[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器

在審

• 申請號: 201710153098.8
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN107191275A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: C.A.克勞利
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/22
• 分類號: F02C7/22;F02C7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴志軍,安文森

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，本申請描述了與下游或軸向分級噴射器和/或使用此類噴射器的燃燒系統相關的新型系統、裝置和/或方法。

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前噴射器軸向地在下游隔開的分級噴射器，前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。結果，最小化移動通過燃燒系統的壓縮的空氣的壓降的主和分級噴射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。

與分級噴射器有關的另一問題涉及常規的設計關于在傳遞至燃燒區之前預混合燃料和空氣執行得非常不好。更具體地，給定嚴格的空間約束和競爭性的設計標準，常規的分級噴射器典型地不能調節進入裝置的空氣流，且這導致不利地影響在后端離開裝置的燃料/空氣混合物的不均勻的流動特性。如將認識到的，這樣的不均勻的燃料/空氣混合物可導致不均勻的燃燒特性，其通常增加發動機退化率，降低發動機效率，以及提高不期望的排放水平。結果，先進燃燒系統設計的一個主要目標保持開發能夠實現更高點火溫度和/或更高效的性能，同時仍最小化燃燒驅動排放和空氣動力學壓力損耗的分級噴射器。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的燃燒器中的分級噴射器。燃燒器可包括在前噴嘴和(在前噴嘴下游的)分級噴射器的下游限定燃燒區的內徑向壁。分級噴射器可包括噴射器管，其包括包封在出口和入口之間延伸的噴射通路的側向壁。噴射器管的出口可將噴射通路流體地連接至燃燒區。噴射器管的入口可定位在出口的外側，使得噴射器管包括陡的噴射角。噴射器管的外節段的側向壁可包括限定其周邊的外部面。分級噴射器還可包括圍繞噴射器管的外節段形成的蓋，以便將外節段包封在環繞氣室內。蓋可包括側壁，其徑向地重疊且偏移噴射器管的外節段的側向壁，以便在它們之間形成環繞氣室的第一部分。蓋還可包括頂板壁，其形成在噴射器管的入口的外側，以便形成環繞氣室的第二部分。蓋可包括指向蓋端口，其穿過蓋的側壁形成，以用于將環繞氣室的第一部分流體地連接至圍繞蓋形成的供給腔。分級噴射器還可包括流指引側向導葉，其設置在噴射器管的外節段的外部面。側向導葉可構造成使進入環繞氣室的流穿過指向蓋端口朝向噴射器管的入口徑向地偏轉。

實施方案1. 一種燃氣渦輪機的燃燒器中的分級噴射器，其中所述燃燒器包括在前噴嘴的下游限定燃燒區的內徑向壁，所述分級噴射器包括：

噴射器管，其包括包封在出口和入口之間延伸的噴射通路的側向壁，其中：

所述出口將所述噴射通路流體地連接至所述燃燒區；

所述入口定位在所述出口的外側，使得所述噴射通路包括陡的噴射角；以及

所述噴射器管的外節段的所述側向壁包括限定其周邊的外部面；

蓋，其圍繞所述噴射器管的所述外節段形成，以便將所述外節段包封在環繞氣室內，其中所述蓋還包括：

側壁，其徑向地重疊且包圍所述噴射器管的所述外節段，由此在它們之間形成所述環繞氣室的第一部分；以及

頂板壁，其橫越在所述側壁的外邊緣之間，以便形成在所述噴射器管的所述入口的外側的所述環繞氣室的第二部分；以及

指向蓋端口，其穿過所述側壁的一側限定，將所述環繞氣室的所述第一部分流體地連接至在所述側壁外部形成的供給腔；以及