[发明专利]用于涡轮机的热水注射

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机，确切地说，涉及用水来冷却雾化空气以实现排放控制并效率提高的涡轮机。

背景技术

对于在液体燃料模式下运作的燃气涡轮发动机，可以从压缩机排气中获取雾化空气，并且将其用于在燃烧之前使液体燃料雾化，因为这样可以促进液体燃料完全燃烧。由于取自压缩机排气的雾化空气的初始温度非常高，达到约700°F，因此在用于使液体燃料雾化之前其必须冷却到约225°F。目前使用雾化空气调温冷却器来实现雾化空气的冷却，所述雾化空气调温冷却器使用冷却塔等中的冷却水。

当燃气涡轮发动机使用液体燃料运作时，通常通过喷水来实现排放控制。水在高压但室温下注入燃烧器中。注入的水在燃烧器中转变为蒸汽并且吸收燃烧气体的相变潜热，从而影响燃气涡轮发动机的性能。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种涡轮机，所述涡轮机包括燃烧器，在所述燃烧器中，第一压缩空气可以与燃料一起燃烧，并且所述燃烧器可接纳水。在使用水来冷却第二压缩空气之后将所述水提供给燃烧器，并在使用第二压缩空气来使燃料雾化之前，用所述水来冷却第二压缩空气。

根据本发明的另一方面，提供一种涡轮机，所述涡轮机包括：燃烧器，压缩空气和燃料可以在所述燃烧器中燃烧以生成工作流体，并且水可以注入所述燃烧器中；雾化空气压缩机，所述雾化空气压缩机经配置用于使燃料雾化；供应回路，所述供应回路经配置用于向雾化空气压缩机供应压缩空气以用于燃料雾化；以及冷却回路，所述冷却回路循序连接到供应回路和燃烧器。冷却回路经配置用于在进行燃料雾化之前，用水来冷却待供应到雾化空气压缩机中的压缩空气，并且随后将水注入燃烧器中。

根据本发明的另一方面，提供一种涡轮机，所述涡轮机包括：燃烧器，第一数量的压缩空气和燃料可以在所述燃烧器中燃烧以生成工作流体，并且经加热的水可以注入到所述燃烧器中以实现排放控制和效率提高；喷嘴，所述喷嘴经配置用于将雾化燃料注入燃烧器中；供应回路，所述供应回路经配置用于向雾化空气压缩机供应第二数量的压缩空气以用于燃料雾化；以及冷却回路，所述冷却回路循序连接到所述供应回路和所述燃烧器。所述冷却回路经配置用于在燃料雾化之前，用水来冷却第二数量的压缩空气，并且随后将所述水作为所述经加热的水提供给燃烧器，以实现排放控制和效率提高。

结合附图来阅读以下说明可以更加清楚地了解这些和其他优点和特征。

附图说明

随附的权利要求书中对本发明进行了特别指定并明确提出权利要求。结合附图阅读以下具体实施方式可以清楚地了解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

唯一的附图是根据本发明实施例的涡轮机的示意图。

具体实施方式参考附图来以实例方式介绍本发明的各实施例以及优点和特征。

具体实施方式

参见唯一的附图，本发明提供一种涡轮机10。涡轮机10包括燃气涡轮发动机20、供应回路40和冷却回路60。燃气涡轮发动机20包括燃烧器21、涡轮22、旋转轴23、发电机24和压缩机25。燃烧器21被提供为具有构成至少一个燃烧区的内部、并且可向其中注入水的容器。在燃烧区内，第一数量的压缩空气250和液体燃料251（处于燃气涡轮发动机20的液体燃料模式）可以燃烧以生成高温高压的工作流体。此外，如下所述，可以将经加热的水或受热水注入燃烧器21内，以实现排放控制和效率提高。

涡轮22设置在燃烧器21的下游，并且从燃烧器21接纳工作流体。涡轮22包括多级气动元件，这些元件经配置用于以气动方式与工作流体相互作用，从而获取工作流体中的机械能，并转而围绕转子旋转。所述旋转将驱动旋转轴23旋转。发电机24设置在旋转轴23上，并且经配置用于将旋转轴23的转动能转换成电能。类似地，压缩机25也类似地设置在旋转轴23上，并且配置用于通过旋转轴23的旋转来压缩进入空气，从而生成第一数量的压缩空气250和第二数量的压缩空气252。

第一数量的压缩空气250和第二数量的压缩空气252得自压缩机25。根据本发明实施例，第一数量的压缩空气250和第二数量的压缩空气252可以取自压缩机25的一个或多个末级（late stages）。第一数量的压缩空气250和第二数量的压缩空气252无需取自压缩机25的相同机级。