CN101988430A

CN101988430A - 燃气轮机

Info

Publication number: CN101988430A
Application number: CN2010101095123A
Authority: CN
Inventors: 武桢; 李庆民; 邵俊杰
Original assignee: MA'ANSHAN KEDA CLEAN ENERGY CO Ltd
Current assignee: MA'ANSHAN KEDA CLEAN ENERGY CO Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-03-23

Abstract

本发明提供一种燃气轮机，包括压气机和涡轮机，还包括：燃烧室，所述燃烧室包括外壳和陶瓷材料制成的配风筒；所述燃烧室分别与所述压气机和所述涡轮机连接；所述压气机产生的高压气体全部进入所述配风筒内，用于与所述配风筒内的燃料进行混合参与燃烧。本发明提供的燃气轮机，减少了压气机冷却气体供气从而减少了压气机的消耗，并使压气机产生的高压气体全部进入燃烧室中的配风筒内用于燃烧，从而提高了燃气轮机的效率。

Description

燃气轮机

技术领域

本发明实施例涉及机械技术领域，尤其涉及一种燃气轮机。

背景技术

目前，使用于发电领域的燃气轮机均继承于航空领域中的喷射式飞机所使用的燃气轮机，该燃气轮机一般包括压气机、燃烧室和涡轮机组成，其中，燃烧室包括外壳和配风筒，外壳和配风筒由耐高温的合金材料制成，并且外壳将配风筒密封包裹住。通过压气机将空气压缩为高压气体，进而高压气体在燃烧室的配风筒内与燃料混合参与燃烧形成高压高速气体，最后高压高速气体将带动涡轮机进行旋转发电。

在燃气轮机的工作过程中，将会有很大一部分能量用于对燃烧室进行降温，以防制成燃烧室的合金材料因高温而导致损坏。以一台总输出功率为7MW的燃气轮机为例，其中，驱动发电机所需的功率为2MW，而剩余的5MW用于驱动压气机产生高压气体。而在压气机产生的高压气体中，将有5％-40％的高压气体将用于冷却燃烧室，以保护燃烧室不至于损坏。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术燃气轮机中的燃烧室，都需要利用压气机产生的高压气体对燃烧室进行冷却，使现有技术燃气轮机的一大部分能量被消耗在冷却燃烧室上，从而导致现有技术燃气轮机的效率低下。

发明内容

本发明实施例提供一种燃气轮机，用以解决现有技术中燃气轮机效率低下的缺陷，实现提高燃气轮机的效率。

本发明实施例提供一种燃气轮机，包括压气机和涡轮机，还包括：燃烧室，所述燃烧室包括外壳和陶瓷材料制成的配风筒；所述燃烧室分别与所述压气机和所述涡轮机连接；所述压气机产生的高压气体全部进入所述配风筒内，用于与所述配风筒内的燃料进行混合参与燃烧。

本发明实施例的燃气轮机，通过利用陶瓷材料制成配风筒，提高了配风筒的耐高温能力，从而使压气机产生的高压气体全部进入配风筒内与燃料混合参与燃烧，而无需留出部分高压气体对燃烧室的配风筒进行冷却。由于现有技术中使用的燃气轮机是通过飞机上使用的燃气轮机演变而来，在燃气轮机设计制造过程中，一直存在必须采用较轻的合金材料制造燃烧室的配风筒技术偏见，从而造成用于发电使用的燃气轮机依然采用耐高温性能较差的合金材料。本发明实施例的燃气轮机克服了现有技术中的技术偏见，结合用于发电使用的燃气轮机的使用环境，采用陶瓷材料制成燃烧室的配风筒，提高了燃烧室的耐高温性能，无需将部分压气机产生的高压气体用于冷却燃烧室，减少了压气机冷却气体供气以实现减少了压气机的消耗，从而显著的提高了燃气轮机的效率。

如上所述的燃气轮机，为了提高压气机所产生的高压气体的压力，并提高压气机产生高压气体的效率，所述压气机包括多个连接在一起的子压气机。

如上所述的燃气轮机，相邻两所述子压气机之间设置有储气罐。

如上所述的燃气轮机，所述子压气机为轴流风机，或离心风机，或混流风机。

如上所述的燃气轮机，为了保护燃烧室，降低从燃烧室中散发到外部的能量，燃气轮机还包括：保温装置，所述保温装置设置在所述外壳和所述配风筒之间。

如上所述的燃气轮机，所述保温装置为保温砖垒砌成的保温炉，所述保温炉固设在所述外壳上；所述保温炉的一端部开设有进气口，所述进气口与所述压气机的出气口连通；所述保温炉的另一端部开设有出气口，所述出气口与所述涡轮机的进气口连通。

如上所述的燃气轮机，为了将压风机产生的高压气体快速吹入到配风筒中，所述保温炉的一端部的侧壁上开设有至少一个所述进气口。

如上所述的燃气轮机，为了使燃烧室的耐高温能力进一步提高，所述燃烧室包括陶瓷材料制成的所述外壳。

如上所述的燃气轮机，为了使燃料在燃烧室内充分燃烧，所述燃烧室的长度为0.5米至2米。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一燃气轮机的结构示意图；

图2为本发明实施例一燃气轮机中压气机的结构示意图；

图3为本发明实施例二燃气轮机的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一燃气轮机的结构示意图。如图1所示，本实施例燃气轮机，包括压气机11和涡轮机13，还包括：燃烧室10，燃烧室10包括外壳14和陶瓷材料制成的配风筒12；燃烧室10分别与压气机11和涡轮机13连接；压气机11产生的高压气体全部进入燃烧室10内，用于与燃烧室10内的燃料进行混合参与燃烧。

具体而言，本实施例燃气轮机中的燃烧室10采用陶瓷材料制成的配风筒12，由于陶瓷材料具有耐高温性能强的特性，因此采用陶瓷材料制成的配风筒12可以无需通过压气机11产生的高压气体进行冷却，使压气机11产生的高压气体全部进入到配风筒12内，用于与配风筒12内的燃料进行混合参与燃烧。其中，本实施例中的配风筒12固设在外壳14上，具体固定方式本发明燃气轮机实施例不做限制。另外，压气机11与涡轮机13之间设置有连接轴(未图示)，该连接轴用于将压气机11与涡轮机13连接在一起，以便实现涡轮机13与压气机11之间传动连接。

现有技术中使用的燃气轮机通常由飞机上使用的燃气轮机演化而来，因此，燃气轮机的结构及材料都与飞机上的燃气轮机相同。由于受到重量的限制，在飞机上使用的燃气轮机必须使用轻质材料，因此，导致现有技术中使用的燃气轮机的燃烧室中的配风筒都采用耐高温的合金材料。由于合金材料的熔点较低，因此在燃气轮机工作过程中，需要通过压气机产生的高压气体对燃烧室的配风筒进行冷却，从而造成压气机能量的浪费，使燃气轮机的效率低下。现有技术中为了提高燃烧室的耐高温性能，也采用过在组成配风筒的合金板材之间增加隔热瓦，虽然提高了配风筒的耐高温性能，但是配风筒依然采用合金材料制成，始终需要压气机对燃烧室进行冷却。由于本实施例燃气轮机用于放置在地面上发电，本实施例燃气轮机不会受到重量上的限制，因此，本实施例燃气轮机中燃烧室10的配风筒12采用的陶瓷材料制成，克服了现有技术中存在的技术偏见。本实施例燃气轮机为了节省压气机11用于冷却配风筒12的能量，将配风筒12设置为陶瓷材料制成，使压气机11产生的高压气体全部进入到配风筒12内与燃料混合参与燃烧，无需将压气机11产生的部分高压气体用于冷却配风筒12，从而有效的提高了本实施例燃气轮机的效率。

以下结合附图1对本实施例燃气轮机的工作过程进行说明。本实施例燃气轮机的具体工作过程如下：

一、压气机11产生的高压气体通过管道151，穿过燃烧室10的外壳14进入到燃烧室10内，并通过配风筒12上开设的进气口121进入到配风筒12中。

二、通过配风筒12上的燃料进入口(未图示)将燃料喷入到配风筒12内部，燃料与高压气体充分混合后燃烧，从而将会产生高温高速的气体。

三、配风筒12中产生的高温高速的气体从出气口122吹向涡轮机13，使涡轮机13快速运转。其中，本实施例中的配风筒12产生的高温高速气体可以直接通过管道152直接吹向涡轮机13，从而使高温高速气体能够带动涡轮机13快速运转。

本发明实施例的燃气轮机，通过利用陶瓷材料制成配风筒，提高了燃烧室的耐高温能力，从而使压气机产生的高压气体全部进入配风筒内与燃料混合参与燃烧，而无需留出部分高压气体对燃烧室的配风筒进行冷却。由于现有技术中使用的燃气轮机是通过飞机上使用的燃气轮机演变而来，在燃气轮机设计制造过程中，一直存在必须采用较轻的合金材料制造燃烧室的技术偏见，从而造成用于发电使用的燃气轮机依然采用耐高温性能较差的合金材料。本发明实施例的燃气轮机克服了现有技术中的技术偏见，结合用于发电使用的燃气轮机的使用环境，采用陶瓷材料制成燃烧室，提高了燃烧室的耐高温性能，无需将部分压气机产生的高压气体用于冷却燃烧室的配风筒，减少了压气机冷却气体供气以实现减少了压气机的消耗，从而显著的提高了燃气轮机的效率。

基于上述技术方案，可选的，图2为本发明实施例一燃气轮机中压气机的结构示意图。如图2所示，为了提高压气机11所产生的高压气体的压力，并提高压气机11产生高压气体的效率，本实施例中的压气机11包括多个连接在一起的子压气机111。进一步的，相邻两子压气机111之间可以设置有储气罐112。更进一步的，本实施例中的子压气机111可以为轴流风机，或离心风机，或混流风机。

具体而言，如图1和图2所示，为了使压气机11能够产生更高压力的气体，本实施例中的压气机11可以包括多个连接在一起的子压气机111，相邻两个子压气机111之间设置有储气罐112。与大气连通的子压气机111会将空气压缩储存到第一个储气罐112中，在第一个储气罐112后的子压气机111将第一个储气罐112输出的气体压缩，最终，可以通过最后一个子压气机111将储气罐112中的高压气体再次增压并传输到燃烧室10中。此时，进入到燃烧室10中的高压气体的压力将显著增高，更有利于燃料的充分燃烧。同时，由于进入到燃烧室10内的气体压力已经增高，该气体在与燃料混合参与燃烧后，能够形成速度更快、压力更高的气体，从而使涡轮机能够更加快速的运转。

进一步的，为了使本实施例中的燃烧室10的耐高温能力进一步提高，本实施例中的燃烧室10可以包括陶瓷材料制成的外壳14。具体的，通过采用陶瓷材料制成的外壳14，使整个燃烧室10的耐高温性能进一步的提高，更有利于提高燃气轮机的效率。

更进一步的，本实施例中的燃烧室10的长度可以为0.5米至2米。具体的，为了使燃料在燃烧室10内充分燃烧，本实施例中的燃烧室10的长度可以适当增长，从而使燃料能够有足够的时间充分燃烧。

本实施例燃气轮机，通过将多个子压气机和储气罐连接在一起形成一个总的压气机，使压气机能够输出更高压力的气体，从而使燃烧室内的燃料能够更加充分的燃烧，实现燃烧室排出压力更大、速度更快的气体以推动涡轮机运转，更有利于提高燃气轮机的效率。通过采用陶瓷材料制成的燃烧室的外壳，可以使整个燃烧室的耐高温性能进一步的提高，更有利于提高燃气轮机的效率。另外，通过增长燃烧室的长度，可以使燃料能够有足够的时间充分燃烧，从而能够更加高效的利用燃料，有利于节省能源。

实施例二

图3为本发明实施例二燃气轮机的结构示意图。如图3所示，本实施例燃气轮机基于上述实施例一，其区别在于，本实施例燃气轮机还包括：保温装置27，保温装置27设置在外壳24和配风筒22之间。

具体而言，本实施例中的配风筒22与外壳24之间还设置有一保温装置27，该保温装置27可以有效的降低燃烧室20中燃料燃烧产生的热量通过外壳24散发到外部，从而更有利于节省能量并提高本实施例燃气轮机的效率。

进一步的，本实施例中的保温装置27可以为保温砖272垒砌成的保温炉，保温炉固设在外壳24上；保温炉的一端部开设有进气口271，该进气口271与压气机21的出气口(未图示)连通；保温炉的另一端部开设有出气口(未图示)，该出气口与涡轮机23的进气口(未图示)连通。具体的，本实施例中的保温装置27可以是通过保温砖272垒砌成的保温炉，例如，可以将保温砖272固定在外壳24的内壁上，从而形成本实施例中的保温装置27。其中，为了方便压气机21产生的高压气体进入到配风筒22中，本实施例中的保温装置27在靠近压气机21的端部开设有进气口271，从而压气机21产生的高压气体依次通过外壳24和进气口271进入到配风筒22中。其中，为了将压风机21产生的高压气体快速吹入到配风筒22中，本实施例中的保温炉的一端部的侧壁上可以开设有至少一个进气口271。通过在保温装置27的侧壁上开设至少一个进气口271，使压气机21产生的高压气体垂直吹向配风筒22，从而使高压气体能够快速的被吹入到配风筒22中，加快与配风筒22中的燃料进行燃烧。

本实施例燃气轮机，通过设置保温装置可以有效的降低燃烧室中燃料燃烧产生的能量散发到外部，有利于节省能并提高本实施例燃气轮机的效率。另外，通过在保温装置的侧壁开设至少一个进气口，可以使压气机产生的高压气体垂直吹向配风筒，从而使高压气体能够快速的被吹入到配风筒中，加快与配风筒中的燃料进行燃烧。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种燃气轮机，包括压气机和涡轮机，其特征在于，还包括：燃烧室，所述燃烧室包括外壳和陶瓷材料制成的配风筒；所述燃烧室分别与所述压气机和所述涡轮机连接；所述压气机产生的高压气体全部进入所述配风筒内，用于与所述配风筒内的燃料进行混合参与燃烧。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述压气机包括多个连接在一起的子压气机。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，相邻两所述子压气机之间设置有储气罐。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，所述子压气机为轴流风机，或离心风机，或混流风机。

5.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，还包括：保温装置，所述保温装置设置在所述外壳和所述配风筒之间。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于，所述保温装置为保温砖垒砌成的保温炉，所述保温炉固设在所述外壳上；所述保温炉的一端部开设有进气口，所述进气口与所述压气机的出气口连通；所述保温炉的另一端部开设有出气口，所述出气口与所述涡轮机的进气口连通。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，所述保温炉的一端部的侧壁上开设有至少一个所述进气口。

8.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃烧室包括陶瓷材料制成的所述外壳。

9.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃烧室的长度为0.5米至2米。