與燃氣渦輪中的下游燃料和空氣注射有關的系統(tǒng)和設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種與燃氣渦輪機中的下游燃料和空氣注射有關的系統(tǒng)和設備，所述燃氣渦輪機包括：內(nèi)部流路，所述內(nèi)部流路限定成穿過燃燒器和渦輪；后架，所述后架形成所述燃燒器與所述渦輪之間的接口，所述后架包括約束所述內(nèi)部流路的剛性結(jié)構構件，其中所述后架包括限定所述內(nèi)部流路的外側(cè)邊界的內(nèi)壁；穿過所述后架形成的周向延伸的燃料腔室；以及穿過所述后架的所述內(nèi)壁形成的出口端口。所述出口端口可配置用于將所述燃料腔室連接至所述內(nèi)部流路。
【專利說明】與燃氣渦輪中的下游燃料和空氣注射有關的系統(tǒng)和設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明是大體涉及燃燒或燃氣渦輪發(fā)動機(在下文中稱作“燃氣渦輪”)中的燃燒系統(tǒng)。更確切地，但非限制性地，本發(fā)明是描述與燃氣渦輪的燃燒系統(tǒng)中空氣和燃料的下游或延遲注射有關的新穎方法、系統(tǒng)和/或設備。

【背景技術】
[0002]燃氣渦輪效率在過去的數(shù)十年中已經(jīng)大大提高，這是因為新的技術使發(fā)動機大小能夠增加并使操作溫度能夠更高。一種允許更高操作溫度的技術基礎是引入新穎并創(chuàng)新的傳熱技術，用以冷卻熱氣路徑內(nèi)的部件。另外，新的材料已在燃燒器內(nèi)實現(xiàn)更高溫度能力。
[0003]然而，在此時間范圍期間，制定出了新的標準，其限制了某些污染物在發(fā)動機的操作期間可排放的水平。確切地說，均對發(fā)動機的操作溫度敏感的N0x、C0和UHC的排放水平受到更嚴格的管制。其中，NOx排放水平在更高的發(fā)動機點火溫度下尤其對增加的排放水平敏感，并且因此大大限制可增加多少溫度。由于更高的操作溫度與更有效的發(fā)動機是一致的，因此，這妨礙了發(fā)動機效率的提高。簡而言之，燃燒器的操作大大限制燃氣渦輪操作效率。
[0004]因此，先進的燃燒器設計技術主要目標之一變成開發(fā)這種配置:在這些更高操作溫度下，減少燃燒器驅(qū)動的排放水平，以使發(fā)動機可在更高溫度下點火，并因此具有更高的壓力比循環(huán)和更高的發(fā)動機效率。因此，如將了解，對減少排放、尤其減少NOx排放并能實現(xiàn)更高點火溫度的新穎燃燒系統(tǒng)設計將有很大商業(yè)需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明描述一種燃氣渦輪發(fā)動機，其包括:內(nèi)部流路，所述內(nèi)部流路限定成穿過燃燒器和渦輪；后架(aft frame)，所述后架形成所述燃燒器與所述渦輪之間的接口，所述后架包括約束(circumscribe)所述內(nèi)部流路的剛性結(jié)構構件,其中所述后架包括限定所述內(nèi)部流路的外側(cè)邊界的內(nèi)壁；穿過所述后架形成的周向延伸的燃料腔室；以及穿過所述后架的所述內(nèi)壁形成的出口端口。所述出口端口可配置用于將所述燃料腔室連接至所述內(nèi)部流路。
[0006]本發(fā)明進一步描述一種環(huán)狀結(jié)構構件，其配置用于環(huán)繞在燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的燃燒器與渦輪之間延伸的內(nèi)部流路，所述環(huán)狀結(jié)構構件包括:連接裝置，所述環(huán)狀結(jié)構構件通過所述連接裝置來連接到所述燃燒器和所述渦輪；內(nèi)壁，在操作中，所述內(nèi)壁限定了所述內(nèi)部流路的外側(cè)邊界；形成在所述環(huán)狀結(jié)構構件框架內(nèi)的周向延伸的燃料腔室；穿過后架的外壁形成的燃料入口端口 ；穿過所述后架的所述外壁形成的空氣入口端口 ；以及穿過所述后架的所述內(nèi)壁形成的出口端口，所述出口端口將所述燃料腔室流體連接到所述內(nèi)部流路。
[0007]結(jié)合附圖和所附權利要求書閱讀優(yōu)選實施例的以下詳細描述，將清楚地了解本發(fā)明的這些和其他特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]通過結(jié)合所附權利要求書來仔細研究本發(fā)明的示例實施例的以下更詳細的描述，將更完整地理解并了解本發(fā)明的這些和其他特征。
[0009]圖1是可使用本發(fā)明的某些實施例的示例燃氣渦輪的示意性截面圖示；
[0010]圖2是可使用本發(fā)明實施例的常規(guī)燃燒器的示意性截面圖示；
[0011]圖3是包括根據(jù)常規(guī)設計的單級下游燃料注射器的常規(guī)燃燒器的示意性截面圖示；
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明示例實施例各方面的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0015]圖7是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0016]圖8是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0017]圖9是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0018]圖10是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0019]圖11是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0020]圖12是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0021]圖13是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的燃燒器和渦輪上游級的示意性截面圖示；
[0022]圖14為根據(jù)本發(fā)明的某些方面的后架透視圖；
[0023]圖15為根據(jù)本發(fā)明的某些方面的后架截面圖；
[0024]圖16為根據(jù)本發(fā)明的某些方面的后架截面圖；
[0025]圖17為根據(jù)本發(fā)明的某些方面的后架截面圖；
[0026]圖18為根據(jù)本發(fā)明的某些方面的后架截面圖；以及
[0027]圖19為根據(jù)本發(fā)明的某些方面的后架截面圖；

【具體實施方式】
[0028]盡管本發(fā)明的以下實例可參照特定類型的渦輪發(fā)動機進行描述，但所屬領域的技術人員將會了解，本發(fā)明可不限制于此類用途而適用于其他類型的渦輪發(fā)動機，除非其中進行特別限制。另外，將會了解，在描述本發(fā)明時，某些術語可用于指稱燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)某些機器部件。在可能情況下，通用工業(yè)術語將以與其公認意義相一致的方式來使用并采用。然而，此類術語不應進行狹義理解，如所屬領域的一般技術人員將會了解，通?？墒褂貌煌g語指稱一個特定機器部件。另外，在本說明書中描述為單個部件的部分可在另一背景中指示為由多個部件構成，或者，在本說明書中描述為包括多個部件的部分可在其他地方稱為單個部件。由此，在理解本發(fā)明的范圍時，不僅應當注意特定術語，而且還應注意附帶的描述、背景，以及部件的結(jié)構、配置、功能和/或使用，尤其是可能在所附權利要求書中提供的內(nèi)容。
[0029]本說明書可按常規(guī)使用若干描述性的術語，并且在本節(jié)的一開始定義這些術語可以是有幫助的。因此，除非另外陳述，否則這些術語及其定義如下。如本說明書所使用，術語“下游”和“上游”是指相對于流體流動的方向，例如像通過燃氣渦輪的壓縮機、燃燒器和渦輪段的工作流體，或者通過一個發(fā)動機部件系統(tǒng)的流冷卻劑。術語“下游”對應流體流動的方向，而術語“上游”指與流體流動方向相反或相對的方向。若無進一步說明，術語“前”和“后”是指相對于燃氣渦輪取向的方向，其中“前”是指發(fā)動機的前方或壓縮機端，而“后”是指發(fā)動機的后方或渦輪端，這兩者的對準在圖1中示出。
[0030]另外，在給定了燃氣渦輪發(fā)動機的圍繞中心軸線的配置和一些部件系統(tǒng)中這種相同類型的配置情況下，將有可能使用描述相對于軸線的位置的術語。就此而言，將會了解，術語“徑向”是指垂直于軸線的移動或位置。與此相關，可能要求描述離中心軸線的相對距離。在這種情況中，例如，如果第一部件所處位置比第二部件更靠近中心軸線，那么在本說明書中將陳述為第一部件位于第二部件的“徑向內(nèi)部”或“內(nèi)側(cè)”。另一方面，如果第一部件所處位置比第二部件更遠離中心軸線，那么在本說明書中將陳述為第一部件位于第二部件的“徑向外部”或“外側(cè)”。另外，將會了解，術語“軸向”是指平行于軸線的移動或位置。并且，最后，術語“周向”是指圍繞軸線的移動或位置。如所提及，盡管可相對于通常延伸通過發(fā)動機的壓縮機和渦輪段的公共中心軸線或軸應用這些術語，但它們也可相對于其他部件或子系統(tǒng)。例如，在許多機器所通用的圓柱形的“罐型”燃燒器情況下，給予這些術語相關意義的軸線可以是縱向參考軸線，其被限定為穿過以其形狀來命名的圓柱形的“罐狀”形狀的中心或者過渡連接件的更環(huán)狀的下游形狀的中心。
[0031]現(xiàn)在參照圖1，作為【背景技術】，提供了可使用本發(fā)明的實施例的一種示例燃氣渦輪10。通常，燃氣渦輪發(fā)動機通過從壓縮空氣流中燃料燃燒產(chǎn)生的加壓熱氣流中提取能量來運行。如圖1所示，燃燒渦輪發(fā)動機10包括軸向壓縮機11，所述軸向壓縮機11通過公共軸來機械連接到下游渦輪段或渦輪13，而燃燒器12定位在兩者之間。如圖所示，壓縮機11包括了多個級，其中每個級都包括一排壓縮機轉(zhuǎn)子葉片、后接一排壓縮機定子葉片。渦輪13也包括多個級。每個渦輪級包括一排渦輪動葉(bucket)或轉(zhuǎn)子葉片、后接在操作中保持固定的一排渦輪噴嘴定子葉片。渦輪定子葉片通常彼此周向間隔開來，并且圍繞轉(zhuǎn)動軸線固定。轉(zhuǎn)子葉片可安裝在連接到軸的轉(zhuǎn)子葉輪上。
[0032]在操作中，壓縮機11內(nèi)的壓縮機轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動而來壓縮被引導到燃燒器12中的空氣流。在燃燒器12內(nèi)，壓縮空氣與燃料混合并點燃，以便產(chǎn)生賦能工作流體流，所述賦能工作流體流隨后可膨脹通過渦輪13。確切地說，將來自燃燒器12的工作流體引導到渦輪轉(zhuǎn)子葉片上以引發(fā)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子葉輪隨后將轉(zhuǎn)動平移(translate)到軸上。通過這種方式，工作流體流的能量被轉(zhuǎn)換成正在轉(zhuǎn)動的軸的機械能。隨后，可使用軸的機械能來驅(qū)動壓縮機轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動，以便產(chǎn)生壓縮空氣的必要供應，并且例如，驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電力。
[0033]圖2是可使用本發(fā)明各實施例的常規(guī)燃燒器的截面圖。然而，燃燒器20可采用各種形式，其中每個適于包括本發(fā)明的各實施例。通常，燃燒器20包括定位在頭端22處的多個燃料噴嘴21。應當了解，用于燃料噴嘴21的各種常規(guī)配置可與本發(fā)明一起使用。在頭端22內(nèi)，將空氣和燃料置于一起，以供在環(huán)繞內(nèi)襯24限定的燃燒區(qū)23內(nèi)燃燒。內(nèi)襯24通常從頭端22延伸到過渡連接件25。如圖所示，內(nèi)襯24由導流套筒26環(huán)繞，并且類似地，過渡連接件25由沖擊套筒28環(huán)繞。應當了解，在導流套筒26與內(nèi)襯24和過渡連接件25與沖擊套筒28之間,形成環(huán)帶,所述環(huán)帶在本說明書中將被稱作“流動環(huán)帶(flow annulus)27”。如圖所示，流動環(huán)帶27延伸燃燒器20長度的大部分。從內(nèi)襯24起，過渡連接件25在其朝渦輪13向下游延伸時將流從內(nèi)襯24的圓形截面轉(zhuǎn)換到環(huán)狀截面。在下游末端處，過渡連接件25將工作流體流引導向渦輪13的第一級。
[0034]應當了解，導流套筒26和沖擊套筒28通常具有穿過其形成的沖擊孔(未示出)，這些沖擊孔會允許來自壓縮機12的壓縮空氣沖擊流進入形成于導流套筒26/內(nèi)襯24和/或沖擊套筒28/過渡連接件25之間的流動環(huán)帶27。通過沖擊孔的壓縮空氣流對流地冷卻內(nèi)襯24和過渡連接件25的外表面。穿過導流套筒26和沖擊套筒28進入燃燒器20的壓縮空氣通過流動環(huán)帶27被引導向燃燒器20的前端。隨后，壓縮空氣進入燃料噴嘴21，在此，其與燃料混合以供燃燒。
[0035]渦輪13通常具有多個級，其中每個包括兩個軸向?qū)盈B排的葉片:一排定子葉片
16、后面接著一排轉(zhuǎn)子葉片17，如圖1和4所示。每個葉片排包括圍繞渦輪13的中心軸線周向間隔開來的許多葉片。在下游末端處，過渡連接件25包括出口和后架29，用以將燃燒產(chǎn)物流引導到渦輪13中，在渦輪13中，所述燃燒產(chǎn)物流與轉(zhuǎn)子葉片相互作用，從而引發(fā)圍繞軸的轉(zhuǎn)動。通過這種方式，過渡連接件25用于連接燃燒器20與渦輪13。
[0036]圖3示出包括補充或下游燃料/空氣注射的燃燒器12的視圖。應當了解，這樣的補充燃料/空氣注射通常稱作延遲貧注射或者軸向分級注射。如本說明書所使用，此類型的注射將因燃料/空氣注射相對于定位在頭端22處的初級燃料噴嘴21的下游位置而稱作“下游注射”。應當了解，圖3的下游注射系統(tǒng)30與常規(guī)設計一致并僅僅出于示例目的提供。如圖所示，下游注射系統(tǒng)30可包括限定在導流套筒26內(nèi)的燃料通路31，但其他類型燃料輸送也是可能的。燃料通路31可延伸到注射器32，在這個實例中，注射器32被定位在內(nèi)襯24和導流套筒26的后端處或附近。注射器32可包括噴嘴33和跨過流動環(huán)帶27延伸的傳送管34。在給定這種布置情況下，應當了解，每個注射器32使來源于導流套筒26外部的壓縮空氣供應與通過噴嘴33輸送的燃料供應集合在一起，并將此混合物注射到內(nèi)襯24內(nèi)的燃燒區(qū)23中。如圖所示，若干燃料注射器32可圍繞導流套筒26/內(nèi)襯24組件周向定位，以便在燃燒區(qū)23周圍的多個點處引入燃料/空氣混合物。若干燃料注射器32可定位在同一軸向位置處。也就是說，將若干注射器定位在沿著燃燒器12的中心軸線37的同一位置。如本說明書所使用，具有此配置的燃料注射器32可描述成定位在公共注射平面38上，所述公共注射平面38如圖所示為垂直于燃燒器12的中心軸線37的平面。在圖3的示例常規(guī)設計中，注射平面36定位在內(nèi)襯24的后末端或下游末端處。
[0037]轉(zhuǎn)至圖4至19以及本發(fā)明的發(fā)明，應當了解，燃氣渦輪排放水平取決于許多操作準則。燃燒區(qū)中反應物的溫度是這些因素之一、并且已顯示其對某些排放水平更造成影響，如尤其是NOx排放水平。應當了解，燃燒區(qū)內(nèi)反應物的溫度與燃燒器的出口溫度成比例，這對應于更高的壓力比，并且另外，更高的壓力比使這些布雷頓循環(huán)型(Brayton Cycletype)發(fā)動機中的效率水平提高。由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)NOx排放水平與反應物溫度具有強烈并直接的關系，現(xiàn)代燃氣渦輪僅僅能夠在通過如先進燃料噴嘴設計和預混合等技術進步來增加點火溫度的同時，維持可接受的NOx排放水平。在這些進步之后，采用延遲或下游注射使得點火溫度能夠進一步增加，因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在更高溫度下反應物在燃燒區(qū)內(nèi)的更短的停留時間使得NOx水平降低。確切地說，已顯示出，至少在某個程度上，可使用停留時間控制來控制NOx排放水平。
[0038]這種下游注射也稱作“延遲貧注射(late lean inject1n)”,其將空氣和燃料供應的一部分引入被輸送到燃燒器頭端或前端內(nèi)的初級注射點的空氣和燃料主要供應的下游。應當了解，注射器的這種下游定位減少了燃燒反應物在燃燒器內(nèi)更高溫度的火焰區(qū)內(nèi)的停留時間。確切地說，由于穿過燃燒器的流體流速度大體恒定，因此，縮短通過下游注射的反應物在離開火焰區(qū)前必須行進的距離，減少了這些反應物在高溫下于火焰區(qū)中的停留時間，如所陳述，這就減少了發(fā)動機的NOx的形成以及NOx的排放水平。這實現(xiàn)了先進的燃燒器設計:其將先進燃料/空氣混合或預混合技術與下游注射的減少的反應物停留時間結(jié)合，以實現(xiàn)燃燒器點火溫度的進一步增加，并重要地是實現(xiàn)更有效的發(fā)動機，而同時還維持可接受的NOx排放水平。
[0039]然而，其他考慮因素限制了完成下游注射可采用的方式以及可達到的程度。例如，下游注射可導致CO和UHC的排放水平升高。也就是說，如果在燃燒區(qū)中過于下游的位置處注射太大量的燃料，那么可能導致燃料不完全燃燒，或者CO不充分燒盡。因此，盡管關于延遲注射的概念和如何可用其影響某些排放的基本原理可能眾所周知，但是挑戰(zhàn)性的設計障礙在于如何能夠優(yōu)化這種策略以便實現(xiàn)更高的燃燒器點火溫度。因此，能夠以有效和成本節(jié)省的方式實現(xiàn)停留時間進一步優(yōu)化的新穎燃燒器設計和技術對于進一步的技術進步而言是重要的領域，如在下文討論，這是本發(fā)明的主題。
[0040]本發(fā)明的一個方面提出針對下游注射的一種集成兩級注射方法。如在下文討論，每級可軸向間隔開來，以便具有相對于燃燒器12更后部分和/或渦輪13上游區(qū)域內(nèi)的另一級的離散軸向位置?，F(xiàn)在參照圖4，示出燃氣渦輪發(fā)動機10的截面部分，根據(jù)本發(fā)明的方面，所述截面部分顯示出安排延遲注射的兩個級中每一個設置的大致范圍(陰影部分)。更確切地，根據(jù)本發(fā)明的下游注射系統(tǒng)30可包括位于過渡區(qū)39內(nèi)的兩個集成軸向注射級，其是限定在燃燒器12的過渡連接件25內(nèi)的內(nèi)部流路的部分，或是限定在渦輪13的第一級內(nèi)下游處的內(nèi)部流路的部分。本發(fā)明的兩個軸向級包括了本說明書中所謂的上游或“第一級41”以及下游或“第二級42”。根據(jù)某些實施例，這些軸向級中的每一個包括多個注射器32。每個級內(nèi)的注射器32可在過渡區(qū)39或渦輪13前部部分內(nèi)大致相同的軸向位置處周向間隔開來。以這種方式配置的注射器32 (即，在公共軸向平面上周向間隔開的注射器32)在本說明書中將描述為具有公共注射平面38，如針對圖5至7詳細地討論。根據(jù)優(yōu)選實施例，第一級41和第二級42中每個處的注射器可配置用于在每個位置注射空氣和燃料兩者。
[0041]圖4示出根據(jù)優(yōu)選實施例第一級41和第二級42中每個可被定位的軸向范圍。為了限定優(yōu)選軸向定位，應當了解，在給定圖5至7的截面圖或剖面圖情況下，燃燒器12和渦輪13可描述為限定內(nèi)部流路，所述內(nèi)部流路圍繞縱向中心軸線37從燃燒器12的頭端22附近的上游末端延伸到渦輪13段中的下游末端。因此，第一級41和第二級42中每個的定位可相對于各自沿著內(nèi)部流路縱軸37的位置進行限定。同樣如在圖4中指示，可限定出垂直于縱向中心軸線37而形成的某些參考平面，這些參考平面對位于渦輪此區(qū)域內(nèi)的軸向位置提供進一步限定。這些參考平面中第一個是燃燒器中間平面48，其為相對于中心軸線37的垂直平面，定位在燃燒器12的大致軸向中點處，即，大約位于頭端22的燃料噴嘴21與燃燒器12的下游末端之間的中部。應當了解，燃燒器中間平面48通常出現(xiàn)在內(nèi)襯24/導流套筒26組件通向過渡連接件25/沖擊套筒28組件時的位置附近。如圖所示，被限定在燃燒器12后端處的第二參考平面在本說明書中稱作燃燒器端面49。燃燒器端面49標志后架29的下游遠末端。
[0042]根據(jù)優(yōu)選實施例，如圖4所示，本發(fā)明的下游注射系統(tǒng)30可包括兩個軸向注射級，即第一級41和第二級42，它們定位在燃燒器中間平面的后方。更確切地，第一級41可定位在過渡區(qū)39的后半部中，而第二級42可定位在第一級41與渦輪13中第一排定子葉片16之間。更優(yōu)選地，第一級41可定位在燃燒器12后部部分內(nèi)非?？亢蟮奈恢锰?，而第二級42位于燃燒器12的端面49附近或下游處。在某些情況中，可將第一級41和第二級42定位在彼此附近，以便可采用公共空氣/燃料導管。
[0043]現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖5至10，所提供的若干優(yōu)選實施例示出本發(fā)明的涉及兩級系統(tǒng)的進一步方面。這些附圖中的每個包括通過示例燃燒器12和渦輪13的內(nèi)部流路的截面圖。所屬領域的普通技術人員應當了解，在本說明書中也稱作初級空氣和燃料注射系統(tǒng)的頭端22和燃料噴嘴21可包括若干配置中的任何配置，因為本發(fā)明的操作不依賴于其任何一種特定配置。根據(jù)某些實施例，頭端22和燃料噴嘴21可配置成與延遲貧注射或下游注射系統(tǒng)兼容，如美國專利8，019，523中描述并定義，所述美國專利在此以引用的方式整體并入。在頭端22的下游，內(nèi)襯24可限定燃燒區(qū)23，在燃燒區(qū)23內(nèi)，輸送到頭端22的空氣和燃料大量主要供應進行燃燒。隨后，過渡連接件25可從內(nèi)襯24向下游延伸并且限定過渡區(qū)39，并且在過渡連接件25的下游末端處，后架29可將燃燒產(chǎn)物引導向渦輪13中的最初一排定子葉片16。
[0044]這些第一注射級41和第二注射級42中的每個可包括多個周向間隔開的注射器32。每個軸向級內(nèi)的注射器32可定位在公共注射平面38上，所述公共注射平面38是相對于內(nèi)部流路縱軸37的垂直參考平面。為了清晰起見而在圖5至7中以簡化形式呈現(xiàn)注射器32，其可包括用于將空氣和燃料注射到燃燒器12的下游或后端或者渦輪13內(nèi)第一級中的任何常規(guī)設計。任一級41、42中的注射器32可包括:圖3的注射器32 ;以及美國專利8，019，523和7，603，863中描述或參考的那些注射器中的任何注射器，所述美國專利以引用的方式并入本說明書中；針對圖14至19在下文描述的那些注射器中的任何注射器；以及其他常規(guī)燃燒器燃料/空氣注射器。如在并入的參考中提供，本發(fā)明的燃料/空氣注射器32還可包括根據(jù)任何常規(guī)裝置和設備的集成在一排定子葉片16內(nèi)的那些注射器，例如像在美國專利7，603，863中描述的那些。對于過渡區(qū)39內(nèi)的注射器32，其均可由過渡連接件25和/或沖擊套筒28進行結(jié)構支撐，并且在一些情況下，可延伸到過渡區(qū)39中。注射器32可配置用于在大體橫向于通過過渡區(qū)39的主導流動方向的方向上將空氣和燃料注射到過渡區(qū)39中。根據(jù)某些實施例，下游注射系統(tǒng)30中的每個軸向級可包括若干注射器32，所述注射器32以規(guī)律間隔或在其他情況中以不均勻的間隔周向間隔開來。例如，根據(jù)一個優(yōu)選實施例，在每個軸向級處可采用介于3個與10個之間的注射器32。在其他優(yōu)選實施例中，第一級可包括介于3個與6個之間的注射器，并且第二級(和第三級，如果存在)均可包括介于5個與10個之間的注射器。關于注射器的周向安排，介于兩個軸向級41、42之間的注射器32可安排成直線或彼此交錯，并且如在下文討論，可安排用于對另一個進行補充。在優(yōu)選實施例中，第一級41的注射器32可配置用于比第二級42的注射器32更多地穿透主流。在優(yōu)選實施例中，這可導致第二級42比第一級41具有更多圍繞所述流路圓周定位的注射器32。第一級、第二級和第三級(如果存在)的注射器均可配置成:在操作中，注射器在某個方向上注射空氣和燃料，所述方向與垂直于通過內(nèi)部流路的主導流動方向的參考線在+30°與-30°之間。
[0045]對于下游注射系統(tǒng)30的第一級41和第二級42的軸向定位，在圖5和6的優(yōu)選實施例中，第一級41可正好定位在燃燒器中間平面48的上游或下游，并且第二級42可定位在燃燒器12的端面49附近。在某些實施例中，第一級41的注射平面38可設置在過渡區(qū)39內(nèi)，大致在燃燒器中間平面48與端面49之間的中部。如圖5所示，第二級42可正好定位在燃燒器12的下游末端或端面49上游。換句話說，第二級42的注射平面38可正好出現(xiàn)在后架29的上游末端上游。應當了解，第一級41和第二級42的下游位置減少了從其注射的反應物停留在燃燒器內(nèi)的時間。也就是說，在給定通過燃燒器13的流的相對恒定速度情況下，停留時間減少與反應物在到達燃燒器的下游終端或火焰區(qū)前所必須行進的距離直接相關。因此，如在下文更詳細地討論，用于第一級41的距離51 (如圖6所示)導致所注射反應物的停留時間是頭端22處釋放反應物停留時間的一小部分。類似地是，用于第二級42的距離52導致所注射反應物的停留時間是第一級41處釋放反應物停留時間的一小部分。如所陳述，此減少的停留時間使得NOx排放水平減少。如在下文更詳細地討論，在某些實施例中，在給定軸向位置以及計算出的通過燃燒器的流率情況下，注射級相對于初級燃料和空氣注射系統(tǒng)以及相對彼此的精確安排可取決于預期停留時間。
[0046]在另一示例實施例中，如圖7所示，第一級41的注射平面38可定位在過渡連接件25的后尾或后面四分之一處(aft quarter)，其如圖所示位于燃燒器12中比圖5的第一級41略微更下游的位置。在這種情況中，第二級42的注射平面38可定位在后架29處，或者非常靠近燃燒器12的端面49。在此情況下，根據(jù)優(yōu)選實施例，第二級42的注射器32可集成到后架29的結(jié)構中。
[0047]在另一示例實施例中，如圖8所示，第一級41的注射平面38可正好定位在后架29或燃燒器12端面49略微上游處。第二級42可定位在或非?？拷鼫u輪13內(nèi)第一排定子葉片16的軸向位置。在優(yōu)選實施例中，第二級42的注射器32可集成到這一排定子葉片16中，如在上文提及。
[0048]本發(fā)明還包括控制配置，用于將空氣和燃料分布在頭端22的初級空氣和燃料注射系統(tǒng)與下游注射系統(tǒng)的第一級41和第二級42之間。相對彼此而言，根據(jù)優(yōu)選實施例，第一級41可配置用于注射比第二級42更多的燃料。在某些實施例中，在第二級42處注射的燃料少于在第一級處注射燃料的50%。在某些實施例中，在第二級42處注射的燃料介于在第一級41處注射燃料的10%與50%之間。第一級41和第二級42中每個可配置用于在給定所注射的燃料情況下注射大致最小量的空氣(這可通過分析和測試來確定)，以便針對燃燒器出口溫度大致地最小化NOx，而同時還允許CO充分燒盡。其他優(yōu)選實施例包括在頭端22的初級空氣和燃料注射系統(tǒng)與下游注射系統(tǒng)的第一級41和第二級42之間的更多特定水平的空氣和燃料分布。例如，在一個優(yōu)選實施例中，燃料分布包括:介于50%與80%之間的燃料到達初級空氣和燃料注射系；介于20%與40%之間的燃料到達第一級41 ;并且介于2%與10%之間的燃料到達第二級。在此類情況下，空氣分布可包括:介于60%與85%之間的空氣到達初級空氣和燃料注射系統(tǒng)；介于15%與35%之間的空氣到達第一級41 ;并且介于1%與5%之間的空氣到達第二級42。在另一優(yōu)選實施例中，可甚至更精確地限定這樣的空氣和燃料分流。在這種情況中，初級空氣和燃料注射系統(tǒng)、第一級41以及第二級42之間的空氣和燃料分流如下:分別來說，燃料為70/25/5%，并且空氣為80/18/2%。
[0049]兩個注射級的各個注射器可通過若干方式控制并且配置，以便實現(xiàn)所期望的操作以及優(yōu)選的空氣和燃料分流。應當了解，這些方法中的某些包括美國專利申請2010/0170219中的各方面，所述美國專利申請在此以引用的方式整體并入。如在圖9中示意性地呈現(xiàn)，可通過公共控制閥55控制通向每個級41、42的空氣和燃料供應。也就是說，在某些實施例中，可將空氣和燃料供應配置成帶有公共閥55的單個系統(tǒng)，并且在兩個級之間期望的空氣和燃料分流可通過在兩個級中單獨供應通道或注射器32內(nèi)的開孔大小調(diào)整來被動確定。如圖10所示，每個級41、42的空氣和燃料供應可通過控制對每個級41、42的供料的單獨閥55進行單獨控制。應當了解，本說明書所提及的任何可控制閥都可電連接到控制器，并且其設置是通過根據(jù)常規(guī)系統(tǒng)的控制器操縱的。
[0050]第一級41中注射器32的數(shù)量以及每個注射器的周向位置可進行選擇，以使注射的空氣和燃料穿透主要燃燒器流，從而改進混合和燃燒。注射器32可經(jīng)過調(diào)整，以便能夠充分穿透到主流中，從而在給定注射下游位置情況下，使空氣和燃料在短暫停留時間中充分混合并且反應。第二級42中注射器32的數(shù)量可進行選擇，以便補充從第一級41注射產(chǎn)生的流動和溫度分布。另外，第二級可配置成在工作流體流中具有比第一級注射要求的更少的射流穿透。由此，與第一級相比，第二級的流路外圍周圍可設有更多注射點。另外，第一級注射器32的數(shù)量和類型、以及在每個注射器處注射的空氣和燃料的量可進行選擇，以將可燃的反應物安排在溫度低和/或CO濃度高的位置，從而改進燃燒以及CO燒盡狀況。優(yōu)選地是，第一級41的軸向位置應當盡可能地靠后，其與第二級42的能力一致，用于促進離開第一級41的C0/UHC反應。由于第二級42注射的停留時間非常短暫，如在上文提及，相對一小部分燃料將注射到此處。第二級42空氣的量還可基于計算和測試數(shù)據(jù)最小化。
[0051]在某些優(yōu)選實施例中，第一級41和第二級42可經(jīng)過配置，以使來自第一級41的注射空氣和燃料比來自第二級42的注射空氣和燃料更多地穿透通過內(nèi)部流路的燃燒流。在這樣的情況中，如已提及，第二級42可采用更多注射器32 (相對于第一級41)，所述注射器32配置用于產(chǎn)生不太強力的注射流。應當了解，通過這種策略，第一級41的注射器32可配置成主要用于將它們注射的空氣和燃料與燃燒流(combust1n flow)在內(nèi)部流路的中間區(qū)域中混合，而第二級42的注射器32配置用于主要將注射的空氣和燃料與燃燒流在內(nèi)部流路的外圍區(qū)域中混合。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的方面，下游注射的兩個級可集成，以便改進功能、反應物的混合和通過內(nèi)部流路的燃燒特性，同時改進關于在操作中輸送到燃燒器13的壓縮空氣供應的使用的效率。也就是說，可能要求較少注射空氣即可實現(xiàn)與下游注射關聯(lián)的性能優(yōu)點，這增加了供應到燃燒器13后部部分的空氣的量、以及此空氣提供的冷卻效果。與此一致，在優(yōu)選實施例中，第一級41的注射器32的周向安排包括一種配置:通過這種配置，注射的空氣和燃料基于來自初級空氣和燃料注射系統(tǒng)的預期的燃燒流而穿透內(nèi)部流路中的預定區(qū)域，從而增加在第一級41下游的燃燒流中的反應物混合和溫度均勻性。另外，第二級42注射器32的周向安排可為這樣一種:在給定第一級41下游的預期燃燒流的特性情況下，補充第一級41注射器32的周向安排。應當了解，若干不同的燃燒流特性對于改進通過燃燒器的燃燒而言是重要的，這可有益于排放水平。這些特性例如包括反應物分布、溫度分布、CO分布以及燃燒流內(nèi)UHC分布。應當了解，這些特性可定義為內(nèi)部流路內(nèi)的軸向位置或范圍上的燃燒流內(nèi)任何流動特性的截面分布，并且可使用某些計算機操作模型來預測此類特性，或其可通過對實際發(fā)動機操作的實驗或測試或其組合進行確定。通常，當燃燒流充分混合并均勻時性能得到改進，并且本發(fā)明的集成兩級方法可用來實現(xiàn)這個目的。因此，在給定通過第一級41和第二級42的注射器32的周向安排進行的空氣和燃料注射的預期效果情況下，第一級41和第二級42的注射器32的周向安排可基于:a)在操作中正好在第一級41上游的預期燃燒流的特性；以及b)正好在第二級42下游的預期燃燒流的特性。如所說明的，所述特性在此可為反應物分布、溫度分布、NOx分布、CO分布、UHC分布，或者可用來模擬這些中的任何特性的其他相關特性。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一級41注射器32的周向安排可基于在操作中正好在第一級41上游的預期燃燒流的特性，所述特性可基于初級空氣和燃料注射系統(tǒng)30的配置。第二級42注射器32的周向安排可基于正好在第二級42上游的預期燃燒流的特性，所述特性可基于第一級41注射器32的周向安排。
[0053]應當了解，本發(fā)明的集成兩級下游注射系統(tǒng)30具有若干優(yōu)點。第一，集成系統(tǒng)通過將第一級與第二級物理連接來使停留時間減少，這允許將第一級41進一步向下游移動。第二，集成系統(tǒng)允許在第一級中使用更多并更小的注射點，因為第二級可定制用于解決在第一級下游所產(chǎn)生的流的不期望的屬性。第三，納入第二級允許每級都可配置用于比單極系統(tǒng)更少地穿透到主流中，這就要求使用更少“載體”空氣而來獲得必要的穿透。這意味著更少空氣將從流動環(huán)帶內(nèi)的冷卻流中被虹吸出來，從而允許主燃燒器結(jié)構在降低的溫度下操作。第四，減少的停留時間將會允許更高的燃燒室溫度，而不增加NOx排放。第五，可使用單個“雙歧管”布置來簡化集成兩級注射系統(tǒng)構造，這使得這些不同優(yōu)點的實現(xiàn)是成本節(jié)省的。
[0054]現(xiàn)在轉(zhuǎn)至本發(fā)明的附加實施例，應當理解，注射級的定位可基于停留時間。如所描述，下游注射級的定位可影響多個燃燒性能參數(shù)，包括(但不限于)一氧化碳排放(CO)。下游級的定位過于靠近初級級的位置可能在下游級未得到燃料供應時引起過多一氧化碳排放。因此，來自初級區(qū)的流必須有時間進行反應并在第一下游注射級前消耗一氧化碳。應當了解，此要求的時間是流的“停留時間”，或者換句話說，燃燒材料的流行進通過軸向間隔開的注射級間距離所花費的時間。在兩個級間的停留時間可在任何兩個位置間基于所述位置之間的總體積以及體積流率(volumetric flow rate)而來在整體基礎上進行計算,所述體積流率可在給定燃氣渦輪發(fā)動機的操作模式情況下進行計算。因此，在任何兩個位置之間的停留時間可計算為體積除以體積流率，其中體積流率是隨密度的質(zhì)量流率(mass flowrate over density)。換句話說,體積流率可計算為質(zhì)量流率乘以氣體溫度乘以適用氣體常數(shù)除以氣體的壓力。
[0055]因此，已經(jīng)確定，在考慮包括一氧化碳排放水平的排放水平情況下，第一下游注射級與燃燒器頭端處的初級燃料和空氣注射系統(tǒng)的距離應不近于6毫秒(ms)。也就是說，這個停留時間是在發(fā)動機的某個操作模式中的時間段，在此時間段中燃燒流沿內(nèi)部流路從限定在初級空氣和燃料注射系統(tǒng)處的第一位置行進到限定在下游注射系統(tǒng)的第一級處的第二位置。在這種情況下，第一級應定位在初級空氣和燃料注射系統(tǒng)后的某個距離處，所述距離相當于至少6ms的第一停留時間。另外，已經(jīng)確定，就NOx排放觀點來看，延遲下游注射具有有益影響，并且第二下游注射級應定位成與燃燒器出口或燃燒室端面的距離小于2ms。也就是說，這個停留時間是在發(fā)動機的某個操作模式中的時間段，在此時間段中燃燒流沿內(nèi)部流路從限定在第二級處的第一位置行進到限定在燃燒器端面處的第二位置。在這種情況下，第二級應定位在燃燒器端面前的某個距離處，所述距離相當于小于2ms的上述停留時間。
[0056]圖11至14示出帶有三個注射級的系統(tǒng)。圖11示出其中三個級中每個可定位在內(nèi)的軸向范圍。根據(jù)優(yōu)選實施例，如圖11所示，本發(fā)明的下游注射系統(tǒng)30可包括三個軸向注射級，即第一級41、第二級42和第三級43，它們定位在燃燒器中間平面的后方。更確切地，第一級41可定位在過渡區(qū)39中，第二級42可定位在燃燒器端面49附近，并且第三級可定位在燃燒器端面49處或其后方。圖12和14提供三個注射級中每個都可位于這些范圍內(nèi)的某些優(yōu)選實施例。如圖12所示，第一級和第二級可位于過渡區(qū)內(nèi)，并且第三級可位于燃燒器端面附近。如圖13所示，第一級可位于過渡區(qū)內(nèi)，而第二級和第三級分別位于后架和第一排定子葉片處。在某些實施例中，如在上文討論，第二級可集成到后架中，而第三級集成到定子葉片中。
[0057]本發(fā)明進一步描述包括三個注射級的下游注射系統(tǒng)內(nèi)的燃料和空氣注射量及速率。在一個實施例中，第一級、第二級和第三級包括一種配置:其將第二級處所注射的燃料限制為不到第一級處所注射燃料的50%，并將第三級處所注射的燃料限制為不到第一級處所注射燃料的50%。在另一優(yōu)選實施例中，第一級、第二級和第三級包括一種配置:其將第二級處所注射的燃料限制為在第一級處所注射燃料的10%與50%之間，并將第三級處所注射的燃料限制為在第一級處所注射燃料的10%與50%之間。在其他優(yōu)選實施例中，初級空氣和燃料注射系統(tǒng)以及下游注射系統(tǒng)的第一級、第二級和第三級可配置成在操作中向各自輸送總?cè)剂瞎囊韵掳俜謹?shù):50%與80%之間輸送到初級空氣和燃料注射系統(tǒng)；20%與40%之間輸送到第一級；2%與10%之間輸送到第二級；以及2%與10%之間輸送到第三級。在又一些優(yōu)選實施例中，初級空氣和燃料注射系統(tǒng)以及下游注射系統(tǒng)的第一級、第二級和第三級可配置成在操作中向各自輸送總?cè)紵骺諝夤囊韵掳俜謹?shù):60%與85%之間輸送到初級空氣和燃料注射系統(tǒng)；15%與35%之間輸送到第一級；1%與5%之間輸送到第二級；以及0%與5%之間輸送到第三級。在另一優(yōu)選實施例中，初級空氣和燃料注射系統(tǒng)以及下游注射系統(tǒng)的第一級、第二級和第三級可配置成在操作中向各自輸送總?cè)剂瞎囊韵掳俜謹?shù):約65%輸送到初級空氣和燃料注射系統(tǒng)；約25%輸送到第一級；約5%輸送到第二級；以及約5%輸送到第三級。在這種情況中，初級空氣和燃料注射系統(tǒng)以及下游注射系統(tǒng)的第一級、第二級和第三級可配置成在操作中向各自輸送總空氣供應的以下百分數(shù):約78%輸送到初級空氣和燃料注射系統(tǒng)；約18%輸送到第一級；約2%輸送到第二級；以及約2%輸送到第三級。
[0058]圖14至19提供本發(fā)明另一方面的實施例，其包括燃料注射器結(jié)合到后架29中的方式。如所陳述，后架29包括框架構件，所述框架構件提供燃燒器12下游末端與渦輪13上游末端之間的接口。
[0059]如圖14所示，后架29形成約束或包圍內(nèi)部流路的剛性結(jié)構構件。后架29包括內(nèi)表面或內(nèi)壁65，其限定內(nèi)部流路的外側(cè)邊界。后架29包括外表面66，所述外表面66包括結(jié)構元件，所述后架通過所述結(jié)構元件連接到燃燒器和渦輪。多個出口端口 74可穿過后架29的內(nèi)壁形成。出口端口 74可配置用于將燃料腔室71連接至內(nèi)部流路67。后架29可包括在6個與20個之間的出口端口，但也可提供更多或更少的出口端口。出口端口 74可圍繞后架內(nèi)壁65周向間隔開來。如圖所示，后架29可包括環(huán)狀截面形狀。
[0060]如圖15至19所示，根據(jù)本發(fā)明的后架29可包括其內(nèi)形成的周向延伸的燃料腔室71。如圖15所示，燃料腔室71可具有燃料入口端口 72，所述燃料入口端口 72穿過后架29的外壁66形成，并且燃料通過其被供應到燃料腔室71。因此，燃料入口端口 72可將燃料腔室71連接到燃料供應77。燃料腔室77可配置用于約束或者完全包圍內(nèi)部流路67。如圖所示，一旦燃料到達燃料腔室71，它隨后即可通過出口端口 74注射到內(nèi)部流路67中。如圖16所示，在某些情況下，可在輸送到燃料腔室71之前將空氣與燃料在預混合器84內(nèi)預混合?；蛘?，可將空氣和燃料置于一起并在燃料腔室71內(nèi)混合，其實例在圖17中示出。在這種情況下，空氣入口端口 73可在后架29的外壁66中形成，并且可與燃料腔室71流體連通?？諝馊肟诙丝?73可圍繞后架29周向間隔開來，并由在此區(qū)域中環(huán)繞燃燒器的壓縮機排氣供料。
[0061]同樣如圖17所示，出口端口 74可以是傾斜的。這個角度可相對于垂直于通過內(nèi)部流路67的燃燒流的參考方向。在某些優(yōu)選實施例中，如圖所示，出口端口傾斜可朝燃燒流下游方向在0°與45°之間。另外，出口端口 74可相對于后架29內(nèi)壁65的表面齊平配置，如圖17所示?；蛘撸隹诙丝?74可配置成使得每個出口端口從內(nèi)壁65突出并進入內(nèi)部流路67中，如圖19所示。
[0062]圖18和19提供多個管81配置用于橫穿燃料腔室71的替代實施例。管81中每個經(jīng)過配置，以便使第一末端連接到空氣入口端口 73中的一個，并且使第二末端連接到出口端口 74中的一個。在某些實施例中，如圖18所示，在后架的內(nèi)表面65上所形成的出口端口 74包括:a)空氣出口端口 76，其配置用于連接到管81中一個；以及b)燃料出口端口72，其配置用于連接到燃料腔室71。這些出口端口中的每個可在內(nèi)壁65上接近彼此定位，以便促使一旦燃料和空氣注射到內(nèi)部流路67中即混合。在優(yōu)選實施例中，如圖18所示，空氣出口端口 76配置成具有圓形形狀，并且燃料出口端口 75配置成具有圍繞空氣出口端口76的圓形形狀而形成的環(huán)形形狀。這種配置將進一步促使燃料和空氣一旦輸送到內(nèi)部流路67中即混合。應當了解，在某些實施例中，管81將具有堅固(solid)結(jié)構，這種堅固結(jié)構防止移動通過管81的流體與移動通過燃料腔室71的流體混合，直到兩種流體都注射到內(nèi)部流路67中。或者，如圖19所示，管71可包括開口 82，所述開口 82允許空氣和燃料在注射到內(nèi)部流路67中之前預混合。在此類情況下，促使湍流和混合的結(jié)構、例如湍流器83，可包括在開口 82下游，以便增強預混合。
[0063]所屬領域中的技術人員應當了解，與若干實施例有關的上述許多不同特征和配置可進一步選擇性地用于形成本發(fā)明的其他可能實施例。出于簡潔性和所屬領域技術人員能力考慮，將不提供或詳細討論本發(fā)明的任何可能迭代方案，即使包含在下述若干權利要求或其他方面中的所有組合和可能的實施例意圖屬于本發(fā)明的一部分。另外，所屬領域的技術人員可基于本發(fā)明的上述若干示例實施例的描述來做出改進、變化和修改。在所屬【技術領域】范圍內(nèi)的此類改進、變化和修改同樣意圖包括在所附權利要求書的范圍內(nèi)。另外，應當了解，上述說明僅僅涉及本發(fā)明的描述實施例，所屬領域的技術人員可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下對本發(fā)明做多種變化和修改，本發(fā)明的精神和范圍由所附權利要求書及其等效物定義。
【權利要求】
1.一種燃氣渦輪發(fā)動機，其包括: 內(nèi)部流路，所述內(nèi)部流路限定成穿過燃燒器和渦輪； 后架，所述后架形成所述燃燒器與所述渦輪之間的接口，所述后架包括約束所述內(nèi)部流路的剛性結(jié)構構件，其中所述后架包括限定所述內(nèi)部流路的外側(cè)邊界的內(nèi)壁； 穿過所述后架形成的周向延伸的燃料腔室；以及 穿過所述后架的所述內(nèi)壁形成的出口端口，所述出口端口配置用于將所述燃料腔室連接到所述內(nèi)部流路。
2.如權利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述后架包括在6與20個之間的所述出口端口 ； 其中所述燃料腔室包括燃料入口端口，所述燃料入口端口穿過所述后架的外壁形成、并使所述燃料入口端口流體連接到燃料供應。
3.如權利要求2所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述燃料腔室配置用于約束所述內(nèi)部流路； 其中所述出口端口圍繞所述內(nèi)部流路周向間隔開來； 所述燃氣渦輪發(fā)動機進一步包括在所述燃料入口端口上游處的預混合器，所述預混合器包括作為輸入的空氣供應和燃料供應。
4.如權利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述后架的所述出口端口包括具有兩個注射級的下游注射系統(tǒng)的第一注射級； 其中所述下游注射系統(tǒng)的第二級沿著所述內(nèi)部流路的縱軸從所述第一級向前或向后軸向間隔開來； 其中所述下游注射系統(tǒng)的所述第一級和所述第二級各自包括配置用于將空氣和燃料注射到所述內(nèi)部流路中的多個注射器。
5.如權利要求4所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述燃燒器包括朝著前端的初級空氣和燃料注射系統(tǒng)，其中所述內(nèi)部流路包括由環(huán)繞內(nèi)襯限定的初級燃燒區(qū)，并且緊接所述內(nèi)襯后部，所述內(nèi)部流路包括由環(huán)繞過渡連接件限定的過渡區(qū)； 其中所述過渡連接件配置用于將初級燃燒區(qū)流體連接到所述渦輪，所述過渡連接件具有從所述內(nèi)襯的圓柱形截面形狀過渡到所述渦輪的環(huán)狀截面形狀的形狀，其中所述過渡連接件的后端包括所述后架； 其中所述后架包括:第一連接裝置，所述后架通過所述第一連接裝置連接到所述過渡連接件；以及第二連接裝置，所述后架通過所述第二連接裝置連接到所述渦輪；以及其中所述后架包括環(huán)狀截面形狀。
6.如權利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述出口端口中的每個相對于所述后架的所述內(nèi)壁的表面齊平配置。
7.如權利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述出口端口中的每個配置成從所述后架的所述內(nèi)壁突出，以使所述出口端口延伸到所述內(nèi)部流路中。
8.如權利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述出口端口相對于垂直于通過所述內(nèi)部流路的燃燒流的參考方向是傾斜的。
9.如權利要求8所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述出口端口傾斜包括朝所述燃燒流的下游方向在0°與45°之間。
10.如權利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其進一步包括穿過所述后架的外壁形成的空氣入口端口。
11.如權利要求10所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述空氣入口端口配置用于將所述后架外的區(qū)域流體連接到所述燃料腔室。
12.如權利要求10所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其進一步包括橫穿所述燃料腔室的管； 其中所述管中的每個經(jīng)過配置，以便使第一末端連接到所述空氣入口端口中的一個、并且使第二末端連接到所述出口端口中的一個。
13.如權利要求12所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中在所述后架內(nèi)表面上形成的所述出口端口包括:a)空氣出口端口，其配置用于連接到所述管中一個；以及b)燃料出口端口，其配置用于連接到所述燃料腔室；以及 其中所述燃料出口端口中的每個接近所述空氣出口端口中的一個定位。
14.如權利要求13所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述空氣出口端口配置成具有圓形形狀，并且所述燃料出口端口配置成具有圍繞所述空氣出口端口中的一個而形成的環(huán)形形狀。
15.如權利要 求13所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述管中的每個包括堅固結(jié)構，所述堅固結(jié)構配置用于使得移動通過所述管的流體與移動通過所述燃料腔室的流體分開。
16.如權利要求10所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其進一步包括橫穿所述燃料腔室的管； 其中所述管中的每個經(jīng)過配置，以便使第一末端連接到所述空氣入口端口中的一個、并且使第二末端連接到所述出口端口中的一個；以及 其中所述管中的每個包括開口，所述開口將所述燃料腔室流體地連接到所述管的內(nèi)部。
17.如權利要求16所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中所述出口端口中的每個配置成從所述后架的所述內(nèi)壁突出。
18.如權利要求16所述的燃氣渦輪發(fā)動機，其中在所述開口的下游，每個管包括用于引發(fā)湍流的裝置。
19.一種環(huán)狀結(jié)構構件，其配置用于環(huán)繞在燃氣渦輪發(fā)動機內(nèi)的燃燒器到渦輪之間延伸的內(nèi)部流路，所述環(huán)狀結(jié)構構件包括: 連接裝置，所述環(huán)狀結(jié)構構件通過所述連接裝置來連接到所述燃燒器和所述渦輪； 內(nèi)壁，在操作中，所述內(nèi)壁限定所述內(nèi)部流路的外側(cè)邊界； 形成在所述環(huán)狀結(jié)構構件框架內(nèi)的周向延伸的燃料腔室； 穿過所述后架的外壁形成的燃料入口端口； 穿過所述后架的所述外壁形成的空氣入口端口 ；以及 穿過所述后架的所述內(nèi)壁形成的出口端口，所述出口端口將所述燃料腔室連接到所述內(nèi)部流路。
20.根據(jù)權利要求19所述的環(huán)狀結(jié)構構件，其中所述空氣入口端口中的每個連接到穿越所述燃料腔室的一個管上； 其中所述管中的每個從第一末端處穿過所述內(nèi)壁形成的所述空氣入口端口中的一個延伸到第二末端處穿過所述內(nèi)壁形成的所述出口端口中的一個。
【文檔編號】F02C7/22GK104047725SQ201410095097
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】K.M.格雷厄姆, K.K.文卡塔拉曼, L.B.小戴維斯 申請人:通用電氣公司