(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を含む作業流体を獲得する入口を有する軸流多段コンプレッサを含む産業用ガスタービンの正味出力を増大する方法であって、
軸流多段コンプレッサによって獲得された作業流体に大きな潜熱を有する水の小滴を次第に増大する方法若しくは段階的に増大する方法で添加し、前記水の小滴の量は、前記コンプレッサの入口の湿度が飽和された空気にその１重量％の少なくとも３／４の液体の水を加えた作業流体を提供するものとされ、圧縮によって生じる作業流体の温度増大を低減し、それによってガスタービンの正味出力の増大を達成する工程、
前記コンプレッサのハウジングの変形を監視する工程、並びに
所定の公差に前記変形を制限するために前記水の小滴の添加を制御する工程を含む方法。
【請求項２】
前記水の小滴の量は、前記ガスタービン内の熱応力を調整するために始めは時間に関して増大され、その後、実質的に一定に維持される請求項１の方法。
【請求項３】
前記コンプレッサのハウジングの変形は前記コンプレッサのハウジングの角度変形である請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガスタービンの動力発生増大の方法および装置に関し、さらに詳細には、発電設備および化学処理設備に共通して使用されるランドベース型産業用ガスタービンの動力の発生を増大する方法および装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
ガスタービンは、種々の有効な用途に使用される。航空、航海、発電および化学処理は、種々の設計のガスタービンから利益が得られる。またランドベース型ガスタービン発電設備は、ガスタービンによって発生された廃棄ガスから蒸気を発生するために熱回収ユニットが使用され、蒸気タービンが蒸気によって作動されるときに、組み合わされたサイクルの利点を提供する。
【０００３】
通常の専門用語に関して、この明細書で使用される「ガスタービン」は、圧縮部分、燃焼部分およびタービン部分を有するタービン装置を称する。近年において、専門用語の「燃焼タービン」という用語は、同じ機械を言うために使用される。これに関して、この明細書は、これまで使用されて来た用語、現在の時点でそれらを称する「燃焼タービン」という用語の双方を言うために「ガスタービン」という専門用語を使用する。
【０００４】
ガスタービンは、入力した空気を圧縮する圧縮部分と、燃料と圧縮された入力空気を組み合わせる燃焼部分と、燃料の酸化によって生じる高温の圧縮ガスからのエネルギーが仕事に変換されるタービン部分とを有する。通常、天然ガス（ほとんどメタン）、ケロシン、（一酸化炭素のような）合成ガスが燃焼部分に燃料として送られるが、他の燃料も使用することができる。回転軸、取り付けられたタービン部分のロータ羽根および取り付けられているコンプレッサ部分の回転羽根によって形成されたロータは、機械的にコンプレッサ部分に、ある場合には、化学処理に使用されるコンプレッサまたは発電機に動力を提供する。タービン部分からの廃棄ガスは、スラスト力を発生するために使用することができ、熱エネルギー源であるか、またある場合には、廃棄される。いくつかのタービン部分は、圧縮空気、蒸気等のいずれかが、タービン部分に使用される回転羽根内の内側冷却空洞を通過する液冷回転羽根を使用し、これは、燃焼部分からの高温の出力を可能にする。
【０００５】
いくつかの理由において、要求または必要に応じて、動力能力の増大を可能にするために、発電設備、化学処理設備、および特定の環境に、接地されたランドベース産業用ガスタービンからの電力発生を増大することが望ましい。例えば、発電の実施例において、設備の顧客からの要求は、エアコン、電気扇風機等の増大した用途に適応するために、ある場所において夏季に増大する。従来の電極クロルアルカリ方法のような電気集中化学処理を含む化学処理設備においても、同様に、ガスタービンから発生した電力を増大することができる電気集中処理の生成物の要求に基づいていることが望ましい。
【０００６】
所定のガスタービンから発生される動力を増大する１つの公知の方法は、タービンの燃焼温度を単に増大することを含むが、ベースロード動作のこの欠点は、上昇した燃焼温度が、高温の端部部品の熱摩耗を増大させ、保守のための停電の頻度を増大する傾向があることである。タービンへの入力空気の蒸発性冷却は、他の公知の選択であり、特に高温で乾燥した環境で著しい利点を提供するが、蒸発性冷却からの達成可能な増大は制限され、現場で優勢な大気環境に依存する。タービンの燃焼器への水の注入および燃焼器シェルまたは燃焼器への直接的な蒸気の注入は公知であるが、燃費に関する損失、投資コストおよび可能な追加的な蒸気発生に加わるコストに関する不利益を生じる。
【０００７】
本発明を参照すると、出願人は、産業用ガスタービンにおいて著しい水準の動力の増大を達成する新しい実際的な手段を示す。ここで水（またはアルコール、またはその混合物であるが、蒸発の高い潜熱、容易に利用可能であり、それを取得し用いる使用者に無視できる程に極めて低いコストである観点において、好ましくは簡単で本質的である水のみである）は、空気で達成できる出力以上にガスタービンの動力出力性能を増大する。水は、負荷の下で作動するガスタービンに負荷することができ、このプロセスおよび効果は、以降、「ウエット圧縮」と称する。
【０００８】
本発明の制限を意図することなく、ウエット燃焼は、たとえ完全に（１００パーセント）有効な蒸発性入力空気冷却装備ガスタービン装置において、動力の増大を可能にする。一部において、増大は、入力空気の圧縮に必要な仕事を減少することによって達成される。この熱力学の利点は、「潜熱相互冷却」を介してガスタービンのコンプレッサ内で実現され、この場合、コンプレッサに誘導される空気に加えられる水は、追加された水を有する空気が圧縮されるとき、蒸発を介してその空気を冷却する。追加された水は、この観点において「蒸発性液体シンク」として考えることができる。
【０００９】
ウエット圧縮方法は、（水が付加されない空気を圧縮する）仕事の量を低減し、それにより（１軸の機械の場合に）ガスタービンに取り付けられる負荷を駆動するか、（１軸および２軸の機械の双方において価値を有する）大きな流れを提供するために圧縮速度を増大するか、のいずれかに有効な仕事量を増大する。
【００１０】
ウエット圧縮によって可能な動力の増大は、追加され蒸発された水によって提供された流れにおいて小さく増大される。また、動力の増大は、空気の流れの増大に寄与するように現れ、この空気流は、まず、毎分１０−２０ガロン（毎分３８ないし７６リッタ）で生じることが知られる。コンプレッサから排出される（乾燥された空気圧縮に応答して）冷却空気／蒸気物の温度を上昇するために、追加的な燃料が必要とされることに留意すべきであるが、ウエット圧縮効果から実現される値は、必要な追加的な燃料の値より大きく、全体として装置の動作に加えられる値を生じる。
【００１１】
動力増大におけるコンプレッサの水の追加の可能性は、ある時間において、理論的な水準において当業者の少なくとも幾人かによって理解されるが、出願人によって見いだされ、検証された他の参考例は、水をガスタービンのコンプレッサに加える全体的なメリットおよびタービンまたはコンプレッサ能率および性能に関する効果に関して異なる結論に到達した。ガスタービンのコンプレッサへの水の追加の早期の例は、（１９８４年，マサチューセッツ州技術協会）の「高能率のターボマシンおよびガスタービンの設計」と題されたデビッドＧ．ウイルソンによって提唱され、ここでは、コンプレッサ段の間のアエジディアスエリング（AegidiusElling）によって建設された１９０３年のタービンに使用された６段階遠心力コンプレッサが、コンプレッサ段の間で水を噴射した。
【００１２】
１９４０年台において、ウエットコンプレションの背後にあるいくつかの原理の概要は、（ミッドウエスト動力会議、技術のイリノイ州の協会から１９４９年４月１８ないし２０日に発行された）I.T.WetzelおよびB.H.Jenninngsによる「軸流コンプレッサの水スプレー噴射」の３７６から３８０ページに述べられている。この記事は、「水は、４つのスプレー装置のタイプの１／４ＬＮＮ６ノズルから上流の入り口ダクトに噴霧された」ことを示している。実際の結果は、（小さいスケールの蒸気タービンに対して）ガスタービンを使用しない。
【００１３】
同様に、１９７３年のソビエトの公報（「ガスタービンエンジンのコンプレッサの動作への水スプレー効果」）１９７３年のL.I.Slobodyanyuk,Enerqetika,Ｎｏ１，ｐｐ９２−９５）は、コンプレッサの空気取入口に「乾燥空気」の０．０８ｋｇの蒸留水をスプレーする効果を説明し、これらの環境の下でガスタービンエンジンの動力がほぼ３５パーセントだけ増加する。しかしながら、WeztelおよびJenningsの記事に関しては、ソビエトの例に使用された装置は、ガスタービンではないが、液体の水を排出するためにインターステージトラップが使用され、蒸気タービンによって駆動される理想化されたコンプレッサである。
【００１４】
ランドベースガスタービンから識別されるようなジェット航空機の開発において、アルコールまたは水／アルコールの混合物の注入は、J.A.C.FortinおよびJ.F.Bardonによって「メタノールを使用してガスタービンコンプレッサのインターステージ冷却」と題された機械エンジニヤの記事のアメリカ社会で記載された（例えば、離陸時の）非常に短い期間、スラストの増大を提供する実施例において考慮された。
【００１５】
ランドベースガスタービンの特定の明確な実施例において、J.P.NolanおよびＶ．Ｊ．ツオンブリによる１９９０年ＡＳＭＥ公報の「ガスタービン性能の改良の直接混合蒸発性冷却装置アメリカンアトラス社・コジェネレーション設備ライフル、コロラド州」は、１３．５メガワットのベースライン性能を有するガスタービンにおいて、「ガスタービン動力の増大に使用される従来のウエット剛性メディア装置の代替物として」直接混合蒸発性冷却装置の構造および動作を報告している。この装置において、隣接するグリーンハウス動作において使用できるような６００ｐｓｉまたはそれ以上で作動する小径（０．５インチないし１インチ）の非鉄配管に取り付けられた噴霧装置の「フォギング装置」は、インテークコラムに下方に流れる空気に液体の水をスプレーするように設計され、延長された（１６フィートの高さ）垂直方向のエア吸入クコラムの上部に構成された。コンプレッサ（１００パーセントの相対湿度）に取り入れられた空気の望ましい完全な湿度を提供するために、毎分７．５ガロンがフォギング装置を通して出力されなければならないことが示されている。この設計の流れ性能は、ドリフト、圧力変化、漏れ、および他の損失、および可能なコンプレッサの故障に関して考慮される「オーバースプレー」（すなわち、過剰な水が、コンプレッサに入る完全な飽和以上で供給される）の可能性、コンプレッサの羽根の腐食、およびコンプレッサの羽根の侵食ならびに過剰な水に関連した質量の流れの可能な有効な増大を可能にするように二倍にされる。
【００１６】
いくつかの試みが１９８９年９月を通して７月から一定の範囲での大気条件で流速で記録するように行われた。９．６パーセントの平均の出力利得は、１３．５メガワットのベースライン出力にわたって記録され、７．４パーセントは、（８７°Ｆの平均大気空気温度から６７°Ｆのウエットバルブ温度への）入力空気の蒸発性冷却に寄与し、２．２パーセントは、コンプレッサを通して流量において１．３パーセントの増大に寄与した（前記１．３パーセントの空気への水の入力のみを計算に入れる）。しかしながら、同時に、ほぼ１５°Ｆのガスタービン排気温度の低下が観察され、それに応答して、１，０００°Ｆの排気温度制限を達成するように点火温度が増大することが記録された。
【００１７】
NolanおよびTwombly記事は、その表面で入力空気装置の完全に湿度化する比較的小さいガスタービンのコンプレッサに連続的に水を入力する性能を有する。ウエットコンプレッション動力の増大は、NolanおよびTwomblyによって記録されたような装置、または出願人の発明毎の産業用ガスタービンに望ましい。特に、３５メガワット級のまたはそれ以上の大きな近代的な産業用ガスタービンおよび湿度化された空気を使用する所定のガスタービンのネット出力の増大が可能とされる。
【００１８】
例えば、出願人は、（NolanおよびTwomblyによって報告されたような）制御曲線において、１５°Ｆの上方のシフトでNolanのガスタービンに関連しており、他のメーカーの中実の羽根のタービンに関する出願人の経験によれば、これは、タービンを通して増大した流量に対してNolanおよびTwomblyによって寄与された動力生成は、２．２パーセント以上の全体の「増大」になる。その結果、NolanおよびTwomblyがこれを認識しなくとも、これらのガスタービンの動作および保守の当業者は、タービン出力に関する「オーバースプレー」の効果全体には否定的であり、もっともよくとも、ほとんどまたは全く積極的な効果はなく、記録された２．２パーセント以下の付加された出力の水準が、記録された水の処理コストおよび可能な負の長期の影響、これらのタービンのコンプレッサに加えて液体水の延長された期間から見る増大した保守コストを正当化するかどうかの問題を生じる。
【００１９】
また、出願人の発明に関する産業用ガスタービンで可能になる場合、および示唆されたウエット圧縮のいくつかの形態がある場合であっても、産業用ガスタービンの同様の「フォギング装置」の実施例で生じるタービンハウジングの変形の可能性の認識はない。また、完全に水分を与えた空気（すなわち、「オーバースプレー」を介して１０パーセントそれ以上）で達成可能な出力全体で１０パーセント以上の増大水準を達成するために水を加える内容または示唆はなく、出願人によって見いだされた故障の問題を解決するためにクリーニング処理の例において、いかなる教示または示唆も産業用ガスタービンの著しい水準でのウエット圧縮の実施例とは関連しない。
【００２０】
産業用ガスタービンで動力の増大を得る他の手段としてコンプレッサへの水の吸入それ自体を考慮し、特に、百メガワットおよびそれ以上のベースラインの性能を有することができる産業用ガスタービンの大きな、さらに最近のモデルに関して考慮すると、Nolanの記事で報告されたウエット圧縮動力増大の制限された（ほぼ２倍の）用途にもかかわらず、同じ記事で記録されたいくつかの注意書き的なコメントによって反映されるように、当業者にすぐに知らされるいくつかのガスタービン装置への多数の危険性がある。
【００２１】
上述したような、１つのリスクは、羽根の腐食作用から引き出される。（特に大きなガスタービン装置における）他の困難性は、コンプレッサ内の（付加された水の不均一な分配による）局所化された非一様な冷却の問題に関し、この問題は、ハウジングおよび関連した密封体の内壁に対してロータがこすれることによって生じる損傷を生じるような方法においてガスタービン装置の物理的な部品をゆがめる。ガスタービンが完全に熱力学的な平衡を達成し、液体の付加がほぼ終了する場合には、リスクの他の大きな要因は、熱的な衝撃の可能性から生じる。他のリスクの要因は、液体付加装置の部品が破壊され、ガスタービン装置の比較的精巧な可動部品に衝突する可能性によるものである。他の予見可能な危険性の要因は、溶解される水の蒸発の結果としてこれらの不純物がガスタービン部品に堆積されるとき、圧縮入力空気に付加される水に存在する不純物によりガスタービン部品が追加的に故障し腐食することに関連する。
【００２２】
特にランドベースガスタービン動力発生設備および化学処理設備に関連しては、上述した危険要因は、複合化される。出願人が提供し、ここで権利請求した内容は、産業用ガスタービン動力発生設備および化学処理設備において、動作における高水準で長期にわたるウエット圧縮を実用的に実施する方法および装置にある。このような装置は、設置されたガスタービン動力発生設備および化学処理設備の既存のベースから直接的な利益を得ることを可能にする。このような装置において、さらに重要なのは、設計段階においてガスタービンエンジンをウエット圧縮において最適化し、動力発生において新しい可能性を開くことである。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、コンプレッサ入力空気の所定の飽和または完全な湿度化以上にタービンのコンプレッサに液体の水を加えることを通して産業用ガスタービンにおける増大を可能にするように液体の水を送ることによってガスタービンの出力全体における増大を達成する。本発明のすでに述べた１つの効果は、圧縮によって生じる作業流体の温度増加を低減し、すべての他の観点において、比較可能な条件で利用可能である動力出力全体以上に取り付けられた発電機または化学的な製造コンプレッサを連続的に駆動するために有効な動力出力を増大させることである。好ましい実施例において、産業用ガスタービンのネット動力出力における少なくとも１０パーセントの増大は、コンプレッサ入力空気の完全に有効な蒸発性冷却によって達成可能である以上に実現される。
【００２４】
本発明の他の目的は、液体の水の付加（または除去）の速度が上述した熱的衝撃を避け、熱衝撃を弱めるように制御される装置および処理を提供することである。本発明の他の目的は、ガスタービンの軸流複数段のコンプレッサの入口で生じる有害な氷の形成を可能にする水準に作業流体の温度が低下するとき、期間の間連続的な動力の増大を可能にするように作業流体に熱および湿度を提供する装置および方法を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、ガスタービンコンプレッサ入力温度測定用のウエット圧縮可能な動力増大装置および方法を提供して、（１）氷が、もし、破壊されるならば、ガスタービンの下流の部品に損傷を与える程度まで、入り口で生じる氷の形成の可能性を防止し、（２）蒸気のような制御材料を凍らせるか、または氷点の抑制を使用することを最小限にし、（３）水全体の添加装置および方法を調整、監視および／または制御するために使用される制御装置に入力を提供することである。好ましい他の実施例において、氷結が目で確認できるようにコンプレッサの入口の近くに窓口が設けられる。
【００２６】
本発明の他の目的は、ガスタービンの複数段のコンプレッサへの損傷を防止するように従来の動作モードで適用可能な公差によって改造する際に、決定されるほぼ所定の承諾可能な制限までハウジング（ケーシング）の変形を制限するために作業流体での液体の水の十分に均一な分配を保証する装置および方法を提供することである。他の目的は、この損傷を防ぐように、約１０パーセントのタービン出力の増大、および完全に水分が含まれた空気で達成可能以上の増大を達成するために十分な水を付加し、損傷を防止する産業用ガスタービンで観察される角度のゆがみおよび変形を測定し、制御することである。
【００２７】
本発明の他の目的は、タービンのコンプレッサ入り口に向かう入力空気で搬送されるエレメントからタービンへの最小限の追加的な危険によって、ガスタービンのコンプレッサ部分に入り口空気に向かって水を有効に添加するウエット圧縮可能な動力増大装置および方法を提供することである。このような水をコンプレッサ部分の入口から十分に離れた距離に添加する装置を配置し、それによって、この装置のエレメントが破壊されコンプレッサ入口に向かって入力空気で搬送される場合において、このエレメントは、コンプレッサの入口に入る前にガスタービンに空気を搬送するために使用される入り口ダクトの下面に次第に引かれ、（ｂ）（水の流れをコンプレッサに制御可能に増大する）装置を介して霧化された水を提供することによって、コンプレッサの入口から所定距離離れている場合において、入力空気に十分に乗せられ、タービンの動力の所定の増大を達成するためにタービンのコンプレッサ部分に十分に搬送される。
【００２８】
本発明の他の目的は、装置および方法を介して付加された水の不純物の影響によって、これらの回転羽根の冷却通路のつまりが、もっとも早い時間で検出できるように、タービン部分の液体冷却回転羽根の温度プロフィールを監視するようにウエット圧縮可能な動力増大装置および方法を提供することである。さらに、本発明に関連する目的は、コンプレッサ羽根の最初のいくつかの列を越えた装置および方法を通して付加された水からの不純物の吸引および堆積を適当に解決する、ここで説明したタイプの動力増大方法を使用する産業用ガスタービンの有効なオンラインクリーニング方法を提供することである。
【００２９】
これに関しては、ガスタービンコンプレッサは、内側部品の粒子の堆積物を蓄積するために周期的に清浄にされる。このクリーニングのいくつかは、ガスタービンがクリーニング動作可能にされた後、米、化学的なクリーニング混合物が、スプレーされるか、またはガスタービンの入口に入力される。少なくとも１つのこのような化学的混合物は、１９８９年２月２８日に付与された「クリーニングガスタービンコンプレッサ」と題された米国特許第４，８０８，２３５号に示されている。
【００３０】
ガスタービンの内側部品にたまった粒子を最小限にする他の装置は、例えば、１９９０年５月２２日にドンルに付与され、「クリーニングガスタービン入力空気」と題された米国特許第４，９２６，６２０号に示されたようなガスタービン入力空気のクリーニングに集約される。本発明の他の目的は、本発明の動力増大装置および方法を使用するタービンに使用するようになっているオフライン型タービンクリーニング方法を提供することである。
【００３１】
本発明の他の目的は、軸流コンプレッサと、回転容積型コンプレッサまたは遠心力コンプレッサとともに広範に使用できるウエット圧縮可能な動力増大装置を提供することである。本発明の他の目的は、軸流コンプレッサを有するガスタービンと、流れ軸線がガスタービンロータの回転軸と整列する入力空気ダクトとからつくられるガスタービン装置とともに使用されるウエット圧縮可能な動力増大装置を提供することである。
【００３２】
本発明の他の目的は、軸流コンプレッサを有するガスタービンと、流れ軸線がガスタービンロータの回転軸に直角なインレット空気ダクトとからつくられるガスタービン装置とともに使用されるウエット圧縮可能な動力増大装置を提供することである。さらに、本発明の他の目的は、タービン部分のロータの羽根の冷却通路の水に浮かぶ不純物と関連するつまりが最小限にされるか、実質的に生じないように、それはタービン部分の回転刃を冷却する前に軸流コンプレッサ部分の圧縮空気の予備濾過するウエット圧縮可能な動力増大装置および方法を提供することである。本発明の他の目的は、ガスタービンエンジンの実質的な保守、改造または「分解」をする必要なく、現在作動しているガスタービン装置に容易に設定することができる装置および方法を提供することである。本発明の他の目的は、蒸発性入力空気冷却手段を有さないガスタービンにさらに水を添加することによって、コンプレッサ入力空気の蒸発性冷却並びに動力増大を経済的に達成するために、改造を基礎として適用される装置を提供することである。
【００３３】
本発明は１つの側面において、発電機またはコンプレッサを駆動するために産業用ガスタービンの全体出力を増大するために２４時間以内に６時間またはそれ以上にわたって使用される方法に関し、ガスタービンは、空気を有する作業流体を獲得する入口を有する軸流多段コンプレッサを含み、前記方法は、軸流コンプレッサによって獲得された作業流体に液体の小滴を有する十分な量の液体の水を提供する工程を有し、（比較可能な条件でガスタービンの全体出力に対して前記小滴を提供しないで測定するとき）圧縮によって生じる作業流体の温度増加を低減し、前記発電機またはコンプレッサを駆動するために利用可能なガスタービンの全体出力の増加が実現される方法を有する。
【００３４】
本発明の第１の側面において、この増大は、分離した従来の蒸発性入力空気冷却装置、例えば、冷却装置またはメディアタイプの蒸発性冷却装置を含む産業用ガスタービンのコンプレッサの入口に少なくとも従来のコンプレッサの水の洗浄量の水を延長期間提供することによって達成される。コンプレッサ洗浄は、通常の水分を有する空気の圧縮からの汚れに関するタービン性能（動力出力）損失のある部分を回復するために現在実行される。
【００３５】
本発明のこの特定の側面によれば、タービンからの電力の要求においよて予期された、または実際の増大に応答してオンラインコンプレッサ洗浄装置を備えた産業用ガスタービンの電力生成を増大するため、また大気空気の条件の変化によって所望の水準の電力生成を維持するために、例えば、既存のオンラインコンプレッサ洗浄装置によってコンプレッサの水の洗浄量が連続的に付加される。しかしながら、それに対し、故障したコンプレッサの堆積物を除去するために粗い洗浄スプレーを発生する、主として使用されるオンラインコンプレッサ洗浄装置に、好ましくは、動力増大の実施例において、好ましくは２００ミクロンまたはそれ以下の平均の小滴の直径の水が細かい霧として有利にまたは全体に供給される。上述した方法の実施例において、本発明の第２の側面は、軸流複数段コンプレッサの入口に設けられた流体の水の量を制御して増大することに関する。
【００３６】
関連した実施例において、本発明は、コンプレッサによって得られた作業流体への液体の水の小滴を加えることを含む、空気を含む作業流体を獲得し、それを含む軸流複数段コンプレッサを有するガスタービンの出力全体を増大する方法であって、液体の小滴の流量は、ガスタービン内の熱の応力を調整するために時間に関して変化され、この熱応力は、作業流体に水の液体を提供し、ウエット圧縮によったガスタービンの出力全体を増大するためにほぼ一定の流速でコンプレッサによって獲得された作業流体に液体の水の小滴を提供することに関する。
【００３７】
本発明の他の側面は、作業流体が入口で有害な氷の形成を可能にする水準に作業流体の温度が低下するときの期間に連続した動力増大を可能にするように熱と湿気を提供することに関する。本発明のさらに他の側面は、軸流複数段コンプレッサへの損傷を防止する所定の承諾可能な制限にハウジングの角度変形を制限するために作業流体内の液体の水の十分に一様な分配を保証する段階を含む。したがって、燃焼ガスがその運動エネルギーをロータの羽根と交換する場合、タービン部分において、液冷回転羽根の温度プロフィールを監視する方法を提供する。流体冷却回転羽根の温度プロフィールは、タービン部分の回転羽根を冷却するために使用されるコンプレッサの空気流で霧にされた水からミネラル分または他の凝結固体から生じるつまりを識別する助けとなる尺度である。また温度プロフィールは、コンプレッサを通してタービン部分に搬送される水の腐食効果から、またコンプレッサ空気流の凝結された固体から複数層のタービン部分の表面で生じる損傷を識別する際に有効である。
【００３８】
したがって本発明は、コンプレッサ入口の温度測定用の方法を提供して、（１）氷が、もし、破壊され、ガスタービンの下流の部品に損傷を与える程度まで、入口で氷が形成される可能性を防止し、（２）蒸気のような制御材料を凍らせるか、または氷点の抑制を使用することを最小限にし、および／または（３）水全体の添加装置および方法を調整、監視および／または制御するために使用される制御装置に入力を提供する。
【００３９】
本発明の追加としての方法に関連する側面は、付加された水の蒸発によって後に残された溶解可能な堆積物および空気入力部分を通してコンプレッサによって獲得された他の空気から生じるコンプレッサの故障材料の本発明の動力増大方法を使用する産業用ガスタービンのコンプレッサに関するオンラインクリーニングの方法に関し、このオンラインクリーニング方法は、（クリーニングが指示されるか、または所望な時期に、周期的な、または間欠的な期間を基礎として）（ａ）従来の洗浄増大による動力増大の目的で付加された液体の細かい水の霧を増大するか、または従来の粗い洗浄における対応する水の流れを１つまたはそれ以上の細かい霧の増大分に置換する工程と、（ｂ）動力の増大を目的として実質的に連続した基礎で提供されたものに１つまたはそれ以上の追加した細かい霧の増加分を間断的にまたは周期的に供給する工程と、（ｃ）コンプレッサへの水のすべての追加分を周期的にまたは間断的に制御するように除去する工程と、汚れの堆積物を蒸発するか、または割るためにこのような水を追加することなく、十分な時間にわたって作動する工程のうち少なくとも１つの工程からなる方法に関する。
【００４０】
スロット作動可能な入口ガイド羽根を備えたタービンの使用に関して好ましい他のオンラインクリーニング方法において、コンプレッサ部分への液体の水の大きな浸透は、オンラインの間、前述したような水の添加能力の１つまたは複数の保存された増加分を供給することなく同様に達成され、それと対応してコンプレッサへの空気の入力を減少する。オンラインクリーニングの他の手段は、オンラインクリーニングの他の手段が、コンプレッサへの所望の流量が連続することを可能にする際に液体の水の追加分の１つまたは複数のクリーニング増大分を保存することに関連するとき、追加的な資金の投資をしないことにおいて有利であり、この場合、種々の理由において、増大の目的で使用されることが望ましい流速を越えることが不可能であるか、有利である。
【００４１】
本発明の他の処理に関する側面において、本発明によるウエット圧縮動力増大を使用する産業用ガスタービンに使用されるオフラインコンプレッサクリーニング法が提供され、この方法は、最初に減速したロータ速度でタービンを駆動する工程と、発泡可能なクリーニング成分を連続的に導入して準備する際に第２の回転速度でコンプレッサを冷却する工程とを有する。その後、連続した２つのシーケンスで説明した吸引および洗浄工程と１つまたは複数の反復工程において、タービンコンプレッサの長さにわたって泡が形成されたクリーニング成分を分配するために適している第１の減少した回転と、第２の回転速度との間の回転速度が、確立される。毎分約０回転またはそれ以上（であるが第２の回転速度以下の）減少した吸引回転速度が確立され、クリーニング成分が所定の時間にわたって所定の位置に残される。回転速度は、コンプレッサからフォームを除去するために十分に増大され、タービンを再スタートする前に、主題のタービンのウエット動力増大を実行する際に使用される水添加装置によって）完了される。
【００４２】
本発明は、種々の実施例において、従来の水洗浄装置（好ましくは、単独で使用される場合、コンプレッサ洗浄装置は、好ましくは２００ミクロンそれ以下の平均の直径の小滴を特徴とする細かな霧スプレーを供給するのに適したタイプである）と、少なくとも１つのスプレーラック水パイプと、少なくとも１つのスプレーラック水ノズルと、または従来のコンプレッサ水洗浄装置（こまかな霧または粗いスプレー）およびスプレーラックグループ組立体の組み合わせとを有する。さらに、本発明は、レーザエミッタと、ハウジングの変形を検出するためにハウジングの外側に取り付けられたレーザ目標測定装置とを使用する動力増大装置を提供する。
【００４３】
さらに、本発明は、目視管を通して冷却回転羽根の各々の放射エネルギーを監視し、流体冷却回転羽根の各々の温度プロフィールを特徴とする光高温計を使用する動力増大装置を提供する。さらに、本発明は、コンプレッサ入口領域の温度監視用の温度センサを使用し、（１）ガスタービンの下流に損傷を与えるか、コンプレッサを枯渇することによって停止を誘導する程度まで入口で生じる氷結を防止し、（２）蒸気のような制御材料を凍らせるか、または氷点の抑制を使用することを最小限にし、および／または（３）ウエット圧縮装置および方法全体を調整、監視および／または制御するために使用される制御装置に入力を提供する。
【００４４】
さらに、本発明は、ガスタービンハウジングの変形が最小限になるようにコンプレッサの入口へ霧状にされた流れを制御するためにプロセス制御ロジックを実行するプロセス制御コンピュータを提供するウエット圧縮動力増大装置を提供する。本発明の他の特徴および利点は、これらの種々の側面における本発明の好ましい実施例の詳細な説明を読むことによって、また添付図面を見ることによって完全に明らかになるであろう。
【００４５】
用語の定義
「産業用ガスタービン」は、産業および発電設備のランドベース動力発生に使用される少なくとも２０メガワット、またはそれ以上のメガワットタービンを意味する。「強力ガスタービン」は、設計の観点から、動力出力において非常に大きな急激な変化を受けるようには設計されていない。強力ガスタービンは、特に、航空機のタービンと区別するように意図されている。航空機のタービンは、強力ガスタービンと対比して、通常の動作環境と動作において、特に大量の液体の水を使用するように構成されている。
【００４６】
「作業流体」、通常、ガスタービンの作業流体はガスである。ガスタービンのコンプレッサの通常の作業流体は、水分を含む空気である。本発明において、作業流体は、液体の水を含んで膨張される。作業流体は、それが（すなわち、材料の注入および燃焼プロセスによって）産業用ガスタービンを通して進展するときその組成を変化させる。この観点において、作業流体は、ガスタービンの作業サイクルを通して進むとき、ガスタービンの軸に沿った種々の位置で、ガス混合物、ガス混合物の二層液体、ガス内の固体粒子の二層混合物または、ガスの流体および固体粒子の三層混合物のいずれかである。
【００４７】
「全体出力」は、ガスタービンの正味出力を言い、（ガスタービンの外側の）発電機または処理コンプレッサを駆動する有効な軸動力を言う。ガスタービンの全体出力は、ロータ軸のトルクおよび速度によって測定され、馬力またはメガワットのいずれかで表現することができる。メガワットの用語で表現するとき、専門用語の正味出力は、発電損失を含む。比較可能な条件で全体出力を比較するとき、液体の水を提供するとき、および液体がないとき、比較可能な条件は出力全体を測定する比較可能な方法を含む。
【００４８】
「熱と水分の添加」は、作業流体の飽和点まで作業流体に熱と湿度を同時に加えることを言う。「角度変化」は、タービンのロータとハウジングとの間の相互干渉を生じるハウジングの曲がりまたはゆがみを称する。「損傷」は、合理的な用途および動作の途中で予期されるものを越えるガスタービンの部品の有害な変更を意味する。ウエット圧縮に関して、刃のコーティングまたは刃の材料のある受け入れられる程度の腐食が予期される。
【００４９】
「水」は、組成上の性質において、ウエット圧縮によって動力増大の目的でガスタービンに使用されるのに有効である。それは、例えば、腐食したタービン部品に加えられた水の性質を小さくして、治療するために、または水が接触するガスタービンの種々の構造部品を製造する際に使用される合金の成分を浸出するために氷点抑制または材料のような不純物および従来のまたは有効な添加物を含む。「均衡のとれた方法で多数の流量の増加分を変化させる」は、作業流体に添加された水の増加分を言う。
【００５０】
この明細書で使用する「バランスのとれた方法」は、増加が行われたとき、増加分の前述した組から引かれるか、またはそれに加えられるかのいずれかの後、承諾できる角度のガスタービンハウジングのゆがみを生じない増加をいう。
【００５１】
「十分に均一な分配」は、コンプレッサによって獲得された作業流体の液体の水の分配を言い、これは、承諾できる角度の歪みの制限を越えてガスタービンのハウジングの分配を生じないコンプレッサ内の液体の水のゆがみを生じる。「改良された燃料効率」は、作業流体に前記水を付加しないときの出力より大きい、液体の水を作業流体に加えるときの燃料のユニット毎の動力出力の発生を言う。
【００５２】
図１を参照すると、空気と燃料の燃焼から電力を発生するために使用されるガスタービン発電機の概観が提供され、これは、本発明の装置および方法を使用する設備の例である（合併された発電機が図１に示されるが、明らかであると仮定される）。ガスタービン発電装置１００は、ガスタービンまたはガスタービンエンジン１０１を有し、このエンジン１０１は、軸流コンプレッサまたは軸流コンプレッサ部分１０３を有し、この軸流コンプレッサ部分１０３は、空気を含む作業流体を獲得するコンプレッサ入口１０２を有する。（ガスタービンエンジン１０１および軸流コンプレッサ部分１０３は、図示されるのみであり、本発明は、当業者に公知の他のタイプのガスタービンエンジンで実施されることは理解できよう。また、本発明は、軸流コンプレッサ部分とともに使用されることが有利であり、この軸流コンプレッサ部分は、例えば、作業流体に液体の水を獲得する１つ以上の入力の作業流体に液体の水を加える複数の場所を有する。）
【００５３】
入力空気ダクト１３３を介して入力空気フィルタ１０９は、入力空気フィルタ１０９とコンプレッサ入口１０２との間（図２Ａ参照）に接続されている。この入力空気フィルタ１０９は、ある実施例において従来の蒸発性入力空気冷却装置に続く（図示せず）。入力空気ダクト１３３は、入力空気ダクト収束点１３５と、（下面１３６を有する）入力空気ダクト制限部分１３７と、窓口４１３を備えた入力空気ダクトマニフォルド部分１３９とを有する。
【００５４】
ある場合において、熱回復ユニット１３１は、タービン部分の排気ガスから蒸気を発生するように使用される。熱回復ユニット１３１によって発生された蒸気は、蒸気タービンから電力を発生し、蒸気駆動装置を作動し、熱を化学処理設備等に提供するように使用することができる。
【００５５】
図２Ａおよび図２Ｂは、ガスタービンエンジン１０１を詳細に示す。コンプレッサ入口１０２に入った後、空気は、一連のコンプレッサ段１１３を使用することによって軸流コンプレッサ部分１０３で圧縮される。圧縮の後、コンプレッサ空気は、燃焼部分の燃焼室１０５に流れ、この部分で燃料と混合され、この燃料は、タービン部分１０７を駆動する際に使用される高温圧縮ガスを発生するために燃焼される。タービン部分１０７は、一連のタービン部分段１０８を有し、このタービン部分段１０８は、（１）（好ましくは、タービン部分１０７のコート部品を有する）回転ロータ１１１として明らかにされた仕事に高温ガスのエネルギーを変換し、（２）各タービン部分段１０８に入る高温圧縮ガスより低温で低圧の排気ガスを発生する。まず、第１のタービン部分段１０８のような排気ガスが、第２の段において高温圧縮ガスであり、最後の段からの排気ガスは、タービン部分１０７からの排気ガスである。
【００５６】
ロータ１１１は、タービン部分１０７および軸流コンプレッサ部分１０３の双方の一部であり、タービン部分１０７およびロータ軸１２７に取り付けられた軸流コンプレッサ部分１０３の双方において、すべてのロータ羽根（１１５，１２１）の組を含む。ロータ軸１２７は、軸流コンプレッサ部分１０３と、制限されることなく、発電機、すなわち化学処理に使用する大きなコンプレッサのような有効な機械の双方に電力を提供する。この観点において、ロータ軸１２７は、１つの構造的な部品か、または仮想的な１つの構造的な部品を形成するために機械的に一緒に取り付けられる一連の個々の部品である。
【００５７】
ガスタービンエンジン１０１内の種々のガスおよび流体は、ハウジング１２５によって収容され、このハウジング１２５は、（ａ）予め圧縮された空気を通し、（ｂ）連続的なコンプレッサ段１１３を通ってその進展において圧縮空気を含み、（ｃ）燃焼部分の燃焼室１０５の周りにコンプレッサ排気ガスを含む圧力シェルを提供し、（ｄ）それがタービン部分１０７で拡張するとき、燃料が燃焼される高温圧縮ガスを含み、（ｅ）燃焼エンジン１０１内に残留しながら排気ガスを通すためにガスタービンエンジン１０１の内側の空間を形成するハウジング１２５によって収容される。このハウジング１２５は、基本的に一緒に接続されるいくつかの異なる部分から形成される。
【００５８】
軸線方向のコンプレッサ部分１０３において、各コンプレッサ段１１３は、ロータ軸１２７に取り付けられた一連のコンプレッサロータ羽根１１５と、コンプレッサの静翼１１７の前の組および後の組の双方からつくられ、ここでは、各組毎にコンプレッサ静翼１１７は、静止羽根の列として半径方向に配置される方法で連続して取り付けられる。コンプレッサの静翼１１７は、（ａ）ハウジング１２５の内壁に緊密に適合するように適合され、（ｂ）動作において、その比較コンプレッサ段１１３から１つのコンプレッサ段１１３の流体絶縁を可能にするような方法で（ラビリンスシールによって）ロータ１１１に密封される。コンプレッサのロータの羽根１１５およびコンプレッサ静翼１１７は、（１）回転コンプレッサロータ羽根１１５から空気（またはガス流）に運動エネルギーを転移し、（２）空気流を通し、これにより、コンプレッサロータ羽根１１５に続くコンプレッサステータ羽根１１７によって空気が減速されるとき、圧力および温度が空気内で上昇する。１つのコンプレッサ段１１３の入口圧力に対する出口圧力の圧力比は、本来備わっている空気力学の要因によって制限され、いくつかのコンプレッサ段１１３は、１つの軸線方向のコンプレッサ段１１３によって達成されるもの以上の軸線方向のコンプレッサ部分１０３において大きな全体圧力比を達成する必要がある。
【００５９】
燃焼部分の燃焼室１０５に燃料を付加し、圧縮空気内の酸素によって燃料の酸化の後、その結果の高温圧縮ガスが、タービン部分１０７内の仕事に変換され、このプロセスは、一連のタービン段１０８において、タービン部分のロータ羽根に膨張する高温圧縮ガスの大きな運動エネルギーを転移することによって達成される。
【００６０】
各タービン部分段１０８は、ロータ軸１２７に取り付けられた一連のタービン部分のロータ羽根１２１と、静止羽根の列として半径方向に配置される方法で連続するように取り付けられるタービン部分の静翼の前の組からつくられる。タービン部分静翼１２２は、（ａ）ハウジング１２５の内壁に緊密に適合し、（ｂ）動作において、その比較コンプレッサ段１１３から１つのコンプレッサ段１１３の流体絶縁を可能にするような方法で（ラビリンスシールによって）ロータ１１１に密封される。タービン部分のロータ羽根１２１およびタービン部分の静翼１２２は、（１）高圧ガスを通し、（２）膨張した高圧ガスから回転タービン部分回転羽根１２１に運動エネルギーを転移し、それが負荷を駆動するときロータ１１１の回転において明らかにされる仕事を形成する。
【００６１】
ある場合において、タービン部分のロータ羽根１２１は、高温圧縮ガスの使用を可能にするように複数層の表面またはコートされた表面を有する。ある場合には、タービン部分のロータ羽根１２１は、（または別の例として）タービン羽根のロータ羽根１２１内の機械加工されるか、または鋳造管または空洞部分の使用を通じてタービン部分のロータ羽根１２１内に設けられた冷却装置を有する。動作の間、機械加工、または鋳造管または空洞部分は、（ａ）軸流コンプレッサ部分１０３からの圧縮空気と、タービン部分のロータ羽根１２１を冷却するために各個々のタービン部分のロータ羽根１２１の内側に配置された機械加工されたまたは鋳造管または空洞部分を通った圧縮空気流と流体連通する。
【００６２】
この明細書の他の部分に記載されるように、各タービン部分のロータ羽根１２１のこのような冷却装置の使用は、このようなつまりが冷却剤の流れを制限し、個々のタービン部分のロータ羽根１２１において承諾できない高温を生じるので、もし、個々のタービン部分のロータ羽根１２１の測定装置が、羽根の機械加工されたまたは鋳造された管または空洞部分内の可能なつまりを認識するために使用される場合には、もっとも有効である。本発明を使用するガスタービンエンジン１０１において、このようなつまりは、タービン部分のロータ羽根１２１を冷却するためにコンプレッサの圧縮空気に含まれた霧状にされ粒状にされた水からのミネラル分の凝結によって生じる。
【００６３】
タービン部分のロータ羽根１２１の冷却装置にこのような材料が入ることを防止する好ましい方法は、それがタービン部分のロータ刃１２１を冷却し、羽根１２１が適当に冷却されたことを合理的に確認するために代表的な個々のタービン部分の回転羽根１２１の測定のために提供される。個々のタービン部分のロータ羽根１２１のこのような測定を実行する好ましい装置は、１９８７年３月１０日にRichardＥ．Zacharyに付与された「ガスタービンの冷却用サイト管組立体および検出器具」と題された米国特許第Ａ４，６４８，７１１号に説明されている。さらに、ウエット圧縮に関連して使用された高温計からのもっともよい結果は、０．３９の周波数に感応する高温計が０．９５ミクロンで高温に感応することに関連して使用される場合に達成され、これは、０．９５ミクロンでのみ実行される高温の測定を当惑させる管の部分１０７に搬送される水の蒸気から放出される赤外線を避ける。
【００６４】
タービン部分の回転羽根１２１を冷却するために使用される前に、軸流コンプレッサから送られる圧縮空気の広範な予備濾過は、タービン部分のロータ羽根１２１を冷却するために使用される圧縮空気の排出と圧縮空気を各冷却されたタービン部分のロータ羽根１２１に流体的に連通する入口管との間に配置されたフィルタを使用することを介して提案される。
【００６５】
図３は、軸流コンプレッサ１０３によって獲得された作業流体に水の粒子を提供し、その後、圧縮によって生じる作業流体の温度の増大を減少するように作業流体に提供される流体の量を制御するように増加し（および対応して制御可能に低減する）装置の好ましい実施例を示す。
【００６６】
この側面において、本発明は、１重量％の少なくとも約３／４、好ましくは２重量％ないし約８重量％の液体の水の少なくとも約３／４を含む作業流体をコンプレッサに提供する工程を有する。
【００６７】
好ましくは、ガスタービン１０１のようなガスタービンの出力全体の少なくとも１０％の増大および、最も好ましくは、約２０％ないし４０％の増大が、例えば、図３に示す装置を介してコンプレッサ１０３によって獲得された作業流体に水を導入することによって達成される。上述したような図３に示す好ましい実施例において、液体の水を提供する装置は、作業流体に完全に水分を含ませる（すなわち、飽和させる）ために使用することができる。ここでは、問題のタービンは、例えば、公知の冷蔵器、または中間のタイプの蒸発性入力空気冷却装置には予め備えられていない。
【００６８】
特に図３を参照すると、軸流コンプレッサ部分１０３によって獲得された作業流体に液体の水を加える好ましい装置は、軸流コンプレッサ部分１０３のコンプレッサ入口１０２と連通するスプレーラックグループ組立体２０１を有する。スプレーラックグループ組立体２０１は、入力空気フィルタ１０９とコンプレッサ入口１０２との間のいずれかに配置されるが、好ましくは、入力空気ダクト収束部分１３５の後の入力空気ダクト制限部分１３７の入力空気ダクト１３３に挿入されることが好ましい。この位置決めは、スプレーラックグループ組立体２０１から離脱されるノズル３０５（または、以下にさらに詳細に説明する蒸気添加装置またはスプレーラックグループ組立体２０１の他の損傷を受ける部分）が、ノズル３０５（または損傷部分）が回転ロータ１１１に引かれる前に、入力空気ダクト１３３の下面１３６に次第に引かれるようにコンプレッサの位置口１０２から十分に離される。
【００６９】
スプレーラックグループ組立体２０１の部品が壊れ、軸流コンプレッサ部分１０３に入ることを防止する利点を提供する遠隔位置決めは、霧が作業流体に含まれるようにスプレーラック水のノズル３０５が十分に液体の水を霧にすることが必要である。スプレーラック水のノズル３０５とコンプレッサ入口１０２との間の接近した距離において、（さらに以降詳細に説明するように）軸流コンプレッサ部分１０３への損傷を防止するほぼ所定の承諾可能な制限までハウジング１２５の変形が制限されるように得られる場合には、さらに粗いスプレーを使用することができる。
【００７０】
粗いスプレーの使用は、ハウジング１２５の承諾可能なハウジングのゆがみを避けるために軸流コンプレッサ１０３の液体の水の分散の十分な一様性を保証するために作業流体に加えられる液体の水の小滴の流れの輪郭を変化させる必要がある。適当な流れパターンを決定する手順は、以下の本発明の好ましい実施例に関して説明するように同じ手順に従うことができる。
【００７１】
さらに当業者は、それがもし、ノズル、例えば、特定の水の添加手段のいくつかの他の構造エレメントが、壊れて分離し、コンプレッサの入口に向かって作業流体の水の一様な分配を保証し、ウエット圧縮の完全な流れ流体を得るように第１のコンプレッサ段を安全に飽和させるために十分に細かい霧を得ることは、（スプレーラック組立体２０１の実施例において）所望の水準の水量の増大のために考慮された水量を分配するために、多数のノズル３０５と、高圧の分配圧およびそれに対応する大きなポンプ装置を必要とする。さらに粗いスプレー装置を設置するためには、投資が少なくて済むが、入口１０２に十分に接近して配置されない限り、コンプレッサによって獲得される作業流体が十分に含まれず、および一様性を提供しない。その結果、動作中のコンプレッサにノズルのある部分が搬送されるリスクが残る。
【００７２】
コンプレッサによって獲得された作業流体へ液体の水を分配する最適な装置および構成は、通常、第１のコンプレッサ段の完全な飽和を達成するために最も低い全体コストおよび所定の動力増大の全体水準において水の付加から最大限の流量の利益を引き出す装置および構成に対応する。これは、ハウジング１２５の過剰なゆがみおよびコンプレッサのこすれを生じることなく行うことが考慮され、このこすれが生じた結果、ノズル３０５がコンプレッサ部分１０３に搬送される。また、ノズルの全体のコストおよび水の添加装置の構成および選択に関連したノズルの全体のコストおよび他の装置の部品（ハードウエア）が考慮される。したがって、それは、コンプレッサの入口に関する種々の点で作業流体として考慮された液体の水の全体を入力する複数の手段を使用することが好ましい。
【００７３】
よって、（約１０パーセントの増大までの）増大の下方の水準において、前に述べたように、コンプレッサの水の洗浄構成を使用するのに十分であり、それによって、従来の液体の水のコンプレッサの水の洗浄量（この量は、タービンの型式および寸法によって変化するが、作業流体の重量によって０．１ないし０．５％である）は、コンプレッサによって獲得された作業流体に延長された時間にわたって連続的に提供され、好ましくは、この実施例のノズルは、細かい霧が主として２００ミクロンまたはそれ以下の平均の小滴寸法を有するように水を供給するタイプであるが、それは、非常に細かい霧のノズルを使用する際において、コップレッサの入口近傍において、細かい霧のノズルがつまることによって生じる作業流体の液体の水を分配する際に「空隙」をカバーすることが必要なとき、補助的な水の添加装置を上流に配置し、使用すること（すなわち、コンプレッサの入口１０２から除去されること）が得策である。
【００７４】
特定の実施例において、特に好ましいノズルは、FYREWASHの名称の下でRochem Technical Serviceによって製造され、１インチ（２．５４ｃｍ）当たりほぼ８０ポンドゲージ（psig，または５５０kPaゲージ）の圧力低下で１００と２００ミクロンの間である（が、約７０ミクロン以上の）出願人によって評価された中間の平均小滴直径を有する、細かな霧のスプレーを提供する入力空気蒸気に入力されることが特徴とされる。
【００７５】
通常、前のパラグラフにおいて説明したように、ある環境において、補助的な水の付加手段を設けることに関して、作業流体に液体の水の従来のコンプレッサの水を供給する装置は、コンプレッサ水の洗浄の目的で（例えば、環状スプレーパイプの周りで等間隔のスプレーノズルを有する環状スプレーパイプ）コンプレッサの水の洗浄における所定のタービンに使用されるものと同じであり、当業者がこれらのタイプの装置でよく獲得されるように、同じ内容の詳細な説明がなされない。
【００７６】
大きな水準の増大、すなわち、１０％以上の増大、特にガスタービンの出力全体の２０％以上の増大が望ましい場合、好ましくは、１つまたは複数のスプレーラックグループ組立体２０１が単独か、または他の装置と組み合わせて使用される。これら２つの可能性のうち後者に関しては、本発明のオンラインクリーニングプロセスを実行するために特に適している構成は、好ましくは粗いスプレー形態において作業流体に液体の水の従来の水洗浄量を（動力増大の目的で連続的に、オンライン洗浄の目的で間欠的に）供給するために、コンプレッサの入口１０２の近傍で第１の装置、およびコンプレッサによって獲得される作業液体に液体の水を付加する第２の装置を使用し、前記第２の装置は、入力空気収束ダクト収束部分１３７において、スプレーラックグループ組立体２０１の形態である。基本的に第１と第２の装置が（第１の装置が、本発明のオンラインクリーニング方法によって洗浄目的においてのみ使用されるのに対して）所望の水の全体量を入力することに組み合わせて使用される場合、好ましくは、第１及び第２の装置は、これらの組み合わせによって作業流体に付加される液体の量が、主に２００ミクロンおよびそれ以下の平均の小滴の直径を有する細かい霧の形になるように選択される。
【００７７】
図３に示されたスプレーラックグループ組立体２０１に関しては、組立体２０１は、個々のスプレーラック３０１のグループから形成され、この場合、各個々のスプレーラック３０１は、スプレーラック水パイプ３０３を通して送られる水を霧状にするように、間隔をおいたスプレーラック水ノズル３０５のグループを備えたスプレーラック水パイプ３０３からつくられる。
【００７８】
好ましくは、非常にきれいな水、例えば、粒子を有さない０．４ミクロン以下のコンダクタンスを有する水、濃縮された水、希釈された水、イオン化された水は、好ましくは、水の非常に細かいスプレーまたは霧を形成するために霧状にされ（すなわち噴霧され）る。多数の公知の市販されているノズルの構成は、非常に細かい水のスプレーを提供するために使用され、非常に細かい水のスプレー、例えば、（テキサス州７７００３ハウストン６１０Ｎミルビーストリートスート１００ハウストンのオフィスを有する）RochemTechnicalServices，社の上述した「FYREWASH」ノズルまたは、８０ｐｓｉｇ（５５０ｋＰａ）の圧力低下および４５ないし１５５°Ｆの範囲（７．２℃ないし７３．９℃）の平均温度で（毎分２ガロン（毎分７．６リッタ）の流速）１５３ミクロンの平均直径を特徴とするスプレーを提供する１−７Ｎ−３１６ＳＳ１２ノズルまたは８０ｐｓｉｇ（５５０ｋｐａ）の圧力低下および４５ないし１６５°Ｆの範囲（７．２℃ないし７３．９℃）の平均温度で（毎分２．６ガロン（毎分９．９リッタ）の流速）１８８ミクロンの平均直径を特徴とするスプレーを提供する１−７Ｎ−３１６ＳＳ１６ノズルを特徴とする。
【００７９】
純粋な水は、ガスタービンエンジンの部品に衝撃を与える。この観点において、技術的に理想的な水は、例えば、促進装置を通過する方法から得られる。このような促進装置によれば、水の流れは、ガスタービンエンジン１０１の部品の製造材料に対応して各重要な合金エレメントの十分な量を含むように組成的に均衡がとられているビード上を通過し、その結果、ガスタービンエンジン１０１の合金部品の重要で活性の化学部品に関する濾過の効果を水流が十分に最小限にし、ウエット圧縮が実行されるとき、これらの部品の完全性が適当に保存される
【００８０】
スプレーラックグループの組立体２０１によって示唆されるように、タービン１０１の全体出力の約１０％を越える高水準の増大性能がここで示唆したような液体の水の付加をなくし、本発明は、タービン１０１に対する熱的な衝撃を避け、コンプレッサ１０３のサージングを避けるように制御されるように付加または除去されることが考慮される。この制御された増大は、水の圧力を増大して水に１つまたは複数のスプレーラックノズル３０５に対して増大することによって、コンプレッサ１０３によって獲得された作業流体に設けられた液体の水の円滑な傾斜型増大を必要とする。変更例において、液体の水は、段階的に増大する方法でコンプレッサ部分１０３によって獲得された作業流体に提供することができる。また、他の変形例において、軸流コンプレッサ部分１０３によって獲得された作業流体に設けられた水の量の円滑な傾斜および／またはステップ型の変形の組み合わせを、同時にまたは連続的に有利に使用することができる。
【００８１】
しかしながら、水は最も好ましくは、その流れを増大または減少するとき、複数の水の流れの増加分を使用して段階的な方法で付加または減少される。複数の水の流れの増加分を使用することに関して、本発明を実施する好ましい装置は、スプレーラックノズル３０５を有し、各個々のスプレーラック３０１は、スプレーラック水ノズル３０５の組の圧力低下によって決定されるような霧状にされた水の流れを発生するように見ることができる。
【００８２】
別の例として、当業者は、各ノズル３０５が適当な液体の供給源が霧状にされる場合には、特定の液体が適当に霧状にされる圧力範囲を有すること、ノズル３０５自身が水の添加の増加分を個々に定めることは理解できよう。水流の最も小さい増加分は、ウエット圧縮を促進する際に、展開されるもっとも小さいノズル３０５を作動するために必要な水の流れの増加分である。
【００８３】
さらに、明らかになるように、もし水が連続的な流速でまたは増加するような流速で動作する場合には、水の流速は、入力空気への含有および混合のために承諾できないスプレーを達成する必要がある最小限の水量以下になるような傾きに変形され、この水が付加されることによって、基本的には付加されるが、非一様なパターンでコンプレッサの入口１０２に霧状にされない水として掃引される。コンプレッサの入口１０２に非一様なパターンで霧化されない水が掃引される負の効果は、ゆがみ効果に関し、霧化されない水の衝撃を受けるさらに迅速な部品の腐食に関する。流体が合理的に霧化される圧力の範囲に関して、流れの量の連続的なアナログ調整は、供給圧力を変形することによって容易にされ、ノズル３０５からのスプレーの姿勢の変形の効果は実施されるときに考慮する必要がある。この液体を調整する方法は、いくつかの用途を有するが、細かな調整において、ウエット圧縮後にスプレーの供給が基本的に確立される。
【００８４】
この圧力がスプレーラック水パイプ３０３に制御される場合には、スプレーラック水パイプ３０３に接続されたスプレーラック水ノズル３０６のグループは、個々のスプレーラック水ノズル３０５の流れの増加分の合計に等しい水の流れの増加分全体を処理するように作動する。
【００８５】
他の実施例において、各個々のスプレーラック水ノズル３０５は、最大数の制御可能な制御された水の流れの増加分を提供するように別々に弁によって調整され、制御される。各増加分は、基本的には予測可能であり、スプレーラックの水のノズル３０５が、利用可能な圧力低下で機能的なスプレーパターンを供給する一定の流れである。他の実施例において、各々がスプレーラック水パイプ３０３の水準で制御される関連するスプレーラック水のノズル３０５を有するスプレーラック水パイプ３０３のグループは、個々に制御された他のスプレーラック水ノズル３０５と混合される。
【００８６】
多数の異なる構成のノズルおよびパイプが高水準のウエット圧縮動力増大の軸流コンプレッサ１０３によって獲得された作業流体に液体の水を提供し、さらに特定の実施例において、複数の霧化された水流の増加分において作業流体に霧化された水の流れを提供するために使用される。またある場合において、スプレーラック水ノズル３０５は、異なる寸法になるように選択され、所定のスプレーパイプ３０３に小さいスループットノズル３０５の上流に大きな空隙を備えた大きなスループットノズル３０５を使用することによって特定のスプレーラック水パイプ３０３からの予め形成されたスプレー濃縮プロフィールか、またはパイプ３０３に支持された連続したスプレーラック水ノズル３０５のつまりを防ぐために特定のスプレーラック水パイプ３０３内から粒子の通路および流れを容易にするように配置される。
【００８７】
しかしながら、基本的には、必要とされるものは、作業流体に提供される（またはそこから除去される）液体の水の流れは、（ａ）ガスタービン１０１に加えられる熱応力および（ｂ）比較的大量の液体の水を作業流体に付加することに関する熱膨張および熱収縮の変化速度を調整し有効に低減するように、位置に関する経時的に必要な変化である。図３のスプレーラックグループ組立体２０１は、これらの目的を達成するために有効で有利な方法を提供する。
【００８８】
コンプレッサ１０３によって得られる作業流体への液体の滴下を付加する方法および装置の他の望ましい構成は、作業流体に液体の水を提供することに関するハウジングの角度のゆがみまたは変形を制御することに関する。もし、大量に液体の小滴が作業流体にあまり十分でない均一性で分配される場合には、作業流体は、作業流体の液体の水の質量の分配が実質的にまたは適切に十分でないという事実によって軸流コンプレッサ部分１０３の内側に温度差をつくる。次にこれらの温度差は、ハウジング１２５の直線的な寸法で局所的な差をつくり、ハウジング１２５の角度のゆがみまたは変形に関して潜在的に損傷を与える。
【００８９】
出願人の実験によれば、例えば、複数のスプレーラックのグループの組立体２０１によって作業流体に送られる小滴は、非常に最小限に混合されることによってコンプレッサ１０３を通ってほぼ層状に移動する。ロータ１１１およびロータ羽根（１１５）の回転は、コンプレッサの入口１０２で作業流体に付加された水の非均一な分配によって、コンプレッサ１０３の内側のほぼ温度の変化を十分に解放することはできない。好ましくは、通常の湿度を帯びた作業流体に液体の水を付加することによって生じるハウジングの角度変形が、作業流体に水の小滴の十分に一様な分配を達成し維持する装置を提供することによって制御され、この装置は、ハウジング１２５に水を付加することに関連する角度変形がタービン１０１の軸流圧縮部分１０３への損傷を防止するために所定の承諾可能な制限まで制限されることを保証する。
【００９０】
ハウジング１２５の角度変形は、この観点において、以下にさらに詳細に説明されるようにレーザエミッタ４０３とレーザターゲット４０７を使用することによって監視され、形がつくられる。本発明によって考慮されるように複数の霧化された流体の増加分を使用することは、増加分の各々の関数として、経時的な各々の付加または除去に対するハウジング１２５の応答の関数として前に測定した変形の量に基づいて、またはコンプレッサの入口１０２および他の増加分に関連する位置に関するハウジング１２５の水の付加に関連した変形の測定および制御に特に適している。例えば、各流量の増加分が起動されたとき、増加分の付加（または除去）に関連したハウジングの変形の増加および減少を測定することができる。
【００９１】
この装置が液体の水のある流量の付加において特定の入口の構成に関してタービンに加えられると、そのように構成された水の付加装置は、たとえ、測定が行われていないとき（例えば、測定装置が除去されたとき）であっても、ほぼ所定の承諾可能な制限内での変形を制御するように確実に作動することができることが期待されている。この観点において、測定装置は、設計の目的でもっとも有利に使用されており、ハウジング１２５の角度変形が特定のスプレーラック組立体２０１とノズル３０５との設計に関して適当に定義された後、タービンの動力発生設備１００の永久的な部分としては使用されない。当業者は、霧化された液体の水の種々の増加の付加の数学的なモデリングがこの目的を促進するために使用されることは理解できよう。
【００９２】
もっとも望ましくは、作業流体の液体の水の十分に一様な分配は、主に２００ミクロンまたはそれ以下の平均の直径の小滴を有する霧または細かいスプレーとしてコンプレッサ１０３に液体の水が供給することによって簡単に達成され、さらに好ましくは、１２０ミクロンまたはそれ以下であり、特に好ましいのは、７０ミクロンまたはそれ以下であり、これは、水を含むことによって、作業流体によって獲得された空気と関連して速度ベクトルに従う。よって、欠陥のある領域は、軸線方向のコンプレッサ部分１０３の内側に水の分配の不均衡を防止することによってハウジング１２５の制御をする際に、水の基本的な移動を通して液体の水を豊富に含むことができる。要するに、基本的に搬送された液体の水の小滴は、軸流コンプレッサの内側で層状の流れのプロセスに従う傾向があり、水の欠陥がある部分を識別することができ、ハウジングの変形を制御するために補償することを可能にする。これは、コンプレッサ部分１０３の内側で作業流体内に液体の小滴のほぼ一様な分配を保証するような方法で軸流コンプレッサ部分１０３に取り込むために質量を基礎として小滴が一様に分散する必要があることを意味する。すなわち、ほぼ一様な分配が入口１０２おいて達成される場合には、コンプレッサ１０３の内側の温度分配は、ハウジング１２５の変形が、ガスタービン１０１に損傷を与える公差に制限されることを補償されるように適当に維持される。
【００９３】
しかしながら、スプレーラックグループ組立体２０１の位置決めおよび水が特定のガスタービンエンジン１０１に付加される方法に依存して、スプレーラックグループ組立体２０１によって占められた入力空気ダクト１３３の断面にわたってノズル３０５の一様な寸法および分配が、コンプレッサの入口１０２への霧化された水の流れに所望な一様性を達成するために最良のものではないことを理解すべきである。さらに、最適の構成は、ハウジング１２５がゆがむときに、水の種々に増大する添加物において種々の構成の効果の観察を通して決定されることが好ましい。
【００９４】
前述した特徴または側面において、この動作モードが実行可能である場合、スプレーラックグループ組立体２０１は、入力空気ダクト制限部分１３７に配置されることが好ましく、動作において、スプレーラック水ノズル３０５（または損傷部分）が入力空気ダクト１３３内の圧力および流れから引き出される力によってコンプレッサ入口１０２および／または回転ロータ１１１に引かれる。入力空気ダクト収束部分１３５の代わりに入力空気ダクト制限部分１３７のスプレーラックグループ組立体２０１は、入口の空気の流れの速度が入力空気ダクト１３３の他の部分より入力空気ダクト制限部分１３７で大きく、その結果、スプレーラックグループ組立体２０１からの霧化された水は、次の入力空気流れにさらに有効に含まれる。
【００９５】
図４は、図３に示したスプレーラックグループ組立体２０１の輪郭の詳細を示し、これは、正面図において、個々のスプレーラック３０１の相対位置と、各スプレーラック水ノズル３０５の位置と、スプレーラックスチフナ３１１の使用を示している。この観点において、スプレーラックスチフナ３１１の寸法および接続部分は、構造的に丈夫である安定装置を定義するために経験的に確認される。作動中にスプレーラックグループ組立体２０１を監視するために使用する装置は、組立体２０１への共振を検出するためのスプレーラック振動モニタ４１１である。
【００９６】
図５は、図３および図４のスプレーラック組立体の平面図の組立体を示し、作業流体の温度が入口に有害な氷の形成を可能にする水準まで低下するとき、所定の期間に連続した動力の増加が可能になるように作業流体に熱と湿度を加える好ましい方法を示す。好ましい方法は、例えば、蒸気が蒸気マニフォルド３１９を介してスプレーラック蒸気パイプ３１３に加えられる例において、入口１０２に蒸気を提供する工程を含む。この蒸気は、コンプレッサ入口１０２で空気内の氷点の上で入力空気の温度を達成するために十分な蒸気を提供するために図３，図４の実施例に加えられる。少なくとも１つの蒸気穴３１５が各スプレーラック蒸気パイプ３１３毎に提供されるが、好ましい構造は、約５個の蒸気穴３１５を各スプレーノズル３０５に設けることである。これらの蒸気穴３１５は、液体の水の添加に所望なようにそれと対応して作業流体に均一な熱および湿度を加えることができるように各蒸気パイプ３１３に沿って等しく分散される。通常、コンプレッサ入口１０２は、コンプレッサ入口１０２の近傍においてハウジング１２５の壁に沿って冷たい入力空気が進むか、通過することによって、氷結の疑いがあり、そこで好ましくは、すべての実施例において、十分な蒸気がパイプ３１３によって供給され、または、この方法で氷結が生じることを防止するために入力空気ダクト部分１３７の周囲に捕捉的な手段が設けられている。
【００９７】
もし、スプレーラック水ノズル３０５がそのスプレーラック水パイプ３０３から離れている場合に生じる液体の流入によって悪影響を受けないために、（各スプレーラック水パイプ３０３で水のスループットを制限する大きさの）制限オリフィス３１７または他の適当な流れ制限手段が、スプレーラック水パイプ３０３の供給源に挿入されることが好ましい。蒸気流れ制限オリフィス３３５は、蒸気供給装置が破壊された場合に付加される蒸気の量を制限する。
【００９８】
コンプレッサの入力ガイド羽根の近傍の表面で入力空気に付加され搬送される水が凍ることを防止するためにコンプレッサの入口１０２の入力空気温度を管理することが重要である。氷は、自由に破壊され、コンプレッサを停止させるか、軸流コンプレッサ部分１０３の回転羽根１１５にぶつかる。コンプレッサ入口１０２の作業流体の温度は、入力空気に付加される必要がある適当な蒸気流を認識する助けとするために少なくとも１つの温度センサ（図示せず）で監視することが好ましく、本質的に純粋な水の場合、入力空気の温度は、コンプレッサ入口１０２の氷結が断熱膨張が誘発されないことを補償するために約４５°Ｆ以上に維持されなければならない。
【００９９】
熱が提供されない場合、例えば、蒸気の穴３１５または他の手段を介して、この温度制限は、純粋な水を備えた本発明の圧縮技術を使用してガスタービンに大気温度を有効に配置することは理解できよう。しかしながら、（１つのサイクルで作動するガスタービン動力発生設備１００において加熱された熱回復ユニット１３１で組み合わせられたサイクルで作動する設備において有効な低圧蒸気から発生される）蒸気の付加を介して設けられた熱は、非常に低い温度で本発明の利用を可能にする。
【０１００】
組み合わされたサイクル動作と蒸発性入力空気冷却に関して、追加的な現在の使用できない熱は、（蒸発性入力空気ヒータ／加湿器への蒸発性入力空気クーラーを有効に調整する）入力空気の加熱および加湿の目的で蒸気タービンから蒸発性入力空気クーラ（図示せず）へ濃縮器の熱を交互に交換することによって入力空気の加熱の目的でさらに回復され有効に適用され、付加された蒸気の噴射によって（または、蒸気の注入がなく）本発明のウエット圧縮技術の動作は、４５°Ｆ（７．２℃）以下、１５°Ｆ（−９．４℃）の大気温度で可能になるが、実際に低い温度の動作は、ケースバイケースを基本としてさらに適当に決定される。
【０１０１】
コンプレッサ入口１０２で生じる潜在的に破壊される氷結に対する追加的な安全策は、動作技術者によって氷が蓄積されることを目視および走査を可能にする入力空気ダクトマニフォルド部分１３９の壁において少なくとも１つの窓口１３を配置することによって設けることが好ましい。このような目視ポート４１３が使用される場合には、作動技術者がビデオスクリーンモニタに入力空気ダクト１３３および／またはコンプレッサ入口１０２の内側を有利に見ることができるようにすることによって情報収集方法をさらに簡単にすることができる。この観点において、水の流れは、窓口４１３から見ることができる入力空気ダクト１３３および／またはコンプレッサ入口１０２の部分を完全に見る試験を容易にするために低減するか、または遮る必要がある。スプレーラックグループ組立体２０１を提供する装置への追加的な氷結防止機構は、水の粒子の氷結点を抑制する水の蒸気に薬品を混合することである。この観点において、メタノールのような氷結点抑制剤は、入力空気の低い作業温度で提供される。
【０１０２】
図６は、ガスタービンエンジン１０１のハウジング１２５の追加的に関連する液体の水の変形を監視する１つの可能な手段の詳細を表す。この側面において、軸流コンプレッサ部分１０３を含むハウジング１２５の部分の内面（内周、内壁）に関して対称的ではない冷却効果によって、軸流コンプレッサ部分１０３によって処理された相当量の霧化された水の空気への追加は、ガスタービンエンジン１０１への有害な効果を有する。もし、ハウジング１２５の１つの部分が他の部分に関して等しくないように冷却される場合には、ハウジングは、完全に対称的な整列からゆがめられる。このようなゆがみは、軸流コンプレッサ部分１０３の部品の破壊的な応力に導く停止、または回転の停止につながるか、このようなゆがみは、軸流コンプレッサ部分１０３の部品の間の機械的なこすれを生じ、これらの部品に損傷を与えるか、もっとも極端な場合、コンプレッサの破壊を生じる。
【０１０３】
図６は、ハウジング１２５のゆがみの監視を達成するために、レーザ放出器４０３と、レーザリフレクタ４０５と、レーザ目標４０７を示す。また、レーザリフレクタ４０５の使用は、角度のゆがみの応答を提供し、一連のレーザリフレクタ４０５は、レーザエミッタ４０３から放出されたレーザビームがレーザの目標４０７に整合する前に受ける角度移動および距離を有効に倍加することによって、ハウジング１２５のゆがみに対して組立体の感度を有効に向上させることが望ましいように使用される。レーザの感度が小さい場合において、レーザリフレクタ４０５は使用されない。レーザエミッタ４０３と、レーザリフレクタ４０５と、レーザ目標４０７の複数の組は、ハウジングの異なる部分のゆがみを監視するために使用することができ、レーザエミッタ４０３からのビームは、部分的に反射する鏡（図示せず）を使用して、交互に分割され、異なるレーザ目標４０７によって検出するようにハウジング１２５の異なる部分に取り付けられた異なるレーザリフレクタ４０５に関し、各々はハウジング１２５の異なる部分のゆがみを監視することに関する。
【０１０４】
ハウジング１２５の非対称的な冷却効果は、ガスタービン発生設備１００が入力空気ダクト制限部分１３７（スプレーラックグループ組立体２０１の好ましい場所）を備えたハウジング１２５に取り付けられた入力空気ダクト１３３を有するとき、追加的な関心事であり、ここで、入力空気ダクト１３３を考慮する軸線（この軸線は、ダクトの通常の流体流および束の方向に整列する通常の流体流および束の連続として定義される）は、（図１に示すように）ロータ１１１の回転軸線に本質的に直角である。この場合、ロータ軸１２７は、空気ダクトコンプレッサ入口マニフォルド部分１３９内を横断し垂下されたトンネル内で回転する。トンネルは、流体流の障害物を構成し、この障害物は、回転軸線に関して直角な入力ダクト軸線によって誘導されるほぼ直角な流体流の変化とともに、圧縮入口１０２で入口流れ空気の所望の等しい霧化された、および水の対称的な分配を得るためにある試みを表す。
【０１０５】
前述したように、位置決め、水の増加分の定義、および個々のスプレーラックノズル３０５およびスプレーラック水パイプ３０３は、ハウジング１２５が承諾不可能にゆがむことのないハウジング１２５の十分に対称的で均一な冷却を提供するように構成されることが好ましい。コンプレッサの入口１０２に霧化された水は、ガスタービンエンジン内の作動的に誘導される熱応力がガスタービンエンジン１０１の全体構造の完全性を保存するために十分に最小限にされる。この観点において、コンプレッサ入口１０２への霧化された水の流れの非常に迅速な変形による温度衝撃（たとえ、作業流体の水の分配は非均一なものであっても）は、残りの合金部分が（ａ）完全に収縮するか、または寸法的に膨張しながら、部品の表面温度が迅速に減少する（部品の表面部分に熱収縮を誘導する）場合には、ガスタービンエンジン１０１内にある合金部品に割れを生じる。
【０１０６】
本発明のウエット圧縮関連器具の向上性は、圧縮出口で燃焼部分への入口の液体の存在を確認する燃焼部分に液体の存在のセンサの使用に関する。この観点において、コンプレッサの出口（燃焼部分への入口）で液体が検出されない水準に、または（もし、燃焼室１０５が十分に丈夫でコンプレッサの出口から水の潜在的な腐食効果に耐えるように保護するようにコートされる場合には）、燃焼部分に液体を明確に達成して窒素酸化物（ＮＯｘ）制御のためにタービン部分に水を噴射することによって当業者に達成されるものと同様の方法においてさらに延長された動力の増大を達成するために十分な水を加えることが望ましい。このようなセンサまたはセンサの組は、コンプレッサの出口でハウジング１２５の内周（内壁）に配置されなければならない。なぜならば、自由な液体がその位置に遠心力で移動されるからである。
【０１０７】
本発明によって水の付加を組み込んだガスタービンエンジン１０１の作動を補助するために、処理制御コンピュータ（図示せず）は、ある場合において、霧化された水の水流を調整するために使用される弁（図示せず）およびレーザの目標４０７に接続され、方法制御コンピュータは、各個々のスプレーラック水パイプ３０３およびスプレーラック水ノズル３０５に霧化された水の流れを制御（遮断または連通）する処理制御ロジックを実行し、ハウジング１２５の変形は最小限にされる。この側面において、本発明のいくつかの実施例は、個々の調整ノズル（図示せず）を、スプレーラック組立体２０１か、または入力空気ダクト１３３のいくつかの他の場所またはコンプレッサの入口１０２のいずれかの設置することができる。またこの処理制御コンピュータは、水の全体量を細かく調整するためにスプレーラック組立体２０１全体への圧力を制御するロジックを実行する。
【０１０８】
さらに、制御コンピュータは、各温度センサの温度を測定し、スプレーラック振動モニタ４１１からの入力を測定し、燃焼部分液体存在センサからの入力を測定し、スプレーラック蒸気穴３１５への蒸気の流れを制御し、タービン部分の羽根１２１の光学的な高温計の測定値のような他の値の測定を容易にし、全体の装置の動作を比較できる制御出力を容易にする。
【０１０９】
処理制御コンピュータは、関連するガスタービンまたはタービン１０１からの動力の要求を計算に入れ、これは、本発明によるウエット圧縮装置に適合され、本発明のウエット圧縮装置のために開発されたプロセス制御装置は、例えば、本発明によるウエット圧縮装置を備えたガスタービン１０１から発生された動力を使用する関連する化学製造処理のプロセス制御装置に結合される。この観点において、特定の処理制御方法の実行は、本発明の適当な範囲を越えているが、特定の動作環境または環境の組において当業者の能力内でよく考慮される。
【０１１０】
動作において、化学処理および産業用動力発生動作環境で望ましいように産業用ガスタービンの出力全体の高水準の増大を提供する能力を有する装置において、霧化された水の流れは、水の付加装置のスタートアップおよび停止の間、複数の霧化された水の流れの増大分として供給され、霧化された水の使用によってガスタービンエンジン１０１内の作動的に誘導された熱応力は、ガスタービンエンジン１０１の構造的な完全性を保存するために十分に最小化される。この観点において、もし水量が、所定の高い水準の増大を達成するために望ましい水の流量まである時間にわたって段階的にガスタービンエンジン１０１の種々の部品の基本的で合理的な熱平衡を可能にするために増大する場合にはもっともよい結果が達成される。水の流量が減少するとき、その減少は経時的に（付加する水がまったくない）望ましい最小限の液体流まで段階的な方法でガスタービンエンジン１０１の種々の部品の間の本質的で合理的な熱平衡を可能にする増加分において経時的に減少されなければならない。
【０１１１】
したがって、例えば、増加分の寸法および空隙は、ハウジング１２５およびロータ軸１２７がこのような異なる程度まで異なる速度で膨張収縮しないように、また軸線方向の不整合によってこれらの部品の間で機械的なこすれが生じないようにすべきである。当業者は、（乾燥を基礎として）種々のガスタービンに使用されるランプアップ速度が本発明によって付加され除去される所定の寸法がどのように増加するかを決定する容易に適用可能な基礎を提供することは理解できよう。
【０１１２】
また、霧化された水の量の増加分の調整は、前述したように位置を基礎として行われる。この側面において、例えば、ハウジング１２５の測定されたゆがみが、入力空気ダクト１３３の下方部分の霧化された水量を変更するために使用されるものとは異なるパーセンテージによって入力空気ダクト１３３の上方部分に霧化された水量を増大するように変更することによってもっともよく防止される。
【０１１３】
位置的に並びに時間に関して、水の正および負の増加分は、ガスタービンエンジン１０１への破壊的な熱および機械的な応力を適切に最小限にするような方法で付加または減算しなければならない。
【０１１４】
この側面において、航空機の短期のウエット圧縮の実施およびNolanおよびTwomblyによって報告されたランドベースタービンのウエット圧縮動力増大のいくつかの実施例を含む上述した当業者に見られるウエット圧縮の議論が、負荷がかかった大きな機械におけるウエット圧縮を容易にする際に必要である。出願人に知られたウエット圧縮の議論がある早期の実施において、これらの小さいガスタービンのウエット圧縮に対して付加された液体は、１つの増加分において、本質的にはターンオン（または交互にターンダウンまたはターンオフされる）される。
【０１１５】
なぜならば、（１）（特に航空機で使用されるような）小さいガスタービンは、冷却効果に対して寸法的には感度を有さない。（２）ウエット圧縮の使用は、航空機の場合、少なくとも、比較的短時間である。（３）さらに延長された時間における増大の水準は比較的に小さいからである。大きなランドベース産業用ガスタービンにおいて、ウエット圧縮に付加される液体は、位置および時間における段階的な複数の増加分において、基本的に「ターンオン」すべきである。（１）なぜなら、大きなガスタービンは、付加された液体からの関連する冷却効果に寸法的に感度を有し、（２）ウエット圧縮の使用は、ある時間にわたり保持され、（３）増大の水準は、非常に重要で大量の添加を意味するからである。それにもかかわらず、ガスタービンにおける熱膨張および収縮が有利に中和されるように、いかなるタイプのガスタービンにも大量の水を導入することは当業者には明らかであろう。
【０１１６】
本発明によって考慮される水の付加の水準の結果として、付加された液体の水の蒸発によってコンプレッサに粒子が堆積されるとき、これらの堆積物は、従来の粗いスプレーコンプレッサ洗浄装置によって現在洗浄されるコンプレッサ羽根の最初のいくつかの列を越えて生じることが分かった。これらの小滴がコンプレッサに蓄積されるとき、オンライン洗浄装置と処理方法によっては、解決されない性能上の損失が期待されるが、オフラインクリーニングによって、またはコンプレッサを開放し、手動の装置によってコンプレッサをきれいにすることによって好ましくない選択を通して解決されるのみである。
【０１１７】
出願人は、経時的にウエット圧縮動力増大を使用する産業用ガスタービンのコンプレッサ部分をクリーニングする新しいオンラインコンプレッサクリーニング方法を開発した。１つの実施例において、クリーニングがタービンの性能において損失を示す場合には、例えば、スプレーラックグループ組立体２０１によって提供される霧化された複数の流れは、例えば、コンプレッサ入口に接近して配置された利用可能な従来のコンプレッサ洗浄装置からの従来の粗いスプレーコンプレッサ洗浄の増加分で補助され、１つまたはそれ以上の細かいスプレーの増加分が粗いスプレーコンプレッサ洗浄装置からの対応する水の量と交換される。連続した列の小滴の堆積（例えば、コンプレッサ羽根の第１の４ないし５列の後に）、好ましくは、保存された細かな霧の増加分の基本的には一定の流量に周期的にまた間欠的に付加される。この細かな霧の増加分は、これらの羽根の次の列に有効に接触する前に、コンプレッサの壁に遠心力が作用する粗いスプレークリーニング増加分によって動力の増大の目的のために使用される。
【０１１８】
別の例として、（コンプレッサの羽根の最初のいくつかの列をクリーニングするために有効な）粗いスプレー増加分は、省略されるか、既存の従来の粗いスプレーコンプレッサ洗浄装置の形では容易には利用できない。細かいクリーニングの増加分は、最初のいくつかの羽根の列をクリーニングするために使用される。その後、十分に反転した細かなクリーニング増加分のコンプレッサ羽根の大きな列は、例えば、コンプレッサ羽根の大きな列は、利用できず、軸流複数段コンプレッサの７，８列およびそれ以上は利用できず、スプレーラック増加分の各々は、制御可能に除去可能であることが好ましく、タービンは、コンプレッサのこれらの領域の小滴の蒸発および／または割れを生じるために水を添加しないで所定時間、周期的または間欠的に作動される。
【０１１９】
オフラインクリーニングが保証される場合、本発明は、ウエット圧縮動力増大の大きくて十分な用途を有する産業用をつくる産業用ガスタービンで使用するようになっている。本発明による特徴の側面によれば、タービンは、従来のように減少した回転速度でオフラインとされ（通常、９００なし１０００回転毎分の範囲にある）第２の回転速度で所定の時間回転することによって（タービンの使用および手順によって）冷却され、オフラインコンプレッサ洗浄において構成される。最初の歯車速度と第２の冷却または回転歯車速度の中間である回転速度が確立され、回転歯車速度は、コンプレッサの長さを通って形成された速度を分配するのに適している。所定の値の形成されたクリーニング成分は、空気エジェクタのような従来の手段を介してコンプレッサに入力される。
【０１２０】
種々のコンプレッサクリーニングせっけんおよび成分は、この目的のために公知であり、この目的は、適当な泡を形成し、ある種の成形剤の使用によってフォームを形成するために容易につくられる。クリーニング成分の導入に続いて、減少したソーキング(soaking)回転速度が確立される。ソーキングは、タービンの予定された再開始に関して実際的である限り、連続している。その後、ロータ速度は、コンプレッサから成形されたクリーニング成分を排出し、コンプレッサの長さを通って液体溝の洗浄剤を伝達し、液体の水は、ウエットコンプレッションの水の添加装置を通って供給されることが好ましい。好ましくは、タービンは、第２の時間にクリーニング成分で充填され、ふたたび浸けられ、洗浄される。液体洗浄水は、ウエット圧縮水の添加装置を通して供給されることが好ましい。好ましくはタービンは、第２の時間に、泡が生成されたクリーニング成分で充填され、再び、浸けられ、洗浄される。洗浄水は、タービンから適当に排出され、このタービンは動作のために再び構成され、再びスタートされる。
【０１２１】
前述した内容を総括すると、本発明の方法および装置において多数の実施例を説明したが、同時にガスタービンの当業者は、説明された実施例が、本発明の可能な有効な実施例の余すところのない手段による以下の請求の範囲によって定義されることが理解できよう。よって、作業流体への液体の水の小滴のもっとも好ましい形は、スプレーラックグループ組立体２０１のスプレーノズル３０５を使用することであるが、（超音波の水の噴霧器に）適当な液体の霧または霧化された水の小滴を形成するための当業者に公知の他の装置および方法は、本発明の実施例において有利に使用できることは容易に理解できるであろう。
【０１２２】
さらに、レーザエミッタおよびレーザ目標技術は、作業流体に関して作業流体に水を加えることに関してハウジング１２５の角度変形を制御する際に使用する優れて廉価な方法および装置を提供する。
【０１２３】
さらに、本発明の動力装置、システムおよび方法は、軸流コンプレッサを含むガスタービンにおいて特に説明された。しかしながら、当業者は、この明細書で説明した装置、システムおよび方法がガスタービンシステムで知られるか使用される他のタイプのコンプレッサに使用されることは容易に明らかになるであろう。これらの他のタイプのコンプレッサは、ロータリ容積形コンプレッサおよび遠心力コンプレッサである。
【０１２４】
例１
ウエットコンプレッションの一例は、既存の蒸発性インレット空気冷却システムを有するウエスチングハウスＷ−５０１Ａタービンのベースロード能力以上の２６％の評価された動力増大であり、１３０°Ｆ（５４．４℃）と１６５°Ｆ（７３．９℃）との間の温度である）霧化された高温の毎分８９ガロン（毎分３３７リッタ）の水をタービンのコンプレッサに導入する。５段階の増加分がスプレーラックグループ組立体２０１および前に設置したコンプレッサ洗浄システムを通して使用され、毎分の流速が８９ガロンに達し、このような各増大分は、ハウジング１２５の過剰なゆがみを生じないものである。
【０１２５】
スプレー霧装置は、本発明の出願の図１ないし図６によって２つのウエスチングハウスＷ−５０１Ａの入力空気ダクトに設定されている。このような装置の５つのスプレーノズルヘッダの各々は、５つのヘッダ供給ラインの各々の制限オリフィスと関連する圧力低下を計算した後、ノズルにほぼ８０ｐｓｉ（５５０ｋＰａ）を提供することができる共通の水供給源に個々に弁を介して連通することができる。霧は、軸流コンプレッサによって流れる空気の水の小滴を含有することができるように十分に細かい（１５０ないし２００ミクロン）。
【０１２６】
空気の速度、ドラッグ係数、ノズル重量を組み込んだ計算をベースにして、この距離は、スプレーノズルが破壊してゆるむ場合にコンプレッサへの損傷を防止するために低下時間を提供する。個々のノズルラックの供給ラインのオリフィスを制限することは、ラインが破壊され、またはノズルが損失を受けた場合、ほぼ３５ｇｐｍ（毎分ガロン，毎分１３２リッタ）まで流れを制限し、コンプレッサが停止とサージを誘導するようには制御されないようにする。また、コンピュータは、予期した速度以上の過剰な流れを監視する。この供給システムは、ウエット圧縮によって８９ｇｐｍ（毎分３３７リッタ）の全体を供給するように粗いスプレーコンプレッサ洗浄システム（環状ノズル）と関連して使用された。
【０１２７】
制限されたスポット寸法を備えた自己収容型ダイオード（火器の目標）レーザは、有利な場所でコンプレッサに密接に接近した前方の支持脚部の間に取り付けられている。エミッタからほぼ１０２インチ（２．６メータ）と測定される距離で軸線方向に移動するコンプレッサシェルの従来の場所に反射ミラーが、取り付けられる。目標（デルタ）の点の位置の変化は、次の関係、アルファ＝アークタンジェント［デルタ／（２×１０２）］によって２つの取り付け位置（アルファ）の間の角度の変化を定義する。０°、５分、６秒の角度の変化が、既存のコンプレッサ洗浄装置プラス（一部がつまったノズルを有する）中央のスプレーラックによる動作と、乾燥動作との間のゆがみの角度で指示される。これは、０．３０３インチ（７．７ミリメートル）のレーザの目標点位置の変化によって定義される。これは、ドライ圧縮とこのウエット圧縮の実験（毎分８９ガロン又は３３７リッター）に使用される最大限の水との間で観察された最大限のゆがみを表す。このゆがみの観察された角度は、試験で最大限に許可可能な組であり、レーザとミラー取付点（１０２インチまたは２．６メータ）において０．０９０の羽根の先端に基づいたロータのこすれ、シール間隙、機械の形状、またはレーザの取付点をつくるために必要であるゆがみの許容角度のほぼ８０％を表す。
【０１２８】
制御曲線において１２°Ｆ（６．７℃）の下方のシフトおよび８．２メガワットの「正味の」動力増大は、３°Ｆのコンプレッサの入口温度の変化によって点火温度の意図的な減少について調整することなく、コンプレッサの水の８９ｇｐｍを備えたほぼ８０°Ｆ（２６．７℃）のコンプレッサ入口／蒸発性冷却およびスプレーラック組立体２０１で示される。付加された最も大きな増加分は、ほぼ２０．５ｇｍｐ（毎分７７．６リッタ）であり、コンプレッサ洗浄装置を使用して３３．８Ｍｗ（７．１パーセント）からの関連する動力の増大を有する。
【０１２９】
例２
（８０パーセント以上の大きな相対湿度の入力空気を提供する）ウエスチングハウスＷ−５０１Ａのガスタービンは、この明細書で説明し、ここに示したスプレー霧化装置を備えており、（イリノイ州６０１８９ウイートンＰ．Ｏボックス７９００スプレー装置から）タイプ１−７Ｎ−３１６ＳＳ１６ノイズの全体を含む５つのスプレーヘッダからなる。その結果、タービンのコンプレッサ毎分９０ガロンを越える霧化された液体の水を提供する能力を有する。
【０１３０】
図７ないし図９に示すように、約３３．６メガワットの始めの動力生成水準と、霧化された高温の濃縮水の毎分約１５．２ガロンの水を供給する第１のヘッダが起動され、約３７．３メガワットまでの動力生成の増加が達成され、開始する動力生成水準に基づいて３．７メガワットまたは約１１パーセントの増加が達成される。第２のヘッダまたはスプレーラックが測定された入力空気温度において追加的な減少がないように付加され、毎分約３０．４ガロン（毎分１１５リッタ）までの霧化された水の水準を増加するように増大し、その上に、約１．３メガワットが約３８．６メガワットへの増大が実現された。毎分約４８ガロンまでの水流を運ぶ第３のスプレーラックの添加がガスタービンから約４０．０メガワット（約１．３ないし１．４メガワットの増大）の動力生成を生じる。ほぼ毎分６７ガロン（毎分２５４リッター）の全体の霧化された水の量が生じる。
【０１３１】
増加するように付加された霧化された液体の水の毎分６７ガロンの増大は、約７．５メガワット、または始めの動力生成に対し約２２．３パーセントを増加し、その約１／２は、第１の霧化された水の量の増大によって実現された。実際の入力空気流の非常な増加は第１のスプレーラックのスタートアップと同時に観察された。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】図１は、通常のガスタービン動力発生設備の概略図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、軸流コンプレッサを有するガスタービンエンジンの詳細を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、軸流コンプレッサを有するガスタービンエンジンの詳細を示す図である。
【図３】図３は、図１のガスタービン動力発生設備に使用されるスプレーラックグループ組立体の位置決めを示す組み合わされた蒸発パイプが示され、図３Ａは、スプレーラックグループ組立体および蒸気パイプの詳細の拡大図である。
【図４】図４は、個々のスプレーラック水パイプの相対的場所、各スプレーラック水ノズルの位置およびスプレーラック・スチフナの使用を示すスプレーラックのレイアウトの詳細図である。
【図５】図５は、スチームパイプに流れを送るスチームマニフォルドを備えた図３および図４のスプレーラック組立体の詳細図である。
【図６】図６は、例えば、図１および図２に示すガスタービンエンジン装置のハウジングの変形を監視する詳細図を示す。
【図７】グラフ。
【図８】グラフ。
【図９】グラフ。
【図１】
0003749546.tif 000002
【図２Ａ】
0003749546.tif 000003
【図２Ｂ】
0003749546.tif 000004
【図３】
0003749546.tif 000005
【図３Ａ】
0003749546.tif 000006
【図４】
0003749546.tif 000007
【図５】
0003749546.tif 000008
【図６】
0003749546.tif 000009
【図７】
0003749546.tif 000010
【図８】
0003749546.tif 000011
【図９】
0003749546.tif 000012