PT1903188E - Turbina de gás - Google Patents

Description

ΕΡ 1 903 188/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Turbina de gás"

CAMPO O presente invento refere-se em geral ao campo das turbinas de gás. Em particular, o presente invento refere-se a um sistema tal como definido na reivindicação 1.

ANTECEDENTES A geração de potência requer que as turbinas de gás consumam grandes quantidades de ar. As turbinas de gás estão fortemente dependentes das condições do ar ambiente para o seu desempenho. As condições do ar ambiente tais como a temperatura, pressão e teor de água produzem impacto na capacidade do compressor da turbina de gás em comprimir o ar e, deste modo, afectam o seu desempenho. Por outras palavras, a potência da turbina de gás é uma função do escoamento de massa total disponível para compressão, em combinação com combustível e expansão para accionar uma secção de turbina. O escoamento de massa é directamente proporcional à saída de potência do motor. As turbinas de gás são máquinas de volume constante (isto é, as mesmas operam de acordo com geometrias fixas) , e assim, a densidade do ar é um parâmetro que desempenha um papel importante na capacidade de uma turbina de gás gerar potência. A temperatura do ar e a densidade do ar estão em correlação directa uma com a outra. Dado que a temperatura do ar aumenta a densidade do ar diminui, resultando deste modo numa diminuição do potencial global para escoamento de massa. À medida que o escoamento de massa diminui, a saída da turbina de gás também diminui. Outros parâmetros chave que têm um impacto forte no desempenho da turbina de gás incluem a relação de pressão e a eficiência de compressão. O escoamento de massa pode ser gerido ao manipular o teor de vapor de água na entrada de ar da turbina de gás. Assim, o ar pode ser saturado com vapor de água para devolver o escoamento de massa global ao nível máximo da concepção da turbina. A saturação pode resultar ao simplesmente saturar o 2 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ ar que envolve a turbina de gás. Em alternativa, uma abordagem mais agressiva para aumentar o escoamento de massa global consiste em injectar água dentro do compressor ou combustor da turbina para sobressaturar o ar. A sobressaturação permite que o calor de fusão pressurize mais o fluido de trabalho e aumente a saida da turbina para um nivel acima dos niveis de saida de ar saturado.

Contudo, a saturação adequada do ar pode ser problemática devido à gama de temperaturas encontradas pela turbina de gás por toda a parte de um dado período de tempo (isto é, a temperatura muda ao longo de um período de 24 horas ou ao longo de um período de tempo anual). Em resultado destas variações de temperatura, o requisito de água para a saturação irá variar em conformidade. Para uma dada situação de condições climáticas e de carga de motor, é necessária uma quantidade correspondente de água para alcançar a saturação ou sobressaturação. Assim, utiliza-se equipamento de bombagem e detecção de humidade no proporcionar da quantidade própria de água para o nível apropriado de saturação ou sobressaturação. Utilizar demasiada água resulta numa "sobrepulverização", onde o ar pode não absorver/reter a água em excesso. A água em excesso pode prejudicar as operações ao corroer e/ou ao inundar a conduta de ar da turbina de gás. Pelo contrário, demasiado pouca água não irá saturar o ar e o efeito de aumento de escoamento de massa total não será conseguido.

Uma outra questão é o aumento da sujidade ou das partículas estranhas na turbina, em particular no compressor, as quais podem afectar a eficiência da turbina de gás e, por conseguinte, a sua saída de potência. As máquinas, tais como as turbinas de gás, consomem grandes quantidades de ar. O ar contém partículas estranhas na forma de aerossóis e pequenas partículas, as quais entram tipicamente no compressor e aderem aos componentes no percurso do gás do compressor. A sujidade do compressor muda as propriedades da corrente de ar de camada limite dos componentes do percurso de gás porque os depósitos aumentam a rugosidade superficial do componente. À medida que o ar se escoa sobre o componente, o aumento da rugosidade superficial resulta num engrossar da corrente de ar de camada limite. O engrossar da corrente de ar de camada 3 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ limite afecta negativamente a aerodinâmica do compressor. No bordo de fuga da pá, a corrente de ar forma um rasto. O rasto é uma turbulência tipo vórtice que tem um impacto negativo sobre o escoamento de ar. Quanto mais grossa for a camada limite mais forte a turbulência do rasto. A turbulência do rasto em conjunto com a camada limite mais grossa tem a consequência de reduzir o escoamento de massa através do motor. A camada limite grossa e a turbulência de rasto forte resultam num ganho de pressão de compressão reduzido, o qual por sua vez, resulta no motor operar a uma relação de pressão reduzida. Uma relação de pressão reduzida resulta numa eficiência mais baixa do motor. Mais ainda, a sujidade do compressor reduz a eficiência isentrópica e politrópica do compressor. Uma eficiência de compressor reduzida significa que o compressor precisa de mais potência para comprimir a mesma quantidade de ar. Em resultado disso, a potência necessária para accionar o compressor aumenta e resulta em menos potência excedente que esteja disponível para accionar a carga. A lavagem da turbina de gás contraria a sujidade e pode ser conduzida quer com o motor desligado ou durante a sua operação. Na última situação, o veio de motor pode ser levado a rodar utilizando o seu motor de arranque enquanto a água de lavagem é injectada dentro do compressor. A sujidade é libertada pela actuação dos químicos e do movimento mecânico durante a acção de colocar a rodar. A água e o material de sujidade que se libertam são transportados para a extremidade de escape do motor pelo escoamento de ar. Este procedimento é chamado de lavagem por "acção de colocar a rodar" ou lavagem "fora de linha". Uma alternativa à lavagem fora de linha é a lavagem "em linha" onde o motor é lavado enquanto está em operação. A lavagem "em linha" ou "disparada" ocorre enquanto o motor está a disparar combustível. A água de lavagem é injectada dentro do compressor enquanto o rotor está a girar a velocidade elevada. Devido às elevadas velocidades do rotor e tempo de retenção curto para a água, esta lavagem não é tão eficiente como a lavagem por acção de colocar a rodar, mas permite a lavagem durante a operação.

Tipicamente, as tentativas para aumentar a potência da turbina de gás utilizaram instrumentação extensiva por toda a 4 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ totalidade da turbina para medir temperaturas, deslocação, pressões e níveis de carga da máquina. Contudo, o aumento de potência que assenta em tal instrumentação extensiva é problemático devido à sua despesa, complicação de utilização, e aumento no potencial e na probabilidade para a ocorrência de erros de operação que resultam das inconsistências ou falhas da instrumentação. Deseja-se eliminar uma tal segurança na instrumentação complexa e extensiva para aumentar a potência de uma turbina de gás. O documento JP-A-2000274206 revela um rotor de compressor formado ao colocar uma pá de rotor de compressor num veio de rotor, o qual é formado ao ligar um veio de encaixe de compressor e um disco de compressor com um parafuso de empilhamento de compressor, através de uma cauda de transferência. Uma parte inferior de um invólucro de compressor está provida de um dreno para drenar a água de lavagem depois da lavagem e uma válvula para abrir e fechar o dreno. É medida a concentração de iões de hidrogénio da drenagem armazenada num mecanismo de captação de amostra, e o controlo do mecanismo de medição de pH que inclui a gravação, a exibição dos dados de medição, a abertura e o fecho da válvula, a recolha de amostra e a gravação do liquido de lavagem de injecção são realizados por um computador ligado a um dispositivo de controlo através de uma linha de sinal. São gravados os dados de medição e os dados do tempo de duração do ambiente de corrosão são acumulados num dispositivo de gravação.

SUMÁRIO 0 presente invento descreve um sistema para proteger uma conduta de admissão de uma turbina de gás da corrosão devido ao humedecimento da conduta de admissão por pulverização de aumento de potência de acordo com a reivindicação independente.

Um sistema exemplificativo para aumentar a saída de potência a partir de uma turbina de gás compreende: 5 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ (a) uma unidade de bombagem, com ou sem controlo de frequência variável, com uma configuração preferida de uma bomba de deslocamento positivo; (b) uma unidade de controlo ligada à unidade de bombagem, a qual irá pré-encher arranjos de injecção para evitar uma subida repentina de potência no arranque, regulando a unidade de controlo a operação da unidade de bombagem de acordo com uma predeterminada análise computacional da dinâmica dos fluidos e representação de ciclo combinada com base em pelo menos um parâmetro definido para formar um modelo de controlo; (c) uma unidade de lavagem ligada à unidade de bombagem, compreendendo a unidade de lavagem pelo menos um bico e pelo menos uma válvula para controlar um caudal de água alimentado para o pelo menos um bico; (d) pelo menos uma unidade de injecção de água que se liga à unidade de bombagem, compreendendo a pelo menos uma unidade de injecção de água pelo menos um bico e pelo menos uma válvula para controlar um caudal de água alimentado para o pelo menos um bico; e (e) uma unidade de monitorização de condições climáticas ligada à unidade de controlo, em que a unidade de condições climáticas indica pelo menos um dos pelo menos uns parâmetros definidos; (f) um arranjo que compreende pelo menos um bico totalmente cativado e estrutura de suporte de bico; (g) um tratamento de conduta de admissão projectado para proteger condutas de admissão resistentes não corrosivas devido ao contacto com o condensado em névoa.

As caracteristicas que caracterizam os vários aspectos da descrição, em conjunto com outros objectos e vantagens da mesma, serão melhor entendidas a partir da descrição que se segue utilizada em conjunção com os desenhos anexos e as reivindicações apensas. É para ser expressamente entendido que os desenhos servem o fim de ilustração.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Na descrição detalhada que se segue vai ser feita referência aos desenhos anexos, dos quais: 6 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ a Fig. 1 ilustra um diagrama exemplificativo de uma admissão de ar representativa de uma turbina de gás; 6 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ a Fig. 2 ilustra a Fig. 3 ilustra a Fig. 4 ilustra a Fig. 5 ilustra a Fig. 6 ilustra a Fig. 7 ilustra a Fig. 8 ilustra as Figs. 9, exemplificativos de bicos e estrutura; um diagrama exemplificativo; um diagrama exemplificativo; um diagrama exemplificativo; um diagrama exemplificativo; um diagrama de linha exemplificativo; um diagrama exemplificativo; um diagrama de linha exemplificativo; 9a, 9b e 9c ilustram diagramas um arranjo de injecção e cativação de a Fig. 10 ilustra um diagrama exemplificativo de uma protecção de corrosão de admissão e meio de apanhar gotas de compressor em conformidade com uma concretização; a Fig. 11 ilustra um diagrama exemplificativo de uma válvula de drenagem de admissão em conformidade com uma concretização.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As turbinas de gás têm uma ampla variedade de utilizações tais como a geração de potência, compressão de gás e muitas outras aplicações de accionamento mecânico. Os vários aspectos aqui apresentados podem ser utilizados com qualquer tipo de turbina de gás, contudo, por conveniência, descrevem-se em relação a uma turbina de gás num serviço de estação de potência. Os ajustamentos necessários para aplicação a outros tipos de turbinas apropriadas são prontamente entendidos por um especialista na arte. 7

ΕΡ 1 903 18 8/PT A Fig. 1 mostra uma configuração representativa da secção de ar de admissão de uma turbina de gás. As setas ilustram a direcção do escoamento de ar. O ar ambiente entra na conduta 101 através da grelha de condições climáticas 102, através da peneira de impurezas 103, e através do filtro de ar 104 para a admissão da turbina de gás 10. A turbina de gás 10 compreende um rotor com pás e um invólucro exterior 11. Na extremidade frontal do veio, as pás de compressor 12 comprimem o ar para alta pressão, por exemplo, tipicamente 10 a 30 vezes a pressão tipica do ar. 0 ar comprimido é distribuído a um combustor 13. 0 combustível (não mostrado) é disparado no combustor 13. Os gases de combustão quentes expandem-se através da turbina 14 e deixam a instalação através de uma conduta de escape (não mostrada) . A saída de potência da turbina é maior do que o requisito de potência de compressor, fazendo com que a potência esteja disponível no veio. A potência em excesso é utilizada para accionar cargas tais como um gerador, uma bomba, um compressor, uma hélice ou semelhantes. O escoamento de ar ambiente A que passa a grelha de condições climáticas, a peneira de impurezas e o filtro tem tipicamente uma velocidade que vai de cerca de 10 metros/segundo a cerca de 20 metros/segundo, mais tipicamente cerca de 10 metros/segundo. O ar move-se da área B e para a área C enquanto se mantém em geral a sua velocidade. O ar entra na área D, a qual é a secção de espaço de admissão da turbina de gás. O espaço de admissão 19 está conformado como uma boca de sino nesta concretização de modo a permitir a aceleração do ar. O espaço de admissão 19 não está limitado a uma forma de boca de sino e podem ser empregues outras formas. Podem ser dispostos apoios (não mostrados) ao longo do espaço de admissão 19 antes da face de admissão de compressor E e das pás de compressor 12. Na face de admissão de compressor E a velocidade do ar vai tipicamente de cerca de 0,4 Mach a cerca de 0,6 Mach, mais tipicamente uma velocidade que é cerca de metade da velocidade do som ou cerca de 180 m/s. O ar é acelerado para obter a velocidade elevada necessária pelo compressor para conseguir o trabalho de compressão. As relações de compressão de ar típicas vão de cerca de 9:1 a cerca de 25:1. Uma vez dentro do compressor, a velocidade do ar é reduzida como uma função da densidade mais 8 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ elevada que resulta a partir da compressão. O ar comprimido é então distribuído ao combustor. Quando se passa para dentro da câmara de combustor, as velocidades são tipicamente inferiores a 100 m/s, muito embora possam ser proporcionadas outras velocidades conforme desejado. A potência do motor de turbina de gás é em geral aumentada ao aumentar a densidade do ar e assim a massa de ar ao injectar um liquido dentro da máquina para gerir o escoamento de massa. O liquido é tipicamente água, mas pode ser suplementada com álcool ou anti-congelante para deprimir o ponto de congelação do liquido. Em adição a aumentar o escoamento de massa de ar, a água proporciona benefícios ambientais tais como emissões reduzidas. A quantidade de água injectada dentro do escoamento de massa da turbina baseia-se num modelo de controlo programado. O modelo de controlo é determinado ao utilizar um modelo de ciclo e uma análise computacional da dinâmica dos fluidos (CFD).

Com referência à Fig. 2, o sistema compreende tipicamente: (a) uma unidade de bombagem 201 que compreende pelo menos uma bomba de velocidade variável, tal como uma bomba de velocidade com uma concepção de deslocamento positivo, para aumentar uma pressão de água; (b) uma unidade de controlo 202 ligada à unidade de bombagem 201 por uma primeira alimentação de sinal 204, que controla a velocidade/operação da unidade de bombagem 201, pelo que a unidade de controlo 202 emprega uma predeterminada análise computacional da dinâmica dos fluidos e representação de ciclo para formar um modelo de controlo baseado em pelo menos um parâmetro definido que compreende condições de tempo ambiente, geometria de turbina, campo de velocidade do movimento do ar e especificações de componentes de turbina particulares; (c) uma unidade de lavagem ligada à unidade de bombagem 201 por uma linha de alimentação, compreendendo a unidade de lavagem pelo menos um bico e pelo menos uma válvula ligada à unidade de bombagem pela linha de alimentação e ao pelo menos um bico por uma conduta e controlo de um caudal de água a ser fornecido ao pelo menos um bico, estando o pelo menos um bico da unidade de lavagem adaptado para emitir uma pulverização de água atomizada, de modo a colidir sobre e molhar pelo menos uma pá de 9 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ compressor, obtendo deste modo uma libertação do material de sujidade a partir da pelo menos uma pá de compressor; e/ou (d) pelo menos uma unidade de injecção de água que compreende pelo menos um bico e pelo menos uma válvula ligada à unidade de bombagem pela linha de alimentação e ao pelo menos um bico por uma conduta e estando adaptada para controlar um caudal de água que é alimentado para o pelo menos um bico, injectando o pelo menos um bico da unidade de injecção de água uma pulverização de água atomizada dentro de uma corrente de ar da conduta de admissão de turbina, aumentando deste modo o escoamento de massa da corrente de ar, em que a saida de potência a partir do motor de turbina de gás é aumentada.

Uma unidade de monitorização de condições climáticas 203 (ilustrada na Fig. 2) está ligada à unidade de controlo 202 por um sinal 205, onde as condições de ambiente que afectam o desempenho da turbina de gás podem ser medidas e reportadas à unidade de controlo 202 a partir de um modelo desenvolvido pela utilização de um modelo de representação de ciclo e para análise computacional da dinâmica dos fluidos para estabelecer uma base para planear a quantidade adequada de água para distribuir num nivel alvo de saturação de ar de admissão. As condições ambiente compreendem factores ambientais que podem influenciar a operação da turbina de gás, incluindo mas não estando a isso limitada, a temperatura, a humidade e a pressão do ar. Numa concretização, cada uma da temperatura, humidade e pressão do ar são monitorizadas. A unidade de monitorização de condições climáticas 203 (detalhes não mostrados) compreende um termómetro de bolbo seco e um dispositivo de medição de humidade do ar numa concretização exemplificativa. Em outras concretizações alternativas, a unidade de monitorização de condições climáticas 203 pode compreender um termómetro de bolbo seco e um termómetro de bolbo molhado. Numa outra concretização alternativa, a unidade de monitorização de condições climáticas 203 pode compreender um dispositivo barométrico de medição de pressão. Para medições de pressão ambiente, a unidade de monitorização de condições climáticas pode compreender outros componentes e/ou combinações de componentes bem conhecidos daqueles na arte para monitorizar e/ou medir as condições de tempo ambiente. A informação das 10 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ condições climáticas é processada pela unidade de controlo 202, onde a unidade de controlo 202 distribui ao operador informação operacional chave tal como uma quantidade de água de evaporação permissivel, risco de formação de gelo, etc. A unidade de bombagem 201 pode compreender uma bomba única (se a unidade de bombagem 201 estiver apropriadamente estudada para esse serviço), uma bomba de velocidade variável (onde a velocidade é governada pela frequência e onde a frequência apropriada é ajustada por um controlador de frequência) ou múltiplas bombas em paralelo, por exemplo, tipicamente 5 bombas em certas concretizações, cada uma com diferentes capacidades de escoamento. Ao colocar em funcionamento uma, duas ou mais bombas em combinações diferentes, é conseguida uma gama muito grande de capacidades de bombagem. As bombas também podem ter uma concepção de deslocamento positivo com um transmissor para indicar o escoamento para a unidade de controlo 202 para controlo em circuito. A Fig. 2 ilustra a unidade de bombagem 201 (detalhes não mostrados) que compreende uma bomba para pré-encher o arranjo de aumento de potência ao utilizar baixa pressão e uma bomba para bombear água para uma alta pressão para distribuição de injecção de água planeada para aumento de potência. A bomba de pré-enchimento de baixa pressão é utilizada para fazer o aumento global sólido com água em todo um fornecimento de água consistente no inicio do aumento de potência e, desse modo, evitar a subida repentina da potência. A água pressurizada que emana a partir da unidade de bombagem é alimentada para uma linha de alimentação (colector de tubagem a.k.a.). 0 colector de tubagem actua como um distribuidor da água de alta pressão para diferentes utilizadores tais como o sistema de arrefecimento evaporativo, o sistema de lavagem, o sistema de inter-arrefecimento de compressor e o sistema de arrefecimento de chama de combustor. A unidade de bombagem pode compreender uma bomba do tipo deslocamento accionada por um motor eléctrico de CA controlado por frequência, onde a frequência governa a velocidade da bomba. Em alternativa, a unidade de bombagem pode compreender um motor tal como um motor de CC, onde a corrente do motor governa a velocidade da bomba. São bem conhecidas daqueles que são especialistas na 11 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ arte outras unidades de bombagem adequadas. Em certas concretizações, a bomba eleva a pressão da água até um máximo de cerca de 80 χ 105 Pa (cerca de 80 bar), tipicamente cerca de 35 χ 105 Pa (cerca de 35 bar), mais tipicamente cerca de 70 χ 105 Pa (cerca de 70 bar) , muito embora, tal como deverá ser entendido, podem também ser proporcionados outros valores onde for desejado. A capacidade máxima da bomba é ajustada em relação ao escoamento de ar nominal da turbina de gás. A capacidade da bomba está dimensionada de acordo com a relação do escoamento de água e do escoamento de massa de ar, onde o escoamento de água é o numerador e o escoamento de ar o denominador. Em certas concretizações, a relação vai tipicamente de cerca de 0,3 a cerca de 0,5 quando a água é expressa em litros/minuto e o escoamento de ar em kg/segundo; em outras concretizações, as gamas de relação podem ser diferentes.

Em adição, para fins de lavagem, a utilização de água aquecida (por exemplo, para lavagem do compressor) e químicos (por exemplo, para utilizar como detergentes de lavagem ou como inibidores de corrosão de compressor na conclusão de um período de operação) pode ser vantajosa. Por conseguinte, a unidade de bombagem 201 pode incluir ainda tanques e aquecedores (isto é, para proporcionar água aquecida) assim como uma unidade de injecção de químico para injectar químicos dentro da água. A unidade de bombagem 201 pode ser ligada a uma unidade de recolha de água e uma unidade de processamento de água (isto é, capaz de purificar água) 206 através de uma conduta 209, uma vez que emana água de desperdício a partir do motor de turbina de gás durante a lavagem e/ou aumento de potência. A unidade de processamento de água 206 pode compreender filtros de separação de partículas e filtros de desionização. Por exemplo, a água de desperdício pode encontrar-se na forma de vapor de água através do depósito ou pode ser produzida numa forma condensada, onde, no caso da lavagem fora de linha, a água de lavagem irá extravasar a partir do dreno de descarga de compressor do motor de turbina de gás. Esta água de desperdício contém qualquer material de sujidade libertado assim como óleos, gorduras e iões de metal que surgem a partir do próprio motor de turbina de gás. Esta água é 12 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ tipicamente perigosa e tem de preferência de ser recolhida e tratada ou libertada para um dreno controlado. A água também pode surgir na conduta de ar de admissão quando é praticado o arrefecimento de pulverização evaporativo. Esta água pode ser recolhida pela unidade de recolha de água e tratada na unidade de processamento de água 206. Em alternativa, a unidade de processamento de água 206 também pode processar água bruta a partir de uma fonte de água (não mostrada nas Figuras) fornecida através da conduta 207. A água purificada é alimentada para a unidade de bombagem 201 através da conduta 209. A água de desperdício tratada pode ser reciclada e reutilizada para lavagem, proporcionando desse modo um sistema de circuito fechado sem emissões de água. Mais ainda, a água reutilizada reduz o consumo de água total. A unidade de processamento de água 206 purifica a água para qualidade de água "desmineralizada", de tal de modo que a água é adequada para injecção dentro do percurso de massa de ar da turbina de gás, onde a quantidade total de sólidos dissolvidos se encontra, em certas concretizações, na gama de cerca de 1-5 ppm. São conhecidos daqueles que são especialistas na arte sistemas de purificação de água adequados. A unidade de bombagem 201 é controlada por uma unidade de controlo 202. A unidade de controlo 202 pode ser controlada a partir de uma sala de controlo ou a partir de um painel pela unidade de bombagem 201, como exemplo. A unidade de controlo 202 compreende controlos manuais assim como controlos programáveis que permitem a operação da unidade de bombagem 201 através de uma alimentação de sinal 204. A unidade de controlo 202 inclui uns meios de armazenagem 218. Os meios de armazenagem 218 podem incluir uma memória de acesso aleatório (RAM) e/ou uma memória não volátil tal como uma memória só de leitura (ROM). Alguém que seja ordinariamente perito na arte entenderá prontamente que uns meios de armazenagem podem incluir vários tipos de dispositivos físicos para armazenagem temporária e/ou persistente de dados incluindo, mas não se limitando a isso, dispositivos de estado sólido, magnéticos, ópticos e de combinação. Por exemplo, os meios de armazenagem podem ser implementados ao utilizar um ou mais dispositivos físicos 13 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ tais como DRAM, PROMS, EPROMS, EEPROMS, memórias "flash" e semelhantes. Os meios de armazenagem 218 podem compreender ainda um produto de programa de computador que inclui porções de código de suporte lógico para realizar os passos do método em conformidade com as concretizações, quando o produto de programa de computador estiver a correr no dispositivo de computador, por exemplo, a controlar um grau de abertura de uma válvula de modo, por sua vez, a controlar um caudal de água que é fornecido a pelo menos um bico e implementando um plano de injecção de água definido pelo plano de transferência de controlo computacional da dinâmica dos fluidos e representação de ciclo para formar o modelo de controlo. De modo adicional, a unidade de controlo 202 pode monitorizar o escoamento planeado em comparação com o escoamento real distribuído. Na eventualidade de o escoamento real estar abaixo de um nível esperado, pode ser proporcionado ao operador um aviso de bico bloqueado. Na eventualidade de o escoamento real ser maior do que o escoamento planeado, pode ser proporcionada ao operador um aviso para verificação fugas.

Quando o sistema de aumento de potência for chamado a operar, pode ser activada uma bomba de pré-enchimento pela unidade de controlo 202 para encher com água um arranjo de bicos de aumento de injecção. Este passo é tomado para evitar um passo de potência descontínua.

De modo adicional, o colector de tubagem 20 e todas as condutas (por exemplo, 28, 29 e 215) podem compreender uma mangueira flexível de alta pressão de tipo hidráulico, simplificando assim a instalação. Em alternativa, pode ser instalada uma tubagem fixa. As válvulas (por exemplo 24, 27, 210 e 216) podem ser abertas ou fechadas a partir da sala de controlo ou outros locais distantes. Em alternativa, as válvulas podem ser abertas ou fechadas manualmente. A unidade de controlo 202 também pode ser utilizada para implementar uma análise de transferência computacional da dinâmica dos fluidos (CFD). A CFD permite a previsão (isto é, a formulação de um modelo) da quantidade de água necessária a ser injectada dentro do motor de turbina de gás para saturar ou sobressaturar totalmente o ar. A CFD proporciona um modelo 14 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ computacional que representa o sistema em conformidade com as concretizações. Subsequentemente, a dinâmica do escoamento de fluido através do sistema pode ser analisada e prevista tendo em vista um ou mais dos parâmetros definidos, incluindo, mas não se limitando, as condições de tempo ambiente e aos parâmetros específicos que dizem respeito à turbina de gás (isto é, a geometria da turbina e ao campo de velocidade do movimento do ar) e os aspectos de concepção de limitação de carga da turbina (isto é, as pás de compressor, o invólucro do motor, os componentes do combustor e os elementos de trabalho de percurso de gás quente) . A CFD proporciona um modelo de controlo que é interpretado e implementado por um controlador lógico programado (PLC) para ajustar o nível de injecção de água. Os parâmetros ou limites definidos podem ser introduzidos dentro do sistema de acordo com as concretizações, quer manualmente quer automaticamente, pela utilização de vários sensores e/ou unidades de monitorização de condições climáticas. A CFD proporciona escoamento de fluido simulado e, assim, um nível de desempenho de turbina de gás previsto, o qual corresponde ao escoamento de massa de ar através da turbina. Em resultado do modelo gerado, as concretizações podem ajustar o nível de água injectada numa base contínua ou numa base intermitente, de modo que a saída de potência da turbina de gás seja optimizada. O processo básico de CFD compreende, numa concretização exemplificativa, definir a geometria da turbina de gás; determinar o volume ocupado pelo fluido (por exemplo, vapor de água), onde o volume está dividido em células discretas (onde a totalidade das células formam uma rede); definir as condições limite tais como as propriedades particulares do fluido utilizado (isto é, para aqueles processos que passam substancialmente por mudanças constantes no que diz respeito aos limites definidos, os limites iniciais são tipicamente definidos); empregando algoritmos e equações (isto é, suporte lógico de computador ou um produto que se pode carregar num computador, que se pode carregar num dispositivo de computação digital) para calcular resultados previstos; interpretar os resultados da previsão para formar um modelo.

Tipicamente para a saturação total, a injecção dentro da admissão de turbina de gás é na forma de uma pulverização finamente dividida que tem gotas que têm um tamanho que vai 15 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ de cerca de 10 a cerca de 50 mícrons, muito embora, tal como deverá ser entendido, possam ser utilizadas também gotas de outros tamanhos onde for desejado. Quando se satura o ar, o modelo CFD gerado define a entrada de escoamento de massa de ar para dentro da turbina de gás para preservar a saída de potência da turbina de gás.

Em alternativa, os modelos podem proporcionar a sobressaturação do ar, resultando desse modo numa massa de ar mais elevada do que o que é encontrado com uma saturação total. Nesta situação, um modelo computacional adicional da dinâmica dos fluidos considera de preferência a posição no motor de turbina de gás em que a água é injectada assim como a carga específica da máquina criada pelo escoamento de massa em sobressaturação. Os pontos de injecção podem incluir, mas não estão limitados àqueles tal como se descreve aqui, associados ao arrefecimento evaporativo, inter-arrefecimento de compressor, arrefecimento de chama de combustor ou lavagem de motor, como exemplos. Quando se sobressatura o ar, o modelo define a entrada de massa de ar dentro da turbina de gás, enquanto os componentes de turbina de gás são definidos para colocar restrições dos níveis de injecção de água, de modo que o escoamento de massa de ar esteja dentro das limitações aceitáveis da concepção do motor de turbina de gás. Subsequentemente, as condições de tempo ambiente e exigências de carga de turbina de gás podem ser introduzidas dentro do controlador lógico programado. O controlador lógico programado actua em conformidade com o modelo de controlo na regulação do escoamento de massa de ar através do motor de turbina de gás. Mais especificamente, o controlador lógico de programa regula o escoamento de água para a sua utilização no aumento de potência e/ou lavagem ao operar a unidade de bombagem 201 até uma pressão específica, e também ao regular os bicos particulares utilizados para cada finalidade. Além do mais, para aumento da potência, pelo menos um bico é activado ou desactivado para conseguir o caudal próprio em conformidade com o modelo CFD, de modo que coincide com a exigência de potência e as condições de tempo ambiente. Assim, o modelo CFD e o controlador lógico programado proporcionam quer uma saturação quer uma sobressaturação do ar. Quando é começado o 16 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ aumento da potência, a unidade de controlo 202 calcula o nível de injecção de água com base no escoamento de ar calculado a partir da previsão do modelo de ciclo. Este escoamento de ar é então utilizado para calcular o nível de humidade relativa alvo para definir a quantidade de água a injectar. 0 cálculo é então sujeito a ciclo conforme a água seja planeada para permitir uma convergência de taxa de injecção de água para um escoamento estável.

Uma unidade de operação 300, tal como ilustrada na Fig. 3, pode ser instalada numa sala de controlo e ligada à unidade de controlo 202 por uma alimentação de sinal 301. A unidade de controlo pode incluir um dispositivo de admissão que inclui, mas não está a isso limitado, um teclado 302, o qual permite que o operador introduza comandos de sistema tais como, por exemplo, comandos de controlo para a unidade de bombagem 201. Um mostrador, monitor ou ecrã 304 pode utilizar-se para apresentar informação relacionada com a operação da unidade de bombagem 201 tal como, por exemplo, o historial de tempo dos parâmetros de operação ou a informação de estado da bomba. Em conformidade, o operador pode monitorizar a operação da bomba assim como diferentes parâmetros de operação. Em alternativa, o mostrador 304 pode ser um ecrã sensível ao toque que tem, por exemplo, um número de teclas macias dispostas no ecrã de modo a apresentar diferentes comandos em diferentes interfaces apresentadas no mostrador. A unidade de operação 300 pode ainda compreender os meios de armazenagem (não mostrados), tais como aqueles acima descritos.

Tanto a unidade de lavagem como pelo menos a unidade de injecção compreendem pelo menos um bico e pelo menos uma válvula. O sub-sistema de fornecimento de água da unidade de lavagem pode criar água desionizada a partir de um fornecimento potável e distribuir a mesma para um tanque de retenção de água para utilizar quer como fluido de lavagem quer para aumento de potência. Por exemplo, a unidade de lavagem pode empregar, mas não está a isso limitada, um sistema de osmose inverso que proporciona água que tem gamas de quantidades totais de sólidos dissolvidos, como exemplo, de cerca de 1-5 ppm. A unidade de lavagem e pelo menos uma unidade de injecção pode ser quer instalada na turbina de gás 17 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ como unidades separadas quer a unidade de lavagem pode também servir com uma das pelo menos umas unidades de injecção. O pelo menos um bico (por exemplo, de 1-10 bicos) pode ser utilizado para pulverizar água para dentro do compressor e para dentro do combustor. O pelo menos um bico pode estar posicionado dentro da secção de ar de admissão e entre os apoios. Este posicionamento de bico pode reduzir o molhar das paredes do espaço de admissão de boca de sino 19 e os apoios. O pelo menos um bico pode ser acoplado a um alimentador em anel, onde a pelo menos uma abertura de bico está virada para o motor, incluindo estar instalado na área de conduta de admissão assim como no compressor e no combustor. Uma mangueira (por exemplo, uma mangueira flexivel de alta pressão) pode ser ligada tanto ao alimentador em anel como ao recipiente de água (isto é, o recipiente de água pode incluir, mas não está a isso limitado, um recipiente suportado no chão ou outra fonte de água apropriada), a partir de onde o fornecimento de água pode ser controlado à distância. Em alternativa, a mangueira pode ser ligada a um veiculo estacionado no chão, pelo que o procedimento de lavagem pode ser controlado à distância a partir de vários locais, por exemplo do veículo estacionado no chão ou a partir da sala de controlo de uma instalação de turbina de gás estacionária.

Tipicamente, o pelo menos um bico proporciona quantidades de água finamente divididas para dentro e através da turbina de gás, quer para lavagem quer para aumentar o escoamento de massa. A água pode ser finamente dividida, de tal modo que as gotas de água seguem o mesmo caminho de escoamento que o escoamento de massa. Quando se lava, as gotas de água seguem o mesmo caminho de escoamento que o tomado pelos contaminantes vindos do ar que sujaram a turbina de gás.

Tipicamente, a unidade de lavagem opera a uma pressão de cerca de 10 a cerca de 80 χ 105 Pa (cerca de 10 a cerca de 80 bar) , e mais tipicamente cerca de 50 χ 105 Pa a cerca de 80 χ 105 Pa (cerca de 50 bar a cerca de 80 bar), muito embora a unidade de lavagem possa operar em quaisquer outras pressões onde for desejado. As gotas de pulverização de água de acordo com certas concretizações têm tipicamente um diâmetro de 18 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ cerca de 80-250μιη (numa base de massa média) e velocidades que vão de cerca de 40-240 metros/segundo (um caudal de cerca de 0,2 a cerca de 240 litros/minuto) . Em outras concretizações, os diâmetros e/ou velocidades das gotas de pulverização de água podem ser proporcionados com valores diferentes conforme seja desejado. Por exemplo, o pelo menos um bico da unidade de lavagem pode ser fornecido com 0,1 litros de água/segundo durante 30 segundos a uma pressão de cerca de 70 χ 105 Pa (cerca de 70 bar) , em que as gotas de água têm um tamanho (diâmetro) de cerca de 150 pm. Em certas concretizações, tipicamente o escoamento de água volumétrico total encontra-se dentro da gama de cerca de 0,2 a cerca de 240 litros/minuto, enquanto nas outras concretizações o escoamento de água volumétrico total pode ocorrer dentro de diferentes gamas. Quando são utilizados vários bicos no processo de lavagem, o escoamento volumétrico de água aplica-se a todos os bicos em conjunto. A Patente dos Estados Unidos No. 5 868 860 de Asplund descreve um exemplo da utilização de elevada pressão de água para lavagem dos compressores de turbina de gás e é aqui incorporada por referência na sua totalidade.

Tipicamente, a pelo menos uma unidade de injecção opera a uma pressão de cerca de 50 χ 105 Pa a cerca de 160 χ 105 Pa Pa (cerca de 50 bar a cerca de 160 bar) , mais tipicamente cerca de 80 χ 105 Pa a cerca de 140 χ 105 Pa (cerca de 80 bar a cerca de 140 bar) . As gotas de pulverização de água têm tipicamente um diâmetro de cerca de <10 a cerca de 20 pm, mais tipicamente cerca de <10 a cerca de 15 pm e velocidades de partícula que vão de cerca de 20 metros/segundo a cerca de 80 metros/segundo. Por exemplo, o pelo menos um bico da pelo menos uma unidade de injecção pode ser fornecido com 0,1 litros de água/segundo durante cerca de 6 horas a uma pressão de cerca de 120 χ 105 Pa (cerca de 120 bar) , em que as gotas de água têm um tamanho (diâmetro) de cerca de 10 pm. Tipicamente, o escoamento de água volumétrico total está dentro da gama de cerca de 4 litros/minuto. Quando vários bicos são utilizados no processo de injecção, o escoamento volumétrico de água aplica-se para todos os bicos em conjunto. 19 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ A pulverização ou injecção da água finamente dividida é indicativa do método utilizado para aumentar o escoamento de massa. A Fig. 2 mostra a admissão de ar para a turbina de gás descrita na Fig. 1. A Fig. 2 mostra a aplicação de um sistema de arrefecimento evaporativo, um sistema de lavagem, um sistema de inter-arrefecimento de compressor e um arrefecimento de chama de combustor. O sistema de arrefecimento evaporativo é um sistema de "formação de névoa" onde a água é pulverizada na admissão de ar como uma névoa de gotas finas (nevoeiro) que se evapora. 0 sistema de lavagem é um sistema para pulverizar água dentro da admissão de compressor. O sistema de inter-arrefecimento de compressor é um sistema de "compressão molhada" para pulverizar água para dentro de uma corrente de ar de elevada densidade num inter-andar de compressor. O sistema de arrefecimento de combustor é um sistema para pulverizar água para dentro do combustor.

Em certas concretizações, o arrefecimento evaporativo, o inter-arrefecimento de compressor, o arrefecimento de chama de combustor ou a lavagem de motor são raramente realizados de acordo com um plano fixo. Por exemplo, assim que a temperatura do ar muda, tal como ao passar da hora, a possibilidade do arrefecimento evaporativo também muda. É mostrado na Fig. 4 um sistema de arrefecimento evaporativo exemplificativo. Um colector de tubagem 20 encontra-se ligado a uma conduta 23 através da válvula 24. Quando a válvula 24 abre, é alimentada água de alta pressão para um apoio de bico 21, o qual está instalado dentro da conduta e bastante a montante da face de admissão de compressor. O apoio de bico 21 compreende tipicamente um tubo que tem múltiplos bicos os quais atomizam a água numa pulverização 22 de gotas finas, por exemplo, que vão tipicamente de cerca de 10 a cerca de 20 microns, e mais tipicamente que vão de cerca de 10 a cerca de 15 microns. As gotas são o resultado da atomização, por exemplo, tipicamente de cerca de 80 a cerca de 140 bar de pressão. As gotas são transportadas/suspensas com a corrente de ar e evaporam antes de entrarem no compressor, dado que existe um tempo de residência suficientemente longo para que o ar se desloque desde a ponta do bico até à admissão de compressor. A evaporação permuta o calor latente da água com o calor 20 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ sensível ao ar, de modo que a temperatura do ar é baixada pela evaporação. Uma temperatura baixa do ar corresponde a uma densidade mais elevada do ar e, por conseguinte, um escoamento de massa mais elevado que resulta numa saida de veio mais elevada. O caudal de água necessário é ajustado pela bomba de velocidade variável. A operação de arrefecimento evaporativo é fechada ao fechar a válvula 24. A Patente dos Estados Unidos No. 6 718 771 de Kopko ilustra um sistema de arrefecimento evaporativo que permite operações da turbina de gás a temperaturas elevadas e é aqui incorporada por referência na sua totalidade. A quantidade de água fornecida aos bicos é determinada de acordo com o modelo de controlo gerado pela análise computacional da dinâmica dos fluidos e regulada pelo controlador lógico programado. É mostrado na Fig. 5 um sistema de inter-arrefecimento de compressor exemplificativo. Este sistema é um sistema de compressão em molhado, significando que a água na forma de pequenas gotas evapora-se dentro do compressor durante o trabalho de compressão. 0 tempo de retenção para o ar através de um compressor encontra-se na gama dos milissegundos. Durante este tempo, as gotas evaporam em resultado do tamanho de gota inicial. O processo evaporativo é conduzido pelo aumento rápido da temperatura que resulta do trabalho de compressão. No sistema exemplificativo, um colector 20 está ligado a uma conduta 29 através de uma válvula 210. Quando a válvula 210 abre, a água de alta pressão é alimentada para pelo menos um bico 212. O pelo menos um bico 212 está instalado para injectar água dentro do percurso de gás de compressor (por exemplo, podem ser instalados bicos para injectar água entre dois discos) . O pelo menos um bico 212 atomiza a água numa pulverização 211 de pequenas gotas, por exemplo, indo de cerca de 10 a cerca de 50 microns, e de preferência na gama de cerca de 10 a cerca de 30 microns. Os tamanhos de gota pequenos resultam da atomização, de preferência de cerca de 10 a cerca de 80 χ 105 Pa de pressão (cerca de 10 a cerca de 80 bar de pressão) , muito embora também possam ser utilizadas outras pressões adequadas em bar. As pequenas gotas irão evaporar antes de saírem do compressor. A Patente dos Estados Unidos No. 6 644 935 de

Ingistov descreve um conjunto de bicos exemplificativo para injecção de água em inter-andar de compressor, a qual é aqui 21

ΕΡ 1 903 18 8/PT incorporada por referência na sua totalidade. A evaporação arrefece o ar e, desse modo, aumenta a densidade do ar, o que aumenta o escoamento de massa e resulta numa saída de potência mais elevada. De modo adicional, o arrefecimento do compressor resulta numa temperatura de saída de compressor baixa, o que significa que o ar de arrefecedor é distribuído para o combustor. Este ar arrefecedor para o combustor significa que mais combustível pode ser disparado enquanto se mantém uma temperatura de disparo constante, proporcionando deste modo um aumento na saída de potência. O caudal de água necessário é ajustado pela bomba de velocidade variável. Para interromper a compressão molhada é fechada a válvula de operação 210. Em alternativa, os bicos para compressão molhada podem ser instalados a montante da admissão de compressor. A operação principal irá ser a mesma do que para os bicos montados de inter-andar tal como pela descrição acima. A quantidade de água fornecida ao pelo menos um bico é determinada de acordo com o modelo de controlo gerado pela análise computacional da dinâmica dos fluidos e regulada pelo controlador lógico programado. É mostrado na Fig. 6 um sistema de arrefecimento de combustor exemplificativo. O sistema de arrefecimento de combustor compreende pelo menos um bico para injectar gotas de água dentro do combustor. O calor latente da água é permutado com o calor sensível à chama, suprimindo deste modo a temperatura da chama. Um colector 20 encontra-se ligado a uma conduta 215 através de uma válvula 216. A válvula 216 abre e permite a alimentação de água a alta pressão para o pelo menos um bico 214. O pelo menos um bico 214 atomiza a água numa pulverização 213. A pulverização 213 compreende gotas que vão tipicamente do tamanho de cerca de 10 a cerca de 50 mícrons, e mais tipicamente na gama de cerca de 10 a cerca de 30 mícrons. Estas gotas resultam da atomização de cerca de 100 a cerca de 200 χ 105 Pa (cerca de 100 a cerca de 200 bar) de pressão. Tal como deverá ser entendido, gotas de tamanhos alternativos e/ou uma atomização em outras pressões também se podem utilizar conforme seja desejado. A chama evapora a água para formar vapor. 0 vapor expande-se através da turbina, contribuindo assim para o escoamento de massa e proporcionando um efeito de aumento da potência. Mais ainda, à medida que a temperatura da chama é suprimida, mais 22

ΕΡ 1 903 18 8/PT combustível pode ser disparado enquanto se mantém uma temperatura de disparo constante. Disparar mais combustível proporciona uma saída de potência adicional. O caudal de água necessário é ajustado pela bomba de velocidade variável. Para desligar o arrefecimento do combustor é fechada a válvula 216. A quantidade de água fornecida ao pelo menos um bico é determinada de acordo com o modelo de controlo gerado pela análise computacional da dinâmica dos fluidos e regulada pelo controlador lógico programado. A Patente dos Estados Unidos No. 3 976 661 de Cheng é um exemplo dos efeitos do aumento da potência por injecção dentro do combustor e é aqui incorporada por referência na sua totalidade.

Fazendo agora referência à Fig. 8, uma outra característica do aumento global de potência e do sistema de lavagem consiste na utilização de um computador ou meio de registo de dados PLC para monitorizar a mudança de desempenho a partir do aumento de potência e/ou lavagem de água. As condições de tempo ambiente e os dados de desempenho da instalação de potência são recolhidos para permitir que a preparação dos dados de tendência de desempenho se mostre antes e depois das condições. Estes dados podem ser úteis para certificar o desempenho económico e assegurar uma operação própria, esperada, do aumento de potência e/ou do sistema de lavagem. Utilizando estes dados, podem detectar-se condições deficientes e actuar-se em conformidade. É proporcionado no sistema de registo de dados a transmissão destes dados ao utilizar qualquer plataforma de comunicação adequada, tal como uma ligação de "internet" de telefone celular comum.

Um sistema de arranjo de injecção 900 pode ser ligado à unidade de controlo 202. O sistema de arranjo de injecção 900 pode ser pré-cheio antes do aumento de potência da turbina de gás, que se pode gerir pela unidade de controlo 202. O sistema de arranjo de injecção 900 pode ser um arranjo de bicos. 0 sistema de arranjo de injecção 900 de aumento de potência pode ser contido ao utilizar um dispositivo de prisão 910, tal como mostrado nas Figs. 9, 9a e 9b. O dispositivo de prisão 910 pode ser um apoio de bico 23 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ posicionado a montante de uma face de admissão de compressor. O dispositivo de prisão 910 pode estar totalmente contido numa disposição de barras montada, segura do lado de fora das paredes de alojamento de filtro para impedir que material estranho seja libertado. Tal como mostrado na Fig. 9c, um sistema de suporte chavetado 920 pode ser utilizado para suportar o sistema de arranjo de injecção 900. O sistema de suporte chavetado 920 pode introduzir de modo vantajoso vantagens de custo por fabrico de jacto de água. O meio de prisão pode assegurar a total cativação de todos os elementos do arranjo. Um segundo meio de prisão no lado de fora da parede de admissão de alojamento de filtro cativa as barras de suporte de arranjo. Para aumento de potência em saturação total, alguma água condensa nas paredes de alojamento de filtro. Para proteger o aço carbono ou o aço galvanizado, as paredes de alojamento de filtro podem ser revestidas com um revestimento protector à prova de água e o revestimento pode ser aprisionado com um ladrilho resistente à corrosão, tal como, por exemplo, um ladrilho de aço inoxidável. Os ladrilhos podem ser retidos no lugar com prendedores mecânicos ligados através da parede de alojamento de filtro, tal como mostrado na Fig. 10. É proporcionado um controlo adicional de condensados com goteiras dimensionadas de modo apropriado em torno das estruturas na admissão e na boca de sino de admissão. Estas goteiras dirigem a água para o chão da admissão onde um dreno com um acumulador e sensor de nivel permitem a drenagem dos condensados recolhidos. Estas caracteristicas estão ilustradas nas Figs. 10 e 11 como concretizações exemplificativas.

As goteiras são estruturas em forma de J que formam um circulo em torno da abertura de boca de sino para o compressor ou à volta das estruturas dentro da admissão como concretização exemplificativa. As goteiras apanham a água que se escoa nas paredes de admissão interiores de uma maneira que impede a água de se escoar para dentro do compressor. Em particular, as goteiras dirigem a água para o chão da admissão e para o dreno de admissão. Assim que a água se reúne em torno do dreno de admissão, o acumulador no dreno irá recolher o fluido de água e quando o nivel de fluido 24

ΕΡ 1 903 18 8/PT alcança o nível do sensor, o sensor activa a válvula de solenoide para drenar o fluido acumulado.

Um método para aumentar a saída de potência a partir de um motor de turbina de gás compreende uma conduta de admissão de turbina e uma turbina de gás que inclui um combustor e um compressor que tem pelo menos uma pá de compressor. O método compreende: (1) aumentar uma pressão de água ao utilizar uma unidade de bombagem que compreende pelo menos uma bomba de velocidade variável; (2) controlar uma velocidade da unidade de bombagem ao utilizar uma unidade de controlo ligada à unidade de bombagem por uma alimentação de sinal, em que a unidade de controlo regula a operação da unidade de bombagem de acordo com a predeterminada análise computacional da dinâmica dos fluidos e representação de ciclo com base na introdução de pelo menos um parâmetro definido para formar um modelo de controlo; (3) abastecer uma quantidade de água quer: (a) a uma unidade de lavagem ligada à unidade de bombagem por uma linha de alimentação, e/ou (b) pelo menos uma unidade de injecção ligada à unidade de bombagem pela linha de alimentação; (4) controlar um caudal de água que é fornecida ao pelo menos um bico da unidade de lavagem ou à pelo menos uma unidade de injecção que utiliza uma válvula; (5) emitir uma pulverização de gotas de água atomizadas a partir do pelo menos um bico da unidade de lavagem, de modo a colidir sobre e molhar a pelo menos uma pá de compressor, obtendo deste modo uma libertação de material de sujidade a partir da pelo menos uma pá de compressor, sendo as gotas de água atomizadas injectadas a uma velocidade que é suficientemente elevada para penetrar na referida corrente de ar produzida durante a operação do referido motor; (6) injectar uma pulverização de água atomizada a partir do pelo menos um bico da pelo menos uma unidade de injecção de água dentro de uma corrente de ar da conduta de admissão de turbina ou na turbina de gás, aumentando deste modo um escoamento de massa da corrente de ar, em que a saída de potência a partir do motor de turbina de gás é aumentada, em que tipicamente e substancialmente todas as gotas da pulverização evaporam antes de entrarem no compressor; e (7) monitorizar as condições ambientais ao utilizar uma unidade de monitorização de condições climáticas ao medir pelo menos um de um dispositivo de temperatura de bolbo seco; ao medir 25 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ uma pressão de ar; ao medir uma humidade de ar; e ao medir uma temperatura de bolbo molhado, em que as condições monitorizadas são comunicadas à unidade de controlo por um segundo sinal. 0 método pode ainda incluir o passo (8) de recolher água que emana a partir do motor de turbina de gás ao utilizar uma unidade de recolha de água ligada à unidade de bombagem por uma conduta e purificando a água ao utilizar uma unidade de processamento de água. 0 método pode ser realizado fora de linha, e em que o pelo menos um bico da unidade de lavagem está posicionado a montante do compressor e está direccionado para dentro de uma admissão do compressor. A partir desta posição, a água pode ser injectada dentro do percurso de gás de compressor. De modo similar, pelo menos um bico da pelo menos uma unidade de injecção pode estar posicionado adjacente ao combustor.

Em alternativa, um método pode ser realizado em linha, onde um sistema de lavagem em linha exemplificativo é descrito abaixo. Durante a lavagem em linha o motor está a disparar combustivel enquanto o rotor gira a velocidades altas e o ar entra no compressor a alta velocidade. Tal como mostrado nas Figs. 2-6, uma conduta 28 encontra-se ligada a um colector 20 através de uma válvula 27. Quando a válvula 27 abre, água a alta pressão é alimentada para pelo menos um bico 25, em que a água tem uma velocidade de saída de bico de cerca de 40 metros/segundo. O pelo menos um bico 25 está instalado a montante da face de admissão de compressor. O bico 25 atomiza a água numa pulverização 26. 0 bico 25 está essencialmente virado para a admissão de compressor. Esta pulverização de elevada velocidade irá penetrar dentro da corrente de ar de alta velocidade. A pulverização é realizada com a corrente de ar dentro do compressor. Dentro do compressor, as gotas colidem sobre a pelo menos uma pá de compressor e palheta, molhando deste modo as mesmas. A acção de molhar de pelo menos uma pá e palheta liberta material de sujidade, limpando deste modo o compressor. A limpeza resulta numa espessura de camada limite reduzida, o que aumenta o escoamento de massa. O aumento no escoamento de massa aumenta a saída de potência do motor. A pulverização 26 compreende 26 ΕΡ 1 903 188/ΡΤ gotas na gama de tamanhos de cerca de 80 a cerca de 250 mícrons, e de preferência na gama de cerca de 80 a cerca de 180 mícrons. O tamanho da gota é o resultado da atomização a uma pressão de cerca de 10 a cerca de 80 bar. O caudal de água necessário é ajustado pela bomba de velocidade variável. Para desligar a operação de lavagem a válvula 27 é fechada.

Um sistema de lavagem fora de linha encontra-se descrito abaixo. É utilizado o mesmo conjunto de bicos nesta concretização para a lavagem fora de linha tal como para a lavagem em linha. Durante a lavagem fora de linha o motor não está a disparar combustível. Encontra-se ligada uma conduta 28 a um colector 20 através de uma válvula 27. Quando a válvula 27 abre a água a alta pressão é alimentada para pelo menos um bico 25. O pelo menos um bico 25 está instalado a montante da face de admissão de compressor. O bico 25 está essencialmente direccionado para a admissão de compressor. O bico 25 atomiza a água numa pulverização 26. Dado que o pelo menos um bico está essencialmente direccionado para a admissão de compressor, as gotas de água entram no compressor. Estas gotas têm um tamanho adequado de modo a colidirem sobre a pelo menos uma pá de compressor e palheta, molhando deste modo as mesmas. A acção de molhar as pás e as palhetas liberta o material de sujidade, limpando deste modo o compressor. A limpeza resulta numa espessura de camada limite reduzida quando o motor está a operar. Uma espessura de camada limite reduzida aumenta o escoamento de massa. O aumento no escoamento de massa aumenta a saída de potência do motor. A pulverização 26 compreende gotas na gama de tamanhos de cerca de 80 a cerca de 250 mícrons (numa base de massa média) , e de preferência na gama de cerca de 80 a cerca de 180 mícrons. O tamanho da gota é o resultado da atomização a uma pressão de cerca de 10 bar a cerca de 80 bar. O caudal de água necessário é ajustado pela bomba de velocidade variável. Para desligar a operação de lavagem é fechada a válvula 27. Em alternativa, pode ser utilizado um conjunto diferente de bicos para lavagem fora de linha, muito embora a operação principal venha a ser tal como acima descrita.

Em adição, a utilização da água reduz o consumo de combustível. O consumo reduzido de combustível é o resultado 27

ΕΡ 1 903 18 8/PT de os componentes de turbina de gás, tais como o compressor e a turbina, operarem de modo mais eficiente.

Um aspecto é a flexibilidade de ligar e desligar os sistemas de acordo com o que é mais vantajoso em termos de operacionalidade. É possível activar por comutação um sistema e desactivar outro sistema quando desejado, tal como mostrado nos exemplos.

Deve ser notado que existem muitas modificações, permutações e equivalentes as quais podem ser feitas sem nos afastarmos do espírito da presente descrição tal como definida nas reivindicações.

Lisboa, 2013-07-17

Claims (4)

1. ΕΡ 1 903 188/ΡΤ 1/1 REIVINDICAÇÕES 1 - Sistema para proteger uma conduta de admissão de uma turbina de gás (10) da corrosão devido ao humedecimento da conduta de admissão por pulverização de aumento de potência, compreendendo o sistema: uma goteira que apanha água condensada que se escoa numa parede de admissão interior da conduta de admissão; um dreno de admissão que recebe a água condensada apanhada a partir da goteira; um acumulador posicionado dentro do dreno de admissão que recolhe a água condensada apanhada; um sensor de nivel posicionado no acumulador que activa quando atingido pela água condensada apanhada; e uma válvula de drenagem (S) que drena a água condensada apanhada quando activada pelo sensor de nivel.
2. 2 - Sistema da reivindicação 1, em que o sistema compreende ainda um revestimento resistente à corrosão e/ou uma combinação de ladrilhos de revestimento e resistentes à corrosão localizados na conduta de admissão.
3. 3 - Sistema da reivindicação 1, em que a válvula de drenagem (S) é uma válvula de solenoide.
4. 4 - Sistema da reivindicação 1, em que a goteira compreende uma estrutura conformada em J que forma um circulo em torno de uma abertura das estruturas com a conduta de admissão, em que as referidas estruturas dentro da admissão compreendem uma abertura em boca de sino para o compressor. Lisboa, 2013-07-17