TW201016952A - Skid architecture for a power augmentation system - Google Patents

Description

201016952 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於燃氣渦輪之功率增強。更具體言之，適用 於一功率增強系統之具有一預填充系統之一流體輸送滑道 可&供流體至一喷射裝置用於在空氣進入一燃氣滿輪時浸 濕並冷卻該入口空氣以增強該燃氣渦輪之功率。 【先前技術】 用於一燃氣渦輪之一功率增強程序被執行以使該燃氣渦 輪產生更多的功率，其中該入口空氣被增濕且從而被冷 卻。水被添加至該入口空氣以在其進入該燃氣渦輪時浸濕 並冷卻該空氣。該較涼的及由此較稠密的空氣增強該燃氣 渦輪之功率。一功率增強系統可包含一控制器、一流體輸 送滑道、及一具有多個噴霧陣列之喷射裝置。該控制器提 供指令至該流體輸送滑道，其供應流體至該喷射裝置。 可產生尚壓流體之一泵通常被用作該流體輸送滑道之一 邛分以產生喷霧，其從該噴射裝置之喷霧陣列發射出且具 有必然較小直徑之液滴。該等液滴被要求具有較小的直徑

小流量之2-3倍之水流量範圍， 水流量範圍係必須的以涵蓋用於功 度狀況。為了達到該喷霧陣列之最 量範圍，某些功率增強系統運用多 140206.doc 201016952

個段。每一個段包含一泵且可被獨立地打開及關閉以允許 不同的流量範圍從而涵蓋該所需流量範圍。每一個泵被保 持於一恒定速度及接收於其入口之流量之未使用的量並將 其作為一再循環程序之一部分。然而，此一系統需要多個 泵，其增加該功率增強系統之成本以及增加該流體輸送滑 道之尺寸。舉例而言’ 一系統可能需要多達六個或更多個 的泵。此外，多個泵引發了增加冗餘之困難。該再循環程 序（其對利用該未使用流量乃必須的）需要再循環閥門，其 通常可能被腐钱且被證明為不可靠的。因此，需要一系統 以更有效率且更有效力地提供高壓流體用於一燃氣渦輪之 功率增強。 【發明内容】 一種具有一預填充系統之流體輸送滑道（其適用於一功 率增強系統）包含一個或多個段，其具有啟用與停用狀 態。該等段之每一者包含一第一與第二閥門，其中每一個 閥門具有-打開與一關閉位置。在一啟用狀態中，流體在 該段内被接收、加壓至-第—所需位準、並排放。當流體 被接收及加壓之時，該第一閥門在一打開位置同時該第二 閥門在一關閉位置。當流體被排放之時]亥第一閥門在一 關閉位置同時該第二閥門在一打 w门在打開位置。在一停用狀態 中’至少該第二閥門在—關閉位置從而使至少流體之大部 分不致從該段排放出。 ° 用於增強一燃氣渦輪之輪屮Λ变 门徇疋輸出功率之一功率增強系統包 一流體輸送滑道，其包含 匕舍具有啟用與停用狀態之一個或多 140206.doc 201016952 個段之一預填充系統。每一個段包含一第一與第二閱門， 每一閥門都具有一打開位置與一關閉位置。連接至該流體 輸送滑道之一泵饋送流體至每一個段。一控制單元調節該 泵用於控制該等段之啟用及停用。一流體源將流體供應至 該等段。啟用包含打開該段之預填充閥門、以流體填充該 段並對該流體加壓、關閉該預填充閥門、及打開該主間門 以允許該流體之排放’而停用則要求關閉該主閥門。用於 分配該排放流體之一喷射裝置被連接至該系統之該等段。 一種用於將流體從一流體輸送滑道輸送至一喷射裝置之 方法包含啟用該滑道之一段。一段包含一第一與第二閥 門，其每一閥門具有打開與關閉位置。啟用該段包含當該 第一閥門在一打開位置且該第二閥門在一關閉位置時，以 流體填充該段並將該段之流體加壓至一第一所需位準。當 該第一閥門在一關閉位置及該第二閥門在一打開位置時， 該液被排放。 【實施方式】 本發明係關於一流體輸送滑道，其用於提供流體至—噴 射裝置。舉例而言，該喷射裝置提供該流體以冷卻及濕潤 一燃氣渦輪之入口空氣用於該燃氣渦輪之功率增強。 圖1闡釋用於提供流體的一例示性流體輸送滑道丨〇，其 具有預填充系統10 0。參照圖2，用於提供流體之另一例示 性流體輸送滑道1 〇被顯示。 該流體輸送滑道10包含一個或多個段16〇，其中每一個 段160具有啟用與停用狀態。每一個段16〇具有一第—閥 140206.doc -6 · 201016952 門，如一預填充系統1 〇〇之一預填充閥門140，及一第二閥 門，如一主閥門120 »每一個預填充閥門14〇及每一個主閥 門120都具有一打開位置與一關閉位置。一段16〇之一預填 充閥門140及一主閥門120被並聯地連接至一共同點以從該 流體輸送滑道10供應流體。 在一啟用狀態中，流體在一段160内被接收、加壓至一 第一所需位準、並被排放。當流體在該段16〇内被接收及 加壓之時，該預填充閥門140在一打開位置且該主閥門J2〇 在一關閉位置。在某些實施例中，在達到該第一所需壓力 之前’該流體之一小部分可能會從與該流體輸送滑道丨〇相 連的一喷霧裝置中滲漏出。該滲漏在一流體量進入該段 160時就可發生。當流體從該段16〇中被排放出之時該預 填充閥門140在一關閉位置且該主閥門12〇在一打開位置。 此外，在一啟用狀態中，其中該預填充閥門14〇在一關 閉位置且該主閥門120在一打開位置，額外的流體在該段 Φ I60内被接收、加壓至一第二所需位準、並被排放。與以 上相似，在某些實施例中，在該第二所需壓力位準被達到 之前，該流體之一部分可能會被排放。在該段160之一停 用狀態中，至少該主閥門120在一關閉位置，使該流體之 一大部分不致被從該段160中排放出。 該等預填充閥門140可藉由一第一泵饋送流體，且該等 主閥門120可藉由一第二泵饋送流體，雖然在其他的實施 例中一單一泵可被用於完成相同目的。一個或多個泵可被 並聯分組使得該等泵之輸出管線可被結合成一單一輸出管 140206.doc 201016952 線。3亥預填充系統100可包含複數個段i 60，其中相同之泵 或相同群組之泵饋送流體至每一個段160。該泵可包含一 個或多個泵單元。 在圖1之例示性流體輸送滑道中，一例示性第二泵標示 為可變頻率驅動（VFD)泵單元11〇，其藉由一閥門管線15〇 而被連接至每一個段16 〇用於饋送流體至該等主閥門i 2 〇。 該VFD装單元11〇操作以供應額外的流體及/或增加該等段 160之流體之壓力至一第二所需位準。該vfd泵單元的 頻率控制泵的速度且係可調整。該VFD泵單元11〇能將額 外流體泵至一高壓位準。舉例而言，該VFD泵單元ιι〇可 將額外流體加歷至約100 bar(15〇〇 psi)或更高的位準。該 VFD泵單元11G可將額外流體加壓至—位準，其可依據例 如外界氣聽況。也可考慮其他的因素心定額外流體所 被加壓之位準。一高壓可有利地產生具有一較小直徑之液 滴。舉例而言，該液滴直徑可小於4〇微米。 一例示性的第一泉’如預填充泵單元可藉由一閥 門管線I5G而被連接至該預填充系統之每―個段⑽用於饋 送流體至該等預填充閥門14〇β舉例而言，該預填充泵單 元130可為-低壓泵，其可將該流體加虔至一第一所需位 準舉例而5，在一啟用狀態中，該預填充杲單元13〇可 將流體加壓至一第一所需位準，丨中該預填充闕門14〇在 一打開位置且該主閥門12〇在—關閉位置。在達到該 所需位準之後，該等預填充間門14G可被調節至_關閉位 140206.doc 201016952

在操作中，一流體輪送滑道，如該具有預填充系統100 之例示性的流體輸送滑道10，從一流體源提供流體。此 外’該具有預填充系統100之流體輸送滑道1 〇可以一所需 流速提供加壓流體。於該所需流速之加壓流體可從該流體 輸送滑道10被排放並自該主閥門120之輸出被供應或注入 一噴射裝置或其他裝置或結構，其在圖丨中藉由該等輸出 箭頭而被指出。舉例而言，每一個段160可與源自每一個 主閥門120之一饋送管線之一喷射裝置之一喷霧陣列相 隨著流量變化，一被利用之噴射裝置之喷嘴數目也跟著 變化。一個或多個段160之啟用導致該加壓流體以所需流 速被提供至所需裝置。一個或多個段160被啟用以允許流 速之增加’而一個或多個段160之停用允許該流速之一降 低並將該喷霧分佈保持在允許參數内。一段16〇藉由關閉 該段160之主閥門120而被停用。一段ι6〇之啟用包含打開 其預填充閥門140以將流體填充入該段160並藉由如該預填 充泵單元130將段160之流體加壓至一第一所需位準。舉例 而言’該段1 60之流體可被加壓至6 bar。一旦該段160被填 充及加壓’該預填充閥門140被關閉且該主閥門ι2〇被打 開。一段160之啟用進一步包含額外的流體被接收於該段 160之内、藉由如該VFD泵單元11〇而被加壓至一第二所需 位準、及被排放，此時該預填充閥門14〇在一關閉位置且 該主閥門120在一打開位置。在該第二所需位準被達到之 前’該流體開始被排放。此外，在某些實施例中，在該等 140206.doc •9· 201016952 閥門140與120打開之前，少量流體可從該預填充閥門i4〇 與該主閥門120中滲漏出。因此，當一段160在其不用之後 被β空時’該預填充单元13 0將來自如一流體源之流體填 充入該段160並在該段160之該主閥門120被打開之前將該 段160加壓至一第一所需位準。殘留於該段ι6〇之一空氣量 將被快速加壓。此可保證當一段16〇啟用或停用時該流體 輸送滑道10之流體流量均勻地繼續。不包含如一預填充 140與一主閥門120之一第一與第二閥門，一段16〇在啟用 之刖被填充入空氣並因此具有較低阻力。該主閥門12〇之 一打開導致流體流量立即導入於該段丨6〇(由於其低阻力）。 流體流量改向至新打開的主閥門12〇使得來自其他主閥門 120之流體流量停止直到該新啟用的段16〇被清除空氣。一 單一泵單元，如該預填充泵單元l30與VFD泵單元u〇，能 由此，該等段 達到所需流量範圍但不能達到該壓力範圍。 160可被併入以達到由該泵所提供之流量與壓力且一噴 射裝置之喷霧嘴可產生所需的較小液滴。 。一段160被啟用

/、々·。因此，由於該滑道10中之壓力變化非常快，啟 用一段160僅僅擾亂該流體之流量。

140206.doc 201016952 120)比再循環閥門的成本效益更高，一較大的成本效益可 藉由該預填充系統1 00而被引入。 一蓄壓器170可於該主閥門120處被連接至該流體輸送滑 道1 〇之每一個段160。當流體被排放時，該蓄壓器17〇操作 以幫助一新啟用段之160之快速加壓。雖然該段160在該主 閥門12 0打開之前大部分被填充以流體，但是該蓄廢器可 藉由進一步對該流體加壓及對殘留於該段16〇之少量空氣 加壓而增強該加壓程序。在一段160被啟用之後，該蓄壓 響 器170需要再充滿。在再充滿過程中，該蓄壓器170可轉移 來自該等啟用段1 60之流體流量。位於該蓄壓器1 7〇之下游 之一流量計180可於該主閥門120處被連接至該流體輸送滑 道10並在該蓄壓器17 0再充滿過程中操作以偵測流體流量 之減少。一旦偵測到流體流量減少時，該流量計18〇可增 加該VFD泵單元no之泵速度以補償該減少量。在該蓄壓 器170之再充滿完成之後’該流量計18〇將該泵速度還原至 φ 一穩定狀態速度。當打開具有一較大面積（亦即，該流速 將增加）之一新段160時，該系統1〇〇所需之壓力將下降且 因此該蓄壓器將「卸載」流量。此將使該泵丨丨〇減慢。減 小該可用流量面積（亦即，通過該系統的流量將下降）可引 發相反的效果。 在一例不性的實施例中，該蓄壓器1 7〇未被併入，而替 代地以一閥門置於該段16〇之下游端。在此情況下，為執 行該預填充操作’上游與下游閥門被打開以將所有的空氣 清出該滑道10。一旦該滑道10被清空後，下游閥門被關閉 140206.doc 11· 201016952 且該預填充泵單元130重新啟動。在該壓力上升至恰當位 準後，該預填充閥門140被關閉且該主閥門120被打開。此 使得該空氣量被有效減少至零值。該蓄壓器170之移除可 去除該系統100之電容值。此外，可包含該蓄壓器170以平 衡該流量計1 80之流量，但是當它僅履行此責任時其尺寸 可大幅減小。 現在參照圖3，一例示性功率增強系統200之一示圖被顯 示。舉例而言，該例示性功率增強系統2〇〇可被用作一燃 乳渴輪之一補充特徵。如圖3所示’該例示性功率增強系 統200可包括該例示性預填充系統丨〇〇及流體輸送滑道〗〇， 其由一個或多個段160組成並參照圖1於以上被描述以用於 從一源接收流體且以一指定流速將加壓流體輸送至一容 器。該加壓流體，其可為水或任一其他液體，可被喷射入 如一燃氣渦輪之一進氣通道以浸濕並冷卻該空氣（在其進 入該燃氣滿輪時），從而增強該燃氣渦輪之功率輸出。 該功率增強系統200包含一控制單元2丨〇用於提供控制信 號至一流體輸送滑道，舉例而言，如具有預填充系統1〇〇 之例不性液體輸送滑道1〇。該控制單元21〇經由信號饋送 器215而被連接至該VFD泵單元110及該預填充泵單元13〇 以控制該等單元110與130之操作。特定而言，該控制單元 210操作以啟用及停用該流體輸送滑道1〇之各個段16〇從而 以一所需流速從該流體輸送滑道丨〇提供或排放流體。在一 個或多個段160之啟用之後，該流體可以一新的流速而被 排放，該流速在整個操作中都可被改變。 140206.doc -12« 201016952 ❹ 舉例而言’可從一控制室或一面板來控制該控制單元 210 °該控制單元21 〇可包括手動控制以及可編程控制，其 允許透過信號饋送器215操作該VFD泵單元110及該預填充 栗單疋130。該控制單元21〇可包含一儲存構件22〇 ^該儲 存構件220可包含一隨機記憶體（Ram)及/或一非揮發性記 憶體，如一唯讀記憶體（R〇M)。一般技術者應容易地瞭解 一儲存構件可包含用於資料之臨時及/或永久儲存之各種 類型的實體裝置，其包含但並非僅限於固態、磁性、光 干及組合裝置。舉例而言，該儲存構件220可利用如 dram、PROMS、EPROMS、EEPROMS、快閃記憶體等之 個或多個實體裝置而被執行。該儲存構件22〇可進一步 I括電腦程式產物，其包含軟體碼部分用於當該電腦程 式產物在一電腦裝置上執行時依照實施例執行方法步驟， 例如，控制一閥門（如—主闕門m或該預填充系統_之 預真充閥門140)之打開以便轉而控制被提供至一嗔嘴之 一流體流速。藉由將該預填充泵單元130及該VFD泵單元 110操作至一特定壓力以及藉由調節用於增強目的之一特 2嘴’該控制單元210可調節水之流量以為其 強中之運用。此外，為劢盘描路 ·:、 丰g強之目的，至少一個喷嘴祐 啟用或停用以達到相廄# ^ 调賀嘴破 ^ 應於—功率需求與外界氣候狀況之恰 算出的空氣流量來，箕L 制早70210可依據-計 1术计算一水噴射 用於計算—目护相斟怎平該隨後被 播❹遇一 準以定義待喷射之水量。當依 疋需將水噴射速率限縮至—穩定流速時，即循環 】40206.doc -13· 201016952 進打此計算。此外，該控制單元21〇可監控一排程規定流 量，以對照於實際輸送流量。在實際壓力高於一預期位準 的一情況中，一喷嘴阻塞警告可被提供至操作者。在實際 壓力低於該預期壓力的一情況中，一檢查滲漏警告可被提 供至操作者。 在進行啟用段16〇之操作中，該控制單元21〇決定從該流 體輸送滑道ίο輸送流體所需之流速。此決定可依據一個或 多個因素》舉例而言’外界氣候狀況主導用於_特定流速 之一需要。舉例而言，❺了決定該流速，該控制單元210 可從一控制室或一操作者處取得一特定流速。 依據所決定的流速（用以從該液體輸送滑道1〇輸送流 體）’該控制單7C 2 10決定該等需要啟用之段丨6〇以利用該 /月道10達到所決定的流速。舉例而言，達到某一流速需啟 用三個段160 〇如果所決定的流速隨後減小，舉例而言， 需停用一個或多個段160以達到該新的流速。 該控制單元210操作以藉由打開一段16〇之預填充閥門 140來啟用該段16〇。或者，該預填充閥門14〇可被手動打 開該預填充泵單元130隨後可由該控制單元210調節，其 啟用該預填充泵單元丨3〇以將流體填充入該段丨6〇並將該段 加壓至一第一所需位準（其可為一低壓）。該流體可從一流 體源260提供，其可由該控制單元21〇控制，以將流體提供 至該等果單元。在填充該段160並加壓該段160之流體之 後，該段160之預填充閥門14〇可藉由如該控制單元21〇或 手動操作而被關閉。該段丨6〇之主閥門i 2〇可被手動打開 140206.doc 201016952 或由該控制單元210打開。該VFD泵單元ιι〇可由該控制單 凡21〇調節以提供及抽吸額外流體，其接受自該流體源26〇 及於一第二所需壓力位準，此壓力位準為必須的以於該被 決定的流速提供該額外流體。 該控制單元210操作以停用該流體輸送滑道1〇之一個或 多個奴160，此乃藉由至少關閉該等應停用的段16〇之主閥 •門120。該控制單元21〇可接收來自—控制室或一操作者之 φ 一信號以開始該停用，或者該控制單元210可決定停用一 段160之需要。舉例而言，該主閥門12〇可由該控制單元 210而關閉或可被一操作者手動而關閉。 一喷射裝置225被連接至該流體輸送滑道1〇。舉例而 言，饋送管線230可將該預填充系統1〇〇與該等主閥門12〇 連接至該噴射裝置225。可使用一單獨的饋送管線230以使 該流體輸送滑道1〇之每一段16〇可被連接至該喷射裝置 225 〇 ❹ 該噴射裝置225可包含一個或多個噴霧陣列，其可以如 該滑道10所提供之所決定的流速來輸送流體，所決定的流 速叮在啟用或多個段後被調整。每一個喷霧陣列可包括 一個或多個喷嘴。該喷射裝置225之一個或多個喷嘴可將 霧化流體之一噴流（例如水或其他液體）噴射入一燃氣渦輪 進氣管之一氣流中，由此增加該氣流之質量流量，其中該 燃氣渦輪引擎之功率輸出被增強。 一氣候監控單元240可經由一信號饋送器215而被連接至 该控制單元21〇以提供最新的外界狀況，舉例而言，其可 140206.doc •15- 201016952 影響用於該功率增強系統2〇〇之一燃氣渴輪之效能。舉例 而言’㈣外界狀況可被測量及報告至該控制單元21〇以 作為決定該流速之—因音 $ 素以该缒速於一目標位準輸送該 流體用於將入口空翕芦復 _ _ β 、又濕。該等外界狀況包括可影響該燃 氣渦輪之操作之環境因素’其包含但並不限於溫度、濕 度、及氣麼。在一實施例中，溫度、濕度及氣壓值每一個 ㈣監控°在一實施例中’氣候監控單元240(詳情未顯示） 包括-乾球溫度計與-空氣濕度測量裝置4其他替代實 施例中’該氣候監控單元24〇可包含一乾球溫度計與一濕 球溫度計。在另_替代實施射，該氣候監控單元240可 包括一大氣壓力測量裝置。在其他的實施例中，用於外界 壓力之測量，該氣候監控單元24〇可包括瞭解此項技術者 ^知的其他的組件及/或組件之組合以監控及/或測量外界 氣候狀況。該氣候資訊由該控制單元21〇處理，其中該控 制單元210可將關鍵的操作資訊傳達給一操作者如可允 許蒸發水量、結冰風險等。 在一實施例中，一運算系統250藉由一信號饋送器215而 被連接至該控制單元210。該運算系統25〇追蹤及報告取得 自該控制單元210之效能資料。 現在參照圖4，一流程圖顯示一種方法，其用於將來自 一流體輸送滑道（如具有預填充系統1 〇〇之該例示性滑道1 〇) 之流體輸送至一噴射裝置（如該喷射裝置225)。 於該方法之步驟405處’一啟用或停用信號由該流體輸 送滑道10接收，其指示啟用或停用該滑道1〇之一段（如一 140206.doc -16· 201016952 例示性段160)之需要。舉例而言，該信號可由該控制單元 210產生。此外，該信號可由一控制室或操作者指定並提 供至該控制單元210。該用於啟用或停用一段16〇之信號可 分別表示增加或減少流體流量之需要以便供應一較佳的流 體量。 如果該信號為一停用信號，於步驟440處，一段160之一 主閥門120被關閉以停用該段160。該主閥門120可藉由一 操作者手動地予以關閉或由該控制單元21 〇關閉。 如果該信號為一啟用信號，於步驟410處，一段160之啟 用可藉由打開該段160之一預填充閥門140而開始。該預填 充閥門140可被手動地予以打開或由該控制單元21〇打開。 於步驟415處，該段160填充有流體且該流體被加壓至一 第一所需位準。如該控制單元210所指示與控制，一預填 充泵單元130可抽吸該流體以將該流體加壓至該第一所需 位準。於步驟420處’該預填充閥門140被關閉。因此，由 該預填充閥門140與該主閥門120組成之該段160被填充及 加壓以允許該主閥門120供應該加壓流體。 於步驟425處，該主閥門120被打開。該主閥門120可被 手動地予以打開或由該控制單元210打開。 於步驟430處，一 VFD泵單元110供應額外的流體至該段 160並將該額外的流體加壓至一第二所需位準。如該控制 單元210所指示與控制，該壓力可為一高位準，如100 bar。於步驟435處，當該額外的流體被供應及加壓之時， 該流體被排放出而喷射入一裝置，如該例示性噴射裝置 140206.doc -17· 201016952 225 ° 在段I60之啟用或停用之後，該方法回到接收一啟用/ 停用信號以分別啟用或停用一段16〇以達到一所需的流體 流速。 現在參照圖5，其顯示一闡釋一例示性流體輸送滑道及 用於一燃氣渦輪之一例示性功率增強系統之細節的圖示。 上述關於圖1 -4之該例示性流體輸送滑道丨〇、預填充系統 100、及功率增強系統2〇〇可與一燃氣渦輪一起使用，以增 強該燃氣渦輪之輸出功率。一典型的燃氣渦輪可包括一渦 輪進氣管、—燃燒室、及—具有至少一個壓縮葉片之壓縮 機。如該控制單元210所指示，一流體源26〇可被連接至該 控制單7L 210及該等泵11()與m用於將該流體供應至該預 填充系統1 〇 〇。 由該例示性流體輸送滑道10提供之來自豸喷射裝置225 之流體流動之喷射料包含但並不限純料此者，其可 與如蒸發冷卻、壓縮機中間冷卻、或燃燒室火焰冷卻相結 合。當過度浸濕用於功率增強之空氣時，輸入該燃氣渦輪 及該燃氣騎組件之空氣質量被定義以限制該水喷射位準 使得該空氣質量流在該燃氣㈣引擎之設計之可接受的限 制内。隨後，外界氣候狀況與燃氣渴輪負載要求可被輸入 該控制單7L21G用於決定—流體流速及加壓位準。 一在圖5中被指示為「Α」之使用點處，一蒸發冷卻系統為 一 霧化」系統，其中走姑，、/ . ^ . 其中水被以小液滴（霧）之—薄霧蒸發形 式喷灌於該進氣口。在圖5中被指示為「Β」之使用點處， 140206.doc 201016952 一壓縮機中間冷卻系統為一「濕壓縮」系統，其用於將水 噴;麗入一壓縮機中間又之一局被度空氣流。在圖$中被指 示為「C」之使用點處’一蒸氣系統為一將水喷麗入該燃 燒室之一系統。 在一例示性蒸氣冷卻系統（「A」）中，，高壓水可從該流 體輸送滑道10而被饋送至入一噴射裝置，如該喷射裝置 225，其可包含一喷嘴固定器，其被安裝於該導管内及該 ❹ 壓縮機入口面之較遠上游處。該噴嘴固定器可包括一具有 多個噴嘴之管，其可將水霧化為一小液滴之噴霧，舉例而 言，其範圍典型地為約10至20微米，及更典型地為約1〇至 15微米。舉例而言，更等液滴為霧化之結果，其由該 泵單元110提供典型地於約80至14〇 bar之壓力。該等液滴 由該氣流運載/懸浮，且由於該空氣從該喷嘴尖端至該壓 縮機進氣口有充分長的停留時間該等液滴可在進入該壓縮 $之前蒸發。該蒸發將水之潛熱與空氣顯熱交換，使得該 ❹ f氣溫度藉由該蒸發而被降低一較低的空氣溫度相應於 較向的空氣密度，因此，一較高的質量流導致一較高的 軸輸出（功率）。所需的水流速由該VFD泵單元11〇設定。該 蒸發冷卻操作藉由關閉該主閥門12()而被關閉。授予K〇pk。 的美國專利第6,718,771號闡釋可在高溫下允許燃氣渦輪操 作之-例示性蒸發冷卻系統，其全文以引用的方式併入本 文中。 一例示性壓縮機中間冷卻系統（「B」）為__濕壓縮系 統，其意味著在該壓縮工作中水成一小液滴的形式在該壓 140206.d〇c •19- 201016952 縮機内蒸發。該空氣通過一壓縮機之滯留時間在毫秒的範 圍内。在此時間内，該等液滴由於其最初液滴尺寸的關係 而？备發。由於該壓縮工作而產生的快速溫度增加可驅動該 蒸發程序《舉例而言，當一段160由該預填充泵單元13〇而 被預填充及加壓時，一主閥門120打開，且高壓水由該 VFD泵單元Π0饋送入一噴射裝置’如包可含至少一個喷 嘴之喷射裝置225。該至少一個喷嘴被安裝以將水喷入該 壓縮機氣體通道（如，噴嘴可被安裝以將水喷入兩盤之 間）。該至少一個喷嘴可將水霧化成一小液滴喷霧，舉例 而言’其範圍可為約10至50微米，且較佳地可在約1〇至3〇 微米的範圍内《該等小液滴尺寸由霧化而形成，較佳地於 約80至140 bar之壓力，但是其他合適的壓力也可被利用。 該等小液滴將在離開該壓縮機之前被蒸發。授予Ingist〇v 的美國專利第6,644,935號描述用於中間段壓縮機水喷射之 一例示性喷嘴總成，其全文以引用的方式併入本文中。該 蒸發可冷卻該空氣且由此增加其空氣密度，其可增加質量 流並導致一較高功率輸出。此外，該壓縮機之冷卻導致一 較低的壓縮機出口溫度，其意味著較冷空氣被輪送至該燃 燒室。至該燃燒室之此較冷空氣意味著更多的燃料可被燃 燒同時保持一恆定的燃燒溫度，由此提供一遞增之功率。 所需要的水流速由該VFD泵單元110設定。為關閉該濕壓 縮’一個或多個主閥門120被關閉。或者，用於濕壓縮之 喷嘴可被安裝於該壓縮機進氣口之上游。按照上述，主要 操作將相似於該中間段安裝噴嘴。 140206.doc •20- 201016952 -例示性燃燒室冷卻系統（「c」）包含一噴射裝置(如， 可包含至少-個喷嘴之該喷射裝置22⑽於將水之液滴喷 射入燃燒室。該水之潛熱與火焰之顯熱交換，從而抑制火 焰之溫度。在該段160被填充及加壓之後，—主閥門〗打 開並允許高壓水被饋送至該至少一個噴嘴。該至少一個喷 嘴將水霧化成一喷霧。該噴霧包括液滴之尺寸範圍典型地 為約10至50微米，及更典型地在約1〇至3〇微米的範圍内。 此等液滴係產生自約100至200 bar壓力之霧化。應瞭解， 於其他壓力之其他尺寸的液滴及/或霧化也可被利用而係 所需的。該火焰將水蒸發以形成蒸氣。該蒸氣在通過該渦 輪時膨脹，從而貢獻於該質量流且提供一功率增強效果。 此外，由於該火焰溫度被抑制，更多的燃料可被燃燒同時 保持一恒定的燃燒溫度。燃燒更多的燃料可提供額外的功 率輸出。所需要的水流速由該VFD泵單元11〇設定。為關 閉該燃燒室冷卻，該主閥門120被關閉。授予Cheng的美國 專利第3,976,661號為一藉由喷射進入該燃燒室之功率增強 效果之一實例且其全文以引用的方式併入本文中。 為闡釋與例示之目的’雖然特定的實施例已被顯示及描 述於此，（但是）一般技術者應瞭解該等特定的實施例可被 多種替代方案及/或等效執行例所取代而不致偏離本發明 之範圍。本揭示意欲涵蓋本文所討論之實施例之任一修改 或變化。 【圖式簡單說明】 圖1為一示圖，其闡釋一例示性流體輸送滑道之詳情； 140206.doc •21- 201016952 = —例示性流體輸送滑道之詳情; :圖釋一例示性功率增強 圖4為-流程圖，其閣釋用於將流體 斤障， 送滑道輪送至-嗔射裝置之一例示性方法；性流體, 圖5為-示圖’其闡釋用於一燃氣渦輪 增強系統之詳情。 例示性功辱 【主要元件符號說明】 10 流體輸送滑道 100 預填充系統 110 可變頻率驅動（VFD)泵單 120 主閥門 130 預填充泵單元 140 預填充閥門 150 閥門管線 160 段 170 蓄壓器 180 流量計 200 功率增強系統 210 控制單元 215 信號饋送器 220 儲存構件 225 噴射裝置 230 饋送管線 240 氣候監控單元

140206.doc •22· 201016952 250 運算系統 260 流體源

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Claims (1)

1. 201016952 七、申請專利範圍： 1· 一種經調適以用於一功率增強系統之流體輸送滑道，其 包括： 一個或多個段，其具有啟用與停用狀態，而該等段之 每一者包括至少第一與第二閥門，其中該第一與第二閥 門之每一者皆具有打開與關閉位置； 其中在一啟用狀態中，流體在該段内被接收、加壓至 一第一所需位準，且經排放，其中當該第一閥門在一打 開位置且該第二閥門在一關閉位置之時，流體被接收在 該段内及被加壓，且其中當該第一閥門在一關閉位置且 該第二閥門在一打開位置時，流體被排放；及 其中在一停用狀態中’至少該第二閥門在一關閉位 置，使得流體之至少一大部分不致從該段排出。 2·如1 2 3青求項1之流體輸送滑道，其中該第一閥門係藉由一 第一泵饋送流體且該第二閥門由一第二泵饋送流體。 140206.doc 1 _如凊求項1之流體輸送滑道，其包括複數個段，其中該 複數個段之每一者由一泵饋送流體，其中相同的泵饋送 流體至每一個段。 2 ·如請求項3之流體輸送滑道，其中該泵包括一第一泵與 第一栗’該第一泵用於饋送流體至該複數個段之每一 者之该第一閥門，且該第二泵用於饋送流體至該複數個 段之每—者之該第二閥門。 3 _如請求項1之流體輸送滑道，其中在該段内接收之流體 從—流體源被提供至該段。 201016952 6·如請求項1之流體輪送滑道’其中從該段排放之流體被 輸送至一噴射裝置。 7·如請求項1之流體輸送滑道，其中在一啟用狀態中，額 外的流體被接收在該段内、被加壓至一第二所需位準且 被排放’其中當額外的流體被接收在該段内、被加壓至 該第二所需位準且被排放時，該第一閥門在一關閉位置 且該第二閥門在一打開位置。 8.如請求項7之流體輸送滑道，其中該第二所需位準係基 於外界氣候狀況。 9·如清求項7之流體輸送滑道，其中在一啟用狀態中當該 流體被排放時’—蓄壓器進一步加壓該流體及加壓殘留 於該段内之空氣量。 10.如凊求項9之流體輸送滑道，其中該額外流體被加壓之 一速度係増加的。 11 ·如凊求項1之流體輪送滑道，其中當該第一閥門在一打 開位置且該第二閥門在一關閉位置，且流體被接收在該 段内及被加壓時，一少量之流體從該第二閥門滲漏出。 1 2_如明求項1之流體輸送滑道，其中在一停用狀態中當至 少該第二閥門在—關閉位置時，一小部分流體從該第一 及/或第二閥門滲漏出。 13. —種功率增強系統，其包括： 流體輸送滑道，其包括具有啟用與停用狀態之一個 或多個#又該等段之每一者包括至少第一與第二閥門， 該第與第一閥門之每一者都具有打開與關閉位置； 140206.doc -2 - 201016952 泵其連接至該流體輸送滑道，用於饋送流體至每 一個段； 一控制單元，其連接至該泵以調節該泵及連接至該流 體輸送滑道以調節該第一與第二閥門； 一流體源，其將流體供應至該一個或多個段，· 其中在一啟用狀態中，流體被接收在該段内並被加壓 至一第一所需位準且被排放，其中當該第一閥門在一打 開位置且該第二閥門在一關閉位置時，流體被接收在該 段内並被加壓，且其中當該第一閥門在一關閉位置且該 第二閥門在一打開位置時，流體被排放；及 其中在一停用狀態中，至少該第二閥門在一關閉位 置，使得流體之至少一大部分不致從該段被排放。 14. 15. 16. 17. 如請求項13之功率增強系統’其進一步包括接收該排放 流體之一噴射裝置。 如請求項13之功率增強系統，其中該泵包括一第—泵及 一第二泵’該第一泵饋送流體至該複數個段之每—者之 該第一閥門，且該第二泵饋送流體至該複數個段之每一 者之該第二閥門。 如請求項13之功率增強系統，其中在一啟用狀態中，額 外流體被接收在該段内、被加壓至一第二所需位準並被 排放’其中當額外流體被接收在該段内、被加壓至該第 二所需位準且被排放時，該第一閥門在一關閉位置且該 第二閥門在一打開位置。 如請求項16之功率增強系統，其中該泵包括—第—栗與 140206.doc 201016952 18. 19. 20. 21. 一第二泵’該第—泵將該流體加壓至該第-所需位準， 且該第二泵將該額外流體加壓至該第二所需位準。 如請求項16之功率增強系铋，i 士 干θ 5$糸統，其中该第二所需位準係基 於外界氣候狀況。 如請求項13之功率增強系統，其進一 個或多個段之每一者之一蓄壓器，其 當該流體被排放時 殘留於該段内之一空氣量。 步包括連接至該一 中在一啟用狀態中 該蓄壓器進一步加壓該流體並加壓 如請求項19之功率增強系統， 增加該泵操作之一速度。 如請求項13之功率増強系統， 各者調節該泵： 其進一步包括一流量計以 其中該控制單元藉由以下 決定排放流體時之—流速； 決定待啟用之段以達到該決定流速； 藉由以下各者調節該泵以達到用於該等決定段之一啟 用狀態：⑴打開該等預填朗η ;⑼調節録之操作以 將流體填充入該等段並將該等段之流體加壓至該第一所 需位準；（iii)關閉該等預填充閥門；〇ν)打開該等段之該 等主閱門；及⑺調節該泵之操作以將額外流體提供至該 等段並將該等段之額外流體加壓至一第二所需位準。 22. 23. 如請求項21之功率增㈣統，其中決定排放流體之流速 係基於外界氣候狀況。 如請求項13之功率增強系統，其進一步包括： -氣候監控單元，其連接至該控制單元，其中該氣候 140206.doc 201016952 單元將外界氣候狀況提供至該控制單元。 24. 如請求項13之功率增強系統，其進一步包括： 一計算系統’其連接至該控制單元，其中該計算系統 追蹤及報告效能資料。 25. 如請求項13之功率增強系統，其中該泵包括一低壓系單 元與一高壓泵單元。 26. —種用於將流體從一流體輸送滑道噴射入一喷射裝置之 方法，該方法包括： 啟用具有一個或多個段之流體輸送滑道之至少—個 段’該等段具有啟用與停用狀態，而該等段之每一者包 括至少第一與第二閥門，該第一與第二閥門之每一者各 具有打開與關閉位置，其中啟用包括： 當該第一閥門在一打開位置且該第二間門在一關閉 位置時，將流體填充入該段並將該流體加壓至一第一所 需位準； 二閥門在一打開 當4亥第一閥門在一關閉位置且該第 位置時，排放該流體。 27. 如請求項26之方法，其進一步包括： 接收來自一控制單元之一指千丨、；/ 知不以啟用—個或多個段 28. 如請求項26之方法，其進一步包括· 不以停用一個或多個段 接收來自一控制單元之—指 29.如請求項28之方法，其進一步包括： 藉由關閉至少該第二間門來停用該等所指示的段，使 得該流體之至少-大部分不致從該段被排放。 140206.doc 201016952 30. 如請求項26之方法，其中啟用該流體輸送滑道之至少一 個段進一步包括，當該第一閥門在一關閉位置且該第二 間門在一打開位置時，將額外流體填充入該段並將該額 外流體加壓至一第二所需位準。 31. 如請求項30之方法，其中該額外流體被加壓至一位準， 其高於該流體之該第一所需位準。

   一所需位 一所需位 32.如請求項26之方法， 準包括抽吸以達到由 準之一壓力。 140206.doc -6 -