(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧圧縮機を含むガスタービンエンジンであって、
前記高圧圧縮機は、外側ケーシングと前記ガスタービンエンジンのガス流路に水を噴射するノズル構造とを備え、
前記構造は、前記外側ケーシングに固定された複数個のノズルを備え、
各前記ノズルは、空気入口ノズル及び水入口ノズルを有するヘッドと、前記空気入口ノズル及び前記水入口ノズルからの空気及び水がその中を流れるステムと、該ステムから伸び開放端を有する導管と、を備え、
前記ノズルは、前記ガスタービンエンジンのガスの流れに水を噴射し前記高圧圧縮機の出口で一様な半径方向及び円周方向の温度低下をもたらすように構成され、
前記複数のノズルは、前記外側ケーシングの周縁に沿って配置され、１組の長いノズル及び１組の短いノズルを備え、
前記１組の長いノズルは、前記１組の短いノズルよりも前記外側ケーシングから前記ガス流路に半径方向内側に長く延び、
前記各短いノズルが、周方向に配置された２つの長いノズルの間に位置している、ガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記短いノズルは、前記ガス流路の円周と同一面になるように構成され、
前記長いノズルは、前記ガス流路の中に半径方向で入り込むように構成されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記ノズルが前記高圧圧縮機の上流側に配置されていて、前記ノズルによってガスの流れの中に噴射された水により、前記高圧圧縮機の出口におけるガスの流れの温度が一様に低下するようになっている請求項１記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
前記各短いノズルが、半径方向に整合した２つの長いノズルの間の半径方向の中間位置にある請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記短いノズルと長いノズルが交互に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記載のガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願との関係】
この出願は１９９８年７月２４日に出願された米国仮出願第６０/０９４、０９４号の利益を享受する。
【０００２】
【発明の背景】
この発明は全体的にガスタービン機関、さらに具体的にいえばガスタービン機関のブースターより前および圧縮機より前での水噴射に関する。
典型的にはガスタービン機関は空気のような作業流体を圧縮するための圧縮機を含む。圧縮空気が燃焼器に噴射され、この燃焼器が流体を加熱し、それを膨張させ、膨張した流体がタービンに強制的に通される。典型的には、圧縮機が低圧圧縮機及び高圧圧縮機を含む。
【０００３】
公知のガスタービン機関の出力は、Ｔ３温度と呼ばれることもある高圧圧縮機の出口に於ける作業流体の温度により、並びにＴ４１温度とよばれることもある燃焼器の出口に於ける作業流体の温度によって、制限されることがある。Ｔ３およびＴ４１温度の両方を下げるため、低圧圧縮機と高圧圧縮機の間の流体流路の中に中間冷却器を使うことが知られている。定常状態の動作では、中間冷却器が低圧圧縮機で圧縮された空気から熱を取り出し、これによって高圧圧縮機に入る空気の温度が下がると共に容積が減少する。この温度低下により、Ｔ３及びＴ４１温度の両方が下がる。従って、圧縮機を通る流れを増加することにより、動力出力を増加することができる。
【０００４】
典型的には、冷たい水または空気が中間冷却器の中を循環し、空気の流れから冷たい水又は空気へ熱が伝達される。水または空気が熱を吸収し、加熱された水または空気がこのあと取り去られる。加熱された水又は空気を取り去ることは、全体的なサイクルの熱効率に損失を生ずる。従って、中間冷却器は動力出力を増やすことを容易にするが、中間冷却器は機関の熱効率を下げる。更に中間冷却器は、空気を取り去ること、その空気の実際の冷却及び圧縮機に冷却された空気を通すダクトに関連する圧力損失を持ちこむ。従って、中間冷却器が段間冷却を行うことは実際的ではない。
【０００５】
少なくともある公知の中間冷却器では、加熱された水は水冷却器を用いて取り去られ、この冷却器が冷却塔を介して環境に対する蒸気として加熱された水を散逸する。もちろん、蒸気を環境に放出することは環境問題を招く。更に、このような中間冷却器ではかなりの量の水が必要であり、このように水の消費量が多いことは運転コストを高くする。
【０００６】
中間冷却器を用いて実現されるように、動力出力を部分的に増加するが、少なくとも公知の中間冷却器に比べて、熱効率を改善することが望ましい。更に、単一回転子ガスタービンに対しても、動力出力を増加することが望ましい。
【０００７】
【発明の要約】
上記ならびにその他の目的は、中間冷却と同じ利点の多くをもたらすが、そのある欠点を解決するブースターより前または圧縮機より前での水の噴射を含むガスタービン機関によって達成することができる。実施例では、水の噴霧の噴射に関連して使うのに適したガスタービン機関が、低圧圧縮機、高圧圧縮機および燃焼器を含む。機関は高圧タービン、低圧タービン及び/または動力タービンをも含む。水噴射装置が設けられて、高圧圧縮機の入口中に水を噴射する。水噴霧噴射装置が水源と流れが連通していて、機関の運転中、この水源から水が噴射装置を介して圧縮機の入口に送り出される。
【０００８】
ほぼ一様な半径方向及び円周方向の温度低下をもたらすため、ガスの流れの中に水を噴射するノズル形式が、１組の長いノズル及び１組の短いノズルを含む。１つの形式では、少なくとも１つの短いノズルが半径方向に整合した２つの長いノズルの間の半径方向の中間位置に配置される。短いノズルは、だいたい、流路の円周と同一面であり、長いノズルが流路の中に入り込む。
【０００９】
動作について説明すると、空気が低圧圧縮機の中を流れ、圧縮空気が低圧圧縮機から高圧圧縮機に供給される。更に、水の噴霧が高圧圧縮機の入口に供給され、水の噴霧が入口を介して、高圧圧縮機に入る。水の噴霧が噴射される場所は、温度が高い環境であるため、水の噴霧は高圧圧縮機に入る前に部分的に蒸発する。水の噴霧が、この噴霧が流れる各々の圧縮段で、すなはち、それが蒸発するまで高圧圧縮機内の空気の流れを冷却する。普通、水量によるが、大体高圧圧縮機の中央段までに大部分の水の噴霧が蒸発する。
【００１０】
空気及び水蒸気が高圧圧縮機によってさらに圧縮され、高度に圧縮された空気が燃焼器に送り出される。燃焼器からの空気流が高圧タービン、低圧タービン及び動力タービンを駆動する。廃熱がボイラーによって捕捉され、蒸気の形でボイラーからの熱を上流側の部品に送り出すことができる。
【００１１】
水の噴霧は、高圧圧縮機の出口に於ける空気流の温度（Ｔ３温度）及び燃焼器の出口における空気流の温度（Ｔ４１温度）が、噴霧を使わない場合のこういう温度に比べて、定常状態の動作で下がるという点で、利点がある。具体的に言うと、水の噴霧が、高圧圧縮機に流れ込んで、その中を通る高温の空気から熱を取り出し、空気流からこの熱を取り出すことにより、Ｔ３及びＴ４１温度が下がり、圧縮馬力が減る。水が蒸発するとき、熱が奪われる。Ｔ３及びＴ４１温度を下げることは、機関がＴ３及びＴ４１に拘束されず、従って、この水の噴霧を用いない場合で可能であるよりもいっそう高い出力レベルで機関を運転することができるという利点をもたらす。すなわち、上に述べた水噴射を用い、同じ高圧圧縮機吐出温度制御限界を使うと、高圧圧縮機は、より多くの空気を圧送することができ、その結果圧力比がいっそう高くなるとともに出力がいっそう大きくなる。
【００１２】
【詳しい説明】
次にこの発明の種々の実施例による水の噴霧の噴射の形式の例を説明する。最初に、特定の構成を図面に示して説明するが、水の噴霧の噴射は、このかわりのいろいろな構造を用いて、広い範囲の種々の機関で実施することができることを承知されたい。更に、あとで更に詳しく説明するが、水の噴霧の噴射は、高圧圧縮機の入口、ブースターの入口またはその両方の場所で行うことができる。
【００１３】
水の噴霧の噴射により、中間冷却と同じ利点の多くが得られるが、しかも中間冷却のある欠点が解決される。例えば、中間冷却を用いるとき、加熱された水（または空気）が取り去られ、この加熱された水（または空気）を取り去ることが、サイクルの熱効率を下げるとともに、環境問題を招く。中間冷却によって得られるこのかなりの動力の増加が、中間冷却に関連する欠点に打ち勝つのが典型的であり、その結果、異なるまたはいっそう大型の空気流ブースターを使い、一層大きな高圧タービンの流れ関数を使って、余分な動力を必要とする時、中間冷却を利用する場合が多い。あとで述べるように、水の噴霧の噴射は、それによって得られる動力の増加が、同じような場合の中間冷却器によって得られる最大の動力の増加より幾分少ないことがある。しかし、水の噴霧の噴射を用いると、使う水がずっと少なくなり、水は排ガス温度の水蒸気としてサイクルから出て行く。
【００１４】
次に図面について具体的に説明する。図１はガスタービン機関１０の略図であり、これは周知のように、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含む。機関１０は高圧タービン１８、低圧タービン２０及び動力タービン２２をも含む。さらに機関１０が、高圧圧縮機１４の入口２６に水を噴射する水噴射装置２４を含む。水噴射装置２２について更に詳しいことはこれから説明する。しかし、図１では、装置２４が水源（図に示していない）と流れが連通していて、この源から水が装置２４を介して圧縮機１４の入口２６に送り出されることを承知されたい。装置２４は、圧縮機１４からの分流源を使って空気を吸い込み、一層細かい噴霧のミストを作る。廃熱ボイラー２８、３０及び３２が動力タービン２２の下流側に配置されている。公知のように、給水が給水配管３４を介してボイラー２８、３０及び３２に供給され、蒸気の形で水がボイラー２８、３０及び３２から種々の上流側の部品に伝達される。具体的に言うと、ボイラー２８からの蒸気が、燃焼器２６の入口３６に供給され、ボイラー３０からの蒸気が低圧タービン２０の入口及び動力タービン２２の入口に供給され、ボイラー３２からの蒸気が動力タービン２２の最終段に供給される。水噴霧噴射装置２４を別とすると、タービン１０の種々の部品は公知である。
【００１５】
動作について説明すると、空気が低圧圧縮機１２の中を流れ、圧縮空気が低圧圧縮機１２から高圧圧縮機１４に供給される。更に、水の噴霧が高圧圧縮機１４の入口２６に供給され、水の噴霧が入口２６を介して圧縮機１４に入る。水の噴霧が噴射される場所は温度が高い環境であるため、水の噴霧は高圧圧縮機１４に入る前に部分的に蒸発する。水の噴霧が、この噴霧が流れる圧縮機１４の少なくとも各段、すなわち、それが蒸発するまで、高圧圧縮機１４内の空気流を冷却する。普通、圧縮機１４の第６段までに水の噴霧は全部が蒸発する。
【００１６】
空気が高圧圧縮機１４によってさらに圧縮され、高度に圧縮された空気が燃焼器１６に送り出される。燃焼器１６からの空気流が高圧タービン１８、低圧タービン２０及び動力タービン２２を駆動する。廃熱がボイラー２８、３０及び３２によって捕捉され、廃熱蒸気が、前に述べたように、ボイラー２８、３０及び３２に結合された上流側の部品に送り出される。
【００１７】
水噴霧装置２４からの水の粒子は、高圧圧縮機１４の出口における空気流の温度（Ｔ３温度）及び燃焼器１６の出口における空気流の温度（Ｔ４１温度）が、噴霧を用いない場合のこういう温度に比べて低下するという利点をもたらす。具体的に言うと、水の噴霧が、圧縮機１４に流れ込んでその中を通る高温の空気から熱を取り出し、空気流からこの熱を取り出すことにより、Ｔ３及びＴ４１温度が下がると共に、必要な圧縮機の動力が減少する。Ｔ３及びＴ４１温度が下がることは、機関１０がＴ３及びＴ４１に拘束されず、従って、水噴霧を用いない場合に可能であるよりもスロットルを押すことにより、一層高いレベルで機関１０を運転することができるという利点をもたらす。動力出力が増加する他に、上に述べた水の噴霧の噴射は、同じ条件の下で中間冷却と比較して、水の消費量が少ないという利点がある。
【００１８】
図２は水の噴霧の噴射を含む別の実施例のガスタービン機関５０の略図である。機関５０が低圧圧縮機５２、高圧圧縮機５４及び燃焼器５６を含む。更に機関５０が高圧タービン５８、低圧タービン６０及び動力タービン６２を含む。更に機関５０が、高圧圧縮機５４の入口６６に水を噴射する水噴射装置６４を含む。図２では、装置６４が水源（図に示していない）と流れが連通していて、この源からの水が装置６４を介して圧縮機５４の入口６６に送り出されることを承知されたい。中間冷却器６８もブースタ５２と流れに対して直列に配置されていて、ブースタ５２からの空気流出力の少なくとも一部分または全部を受け取り、中間冷却器６８の出力が圧縮機５４の入口６６に結合される。もちろん、冷却水が図示のように中間冷却器６８に供給されるか、あるいは空気冷却のために送風ファンを使うことができる。例えば、中間冷却器６８は米国特許第４、９４９、５４４号に記載されている中間冷却器のうちの１つであってよい。
【００１９】
廃熱ボイラー７０、７２及び７４が動力タービン６２の下流側に配置されている。公知のように、給水が給水配管７６を介してボイラー７０、７２及び７４に対して供給され、この配管が中間冷却器６８の第１段７８Ａを通り、ボイラー７０、７２及び７４からの蒸気が種々の上流側の部品に伝達される。具体的に言うと、ボイラー７０からの蒸気が燃焼器５６の入口８０に供給され、ボイラー７２からの蒸気が低圧タービン６０の入口及び動力タービン６２の入口に供給され、ボイラー７４からの蒸気が動力タービン６２の最終段に供給される。水噴霧噴射装置６４を別とすると、タービン５０の種々の部品は公知である。
【００２０】
動作について説明すると、空気が低圧圧縮機５２の中を流れ、圧縮空気が低圧圧縮機５２から高圧圧縮機５４に供給される。低圧圧縮機５２からの圧縮空気の少なくとも一部分または全部が、中間冷却器６８の第２段７８Ｂを流れるように方向転換され、この方向転換された空気が冷却されて、高圧圧縮機５４の入口６６に供給される。さらに、水の噴霧が高圧圧縮機５４の入口６６に供給され、水の噴霧が入口６６を介して圧縮機５４に入る。水の噴霧が噴射される場所は、温度が高い環境にあるから、水の噴霧は高圧圧縮機５４に入る前に、部分的に蒸発する。水の噴霧が、少なくともこの噴霧が流れる圧縮機５４の各段で、すなわち、それが蒸発するまで、高圧圧縮機５４内の空気流を冷却する。普通、圧縮機５４の第６段までに水の噴霧が蒸発する。
【００２１】
空気が高圧圧縮機５４によってさらに圧縮され、高度に圧縮された空気が燃焼器５６に送り出される。燃焼器５６からの空気流が高圧タービン５８、低圧タービン６０及び動力タービン６２を駆動する。廃熱がボイラー７０、７２及び７４によって捕捉され、廃熱蒸気が、前に述べたように、ボイラー７０、７２及び７４に結合された上流側の部品に送り出される。
【００２２】
中間冷却と水の噴霧の噴射の組み合わせを設けることにより、機関１０に比べて機関５０からは増大した動力出力が得られると考えられる。中間冷却器６８は、周囲の湿気によって復水が現れるような温度の下がった圧縮機内に流れの場を取り入れることができる。そのとき、水の噴霧を圧縮機５４に添加して、その出口におけるＴ３を更に下げると共に、その運転に必要な動力を減少する。しかし、機関５０は、機関１０に比べて、より多くの水を必要とし、排気煙道温度の蒸気として煙道から出て行く余分の水の噴霧とともに、中間冷却器６８の動作のために、環境に対していくらかの水を散逸する。しかし、機関５０の動力出力を達成するために中間冷却だけを使った場合に得られる結果と比べて、水の噴霧の噴射と中間冷却の組み合わせでは、より多くの水が消費される。
【００２３】
図２に示した例の形式では示してないが、高圧圧縮機５４の入口６６における水の噴霧の噴射の代わりに、またはその他に、この噴射を低圧圧縮機又はブースタ５２の入口で行うことができる（ブースタでの水の噴射が図３で示してある）。この噴射によっても、Ｔ３及びＴ４１温度の低下という同じような利点を達成することができる。
【００２４】
ブースタでの水の噴霧の噴射を含む機関８２の一例の形式が図３に示されている。機関８２の形式は、水噴霧噴射装置２４が低圧圧縮機、またはブースタ１２の入口３８に配置されていることを別として、図１に示す機関１０とほぼ同様である。機関８２では、水がブースタ１２に噴射され、ブースタ１２の中を流れる空気を冷却する。ブースタ１２の中の空気流を冷却することにより、上に述べたようにＴ３及びＴ４１温度を下げるという利点が得られる。約１％の水の噴霧だけをブースタ１２に噴射することができ、この水はブースタの終わりまでに蒸発する。
【００２５】
図４はこの発明の別の実施例による圧縮機での水の噴射を含む単一回転子ガスタービン機関８４の略図である。機関８４が高圧圧縮機８６、燃焼器８８及び高圧タービン９０を含む。軸９２が高圧圧縮機８６及び高圧タービン９０を結合する。動力タービン９４が高圧タービン９０の下流側にあり、軸９６が動力タービン９４に結合されて、それから伸びている。水噴霧の噴射装置９８が、高圧圧縮機８６の入り口１００に配置されている。
【００２６】
２重回転子ガスタービン機関１０が図５に略図で示されている。機関１６０は、第１の軸１６６によって接続されたブースタ１６２及び動力タービン１６４と、第２の軸１７２によって接続された高圧圧縮機１６８及び高圧タービン１７０と、燃焼器１７４を含む。更に機関１６０がブースタ手前水噴霧噴射装置１７６及び圧縮機手前水噴霧噴射装置１７８を含む。
【００２７】
図６はこの発明の更に別の実施例による圧縮機での水の噴射を含むガスタービン機関２００の略図である。機関２００が低圧圧縮機２０２及び、高圧圧縮機２０４を含む。この実施例では、低圧圧縮機２０２は５段圧縮機であり、高圧圧縮機２０４は１４段圧縮機である。燃焼器（図に示してない）が圧縮機２０４の下流側にある。機関２００は高圧タービン（図に示してない）及び低圧タービン（図に示してない）をも含む。高圧タービンは２段タービンであり、低圧タービンは５段タービンである。
【００２８】
更に機関２００が、高圧圧縮機２０４の入口２０８に水を噴射する水噴射装置２０６を含む。水噴射装置２０６が、給水マニフォルド２１２と流れが連通する水計量弁２１０を含む。水が水源またはリザーバから計量弁２１０に供給される。空気が、高圧圧縮機２０４の第８段分流部２１４から空気マニフォルド２１３に供給される。分流部２１４は、加熱された空気の源として役立つ。熱交換器２１６が第８段分流部２１４から空気マニフォルド２１３に伸びる流れ配管または管２１８に結合される。供給管２２０および２２１が空気マニフォルド２１３及び給水マニフォルド２１２から、半径方向に隔たって外側ケーシング２２４の中を通る２４個の噴霧ノズル２２２及び２２３まで伸びている。ノズル２２２は、この明細書では短いノズル２２２と呼ぶことがあり、ノズル２２３はこの明細書では長いノズル２２３と呼ぶことがある。ノズル２２２及び２２３が、これから更に詳しく説明するように、交互の配置で、ケーシング２２４の周縁に沿って半径方向に隔たっている、
２４個の給水管２２１が給水マニフォルド２１３から伸び、２４個の空気供給管２２０が空気マニフォルド２１３から伸びている。各々のノズル２２２が給水マニフォルド２１２からの１本の給水管２２１及び空気マニフォルド２１３からの１本の空気供給管２２０に結合されている。一般的に各々のノズル２２２及び２２３へ流れる水は、高圧圧縮機２０４の第８段分流部２１４から取り出した高圧空気（例えば約１５０ psi）を使って噴霧化されている。この実施例では滴の直径は約２０ミクロンに保つべきである。このような滴の直径は、あとで更に詳しく説明する水計画を使って弁２１０を通る水の流量を制御すると共に、分流部２１４からの高圧空気を利用することによって保たれる。水噴霧噴射装置２０６を別とすると、機関２００の種々の部品は公知である。
【００２９】
動作について説明すると、噴霧の噴射をせずに、即ち給水弁２１５を閉じた状態で、機関２００をその最大動力出力まで運転する。この運転モードでは、空気が空気管２１８を通ってノズル２２２及び２２３へ流れる。空気が熱交換器２１６によって冷却される。しかし、弁２１０に水を通さないから、高圧圧縮機２０４への流れに水は噴射されない。
【００３０】
いったん最大動力出力が達成されたら、水噴射装置を作動し、水がノズル２２２及び２２３へ流れる。熱交換器２１６がその動作を続けて、ノズル２２２及び２２３に供給される空気の温度を下げる。具体的に言うと、第８段分流部２１４からの空気流は、典型的には６００−６５０°Ｆである。分流部の高温空気と水のリザーバからの水との温度差または不釣合いを小さくするため、空気の圧力を約１５０  ｐｓｉに保ったまま熱交換器２１６によって第８段分流部２１４からの空気の温度を約２５０°Ｆに下げる。圧力を約１５０  ｐｓｉに保つことにより、空気は、水を噴霧化するのに十分な圧力を持つ。
【００３１】
ノズル２２２及び２２３は水の噴霧２２６及び２２７（図６に略図で示してある）を高圧圧縮機２０４の入口２０８で流れの中に噴射し、水の噴霧が入口２０８を介して圧縮機２０４の中に入る。水の噴霧が噴射される場所が高い温度の環境であるため、水の噴霧は高圧圧縮機２０４に入る前に部分的に蒸発する。水の噴霧は、少なくともこの噴霧が流れる圧縮機２０４の各段で、即ちそれが蒸発するまで、高圧圧縮機２０４内の空気流を冷却する。普通、圧縮機２０４の第６段までに、水の噴霧は全部蒸発する。この空気が高圧圧縮機２０４によって更に圧縮され、高度に圧縮された空気が燃焼器に送り出される。燃焼器からの空気流が高圧タービン及び低圧タービンを駆動する。
【００３２】
水噴霧装置２０６からの水の粒子は、高圧圧縮機２０４の出口における空気流の温度（Ｔ３温度）及び燃焼器の出口に於ける空気流の温度（Ｔ４１温度）が、噴霧を用いないときのこういう温度に比べて下がるという利点をもたらす。具体的に言うと、水の噴霧が圧縮機２０４に流れ込んでその中を流れる高温の空気から熱を取り出し、空気流からこの熱を取り出すことにより、Ｔ３及びＴ４１温度が下がると共に、必要な圧縮機動力が減少する。Ｔ３及びＴ４１温度を下げることは、機関２００がＴ３及びＴ４１に拘束されず、従って、このような水の噴霧を用いない場合で可能であるよりもスロットルを押すことによって機関２００を一層高い出力レベルで運転することができるという利点をもたらす。
【００３３】
即ち、高圧圧縮機２０４の手前で、噴霧化された水の噴霧を噴射することにより、高圧圧縮機２０４の入口温度がかなり下がる。従って、同じ圧縮機吐出温度制御限界を使っても、高圧圧縮機２０４は、より多くの空気を圧送することができ、一層高い圧力比が達成される。この結果、出力が一層大きくなり、効率が改善される。動力出力が増加する他に、上に述べた水の噴霧の噴射は、同じ条件のもとで中間冷却に比べて水の消費量が少ないという利点をもたらす。Ｔ３及びＴ４１温度の拘束のかわりに、水噴霧形式を用いるとき、機関の拘束はもはやこういう温度ではなく、例えば拘束は高圧タービン入口の温度Ｔ４８及びコア速度であることがある。
【００３４】
上に述べた水噴射装置２０６は、低圧圧縮機より手前の水の噴霧の噴射に関連して利用することもできる。このような低圧圧縮機より手前の水の噴霧の噴射により、図９に関連して上に述べた中間のまたは高圧圧縮機より手前の噴霧の噴射と同じ利点の少なくとも多くがもたらされると考えられる。
【００３５】
図７は発電機２２８に結合されたガスタービン機関２００の略図である。図１０に示すように、機関２００が高圧圧縮機２０４より下流側の高圧タービン２３０及び低圧タービン２３２を含む。高圧圧縮機２０４及び高圧タービン２３０が第１の軸２３４を介して結合され、低圧圧縮機２０２及び低圧タービンが第２の軸２３６を介して結合される。第２の軸２３６は発電機２２８にも結合されている。機関２００は、例えば、水噴霧噴射装置２０６（図９）を含むように変更した、オハイオ州４５２１５シンシナティー所在のゼネラル・エレクトリック・カンパニイから商業的に入手しうるＬＭ６０００ガスタービン機関であってよい。
【００３６】
初めから噴射装置２０６を含むように製造するかわりに、装置２０６を現存の機関にあとからはめ込むことが可能である。噴射装置２０６をキット形式で提供して、給水及び空気マニフォルド２１２及び２１３と水計量弁２１０とともに、管２１８及び２２０を含む。ノズル２２２及び２２３も提供する。水の噴霧の噴射を行いたいとき、ノズル２２２及び２２３を外側ケーシング２２４の中に取り付け、流れ管２１８を取り付けて、第８段分流部２１４から空気マニフォルド２１３まで通す。弁２１０を水源及び給水マニフォルド２１２の間に結合し、給水マニフォルド２１２を空気マニフォルド２１３に結合する。
【００３７】
図８は、噴霧の噴射を含むように変更した、ゼネラル・エレクトリック・カンパニイのＬＭ６０００機関２５０の側面図である。機関２５０が入口２５２、低圧圧縮機２５４、前側フレーム２５６及び高圧圧縮機２５８を含む。機関２５０は、水噴霧噴射装置２６０含むように変更され、この装置は、機関の外側ケーシング２６８に取り付けられた２４個の半径方向に隔たるノズル２６６に結合された空気マニフォルド２６２及び給水マニフォルド２６４を含む。ノズル２６６が、低圧圧縮機２５４及び高圧圧縮機２５８の間の場所で、機関２５０の中に水を噴霧する。噴射装置２６０は、高圧圧縮機２５８の第８段分流部２７２に接続するコネクタ２７０と、コネクタ２７０から空気マニフォルド２６２まで伸びるパイプ２７４をも含む。図８には示してないが、熱交換器（空気から空気へまたは水から空気へ）をパイプ２７４に結合して、空気マニフォルド２６２に供給される空気の温度を下げることができる。例として、ノズル２７６が低圧圧縮機２５４の入口２５２に固定されることが示されている。空気及び給水マニフォルドをノズル２７６に結合して、低圧圧縮機より手前の水の噴霧の噴射を行うことができる。上に述べた噴射装置２６０の部品は、ステンレス鋼で作られる。
【００３８】
高圧圧縮機２５８は、典型的にはケース２６８に接していない固定翼を含む。水の噴霧の噴射と組み合わせて使うとき、水の噴霧と接触するような少なくとも若干のこういう翼を接触させることが必要であることが分かった。必要な限度まで、例えば黒鉛グリースを使って、こういう翼をケース２６８に接触させることができる。即ち、黒鉛グリースをこういう翼の支承区域に適用することができる。例えば、こういう黒鉛グリースを入口案内翼と、第２段の中の各々の下流側の翼に用いることができる。動作中、グリースの一部分が加熱されて散逸し、黒鉛が残って、翼からケース２６８までの伝導路を作る。
【００３９】
水を十分な圧力のもとに水噴霧噴射ノズルに供給することができれば、ノズルに高圧空気を供給することは必要ではないことがあることを承知されたい。したがって、こういう高圧の水が利用できれば、第８段分流部は省略することができると考えられる。
【００４０】
図９は機関２５０の第８段分流部２７２を接続するコネクタ２７０の斜視図である。コネクタ２７０が機関ケーシング２７８と係合するように螺着され、通常はボルト２７６によって閉じられる開口２７４を持っている。分流空気を空気マニフォルド２６２に送りたいとき、ボルト２７６を取り外し、パイプ２７４をコネクタ２７０の面２７８と合わさるパイプ２７４の端にある相手のフランジを使ってコネクタ２７０に結合する。ボルト開口２８０はパイプのあわさるフランジをコネクタ２７２にボルト締めすることができるようにする。
【００４１】
図１０は、機関２５０の断面図であり、ノズル２６６を示す。ノズル２２６は、高圧圧縮機２５８に対するガスの流れの中に噴射された水が、高圧圧縮機２５８の出口でほぼ一様な半径方向及び円周方向の温度低下をもたらすように構成されている。ノズル２６６が長いノズルの１組２８２と短いノズルの１組２８４とを含む。図１０に示す形式では、少なくとも１つの短いノズル２８４が、半径方向に整合した２つの長いノズル２８２の間の半径方向の中間位置に配置される。短いノズル２８４は、流路の円周と大体同一面であり、長いノズル２８２は、流路の中に約４インチ入り込む。もちろん、このほかの長さのノズルも希望する動作結果に応じて利用することができる。特定の１つの構成では、ノズル２８４が流路の中に０．４３６インチ入り込み、ノズル２８２が流路の中に３．６８６インチ入り込む。短いノズル２８４と長いノズル２８２との間の水の比（例えば５０/５０）も、圧縮機の出口におけるコーディングを制御するように選ぶことができる。
【００４２】
高圧圧縮機の入口における温度（即ち、Ｔ２５温度）を求める温度センサが、長いノズル２８２と整合している。この温度センサを長いノズル２８２と整合させることにより、このセンサを短いノズル２８４に整合させた場合よりも一層正確な温度測定値が得られる。
【００４３】
図１１及び１２は１つのノズル２６６を示す。長いノズル及び短いノズル２８２及び２８４は、長さが違うだけである。ノズル２６６は空気ノズル２８８及び水ノズル２９０をもつヘッド２８６を含む。空気ノズル２８８が、ノズル２８８から空気マニフォルド２６２へ伸びる空気パイプ（図に示してない）に結合される。水ノズル２９０がノズル２９０から給水マニフォルド２６４へ伸びる水パイプ（図に示してない）に結合される。ノズル２６６はステム２９２と、ノズル２６６をケース２６２に取り付けるフランジ２９４とを含む。ステム２９２の取り付け部分２９６は、ノズル２６６をケース２６２と係合させやすくする。
【００４４】
ステム２９２が外側管状導管２９８と、導管２９８の内側に配置された内側管状導管３００によって形成される。空気がノズル２８８に流れ込み、外側導管２９８及び内側導管３００の間の環状部分を通る。水がノズル２９０に流れ込み、内側導管３００の中を通る。１本の導管３０４によって形成されたステム部分３０２で空気と水の混合が行われる。ノズル２６６の端３０６が開放していて、このため水と空気の混合物がこの端３０６から流路の中に流れ出すことができる。
【００４５】
図１３は、フレームでの水の噴射（後ろ側から前を見る）及び入口での水の噴射（後ろ側から前を見る）の両方の噴射に対し、機関２５０のノズル２８２及び２８４に対する水と空気の供給を制御する制御回路３５０の回路図である。図１３に示すように、鉱物質を除去した水が、モータ駆動の給水ポンプ３５２によって圧送される。線形可変差分変成器、圧力センサ及び水計量弁のようなセンサ３５４が水送り出し配管に結合される。逃し弁３５６がポンプ３５２と並列に接続され、流量計３５８がポンプ３５２と直列に結合される。空気パージ配管３６０も水送り出し配管に結合される。常閉ソレノイド弁３６４に対する制御装置３６２が、空気パージ動作を制御する。フィルター３６６も水送り出し配管に設けられ、弁３７０（手動弁ロッキング・フラグ特徴（常開））をもつセンサ３６８が、フィルター３６６と並列に結合される。
【００４６】
制御装置３７４に結合された常開弁３７２を設けて、水が水送り出し配管から排水装置へ放出することができるようにする。水送り出し配管の水が熱交換器３７６を流れ、この熱交換器が高圧圧縮機２５８の第８段分流部からの空気を受け取る。
【００４７】
フレームでの水の噴射では、多数のセンサ３７８及び制御弁３８０がノズル２８２及び２８４に対する水の供給を制御する。回路３５０は蓄水器３８２をも含む。入口での水の噴射では、センサー３７８及び制御弁３８４がノズル２８２に対する水の供給を制御する。
【００４８】
図１３に示す文字は次の意味を持つ。
【００４９】
Ｔ−温度測定場所
Ｐ−圧力測定場所
ＰＩ−圧力表示計
Ｎ/Ｃ−常閉
Ｎ/Ｏ−常開
ＰＤＳＷ−差圧スイッチ
ＰＤＩ−差圧表示計
ＤＲＭ−ドレン
ＺＳ−位置スイッチ
ＷＭＶ−水計量弁
ＰＲＧ−パージ
ＬＶＤＴ−線形可変差分変成器
図１３では実線が給水配管であり、２重破線はドレン配管であり、マークつきの実線は電気配線である。ボックスは給水装置と機関の間のインターフェースを示す。水計量弁２８６及びその他の制御/測定弁２８８及びオリフィス２９０（入口での水の噴射に対する）は回路３５０を通じての水の流れの制御に関連して利用される。
【００５０】
次に、機関２５０に関連する回路３５０の種々の動作モードに対する制御を説明する。以下の説明でＺＳＰＲＩＮＴＯＮ，ＺＳＰＲＩＮＴ及びＺＲＡＩＳＥは次の意味を持つ。
【００５１】
ＺＳＰＲＩＮＴＯＮ＝ＯＦＦの機関のＨ２Ｏ送り出しに対する
システム・サプライアー作動／順序制御
ＺＳＰＲＩＮＴ＝    水の噴射、運転停止及び保護機能のため
に使われる、熱交換器のパージに続くコア
制御ロジック計画限界順序
ＺＲＡＩＳＥ＝      ＺＳＰＲＩＮＴに警報機能の為に使わ
れるマニフォルド充填タイマーをあわせた
もの。
【００５２】
＊は選ばれた変数が同調可能であることを意味する。
噴射前の許容／パージ作動（ＡＵＴＯ又はＭＡＮＵＡＬ）
1．   Ｔ２＞３０Ｆ*  ＝ＯＮ  Ｔ２＜２７Ｆ*  ＝ＯＦＦ
2．   蓄水器装填圧力＞４０  ｐｓｉｇ*
3．   オペレータがＺＳＰＲＩＮＴＯＮを熱交換パージの真にセットして側路
開始
ＡＵＴＯ      必要なパージ時間に見合う任意の時
ＭＡＮＵＡＬ  水の噴射の開始点
4．   ドレン弁を閉じる。
噴射許容（噴射前の許容条件１−４を満たす）
1．   ＰＳ３  限界計画より５０  ｐｓｉ*  またはそれ未満だけ低い
2．   Ｔ２調整器が作動していない（ＭＡＮＵＡＬでのみ）
3．   第８段空気圧力＞（ＰＳ３/４）
4．   熱交換器パージタイマー完了
5．   第８段空気温度が３００Ｆ*  より低い。
6．   水温が２５０Ｆ*  より低い
ＭＡＮＵＡＬモードの順序
1． オペレータが電力をセットして上記噴射許容条件１−２を満たし、
ＺＳＰＲＩＮＴＯＮ＝Ｔ（ＴＲＵＥ＝ＯＮ）をセットする。
2． 給水ポンプをオンにし、熱交換器パージ弁を側路する（最小
水量）
3． 水の熱交換器パージが、第８段空気温度を＜３００Ｆ*
（５分間*  ）まで下げる
4． ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｔ（ＴＲＵＥ＝ＯＮ）ＳＰＲＩＮＴ閉め切
り弁を開く（熱交換器側路が機関に方向転換される）、機関に対す
る最小計画流量
5． 流れが６０秒*  で、最小計画水量でマニフォルドをいっぱい
にする。
【００５３】
ＺＲＡＩＳＥ＝Ｔ（ＴＲＵＥ＝ＯＮ）
6． オペレータがＳＰＲＩＮＴの流れ（０．５  ｇｐｍ/ｓｅｃ）を
最大計画レベルまで高める。
7． オペレータが動力を所望のレベルまで、またはＭＷ、Ｔ３、
Ｔ４８、Ｐｓ３、ＸＮ２５Ｒ３またはＸＮ２５Ｒによって制限される所まで
あげる。
8． 計画限界の間で動力及び水を希望するように下げる。
9． 基本計画限界より、ＰＳ３が６０  ｐｓｉ低いところで、
ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆをセットし、ＳＰＲＩＮＴが最小流量
計画まで傾斜して下がり（−２  ｇｐｍ／ｓｅｃ）、運転停止に
する。
１０．ＺＳＰＲＩＮＴＯＮをＯＦＦ（ＦＡＬＳＥ＝ＯＦＦ）に作動
し、ＳＰＲＩＮＴ閉め切り弁がＯＦＦになって、機関から側路へ
水を方向変転換し、給水ポンプをオフにし、熱交換器パージ弁を側路
し、装置のドレンを開き、空になるまで配管をパージし、ドレン
を閉じる。
ＡＵＴＯモード（許容条件が満たされる）
1．   オペレータがＺＳＰＲＩＮＴＯＮをＯＮ（ＴＲＵＥ＝ＯＮ）
にセットし、時間的に、ＳＰＲＩＮＴ作動許容より前に、熱交換器
パージを完了するようにする。
2．   ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｔが、許容点に達したとき自動的に開始
される。
３．  ＳＰＲＩＮＴ閉め切り弁が開く（水を側路から機関へ方向転換
する）
４．  マニフォルドを最小計画で充填する（６０ｓｅｃ*  の遅延）その後
ＺＲＡＩＳＥ＝Ｔが水を最大計画流量まで傾斜させる
（0．5     ｇｐｍ／ｓｅｃ）
５．  動力を所望のレベルまで傾斜させ、ＭＷ対Ｔ２リミッタ、Ｔ３，
Ｔ４８、Ｐｓ３、ＸＮ２５Ｒ３またはＸＮ２５Ｒによって制限
する。
６．  ＳＰＲＩＮＴが最小流量計画に傾斜して下がり（−２  ｇｐｍ/
ｓｅｃ）運転停止が行われる前に、動力を基本計画限界（Ｔ―Ｐ３ＢＮＶ
Ｇ）より６０  ｐｓｉ*  低いところまで希望する
通りに下げる。
７．  ＺＳＰＲＩＮＴＯＮをＯＦＦ（ＦＡＬＳＥ＝ＯＦＦ）に作動し、ＳＰＲＩ
ＮＴ閉め切り弁をＯＦＦにし、熱交換器パージ弁を
側路にし、給水ポンプをオフにし、装置のドレインを開き、空になるまで
配管をパージする。
警報条件
ＺＲＡＩＳＥ＝ＴＲＵＥ（ＴＲＵＥ＝ＯＮ）。マニフォルド充填タイマーが満たされ、ＳＰＲＩＮＴがＡＬＡＲＭＳに対して流れる。
１．  流れの誤り（Ｉｄｅｍａｎｄ−ｍｅｔｅｒｅｄ）＞３  ｇｐｍ*
が５秒間*  の時―警報
２．  第８段空気温度＞２５０Ｆ*  が５秒間*  の時に―警報
水運転停止条件
ＳＰＲＩＮＴ＝Ｆが下向き傾斜制御限界を通じて、水の運転停止を開始し、水の閉め切りを作動する。
1．   流れの誤差（ｄｅｍａｎｄ−ｍｅｔｅｒｅｄ）＞６  ｇｐｍ*  が
１０秒間*  …ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆにセット
2．   水の要求量＞６ｇｐｍ*  で低い圧力損失が２４ｐｓｉ*  未満…ＳＰ
ＲＩＮＴ＝Ｆにセット
3．   水の要求量＞１０ｇｐｍ*  で５０ｐｓｉ*  より低い圧力損失…ＺＳ
ＰＲＩＮＴ＝Ｆにセット
４．  第８段空気温度が３００Ｆ*  より高い…ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆにセット
5．  第８段空気圧力＜（ＰＳ３/４）…ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆに
セット
６．  Ｔ２＜２７Ｆ…ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆにセット
７．  ＰＳ３がＰｓ３限界計画より６０  ｐｓｉ*  以内でないとき…
ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆにセット
８．  任意のガスタービンの運転を停止し、負荷を落とし、または
アイドリングに進む…ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆにセット（水下向き傾斜
制御を側路）
９．  遮断器が閉じない…ＺＳＰＲＩＮＴ＝Ｆ（水下向き傾斜制御を
側路）をセット
図１４は、図８に示した機関装置に対する一例の水計画を示すチャートであり、図１５は種々の周囲温度で図８に示した機関に供給される出力、熱量、流れ及び水を示すチャートである。ノズルに供給される水量は、例えば、周囲温度並びに所要の滴の寸法に応じて変化する。少なくとも１つの用途では、２０ミクロンの滴寸法が受け入れることのできる結果をもたらすことが分かった。もちろん、水の噴霧の噴射を利用する機関の動作パラメータ、希望する動作パラメータ及びその他の当業者に知られている因子が、水の噴霧の噴射の量に影響する。
【００５４】
図１６は、図８に示した機関の高圧圧縮機の出口補正速度に対する高圧タービンの空洞の流れの関係を示すチャートである。図８に示す機関では高圧タービンのガス通路の空気を吸い込んだ結果として、高圧タービンの内部空洞の温度が熱くなり過ぎないように保護するために、別の機関制御限界が使われる。高圧タービンの空洞が、適切な流量及び圧力の高圧圧縮機からの空気で冷却され、常に内部空洞から高圧タービンのガス通路への確実な空気の流れがあるようにし、こうして吸い込みの可能性を除く。圧縮部品に水を噴射する目的が、Ｔ３温度を冷却して、機関のスロットルを押して、動力を増加させることにあるから、高圧装置は、水の噴射をしない場合に普通であるよりも一層高速で運転される。しかし、タービン空洞を冷却するために圧縮機から供給される寄生空気が減少する。図１６に示す曲線は、高圧圧縮機出口温度に対して補正した高圧圧縮機速度の関数としての高圧圧縮機の冷却空気流の関係を示す。高圧圧縮機出口補正速度は次のように定義される。
ＨＰ物理速度* 平方根（国際基準温度/ＨＰＣ出口温度）または
ＸＮ２５Ｒ３＝ＸＮ２５*（ＴSTD/Ｔ３）1/2
ここに、ＴSTD＝５１８．６７°Ｒ（５９°Ｆ）である。
【００５５】
図１６に示す曲線で示されているように高圧タービンの空洞の吸い込みが起きないように保証するには、最小の高圧タービンの空洞の流れが必要である。この流れのレベル及び高圧圧縮機出口補正速度に対するその関係が、最大限界として機関を制御しなければならないＸＮ２５Ｒ３を定める。
【００５６】
滴の寸法について言うと、各々の流量における最小滴寸法を発生して、完全な蒸発のための停留時間を短縮するとともに、羽根の侵食を防止するくらいに滴寸法を小さく保つべきである。次に、滴寸法を解析するやり方を説明する。具体的に言うと、予備解析として、ＬＭ−６０００ブースタ・ダクトの３０°扇形部分の３Ｄモデルを用いて、ダクト内の速度及び温度の場を決定する。ダクトの入口には旋回がないものと仮定し、ノズル先端が、半径方向内向きのブースタ・ダクトの入口で、外側ケーシング内にある。ノズルの軸線は外側ケーシングの面に対して直交しており、噴射点はケーシングの面から約０．２インチ半径方向内側である。ノズルによって発生された滴寸法の値は、式（１）で与えられているＲＲ滴寸法の最も小さい値まで求める。一層小さい２つの値（即ち１０．５  μｍ及び７．５  μｍ）も想定して、空気噴霧化ノズルによって典型的に発生されるものよりも一層小さい滴寸法の効果を判定する。その結果が図1７に示されている。それぞれ０．５  ＧＰＭの３６個のノズルを用いた即ち,３０°扇形部分に対して３個を用いたと仮定している。
【００５７】
直径ｄより大きな容積割合＝ｅｘｐ−（ｄ／ｄRR）N              （１）
ＨＰ圧縮機の入口における水の流れと、完全に蒸発する段との間の関係が図１８に示されている。
【００５８】
図１８のデータを使って、そこに示された段で完全な蒸発が起こるようにするには、ＨＰ圧縮機の入口に存在していなければならない大体の最大滴寸法を決定することができる。得られた滴寸法も図１８に示されている。この計算は濡れ面での再巻き込みから得られた平均滴寸法が、沈降滴寸法と同じであると仮定していい。空気密度が増加し、圧縮機内にある液体の量が一層少ないから、実際の再巻き込みからの滴寸法は、図１８に示す値より小さくなる。圧縮機内で再巻き込みを通じて発生されるものよりも、一層小さい滴を噴霧ノズルで発生することは必要ないかもしれないが、そうではない。これは、ノズルによって発生される滴が小さくなればなるほど、ＨＰ入口案内翼の上に沈降する圧縮機入口流量の割合が一層小さくなるからである。更に、濡れを表示した段における濡れ面積の割合は、どんな精度で決定することもできなかった。従って、「濡れた」ケーシング温度が意味しているものよりも一層少ない水がＨＰ圧縮機内に存在していたことが考えられる。
【００５９】
完全な蒸発の場所が図１９に示されている。このデータは、予備解析で計算したよりも、約２０％余分の水の噴射を所定の段で蒸発させることができることを示している。
【００６０】
図１９で示したのと同じノズルの流量及び最初の滴寸法をＬＰ圧縮機の入口に用いて、ＨＰ圧縮機内での完全な蒸発の場所を評価する。ノズルによって発生された一層小さい滴寸法は、ノズルの流れの内のある部分だけを、ＬＰ圧縮機の入口案内翼の上に沈降させる。この沈降する流れの振る舞いは同じであるが、沈降しない割合の部分は、ＬＰ圧縮機及びブースタ・ダクト内で一層急速に蒸発する。
【００６１】
ＬＰ圧縮機に最初に沈降した水の蒸発を計算する方法は、今述べたところと同じである。滴の形をした割合の蒸発は、完全な滴の蒸発の場所を決定するモデルを使って計算する。この場所は、沈降しなかった流れに対する小さなカットオフ寸法により、ＬＰ圧縮機内で場所が突き止められる。このカットオフ寸法が、ＬＰの入口では、軌跡解析を使って、１３  μｍと計算される。図１９の最初の４つのノズルに対する結果が図２０に示されており、この場合合計１８  ＧＰＭが、最初は０．５  ＧＰＭ／ノズルで再び噴射される。
【００６２】
初期沈降に対する滴カットオフ寸法の影響に対する較正として、図２０のノズル３に対し、１０  μｍのカットオフ寸法ではなく１３  μｍのカットオフ寸法が用いられた場合、完全な蒸発は、ＨＰ圧縮機の９−１０段ではなく、第１１段で起こる。ブースタ・ダクトの入口での噴射に比べて、ブースタ・ダクト内では、ＬＰ入口での噴射の時のブースタ・ダクト内での平均滴寸法が増加するために、起こる蒸発が若干少ないが、ＬＰ圧縮機内での蒸発により、ＨＰ圧縮機内では一層早く蒸発がおこる。
【００６３】
ノズルの選択及び性能について言うと、選ばれた圧力及び空気で噴霧化するノズルの性能、並びにＨＰ圧縮機内での蒸発に対するその影響には、その中でそれらのノズルを用いる環境で、ノズルによって発生される滴寸法の時間的な分布がわかっていることが必要である。時間的な寸法分布は、関心がある空気密度で測定しなければならない。時間的な滴寸法を計算するには、滴寸法の空間的な分布、液体の容積の割合及び滴速度の分布を測定することが必要である。
【００６４】
ノズルの性能を測定するために噴霧トンネルを使うことができる。一例の試験では、トンネルには、０．１３  ｌｂ/ｆｔ3 のブースタ・ダクトの空気密度に釣合うのに十分な圧力で、７  ｌｂ/ｓまでの空気を供給する。トンネル内の空気速度を４５ないし７５  ｆｔ/ｓにわたって変化させて、噴霧の外側境界における噴霧の逆方向の循環を除くと共に、噴霧の直径を、石英窓に対する滴の衝突を避けるのに十分な程度に小さく抑える。空気温度を９５°Ｆより低く保って、ノズルと測定場所の間での蒸発を考慮しなくてもよいようにする。
【００６５】
軸方向の滴速度の半径方向の分布が、水の流れがない状態での夫々の噴霧化空気流量の空気速度の測定値から得られる。ＲＲ滴寸法の半径方向の値に、液体の容積割合の半径方向の値及び軸方向の滴速度を乗じ、その結果得られた積を、噴霧の半径にわたって積分する。噴霧の断面にって積分した平均液体容積割合及び軸方向速度で除したのち、平均の流れるＲＲ滴寸法が得られる。
【００６６】
空気噴霧化ノズルの性能は、圧力噴霧化ノズルの性能よりもよい。１３５  ｐｓｉｇのとき、２４  ＧＰＭ全噴射での２４個の空気噴霧化ノズルは、ＨＰ圧縮器内で蒸発させることができるが、３０００  ｐｓｉの圧力噴霧化ノズルは、２４  ＧＰＭのうちの５  ＧＰＭがＨＰ圧縮機を突き抜けるようになった。１  ＧＰＭ／ノズルで圧力噴霧化のズルを用いてＨＰ圧縮機内で２４  ＧＰＭを蒸発させるためには、少なくともあるノズル形式は５０００  ｐｓｉで運転しなければならない。これより低いノズルあたりの水の流量では、空気噴霧化ノズルの性能が改善されるが、ノズル形式を変えなければ圧力噴霧化ノズルの性能は低下する。ノズルは、ミシガン州４９４６４、ジーランド、ＦＳＴウッドウォードから商業的に入手することができる。
【００６７】
もう一度まとめて言うと、上に述べた水の噴霧の噴射は、同じ圧縮機吐出温度制御限界を使って、増大した動力出力が得られるという重要な結果をもたらす。即ち、ブースタ並びに/または高圧圧縮機の前で噴霧化した水の噴霧を噴射することにより、高圧圧縮機の入口温度がかなり低下する。従って、同じ圧縮機吐出温度制御限界を使って、高圧圧縮機はより多くの空気を圧送することができ、圧力比を一層高くすることができる。この結果、出力が一層大きくなり、効率が改善される。動力出力が増加する他に上に述べた水の噴霧の噴射は、同じ条件の下で中間冷却をした場合に比べて、水の消費量が一層少ないという利点がある。
【００６８】
この発明を種々の特定の実施例について説明したが、当業者であればこの発明を特許請求の範囲内で変更しても実施することができることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例の圧縮機での水の噴射を含むガスタービン機関の略図。
【図２】  この発明の別の実施例による圧縮機での水の噴射及び中間冷却を含むガスタービン機関の略図。
【図３】  この発明の一実施例によるブースタでの水の噴射を含むガスタービン機関の略図。
【図４】  この発明の別の実施例による圧縮機での水の噴射を含む単一回転子ガスタービン機関の略図。
【図５】  この発明の更に別の実施例によるブースタ及び圧縮機での水の噴射を含むガスタービン機関の略図。
【図６】  この発明の更に別の実施例による圧縮機での水の噴射を含むガスタービン機関の略図。
【図７】  図６に示したガスタービン機関を発電機に結合した場合の略図。
【図８】  噴霧の噴射を含むように変更したジェネラル・エレクトリック・カンパニのＬＭ６０００機関の側面図。
【図９】  図８に示す機関の第８段分流部を空気マニフォルドに接続するコネクタの斜視図。
【図１０】  図８に示した機関の断面図でノズル形式を示す。
【図１１】  ノズルの側面図
【図１２】  図１１に示したノズルの平面図。
【図１３】  図８に示した機関内のノズルに対する水及び空気の供給を制御する制御回路の回路図。
【図１４】  図８に示した機関装置に対する一例の水計画を示すチャート。
【図１５】  種々の周囲温度における図８に示した機関に供給される水、流れ、熱量及び出力を示すチャート。
【図１６】  図８に示した機関の高圧圧縮機出口補正速度に対する高圧タービンの空洞の流れの関係を示すグラフ。
【図１７】  圧力及び空気噴霧化ノズルの動作の結果を示す表。
【図１８】  高圧圧縮機の蒸発に対して、水の流れを示すグラフ。
【図１９】  高圧圧縮機内での蒸発に対するノズルの性能の効果を示す表。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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