在燃氣渦輪發動機中使用的方法

2023-05-14 21:52:36

在燃氣渦輪發動機中使用的方法
【專利摘要】本發明提供一種在燃氣渦輪發動機中使用的方法，該方法包括以下步驟：在內部流動路徑內配置下遊噴射系統，所述下遊噴射系統包括兩個噴射級，第一級和第二級，其中第一級和第二級彼此軸向地間隔；以及已知來自第一級和第二級的空氣和燃料噴射的預期效應，基於以下圓周地定位所述第一級和所述第二級的噴射器：a)在操作模式期間發生在第一級的緊上遊的預期燃燒流的特性；以及b)所述第二級的緊下遊的預期燃燒流的特性。
【專利說明】在燃氣渦輪發動機中使用的方法

【技術領域】
[0001]本申請大體而言涉及燃式或燃氣渦輪發動機(在下文中稱為「燃氣渦輪機」)中的燃燒系統。更具體地，但不作為限制，本申請描述與燃氣渦輪機的燃燒系統中的空氣和燃料的下遊或延遲噴射相關的方法、系統和裝置。

【背景技術】
[0002]燃氣渦輪機的效率在過去的幾十年已明顯地改善，原因是新技術允許發動機尺寸的增加和更高的操作溫度。允許更高操作溫度的一種技術基礎是引入新的和創新的熱傳遞技術以便冷卻熱氣體路徑內的部件。另外，新材料允許燃燒器內具有更高溫度。
[0003]然而在該時期期間，制定了限制發動機操作期間某些汙染物可以排放的水平的新標準。具體地，更嚴格地限制了全部對發動機的操作溫度敏感的NOx、CO和UHC的排放水平。其中，NOx的排放水平尤其對更高發動機點火溫度下的增加排放水平敏感，並且因此成為關於溫度可以增加多少的明顯限制。由於更高操作溫度與更高效發動機一致，因此這阻礙發動機效率的提高。總之，燃燒器操作變為燃氣渦輪機操作效率的明顯限制。
[0004]因此，高級燃燒器設計技術的主要目標之一變為開發這樣的配置，所述配置能夠降低在這些更高操作溫度下的燃燒器驅動排放水平，使得發動機可以在更高溫度下點火，並且因此具有更高的壓力比周期和更高的發動機效率。因此將領會，減小排放、特別是NOx的排放並且允許更高點火溫度的新穎燃燒系統將在商業上需求很大。


【發明內容】

[0005]本申請因此描述一種在燃氣渦輪發動機中使用的方法，所述燃氣渦輪發動機包括:聯接到渦輪機的燃燒器，所述燃燒器和所述渦輪機一起限定內部流動路徑，所述內部流動路徑圍繞縱軸線從位於所述燃燒器的前端處的初級空氣和燃料噴射系統向後延伸，通過所述燃燒器連接到所述渦輪機處的接口，並且通過所述渦輪機中的至少一排定子葉片。所述方法包括以下步驟:在所述內部流動路徑內配置下遊噴射系統，所述下遊噴射系統包括兩個噴射級，第一級和第二級，其中所述第一級和所述第二級均沿著所述縱軸線軸向地間隔使得所述第一級包括在所述初級空氣和燃料噴射系統的後面的軸向位置並且所述第二級包括在所述第一級的後面的軸向位置，其中所述第一級和所述第二級的每一個包括多個噴射器，每個噴射器配置成將空氣和燃料噴射到通過所述內部流動路徑的燃燒流中；以及已知來自所述第一級和所述第二級的空氣和燃料噴射的預期效應，基於以下圓周地定位所述第一級和所述第二級的噴射器:a)在操作模式期間發生在所述第一級的緊上遊的預期燃燒流的特性；以及b)所述第二級的緊下遊的預期燃燒流的特性。
[0006]通過結合附圖和附帶的權利要求閱讀優選實施例的以下詳細描述，本申請的這些和其它特徵將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]通過結合附圖仔細研究本發明的示例性實施例的以下更詳細描述，將更完整地理解和領會本發明的這些和其它特徵，其中:
[0008]圖1是本申請的某些實施例可以在其中使用的示例性燃氣渦輪機的截面示意性表不;
[0009]圖2是本發明的實施例可以在其中使用的常規燃燒器的截面示意性表示；
[0010]圖3是包括根據常規設計的下遊燃料噴射器的單級的常規燃燒器的截面示意性表不;
[0011]圖4是根據本發明的示例性實施例的方面的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0012]圖5是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0013]圖6是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0014]圖7是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0015]圖8是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0016]圖9是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0017]圖10是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0018]圖11是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0019]圖12是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0020]圖13是根據本發明的替代實施例的燃燒器和渦輪機的上遊級的截面示意性表示；
[0021]圖14是根據本發明的某些方面的後框架的透視圖；
[0022]圖15是根據本發明的某些方面的後框架的截面圖；
[0023]圖16是根據本發明的某些方面的後框架的截面圖；
[0024]圖17是根據本發明的某些方面的後框架的截面圖；
[0025]圖18是根據本發明的某些方面的後框架的截面圖；以及
[0026]圖19是根據本發明的某些方面的後框架的截面圖。

【具體實施方式】
[0027]儘管可以參考特定類型的渦輪發動機描述本發明的以下例子，但是本領域的普通技術人員將領會本發明可以不限於這樣的使用並且可應用於其它類型的渦輪發動機，除非具體地由此限制。此外，將領會在描述本發明中，某些術語可以用於表示燃氣渦輪發動機中的某些機器部件。只要可能，普通工業術語將以與它的公認含義一致的方式使用和採用。然而，不應當狹義地理解這樣的術語，原因是本領域的普通技術人員將領會特定的機器部件常常可以使用不同術語來稱呼。另外，本文中描述為單部件的內容可以在另一上下文中引用為由多個部件組成，或者本文中描述為包括多個部件的內容可以在別處稱為單部件。因而，在理解本發明的範圍中，不僅應當關注特定術語，而且應當關注附帶的描述、上下文以及部件的結構、配置、功能和/或用途，尤其是如可以在附帶的權利要求中提供的。
[0028]若干描述性術語可能在本文中經常使用，並且在該部分的開始定義這些術語可能是有幫助的。因此，除非另外說明，這些術語和它們的定義如下。當在本文中使用時，「下遊」和「上遊」是指示相對於流體、例如通過燃氣渦輪機的壓縮器、燃燒器和渦輪機部段的工作流體或通過發動機的部件系統之一的流動冷卻劑的流動方向的術語。術語「下遊」對應於流體流動的方向，而術語「上遊」表示與流體流動的方向相反或相逆的方向。在沒有任何進一步說明的情況下，術語「前」和「後」表示相對於燃氣渦輪機的取向的方向，「前」表示發動機的前端或壓縮器端，「後」表示發動機的後端或渦輪機端，在圖1中示出它們的排列。
[0029]另外，已知圍繞中心軸線的燃氣渦輪發動機的配置以及在一些部件系統中的該相同類型的配置，描述相對於軸線的位置的術語可能將被使用。在這方面，將領會術語「徑向」表示垂直於軸線的運動或位置。與此相關，可能需要描述離中心軸線的相對距離。在該情況下，例如，如果第一部件比第二部件更靠近中心軸線定位，則在本文中將說成第一部件在第二部件的「徑向內側」或「內側」。在另一方面，如果第一部件比第二部件更遠離軸線定位，則在本文中可以說成第一部件在第二部件的「徑向外側」或「外側」。另外，將領會術語「軸向」表示平行於軸線的運動或位置。並且最後，術語「圓周」表示圍繞軸線的運動或位置。如上所述，儘管這些術語可以關於典型地延伸通過發動機的壓縮器和渦輪機部段的公共中心軸線或軸被應用，但是它們也可以關於其它部件或子系統被使用。例如，在許多機器共同的圓柱形「罐式」燃燒器的情況下，賦予這些術語相對含義的軸線可以是通過它所稱為的圓柱、「罐」形狀或過渡件的更環形、下遊形狀的中心限定的縱向參考軸線。
[0030]現在參考圖1，作為背景，提供本申請的實施例可以在其中使用的示例性燃氣渦輪機10。一般地，燃氣渦輪發動機通過從在壓縮空氣流中的燃料的燃燒所產生的熱氣體的加壓流動中提取能量進行操作。如圖1中所示，燃式渦輪發動機10包括經由公共軸機械地聯接到下遊渦輪機部段或渦輪機13的軸流式壓縮器11，燃燒器12定位在其間。如圖所示，壓縮器11包括多個級，每個級包括一排壓縮器轉子葉片，且緊接著一排壓縮器定子葉片。渦輪機13也包括多個級。渦輪機級的每一個包括一排渦輪機輪葉或轉子葉片，緊接著一排渦輪機噴嘴定子葉片，所述渦輪機噴嘴定子葉片在操作期間保持靜止。渦輪機定子葉片大體上圓周地彼此間隔並且圍繞旋轉軸線固定。轉子葉片可以安裝在連接到軸的轉子輪上。
[0031]在操作中，壓縮器11內的壓縮器轉子葉片的旋轉壓縮引導到燃燒器12中的空氣流。在燃燒器12內，壓縮空氣與燃料混合併且點燃從而產生然後可以通過渦輪機13膨脹的賦能工作流體流。具體地，來自燃燒器12的工作流體被引導到渦輪機轉子葉片上使得引起旋轉，然後轉子輪將所述旋轉傳遞到軸。以該方式，工作流體流的能量轉換成旋轉軸的機械能量。軸的機械能量然後可以用於驅動壓縮器轉子葉片的旋轉從而產生壓縮空氣的必要供應，並且例如驅動發電機以產生電力。
[0032]圖2是本發明的實施例可以在其中使用的常規燃燒器的截面圖。然而，燃燒器20可以採用各種形式，每種形式適合於包括本發明的各實施例。典型地，燃燒器20包括位於頭端22處的多個燃料噴嘴21。將領會燃料噴嘴21的各種常規配置可以與本發明一起使用。在頭端22內，空氣和燃料聚在一起以便在由周圍內襯24限定的燃燒區域23內燃燒。內襯24典型地從頭端22延伸到過渡件25。如圖所示，內襯24由流動套筒26圍繞，並且類似地，過渡件25由衝擊套筒28圍繞。在流動套筒26和內襯24以及過渡件25和衝擊套筒28之間，將領會形成在本文中被稱為「流動環隙27」的環隙。如圖所示，流動環隙27在燃燒器20的大部分長度上延伸。從內襯24起，過渡件25隨著它朝著渦輪機13向下遊延伸而將來自內襯24的圓形橫截面的流動轉換成環形橫截面。在下遊端，過渡件25朝著渦輪機13的第一級引導工作流體流。
[0033]將領會流動套筒26和衝擊套筒28典型地具有通過其中形成的衝擊孔(未顯示)，所述衝擊孔允許來自壓縮器12的壓縮空氣的衝擊流進入形成於流動套筒26/內襯24和/或衝擊套筒28/過渡件25之間的流動環隙27。通過衝擊孔的壓縮空氣的流動對流地冷卻內襯24和過渡件25的外表面。通過流動套筒26和衝擊套筒28進入燃燒器20的壓縮空氣經由流動環隙27朝著燃燒器20的前端被引導。壓縮空氣然後進入燃料噴嘴21，在所述燃料噴嘴處它與燃料混合以便燃燒。
[0034]渦輪機13典型地具有多個級，每個級包括軸向堆疊的兩排葉片:一排定子葉片16和緊接的一排轉子葉片17，如圖1和4中所示。每個葉片排包括圍繞渦輪機13的中心軸線圓周地間隔的許多葉片。在下遊端，過渡件25包括出口和將燃燒產物的流引導到渦輪機13中的後框架29，在所述渦輪機處該燃燒產物的流與轉子葉片相互作用以引起圍繞軸的旋轉。以該方式，過渡件25用於聯接燃燒器20和渦輪機13。
[0035]圖3示出包括補充或下遊燃料/空氣噴射的燃燒器12的視圖。將領會這樣的補充燃料/空氣噴射常常被稱為延遲貧噴射或軸向分級噴射。當在本文中使用時，由於燃料/空氣噴射相對於位於頭端22的初級燃料噴嘴21的下遊位置，該類型的噴射將被稱為「下遊噴射」。將領會圖3的下遊噴射系統30與常規設計一致並且僅僅為了示例性目的被提供。如圖所示，下遊噴射系統30可以包括在流動套筒26內限定的燃料通道31，但是其它類型的燃料輸送是可能的。燃料通道31可以延伸到噴射器32，在該例子中，所述噴射器位於內襯24和流動套筒26的後端處或附近。噴射器32可以包括噴嘴33和延伸橫越流動環隙27的傳送管34。已知該布置，將領會每個噴射器32將源自流動套筒26的外部壓縮空氣的供應和通過噴嘴33輸送的燃料的供應聚在一起並且將該混合物噴射到內襯24內的燃燒區域23中。如圖所示，若干燃料噴射器32可以圍繞流動套筒26/內襯24組件圓周地定位，使得燃料/空氣混合物在圍繞燃燒區域23的多個點被引入。若干燃料噴射器32可以位於相同的軸向位置。也就是說，若干噴射器沿著燃燒器12的中心軸線37位於相同位置。當在本文中使用時，具有該配置的燃料噴射器32可以被描述為位於公共噴射平面38上，如圖所示，所述公共噴射平面是垂直於燃燒器12的中心軸線37的平面。在圖3的示例性常規設計中，噴射平面36位於內襯24的後端或下遊端。
[0036]參見圖4至19和本申請的發明，將領會燃氣渦輪機排放的水平取決於許多操作標準。燃燒區域中的反應物的溫度是這些因素中的一個並且已顯示對特定排放水平、例如NOx的影響高於其它。將領會燃燒區域中的反應物的溫度與燃燒器的出口溫度成比例地相關，這對應於更高的壓力比，並且更高的壓力比進一步允許改善這樣的布雷頓循環型發動機(Brayton Cycle type engines)中的效率水平。由於已發現NOx的排放水平與反應物的溫度具有強的、直接的關係，因此當通過技術進步、例如高級燃料噴嘴設計和預混增加點火溫度時，現代燃氣渦輪機僅僅能夠保持可接受的NOx排放水平。繼那些進步之後，使用延遲或下遊噴射以允許進一步增加點火溫度，原因是發現燃燒區域內的更高溫度下的反應物的更短停留時間能夠減小NOx排放水平。具體地，已顯示至少在某種程度上，控制停留時間可以用於控制NOx排放水平。
[0037]也被稱為「延遲貧噴射」的這樣的下遊噴射在輸送到燃燒器的頭端或前端內的初級噴射點的空氣和燃料的主供應的下遊引入空氣和燃料供應的一部分。將領會噴射器的這樣的下遊定位能夠減小燃燒反應物保留在燃燒器內的更高溫度的火焰區域內的時間。具體地，由於通過燃燒器的流體的流動的大致恆定速度，因此經由下遊噴射縮短反應物在離開火焰區域之前必須行進的距離導致那些反應物在高溫下停留在火焰區域中的時間減小，如上所述，這樣能夠減小發動機的NOx的形成和NOx排放水平。這允許高級燃燒器設計，其將高級燃料/空氣混合或預混技術與下遊噴射的減小反應物停留時間聯繫，以獲得燃燒器點火溫度的進一步增加，並且重要地，獲得更高效的發動機，同時也保持可接受的NOx排放水平。
[0038]然而，其它考慮限制可以進行下遊噴射的方式和程度。例如，下遊噴射可能導致CO和UHC的排放水平上升。也就是說，如果燃料在燃燒區域中的太遠下遊以太大的量噴射，則它可能導致燃料的不完全燃燒或CO的不充分燒盡。因此，儘管延遲噴射的概念的基本原理和它如何可以用於影響某些排放可能是公知的，但是關於該策略如何可以優化使得允許更高的燃燒器點火溫度，仍存在有挑戰性的設計障礙。因此，允許以高效和成本效益高的方式進一步優化停留時間的新穎的燃燒器設計和技術是用於進一步技術進步的重要領域，如下所述，所述技術進步是本申請的主題。
[0039]本發明的一個方面提出將雙級噴射整合到下遊噴射的方法。如下所述，每個級可以軸向地間隔從而相對於燃燒器12的遠後部分和/或渦輪機13的上遊區域內的另一個具有離散軸向位置。現在參考圖4，示出燃氣渦輪發動機10的截面部分，根據本發明的方面，其顯示用於放置延遲噴射的兩個級的每一個的大致範圍(陰影部分)。更具體地，根據本發明的下遊噴射系統30可以包括過渡區域39內的噴射的兩個整合軸向級，所述過渡區域是在燃燒器12的過渡件25內限定的內部流動路徑、或在渦輪機13的第一級內的下遊限定的內部流動路徑的部分。本發明的兩個軸向級包括將在本文中稱為上遊或「第一級41」和下遊或「第二級42」的級。根據某些實施例，這些軸向級的每一個包括多個噴射器32。每一個級內的噴射器32可以在過渡區域39或渦輪機13的前部分內的大致相同軸向位置圓周地間隔。以該方式配置的噴射器32 (即，噴射器32在公共軸向平面上圓周地間隔)將在本文中被描述為具有公共噴射平面38，如關於圖5至7更詳細地所述。根據優選實施例，第一和第二級41、42的每一個處的噴射器可以配置成在每個位置處噴射空氣和燃料。
[0040]圖4示出第一級41和第二級42的每一個根據優選實施例可以位於其中的軸向範圍。為了限定優選軸向定位，將領會已知圖5至7的截面或剖面圖，燃燒器12和渦輪機13可以被描述為限定圍繞縱向中心軸線37從靠近燃燒器12的頭端22的上遊端延伸到渦輪機13部段中的下遊端的內部流動路徑。因此，第一和第二級41、42的每一個的定位可以相對於每一個沿著內部流動路徑的縱軸線37的位置限定。也如圖4中所示，可以限定垂直於縱向中心軸線37形成的某些參考平面，所述參考平面提供渦輪機的該區域內的軸向位置的進一步限定。這些中的第一個是燃燒器中平面48，其是位於燃燒器12的大致軸向中點處、即在頭端22的燃料噴嘴21和燃燒器12的下遊端之間的大致中途的相對於中心軸線37的垂直平面。將領會燃燒器中平面48典型地靠近內襯24/流動套筒26組件讓路於過渡件25/衝擊套筒28組件的位置出現。如圖所示在燃燒器12的後端限定的第二參考平面在本文中被稱為燃燒器端平面49。燃燒器端平面49標記後框架29的遠、下遊端。
[0041]根據優選實施例，如圖4中所示，本發明的下遊噴射系統30可以包括位於燃燒器中平面的後面的噴射的兩個軸向級，第一級41和第二級42。更具體地，第一級41可以定位在過渡區域39的後半部中，並且第二級42可以定位在第一級41和渦輪機13中的第一排定子葉片16之間。更優選地，第一級41可以很靠後地定位在燃燒器12的後部分內，並且第二級42在燃燒器12的端平面49的附近或下遊。在某些情況下，第一和第二級41、42可以彼此靠近地定位使得可以使用公共空氣/燃料管道。
[0042]現在參見圖5至10，提供示出本發明的另外方面的若干優選實施例，原因是它涉及雙級系統。這些圖的每一個包括通過示例性燃燒器12和渦輪機13的內部流動路徑。本領域的普通技術人員將領會，頭端22和燃料噴嘴21 (其也可以在本文中被稱為初級空氣和燃料噴射系統)可以包括若干配置中的任何一個，原因是本發明的操作不取決於任何特定的一個。根據某些實施例，頭端22和燃料噴嘴21可以配置成與如美國專利8，019，523中描述和限定的延遲貧噴射或下遊噴射系統兼容，上述專利通過引用完整地被合併於此。在頭端22的下遊，內襯24可以限定燃燒區域23，在所述燃燒區域內輸送到頭端22的空氣和燃料的大部分供應初級燃燒。過渡件25然後從內襯24向下遊延伸並且限定過渡區域39，並且在過渡件25的下遊端，後框架29可以朝著渦輪機13中的定子葉片16的初始排引導燃燒產物。
[0043]這些噴射的第一和第二級41、42的每一個可以包括多個圓周間隔的噴射器32。軸向級的每一個內的噴射器32可以位於公共噴射平面38上，所述公共噴射平面是相對於內部流動路徑的縱軸線37的垂直參考平面。為了清楚起見以簡化形式在圖5至7中表示的噴射器32可以包括用於將空氣和燃料噴射到燃燒器12的下遊或後端或渦輪機13的第一級中的任何常規設計。任一級41、42的噴射器32可以包括圖3的噴射器32，以及在美國專利8，019，523和7，603，863 (兩者通過引用合併於本文中)中描述或引用的任何噴射器，下面關於圖14至19所述的任何噴射器，以及其它常規燃燒器燃料/空氣噴射器。如包含的參考文獻中所述，本發明的燃料/空氣噴射器32也可以包括根據任何常規手段和裝置整合在一排定子葉片16內的噴射器，如例如在美國專利7，603，863中所述的噴射器。對於過渡區域39內的噴射器32，每一個可以在結構上由過渡件25和/或衝擊套筒28支撐，並且在一些情況下，可以延伸到過渡區域39中。噴射器32可以配置成在大體與通過過渡區域39的主流動方向橫切的方向上將空氣和燃料噴射到過渡區域39中。根據某些實施例，下遊噴射系統30的每個軸向級可以包括以規則間距或在其它情況下以非均勻間距圓周地間隔的若干噴射器32。作為例子，根據優選實施例，在每個軸向級處可以使用3到10個之間的噴射器。在其它優選實施例中，第一級可以包括3到6個之間的噴射器並且第二級(和第三級，如果有的話)可以均包括5到10個之間的噴射器。關於它們的圓周放置，兩個軸向級41、42之間的噴射器32可以相對於彼此成直線或交錯放置，並且如下所述，可以放置成互為補充。在優選實施例中，第一級41的噴射器32可以配置成比第二級42的噴射器32更多地穿透主流動。在優選實施例中，這可以導致第二級42比第一級41具有圍繞流動路徑的圓周定位的更多噴射器32。第一級、第二級和第三級(如果有的話)的噴射器均可以配置成在操作中使噴射器在與參考線成+30°到-30°之間的方向上噴射空氣和燃料，所述參考線相對於通過內部流動路徑的主流動方向垂直。
[0044]關於下遊噴射系統30的第一級41和第二級42的軸向定位，在圖5和6的優選實施例中，第一級41可以定位在燃燒器中平面48的緊上遊或下遊，並且第二級42可以靠近燃燒器12的端平面49定位。在某些實施例中，第一級41的噴射平面38可以布置在過渡區域39內，在燃燒器中平面48和端平面49之間的大致中途。如圖5中所示，第二級42可以定位在燃燒器12的下遊端或端平面49的緊上遊。換句話說，第二級42的噴射平面38可以出現在後框架29的上遊端的緊上遊。將領會第一和第二級41、42的下遊位置減小了從其噴射的反應物停留在燃燒器內的時間。也就是說，已知通過燃燒器13的流動的相對恆定速度、停留時間的減小與反應物在到達燃燒器的下遊終點或火焰區域之前必須行進的距離直接相關。因此，如下面更詳細地所述，第一級41的距離51 (如圖6中所示)導致噴射反應物的停留時間是在頭端22釋放的反應物的停留時間的小分數。類似地，第二級42的距離52導致噴射反應物的停留時間是在第一級41釋放的反應物的停留時間的小分數(smal Ifract1n)。如上所述,該減小的停留時間減小了 NOx排放水平。如下面更詳細地所述，已知軸向位置和通過燃燒器的計算流量，在某些實施例中噴射級相對於初級燃料和空氣噴射系統和彼此的精確放置可以取決於預期停留時間。
[0045]在另一示例性實施例中，如圖7中所示，第一級41的噴射平面38可以定位在過渡件25的後四分之一區域中，如圖所示，在燃燒器12中比圖5的第一級41稍處更下遊。在該情況下，第二級42的噴射平面38可以定位在後框架29處或很靠近燃燒器12的端平面49。在這樣的情況下，根據優選實施例，第二級42的噴射器32可以整合到後框架29的結構中。
[0046]在另一示例性實施例中，如圖8中所示，第一級41的噴射平面38可以定位在後框架29或燃燒器12的端平面49的緊上遊。第二級42可以定位在渦輪機13內的第一排定子葉片16的軸向位置處或很靠近該位置。在優選實施例中，第二級42的噴射器32可以整合到該排定子葉片16中，如上所述。
[0047]本發明也包括用於在頭端22的初級空氣和燃料噴射系統與下遊噴射系統的第一級41和第二級42之間分配空氣和燃料的控制配置。相對於彼此，根據優選實施例，第一級41可以配置成比第二級42噴射更多的燃料。在某些實施例中，在第二級42處噴射的燃料小於在第一級處噴射的燃料的50%。在其它實施例中，在第二級42處噴射的燃料在第一級41處噴射的燃料的大約10%到50%之間。已知可以通過分析和測試確定的噴射燃料，第一和第二級41、42的每一個可以配置成噴射大致最小量的空氣以大致最小化NOx對比燃燒器出口溫度，同時也允許充分的CO燒盡。其它優選實施例包括頭端22的初級空氣和燃料噴射系統與下遊噴射系統的第一級41和第二級42的空氣和燃料分配的更特定水平。例如，在一個優選實施例中，燃料的分配包括:在50%到80%之間的燃料分配到初級空氣和燃料噴射系統；在20%到40%之間的燃料分配到第一級41 ;並且在2%到10%之間的燃料分配到第二級。在這樣的情況下，空氣的分配可以包括:在60%到85%之間的空氣分配到初級空氣和燃料噴射系統；在15%到35%之間的空氣分配到第一級41 ;並且在1%到5%之間的空氣分配到第二級42。在另一優選實施例中，可以更加精確地限定這樣的空氣和燃料分離。在該情況下，初級空氣和燃料噴射系統、第一級41和第二級42之間的空氣和燃料分離如下:燃料相應地為70/25/5%並且空氣相應地為80/18/2%。
[0048]兩個噴射級的各噴射器可以以若干方式控制和配置以獲得期望的操作和優選的空氣和燃料分離。將領會這些方法中的某些包括通過引用完整地被合併於此的美國申請2010/0170219的方面。如圖9中示意性地表示，到達級41、42的每一個的空氣和燃料供應可以經由公共控制閥55控制。也就是說，在某些實施例中，空氣和燃料供應可以配置成具有公共閥55的單系統，並且兩個級之間的期望空氣和燃料分離可以經由兩個級的獨立供應通道或噴射器32內的孔尺寸大小(sizing)被動地確定。如圖10中所示,每個級41、42的空氣和燃料供應可以用控制每個級41、42的進給的獨立閥55單獨地控制。將領會本文中所述的任何可控閥可以電連接到控制器並且根據常規系統經由控制器操作它的設置。
[0049]第一級41中的噴射器32的數量和每個噴射器的圓周位置可以選擇成使得噴射的空氣和燃料穿透主燃燒器流從而改善混合和燃燒。已知噴射的下遊位置，噴射器32可以被調節從而具有到主流動中充分的穿透，使得在短暫的停留時間期間空氣和燃料混合併且充分地反應。第二級42的噴射器32的數量可以選擇成適應由第一級41噴射產生的流動和溫度分布。此外，第二級可以配置成具有比第一級噴射所需更小的工作流體的流動中的噴射穿透。因此，第二級與第一級相比，更多的噴射點可以圍繞流動路徑的周邊定位。另外，第一級噴射器32的數量和類型和在每一個處噴射的空氣和燃料的量可以選擇成將可燃反應物置於溫度低和/或CO濃度高的位置，從而改善燃燒和CO燃盡。優選地，第一級41的軸向位置應當儘可能靠後，與第二級42促進離開第一級41的C0/UHC的反應的能力一致。由於第二級42噴射的停留時間很短暫，因此燃料的較小分數將在那裡噴射，如上所述。第二級42的空氣的量也可以基於計算和測試數據被最小化。
[0050]在某些優選實施例中，第一級41和第二級42可以配置成使得來自第一級41的噴射空氣和燃料比來自第二級42的噴射空氣和燃料更穿透通過內部流動路徑的燃燒流。在這樣的情況下，如已經所述，第二級42可以使用配置成產生較弱噴射流的更多噴射器32(相對於第一級41)。將領會使用該策略，第一級41的噴射器32可以主要配置成使它們所噴射的噴射空氣和燃料與內部流動路徑的中間區域中的燃燒流混合，而第二級42的噴射器32主要配置成使噴射空氣和燃料與內部流動路徑的周邊區域中的燃燒流混合。
[0051]根據本發明的方面，下遊噴射的兩個級可以整合從而改善功能、反應物混合和通過內部流動路徑的燃燒特性，同時改善關於操作期間輸送到燃燒器13的壓縮空氣供應的使用的效率。也就是說，獲得與下遊噴射關聯的性能優勢可能需要較少的噴射空氣，這增加供應到燃燒器13的後部分的空氣的量和該空氣提供的冷卻效應。與此一致，在優選實施例中，第一級41的噴射器32的圓周放置包括這樣一種配置，來自該配置的噴射空氣和燃料基於來自初級空氣和燃料噴射系統的預期燃燒流動穿透內部流動路徑的預定區域，從而增加第一級41的下遊的燃燒流動中的反應物混合和溫度均勻性。另外，已知第一級41的下遊的預期燃燒流動的特性，第二級42的噴射器32的圓周放置可以是與第一級41的噴射器32的圓周放置互補的圓周放置。將領會若干不同燃燒流動特性是重要的，從而改善通過燃燒器的燃燒，這可以有益於排放水平。這些例如包括燃燒流內的反應物分布、溫度分布、CO分布和UHC分布。將領會這樣的特性可以被限定為內部流動路徑內的軸向位置或範圍處的燃燒流內的任何流動性質的橫截面分布，並且某些計算機操作模型可以用於預測這樣的特性或者它們可以經由實際發動機操作的實驗或測試或這些的組合進行確定。典型地，當燃燒流動徹底混合併且均勻時的性能改善以及本發明的整合雙級方法可以用於實現該目的。因此，已知來自第一級41和第二級42的噴射器32的圓周放置的空氣和燃料噴射的預期效應，第一級41和第二級42的噴射器32的圓周放置可以基於:a)操作期間第一級41的緊上遊的預期燃燒流的特性；和《第二級42的緊下遊的預期燃燒流的特性。如上所述，這裡的特性可以是反應物分布、溫度分布、NOx分布、CO分布、UHC分布或可以用於建模這些中的任何一個的相關特性。分開說，根據本發明的另一方面，第一級41的噴射器32的圓周放置可以基於操作期間的第一級41的緊上遊的預期燃燒流的特性，其可以基於初級空氣和燃料噴射系統30的配置。第二級42的噴射器32的圓周放置可以基於第二級42的緊上遊的預期燃燒流的特性，其可以基於第一級41的噴射器32的圓周放置。
[0052]將領會本發明的整合雙級下遊噴射系統30具有若干優點。第一，整合系統通過物理地聯接第一和第二級減小停留時間，這允許第一級41進一步朝下遊移動。第二，整合系統允許使用在第一級中使用更多和更小的噴射點，原因是第二級可以被定製以解決第一級的下遊的由此產生的流動的非期望屬性。第三，第二級的包括允許每個級可以配置成與單級系統相比較少地穿透到主流動中，這需要使用較少的「運載」空氣獲得必要的穿透。這意味著較少的空氣將從流動環隙內的冷卻流動虹吸(syphoned),允許主燃燒器的結構在降低的溫度下操作。第四，減小的停留時間將允許更高的燃燒器溫度而不增加NOx排放。第五，單「雙歧管」布置可以用於簡化整合雙級噴射系統的構造，這使這些各種優點的實現成本效
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[0053]現在參見本發明的附加實施例，將領會噴射級的定位可以基於停留時間。如上所述，下遊噴射級的定位可以影響多個燃燒性能參數，包括但不限於一氧化碳排放(CO)。當下遊級未被供應燃料時，太靠近初級定位下遊級可以導致過量一氧化碳排放。因此，來自初級區域的流動必須有時間反應並且在噴射的第一下遊級之前消耗一氧化碳。將領會該需要時間是流動的「停留時間」，或換句話說，燃燒材料流行進軸向間隔的噴射級之間的距離所花費的時間。兩個級之間的停留時間可以在任何兩個位置之間的體積的基礎上基於位置之間的總體積和已知燃氣渦輪發動機的操作模式可以計算的體積流量被計算。所以，任何兩個位置之間的停留時間可以計算為體積除以體積流量，其中體積流量是質量流量除以密度。換句話說，體積流量可以計算為質量流量乘以氣體的溫度乘以適用的氣體常數除以氣體的壓力。
[0054]因此，已確定已知對排放水平(包括一氧化碳的排放水平)的關注，第一下遊噴射級離燃燒器的頭端處的初級燃料和空氣噴射系統應當不小於6毫秒(ms)。也就是說，該停留時間是在發動機操作的某個模式期間，燃燒流沿著內部流動路徑從限定於初級空氣和燃料噴射系統處的第一位置行進到限定於下遊噴射系統的第一級處的第二位置花費的時間。在該情況下，第一級應當定位在初級空氣和燃料噴射系統的後面一定距離處，所述距離等於至少為6ms的第一停留時間。另外，已確定從NOx排放的觀點來看，延遲下遊噴射具有有益影響，並且第二下遊噴射級應當定位成離燃燒器出口或燃燒器端平面小於2ms。也就是說，該停留時間是在發動機操作的某個模式期間，燃燒流沿著內部流動路徑從限定於第二級處的第一位置行進到限定於燃燒器端平面處的第二位置所花費的時間。在該情況下，第二級應當定位在燃燒器端平面的前面一定距離處，所述距離等於小於2ms的該停留時間。
[0055]圖11至14示出具有三個噴射級的系統。圖11示出三個級的每一個可以定位在其中的軸向範圍。根據優選實施例，如圖11中所示，本發明的下遊噴射系統30可以包括定位在燃燒器中平面的後面的噴射的三個軸向級，第一級41、第二級42和第三級43。更具體地，第一級41可以定位在過渡區域39中，第二級42可以靠近燃燒器端平面49定位，並且第三級可以定位在燃燒器端平面49處或後面。圖12和14提供某些優選實施例，其中三個噴射級的每一個可以位於那些範圍內。如圖12中所示，第一和第二級可以位於過渡區域內，並且第三級可以靠近燃燒器端平面定位。如圖13中所示，第一級可以位於過渡區域內，而第二和第三級相應地位於後框架和第一排定子葉片處。在某些實施例中，如上所述，第二級可以整合到後框架中，而第三級整合到定子葉片中。
[0056]本發明還描述包括三個噴射級的下遊噴射系統內的燃料和空氣噴射量和速率。在一個實施例中，第一級、第二級和第三級包括這樣一種配置，所述配置將第二級處噴射的燃料限制到小於第一級處噴射的燃料的50%，並且將第三級處噴射的燃料限制到小於第一級處噴射的燃料的50%。在另一優選實施例中，第一級、第二級和第三級包括這樣一種配置，所述配置將第二級處噴射的燃料限制到第一級處噴射的燃料的10%到50%之間，並且將第三級處噴射的燃料限制到第一級處噴射的燃料的10%到50%之間。在其它優選實施例中，初級空氣和燃料噴射系統以及下遊噴射系統的第一級、第二級和第三級可以配置成使得在操作期間總燃料供應的以下百分比輸送到每一個:50%到80%之間輸送到初級空氣和燃料噴射系統;20%到40%之間輸送到第一級；2%到10%之間輸送到第二級；並且2%到10%之間輸送到第三級。在另外的其它優選實施例中，初級空氣和燃料噴射系統以及下遊噴射系統的第一級、第二級和第三級配置成使得在操作期間總燃燒器空氣供應的以下百分比輸送到每一個:60%到85%之間輸送到初級空氣和燃料噴射系統；15%到35%之間輸送到第一級；1%到5%之間輸送到第二級；並且0%到5%之間輸送到第三級。在另一優選實施例中，初級空氣和燃料噴射系統以及下遊噴射系統的第一級、第二級和第三級配置成使得在操作期間總燃料供應的以下百分比輸送到每一個:大約65%輸送到初級空氣和燃料噴射系統；大約25%輸送到第一級；大約5%輸送到第二級；並且大約5%輸送到第三級。在該情況下，初級空氣和燃料噴射系統以及下遊噴射系統的第一級、第二級和第三級配置成使得在操作期間總空氣供應的以下百分比輸送到每一個:大約78%輸送到初級空氣和燃料噴射系統；大約18%輸送到第一級；大約2%輸送到第二級；並且大約2%輸送到第三級。
[0057]圖14至19提供本發明的另一方面的實施例，其包括燃料噴射器可以包含到後框架29中的方式。如上所述，後框架29包括提供燃燒器12的下遊端和渦輪機13的上遊端之間的接口的框架元件。
[0058]如圖14中所示，後框架29形成包圍或環繞內部流動路徑的剛性結構元件。後框架29包括限定內部流動路徑的外側邊界的內表面或壁65。後框架29包括具有結構元件的外表面66，後框架通過所述結構元件連接到燃燒器和渦輪機。通過後框架29的內壁形成許多出口 74。出口 74可以配置成將燃料增壓室71連接到內部流動路徑67。後框架29可以包括6到20個之間的出口，但是也可以提供更多或更少的出口。出口 74可以圍繞後框架的內壁65圓周地間隔。如圖所示，後框架29可以包括環形橫截面形狀。
[0059]如圖15至19中所示，根據本發明的後框架29可以包括形成於其中的圓周延伸燃料增壓室71。如圖15中所示，燃料增壓室71可以具有通過後框架29的外壁66形成的燃料入口 72，燃料通過所述燃料入口供應到燃料增壓室71。因此燃料入口 72可以將燃料增壓室71連接到燃料供應77。燃料增壓室77可以配置成包圍或完全環繞內部流動路徑67。如圖所示，一旦燃料到達燃料增壓室71，它然後可以通過出口 74噴射到內部流動路徑67中。如圖16中所示，在某些情況下，空氣可以在輸送到燃料增壓室71之前與預混器84內的燃料預混。替代地，空氣和燃料可以在燃料增壓室71內聚在一起並且混合，在圖17中示出所述燃料增壓室的例子。在該情況下，空氣入口 73可以形成於後框架29的外壁66中並且可以與燃料增壓室71流體地連通。空氣入口 73可以圍繞後框架29圓周地間隔並且通過在該區域中圍繞燃燒器的壓縮器排放來進給。
[0060]也如圖17中所示，出口 74可以傾斜。該角可以相對於參考方向，所述參考方向垂直於通過內部流動路徑67的燃燒流動。在某些優選實施例中，如圖所示，出口的傾斜朝著燃燒流動的下遊方向可以在0°到45°之間。另外，出口 74可以配置成相對於後框架29的內壁65的表面齊平，如圖17中所示。替代地，出口 74可以配置成使得每一個遠離內壁65並突出到內部流動路徑67中，如圖19中所示。
[0061]圖18和19提供替代實施例，其中多個管81配置成橫穿燃料增壓室71。管81的每一個可以配置成使得第一端部連接到空氣入口 73中的一個，並且第二端部連接到出口74中的一個。在某些實施例中，如圖18中所示，形成於後框架的內表面65上的出口 74包括:a)空氣出口 76，其配置成連接到管81中的一個；和幻燃料出口 72，其配置成連接到燃料增壓室71。這些出口的每一個可以彼此鄰近並定位在內壁65上，從而一旦噴射到內部流動路徑67中便於混合空氣和燃料。在優選實施例中，如圖18中所示，空氣出口 76配置成具有圓形並且燃料出口 75配置成具有圍繞空氣出口 76的圓形而形成的環形。一旦燃料和空氣輸送到內部流動路徑67，該配置將進一步便於混合燃料和空氣。將領會在某些實施例中管81將具有實心結構，所述實心結構防止移動通過管81的流體與移動通過燃料增壓室71的流體混合，直到兩種流體噴射到內部流動路徑67中。替代地，如圖19中所示，管71可以包括開口 82，所述開口允許空氣和燃料在噴射到內部流動路徑67中之前預混。在這樣的情況下，促進紊流和混合的結構、例如紊流器83可以包括在開口 82的下遊使得預混被增強。
[0062]本領域的普通技術人員將領會，上面關於若干示例性實施例所述的許多變化特徵和配置可以進一步選擇性地應用以形成本發明的其它可能實施例。為了簡潔起見並且考慮本領域的普通技術人員的能力，未詳細地提供或論述所有可能的迭代，但是由以下若干權利要求或以另外方式包含的所有組合和可能實施例旨在屬於本申請的一部分。另外，從本發明的若干示例性實施例的以上描述，本領域的技術人員將認識到改進、變化和修改。本領域的技術內的這樣的改進、變化和修改也旨在由附帶的權利要求涵蓋。此外，將顯而易見前述內容僅僅涉及本申請的所述實施例並且可以在本文中進行許多變化和修改而不脫離由以下權利要求及其等效物限定的本申請的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種在燃氣渦輪發動機中使用的方法，所述燃氣渦輪發動機包括:聯接到渦輪機的燃燒器，所述燃燒器和所述渦輪機一起限定內部流動路徑，所述內部流動路徑圍繞縱軸線從位於所述燃燒器的前端處的初級空氣和燃料噴射系統向後延伸，通過所述燃燒器連接到所述渦輪機處的接口，並且通過所述渦輪機中的至少一排定子葉片，所述方法包括以下步驟: 在所述內部流動路徑內配置下遊噴射系統，所述下遊噴射系統包括兩個噴射級，第一級和第二級，其中所述第一級和所述第二級均沿著所述縱軸線軸向地間隔，使得所述第一級包括在所述初級空氣和燃料噴射系統的後面的軸向位置，並且所述第二級包括在所述第一級的後面的軸向位置，其中所述第一級和所述第二級的每一個包括多個噴射器，每個噴射器配置成將空氣和燃料噴射到通過所述內部流動路徑的燃燒流中；以及 已知來自所述第一級和所述第二級的空氣和燃料噴射的預期效應，基於以下圓周地定位所述第一級和所述第二級的噴射器:a)在操作模式期間發生在所述第一級的緊上遊的預期燃燒流的特性；以及b)所述第二級的緊下遊的預期燃燒流的特性。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，已知所述初級空氣和燃料噴射系統的配置，圓周地定位所述第一級的噴射器的步驟基於所述操作模式期間的所述第一級的緊上遊的預期燃燒流的特性；並且 已知所述第一級的噴射器的圓周放置，圓周地定位所述第二級的噴射器基於所述第二級的緊上遊的預期燃燒流的特性。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一級定位在所述燃燒器內的所述內部流動路徑的縱向中點的後面； 所述方法還包括在操作期間從所述第一級和所述第二級的噴射器的每一個噴射空氣和燃料的步驟。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述特性包括反應物分布；並且 其中圓周地定位所述噴射器基於朝著反應物分布的更加均勻性來優化燃燒流。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述特性包括溫度分布； 其中圓周地定位所述噴射器基於朝著溫度分布的更加均勻性來優化燃燒流。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述特性包括CO分布； 其中圓周地定位所述噴射器基於朝著CO分布的更加均勻性來優化燃燒流。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述特性包括UHC分布； 其中圓周地定位所述噴射器基於朝著UHC分布的更加均勻性來優化燃燒流。
8.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述特性包括NOx分布； 其中圓周地定位所述噴射器基於朝著NOx分布的更加均勻性來優化燃燒流。
9.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述特性包括燃燒流內的流動性質的橫截面分布並且其中所述第一級和所述第二級的噴射器的圓周放置基於使所述流動性質的橫截面分布在所述第二級的下遊更加均勻。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，流動性質包括以下的至少兩項:反應物分布、溫度分布、CO分布、UHC分布、和NOx分布。
11.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，第一停留時間包括在所述操作模式期間燃燒流通過所述內部流動路徑從所述初級空氣和燃料噴射系統行進到所述下遊噴射系統的所述第一級的時間； 所述方法還包括將所述第一級軸向地定位在所述初級空氣和燃料噴射系統的後面一定距離處使得所述第一停留時間包括至少6毫秒的步驟。
12.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，第二停留時間包括在所述操作模式期間燃燒流通過所述內部流動路徑從所述第二級行進到燃燒器端平面的時間； 所述方法還包括將所述第二級軸向地定位在所述燃燒器端平面的前面一定距離處使得所述第二停留時間包括小於2毫秒的步驟。
13.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述第一級和所述第二級的每一個處的所述多個噴射器的每一個定位在公共噴射平面上，每個公共噴射平面大致垂直於所述內部流動路徑的縱軸線排列； 其中所述第一級和所述第二級的每一個包括3到10個之間的噴射器；並且 其中圓周地定位所述噴射器的步驟包括使所述第一級的噴射器相對於所述第二級的噴射器圓周地交錯。
14.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括以下步驟: 將所述第一級和所述第二級的噴射器定向成使得在操作中，每個噴射器在與參考線成+30°到-30°之間的方向上噴射空氣和燃料，所述參考線相對於通過所述內部流動路徑的主流動方向垂直； 將所述第一級配置成包括3到6個之間的噴射器；並且 將所述第二級配置成包括5到10個之間的噴射器。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 將所述第一級和所述第二級的噴射器配置成使得來自所述第一級的噴射空氣和燃料比來自所述第二級的噴射空氣和燃料更穿透通過所述內部流動路徑的預期燃燒流；並且 其中所述第二級比所述第一級包括更多的圍繞所述內部流動路徑定位的噴射器。
16.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，圓周地定位所述第一級的噴射器基於根據來自所述初級空氣和燃料噴射系統的預期燃燒流，穿透所述內部流動路徑的預定區域，從而增加所述第一級的下遊的燃燒流中的反應物混合和溫度均勻性；並且 其中圓周地定位所述第二級的噴射器包括基於與所述第一級的噴射器的圓周放置互補。
17.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述初級空氣和燃料噴射系統以及所述下遊噴射系統的所述第一級和所述第二級配置成使得在操作期間總燃料供應的以下百分比輸送到每一個:60%到75%之間輸送到所述初級空氣和燃料噴射系統;20%到30%之間輸送到所述第一級；並且2%到10%之間輸送到所述第二級； 其中所述初級空氣和燃料噴射系統以及所述下遊噴射系統的所述第一級和所述第二級配置成使得在操作期間總燃燒器空氣供應的以下百分比輸送到每一個:75%到85%之間輸送到所述初級空氣和燃料噴射系統；15%到25%之間輸送到所述第一級；並且1%到5%之間輸送到所述第二級。
18.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述初級空氣和燃料噴射系統的緊後面，所述內部流動路徑包括由圍繞的內襯限定的初級燃燒區域，並且在所述內襯的緊後面，所述內部流動路徑包括由圍繞的過渡件限定的過渡區域；其中所述過渡件配置成將所述初級燃燒區域流體地聯接到所述渦輪機的入口，同時將通過所述過渡件的流動從所述內襯的大致圓柱形橫截面區域過渡到所述渦輪機的入口的環形橫截面區域； 其中所述過渡件包括後框架，所述後框架形成所述燃燒器和所述渦輪機的入口之間的接口 ；並且 其中所述下遊噴射系統的所述第一級定位在所述過渡區域內並且所述下遊噴射系統的所述第二級定位在所述後框架內或後面。
19.一種在燃氣渦輪發動機中使用的方法，所述燃氣渦輪發動機包括:聯接到渦輪機的燃燒器，所述燃燒器和所述渦輪機一起限定內部流動路徑，所述內部流動路徑圍繞縱軸線從位於所述燃燒器的前端處的初級空氣和燃料噴射系統向後延伸，通過所述燃燒器連接到所述渦輪機處的接口，並且通過所述渦輪機中的至少一排定子葉片，所述方法包括以下步驟: 在所述內部流動路徑內配置下遊噴射系統，所述下遊噴射系統包括三個軸向間隔噴射級，第一級、第二級和第三級，其中所述第一級定位在所述初級空氣和燃料噴射系統的後面，所述第二級定位在所述第一級的後面，並且所述第三級定位在所述第二級的後面；其中所述第一級、所述第二級和所述第三級的每一個包括多個噴射器，每個噴射器配置成將空氣和燃料噴射到通過所述內部流動路徑的燃燒流中；以及 已知來自所述第一級、所述第二級和所述第三級的空氣和燃料噴射的預期效應，基於以下圓周地定位所述第一級、所述第二級和所述第三級的噴射器:a)在操作模式期間發生在所述第一級的緊上遊的預期燃燒流的特性；以及b)所述第三級的緊下遊的預期燃燒流的特性。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，圓周地定位所述第一級的噴射器的步驟基於所述操作模式期間的所述第一級的緊上遊的預期燃燒流的特性； 圓周地定位所述第二級的噴射器的步驟基於所述操作模式期間的所述第二級的緊上遊的預期燃燒流的特性； 圓周地定位所述第三級的噴射器基於所述第三級的緊上遊的預期燃燒流的特性。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述特性包括以下的至少一項:反應物分布；溫度分布；CO分布；UHC分布；和NOx分布。
【文檔編號】F02C3/14GK104047726SQ201410097044
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】L.B.小戴維斯, K.K.文卡塔拉曼, K.M.格雷厄姆 申請人:通用電氣公司