專利名稱：功率生成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
文中所公開的主題涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有利用來自前級(jí)噴嘴的燃料噴射進(jìn)行排出氣體再循環(huán)的能力。
背景技術(shù)：
在正常操作中，聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鉁u輪動(dòng)力設(shè)備生成大量的氮氧化物(NOx)和0)2而作為燃燒過程的一部分。近年來，排放物特別是NOx的消除已獲得公共和聯(lián)邦管理機(jī)構(gòu)如美國環(huán)境保護(hù)署日益增加的關(guān)注。因而，大量的資源已致力于降低和/或消除此類不合需要的排放物。在尤其是液體的碳?xì)浠衔锶剂系娜紵?，由供給到燃燒器的空氣所產(chǎn)生的氮氧化物以及在燃料自身中的氮化合物(例如氮雜苯)產(chǎn)生污染物，這些污染物在釋放到大氣之前必須在數(shù)量上降低或消除。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種功率生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，其用以增加進(jìn)口環(huán)境空氣的壓力；以及位于壓縮機(jī)下游的渦輪，其具有第一級(jí)和位于第一級(jí)下游的附加級(jí)，第一級(jí)在結(jié)構(gòu)上結(jié)合燃燒器，在燃燒器中經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣與燃料相混合并且在其中混合物燃燒以生成高溫排出氣體,在第一級(jí)和附加級(jí)中從該高溫排出氣體獲取機(jī)械倉泛。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種功率生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用以壓縮環(huán)境空氣的壓縮機(jī)；渦輪，其布置在壓縮機(jī)的下游并且具有第一級(jí)和布置在第一級(jí)的下游的附加級(jí)，第一級(jí)在結(jié)構(gòu)上結(jié)合燃燒器，在燃燒器中經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣與燃料相混合并且燃燒以生成高溫排出氣體，在第一級(jí)和附加級(jí)中從該高溫排出氣體獲取機(jī)械能；以及排出氣體再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，其布置在渦輪的下游以接收排出氣體，該EGR系統(tǒng)具有用以壓縮排出氣體的EGR壓縮機(jī)和用以在第一級(jí)和附加級(jí)向渦輪供應(yīng)經(jīng)壓縮的排出氣體的管路。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種渦輪，該渦輪包括第一級(jí)和位于第一級(jí)下游的附加級(jí)，用以從供應(yīng)到其的高能流體中獲取機(jī)械能；以及燃燒器，其在結(jié)構(gòu)上結(jié)合在第一級(jí)中，該燃燒器包括燃燒器襯套，其形成從第一級(jí)噴嘴向上游延伸的環(huán)形或環(huán)管燃燒區(qū)域。這些和其它優(yōu)點(diǎn)及特征將從結(jié)合附圖的以下描述中變得更加明顯。


在所附權(quán)利要求中特別指出并明確地主張了視作本發(fā)明的主題。本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述中明顯可見，在其中圖I是示出功率生成系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖I的功率生成系統(tǒng)的渦輪的第一級(jí)的透視圖；圖3是圖2的第一級(jí)的示意圖；詳細(xì)描述參照附圖以實(shí)例的方式解釋了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
部件列表
10功率生成系統(tǒng)
30空氣壓縮機(jī)
31供給線
35管路
38渦輪
381第一級(jí)
382附加級(jí)
39供給線
40EGR系統(tǒng)
4IEGR壓縮機(jī)
481主管路
482，47，46副管路
50換熱器
60燃燒器
61襯套
611圓頂狀端部
62燃燒區(qū)域
63冷卻孔
64第一級(jí)噴嘴
641第一徑向輻條
642第二徑向輻條
70第一外部倉室(
71第一環(huán)形歧管
80第二外部倉室
81第二環(huán)形歧管
具體實(shí)施例方式參看圖I，提供了功率生成系統(tǒng)10，該功率生成系統(tǒng)10包括空氣壓縮機(jī)30、渦輪 38和排出氣體再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)40。EGR系統(tǒng)40設(shè)置在渦輪38的下游并且包括EGR壓縮機(jī)41。環(huán)境空氣進(jìn)入壓縮環(huán)境空氣的空氣壓縮機(jī)30，該環(huán)境空氣然后以顯著更高的壓力 (和稍微增加的溫度)通過供給線31傳送到渦輪38中。渦輪38設(shè)置在空氣壓縮機(jī)30的下游并且具有第一級(jí)381和布置在第一級(jí)381下游的兩個(gè)或多個(gè)附加級(jí)382。第一級(jí)381 在結(jié)構(gòu)上結(jié)合燃燒器。在該燃燒器內(nèi)，經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣與燃料F混合，并且空氣和燃料的混合物燃燒以生成高溫排出氣體，在第一級(jí)381和附加級(jí)382中從該高溫排出氣體中獲取機(jī)械能。燃料F可包括諸如天然氣的碳?xì)浠衔锶剂辖M分，其當(dāng)與經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣混合并且燃燒時(shí)，生成充當(dāng)用于渦輪38的主要工作流體的高溫排出氣體。繼而，渦輪38驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)30和EGR壓縮機(jī)41。一旦高溫排出氣體至少部分消耗，則包括幾乎零水平的O2并且因以下將討論的原因可稱作EGR排氣的高溫排出氣體經(jīng)由供給線39從渦輪38排出。功率生成系統(tǒng)10還可包括換熱器50。供給線39可將EGR排氣引導(dǎo)到換熱器50， 由此熱量從EGR排氣除去用于生成附加功率并且EGR排氣得以冷卻。該較冷EGR排氣然后引導(dǎo)到EGR壓縮機(jī)41，在EGR壓縮機(jī)41中，EGR排氣經(jīng)壓縮至顯著更高壓力而作為再循環(huán)流。主管路481從EGR壓縮機(jī)41的高壓級(jí)向渦輪38的第一級(jí)381供應(yīng)經(jīng)壓縮的EGR排氣。 副管路482、47和46從EGR壓縮機(jī)41的中壓級(jí)到低壓級(jí)向渦輪38的附加級(jí)382供應(yīng)經(jīng)壓縮的EGR排氣。此外，功率生成系統(tǒng)10還可包括管路35以提供經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣至進(jìn)料設(shè)備泄放系統(tǒng)。經(jīng)壓縮的空氣量可基于設(shè)備要求和EGR O2濃度要求而變化。參看圖2和圖3，渦輪38的第一級(jí)381包括燃燒器60。燃燒器60包括形成為用以限定燃燒區(qū)域62的環(huán)形燃燒器襯套61，在燃燒區(qū)域62中，發(fā)生經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣和燃料F的燃燒。環(huán)形燃燒器襯套61還形成為用以限定冷卻孔63，該冷卻孔63可由通過主管路481輸送的高壓壓縮排出氣體的至少一部分供給。另外根據(jù)瀉流冷卻、稀釋冷卻和/或薄膜冷卻過程，可采用高壓壓縮排出氣體的又一部分來冷卻環(huán)形燃燒器襯套61。燃燒器60還包括第一級(jí)噴嘴64的環(huán)形或環(huán)管布置，各第一級(jí)噴嘴64均經(jīng)由第一徑向輻條641和第二徑向輻條642供給。第一徑向輻條641從第一外部倉室70朝向噴嘴 64沿徑向朝內(nèi)延伸以供應(yīng)燃料F到燃燒器60。第一外部倉室70可包括具有大致卵形截面的第一環(huán)形歧管71。第二徑向輻條642從第二外部倉室80朝向噴嘴64沿徑向朝內(nèi)延伸以從空氣壓縮機(jī)30供應(yīng)經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣輸出到燃燒器60。第二外部倉室80可包括具有大致卵形截面的第二環(huán)形歧管81。環(huán)形燃燒器襯套61圍繞中心縱向軸線并且以從第一級(jí)噴嘴64向上游的方向沿周向延伸。環(huán)形燃燒器襯套61包括位于上游端處的環(huán)形圓頂狀端部611。因而，混合區(qū)域和燃燒區(qū)域62均形成為第一級(jí)噴嘴上游的環(huán)形區(qū)。諸如火花塞的多個(gè)燃燒啟動(dòng)裝置可提供在燃燒區(qū)域62處以在其中選擇性地啟動(dòng)燃燒。如圖2和圖3中所示，經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣和燃料F在第一級(jí)噴嘴64的稍上游彼此混合，并且在混合時(shí)以朝向環(huán)形圓頂狀端部611的上游方向流動(dòng)。一旦發(fā)生燃燒，則流體以相反的方向流經(jīng)第一級(jí)噴嘴64。第一級(jí)噴嘴64可傾斜或以其它方式設(shè)有翼型形狀以便流體可經(jīng)引導(dǎo)而從第一級(jí)噴嘴64沿軸向和周向流動(dòng)到渦輪葉片。雖然本發(fā)明僅關(guān)于有限數(shù)目的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)容易地明白本發(fā)明不限于這些公開的實(shí)施例。確切而言，本發(fā)明可經(jīng)修改以結(jié)合迄今未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)目的變形、變換、更替或等效布置。此外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明的方面可僅包括所述實(shí)施例中的一些。相應(yīng)地，本發(fā)明不應(yīng)視為受前述說明書的限制，而是僅受所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種功率生成系統(tǒng)(10)，包括用以增加進(jìn)口環(huán)境空氣的壓力的壓縮機(jī)(30);和位于所述壓縮機(jī)(30)下游的渦輪(38)，其具有第一級(jí)(381)和位于所述第一級(jí)(381) 下游的附加級(jí)(382)；所述第一級(jí)(381)在結(jié)構(gòu)上結(jié)合燃燒器(60)，在所述燃燒器(60)中經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣與燃料混合并且在所述燃燒器￠0)中混合物經(jīng)燃燒而生成高溫排出氣體，在所述第一級(jí) (381)和附加級(jí)(382)中從所述高溫排出氣體獲取機(jī)械能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述附加級(jí)包括兩個(gè)或多個(gè)附加級(jí)(382)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述功率生成系統(tǒng)還包括位于所述渦輪(38)下游的排出氣體再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)(40)，以接收所述排出氣體并且在所述第一級(jí)(381)和所述附加級(jí)(382)處向所述渦輪(38)供應(yīng)所述排出氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述EGR系統(tǒng)(40)包括 EGR壓縮機(jī)(41)以壓縮所述排出氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述EGR系統(tǒng)(40)還包括主管路(481)，以從所述EGR壓縮機(jī)(41)的高壓級(jí)供應(yīng)高壓壓縮排出氣體到所述第一級(jí) (381)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述EGR系統(tǒng)(40)還包括副管路(482，47，46)，以從所述EGR壓縮機(jī)(41)的中壓級(jí)和低壓級(jí)供應(yīng)中間壓力和低壓力壓縮排出氣體到所述附加級(jí)(382)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述渦輪(38)包括第一外部倉室(70)以供應(yīng)所述燃料到所述燃燒器(60)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述第一外部倉室(70)包括流體地聯(lián)接到所述第一級(jí)(381)的噴嘴(64)上的第一環(huán)形歧管(71)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述渦輪(38)包括第二外部倉室(80)，以供應(yīng)所述經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣到所述燃燒器(60)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率生成系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述第二外部倉室(80) 包括流體地聯(lián)接到所述第一級(jí)(381)的噴嘴(64)上的第二環(huán)形歧管(81)。
全文摘要
提供一種功率生成系統(tǒng)(10)并且其包括用以增加進(jìn)口環(huán)境空氣的壓力的壓縮機(jī)(30)；以及位于壓縮機(jī)(30)下游的渦輪(38)，其具有第一級(jí)(381)和位于第一級(jí)(381)下游的附加級(jí)(382)，第一級(jí)(381)在結(jié)構(gòu)上結(jié)合燃燒器(60)，在燃燒器(60)中經(jīng)壓縮的環(huán)境空氣與燃料相混合并且在燃燒器(60)中混合物燃燒以生成高溫排出氣體，在第一級(jí)(381)和附加級(jí)(382)中從高溫排出氣體獲取機(jī)械能。
文檔編號(hào)F02C3/107GK102588110SQ20121002806
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者J·C·因泰爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司