[发明专利]与燃气涡轮机中的下游燃料和空气喷射相关的系统和装置

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及燃式或燃气涡轮发动机（在下文中称为“燃气涡轮机”）中的燃烧系统。更具体地，但不作为限制，本发明描述与燃气涡轮机的燃烧系统中的空气和燃料的下游或延迟喷射相关的新颖方法、系统和装置。

背景技术

燃气涡轮机的效率在过去的几十年已明显地改善，原因是新技术允许发动机尺寸的增加和更高的操作温度。允许更高操作温度的一种技术基础是引入新的和创新的热传递技术以便冷却热气体路径内的部件。另外，新材料允许燃烧器内的更高温度能力。

然而在该时期期间，制定了限制发动机操作期间某些污染物可以排放的水平的新标准。具体地，更严格地限制全部对发动机的操作温度敏感的NOx、CO和UHC的排放水平。其中，NOx的排放水平尤其对更高发动机点火温度下的增加排放水平敏感，并且因此成为关于温度可以增加多少的明显限制。由于更高操作温度与更高效发动机一致，因此这阻碍发动机效率的提高。总之，燃烧器操作变为燃气涡轮机操作效率的明显限制。

因此，高级燃烧器设计技术的主要目标之一变为开发这样的配置，所述配置减小在这些更高操作温度下的燃烧器驱动排放水平使得发动机可以在更高温度下点火，并且因此具有更高的压力比周期和更高的发动机效率。因此将领会，减小排放、特别是NOx的排放并且允许更高点火温度的新颖燃烧系统将在商业上需求很大。

发明内容

本发明因此描述一种燃气涡轮发动机，其包括：联接到涡轮机的燃烧器，所述燃烧器和所述涡轮机一起限定内部流动路径，所述内部流动路径围绕纵轴线从位于所述燃烧器的前端处的初级空气和燃料喷射系统向后延伸，通过所述燃烧器连接到所述涡轮机处的接口，并且通过所述涡轮机中的至少一排定子叶片；以及下游喷射系统，所述下游喷射系统包括定位在所述内部流动路径内的两个喷射级，第一级和第二级，其中所述第一级和所述第二级均沿着所述纵轴线轴向地间隔使得所述第一级包括在所述初级空气和燃料喷射系统的后面的轴向位置并且所述第二级包括在所述第一级的后面的轴向位置。所述第一级和所述第二级的每一个包括多个圆周间隔喷射器，每个喷射器配置成将空气和燃料喷射到通过所述内部流动路径的流动中。所述第一级和所述第二级包括将所述第二级处喷射的燃料限制到小于所述第一级处喷射的燃料的50%的配置。

通过结合附图和附带的权利要求阅读优选实施例的以下详细描述，本发明的这些和其它特征将变得明显。

附图说明

通过结合附图仔细研究本发明的示例性实施例的以下更详细描述，将更完整地理解和领会本发明的这些和其它特征，其中：

图1是本发明的某些实施例可以在其中使用的示例性燃气涡轮机的截面示意性表示；

图2是本发明的实施例可以在其中使用的常规燃烧器的截面示意性表示；

图3是包括根据常规设计的下游燃料喷射器的单级的常规燃烧器的截面示意性表示；

图4是根据本发明的示例性实施例的方面的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图5是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图6是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图7是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图8是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图9是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图10是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图11是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图12是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图13是根据本发明的替代实施例的燃烧器和涡轮机的上游级的截面示意性表示；

图14是根据本发明的某些方面的后框架的透视图；

图15是根据本发明的某些方面的后框架的截面图；

图16是根据本发明的某些方面的后框架的截面图；

图17是根据本发明的某些方面的后框架的截面图；

图18是根据本发明的某些方面的后框架的截面图；以及

图19是根据本发明的某些方面的后框架的截面图。

具体实施方式