燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射技术方案

本发明专利技术涉及燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射，具体而言，涉及一种燃气涡轮机，其包括：联接至涡轮的燃烧器，它们一起限定工作流体流径；压缩机排放腔；分级喷射器；在内侧壁和外侧壁之间延伸的定子叶片；以及第一冷却剂流径和第二冷却剂流径。第一冷却剂流径包括：入口区段，其连接至压缩机排放腔和穿过内侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括连接至分级喷射器的下游端口，和穿过外侧壁形成的上游端口；以及穿过翼型件的冷却回路。第二冷却剂流径包括：入口区段，其连接至压缩机排放腔和穿过外侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括连接至分级喷射器的下游端口，和穿过内侧壁形成的上游端口；以及穿过翼型件的冷却回路。

Staged fuel and air injection in a combustion system of a gas turbine

The invention relates to a gas turbine combustion system in the classification of fuel and air injection, in particular, relates to a gas turbine, comprising: a burner connected to the turbine, which together define the working fluid flow path; compressor discharge cavity; grading injector; stator blades extending between the inner and outer side wall; and the first the coolant flow path and the second coolant flow path. The first coolant flow path includes: entrance section, which is connected to the compressor and the discharge chamber is formed through the medial wall of the downstream port; export section, including the connection to the downstream end of the injection grade, and is formed through the lateral wall of the upstream port; and through the airfoil cooling circuit. The second coolant flow path includes: entrance section, which is connected to the compressor and the discharge chamber is formed through the lateral wall of the downstream port; export section, including the connection to the downstream end of the injection grade, and formed through the medial wall of the upstream port; and through the airfoil cooling circuit.

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射
本申请大体上涉及燃烧或燃气涡轮发动机内的燃烧系统。更具体地，但并非作为限制，本申请描述了与空气和燃料在此类燃烧系统中的下游或轴向分级喷射相关的新型系统、装置和/或方法，以及与之相关的冷却系统和构件。
技术介绍
如将会认识到的，在过去几十年来，由于先进的技术已经实现增大发动机尺寸以及更高的操作温度，因而燃烧或燃气涡轮发动机(“燃气涡轮机”)的效率已经极大地改善。已经允许此类成就的技术进步包括用于冷却热气体路径构件的新的热传递技术，以及新的更耐久的材料。然而，在此时间范围期间，颁布了限制某些污染物的排放水平的规章性标准。具体地，NOx，CO和UHC(它们都对发动机的操作温度和燃烧特性敏感)的排放水平已经变得被更严格地规定。在这些中，NOx的排放水平对于在较高发动机点火温度下的增加尤其敏感，并且因此，此污染物对于点火温度可以进一步升高多少变成了显著的限制。由于更高的运行温度通常导致更高效的发动机，因此这妨碍了效率的进一步提高。因此，与常规燃烧系统相关的性能限制变成了限制更高效的燃气涡轮机的发展的因素。其中已经提高了燃烧系统出口温度，同时还依然保持可接受的排放水平以及冷却要求的一种方式是通过轴向分级燃料和空气喷射。这典型地要求增大经过燃烧器的空气体积，并指引比该体积更多的空气至相对于主喷射器轴向地在下游隔开的喷射器，主喷射器位于燃烧器的前端。如将会理解的，此增大的空气流的体积导致对于该单元的空气动力学性能产生更显著的影响。更具体地，最小化移动通过燃烧器的压缩的空气的压降的燃烧器可实现性能益处和效率，其在通过燃烧器的流量水平上升时，变得更加显著。另外，压缩机空气的显著部分在冷却热气体路径构件(诸如涡轮转子和定子叶片)，特别是在涡轮的初始级中的那些中消耗。结果，先进燃烧系统设计的一个主要目标涉及开发能够实现更高点火温度和/或更高效的性能，同时最小化燃烧驱动排放和空气动力学压力损耗的构造和冷却策略。如将会认识到的，此类技术进步将导致改善的发动机效率水平。
技术实现思路
本申请因此描述了燃气涡轮机，其可包括：联接到涡轮上的燃烧器，它们一起限定工作流体流径，工作流径沿纵向轴线从由燃烧器中的前喷射器限定的前端向后延伸，穿过燃烧器连接到涡轮所处的界面，且然后穿过涡轮到达限定在其中的后端；压缩机排放腔，其围绕工作流体流径形成，以用于接收由压缩机输送到那里的燃烧器空气供应；分级喷射系统，其包括前喷射器以及沿工作流体的纵向轴线与前喷射器轴向地向后隔开的分级喷射器；定子叶片，其定位在涡轮中一排周向地隔开的定子叶片中，定子叶片包括跨越工作流体流径在内侧壁和外侧壁之间延伸的翼型件；燃料指引结构，其构造成在前喷射器和分级喷射器之间分配燃烧器燃料供应；以及空气指引结构，以用于在前喷射器和分级喷射器之间分配燃烧器空气供应。空气指引结构可包括至少两个单向连续的冷却剂流径，第一冷却剂流径和第二冷却剂流径。第一冷却剂流径可包括：入口区段(intakesection)，其包括流体地联接至压缩机排放腔的上游端口和穿过内侧壁形成的下游端口；出口区段(outtakesection)，其包括流体地联接至分级喷射器的下游端口和穿过外侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过定子叶片的翼型件的内部且将入口区段连接至出口区段的冷却回路，其中冷却回路包括连接至入口区段的下游端口的上游端，以及连接至出口区段的上游端口的下游端。第二冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至压缩机排放腔的上游端口和穿过外侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至分级喷射器的下游端口和穿过内侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过定子叶片的翼型件的内部且将入口区段连接至出口区段的冷却回路，其中冷却回路包括连接至入口区段的下游端口的上游端，以及连接至出口区段的上游端口的下游端。第一冷却剂流径和第二冷却剂流径的冷却回路可一起具有定子叶片的翼型件内的十字形构造。实施方案1.一种燃气涡轮机，其包括：联接至涡轮的燃烧器，它们一起限定工作流体流径，所述工作流体流径沿纵向轴线从由所述燃烧器中的前喷射器限定的前端向后延伸，穿过所述燃烧器连接至所述涡轮所处的界面，且然后穿过所述涡轮到达在所述涡轮中限定的后端；围绕所述工作流体流径形成的压缩机排放腔，以用于接收由压缩机输送至此的燃烧器空气供应；分级喷射系统，其包括所述前喷射器，以及沿所述工作流体流径的所述纵向轴线与所述前喷射器向后轴向地隔开的分级喷射器；定位在所述涡轮中的一排周向隔开的定子叶片内的定子叶片，所述定子叶片包括跨越所述工作流体流径在内侧壁和外侧壁之间延伸的翼型件；构造成在所述前喷射器和所述分级喷射器之间分配燃烧器燃料供应的燃料指引结构；以及用于在所述前喷射器和所述分级喷射器之间分配所述燃烧器空气供应的空气指引结构；其中，所述空气指引结构包括至少两个单向连续的冷却剂流径，第一冷却剂流径和第二冷却剂流径；其中所述第一冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至所述压缩机排放腔的上游端口和穿过所述内侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至所述分级喷射器的下游端口和穿过所述外侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过所述定子叶片的所述翼型件的内部且将所述入口区段连接至所述出口区段的冷却回路，其中所述冷却回路包括连接至所述入口区段的所述下游端口的上游端，以及连接至所述出口区段的所述上游端口的下游端；其中所述第二冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至所述压缩机排放腔的上游端口和穿过所述外侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至所述分级喷射器的下游端口和穿过所述内侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过所述定子叶片的所述翼型件的内部且将所述入口区段连接至所述出口区段的冷却回路，其中所述冷却回路包括连接至所述入口区段的所述下游端口的上游端，以及连接至所述出口区段的所述上游端口的下游端；以及其中，所述第一冷却剂流径和所述第二冷却剂流径的所述冷却回路一起包括所述定子叶片的所述翼型件内的十字形构造。实施方案2.根据实施方案1所述的燃气涡轮机，其特征在于：所述一排定子叶片包括所述涡轮中最前面一排定子叶片；所述第一冷却剂流径的所述入口区段的所述下游端口和所述第二冷却剂流径的所述出口区段的所述上游端口各自都穿过所述内侧壁形成；以及所述第二冷却剂流径的所述入口区段的所述下游端口和所述第一冷却剂流径的所述出口区段的所述上游端口各自都穿过所述外侧壁形成。实施方案3.根据实施方案2所述的燃气涡轮机，其特征在于，还包括包围所述工作流体流径的流环道；其中，定位在所述流环道内的是第一轴向隔离物和第二轴向隔离物；其中，所述第一冷却剂流径的所述入口区段和所述第二冷却剂流径的所述出口区段包括位于所述第一轴向隔离物两侧的所述流环道的相邻的轴向区段，所述第一轴向隔离物构造成将所述相邻的轴向区段彼此流体地密封；以及所述第二冷却剂流径的所述入口区段和所述第一冷却剂流径的所述出口区段包括位于所述第二轴向隔离物两侧的所述流环道的相邻的轴向区段，所述第二轴向隔离物构造成将所述相邻的轴向区段彼此流体地密封。实施方案4.根据实施方案3所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述第一轴向隔离物和所述第二轴向隔离物定位于限定在所述定子叶片的前缘和后缘之间的轴向范围内。实施方案5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮机，其包括：联接至涡轮的燃烧器，它们一起限定工作流体流径，所述工作流体流径沿纵向轴线从由所述燃烧器中的前喷射器限定的前端向后延伸，穿过所述燃烧器连接至所述涡轮所处的界面，且然后穿过所述涡轮到达在所述涡轮中限定的后端；围绕所述工作流体流径形成的压缩机排放腔，以用于接收由压缩机输送至此的燃烧器空气供应；分级喷射系统，其包括所述前喷射器，以及沿所述工作流体流径的所述纵向轴线与所述前喷射器向后轴向地隔开的分级喷射器；定位在所述涡轮中的一排周向隔开的定子叶片内的定子叶片，所述定子叶片包括跨越所述工作流体流径在内侧壁和外侧壁之间延伸的翼型件；构造成在所述前喷射器和所述分级喷射器之间分配燃烧器燃料供应的燃料指引结构；以及用于在所述前喷射器和所述分级喷射器之间分配所述燃烧器空气供应的空气指引结构；其中，所述空气指引结构包括至少两个单向连续的冷却剂流径，第一冷却剂流径和第二冷却剂流径；其中所述第一冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至所述压缩机排放腔的上游端口和穿过所述内侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至所述分级喷射器的下游端口和穿过所述外侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过所述定子叶片的所述翼型件的内部且将所述入口区段连接至所述出口区段的冷却回路，其中所述冷却回路包括连接至所述入口区段的所述下游端口的上游端，以及连接至所述出口区段的所述上游端口的下游端；其中所述第二冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至所述压缩机排放腔的上游端口和穿过所述外侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至所述分级喷射器的下游端口和穿过所述内侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过所述定子叶片的所述翼型件的内部且将所述入口区段连接至所述出口区段的冷却回路，其中所述冷却回路包括连接至所述入口区段的所述下游端口的上游端，以及连接至所述出口区段的所述上游端口的下游端；以及其中，所述第一冷却剂流径和所述第二冷却剂流径的所述冷却回路一起包括所述定子叶片的所述翼型件内的十字形构造。...

【技术特征摘要】
2015.12.22 US 14/9780381.一种燃气涡轮机，其包括：联接至涡轮的燃烧器，它们一起限定工作流体流径，所述工作流体流径沿纵向轴线从由所述燃烧器中的前喷射器限定的前端向后延伸，穿过所述燃烧器连接至所述涡轮所处的界面，且然后穿过所述涡轮到达在所述涡轮中限定的后端；围绕所述工作流体流径形成的压缩机排放腔，以用于接收由压缩机输送至此的燃烧器空气供应；分级喷射系统，其包括所述前喷射器，以及沿所述工作流体流径的所述纵向轴线与所述前喷射器向后轴向地隔开的分级喷射器；定位在所述涡轮中的一排周向隔开的定子叶片内的定子叶片，所述定子叶片包括跨越所述工作流体流径在内侧壁和外侧壁之间延伸的翼型件；构造成在所述前喷射器和所述分级喷射器之间分配燃烧器燃料供应的燃料指引结构；以及用于在所述前喷射器和所述分级喷射器之间分配所述燃烧器空气供应的空气指引结构；其中，所述空气指引结构包括至少两个单向连续的冷却剂流径，第一冷却剂流径和第二冷却剂流径；其中所述第一冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至所述压缩机排放腔的上游端口和穿过所述内侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至所述分级喷射器的下游端口和穿过所述外侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过所述定子叶片的所述翼型件的内部且将所述入口区段连接至所述出口区段的冷却回路，其中所述冷却回路包括连接至所述入口区段的所述下游端口的上游端，以及连接至所述出口区段的所述上游端口的下游端；其中所述第二冷却剂流径包括：入口区段，其包括流体地联接至所述压缩机排放腔的上游端口和穿过所述外侧壁形成的下游端口；出口区段，其包括流体地联接至所述分级喷射器的下游端口和穿过所述内侧壁形成的上游端口；以及延伸穿过所述定子叶片的所述翼型件的内部且将所述入口区段连接至所述出口区段的冷却回路，其中所述冷却回路包括连接至所述入口区段的所述下游端口的上游端，以及连接至所述出口区段的所述上游端口的下游端；以及其中，所述第一冷却剂流径和所述第二冷却剂流径的所述冷却回路一起包括所述定子叶片的所述翼型件内的十字形构造。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其特征在于：所述一排定子叶片包括所述涡轮中最前面一排定子叶片；所述第一冷却剂流径的所述入口区段的所述下游端口和所述第二冷却剂流径的所述出口区段的所述上游端口各自都穿过所述内侧壁形成；以及所述第二冷却剂流径的所述入口区段的所述下游端口和所述第一冷却剂流径的所述出口区段的所述上游端口各自都穿过所述外侧壁形成。3.根据权利要求2所述的燃气涡轮机，其特征在于，还包括包围所述工作流体流径的流环道；其中，定位在所述流环道内的是第一轴向隔离物和第二轴向隔离物；其中，所述第一冷却剂流径的所述入口区段和所述第二冷却剂流径的所述出口区段包括位于所述第一轴向隔离物两侧的所述流环道的相邻的轴向区段，所述第一轴向隔离物构造成将所述相邻的轴向区段彼此流体地密封；以及所述第二冷却剂流径的所述入口区段和所述第一冷却剂流径的所述出口区段包括位于所述第二轴向隔离物两侧的所述流环道的相邻的轴向区段，所述第二轴向隔离物构造成将所述相邻的轴向区段彼此流体地密封。4.根据权利要求3所述的燃气涡轮机，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ休斯，JD贝里，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US