CN108457752A - 燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射 - Google Patents

Abstract

本发明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，工作流体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，穿过燃烧器结束且涡轮开始所处的界面，且然后穿过涡轮至后端；间隙，其形成在燃烧器和涡轮之间的界面处；以及燃料喷射器，其设置靠近间隙来用于将燃料喷射到经过间隙的空气流中。间隙可包括存在于界面处的先前的泄漏路径。先前的泄漏路径可扩展成以便适应经过其的空气流的期望水平。

Description

燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射

技术领域

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。

背景技术

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。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。另外，相当大的量的空气由于泄漏而损失。这在发动机的燃烧器与涡轮区段连接或对接的区域中是特别实际的。

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、空气动力学压力损耗、以及泄漏的分级燃烧构造和冷却策略。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。

发明内容

本申请因此描述了一种燃气涡轮机，其包括：联接到涡轮上的燃烧器，它们一起限定工作流体流径，工作流体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，穿过燃烧器结束且涡轮开始所处的界面，且然后穿过涡轮至后端；间隙，其形成在燃烧器和涡轮之间的界面处；以及燃料喷射器，其设置靠近间隙来用于将燃料喷射到经过间隙的空气流中。间隙可包括存在于界面处的先前的泄漏路径。先前的泄漏路径可扩展成以便适应经过其的空气流的期望水平。

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，穿过所述燃烧器结束且所述涡轮开始所处的界面，且然后穿过所述涡轮至后端；

间隙，其形成在所述燃烧器和所述涡轮之间的所述界面处；以及

燃料喷射器，其设置靠近所述间隙来用于将燃料喷射到经过所述间隙的空气流中。

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，所述间隙包括存在于所述界面处的先前的泄漏路径，所述先前的泄漏路径扩展成以便适应经过其的所述空气流的期望水平；以及

其中所述间隙包括轴向间隙，其由刚性地附接至所述燃烧器的结构限定至前侧，且由刚性地附接至所述涡轮的结构限定至后侧。

实施方案3. 根据实施方案1所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃料喷射器包括分级喷射器，以及其中所述前喷射器和所述燃料喷射器包括分级喷射系统；

还包括：

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；

定位成以便形成所述涡轮中的一排定子叶片的周向隔开的定子叶片，所述定子叶片中的每一个包括跨越所述工作流体流径延伸的翼型件；

构造成在所述前喷射器和所述燃料喷射器之间分配燃烧器燃料供应的燃料指引结构；以及

构造成在所述前喷射器和所述间隙之间分配所述燃烧器空气供应的空气指引结构；

其中所述燃烧器包括内径向壁，其限定所述前喷射器下游的燃烧区，以及外径向壁，其围绕所述内径向壁同心地形成使得流环道在它们之间形成。

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，还包括流径壁，其限定穿过所述燃烧器和所述涡轮的所述工作流体流径；

其中所述间隙包括限定在所述涡轮的所述流径壁的最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的最后缘之间的轴向间隙；

其中所述间隙与所述压缩机排放腔流体连通，使得流过所述间隙的所述空气流源自所述压缩机排放腔；以及

其中所述燃烧器包括环形燃烧器和罐－环形燃烧器中的一个。

实施方案5. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于，还包括流径壁，其限定穿过所述燃烧器和所述涡轮中的每一个的所述工作流体流径；

其中，在所述涡轮内：

所述流径壁包括内流径壁和外流径壁，所述内流径壁限定所述工作流体流径的内边界，而所述外流径壁限定所述工作流体流径的外边界，所述外流径壁围绕所述内流径壁同中心地形成，使得穿过所述涡轮的所述工作流体流径包括环形截面形状；

所述内流径壁的前缘包括所述内流径壁的前终止点；以及

所述外流径壁的前缘包括所述外流径壁的前终止点。

实施方案6. 根据实施方案5所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃烧器包括罐－环形燃烧器；

其中所述燃烧器的所述内径向壁包括在前端处大致圆柱形形状至对应于所述界面处所述涡轮的所述工作流体流径的环形形状的节段的截面形状的后端处的截面形状之间轴向过渡的截面形状；

其中，在所述燃烧器内：

所述流径壁包括所述内径向壁；且

所述内径向壁的后缘包括所述内径向壁的后终止点；以及

其中所述轴向间隙限定在所述涡轮内的所述内流径壁和所述外流径壁的所述前缘中的至少一者与所述燃烧器内的所述内径向壁的所述后缘的相对应的相对的区段之间。

实施方案7. 根据实施方案5所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃烧器包括环形燃烧器；

其中，在所述燃烧器内：

所述流径壁包括内流径壁和外流径壁，所述内流径壁限定所述工作流体流径的内边界，而所述外流径壁限定所述工作流体流径的外边界，所述外流径壁围绕所述内流径壁同中心地形成，使得穿过所述燃烧器的所述工作流体流径包括环形截面形状；

所述内流径壁的后缘包括所述内流径壁的后终止点；以及

所述外流径壁的后缘包括所述外流径壁的后终止点；以及

其中所述轴向间隙限定在以下两者之间：i) 所述燃烧器的所述内流径壁和所述外流径壁的所述后缘中的至少一者；以及ii) 所述涡轮的所述内流径壁和所述外流径壁的所述前缘中的至少一者。

实施方案8. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于：

所述定子叶片的所述翼型件附接至内侧壁和外侧壁，其分别限定所述涡轮的所述内流径壁和所述外流径壁的轴向区段；以及

所述燃烧器包括后框架，其构造成支撑所述燃烧区的后端处的所述燃烧器的所述流径壁；

其中：

所述定子叶片的所述内侧壁和所述外侧壁中的至少一个形成所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘；以及

所述后框架形成所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘。

实施方案9. 根据实施方案8所述的燃气涡轮机，其特征在于，对于所述定子叶片中的每一个，所述内侧壁、所述外侧壁、以及所述翼型件包括整体形成的构件。

实施方案10. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述间隙包括间隙宽度，其表示在所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘之间的轴向距离；以及

其中所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘构造成使得所述间隙宽度是基本不变的。

实施方案11. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述间隙包括间隙宽度，其表示在所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘之间的轴向距离；以及

其中所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘包括异型的边缘使得所述间隙宽度是可变的。

实施方案12. 根据实施方案11所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述异型的边缘轮廓包括重复的三角形。

实施方案13. 根据实施方案11所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述异型的边缘轮廓包括正弦波。

实施方案14. 根据实施方案11所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘包括所述异型的边缘轮廓；以及

其中所述异型的边缘轮廓构造成彼此互补，使得形成预定的重复的图案。

实施方案15. 根据实施方案14所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述重复的图案包括形成在所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘上的第一槽口和形成在所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘上的对应于所述第一槽口的第二槽口。

实施方案16. 根据实施方案15所述的燃气涡轮机，其特征在于，成对的所述第一槽口和所述第二槽口中的每一对对齐以形成连续的槽口；以及

其中所述连续的槽口中的每一个相对所述工作流体流径的所述纵向轴线倾斜。

实施方案17. 根据实施方案6所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃烧器的所述内径向壁与所述涡轮的所述内流径壁和所述外流径壁轴向重叠；以及

其中所述间隙包括径向间隙。

实施方案18. 根据实施方案17所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述轴向重叠包括所述外流径壁和所述内流径壁，其环绕定位在它们之间的所述内径向壁的轴向区段，其中所述径向间隙形成在所述内流径壁和所述外流径壁的内表面与所述内径向壁的外表面的相对应的相对的区段之间。

实施方案19. 根据实施方案18所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述径向间隙向内侧轴向地倾斜以便与穿过所述工作流体流径的工作流体的流的预期方向形成浅的角。

实施方案20. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃料喷射器定位成以便正好在所述空气流进入所述间隙之前将来自其的燃料喷射到所述空气流中。

实施方案21. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃料喷射器定位成以便在所述空气流流过所述间隙的同时将来自其的燃料喷射到所述空气流中。

实施方案22. 根据实施方案4所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃料喷射器定位成以便正好在所述空气流离开所述间隙之后将来自其的燃料喷射到所述空气流中。

实施方案23. 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，穿过所述燃烧器结束且所述涡轮开始处的界面，且然后穿过所述涡轮至后端；

间隙，其形成在所述燃烧器和所述涡轮之间的所述界面处；

燃料喷射器，其设置靠近所述间隙来用于将燃料喷射到经过所述间隙的空气流中；以及

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；

其中：

所述间隙包括存在于所述界面处的先前的泄漏路径，所述先前的泄漏路径包括扩展的流动区域，以便适应按照由所述燃料喷射器喷射的所述燃料的期望喷射速率经过其的所述空气流的期望水平；

所述间隙包括轴向间隙，其由刚性地附接至所述燃烧器的结构限定至前侧，由刚性地附接至所述涡轮的结构限定至后侧；以及

所述间隙与所述压缩机排放腔流体连通，使得流过所述间隙的所述空气流源自所述压缩机排放腔。

当结合附图和所附权利要求书时，在查看了优选实施例的以下详细描述之后，本申请的这些和其他特征将变得明显。

附图说明

结合附图，通过仔细研究本发明的示例性实施例的以下更详细的描述，此发明的这些和其他特征将被更完整地理解和领会，在附图中：

图1是其中可使用本发明的实施例的一种类型的示例性燃气涡轮机的截面示意性表示；

图2是常规燃烧器和其中可使用本发明的实施例的一种类型的包围系统的截面示意性图示；

图3是具有分级喷射系统的常规燃烧器的截面示意性表示；

图4是常规分级燃烧系统的截面示意性表示，提供了工作流体路径在其继续到发动机的涡轮区段中时的描绘；

图5是根据常规设计的燃烧器和涡轮区段之间的界面的简化截面表示；

图6是根据本发明的示例性实施例的燃烧器和涡轮区段之间的界面的简化截面表示；

图7是根据本发明的示例性实施例的燃烧器和涡轮区段之间的界面的简化截面表示；

图8是根据本发明的备选实施例的燃烧器和涡轮区段之间的界面的简化截面视图；

图9是根据本发明的示例性实施例的由图8的虚线标识的区域的放大视图；

图10是由图8的虚线标识的区域的本发明的备选实施例；

图11是由图8的虚线标识的区域的本发明的备选实施例；

图12是由图8的虚线标识的区域的本发明的备选实施例；

图13是由图8的虚线标识的区域的本发明的备选实施例；以及

图14是沿图13的13-13截取的截面视图。

具体实施方式

本发明的各方面和优点在以下说明中阐述，或者可由该说明而显而易见，或者可通过实践本发明而获悉。现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或更多示例在附图中图示。详细描述使用数字编号来指代图中的特征。图和描述中相同或相似的编号被用来指本发明的实施例中相同或相似的部分。如将会理解的那样，每个示例都作为本发明的解释而非本发明的限制提供。实际上，对于本领域技术人员将会明显的是在本发明中可做出各种改型和变型而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分图示并描述的特征可用在另一实施例上来产生又其他的实施例。因此，其意图在于本发明覆盖落入所附权利要求书及其等价物范围内的此类改型和变型。应该理解的是本文所提的范围和极限包括位于所规定的极限范围内的全部子范围，包括极限本身，除非另外指出。另外，某些术语已经被选择来描述本发明及其构件子系统和部分。尽可能地，这些术语都基于对于本技术领域常见的专业术语而选择。另外，将会理解的是这样的术语常面临不同的解释。例如，在本文可能作为单个构件提及的，在其他的地方可能作为由多个构件组成而提及，或者，在本文可能作为包括多个构件而提及的，在其他的地方可能作为单个构件而被提及。因而，在理解本发明的范围时，应不仅注意使用的特定术语，还应该注意相伴的描述和上下文，以及所提及并描述的构件的构造、功能和/或用途，包括该属于涉及若干附图的方式，以及当然，该术语在所附权利要求书中的精确使用。另外，当以下示例关于特定类型的燃气涡轮机或涡轮发动机呈现时，如相关技术领域的普通技术人员将会理解的那样，本发明的术语也可应用于其他类型的涡轮发动机。

贯穿此申请可使用若干描述性术语以便解释涡轮发动机和/或包括在其中的若干子系统或构件的运行，并且其也可证明对在此部分的开始限定这些术语是有益的。因此，除非另外指出，否则这些术语以及它们的定义如下。术语“前向”和“后”或“后向”，在没有进一步特殊性的情况下，指相对于燃气涡轮机的定向的方向的方向。因此，“前向”指的是发动机的压缩机端，而“后向”指的是朝向发动机的涡轮端的方向。因而这些术语的每一个都可以用来指沿着机械或其中的构件的纵向中心轴线的运动或相对位置。术语“下游”和“上游”用来指规定的导管内相对于穿过其移动的流的总体方向的位置。如将会理解的那样，这些术语指相对于正常操作期间穿过指定的导管预期的流的方向的方向，其对于本领域技术人员是显而易见的。因而，术语“下游”指流体沿其流过指定导管的方向，而“上游”指其相反的方向。因而，例如，穿过燃气涡轮机的工作流体的主要的流，其在空气移动穿过压缩机时开始，并且然后变成燃烧器内的燃烧气体并超出，可描述为在朝向上游或压缩机的前向端的上游位置开始，并且终止于朝向涡轮的下游或后向端的下游位置。

关于描述普通类型燃烧器内的流的方向，如以下更详细地讨论的那样，将会理解的是，压缩机排放空气典型地通过朝向燃烧器的后向端集中(相对于燃烧器的燃烧器纵向中心轴线以及限定前向/后向区别的前述压缩机/涡轮定位)的冲击端口进入燃烧器。一旦在燃烧器中，压缩的空气就由围绕内部室朝向燃烧器的前向端形成的流环道(flowannulus)引导，空气流在前向端处进入内部室且，反转其流动方向，向燃烧器的后向端行进。在又另一个上下文中，穿过冷却通道或通路的冷却剂的流可以以相同的方式处理。

另外，给定的围绕中心公共轴线的压缩机和涡轮的构造，以及围绕对于许多燃烧器类型典型的中心轴线的圆柱形构造，在本文可使用描述相对于此类轴线的位置的术语。在这方面，将会理解的是术语“径向”指的是垂直于轴线的运动或位置。与此相关，可能要求描述距中心轴线的相对距离。在此情况下，例如，如果第一构件在比第二构件更靠近中心轴线的位置，则第一构件将会被描述成第二构件的“径向向内”或者“内侧”。一方面，如果第一构件在比第二构件距中心轴线更远的位置，则第一构件在本文将会被描述成第二构件的“径向向外”或者“外侧”。另外，如将会理解的那样，术语“轴向”指的是平行于轴线的运动或位置，而术语“周向”指的是围绕轴线的运动或位置。如所提及的那样，虽然这些术语可相对于延伸穿过发动机的压缩机和涡轮区段的公共中心轴线应用，但是这些术语也可关于可能合适的发动机的其他构件或子系统而使用。最后，术语“转子叶片”，在没有其他特定性的情况下，指的是压缩机或涡轮的旋转叶片，其包括压缩机转子叶片和涡轮转子叶片两者。最后，术语“定子叶片”，在没有其他特定性的情况下，指的是压缩机或涡轮的静止叶片，其包括压缩机定子叶片和涡轮定子叶片两者。术语“叶片”在本文将用来指任一类型的叶片。因此，在没有进一步特定性的情况下，术语“叶片”包括全部类型的涡轮发动机叶片，包括压缩机转子叶片、压缩机定子叶片、涡轮转子叶片和涡轮定子叶片。

作为背景，现在参考附图，图1图示了示例性燃气涡轮机10，其中可使用本申请的实施例。本领域技术人员将会理解的是，本发明可不限于在该特定类型的涡轮发动机中使用，并且，除非另外指出，否则所提供的示例不意味着是如此限制性的。通常，燃气涡轮机通过从加压的热气体流提取能量操作，热气体由压缩的空气流中的燃料的燃烧产生。如图1中所示出的，燃气涡轮机10可包括轴流式压缩机11，轴流式压缩机11经由公共的轴或转子机械地联接到下游涡轮区段或涡轮12，其中燃烧器13定位在它们之间。如图所示，燃气涡轮机10的公共的轴形成延伸穿过压缩机11和涡轮12的中心轴线18。

压缩机11可包括多个级，其每一个都可包括一排压缩机转子叶片14，继之以一排压缩机定子叶片15。因此，第一级可包括一排压缩机转子叶片14(其围绕中心轴线18旋转)，继之以一排压缩机定子叶片15(其在运行期间保持静止)。涡轮12也可包括多个级。在图示示例性涡轮12的情况下，第一级可包括一排喷嘴或涡轮定子叶片17(其在运行期间保持静止)，继之以一排涡轮轮叶或转子叶片16(其在运行期间围绕中心轴线18旋转)。如将会理解的那样，其中一排内的涡轮定子叶片17通常是彼此周向隔开并且关于旋转轴线固定的。涡轮转子叶片16可安装在转子轮或盘上用于围绕中心轴线18旋转。将会理解的是涡轮定子叶片17和涡轮转子叶片16位于涡轮12的热气体路径中，并且与移动穿过其的热气体相互作用。

在一个操作示例中，转子叶片14在轴流式压缩机11内的旋转压缩空气流。在燃烧器13中，当压缩的空气流与燃料混合并被点燃时，释放能量。得到的来自燃烧器13的热燃烧气体流(其可被称为工作流体)然后被指引到涡轮转子叶片16上，其中其流动引起转子叶片16围绕轴旋转。以这种方式，工作流体的流的能量被转换成旋转叶片和旋转轴的机械能，考虑到转子叶片和轴之间经由转子盘的连接。轴的机械能然后可被用来驱动压缩机转子叶片的旋转，使得产生所需的压缩的空气的供应，以及也例如驱动用于电力生产的发电机，如在发电应用中将出现的情况那样。

图2提供了常规燃烧器13和包围结构的简化横截面视图。如将会理解的那样，燃烧器13可轴向地限定在头端19和后框架20之间，头端19定位在燃烧器13的前端处，而后框架20定位在燃烧器13的后端处，并且起作用来将燃烧器13连接到涡轮12上。前喷射器21可朝向燃烧器13的前端定位。如本文所用，前喷射器21指燃烧器13中的最前面的燃料和空气喷射器，其典型地用作用来混合燃料和空气用于在燃烧器13的燃烧区内燃烧的主要构件。前喷射器21可连接到燃料线22上并包括喷嘴23。前喷射器21的喷嘴23可包括任何类型的常规喷嘴，诸如微混合器喷嘴，具有涡流或漩涡喷嘴构造的喷嘴，或者满足本文所讨论的功能性的其他类型的喷嘴。更具体地，如以下更详细地讨论的那样，喷嘴22构造成与如美国专利8,019,523中所描述的分级喷射系统相兼容，该专利通过引用而整体结合在此处。如图示的那样，头端19可提供各种歧管、装置和/或燃料线22，燃料穿过它们可被输送到前喷射器21。如图所示，前端19也可包括端盖27，其如将会理解的那样，形成限定在燃烧器13内的大内腔的前轴向边界。

如图所示，限定在燃烧器13内的内腔可再分成若干较小的空间或室。这些室可包括空气流或空气指引结构(诸如壁、端口等)，其构造成沿期望的流路径指引压缩的空气和燃料/空气混合物的流。如以下将更详细地讨论的那样，燃烧器13的内腔可包括内径向壁24和围绕内径向壁24形成的外径向壁25。如图所示，内径向壁24和外径向壁25可构造成使得在其间限定流环道26。如进一步图示的那样，在限定在内径向壁24内的区域的前向端，可限定前向室28，且在前向室28的后向，可限定后向室29。如将会理解的那样，前向室28由内径向壁24的区段限定，该区段是称作盖组件30的构件的一部分。如将会理解的那样，后向室29可限定一区域，在该区域内在前喷射器21内聚集的燃料和空气混合物被点燃并燃烧，并且因而该区域也可被称作燃烧区。将会理解的是，假定为此布置，前向室和后向室28，29可被描述成在它们的构造中轴向地堆叠。如将会理解的那样，除非另外特别地限制，否则本发明的燃烧器13可布置成环形燃烧器或者罐－环形燃烧器。

如图所示，盖组件30可从其与端盖27形成的连接向后延伸，并且大体上被外径向壁25的轴向区段包围，该轴向区段在本文中可被称作燃烧器壳体31。如将会理解的那样，燃烧器壳体31可正好形成在盖组件30的外表面外侧并且对其成隔开关系。以这种方式，盖组件30和燃烧器壳体31可在它们之间形成流环道26的轴向区段。如以下更多讨论的那样，流环道26的此区段可称作盖组件区段。如将会理解的那样，盖组件29还可容纳并且结构上支撑前喷射器21的喷嘴23，前喷射器21可定位在盖组件30的后端处或附近。假定为此构造，盖组件30可被描述为被分段成两个较小的、轴向堆叠的区域，其中它们的第一区域是前向区域，其构造成接收来自流环道26的压缩的空气流。盖组件30内的第二区域是在其中限定了喷嘴23的后向区域。

出现于前喷射器21正下游的后向室或燃烧区39可周向地由内径向壁24的轴向区段限定，该轴向区段取决于燃烧器的类型可被称作衬套32。从衬套32开始，后向室29可向后延伸穿过内径向壁24的下游区段，该下游区段可被称作过渡件34。如将会理解的那样，内径向壁24的此轴向区段向燃烧器13与涡轮12形成的连接指引热燃烧气体的流。尽管其他的构造是可能的，但在过渡件34内后向室29(即燃烧区29)的横截区域可被构造成从衬套32的典型地圆形形状平滑地过渡至过渡件34的更加环状的形状，其对于以期望的方式将热气体流指引到涡轮叶片上是必需的。如将会理解的那样，衬套32和过渡件34可构造成分离地形成的构件，它们经由一些常规方式(诸如机械附接)而连结。但是，根据其他设计，衬套32和过渡件34可形成为整体构件或单一体。因此，除非另外指出，否则对内径向壁24的引用应被理解为包括任一备选方式。

如所提及的那样，外径向壁25可包围内径向壁24，使得在其间形成流环道26。根据示例性构造，在内径向壁24的衬套32区段周围定位的是可称作衬套套管33的外径向壁25的区段。尽管其他的构造也是可能的，但是衬套32和套管33形状可为圆柱形的并且同心地布置。如图所示，形成在盖组件30和燃烧器壳体31之间的流环道26的区段可连接到限定在衬套32和衬套套管33之间的流环道26上，并且以这种方式，流环道26向后延伸(即，朝向到涡轮12的连接)。如图所示，以类似的方式，在内径向壁24的过渡件34区段周围定位的是可称作过渡套管35的外径向壁25的区段。如图所示，过渡套管35构造成包围过渡件34，使得流环道26进一步向后延伸。如将会理解的那样，由衬套32/衬套套管33以及过渡件34/过渡套管35限定的流环道26的区段包围燃烧区29组装。因而，流环道的这些区段可一起称作燃烧区区段。

根据提供的示例，将会理解的是流环道26在前端和后端之间轴向地延伸，前端限定在头端19的端盖27处，后端在后框架20附近。更具体地，将会理解的是内径向壁24和外径向壁25(如可由盖组件30/燃烧器壳体31，衬套32/衬套套管33，以及过渡件34/过渡套管35对的每一对限定)可被构造成使得流环道26在燃烧器13的大部分轴向长度上延伸。如将会理解的那样，像衬套32和过渡件34一样，衬套套管33和过渡套管35可包括分离地形成的构件，它们经由一些常规方式(诸如机械附接)而连结。但是，根据其他设计，衬套套管33和过渡套管35可作为整体构件或单一体一起形成。因此，除非另外指出，否则对外径向壁25的引用应被理解为包括任一备选方式。

衬套套管33和/或过渡套管35可包括多个冲击端口41，冲击端口41允许燃烧器13外的压缩的空气进入流环道26。将会理解的是，如图2中所示，压缩机排放壳体43可限定燃烧器13周围的压缩机排放腔44。根据常规设计，压缩机排放腔44可构造成从压缩机11接收压缩的空气供应，使得压缩的空气穿过冲击端口41进入流环道26。如将会理解的那样，冲击端口41可构造成冲击进入燃烧器13的空气流，使得产生快速移动的空气射流。这些空气射流可相对内径向壁24的外表面成列(train)——如刚才所描述的，内径向壁24可包括衬套32和过渡件34，或者整体的单一体——以便在运行其间对流冷却内径向壁24。根据常规设计，一旦在流环道26中，压缩的空气则典型地被引向燃烧器13的前端，在那里经由形成在盖组件30中的一个或更多盖入口45，空气流进入盖组件30的前向区。一旦处在盖组件30中，则压缩的空气然后可被引向前喷射器21的喷嘴23，如所提及的那样，在那里压缩的空气与燃料混合以用于在燃烧区内燃烧。

图3图示了具有分级喷射系统50的燃烧器13的视图，其使得能够向后或向下游将燃料和/或空气喷入燃烧区29。将会理解的是这样的燃料和空气喷射系统通常被称作补充喷射系统、延迟-贫喷射系统、轴向分级喷射系统等。如本文所用，这些类型的燃料和空气喷射器、喷射系统和/或与之相关的构件的不同方面将被大体上无限制地(除了本文所提供的)称作“分级喷射系统”。图3的分级喷射系统50与示例性常规设计一致并且仅提供成将涉及分级燃料/空气喷射的概念引入涡轮燃烧系统中。如将认识到的，这些概念可应用于解释和理解如图6到14中陈述的本发明的发明的运行。

如将会理解的那样，已经为了多种原因开发出用于燃气涡轮机的燃烧器的分级喷射系统，包括为了降低排放。虽然对于燃气涡轮机的排放水平取决于许多标准，但重要的一条与燃烧区内反应物的温度相关，其已经显示出对某些排放水平影响更大，诸如NOx。将会理解的是燃烧区中反应物的温度与燃烧器的出口温度成比例地相关，其对应于在此类布雷顿循环类型发动机中更高的压力比和改善的效率水平。因为已经发现NOx的排放水平与反应物温度有着强烈而直接的关系，所以现代的燃气涡轮机已经能够仅通过例如先进的燃料喷嘴设计和预混合之类的技术进步而保持可接受的NOx排放水平，同时保持升高的点火温度。在这些进步之后，已经采用下游或分级喷射来使得能够进一步升高点火温度，因为发现在较高温度下反应物在燃烧区内较短的驻留时间降低了NOx水平。

在运行中，如将会理解的那样，此类分级喷射系统典型地在典型地是在燃烧器前端处的主喷射点的下游引入燃烧器总空气和燃料供应的一部分。将会理解的是喷射器的此类下游定位减少了燃烧反应物在燃烧器内保持在火焰区域的较高温度下的时间。这就是说，由于穿过燃烧器的流的基本恒定的速度，缩短反应物在离开火焰区之前行进的距离导致那些反应物驻留在燃烧器内最高温度内的减少的时间，这继而减少了NOx的形成并且降低了对于发动机的整体NOx排放水平。这例如已经允许将燃料/空气混合或预混合技术与下游喷射的减少的反应物驻留时间相联接的先进燃烧器设计，以实现燃烧器点火温度更进一步的增加，并且重要的是，更高效的发动机，同时也保持可接受的NOx排放水平。如将会理解的那样，还有限制可进行下游喷射的方式和程度的其他考虑。例如，下游喷射会促使CO和UHC的排放水平升高。就是说，如果燃料以太大的数量在燃烧区中下游太远的位置喷射，这可能导致燃料的不完全燃烧或CO的不充分燃尽。因此，虽然关于延迟喷射的基本原理以及其如何使用来影响某些排放可能是通常已知的，但设计的障碍依然是此策略如何可以最佳利用以便使得能够实现更高效的发动机。然而，随着这些障碍被克服，并且随着将更大百分比的燃料和空气转向下游或者轴向分级喷射器的更大机会的实现，用来将整体质量流指引穿过燃烧器的更多高效的方式可允许与降低跨越燃烧器的总体压降以及改善冷却空气的效率和使用和减少泄漏损失的空气相关的性能优势。

在一个示例性构造中，如图3中所示，分级喷射系统50可包括前喷射器21以及一个或更多分级喷射器51。如本文所用，分级喷射器51是从前喷射器21向后轴向地分开的喷射器。根据一个示例性布置，每个分级喷射器51都可包括连接到喷嘴53上的燃料通路52。在喷嘴53内，产生燃料/空气混合物用来喷射到燃烧区的下游部分中。如图所示，燃料通路52可包含在燃烧器13的外径向壁25内，但是用于燃料输送的其他装置和方法也是可能的。燃料通路52可沿总体向后的方向在出现在头端19附近的到燃料源的连接和与分级喷射器51的喷嘴53的连接之间延伸。尽管其他的构造对于此类系统50的分级喷射器51也是可能的，但是在提供的示例中，可将多个分级喷射器51定位在燃烧区29的周边周围。如图所示，分级喷射器51的轴向定位可接近衬套32/衬套套管33组件的后端。每个分级喷射器51均可包括喷嘴53。根据提供的示例，喷嘴53可构造成跨越流环道26或与之相交而延伸的管。此管可构造成指引穿过其的流以用于喷入燃烧区29。更具体地，喷嘴53的管的外侧端可向形成的压缩机排放腔和/或端口开口，压缩机排放腔和/或端口与流环道26流体地连通，并且因此喷嘴53的管可接收加压的空气流。如以下更多讨论的那样，喷嘴53还可包括穿过管结构的侧面形成的燃料端口，其可将燃料喷入移动穿过其的加压的空气。以这种方式，每个分级喷射器51都可起作用来将空气和燃料供应聚集并混合，且然后将得到的混合物喷入燃烧区。

如图3中提供的示例中所示，分级喷射系统50可包括围绕燃烧器13的后向室29周向地隔开的若干分级喷射器51。这些喷射器51可整体结合到衬套32/衬套套管32组件中(或者，更一般地，内径向壁24/外径向壁25组件)。分级喷射器51可阵列成使得燃料/空气混合物在围绕燃烧区多个周向隔开的点处被喷射。如图所示，分级喷射器51可定位在相同或共同的轴向位置处。就是说，多个分级喷射器51可围绕沿燃烧器13的纵向或中心轴线57近似相同的轴向位置定位。对于此构造，分级喷射器51可被描述为定位在公共平面上，或者如本文将会指出的那样，如图4中所示的喷射基准平面58。如将会理解的那样，可将分级喷射器51对齐，使得喷射基准平面58大致与中心轴线57垂直。在所示的示例性构造中，喷射基准平面58定位在衬套32/衬套套管33组件的后端处。

根据本构造，如以下将更详细地讨论的那样，提出了分级喷射器51的特定放置。通常，分级喷射器51相对于前喷射器21向后轴向地隔开，以便沿工作流体流径具有离散的轴向位置。分级喷射器51的此放置可沿流径的中心轴线57在轴向范围内限定。根据期望的性能特性可选择此类放置。另外，如本文将会提供的那样，分级喷射器51的轴向定位可包括沿着燃烧器13的后向室39的位置以及在涡轮12的前向级内限定的位置。

现在参考图4，提供了燃烧器13和涡轮12的前向级的横截面视图，并且，参考其内部描绘的区域，图4可用于限定分级喷射系统和燃烧器运行的各方面相关的燃气涡轮机10的燃烧器13和涡轮区段12内的定位术语。首先，为了限定燃烧器13内的轴向定位，将会理解的是燃烧器13和涡轮12限定了工作流体流径37，工作流体流径37围绕纵向中心轴线57从被燃烧器13中的前喷射器21限定的上游端穿过涡轮12中的下游端延伸。因此，分级喷射器51和其他构件的定位可根据沿着工作流体流径37的此中心轴线57的位置限定。

如所示出的那样，在图4中限定了某些垂直基准平面，以便提供在工作流体流径37内与轴向定位相关的清楚性。如图所示，这些平面的第一个是靠近燃烧器13的头端19限定的前基准平面67。具体地，前基准平面设置在燃烧区29的前端处，即，在限定于内壁24内的前向室28和后向室29之间的边界处。描述前基准平面67的定位的另一种方式是其大致位于前喷射器21的喷嘴23的下游端处，或者备选地，在工作流体流径37的前端处。第二基准平面是中间基准平面68。该中间基准平面68定位在燃烧器13的后向室29的大致轴向中点处，即，大概前喷射器的喷嘴23和燃烧器13的下游端(其可为后框架20)之间的半路处。在燃烧器13包括之前所述的衬套32/过渡件34组件的情况下，将会理解的是燃烧器中间平面68可出现在这些组件连接的位置附近。这些基准平面的最后一个是后基准平面69，其如图所示可限定在燃烧器13的后端处。如将会理解的那样，后基准平面69标出了燃烧器13的远侧、下游端，并且因此，如在所提供的示例中那样，可在后框架20处限定。另外，根据这些基准平面67，68，69，可指定燃烧器13和涡轮12的流径内的具体区域，其也在图4中被指示。因此，如所示出的那样，上游燃烧区70显示为出现在前基准平面67和中间基准平面68之间。其次，下游燃烧区域71被显示为出现在中间基准平面68和后基准平面69之间。最后，涡轮燃烧区72是指示为穿过涡轮12内的第一级叶片16，17从末端基准平面69出现的区域。如将会看到的那样，这些区域70，71，72的每一个在图5上都被独特的交叉阴影图案彼此绘出。

出于示例性目的，图4还示出了分级喷射器52的一个级在上述区域70，71，72的每个区域内的可能位置。如将会理解的那样，为了清楚的目的，与图4中示出的一个示例性分级喷射器相比，分级喷射器51已经被图形上简化了。应该理解的是分级喷射器51的这些级的每个级都可单独使用，或者与其他级的一个或两个合作使用。如图所示，分级喷射器51的第一级显示为围绕位于上游燃烧区70内的喷射基准平面58周向地隔开。分级喷射器51的第二级显示为围绕位于下游燃烧区71内的第二喷射基准平面58周向地隔开。并且最后分级喷射器51的第三级显示为围绕位于涡轮燃烧区72内的第三喷射基准平面58周向地隔开。因此，分级喷射器51的一个或更多级可设置在前喷射器21的下游。

在任何前述位置处的分级喷射器51均可常规地构造用于喷射空气、燃料或空气和燃料两者，并且可在每个轴向位置处提供多个，使得产生围绕喷射基准平面58的喷射器的阵列。虽然图4中图形上被简化了，但是本发明的分级喷射器51除非另外指出，否则应被理解为包括任何类型的常规喷射器，如相关技术领域的普通技术人员将会理解的那样，其对于本文所述的功能是适用的。对于位于上游燃烧区70或下游燃烧区71内的分级喷射器51，每个都可结构上被内径向壁24和/或外径向壁25支撑，并且在一些情况下，可突出到燃烧区70，71中，或者像图4的示例一样，分级喷射器51可包括喷嘴53，喷嘴53具有相对于内径向壁24平齐定位的端部。如将会理解的那样，分级喷射器51可构造成沿大致横向于穿过过渡区的主要流方向的方向喷射空气和燃料。位于喷射基准平面58周围的分级喷射器51在数量上可为若干个，并且围绕燃烧区70，71以规则的间隔定位，用于喷射燃料/空气的均衡分布，但是其他的构造也是可能的。

如将会理解的那样，根据本发明的某些方面，燃料和空气可以经由任何常规的方式可控制地供应给前喷射器21和每个分级喷射器51，包括以上通过引用结合的专利和专利申请以及美国专利申请2010/0170219中所提及并描述的那些方式的任何方式，该美国专利申请通过其整体引用而结合在本文中。如图4中关于限定的区域70，71，72中每个级内的其中一个分级喷射器以及前喷射器21示意性地图示的那样，分级喷射系统50可包括控制装置和相关的构件，以用于主动或被动地控制向每个喷射器输送燃料和/或空气。就是说，本发明的不同方面可包括用于分配或计量输送给分级喷射器51和/或前喷射器21之间的燃烧器13的全部燃料和空气供应的控制装置、方法、系统和构造。可包括在分级喷射系统50中的前喷射器21和不同的分级喷射器51可以以若干方式进行控制并配置，使得实现期望的操作和优选的空气和燃料分离。如图4中示意性表示的那样，这可包括经由可控制阀75主动地控制输送给每个喷射器的空气和燃料供应，但是也可使用起作用来计量相关流的任何机械致动的装置。将会理解的是主动控制可通过将可控制阀75连接到计算机化控制系统上而实现，该计算机化控制系统中控制器电气地与每个阀通讯并且从而根据控制算法操作阀设置。根据其他可能的实施例，到每个分级喷射器51以及前喷射器21的空气和燃料供应可经由向每个喷射器供应燃料和空气的燃料和空气导管的相对孔口尺寸设置而被动地控制。与分级喷射系统50相关的控制策略可包括计量不同分级喷射器51之间、分级喷射器53的不同级(如果存在)之间、不同分级喷射器51和前喷射器21之间的燃料和空气供应，或者它们全部。

现在转向图5，提供的是按照常规的燃气涡轮机10的在燃烧器13和涡轮12之间的界面123的简化截面表示。如将认识到的，存在与典型地在发动机的燃烧器13和涡轮12区段之间形成的泄漏流径(见箭头124)有关的正在进行的设计问题。如所指出的，该泄漏流径可允许压缩机排放壳体44内的空气完全绕过燃烧器13，且直接流入工作流体流径37。如之前描述的，且出于解释的目的，工作流体流径37可延伸穿过燃烧器13和涡轮12，且可由流径壁108限定和被包含在流径壁108内。穿过涡轮12的工作流体流径37的截面可外形为环形的，且因此，可描述为包括内流径壁108a和外流径壁108b。穿过燃烧器13，流径壁108可对应于之前描述的内径向壁124。

如应理解的是，泄漏路径(见箭头124)是由界面123固有的若干因素造成的，这些因素使密封该区域有问题。这些因素中的一个涉及该区域中的燃烧器13和涡轮12组件的复杂性，其源于将穿过燃烧器13和涡轮12的相异的流径带到一起。更具体地，尽管涡轮12的工作流体流径37是环形地成形的，但典型的燃烧器13布置包括若干圆柱形地成形的单元，其供给限定在涡轮12的上游端处的环形流径的节段。这就是说，典型的燃烧器构造包括围绕发动机10的中心轴线沿周向定位的若干圆柱形单元。这些单元中的每一个将燃烧产物(即，工作流体)供应至限定在涡轮12的环形地成形的流径的上游端处的对应的环形节段。因此，燃烧器单元中的每一个过渡至根据环形节段中的一个成形的下游端，且单元布置成使得它们共同地接合涡轮12的整个环形形状。如将认识到的，这产生许多接线和接头，泄漏路径可展开穿过这些接线和接头。另外，涡轮12的上游端典型地由初始级的定子叶片17的抵接侧壁限定，这导致产生更多的接线和接头。如将理解的是，该整体布置导致具有许多可能的泄漏路径的复杂组件。

使密封界面123变得困难的另一显著因素是在正常发动机操作期间发生的在燃烧器13和涡轮12之间的移动。该移动至少部分地由各个发动机区段对瞬态操作模式所具有的不同的热响应造成。将认识到的是，因为这个，任何有效的密封必须能够适应限定界面123的燃烧器13和涡轮12的表面之间的尺寸的显著变化。这显著约束了可使用的密封的类型，导致增加的密封复杂性和成本。这是由于更节省成本和耐久的密封布置中的许多不能够适应在密封的表面之间的该移动的事实引起。给定适当功能所要求的高密封复杂性，磨损变成更重要的问题，因为这些密封布置更容易受到损坏。该密封可在短期内执行良好，但是它们可快速地失去效率并常常要求替换。使事情更糟糕的是，当该区域中的密封性能受损害时，所得的泄漏水平通常是显著的。如将认识到的，由于界面的泄漏路径接收跨过燃烧器13的全压力损失的事实，因而跨过界面的泄漏路径的压差是显著的。这样，对于该泄漏水平超过燃烧器空气供应的2.5%是并非不平常的。如将理解的是，该损失的空气流是对发动机性能的直接打击。如果穿过该泄漏流径损失的空气流用在燃烧过程中，或备选地用于冷却热气体路径构件，则将改善发动机效率。例如，如果该损失的空气可用在燃烧过程(诸如输入到下游或分级喷射器)，则发动机点火温度可显著地增加而基本没有排放恶化。

现在特别地参考图6到14，现在将讨论本发明的若干实施例。根据以下实施例，本应用教导界面123处的泄漏流径可如何以类似于上面讨论的分级喷射器51的方式采用。更具体地，本发明包括燃料喷射器126，其定位成用于结合界面123处的泄漏流径使用，界面123处的泄漏流径已经增强或扩展来形成间隙125，它们一起用于将燃料和空气喷射到工作流体流径37中。因此，现在特别地注意图6和7，间隙125可形成在燃烧器13和涡轮12之间的界面123处。如上所述，间隙125可呈现在界面123处的扩展的或增大的泄漏流径的形式。根据本发明，该之前的泄漏流径可扩展以形成间隙125。间隙125可如此构造以适应在通过燃料喷射器126给定燃料的预定喷射速率下穿过其的空气流的期望水平。根据优选的实施例，间隙125形成为轴向间隙。在这种情况下，间隙125可通过刚性地附接至燃烧器13或是燃烧器13的部分的结构限定至前侧，且通过刚性地附接至涡轮12或是涡轮12的部分的结构限定至后侧。备选地，如下面更加讨论的，间隙125还可形成为径向间隙125。如将认识到的，间隙125可与压缩机排放腔44流体连通，使得流过间隙125的空气流来源于压缩机排放腔44。

如所示出的，燃料喷射器126可定位成用于将燃料喷射到经过间隙125的空气流中。例如，如图6中所示，燃料喷射器126可附接至与燃烧器13相关联的结构。在这种情况下，如所示出的，燃料喷射器126可整体结合到后框架20中。例如，燃料喷射器126可经由形成在燃烧器13的外径向壁25中的燃料通路52来接收燃料的供应。燃料通路52可连接至环形燃料气室128，其形成在供给一个或更多个燃料端口129的后框架20内。根据备选的实施例，如图7中所示，燃料喷射器126可附接至与涡轮12相关联的结构或整体结合在该结构内。在这种情况下，例如，燃料喷射器126可包括环形燃料气室128，其附接至外流径壁108a的外表面。如进一步所示出的，燃料喷射器126可定位靠近间隙125。然而，燃料喷射器126相对于间隙125的准确位置可取决于备选实施例而稍微改变。根据某些优选的情况，燃料喷射器126定位以便正好在空气流进入间隙125之前将燃料喷射到空气流中。备选地，根据其它实施例，燃料喷射器126可定位成以便在空气流移动穿过间隙125时将燃料喷射到间隙125和空气流。如此，在空气流流过间隙125时燃料与空气流混合。燃料喷射器126还可定位成以便正好在空气流离开间隙125之后将燃料喷射到空气流中。如此，如将认识到的，间隙125和燃料喷射器126可构造成与分级喷射器51类似地起作用，如上文讨论的，且用作包括靠近燃烧器13的头端19设置的前喷射器21的分级喷射系统50的一部分。在这种情况下，如将理解的，分级喷射系统50包括前喷射器21和燃料喷射器126，其定位成以便将燃料喷射到经过间隙125的空气流中，使得燃料/空气混合物在燃烧器13的后端处喷射到工作流体流径37中。

如之前讨论的，穿过燃烧器13和涡轮12的工作流体流径37可由流径壁108限定。穿过涡轮12的工作流体流径37的截面可外形为环形的，且它可以限定在内流径壁108a和外流径壁108b之间。

穿过燃烧器13，流径壁108可对应于之前描述的内径向壁24。按照燃烧器构造的一个示例性类型，燃烧器13的内径向壁24可具有在大致圆柱形形状(在前端处)至对应于涡轮12的环形工作流体流径37的环形节段的截面形状(在后端处)之间轴向过渡的截面形状。该类型的燃烧器构造通常称为罐－环形构造。如本文中所使用的，前缘131限定涡轮12的流径壁108的最前缘。因此，内流径壁108a的前缘131a限定内流径壁108a的最前端或终止点，而外流径壁108b的前缘131b限定外流径壁108b的最前端或终止点。而且，如本文中所使用的，内径向壁24的后缘132限定为内径向壁24的最后端或终止点。如将认识到的，给定这些符号表示，本发明的间隙125可限定为存在于内流径壁108a和外流径壁108b的前缘中的一者或两者与内径向壁24的后缘132的相对应的相对的区段之间的轴向间隙125。

根据备选的实施例，燃烧器13也可被构造成环形燃烧器。在这种情况下，燃烧器13可包括连接到涡轮12的环形地成形的流径上的连续的环形地成形的流径。将认识到的是，燃烧器13之后将可以以如图6和7中对于涡轮12所示的相同的方式包括内流径壁108a和外流径壁108b。应该理解的是，虽然本文提供的某些示例讨论了罐－环状构造，但提供的图示以及所附权利要求书包括了可能的燃烧器构造(即，环形或罐－环形)中的任一个，除非另外指出。

取决于燃气涡轮机13的特定布置且按照某些备选实施例，涡轮12和燃烧器13的特定构件可分别限定之前描述的前缘131和后缘132，且因此间隙125的轴向边界。例如，在涡轮12内，定子叶片17可包括连接至翼型件113的各端的内侧壁和外侧壁，且由此将其保持就位。定子叶片17的这些内侧壁和外侧壁可构造成以便分别限定内流径壁108a和外流径壁108b的轴向区段。根据某些构造，此侧壁可向前延伸以限定涡轮12内的流径壁108的前缘131。因此，在此类布置中，定子叶片17的内侧壁可形成内流径壁108a的前缘131a，而定子叶片17的外侧壁形成外流径壁108b的前缘132b。如将认识到的，定子叶片17的内侧壁、外侧壁、以及翼型件113可形成为整体构件。例如，这些构件可经由单个铸造过程形成在一起。依照另一示例性实施例，燃烧器13在最后端处包括后框架20。后框架20可构造成在限定于内径向壁24的燃烧区的后终点处结构地支撑内径向壁24。在这种情况下，根据另一示例性实施例，后框架20可构造成形成内径向壁24的后缘132。

如将认识到的，间隙125形成为使得间隙宽度135限定在内和/或外流径壁108a,b的前缘131a,b与内径向壁24的后缘132的相对应的相对的区段或多个区段之间的轴向距离。根据某些实施例，如图8和9中所示，间隙125可构造成使得间隙宽度135是基本不变的。

根据其它实施例，如图10到12所示出的，间隙125可具有可变的间隙宽度135。在这种情况下，成形的或异型的边缘可被包括在内和外流径壁108a,b的前缘131a,b，内径向壁24的后缘132的相对的区段或多个区段中的任一者，或两者上。如图10到12给定的透视图所示，异型的边缘的轮廓可以以若干方式构造。根据一个实施例，如图10中所示，异型的边缘的轮廓包括重复的三角形构造。根据另一实施例，如图11中所示，异型的边缘的轮廓可构造为平滑地成形的正弦波。如图12中所示，异型的边缘形成在内和外流径壁108a,b的前缘131a,b两者上，以及内径向壁124的后缘132的相对应的区段上。在这种场合下，异型的边缘的轮廓可构造成彼此互补，使得可对间隙125实现否则将没可能的形状或图案。根据优选的实施例，如图12中所示，互补的边缘轮廓可包括形成在内和外流径壁108a,b的前缘131a,b，以及内径向壁24的后缘132的相对的区段上的槽口138。槽口138可形成为以便放置对应，使得它们重叠和形成延伸到涡轮12和燃烧器12的结构两者中连续的槽口。在这种情况下，如所示出的，成对的对应的槽口138可布置和构造成使得它们一起形成连续的槽口，如图12中示出的。根据优选的实施例，如还示出的，由槽口138形成的连续的槽口可相对于工作流体流径37的纵向轴线倾斜。如将认识到的，这些异型的边缘可依照期望的性能优点(诸如改进的燃料/空气混合、空气动力效率、以及在燃烧器13和涡轮12之间的相对移动之后穿过间隙125的空气流水平之间的较小的变化)来构造。

根据备选的实施例，如图13和14中示出的，间隙125可形成为径向间隙139。在这种情况下，如所示出的，燃烧器13的内径向壁24可构造成与涡轮12的内和外流径壁108a,b轴向地重叠。如将认识到的，在此类情况下，轴向重叠可导致环绕燃烧器13的内径向壁24的后轴向区段的涡轮12的外和内流径壁108a,b。给定该布置，如应理解的，径向间隙139形成在内和/或外流径壁108a,b的内表面与内径向壁24的外表面的相对应的相对的区段之间。根据优选的实施例，如图14中更清楚地示出，径向间隙125可沿内侧方向轴向地倾斜。如将认识到的，该定向可允许径向间隙125关于在该位置穿过工作流体流径37的工作流体的流(这是混合损失)的方向形成更浅的喷射角，且由此提供改善的空气动力性能。

因此，如将认识到的，本发明展示了如何通过改造先前的泄漏流径使得其执行为下游燃料/空气喷射点而使先前的泄漏流径可用作性能增强特征。这就是说，本应用显示了先前的性能损害(即，由于穿过界面123的泄漏而导致损失的空气)如何可被减轻或基本消除，同时增加与下游或分级喷射相关联的性能优点。

本领域普通技术人员将会认识到的是，以上关于若干示例性实施例所描述的许多变化的特征和构造可进一步选择性地应用，以形成本发明其他可能的实施例。出于简短的目的，并且考虑了本领域普通技术人员的能力，并没有详细提供或者讨论全部可能的迭代，尽管由所附若干权利要求所包含的全部实施例的组合和可能的实施例或者其他都意在为本申请的一部分。另外，由本发明的若干示例性实施例的以上描述，本领域技术人员将会认知到改善、变化和改型。在本领域技术内的此类改善、变化和改型也意在由所述权利要求覆盖。另外，应该显而易见的是前述仅涉及所描述的本申请的实施例，且在此可做出众多变化和改型而不背离如由所附权利要求书及其等价物所限定的本申请的精神和范围。

Claims (10)

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，穿过所述燃烧器结束且所述涡轮开始所处的界面，且然后穿过所述涡轮至后端；

间隙，其形成在所述燃烧器和所述涡轮之间的所述界面处；以及

燃料喷射器，其设置靠近所述间隙来用于将燃料喷射到经过所述间隙的空气流中。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述间隙包括存在于所述界面处的先前的泄漏路径，所述先前的泄漏路径扩展成以便适应经过其的所述空气流的期望水平；以及

其中所述间隙包括轴向间隙，其由刚性地附接至所述燃烧器的结构限定至前侧，且由刚性地附接至所述涡轮的结构限定至后侧。

3.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃料喷射器包括分级喷射器，以及其中所述前喷射器和所述燃料喷射器包括分级喷射系统；

还包括：

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；

定位成以便形成所述涡轮中的一排定子叶片的周向隔开的定子叶片，所述定子叶片中的每一个包括跨越所述工作流体流径延伸的翼型件；

构造成在所述前喷射器和所述燃料喷射器之间分配燃烧器燃料供应的燃料指引结构；以及

构造成在所述前喷射器和所述间隙之间分配所述燃烧器空气供应的空气指引结构；

其中所述燃烧器包括内径向壁，其限定所述前喷射器下游的燃烧区，以及外径向壁，其围绕所述内径向壁同心地形成使得流环道在它们之间形成。

4.根据权利要求3所述的燃气涡轮机，其特征在于，还包括流径壁，其限定穿过所述燃烧器和所述涡轮的所述工作流体流径；

其中所述间隙包括限定在所述涡轮的所述流径壁的最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的最后缘之间的轴向间隙；

其中所述间隙与所述压缩机排放腔流体连通，使得流过所述间隙的所述空气流源自所述压缩机排放腔；以及

其中所述燃烧器包括环形燃烧器和罐－环形燃烧器中的一个。

5.根据权利要求4所述的燃气涡轮机，其特征在于，还包括流径壁，其限定穿过所述燃烧器和所述涡轮中的每一个的所述工作流体流径；

其中，在所述涡轮内：

所述流径壁包括内流径壁和外流径壁，所述内流径壁限定所述工作流体流径的内边界，而所述外流径壁限定所述工作流体流径的外边界，所述外流径壁围绕所述内流径壁同中心地形成，使得穿过所述涡轮的所述工作流体流径包括环形截面形状；

所述内流径壁的前缘包括所述内流径壁的前终止点；以及

所述外流径壁的前缘包括所述外流径壁的前终止点。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃烧器包括罐－环形燃烧器；

其中所述燃烧器的所述内径向壁包括在前端处大致圆柱形形状至对应于所述界面处所述涡轮的所述工作流体流径的环形形状的节段的截面形状的后端处的截面形状之间轴向过渡的截面形状；

其中，在所述燃烧器内：

所述流径壁包括所述内径向壁；且

所述内径向壁的后缘包括所述内径向壁的后终止点；以及

其中所述轴向间隙限定在所述涡轮内的所述内流径壁和所述外流径壁的所述前缘中的至少一者与所述燃烧器内的所述内径向壁的所述后缘的相对应的相对的区段之间。

7.根据权利要求5所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述燃烧器包括环形燃烧器；

其中，在所述燃烧器内：

所述流径壁包括内流径壁和外流径壁，所述内流径壁限定所述工作流体流径的内边界，而所述外流径壁限定所述工作流体流径的外边界，所述外流径壁围绕所述内流径壁同中心地形成，使得穿过所述燃烧器的所述工作流体流径包括环形截面形状；

所述内流径壁的后缘包括所述内流径壁的后终止点；以及

所述外流径壁的后缘包括所述外流径壁的后终止点；以及

其中所述轴向间隙限定在以下两者之间：i) 所述燃烧器的所述内流径壁和所述外流径壁的所述后缘中的至少一者；以及ii) 所述涡轮的所述内流径壁和所述外流径壁的所述前缘中的至少一者。

8. 根据权利要求4所述的燃气涡轮机，其特征在于：

所述定子叶片的所述翼型件附接至内侧壁和外侧壁，其分别限定所述涡轮的所述内流径壁和所述外流径壁的轴向区段；以及

所述燃烧器包括后框架，其构造成支撑所述燃烧区的后端处的所述燃烧器的所述流径壁；

其中：

所述定子叶片的所述内侧壁和所述外侧壁中的至少一个形成所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘；以及

所述后框架形成所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘。

9. 根据权利要求8所述的燃气涡轮机，其特征在于，对于所述定子叶片中的每一个，所述内侧壁、所述外侧壁、以及所述翼型件包括整体形成的构件。

10.根据权利要求4所述的燃气涡轮机，其特征在于，所述间隙包括间隙宽度，其表示在所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘之间的轴向距离；以及

其中所述涡轮的所述流径壁的所述最前缘和所述燃烧器的所述流径壁的所述最后缘构造成使得所述间隙宽度是基本不变的。