本申请及所得的专利大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于燃气涡轮机的蒸发冷却介质，其具有形成在其中的微通道用于改善总体冷却效率。
背景技术：
常规的燃气涡轮发动机包括用于压缩环境空气流的压缩机、用于使压缩的环境空气流与燃料流混合以产生热燃烧气体流的燃烧器，以及由热燃烧气体驱动以产生机械功的涡轮。涡轮可驱动负载如发电机以用于电力。已知各种策略来增加燃气涡轮发动机可能够产生的功率量。增加功率输出的一种方式是通过冷却压缩机上游的进入的环境空气流。此类冷却可引起空气流具有较高密度，从而产生进入压缩机的较高质量流速。进入压缩机的较高质量流速允许压缩更多空气，以便允许燃气涡轮发动机产生更多功率。此外，冷却环境空气流大体上可提高热环境中的燃气涡轮发动机的总体效率。
各种系统和方法可用于冷却进入燃气涡轮发动机的环境空气流。例如，具有一个或多个换热器的入口空气系统可用于通过潜冷或通过显冷以冷却环境空气流。此类换热器通常可使用润湿介质垫以便于环境空气流的冷却。这些润湿介质垫可允许环境空气流与冷却剂流如水流之间的热和/或质量传递。环境空气流与润湿介质垫中的冷却剂流相互作用以与其换热。穿过此类润湿介质垫的空气流通路旨在提供有效的水蒸发，以及环境空气流与来自水流的水蒸气的混合。然而，随着空气速度提高，可能出现分水岭。具体而言，空气载有的水滴可聚结在下游入口管中，且/或流入压缩机中。此类水滴可引起叶片磨损和其它类型的破坏。
相反，各种类型的入口空气过滤系统可用在压缩机的上游。进入的空气流可含有流体颗粒，如水，其可影响燃气涡轮发动机或其它类型的功率产生设备的性能。此类流体颗粒可缩短预期寿命且降低燃气涡轮发动机和其它类型的功率产生设备的性能。为了避免这些问题，入口空气可穿过一系列过滤器和筛，以有助于从空气流除去流体颗粒。燃气涡轮发动机可使用功率增强系统和入口空气过滤系统两者。
技术实现要素：
本申请和所得的专利因此提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机和定位在压缩机上游的入口空气系统。入口空气系统可包括用于蒸发冷却的润湿介质垫。润湿介质垫可包括其中具有许多微通道的多个合成介质片。
本申请及所得的专利还提供了一种冷却用于燃气涡轮发动机的入口空气流的方法。该方法可包括以下步骤：邻近燃气涡轮发动机的入口定位合成介质，其中合成介质垫可包括其中的多个微通道，使水从合成介质垫的顶部流至底部，使空气流过多个微通道，以及在入口空气流与水流之间换热。
本申请和所得的专利还提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括压缩机和定位在压缩机上游的入口空气系统。入口空气系统可包括用于蒸发冷却的润湿介质垫。润湿介质垫可包括具有多个人字形通道的第一合成介质片、具有多个波状通道的第二合成介质片，且其中第一合成介质片和第二合成介质片包括其中的多个微通道。
在连同若干附图和所附权利要求时阅读以下详细描述时，本申请和所得专利的这些及其它特征和改善对于本领域技术人员变得清楚。
技术方案1.一种燃气涡轮发动机，包括：
压缩机；以及
定位在所述压缩机上游的入口空气系统；
所述入口空气系统包括用于蒸发冷却的润湿介质垫；
其中所述润湿介质垫包括其中具有多个微通道的多个合成介质片。
技术方案2.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个合成介质片包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、尼龙、聚酯或聚丙烯。
技术方案3.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述入口空气系统包括与所述润湿介质垫连通的水流。
技术方案4.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述入口空气系统包括过滤器，以及其中所述过滤器包括所述多个合成介质片。
技术方案5.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述入口空气系统包括除雾器，以及其中所述除雾器包括多个合成介质片。
技术方案6.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个合成介质片包括：
第一介质片；
所述第一介质片包括人字形褶皱表面；以及
第二介质片；
所述第二介质片包括波状褶皱表面。
技术方案7.根据技术方案6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一介质片和所述第二介质片从前缘延伸至后缘。
技术方案8.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述前缘面对所述入口空气流。
技术方案9.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述人字形褶皱表面和所述波状褶皱表面从所述前缘朝所述后缘延伸。
技术方案10.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述前缘和所述后缘包括钻石状形状。
技术方案11.根据技术方案10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述钻石状形状包括结合部分和扩张部分。
技术方案12.根据技术方案6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述人字形褶皱表面包括多个人字形通道，其具有对角升高部分和对角降低部分。
技术方案13.根据技术方案6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述波状褶皱表面包括具有峰和谷的多个波状通道。
技术方案14.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个微通道包括多个挤出的微通道。
技术方案15.一种冷却用于燃气涡轮发动机的入口空气流的方法，包括：
邻近所述燃气涡轮发动机的入口定位合成介质垫；
其中所述合成介质垫包括其中的多个微通道；
使水从所述合成介质垫的顶部流至底部；
使空气流过所述多个微通道；以及
在所述入口空气流与所述水流之间换热。
技术方案16.一种燃气涡轮发动机，包括：
压缩机；以及
定位在所述压缩机上游的入口空气系统；
所述入口空气系统包括用于蒸发冷却的润湿介质垫；
其中所述润湿介质垫包括具有多个人字形通道的第一合成介质片、具有多个波状通道的第二合成介质片，以及其中所述第一合成介质片和所述第二合成介质片包括其中的多个微通道。
技术方案17.根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一合成介质片和所述第二合成介质片包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、尼龙、聚酯或聚丙烯。
技术方案18.根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一介质片和所述第二介质片从前缘延伸至后缘，以及其中所述前缘和所述后缘包括钻石状形状。
技术方案19.根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个人字形通道包括对角升高部分和对角降低部分。
技术方案20.根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个波状通道包括峰和谷。
附图说明
图1为具有压缩机、燃烧器、涡轮和负载的燃气涡轮发动机的示意图。
图2为可结合图1的燃气涡轮发动机使用的入口空气系统的示意图。
图3为可如本文所述的合成介质垫的第一侧的透视图。
图4为图3的合成介质垫的第二侧的透视图。
图5为图3的合成介质垫的侧视图。
图6为具有多个微通道的合成介质垫的透视图。
具体实施方式
现在参看附图，其中相似的数字表示遍及各种附图的相似元件，图1为燃气涡轮发动机10的实例的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。尽管仅示出了单个燃烧器14，但任何数目的燃烧器14都可在此使用且以周向阵列等定位。压缩机12和涡轮16可由轴18联接。轴18可为单个轴或联接在一起的多个轴节段。轴18还可驱动负载，如发电机等。
燃气涡轮发动机10还包括燃气涡轮空气入口20。空气入口20可构造成接收入口空气流22。例如，空气入口20可为燃气涡轮入口壳体等的形式。作为备选，空气入口20可为燃气涡轮发动机10的任何部分，如压缩机12的任何部分，或可接收入口空气流22的压缩机12上游的任何设备。入口空气流22可为环境空气且可为调节或未调节的。
燃气涡轮发动机10还可包括排气出口24。排气出口24可构造成排放燃气涡轮排气流26。排气流26可引导至热回收蒸汽发生器(未示出)。作为备选，例如，排气流26可引导至吸收冷却器(未示出)以冷却水流，引导至热回收蒸汽发生器(未示出)，引导至脱盐设备，或整体或部分扩散到环境空气中。
燃气涡轮发动机10还可包括具有一个或多个换热器30的入口空气系统28。入口空气系统28可构造成在进入压缩机12之前冷却入口空气流22。例如，入口空气系统28可邻近燃气涡轮空气入口20设置。作为备选，入口空气系统28可在燃气涡轮入口20上游或下游。入口空气系统28可允许入口空气流22和换热介质如水流32在换热器30中换热。换热介质也可为任何适合类型的流体流。因此，换热器30可便于入口空气流22和水流32在其中相互作用，以便在进入压缩机12之前冷却入口空气流22。
换热器30可为直接接触型换热器30。换热器30可包括换热介质入口34、换热介质出口36、以及其间的润湿介质垫38。水流32或其它类型的换热介质可通过换热介质入口34流至润湿介质垫38。换热介质入口34可包括喷嘴、多个喷嘴、具有孔口或多个孔口的歧管等。换热介质出口36可接收从润湿介质垫38排出的水流32。换热介质出口36可为沿水流32的方向设置在介质垫38下游的槽。水流32可在大体上或大致下游方向从换热介质入口34引导穿过润湿介质垫38，同时入口空气流22可在大体上或大致垂直于水流32方向的方向上引导穿过换热器30。还可使用其它类型的逆流或横流布置。
过滤器42可在入口空气流22的方向上设置在润湿介质垫38上游。过滤器42可构造成从入口空气流22除去颗粒，以便防止颗粒进入燃气涡轮发动机10中。作为备选，过滤器42可在入口空气流22的方向上设置在润湿介质垫38下游。除水器(drifteliminator)44可在入口空气流22的方向上设置在润湿介质垫38下游。除水器44可用于在入口空气流22进入压缩机12之前从入口空气流22除去水流32的微滴。如上文所述，除水器44可包括在介质垫38等下游成角定位的多个热塑性构件。角改变空气流的方向以分离其中的水滴。润湿介质垫38和除水器44可由间隙46分开。间隙46的长度可变化。
换热器30可构造成通过潜冷或蒸发冷却以及入口空气与介质中浸透的水之间的温差引起的对流热传递以冷却入口流22。潜冷是指热从气体如空气除去以便改变气体的水分含量的冷却方法。潜冷可涉及高于湿球温度的环境下的液体蒸发，以冷却气体。具体而言，潜冷可用于将气体冷却到接近其湿球温度。作为备选，换热器30可构造成通过显冷，例如对流热传递，以冷却入口空气流22。显冷是指热从气体如空气除去以便改变空气的干球和湿球温度的冷却方法。显冷可涉及冷却液体，且然后使用冷却液体以冷却气体。具体而言，显冷可用于将气体冷却到低于其湿球温度或露点温度或露点温度。应当理解，潜冷和显冷都是相互不排斥的冷却方法。相反，这些方法可排它地或组合地进行。还应当理解的是，本文所述的换热器30不限于潜冷和显冷方法，而是可通过如期望的任何适合的冷却或加热方法以冷却或加热入口空气流22。
图2示出了可如本文所述的入口空气系统100的实例。在该实例中，入口空气系统100可包括润湿介质垫105和下游除水器110。润湿介质垫105和除水器110可由间隙115分开。间隙115的长度可变化。润湿介质垫105和/或除水器110可整体或部分由合成介质垫120制成。润湿介质垫105和除水器110可具有任何适合的尺寸、形状或构造。本文中可使用其它构件和其它构造。
如图3-5所示，合成介质垫120可包括其中的至少一对介质片125。在该实例中，示出了第一介质片130和第二介质片140，但本文中可使用附加的片。任何数目的介质片125都可在本文中以任何适合的尺寸、形状和构造使用。介质片125可由具有或不具有亲水性表面增强的非织造合成纤维热成型。例如，非织造合成纤维可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、尼龙、聚酯、聚丙烯等。介质片125可由塑料材料制成，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)、尼龙、聚酯、聚丙烯，且使用模具形成。此外，成型模具可为辊类。亲水性表面增强可包括在高处理温度下施加强碱处理、碱性介质中的聚乙烯醇，等等。本文中可使用其它材料和处理。介质片125可为能够润湿的，以便经由其表面区域接收、吸收、流动和分配水流32或其它类型的换热介质。介质片125可结合其它类型的换热介质使用。
总的来说，介质片125可具有大致三维轮廓形状150。具体而言，介质片125可包括面对进入的入口空气流22的前缘160，以及邻近压缩机12面对的下游后缘170。类似地，介质片125可具有用于接收水流32的顶缘180，以及邻近排水管等定位的下游底缘190。
在此实例中，第一介质片130可具有人字形(chevron)褶皱(corrugated)表面200。人字形褶皱表面200可具有其中的多个人字形通道210。任何数目的人字形通道210可在本文中以任何适合的尺寸、形状或构造使用。具体而言，人字形通道210可具有对角升高部分220和对角降低部分230。对角升高部分220可从前缘160延伸且邻近其顶点遇到对角降低部分230。升高和降低部分的角可变化。可选地，各个人字形通道210均终止于第一侧除雾器部分250。第一侧除雾器部分250可在各个对角下部230的最低点260处成锐角向上对角地延伸。第一侧除雾器部分250可从最低点260朝后缘170延伸。本文中可使用其它构件和其它构造。
第二介质片140可具有波状(wavy)褶皱表面270。具体而言，波状褶皱表面270可具有多个波状通道280。任何数目的波状通道280都可在本文中以任何尺寸、形状或构造使用。具体而言，波状通道280可具有带多个峰300和谷310的大致正弦状形状290。可选地，波状通道280可从前缘160延伸到第二侧除雾器部分320。第二侧除雾器部分320可从正弦状形状290的一个谷310成锐角向上对角地延伸。第二侧除雾器部分320可从谷310朝后缘170延伸。本文中可使用其它构件和其它构造。
图5示出了结合至第二介质片140的第一介质片130。前缘160因此形成钻石状形状330。钻石状形状330可包括结合部分340，在该处介质片130,140可相遇且可经由胶水等来结合，以及用于空气流良好穿过其中的扩张部分350。后缘170类似地可包括用于空气流良好穿过其中的钻石状形状330。可选地，第一侧除雾器部分250和第二侧除雾器部分320可组合以形成在后缘170附近的大致一致形状的整体的除雾器360。本文中可使用其它构件和其它构造。
在使用中，水流32可从合成介质垫120的介质片125的顶缘180流至底缘190。介质片125可由穿过其中的水流32完全润湿。入口空气流22经由前缘160进入，且与水流32接触以与其换热。由于介质片125之间生成的扭转和旋流空气流，水流32可蒸发到入口空气流22中，以便将水流32的温度降低到大约入口空气湿球温度。具体而言，扭转和旋流的空气流增大穿过其中的热和质量传递。
第一介质片130上的人字形褶皱表面200的使用有助于朝前缘160分配水流32。第二介质片140的波状褶皱表面270提供刚度，且在介质深度内更均匀地扩散水流32。可选的整体的除雾器360与穿过其中的空气流成锐角向上延伸。该角依靠在急剧转向处对其中的任何水滴的惯性力。因此，水滴可在重力下向下排出且保持在介质片125内。前缘160和后缘170处的钻石状形状330的使用还用于减小穿过其中的空气压力损失。本文所述的润湿介质垫105因此可在热天气中增加总体空气质量流，以便避免或限制简化系统中的总体燃气涡轮输出减少和性能恶化。
图6示出了可如本文所述的合成介质垫400的另一个实施例。介质片220,230中的一个或两个可包括形成在其中的多个微通道410。任何数目的微通道410可在本文中以任何适合的尺寸、形状或构造使用。举例来说，微通道410可在挤出过程中利用小齿模具形成在介质片220,230的塑料表面中。模具可为具有小齿的辊类，以产生小的微通道410。微通道410可小于大约一毫米宽。本文中可使用其它类型的大小。本文中可使用其它类型的制造技术。任何数目的介质片220,230可层叠和层合在一起或另外连结，以便在其间形成微通道410。
考虑到微通道利用分子力(例如，毛细管)输送水的能力，微通道410允许水扩散至可与入口空气接触的所有表面。较少的润湿表面区域导致更大蒸发冷却。此外，芯吸结构(即，微通道410)中的蒸发降低总体空气温度。塑料介质的水润湿由毛细力促进，使得可改善蒸发冷却效率。因此，具有微通道410的合成介质垫400提供了利用减少介质材料优化蒸发冷却以总体节省成本。
应当清楚的是，前文仅涉及本申请和所得专利的某些实施例。本领域技术人员可在本文中制作出多个变化和改型，而不会脱离由以下权利要求及其等同物限定的本发明的总体精神和范围。