[發明專利]燃氣渦輪機的燃燒系統中的分級燃料和空氣噴射

有效

• 申請號: 201611199181.0
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN107013338B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: M.J.休斯;J.D.貝里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18;F02C7/22;F01D25/12;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉林華

本發明涉及燃氣渦輪機的燃燒系統中的分級燃料和空氣噴射，具體而言，涉及一種燃氣渦輪機，其包括從燃燒器中的前噴射器向后延伸的工作流體流徑。燃燒器可包括內徑向壁，外徑向壁，以及它們之間的流環道。分級噴射器可與流環道相交，以便獲得工作流體流徑內的噴射點，通過該噴射點限定后環形區段和前環形區段。空氣指引結構可包括對應于后環形區段的后入口區段和對應于前環形區段的前入口區段。空氣指引結構可構造成：將穿過后入口區段進入的空氣沿向前的方向指引穿過后環形區段至分級噴射器；以及將穿過前入口區段進入的空氣沿向后的方向指引穿過前環形區段至分級噴射器。

聯邦政府資助的研究申明

本發明在由能源部授予的合同號DE-FC26-05NT42643下的政府支持下完成。美國政府具有對本發明的一些權利。

技術領域

本申請大體上涉及燃燒或燃氣渦輪發動機內的燃燒系統。更具體地，但并非作為限制，本申請描述了與空氣和燃料在此類燃燒系統中的下游或軸向分級噴射相關的新型系統、裝置和/或方法，以及與之相關的冷卻系統和構件。

背景技術

如將會認識到的，在過去幾十年來，由于先進的技術已經實現增大發動機尺寸以及更高的操作溫度，因而燃燒或燃氣渦輪發動機(“燃氣渦輪機”)的效率已經極大地改善。已經允許此類成就的技術進步包括用于冷卻熱氣體路徑構件的新的熱傳遞技術，以及新的更耐久的材料。然而，在此時間范圍期間，頒布了限制某些污染物的排放水平的規章性標準。具體地，NOx，CO和UHC(它們都對發動機的操作溫度和燃燒特性敏感)的排放水平已經變得被更嚴格地規定。在這些中，NOx的排放水平對于在較高發動機點火溫度下的增加尤其敏感，并且因此，此污染物對于點火溫度可以進一步升高多少變成了顯著的限制。由于更高的運行溫度通常導致更高效的發動機，因此這妨礙了效率的進一步提高。因此，與常規燃燒系統相關的性能限制變成了限制更高效的燃氣渦輪機的發展的因素。

其中已經提高了燃燒系統出口溫度，同時還依然保持可接受的排放水平以及冷卻要求的一種方式是通過軸向分級燃料和空氣噴射。這典型地要求增大經過燃燒器的空氣體積，并指引比該體積更多的空氣至相對于主噴射器軸向地在下游隔開的噴射器，主噴射器位于燃燒器的前端。如將會理解的，此增大的空氣流的體積導致對于該單元的空氣動力學性能產生更顯著的影響。更具體地，最小化移動通過燃燒器的壓縮的空氣的壓降的燃燒器可實現性能益處和效率，其在通過燃燒器的流量水平上升時，變得更加顯著。另外，壓縮機空氣的顯著部分在冷卻熱氣體路徑構件(諸如渦輪轉子和定子葉片)，特別是在渦輪的初始級中的那些中消耗。

結果，先進燃燒系統設計的一個主要目標涉及開發能夠實現更高點火溫度和/或更高效的性能，同時最小化燃燒驅動排放和空氣動力學壓力損耗的構造和冷卻策略。如將會認識到的，此類技術進步將導致改善的發動機效率水平。

發明內容