[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: 201710089607.5
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN108457752B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: M.J.休斯;J.D.貝里;J.S.弗拉納根
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18;F02C7/04;F02C7/22;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;譚祐祥

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：聯接至渦輪的燃燒器，它們一起限定工作流體流徑，工作流體流徑沿縱向軸線從由燃燒器中的前噴射器限定的前端向后延伸，穿過燃燒器結束且渦輪開始所處的界面，且然后穿過渦輪至后端；間隙，其形成在燃燒器和渦輪之間的界面處；以及燃料噴射器，其設置靠近間隙來用于將燃料噴射到經過間隙的空氣流中。間隙可包括存在于界面處的先前的泄漏路徑。先前的泄漏路徑可擴展成以便適應經過其的空氣流的期望水平。

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。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。另外，相當大的量的空氣由于泄漏而損失。這在發動機的燃燒器與渦輪區段連接或對接的區域中是特別實際的。

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、空氣動力學壓力損耗、以及泄漏的分級燃燒構造和冷卻策略。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

本申請因此描述了一種燃氣渦輪機，其包括：聯接到渦輪上的燃燒器，它們一起限定工作流體流徑，工作流體流徑沿縱向軸線從由燃燒器中的前噴射器限定的前端向后延伸，穿過燃燒器結束且渦輪開始所處的界面，且然后穿過渦輪至后端；間隙，其形成在燃燒器和渦輪之間的界面處；以及燃料噴射器，其設置靠近間隙來用于將燃料噴射到經過間隙的空氣流中。間隙可包括存在于界面處的先前的泄漏路徑。先前的泄漏路徑可擴展成以便適應經過其的空氣流的期望水平。

實施方案1. 一種燃氣渦輪機，其包括：

聯接至渦輪的燃燒器，它們一起限定工作流體流徑，所述工作流體流徑沿縱向軸線從由所述燃燒器中的前噴射器限定的前端向后延伸，穿過所述燃燒器結束且所述渦輪開始所處的界面，且然后穿過所述渦輪至后端；

間隙，其形成在所述燃燒器和所述渦輪之間的所述界面處；以及

燃料噴射器，其設置靠近所述間隙來用于將燃料噴射到經過所述間隙的空氣流中。

實施方案2. 根據實施方案1所述的燃氣渦輪機，其特征在于，所述間隙包括存在于所述界面處的先前的泄漏路徑，所述先前的泄漏路徑擴展成以便適應經過其的所述空氣流的期望水平；以及