu reduzieren; wobei der Hochdruckkompressor (204, 258) mehrere elektrisch geerdete Statoren aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 1, wobei die Wassereinspritzvorrichtung ferner ein Wasserreservoir in Fluidverbindung mit jeder Düse, und ein Wasserventil (210) zum Steuern des Wasserstroms aus dem Reservoir zu den Düsen aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 2, welches ferner einen Wassersammler (212, 264) in Fluidverbindung mit dem und zwischen dem Wasserventil (210) und den Düsen (222, 223; 282, 284) aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 1, welche ferner eine Heißluftquelle (214) aufweist, um den Düsen (222, 223; 282, 284) zugeführtes Wasser zu zerstäuben.
Triebwerk nach Anspruch 4, wobei der Hochdruckkompressor (204, 258) mehrere Stufen aufweist, und wobei die Heißluftquelle (214) wenigstens aus einer Stufe des Hochdruckkompressors (204, 258) besteht.
Triebwerk nach Anspruch 5, welche ferner einen Luftsammler (213, 262) zwischen der Heißluftquelle (214) und den Düsen (222, 223; 282, 284) aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 6, wobei sich ein Strömungsrohr (218) von der Stufe des Hochdruckkompressors (204, 258) zu dem Luftsammler (213, 262) erstreckt und wobei die Wassereinspritzvorrichtung (206, 264) ferner einen mit dem Strömungsrohr (280) verbundenen Wärmetauscher (216) aufweist, um die Temperatur von durch das Rohr (218) zu dem Luftsammler (213, 262) strömender Luft zu reduzieren.
Triebwerk nach Anspruch 1, welche ferner einen Niederdruckkompressor (202, 254) und einen Zwischenkühler (68) in Reihenströmungsbeziehung zu dem Niederdruckkompressor (202, 254) und zu dem Hochdruckkompressor (204, 258) aufweist, wobei der Zwischenkühler (68) einen mit dem Niederdruckkompressorauslass verbundenen Einlass, um wenigstens einen Teil des aus dem Niederdruckkompressorauslass strömenden Gases aufzunehmen, und einen mit dem Hochdruckkompressoreinlass verbundenen Auslass aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 8, welches ferner eine Brennkammer (174) aufweist, die abstromseitig von dem Hochdrucckompressor (204, 258) angeordnet ist.
Triebwerk nach Anspruch 9, welches ferner eine Hochdruckturbine (170, 230) und eine Niederdruckturbine (164, 232) abstromseitig von der Brennkammer (174) aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 10, wobei der Hochdruckkompressor (168) und die Hochdruckturbine (170) über eine zweite Welle (172) verbunden sind, und der Niederdruckkompressor (162) und die Niederdruckturbine (164) über eine erste Welle (166) verbunden sind.
Triebwerk nach Anspruch 12, wobei der Niederdruckkompressor (202, 254) wenigstens fünf Stufen aufweist, und der Hochdruckkompressor (204, 258) wenigstens 14 Stufen aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 12, welches ferner eine Hochdruckturbine (170, 230) mit wenigstens zwei Stufen und einen Niederkompressor (162, 202) mit wenigstens fünf Stufen aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 1, wobei die Wassereinspritzvorrichtung (206) ferner ein Wasserreservoir in Strömungsverbindung mit jeder Düse (222, 232) und ein Wasserventil (210) zum Steuern des Wasserstroms aus dem Reservoir zu den Düsen (222, 223) aufweist.
Triebwerk nach Anspruch 1, welches ferner einen Niederdruckkompressor (202) aufweist und wobei die Düsen (222, 223; 282, 284) zwischen dem Niederdruckkompressor (202) und dem Hochdruckkompressor (204) positioniert sind.
Triebwerk nach Anspruch 1, welches ferner einen Niederdruckkompressor (202) aufweist und wobei die Düsen (222, 223; 282, 284) anstromseitig zu dem Niederdruckkompressor (162) positioniert sind.
Triebwerk nach Anspruch 1, wobei jede von den Düsen (282, 284) einen inneren Strömungspfad (300) und einen äußeren Strömungspfad (298) aufweist, wobei der innere Strömungspfad (300) mit einem Wasserreservoir verbunden ist, und der äußere Strömungspfad (298) mit einer Heißluftquelle verbunden ist.
Triebwerk nach Anspruch 1, wobei die Düse das Wasser zerstäubt.
Triebwerk nach Anspruch 18, wobei Wassertröpfchen aus der Düse einen Durchmesser von etwa 20 × 10^-6m (20 μm) aufweisen.
Triebwerk nach Anspruch 1, und mit: einem Niederdruckkompressor (202, 254); wobei sich der Hochdruckkompressor (204, 258) abstromseititg von dem Niederdruckkompressor (202, 254) befindet; einer Brennkammer (174), die abstromseitig von dem Hochdruckkompressor (204, 258) angeordnet ist; einer Hochdruckturbine (170, 230) abstromseitig von der Brennkammer (174); einer Niederdruckturbine (164, 232) abstromseitig von der Hochdruckturbine (170, 230); einem Wasserreservoir in Strömungsverbindung mit jeder Düse (222, 223; 282, 284), und einem Wasserventil (210) zum Steuern des Wasserstroms aus dem Reservoir zu den Düsen (222, 223; 282, 284).
Triebwerk nach Anspruch 20, wobei die Düsen (222, 223; 282, 284) zwischen dem Niederdruckkompressor (202, 254) und dem Hochdruckkompressor (204, 258) positioniert sind.