PL207613B1

PL207613B1 - Sposób nasycania strumienia gazu płynącego w danym kierunku kropelkami cieczy, dysza wtryskowa do realizacji tego sposobu oraz maszyna przepływowa

Info

Publication number: PL207613B1
Application number: PL379377A
Authority: PL
Inventors: Jean-Pierre Stalder
Original assignee: Turbotect Ltd
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2011-01-31
Also published as: CN100464868C; TW200503844A; RU2323785C2; DE50312078D1; EP1585601B1; US7114910B2; US20060266849A1; ES2333423T3; WO2004065020A1; US7648335B2; ATE446810T1; JP4204555B2; AU2003275904A1; CN1738682A; JP2006515226A; SI1585601T1; EP1585601A1; CA2513233C; RU2005126708A; MY135847A

Abstract

Ujawniono sposób nasycania strumienia gazów (8) kropelkami cieczy (5), według którego kropelki cieczy (5) wtryskuje się do strumienia gazu (8) w szczególnej płaszczyźnie (50) wtryskiwania cieczy. Gaz pomocniczy (6.1, 6.2) wtryskuje się pod ciśnieniem do strumienia gazu (8) w tym samym czasie co kropelki cieczy (5). Prędkość wtryskiwania gazu pomocniczego (6.1, 6.2) jest większa niż prędkość wtryskiwania kropelek cieczy (5), tak, że wtryskiwany gaz pomocniczy (6.1, 6.2) stabilizuje wtryskiwanie kropelek cieczy (5) pod względem ich trajektorii przemieszczania się i rozmiaru, częściowo osłania wtryskiwane kropelki cieczy (5) przed strumieniem gazu (8) i/lub powoduje umieszczanie wtryskiwanych kropelek cieczy (5) w strumieniu gazu (8), przez co lepiej sterowany może być rozkład przestrzenny oraz rozrzut wielkości kropelek cieczy (5). Kropelki cieczy (5) wnikają do strumienia gazów (8) w sposób bardziej efektywny niż czyniłyby to bez gazu pomocniczego (6.1. 6.2). W preferowanym wariancie realizacji sposób według wynalazku stosuje się do oczyszczania sprężarki turbiny gazowej na mokro w czasie jej pracy.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu nasycania strumienia gazu płynącego w danym kierunku kropelkami cieczy, dyszy wtryskowej do realizacji tego sposobu oraz maszyny przepływowej, na przykład sprężarki turbiny gazowej, wyposażonej w co najmniej jedną taką dyszę wtryskową. Preferowanym obszarem zastosowania wynalazku jest dziedzina przemysłowych turbin gazowych, w których może on znaleźć zastosowanie dla czyszczenia na mokro sprężarek tych gazowych turbin.

W niniejszym opisie wynalazek jest objaś niony na przykł adzie zastosowania do czyszczenia na mokro sprężarki turbiny gazowej. Wynalazek może jednak znaleźć zastosowanie również i w innych dziedzinach techniki, jak np. w technice elektrowni i we wszystkich innych miejscach, gdzie dokonywany jest proces nasycania strumienia gazu cieczą.

Wszystkie instalacje turbin gazowych cierpią na brudzenie się łopatek sprężarek. Zjawisko to powodowane jest obecnością we wlotowym powietrzu drobin stałych lub ciekłych, które mimo filtrowania powietrza wlotowego dostają się do wnętrza instalacji turbinowej i osiadają na łopatkach sprężarek. Takimi drobinami są kurz, pyłki kwiatowe, insekty, olej, sól morska, chemikalia przemysłowe, niespalone węglowodory, drobiny sadzy itp. Zabrudzenie łopatek sprężarek prowadzi do obniżenia sprawności i strat mocy całości urządzenia sięgających ok. 10% i więcej. Aby tych strat uniknąć albo je zmniejszyć podejmuje się próby czyszczenia łopatek sprężarek. Z aktualnego stanu techniki znane są różne urządzenia i sposoby dokonywania takiego czyszczenia łopatek sprężarek.

Tradycyjne sposoby czyszczenia opierają się na łagodnym usuwaniu osadzonego brudu przez wprowadzanie do urządzenia, podczas jego pracy, ryżu, łupin orzechów lub podobnych materiałów. Owe działające łagodnie środki abrazyjne, dodawane do powietrza wlotowego, są następnie w turbinie spalane. Te proste sposoby nie nadają się jednak do stosowania w nowoczesnych turbinach, w szczególnoś ci w takich, w których ł opatki sprężarek mają pokrycie warstwami ochronnymi i których komory spalania, jak również układy chłodzenia łopatek turbin, wykonane są z zastosowaniem najnowocześniejszych technologii.

Dziś do oczyszczania sprężarek nowoczesnych turbin gazowych stosowane są trzy sposoby:

(i) Ręczne czyszczenie urządzenia niepracującego (unieruchomionego). Sposób ten zapewnia skuteczne usunięcie osadzonych drobin, w praktyce może być realizowany tylko podczas planowych postojów, związanych z inspekcją lub przeglądem urządzenia. Bez otwierania cylindrycznej obudowy sprężarki ręcznego oczyszczenia można dokonywać tylko na pierwszym rzędzie prowadnic.

(ii) Czyszczenie na mokro podczas postoju (tzn. czyszczenie unieruchomionej i ochłodzonej turbiny z pomocą stosownych narzędzi). Jako ciecz czyszcząca zastosowanie znajduje woda, mieszanina czyściwa sprężarki z wodą lub rozpuszczalnikiem, albo podobne mieszanki z dodatkiem środka zapobiegającego zamarzaniu. Sposób ten jest skuteczny, gdyż przy jego pomocy mogą być oczyszczane nie tylko elementy pierwszego rzędu kierownic ale wszystkie łopatki istniejące w wirniku sprężarki i w statorze. Wadą tego sposobu jest jednak to, że musi być on realizowany przy unieruchomionej turbinie i dlatego powoduje straty produkcyjne.

(iii) Czyszczenie na mokro podczas pracy (tzn. czyszczenie podczas działania) przy użyciu cieczy czyszczących wspomnianych w (ii). W tym sposobie powierzchnie łopatek sprężarek są możliwie dokładnie i równomiernie zwilżane cieczą czyszczącą, a efektem tego jest uwalnianie drobin brudu. Ten sposób czyszczenia może być realizowany przy obracającej się turbinie, tak, że nie wywołuje on żadnych strat w produkcji.

Przedkładany wynalazek odnosi się do czyszczenia na mokro podczas pracy (iii).

Wśród dysz wtryskowych używanych dotychczas w sposobach oczyszczania na mokro urządzeń w czasie ich pracy można rozróżnić dysze niskociśnieniowe i dysze wysokociśnieniowe. Pierwsze pracują z ciśnieniem od ok. 3 do 15 barów (3-15·10⁵ Pa) i wytwarzają kropelki o średnicy od ok.

do 1000 μm, podczas gdy ostatnie pracują z ciśnieniem od ok. 15 do 90 barów (15-90Ί0⁵ Pa) i wytwarzają kropelki o średnicy od ok. 3 do 30 μm. Aby zapewnić gruntowne oczyszczenie łopatek sprężarki zazwyczaj dąży się do drobnego rozpylania cieczy czyszczącej, bo tym sposobem następuje maksymalnie możliwe, pod względem pełnego pokrycia powierzchni i równomierności, zwilżanie ich powierzchni. Rozpylanie może też, przez odparowanie masy cieczy, wpływać na obniżenie temperatury powietrza zasysanego przez sprężarkę. Mimo tego, samego w sobie pożądanego efektu ubocznego, do zwilżania jest stosowana możliwie mała ilość cieczy, a to ze względu na dążenie do uniknięcia, lub co najmniej zmniejszenia tego, że masowy strumień cieczy czyszczącej, przez zawarte w nim

PL 207 613 B1 i unoszone drobiny brudu, wytwarza dalsze efekty uboczne w sprężarce (moż liwość erozji) i w turbinie (możliwe zatrzymanie pracy przez „zerwanie płomienia).

Według aktualnej wiedzy o stanie techniki równomierne zwilżenie łopatek sprężarki osiągane jest przez równomierne rozłożenie kropelek. Kropelki muszą być tak małe, aby nie powodowały erozji łopatek sprężarki, i tak lekkie, aby pod wpływem grawitacji nie były odchylane zbyt silnie w dół i nie mogły osiągnąć łopatek sprężarki. Dla spełnienia znanych wymagań i dla zapewnienia skutecznego czyszczenia decydująca jest konstrukcja dysz wtryskowych. Prędkość powietrza w kanale zasysania, w następstwie zwężania się jego przekrojów, jest na wejściu na pierwszy stopień sprężarki przyspieszana do wielkości ok. 180 m/s. Aby osiągnąć w strumieniu powietrza dobry rozkład kropelek jest korzystne, w zależności od klasy mocy maszyny, umieszczanie w sprężarce, w kolektorze zasysanego powietrza, większej liczby dysz (do ok. 40 a nawet więcej).

Sposób i urządzenie dla czyszczenia na mokro sprężarek jest znany z patentu USA Nr 5,193,976 (patrz Kolev i in.). Zgodnie z tym dokumentem do kolektora zasysanego powietrza sprężarki ciecz czyszcząca jest wtryskiwana przy pomocy jednej dyszy wtryskowej lub większej liczby takich dysz. Wtrysk następuje w kształcie stożka, którego tworząca rozwarta jest o kąt ok. 90°. Dysze wtryskowe są dyszami rozpylaczowymi, które w ścianie korpusu sprężarki są zamontowane na przegubach kulowych, w sposób zapewniający możliwość ustawiania. Ten sposób i te dysze wtryskowe nadają się bardzo dobrze do małych i średnich turbin gazowych o mocy od ok. 5 do 180 MW. Większe turbiny gazowe rozwijają jednak moce od 180 do 350 MW, a nawet więcej, i dlatego niezbędne są w nich odpowiednio większe przekroje zasysanego powietrza, jak również odpowiednio dłuższe łopatki sprężarek, zwłaszcza w pierwszym jej stopniu. W takich turbinach gazowych o wysokiej mocy dysze wtryskowe proponowane w patencie USA Nr 5,193,976 już nie wystarczają, aby w danym przekroju kanału wlotowego uzyskać skuteczny i dobry efekt równomiernego rozłożenia kropelek cieczy w płaszczyźnie wtryskiwania. Wyrzucone z dyszy kropelki cieczy są przechwytywane zbyt wcześnie przez strumień zasysanego powietrza, odchylane od swej pierwotnej trajektorii i transportowane w niezamierzoną stronę. W następstwie tego uzyskanie skutecznego nasycenia strumienia zasysanego powietrza kropelkami cieczy jest prawie niemożliwe.

Z aktualnego stanu techniki wiadomo jest, że istnieją dysze, z których wyrzucana moż e być równocześnie i ciecz i gaz, którym jest zazwyczaj powietrze. Wyrzucane powietrze służy w takich dyszach, zwanych dwuskładnikowymi, głównie do tego, aby strumień cieczy mógł być rozdzielany na bardzo małe kropelki lub aby strumień ten był skutecznie rozpylony.

Taką dyszę dwuskładnikową dla rozpylania cieczy zaproponowano w WO-98-01705. Dysza jest wytwarzana z warstwowych materiałów półprzewodnikowych przy zastosowaniu mikrostrukturyzacji.

Służy ona do tworzenia możliwie jednorodnych kropelek cieczy o małej średnicy 10 μm lub nawet mniejszej. Patent USA Nr 6,267,301 (J. Haruch) mówi o podwójnym rozpylaniu cieczy. Dla uzyskania wyższej prędkości wylotowej i bardziej skutecznego rozpylenia we wstępnej komorze dyszy następuje domieszanie powietrza do cieczy. Oprócz tego powietrze jest wyrzucane pod pewnym kątem na wypływający z wylotowego otworu strumień cieczy, co oznacza, że powietrze wytwarza co najmniej jedną składową prędkości ukierunkowaną prostopadle do strumienia cieczy. Na tej drodze osiągane jest bardzo drobne rozpylenie, pożądane w operacjach nawilżania lub chłodzenia.

Dokument EP-0,248,539 prezentuje dyszę dla rozpylania ciekłych paliw i ich mieszanek z powietrzem w dobrze znanym tak zwanym palniku Premix. W wariancie realizacyjnym paliwo jest wyrzucane z paliwowego otworu wtryskowego do pierwszej komory wstępnego spalania a stamtąd do drugiej komory wstępnego spalania. W drugiej komorze wstępnego spalania następuje wirowe wymieszanie paliwa z powietrzem z pierwszego pierścieniowego upustu. Mieszanka, wraz z powietrzem z drugiego pierścieniowego upustu, wyrzucana jest do wnętrza komory spalania.

Znane są też dysze dwuskładnikowe, w których strumień cieczy jest otulany przez jedną lub większą liczbę warstw powietrza lub w których warstwy te ograniczają strumień cieczy. Jest tak np. w patentach USA Nr 2,646,314 (D. J. Peeps) lub Nr 4,961,536 (J. Y. Correard), w których pierścieniowa warstwa powietrza jest zlokalizowana współosiowo i równolegle do strumienia cieczy. Patent USA Nr 5,452,856 (J. Pritchard) prezentuje dyszę, w której wyrzucane drobiny cieczy są kształtowane pod względem wielkości i kształtu przy pomocy powietrza wyrzucanego z dyszy w tym samym czasie. Dysze tego typu są stosowane na przykład w pistoletach natryskowych dla rozpylania farb i lakierów. Nie nadają się one jednak zupełnie do operacji czyszczenia na mokro wielkich sprężarek turbin gazowych, w których prędkość zasysanego powietrza w miejscu dokonywania wtrysku wynosi ok. 30-80 m/s a przed pierwszym stopniem sprężarki jest równa nawet ok. 180 m/s. Dysze takie zostały bowiem

PL 207 613 B1 pomyślane dla wtryskiwania cieczy w standardowych warunkach otaczającego środowiska. Kropelki, które są w nich rozpylane do niezwykle małych wymiarów, nie mogą ani przeniknąć przez warstwę graniczną strumienia powietrza ani uniknąć natychmiastowego odchylenia od pożądanej trajektorii, powstaje więc bardzo złe wypełnienie strumienia powietrza kropelkami i przez to złe zwilżenie powierzchni łopatek. Znaczna część cieczy zostaje przez strumień powietrza osadzona na ścianie kanału, którym prowadzone jest zasysanie powietrza. Ta część cieczy staje się dla celów czyszczenia nie do użycia i może wywoływać problemy erozyjne, przede wszystkim na łopatkach pierwszego stopnia wirnika sprężarki.

W patencie USA Nr 5,738,281 (Z. Zurecki i in.) przedstawiono dyszę gazową, w której wyrzucany gaz jest osłaniany od otaczającego środowiska wyrzucanym w tym samym czasie gazem pomocniczym. Gaz pomocniczy jest wyrzucany przez porowate medium a czynione jest to tak, że tworzona jest jakby poduszka osłaniająca gaz właściwy.

W sumie można powiedzieć , ż e znane ze stanu techniki dysze dwuskł adnikowe powstał y z myślą o zupełnie innych zastosowaniach i przez to dla nasycania silnych strumieni gazów kropelkami cieczy nie nadają się. Z drugiej strony dysze opracowane specjalnie dla operacji czyszczenia sprężarek turbin gazowych osiągają zadawalające efekty zwilżania powierzchni łopatek i dobre wyniki czyszczenia tylko w turbinach gazowych małej i średniej klasy mocy.

Zadaniem wynalazku było więc zaproponowanie takiego sposobu nasycania strumienia gazu kropelkami cieczy, który zapewniałby, że kropelki cieczy byłyby rozmieszczone w strumieniu gazu możliwie równomiernie (homogenicznie). Kropelki cieczy mają w szczególności mieć wielkość podlegającą sterowaniu (kontroli), zawartą w pożądanym przedziale i w przedziale tym nie ulegającą zmianie. Dalszym zadaniem wynalazku jest stworzenie dyszy wtryskowej służącej realizacji zaproponowanego sposobu. Sposób i dysza mają np. znajdować zastosowanie w turbinach gazowych wysokiej klasy mocy, w których występują strumienie gazów o wielkiej prędkości i wielkim wydatku masowym i w których ma się do czynienia z wielkimi przekrojami kanałów przepływowych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób nasycania strumienia gazu płynącego w danym kierunku kropelkami cieczy, w którym kropelki cieczy wtryskuje się do strumienia gazu, oraz w którym równocześnie z kropelkami cieczy do strumienia gazu wtryskuje się gaz pomocniczy, charakteryzujący się tym, że prędkość wtrysku gazu pomocniczego jest większa niż prędkość wtrysku kropelek cieczy, tak, że wtryśnięty gaz stabilizuje wtryśnięte kropelki cieczy pod względem toru lotu i wielkości, częściowo osłania je przed strumieniem gazu i/lub staje się częścią strumienia gazu.

W jednym z korzystnych wariantów realizacji sposobu wedł ug wynalazku prędkość wtrysku gazu pomocniczego jest co najmniej dwukrotnie wyższa niż prędkość wtrysku kropelek cieczy, korzystniej pięć razy większa, a najkorzystniej dziesięć razy większa. W innym korzystnym wariancie wykonania sposobu według wynalazku kropelki cieczy wtryskuje się do strumienia gazu zasadniczo w pł aszczyź nie w pł aszczyź nie wtrysku cieczy, a równocześ nie z kropelkami cieczy do strumienia gazu wtryskuje się gaz pomocniczy, przy czym gaz pomocniczy wtryskuje się do strumienia gazu zasadniczo w płaszczyźnie wtrysku gazu. W szczególnie korzystnym przypadku płaszczyzna wtrysku cieczy jest zasadniczo prostopadła do kierunku przepływu strumienia gazu. W innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku płaszczyzna wtrysku gazu jest zasadniczo równoległa do płaszczyzny wtrysku cieczy i jest od niej oddalona. W kolejnym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku płaszczyzna wtrysku gazu jest lekko odchylona względem płaszczyzny wtrysku cieczy w taki sposób, że składowa prędkości w kierunku przepływu strumienia gazu jest mniejsza w przypadku gazu pomocniczego niż w przypadku kropelek cieczy, a ką t odchylenia wynosi od okoł o 2° do 20°, korzystnie około 10°. W następnym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku po obu stronach płaszczyzny wtrysku cieczy do strumienia gazu wtryskuje się gaz pomocniczy w pierwszej lub drugiej p łaszczyźnie wtrysku gazu, przy czym pierwsza i druga płaszczyzna wtrysku gazu są zasadniczo równoległe do płaszczyzny wtrysku cieczy i są od niej oddalone.

W szczególnie korzystnym przypadku realizacji sposobu według wynalazku odstęp pomiędzy płaszczyzną wtrysku gazu położoną powyżej względem kierunku przepływu i płaszczyzną wtrysku cieczy dobiera się tak, aby był większy niż odstęp pomiędzy płaszczyzną wtrysku gazu położoną poniżej względem kierunku przepływu i płaszczyzną wtrysku cieczy. W innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku kropelki cieczy i gaz pomocniczy wtryskuje się do strumienia gazu w postaci wachlarzy, przy czym kąty rozwarcia wachlarzy korzystnie zawarte są w przedziale od 20° do 90°, przykładowo wynosząc 60°. W jeszcze innym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku kropelki cieczy i gaz pomocniczy wyrzucane są ze szczelinowych, rozmieszczonych obok

PL 207 613 B1 siebie otworów wylotowych, których osie podłużne korzystnie są do siebie równoległe. W dalszym korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku strumieniem gazu jest powietrze wlotowe, które przepływa przez komorę powietrza wlotowego sprężarki turbiny gazowej, zaś kropelkami cieczy są kropelki cieczy czyszczącej wtryskiwane do komory powietrza wlotowego, a następnie kropelki cieczy są transportowane w strumieniu powietrza wlotowego do części sprężarki turbiny gazowej przeznaczonych do wyczyszczenia.

Przedmiotem wynalazku jest również dysza wtryskowa do realizacji sposobu nasycania kropelkami cieczy strumienia gazu płynącego w danym kierunku, określonego powyżej, posiadająca:

płaszczyznę podstawową ograniczającą dyszę wtryskową w kierunku przepływu strumienia gazu, otwór wlotowy cieczy i otwór wlotowy gazu, co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy połączony z otworem wlotowym cieczy, przy czym otwór wylotowy cieczy jest umieszczony na co najmniej jednym występie wystającym z płaszczyzny podstawowej w stronę strumienia gazu, oraz co najmniej jedną wkładkę do kanału gazowego, zakończoną otworem wylotowym gazu, przy czym co najmniej jeden otwór wylotowy gazu jest połączony z otworem wlotowym gazu.

Dysza wtryskowa według wynalazku cechuje się tym, że co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy jest ukształtowany w taki sposób, że ciecz wprowadzona do otworu wlotowego cieczy wydostaje się z dyszy w postaci kropelek rozproszonych zasadniczo w płaszczyźnie wtrysku cieczy, przy czym płaszczyzna wtrysku cieczy jest zasadniczo prostopadła do kierunku przepływu strumienia gazu, a co najmniej jeden otwór wylotowy gazu jest ukształtowany i umieszczony w taki sposób względem co najmniej jednego otworu wylotowego cieczy, że gaz pomocniczy wprowadzany do otworu wlotowego gazu opuszcza go zasadniczo w co najmniej jednej płaszczyźnie wtrysku gazu, zaś co najmniej jedna wkładka do kanału gazowego jest odchylona względem osi wzdłużnej dyszy wtryskowej o kąt odchylenia tak, że gdy otwór wylotowy gazu jest umieszczony w strumieniu gazu powyżej względem co najmniej jednego otworu wylotowego cieczy, otwór wylotowy gazu kieruje wtryskiwany gaz pomocniczy pod prąd do strumienia gazu, przez co gaz pomocniczy osłania wtryskiwane kropelki cieczy przed strumieniem gazu.

W jednym z korzystnych wariantów realizacji dyszy wtryskowej wedł ug wynalazku wysokość co najmniej jednego występu powyżej płaszczyzny podstawowej wynosi od 2 do 9 mm, a korzystnie od 3 do 5 mm. W innym korzystnym wariancie realizacji dyszy wtryskowej wedł ug wynalazku co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy jest umieszczony powyżej płaszczyzny podstawowej, wyżej niż co najmniej jeden otwór wylotowy gazu, na przykład w taki sposób, że stosunek różnicy wysokości względem płaszczyzny podstawowej pomiędzy co najmniej jednym otworem wylotowym cieczy i co najmniej jednym otworem wylotowym gazu z jednej strony oraz największą odległością na płaszczyźnie podstawowej pomiędzy dwoma najbardziej od siebie oddalonymi otworami wylotowymi cieczy i/lub gazu z drugiej strony, jest zawarty pomię dzy 0,08 i 0,40, a korzystnie pomię dzy 0,12 i 0,20. W jeszcze innym korzystnym wariancie realizacji dyszy wtryskowej według wynalazku co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy i co najmniej jeden otwór wylotowy gazu są ukształtowane w taki sposób, że płaszczyzna wtrysku gazu jest lekko odchylona względem płaszczyzny wtrysku cieczy, przy czym kąt odchylenia wynosi przykładowo od 2° do 20°, a korzystnie około 10°. W kolejnym korzystnym wariancie realizacji dysza wtryskowa według wynalazku posiada otwór wylotowy cieczy po jego obu stronach posiada otwór wylotowy gazu, rozmieszczone w taki sposób, że po obu stronach płaszczyzny wtrysku cieczy w każdym z przypadków gaz pomocniczy wtryskiwany jest w pierwszej lub drugiej płaszczyźnie wtrysku gazu, przy czym obie płaszczyzny wtrysku gazu są zasadniczo równoległe do płaszczyzny wtrysku cieczy i są od niej oddalone. W szczególnie korzystnym przypadku wykonania dyszy wtryskowej według wynalazku odległości pomiędzy otworami wylotowymi gazu i otworem wylotowym cieczy są różne. W następnym korzystnym wariancie realizacji dyszy wtryskowej według wynalazku co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy i co najmniej jeden otwór wylotowy gazu są tak ukształtowane, że kropelki cieczy i gaz pomocniczy wtryskiwane są w postaci wachlarzy, przy czym kąty rozwarcia wachlarzy są zawarte w przedziale od 20° do 90°, a przykładowo wynoszą 60°. W dalszym korzystnym wariancie realizacji dyszy wtryskowej według wynalazku co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy i co najmniej jeden otwór wylotowy gazu są rozmieszczone obok siebie mają kształty podłużne, przy czym ich osie podłużne są równoległe względem siebie.

Ponadto, przedmiotem wynalazku jest maszyna przepływowa, na przykład sprężarka turbiny gazowej, z kanałem przepływowym, na przykład kanałem powietrza wlotowego, posiadającym ścianę

PL 207 613 B1 obudowy, charakteryzująca się, że w ścianie obudowy zamontowana jest co najmniej jedna dysza wtryskowa według wynalazku.

Sposób według wynalazku może być przykładowo zastosowany do wprowadzania do strumienia powietrza zasysanego przez sprężarkę turbiny gazowej kropelek cieczy czyszczącej. W sposobie według wynalazku w przypadku czyszczenia na mokro sprężarki turbiny gazowej, która jest zaopatrzona w kolektor zasysanego powietrza, ciecz czyszcząca jest wtryskiwana w postaci kropelek do tego właśnie kolektora, a transport ich do przewidzianych do czyszczenia części sprężarki turbiny gazowej, w celu realizacji tej operacji czyszczenia, jest zapewniany przez strumień zasysanego powietrza. Kropelki cieczy są wtryskiwane do strumienia zasysanego powietrza. Równocześnie z kropelkami cieczy do strumienia zasysanego powietrza wtryskiwany jest gaz pomocniczy. Prędkość wtrysku gazu pomocniczego jest przy tym większa niż prędkość wtrysku kropelek cieczy, w rezultacie czego wtryśnięty gaz pomocniczy stabilizuje wtryśnięte kropelki cieczy pod względem toru lotu i wielkości, częściowo odgradza je od strumienia gazu i/lub umieszcza je w strumieniu gazu lub je w strumieniu przyspiesza.

Dysza wtryskowa według wynalazku może być, na przykład, stosowana do nasycania kropelkami cieczy czyszczącej strumienia zasysanego powietrza sprężarki turbiny gazowej.

Dalszy wariant realizacyjny maszyny przepływowej według wynalazku, na przykład sprężarki turbiny gazowej, posiadającej korpus, którego ściany tworzą kanał przepływowy, na przykład kanał powietrza zasysanego, cechuje się tym, że na tej właśnie ścianie korpusu montowana jest co najmniej jedna dysza wtryskowa, która obejmuje wlotowy otwór cieczy i co najmniej jeden otwór wylotu cieczy połączony z otworem wlotowym cieczy. Dysza wtryskowa zawiera ponadto otwór wlotowy gazu i co najmniej jeden otwór wylotu gazu połączony z otworem wlotowym gazu.

Dzięki wynalazkowi uzyskiwana jest możliwość lepszego sterowania przestrzennym rozkładem kropelek cieczy w każdym kierunku, wzdłuż i wszerz, przekroju kanału, przez który przepływa gaz, jak również rozkładem wielkości kropelek cieczy. Zgodnie z ideą leżącą u podstaw wynalazku gaz pomocniczy wywiera wpływ na stabilizację wtryskiwanych kropelek cieczy, jak również oddziaływuje na osłanianie tych kropelek, ich transport i przyspieszanie. W porównaniu z aktualnym stanem techniki wynalazek przynosi w szczególności następujące korzyści:

• Kropelki cieczy są w mniejszym zakresie, i zawsze z opóź nieniem czasowym, odchylane przez przepływający strumień gazu.

• Kropelki cieczy docierają bardziej skutecznie do warstwy granicznej strumienia wzdłuż ścian korpusu.

• Kropelki cieczy przemieszczają się wewną trz strumienia gazu po torach lotu, które s ą lepiej kontrolowane (sterowane).

• Kąt rozwarcia języka, w którym odbywa się wyrzucanie kropelek cieczy, jest bardziej stabilny.

Te i inne korzystne efekty sprawiają, że przynajmniej część kropelek cieczy jest wprowadzana do strumienia gazu w sposób bardziej efektywny niż bez gazu pomocniczego. Zgodnie z wynalazkiem osiągany jest stosunkowo szeroki rozkład różnych średnic kropelek (np. odpowiadający rozkładowi Gaussa), w zakresie np. od 50 do 250 pm.

Kropelki cieczy, które mają różne duże średnice, zostają również umieszczone w strumieniu gazu na różniących się odległościach, z czego wynika lepsze nasycenie strumienia gazu kropelkami cieczy.

Przedmiot wynalazku w przykładach realizacji został poniżej szczegółowo objaśniony w odniesieniu do rysunków, na których:

Figury 1-3 przedstawiają schematycznie sposób według wynalazku:

Figura 1 przedstawia schematyczny widok z boku części dwu wariantów realizacyjnych (a) i (b) odpowiadającej wynalazkowi dyszy wtryskowej z obrazem wypływającego z niej ośrodka przy braku przepływu strumienia gazu;

Figura 2 pokazuje, w schematycznym widoku z boku, część zgodnej z wynalazkiem dyszy wtryskowej z wychodzącym z niej ośrodkiem przy istnieniu przepływu strumienia;

Figura 3 przedstawia część zgodnej z wynalazkiem dyszy wtryskowej z wychodzącym z niej ośrodkiem, w schematycznym widoku z przodu, tzn. w widoku na płaszczyznę wtrysku;

Figury 4-6 przedstawiają preferowany wariant realizacyjny dyszy wtryskowej według wynalazku:

Figura 4 pokazuje w widoku perspektywicznym wariant realizacyjny dyszy wtryskowej według wynalazku;

Figura 5 przedstawia dyszę wtryskową z fig. 4 w widoku z góry; natomiast

PL 207 613 B1

Figura 6 pokazuje dyszę wtryskową z fig. 4 i fig. 5 w przekroju podłużnym wzdłuż linii VI-VI na fig. 5;

Figura 7 przedstawia różne warianty realizacyjne dyszy wtryskowej według wynalazku, pokazane w schematycznych widokach z góry, zaś

Figura 8 pokazuje w końcu sprężarkę turbiny gazowej według wynalazku w schematycznym przekroju podłużnym przez partię wlotową.

Na fig. 1(a) przedstawiona jest schematycznie, w widoku z boku, górna część pierwszego wariantu realizacyjnego dyszy wtryskowej według wynalazku. W tej prezentacji, z czysto dydaktycznych względów, przyjęte zostało założenie, że nie istnieje żaden przepływ strumienia gazu. Z otworu wylotu cieczy 22 wtryskowej dyszy 1 wyrzucane są kropelki 5 cieczy, przy czym odbywa się to w taki sposób, że owe kropelki 5 cieczy układają się zasadniczo w płaszczyznę (płaszczyznę y-z), nazywaną płaszczyzną wtrysku 50 cieczy. Można tu mówić o „płaszczyźnie, bowiem zakres przestrzennego rozkładu kropelek cieczy w kierunku x jest o wiele mniejszy niż w kierunku y lub z; fakt ten, z tego co jest pokazane na fig. 1-3, nie jest natychmiast dostrzegalny, bowiem nie jest na nich zaprezentowana wierna relacja stosunków długościowych w kierunku trzech osi określających przestrzeń. Z co najmniej jednego istniejącego w dyszy wtryskowej 1 otworu wylotu gazu - na przykładzie fig. 1 są to dwa otwory wylotu gazu 24.1 i 24.2 - wyrzucany jest gaz pomocniczy 61, 62. Każdy otwór wylotu gazu 24.1 i 24.2 jest tak ukształtowany i tak usytuowany względem otworu wylotu cieczy, że gaz pomocniczy 24.1 i 24.2 występuje zasadniczo w płaszczyźnie wtrysku gazu 60.1 i 60.2. W przedstawionym tu przykładzie płaszczyzna wtrysku gazu 60.1 i 60.2 jest zasadniczo równoległa do płaszczyzny wtrysku 50 cieczy, będąc od niej oddalona. Odstęp między płaszczyzną wtrysku 50 cieczy i płaszczyzną wtrysku gazu 60.1 i 60.2 jest w optymalnym rozwiązaniu wybrany w taki sposób, aby kropelki 5 cieczy i gaz pomocniczy 6.1, 6.2, co najmniej po pokonaniu końcowej trasy lotu weszły z sobą w kontakt w strefie wymieszania 7.

Drugi wariant realizacyjny dyszy wtryskowej 1 według wynalazku, przedstawiony na fig. 1 (b), różni się od wariantu pokazanego na fig 1(a) tym, że pierwszy otwór wylotowy 24.1 gazu jest ukształtowany w taki sposób, że gaz pomocniczy 61 wyrzucany jest z niego w płaszczyźnie 60.1, która względem płaszczyzny wtrysku 50 cieczy jest lekko odchylona. Kąt odchylenia β wynosi przykładowo ok. 2° - 20°, optymalnie ok. 10°. Takie odchylenie może być pożyteczne dla skutecznego nasycenia strumienia gazu, co zostanie wyjaśnione dalej.

Figura 2 pokazuje tę samą dyszę wtryskową 1 w takim samym widoku jak na fig. 1 (a), ale z obecnością przepływu strumienia 8 gazu, który zaznaczony jest schematycznie strzałkami. Przyjęte jest przy tym założenie, że kierunkiem przepływu strumienia 8 gazu jest kierunek ±x. Wyrzucane z dyszy media 5, 61, 6.2 z jednej strony oddziałują na siebie wzajemnie przez zderzenia i/lub tarcie, a z drugiej strony nasycają strumień 8 gazu. Przez wzajemne oddziaływanie na siebie mediów 5, 6.1, 6.2 zostają one 5, 61, 6.2 przyspieszone w obu kierunkach y i z, natomiast przez wzajemne oddziaływanie na siebie mediów 5, 6.1, 6.2 i strumienia 8 gazu media 5, 6.1, 6.2 zostają przyspieszone w kierunku x, czyli odchylone od płaszczyzny wtrysku 50 cieczy lub od płaszczyzny wtrysku 6.1, 6.2 gazu. To odchylenie wystąpiłoby wcześniej i silniej, gdyby kropelki 5 cieczy zostały dostarczone do strumienia 8 gazu tylko same; w tym przypadku kropelki 5 cieczy pokonywałyby znacznie mniejszą odległość (w kierunku z). Gaz pomocniczy według wynalazku, wtryskiwany w tym samym czasie, co kropelki 5 cieczy, przeciwdziała temu niepożądanemu zjawisku z co najmniej trzech względów:

• Po pierwsze gaz pomocniczy 6.1, 6.2 działa stabilizująco i umożliwia pełną kontrolę kropelek cieczy 5 przez możliwość sterowania wielkością kropelek, kątem rozwarcia α języka (porównaj fig. 3) i torem lotu. W przeciwieństwie do tego, co jest zapisane we wspomnianym wcześniej patencie USA Nr 6,267,301 gaz pomocniczy 6 nie zmienia początkowej wielkości kropelek 5 cieczy, w szczególności nie dochodzi do rozpylenia ich na mniejsze cząstki.

• Po drugie gaz pomocniczy 6.1, który jest wyrzucany z położonego przed - zgodnie z kierunkiem przepływu - otworu wylotowego 24.1 gazu, osłania kropelki 5 cieczy od strumienia 8 gazu, co najmniej bezpośrednio po wyrzuceniu z dyszy i na początkowym odcinku toru lotu, przy czym drobiny gazu pomocniczego 61 zderzają się drobinami strumienia 8 gazu i przyspieszają je w kierunku ±z. W ten sposób ułatwiane jest przede wszystkim przenikanie kropelek 5 cieczy przez warstwę graniczną przepływającego strumienia; po przebiciu przez kropelki cieczy warstwy granicznej strumienia odchylanie ich toru lotu przez strumień 8 gazu jest opóźniane i umożliwiane jest głębsza penetracja kropelek 5 cieczy w strumień 8 gazu.

PL 207 613 B1 • Po trzecie gaz pomocniczy 6.1, 62 wywiera wobec kropelek cieczy efekt porywania lub przyspieszania, który sprawia, że kropelki zostają przyspieszone w kierunku ±z. Naturalnym jest przy tym założenie, że prędkość wylotowa gazu pomocniczego 6.1, 6.2 jest większa od prędkości, z jaką z dyszy wylatują kropelki 5 cieczy.

Wszystkie trzy efekty, efekt stabilizujący, efekt osłaniania i efekt przyspieszania, sprawiają, że co najmniej część kropelek 5 cieczy przebywa dalszą drogę w kierunku z niż ta, jaką zostałaby pokonana bez gazu pomocniczego 6.1,6.2, i to bez wpływania na początkową wielkość kropelek.

Na fig. 3 schematycznie przedstawiona jest, w widoku z przodu (tj. w kierunku ±x przepływu strumienia gazu) dysza wtryskowa 1 z fig. 1(a), 1(b) lub fig. 2. Kropelki 5 cieczy i gaz pomocniczy 6.1, 6.2 wtryskiwane są do przepływającego strumienia 8 gazu przede wszystkim w formie języków, przy czym szerokość języka zmienia się w miarę przyrastającego oddalenia od dyszy wtryskowej 1. Kąt rozwarcia α języka wynosi przykładowo ok. 20° - 90°, optymalnie ok. 60°.

Kąty rozwarcia α mogą być różne dla kropelek 5 cieczy, dla gazu pomocniczego 6.1 wtryskiwanego „przed - zgodnie z kierunkiem przepływu - i/lub dla gazu pomocniczego 6.2 wtryskiwanego „za. Występować więc mogą na przykład trzy kąty rozwarcia αθμ ψ α₅ ψ α^, spośród których dwa kąty mogą jednak być takie same αθμ = α&2· Przeprowadzone doświadczenia doprowadziły między innymi do spostrzeżenia, że głębokość penetracji odpowiedniego medium 5, 6.1, 6.2 do wnętrza przepływającego strumienia 8 gazu jest tym mniejsza, im większy jest kąt rozwarcia α. Aby uzyskać skuteczne nasycenie strumienia 8 gazu kropelkami 5 cieczy, w zależności od zastosowania, optymalizacji stosownym sposobem podlegają różne parametry, takie np. jak kąty rozwarcia α5, α6.1, α6.2, prędkości wylotowe i/lub masowe natężenia przepływu (patrz zamieszczona dalej tabela 1).

Figura 4 pokazuje w widoku perspektywicznym preferowany wariant realizacyjny dyszy wtryskowej 1 według wynalazku. Ten sam wariant realizacyjny jest przedstawiony na fig. 5 w widoku z góry i na fig. 6 w przekroju podłużnym. Dysza wtryskowa obejmuje głowicę 2 dyszy, korpus 3 dyszy, jak również króciec 41 dołączenia cieczy i króciec 43 dołączenia gazu. Części składowe dyszy są przykładowo wykonane z metalu, w optymalnym wariancie ze stali nierdzewnej.

Głowica dyszy 1 zawiera wkładkę 21 kanału cieczy i dwie wkładki 23.1.23.2 kanałów gazu, które z zasady umieszczone są w płaszczyźnie środkowej cylindrycznej dyszy wtryskowej 1. W preferowanym wariancie dysza wtryskowa 1 jest zabudowana tak, że czołowa powierzchnia 20 głowicy 2 dyszy opiera się na wewnętrznej ściance kanału, jaki ogranicza strumień 8 gazu przeznaczony do nasycenia.

Wkładka 21 kanału cieczy kończy się szczelinowym otworem wylotowym 22 cieczy o długości ok. 1,4 mm i szerokości ok. 0,4 mm. Otwór wylotowy 22 cieczy leży zasadniczo centralnie na podłużnej osi 10 dyszy wtryskowej, przy czym w tu omawianym przykładzie realizacji wynalazku może być odsunięty od podłużnej osi 10 o małą w stosunku do średnicy odległość ok. 1,5 mm

W strefie wyrzutu cieczy, w pobliżu otworu wylotowego 22 cieczy, następuje spadek ciśnienia i w następstwie tego efekt zasysania. W jego następstwie w strumieniu 8 gazu wywołane zostają zawirowania, które mogą zdeformować lub zdestabilizować płaski „wachlarz cieczy, zmieniając rozkład wielkości kropelek 5 cieczy. Aby uniknąć tego efektu, lub co najmniej go zmniejszyć, wkładka kanału cieczy 21 wchodzi w głąb strumienia 8 gazu, wystając z powierzchni podstawowej 20, przykładowo na ok. 2 do 9 mm, optymalnie na ok. 3 do 5 mm. Taki występ wkładki 21 kanału cieczy stabilizuje i kontroluje kąt rozwarcia α jak również rozkład wielkości i trajektorie (tory lotu) kropelek cieczy.

Dla skutecznego uniknięcia tworzenia się wirów otwór wylotowy 22 cieczy powinien znajdować się ponad powierzchnią podstawową 20, wyżej niż otwory wylotowe 24.1. 24.2 gazu. Szczególnie korzystne jest gdy stosunek różnicy wysokości względem płaszczyzny podstawowej 20, między otworem wylotowym 22 cieczy i każdym z otworów wylotowych 24.1,24.2 gazu z jednej strony, a największą odległością na płaszczyźnie podstawowej między dwoma najbardziej od siebie oddalonymi otworami wylotowymi 24.1,24.2 (cieczy lub gazu) z drugiej strony, wynosi od 0,08 do 0,40, optymalnie od 0,12 do 0,20.

Wkładki 23.1,23.2 kanałów gazu zakończone są szczelinowym otworem wylotowym 24.1,24.2 gazu o długości ok. 2,1 mm i szerokości ok. 1,3 mm. Umieszczony „przed -zgodnie z kierunkiem przepływu - otwór wylotowy 24.1 gazu leży w odległości ok. 15 mm od otworu wylotowego 22 cieczy. Związana z nim wkładka 23.1 kanału gazu w optymalnym wariancie jest względem podłużnej osi dyszy lekko odchylona w taki sposób, że wyrzucany gaz pomocniczy 61, jest kierowany lekko naprzeciw przepływającemu strumieniowi 8 gazu (tzn. jego prędkość ma składową w kierunku -χ), podczas gdy podłużna oś dyszy 10 ustawiona jest prostopadle do przepływającego strumienia 8 gazu (tzn. skieroPL 207 613 B1 wana jest w kierunku z). Odpowiada to w zasadzie wariantowi realizacyjnemu przedstawionemu schematycznie na fig. 1(b). Kąt odchylenia β wynosi przykładowo ok. 2° - 20°, optymalnie ok. 10°. Zapewnia to, że gaz pomocniczy 61, jaki jest wyrzucany z położonego „przed - zgodnie z kierunkiem przepływu - otworu wylotowego 23.1 gazu osłania kropelki 5 cieczy od przepływającego strumienia 8 gazu jeszcze skuteczniej, umożliwiając możliwie głęboką penetrację kropelek 5 cieczy w strumień 8 gazu.

Położony „za - zgodnie z kierunkiem przepływu - otwór wylotowy 24.2 gazu leży w odległości ok. 10 mm od otworu wylotowego 22 cieczy. Odległość ta jest więc optymalnie mniejsza niż odległość między położonym „przed - zgodnie z kierunkiem przepływu -otworem wylotowym 24.1 gazu oraz otworem wylotowym 22 cieczy. Oprócz tego przynależna wkładka 23.2 kanału gazu umieszczona „za - zgodnie z kierunkiem przepływu - w optymalnym rozwiązaniu jest równoległa do podłużnej osi dyszy 10. Dysza wtryskowa 1 jest więc niesymetryczna względem odległości i kierunku wkładek kanałów 23.1, 23.2 gazu. Głównym zadaniem gazu pomocniczego 62, jaki jest wtryskiwany z otworu wylotowego 24.2 gazu umieszczonego „za - zgodnie z kierunkiem przepływu - jest wywieranie względem kropelek 5 cieczy efektu porywania i stabilizacji, co z kolei niesie ze sobą możliwie głęboką penetrację kropelek 5 cieczy w głąb strumienia 8 gazu. Wkładki 23.1, 23.2 kanałów gazu leżą zasadniczo w płaszczyźnie podstawowej 20 głowicy 2 dyszy.

Szczelinowe otwory wylotowe 22, 24.1,24.2 cieczy lub gazu są tak rozmieszczone, że ich osie podłużne są wzajemnie równoległe i że są one położone prostopadle do strumienia 8 gazu (tzn. są równoległe do kierunku z). Są one ukształtowane w taki sposób, że języki cieczy lub gazu mają kąt rozwarcia zawarty między ok. 20° i 90°, optymalnie ok. 60°.

Głowica 2 dyszy jest umocowana za pomocą dwóch śrub mocujących 25.1,25.2, które wkręcane są w odpowiednie występy lub kołnierze 26, 36 na korpusie 3 dyszy.

Korpus 3 dyszy zawiera kanał doprowadzania cieczy 31, za pomocą którego ciecz 5 jest doprowadzana do wkładki 21 kanału cieczy, oraz kanał 33 doprowadzania gazu, za pomocą którego gaz pomocniczy 6 zostaje doprowadzony do obu wkładek 23.1,23.2 kanałów gazu.

W korpus 3 dyszy wkręcone są króciec 41 podłączenia cieczy i króciec 43 podłączenia gazu, zawierające otwór wlotowy 42 cieczy lub otwór wlotowy 44 gazu.

Jak pokazuje przykład realizacyjny na fig. 6 przy konstruowaniu dyszy wtryskowej 1 w szczególności musi być uwzględniany aspekt bezpieczeństwa. Gdyby jakiekolwiek elementy dyszy wtryskowej uwolniły się podczas pracy urządzenia i uniesione strumieniem 8 powietrza wpadły do sprężarki, prowadziłoby to do fatalnych szkód w sprężarce i turbinie. Aby temu przeszkodzić zagrożone elementy, takie jak wkładka 21 kanału cieczy albo wkładki 23.1, 23.2 kanałów gazu, zaopatrzone są w zwężające się ku górze lub mające formę kryz zgrubienia. Prócz tego uwaga jest zwracana na to, aby części dyszy, takie jak wkładki 21, 23.1, 23.2 wystawały możliwie mało nad płaszczyznę podstawową 20, tzn. aby możliwie mało były zanurzone w strumieniu 8 powietrza. Występy na dyszy mogą bowiem wywoływać w strumieniu 8 gazu niepożądane zaburzenia przepływu; nie są też rzadkie przypadki, że występy takie bywają używane przez personel obsługowy jako pomocnicze uchwyty do wspinania się, przez co mogą być uszkadzane.

Dysza wtryskowa 1, jaka jest pokazana na fig. 4-6, jest przeznaczona do pracy z wodą jako cieczą 5 i powietrzem jako gazem pomocniczym 6.1, 6.2. Aby dokonać nasycenia strumienia 8 powietrza, mającego w miejscu dokonywania wtrysku przykładowo prędkość 30-80 m/s i masowe natężenie przepływu 500 m³/s dobrane są, jako przykład, parametry pracy podane w poniższej tabeli 1.

T a b e l a 1

Parametr	Ciecz 5	Gaz pomocniczy 6.1, 6.2
Ciśnienie (Pa)	4·10⁵	4·10⁵
Powierzchnia otworu wylotowego (m²)	4,4·10^-7	2x2,1 ·10^-6
Prędkość wylotowa (m/s)	28	317
Masowe natężenie przepływu (m³/s)	1,3·10^-5	2x1,7· 10^-3

PL 207 613 B1

Jak już wspomniane było wyżej, w dążeniu do osiągnięcia skutecznego zwilżania i czyszczenia łopatek sprężarek, wymienione parametry pracy, jak i inne, np. kąt rozwarcia α języka, mogą być zmieniane lub optymalizowane.

Podczas eksperymentu przeprowadzanego bez przepływu strumienia gazu, przy użyciu dyszy wtryskowej przedstawionej na fig. 4-6 i z zastosowaniem podanych w tabeli 1 parametrów cieczy i gazu pomocniczego, dokonano pomiaru średnic kropelek cieczy w odległości 200 mm od płaszczyzny podstawowej 20 dyszy, uzyskując wyniki zawarte w przedziale od ok. 50 do 250 μm. W tych samych warunkach, ale bez gazu pomocniczego, i średnice były zawarte również w przedziale od ok. 50 do 250 μm. Rezultat ten wskazuje, że rozkład średnic kropelek cieczy wody przez gaz pomocniczy zmieniany nie jest.

W innym eksperymencie odpowiadająca fig. 4-6 dysza wtryskowa została ustawiona poziomo, przy czym podłużna oś 10 dyszy znajdowała się na wysokości 1200 mm ponad podłożem. Zarówno ciecz, jak i gaz pomocniczy (gdy był użyty) wtryskiwane były pod ciśnieniem 4·10⁵ Pa. Bez gazu pomocniczego uderzenia kropelek o podłoże obserwowane było w odległościach od 800 do 2000 mm od dyszy, podczas gdy odległości wyrzutu z użyciem gazu pomocniczego wynosiły od 800 do 4500 mm. Przy zastosowaniu gazu pomocniczego kropelki cieczy były więc transportowane znacznie dalej niż bez gazu.

Jest rzeczą zrozumiałą samą przez się, że wynalazek nie jest ograniczony tylko do tych wariantów realizacyjnych, jakie zostały omówione wyżej i przedstawione na ilustracjach. Specjalista, dysponujący znajomością wynalazku, będzie w stanie zaprojektować inne jeszcze formy realizacji. Tak więc np. pokazany na fig. 4-6 szczelinowy otwór wylotowy 22 cieczy może zostać zastąpiony przez pewną liczbę otworów wylotowych cieczy o przekroju okrągłym i małej średnicy, rozmieszczonych na prostej równoległej do kierunku y. Całość kropelek cieczy wypływających z tych wylotowych otworów cieczy definiuje też płaszczyznę wtrysku cieczy. To samo odnosi się do otworów wylotowych 24.1,24.2 gazu. Odchylenie umieszczonej „przed - zgodnie z kierunkiem przepływu - wkładki 23.1 kanału gazu względem podłużnej osi dyszy, jak również asymetryczne położenie otworów wlotowych, 24.2 gazu względem otworu wylotowego 22 cieczy jest całkowicie dowolne, co ma swoje zalety.

Płaszczyzna wtrysku 50 cieczy nie musi zresztą wcale być prostopadła do strumienia 8 przepływającego gazu. Możliwe są tu dowolne kąty względem strumienia 8 gazu, przy czym za optymalne uważa się te, które są zawarte w zakresie od 15° do 165°. Mogą być one uzyskiwane przykładowo przez zamocowanie dyszy według wynalazku na przegubie kulowym, analogicznie do sposobu mocowania dyszy, opisanego we wspomnianym już wcześniej patencie USA Nr 5,193,976.

Dla zilustrowania bogactwa wariantów realizacyjnych wynalazku na fig. 7 przedstawione są w schematycznym widoku z góry cztery postaci dysz wtryskowych według wynalazku. Głowica dyszy, analogicznie do fig. 5, przedstawiona jest jako płytka kołowa, ale w jasny sposób może mieć także i inne kształty. Schematycznie zaznaczony jest też strumień 8 gazu, jaki przy pomocy dyszy ma być nasycony. Celem fig. 7 jest wyjaśnienie, że możliwe są najróżniejsze rozwiązania otworów wylotowych 22, 22.1,22.2 cieczy oraz otworów wylotowych 24, 24.1-24.6 gazu. Wariant realizacyjny pokazany na fig. 7(a) zawiera centralny otwór wylotowy 22 cieczy oraz po jednym, umieszczonym odpowiednio „przed i „za - zgodnie z kierunkiem przepływu - otworze wylotowym 24.1 lub 24.2 gazu. Otwory wylotowe 22, 24.1 i 24.2 umieszczone są obok siebie w kierunku przepływu strumienia a każdy z nich ma kształt szczelinowy; osie podłużne otworów są do siebie równoległe a względem kierunku przepływu strumienia prostopadłe - rozmieszczenie ich przypomina rzymską cyfrę III. Ten wariant realizacyjny przypomina więc w zasadzie układ, jaki pokazano na fig. 5. W postaci realizacyjnej pokazanej na fig. 7(b) szczelinowy otwór wylotowy 22 cieczy ulokowany jest pomiędzy dwoma szczelinowymi otworami wylotowymi 24.1,24.2 gazu, ale oś podłużna obu tych otworów jest równoległa do kierunku przepływu strumienia a prostopadła do osi podłużnych otworów wylotowych 24.1, 24.2 gazu; w tym przypadku układ przypomina wielką literę. W wariancie realizacyjnym na fig. 7(c) położony centralnie otwór wylotowy 22 cieczy, w formie tarczy kołowej, otoczony jest koncentrycznie otworami wylotowymi gazu, które z kolei mają postać pierścieni kołowych 24. Na fig. 7(d) przedstawiono wariant realizacyjny z dwoma otworami wylotowymi 22.1,22.2 cieczy i trzema rozmieszczonymi po obu stronach otworami wylotowymi 24.1-24.6 gazu. Specjalista, dysponujący znajomością wynalazku, będzie w stanie zaprojektować inne jeszcze układy otworów wylotowych cieczy i otworów wylotowych gazu, jakie mogą optymalnie pasować do określonego zastosowania.

Na fig. 8 jest wreszcie pokazana, w schematycznym przekroju podłużnym przez partię wlotową, sprężarka 9 turbiny gazowej. Partia wlotowa zawiera kanał 91 powietrza wlotowego, posiadający ściaPL 207 613 B1 nę obudowy 92. W dalszej części pokazany jest fragment zestawu przeznaczonych do oczyszczenia łopatek 93 sprężarki. W ścianie 92 obudowy zamontowana jest co najmniej jedna dysza wtryskowa 1.1-1.4. Dysza wtryskowa zawiera otwór wlotowy 42 cieczy oraz co najmniej jeden, połączony z otworem wlotowym 42 cieczy otwór wylotowy 22 cieczy i ponadto otwór wlotowy 44 gazu oraz co najmniej jeden otwór wylotowy 24.1,24.2 gazu, połączony z otworem wlotowym 44 gazu.

Przedstawiony na fig. 8 wariant realizacyjny jest najprostszym przykładem schematycznym. Dysz wtryskowych przewidzianych może być więcej i na ścianie 92 obudowy mogą być one rozmieszczone w różnych miejscach, w szczególności także wokół przekroju kanału wlotowego. Wynalazek nie jest ograniczony tylko do sprężarek turbin gazowych; może być też w kanałach przepływowych innych maszyn przepływowych.

Claims

1. Sposób nasycania strumienia gazu płynącego w danym kierunku kropelkami cieczy, w którym kropelki cieczy wtryskuje się do strumienia gazu, oraz w którym równocześnie z kropelkami cieczy do strumienia gazu wtryskuje się gaz pomocniczy, znamienny tym, że prędkość wtrysku gazu pomocniczego (6.1, 6.2) jest większa niż prędkość wtrysku kropelek (5) cieczy, tak, że wtryśnięty gaz (6.1,6.2) stabilizuje wtryśnięte kropelki (5) cieczy pod względem toru lotu i wielkości, częściowo osłania je przed strumieniem (8) gazu i/lub staje się częścią strumienia (8) gazu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość wtrysku gazu pomocniczego (6.1, 6.2) jest co najmniej dwukrotnie wyższa niż prędkość wtrysku kropelek (5) cieczy.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość wtrysku gazu pomocniczego (6.1, 6.2) jest pięć razy większa niż prędkość wtrysku kropelek (5) cieczy.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość wtrysku gazu pomocniczego (6.1, 6.2) jest dziesięć razy większa niż prędkość wtrysku kropelek (5) cieczy.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kropelki (5) cieczy wtryskuje się do strumienia (8) gazu zasadniczo w płaszczyźnie (50) wtrysku cieczy, a równocześnie z kropelkami (5) cieczy do strumienia (8) gazu wtryskuje się gaz pomocniczy (6.1, 6.2), przy czym gaz pomocniczy (6.1, 6.2) wtryskuje się do strumienia (8) gazu zasadniczo w płaszczyźnie (60.1,60.2) wtrysku gazu.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że płaszczyzna (50) wtrysku cieczy jest zasadniczo prostopadła do kierunku (x) przepływu strumienia (8) gazu.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że płaszczyzna (60.2) wtrysku gazu jest zasadniczo równoległa do płaszczyzny (50) wtrysku cieczy i jest od niej oddalona.

8. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że płaszczyzna (60.1) wtrysku gazu jest lekko odchylona względem płaszczyzny (50) wtrysku cieczy w taki sposób, że składowa prędkości w kierunku (x) przepływu strumienia (8) gazu jest mniejsza w przypadku gazu pomocniczego (6.1) niż w przypadku kropelek (5) cieczy, a kąt odchylenia (β) wynosi od około 2° do 20°, korzystnie około 10°.

9. Sposób według jednego z zastrz. od 5 do 8, znamienny tym, że po obu stronach płaszczyzny (50) wtrysku cieczy do strumienia (8) gazu wtryskuje się gaz pomocniczy (6.1,6.2) w pierwszej lub drugiej płaszczyźnie (60.1, 60.2) wtrysku gazu, przy czym pierwsza i druga płaszczyzna (60.1, 60.2) wtrysku gazu są zasadniczo równoległe do płaszczyzny (50) wtrysku cieczy i są od niej oddalone.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że odstęp pomiędzy płaszczyzną (60.1) wtrysku gazu położoną powyżej względem kierunku przepływu i płaszczyzną (50) wtrysku cieczy dobiera się tak, aby był większy niż odstęp pomiędzy płaszczyzną (60.2) wtrysku gazu położoną poniżej względem kierunku przepływu i płaszczyzną (50) wtrysku cieczy.

11. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 10, znamienny tym, że kropelki (5) cieczy i gaz pomocniczy (6.1, 6.2) wtryskuje się do strumienia (8) gazu w postaci wachlarzy, przy czym kąty rozwarcia (α) wachlarzy korzystnie zawarte są w przedziale od 20° do 90°, przykładowo wynosząc 60°.

12. Sposób według jednego z zastrz. od 1 do 11, znamienny tym, że kropelki (5) cieczy i gaz pomocniczy (6.1,6.2) wyrzucane są ze szczelinowych, rozmieszczonych obok siebie otworów wylotowych (22, 24.1,24.2), których osie podłużne korzystnie są do siebie równoległe.

13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumieniem (8) gazu jest powietrze wlotowe, które przepływa przez komorę powietrza wlotowego sprężarki turbiny gazowej, zaś kropelkami cieczy są kropelki cieczy czyszczącej wtryskiwane do komory powietrza wlotowego, a następnie kropelki (5)

PL 207 613 B1 cieczy są transportowane w strumieniu (8) powietrza wlotowego do części sprężarki turbiny gazowej przeznaczonych do wyczyszczenia.

14. Dysza wtryskowa do realizacji sposobu nasycania kropelkami cieczy strumienia gazu płynącego w danym kierunku, określonego w jednym z zastrz. od 1 do 13, posiadająca płaszczyznę podstawową ograniczającą dyszę wtryskową w kierunku przepływu strumienia gazu, otwór wlotowy cieczy i otwór wlotowy gazu, co najmniej jeden otwór wylotowy cieczy połączony z otworem wlotowym cieczy, przy czym otwór wylotowy cieczy jest umieszczony na co najmniej jednym występie wystającym z płaszczyzny podstawowej w stronę strumienia gazu, oraz co najmniej jedną wkładkę do kanału gazowego, zakończoną otworem wylotowym gazu, przy czym co najmniej jeden otwór wylotowy gazu jest połączony z otworem wlotowym gazu, znamienna tym, że co najmniej jeden otwór wylotowy (22) cieczy jest ukształtowany w taki sposób, że ciecz (5) wprowadzona do otworu wlotowego (42) cieczy wydostaje się z dyszy (1) w postaci kropelek rozproszonych zasadniczo w płaszczyźnie (50) wtrysku cieczy, przy czym płaszczyzna (50) wtrysku cieczy jest zasadniczo prostopadła do kierunku (x) przepływu strumienia (8) gazu, a co najmniej jeden otwór wylotowy (24.1, 24.2) gazu jest ukształtowany i umieszczony w taki sposób względem co najmniej jednego otworu wylotowego (22) cieczy, że gaz pomocniczy (6.1, 6.2) wprowadzany do otworu wlotowego (44) gazu opuszcza go zasadniczo w co najmniej jednej płaszczyźnie (60.1, 60.2) wtrysku gazu, zaś co najmniej jedna wkładka (23.1,23.2) do kanału gazowego jest odchylona względem osi wzdłużnej dyszy wtryskowej o kąt odchylenia (α) tak, że gdy otwór wylotowy (24.1) gazu jest umieszczony w strumieniu gazu powyżej względem co najmniej jednego otworu wylotowego (22) cieczy, otwór wylotowy (24.1) gazu kieruje wtryskiwany gaz pomocniczy pod prąd do strumienia (8) gazu, przez co gaz pomocniczy osłania wtryskiwane kropelki cieczy przed strumieniem gazu.

15. Dysza wtryskowa według zastrz. 14, znamienna tym, że wysokość co najmniej jednego występu powyżej płaszczyzny podstawowej (20) wynosi od 2 do 9 mm, a korzystnie od 3 do 5 mm.

16. Dysza wtryskowa według zastrz. 14 albo 15, znamienna tym, że co najmniej jeden otwór wylotowy (22) cieczy jest umieszczony powyżej płaszczyzny podstawowej (20), wyżej niż co najmniej jeden otwór wylotowy (24,1, 24.2) gazu, na przykład w taki sposób, że stosunek różnicy wysokości względem płaszczyzny podstawowej (20) pomiędzy co najmniej jednym otworem wylotowym (22) cieczy i co najmniej jednym otworem wylotowym gazu (24.1, 24.2) z jednej strony oraz największą odległością na płaszczyźnie podstawowej (20) pomiędzy dwoma najbardziej od siebie oddalonymi otworami wylotowymi (22, 24.1, 24.2) cieczy i/lub gazu z drugiej strony, jest zawarty pomiędzy 0,08 i 0,40, a korzystnie pomiędzy 0,12 i 0,20.

17. Dysza wtryskowa według jednego z zastrz. od 14 do 16, znamienna tym, że co najmniej jeden otwór wylotowy (22) cieczy i co najmniej jeden otwór wylotowy (24.2) gazu są ukształtowane w taki sposób, że płaszczyzna (60.1) wtrysku gazu jest lekko odchylona względem płaszczyzny (50) wtrysku cieczy, przy czym kąt odchylenia (β) wynosi przykładowo od 2° do 20°, a korzystnie około 10°.

18. Dysza wtryskowa według jednego z zastrz. od 14 do 17, znamienna tym, że posiada otwór wylotowy (22) cieczy po jego obu stronach posiada otwór wylotowy (24.1, 24.2) gazu, rozmieszczone w taki sposób, że po obu stronach płaszczyzny (50) wtrysku cieczy w każdym z przypadków gaz pomocniczy (6.1, 6.2) wtryskiwany jest w pierwszej lub drugiej płaszczyźnie (60.1, 60.2) wtrysku gazu, przy czym obie płaszczyzny (60.1, 60.2) wtrysku gazu są zasadniczo równoległe do płaszczyzny (50) wtrysku cieczy i są od niej oddalone.

19. Dysza wtryskowa według zastrz. 18, znamienna tym, że odległości pomiędzy otworami wylotowymi (24.1,24.2) gazu i otworem wylotowym (22) cieczy są różne.

20. Dysza wtryskowa według jednego z zastrz. od 14 do 19, znamienna tym, że co najmniej jeden otwór wylotowy (22) cieczy i co najmniej jeden otwór wylotowy (24.1,24.2) gazu są tak ukształtowane, że kropelki (5) cieczy i gaz pomocniczy (6.1, 6.2) wtryskiwane są w postaci wachlarzy, przy czym kąty rozwarcia (α) wachlarzy są zawarte w przedziale od 20° do 90°, a przykładowo wynoszą 60°.

21. Dysza wtryskowa według jednego z zastrz. od 14 do 20, znamienna tym, że co najmniej jeden otwór wylotowy (22) cieczy i co najmniej jeden otwór wylotowy gazu (24.1.24.2) są rozmieszczone obok siebie mają kształty podłużne, przy czym ich osie podłużne są równoległe względem siebie.

22. Maszyna przepływowa, na przykład sprężarka turbiny gazowej (9), z kanałem przepływowym, na przykład kanałem (91) powietrza wlotowego, posiadającym ścianę obudowy (92), znamienna tym, że w ścianie obudowy (92) zamontowana jest co najmniej jedna dysza wtryskowa (1) określona w jednym z zastrz. od 14 do 21.