CN106050417A - 一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机。本发明包括依次相邻设置的压气机、燃烧室、涡轮；压气机末级为离心叶轮；燃烧室包括设置于高压转子上的转盘，以及两个以上设置于转盘一侧的环形燃烧腔室；每个环形燃烧腔室内均设有火焰腔，且在火焰腔内设有点火电嘴和燃油喷嘴；所述环形燃烧腔室位于转盘边缘，且位于离心叶轮圆周的外侧；所述环形燃烧腔室与离心叶轮之间还设有折流板。高温高压燃气直接推动燃烧室旋转做功，燃气无需冷却，压气机末端排气70%~80%可用于燃烧，热效率可以一举提高到60%以上，发动机性能可成倍提高。

Description

一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及一种旋转燃烧室，省却高压涡轮的燃气涡轮发动机。

背景技术

现代航空发动机——燃气涡轮发动机被誉为现代工业皇冠，而高压涡轮作为影响发动机性能的核心部件，处于极其严酷的高温、高压、高速的工作环境，因其制造难度之大、成本之高，被誉为现代工业皇冠上的钻石，其加工技术无不被视为核心机密，各国均严格限制其技术出口，我国燃气轮机技术受困于此久矣。

受高压涡轮材料、工艺的制约，涡轮前燃气温度和压力都受到严格的限制，一方面限定了压气机的增压比，另一方面发动机燃烧室进气的70%～80%都用于燃气的冷却以降低燃气的温度和压力，只有20%～30%的进气用于燃烧，整机的热效率目前最高也就能到40%左右，而我国目前只有30%左右。

高压涡轮本身也需要高效的冷却，依靠压气机中间级引气对高压涡轮进行冷却的冷却系统结构也极其复杂。

发明内容

为了改善上述问题，本发明的目的在于提供一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，包括依次相邻设置的压气机、燃烧室、涡轮；

压气机包括低压级，高压级，压气机末级为离心叶轮；所述低压级包括低压转子，设置于低压转子上的叶轮；高压级包括套于低压转子外的高压转子，设置于高压转子上的叶轮；

燃烧室包括设置于高压转轴上的转盘，以及两个以上设置于转盘一侧的环形燃烧腔室；每个环形燃烧腔室内均设有火焰腔，且在火焰腔内设有点火电嘴和燃油喷嘴；所述环形燃烧腔室位于环形转盘，且位于离心叶轮远离高压转子的外侧；

所述环形燃烧腔室与离心叶轮之间还设有折流板。

进一步地，环形燃烧腔室由隔板、挡板和转盘构成；所述挡板与转盘平行，隔板则位于挡板与转盘之间将挡板和转盘之间的空腔分隔成环形燃烧腔室。

再进一步地，所述涡轮为低压涡轮，包括设置于低压转子上的涡轮盘，以及设置于涡轮盘上的涡轮叶片。

更进一步地，所述环形燃烧腔室为四个，且均匀分布于转盘边缘。

另外，所述隔板上设有联焰孔。

此外，所述隔板为内空的双层结构，且双层之间的空腔为冷却气道。

进一步地，环形燃烧室侧壁也为双层结构，其空腔也作为冷却气道。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明能够使燃气从燃烧室圆周切向喷出，省却高压涡轮，不再受影响发动机性能提高的核心部件——高压涡轮的制约，具有以下好处：

1、高温高压燃气直接推动燃烧室旋转做功，燃气无需冷却，压气机末端排气70%～80%可用于燃烧，热效率可以一举提高到60%以上，发动机性能可成倍提高；

2、高压涡轮的研究成本可占到整机研究成本的一半，省却高压涡轮可大幅度降低研制成本；

3、省却高压涡轮，可大幅度降低制造难度，最大限度降低生产成本；

4、省却高压涡轮，可省却复杂的高压涡轮冷机系统，进一步简化结构；

5、省却高压涡轮，压气机增压比可不再受制于涡轮而得以提高，有助于提高发动机性能；

6、无需冷却燃气和高压涡轮，空气流量只需原来的1/4～1/3,可减少压气机功率，进一步降低制造难度和生产成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中燃烧室的结构示意图。

图3为本发明中燃烧室的局部图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1～3所示，一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，包括依次相邻设置的压气机1、燃烧室2、涡轮3；

压气机包括低压级，高压级，压气机末级为离心叶轮7；所述低压级包括低压转子4，设置于低压转子上的叶轮5；高压级包括套于低压转子外的高压转子6，设置于高压转子上的叶轮5；

燃烧室包括设置于高压转子上的转盘8，以及两个以上设置于转盘一侧的环形燃烧腔室9；每个环形燃烧腔室内均设有火焰腔10，且在火焰腔内设有点火嘴和燃油喷嘴；所述环形燃烧腔室位于转盘边缘，且位于离心叶轮圆周的外侧；

所述环形燃烧腔室与离心叶轮之间还设有折流板11。

通过上述装置，气体通过压气机增压，先是轴向流动，当到达最后一级时，由于采用离心叶轮，轴向流动的气体变为径向流动，然后通过折流板改变气体的切向流动，使其由顺时针变成逆时针（或由逆时针变成顺时针），然后冲压进入燃烧室，在燃烧腔内燃烧，气体膨胀，并切向喷出，从而推动燃烧室旋转做功，燃烧室旋转时便会带动高压转子旋转；燃烧室内的气体做功后温度压力下降再进入涡轮继续做功，涡轮做功则会带动低压转子旋转。采用上述的结构能够大大地提高热效率。上述高压转子和低压转子只要与其他设备相连则可对该设备作用，从而实现能量的输出。

具体地，环形燃烧腔室由隔板12、挡板13和转盘构成；所述挡板与转盘平行，隔板则位于挡板与转盘之间将挡板和转盘之间的空腔分隔成环形燃烧腔室。通过上述设置，能够使气体在环形燃烧腔室中更好的做功，对气流方向进行了进一步地的限定，使其带动转盘旋转，从而带动高压转子旋转。

燃油通道设置于转盘内部，从转轴处供油，因离心作用有利于提高压力增强雾化效果，与高压气充分混合，燃烧更完全，有利于减小燃油消耗率。

点火系统是利用电磁感应产生的高压电实现点火。在转盘上贴有感应线圈，在燃烧室机匣上设置电磁铁，电磁铁通电即可实现点火。

燃烧室后为低压涡轮，高温高压燃气在燃烧室内做完功后降低了温度、压力，继续冲击低压涡轮做功，充分利用热能。只需通过低压转子与其他部件相连即可实现能量的输出。

作为一种选择，所述环形燃烧腔室为四个，且均匀分布于转盘边缘。四个环形燃烧腔室相对独立，能够同时进行燃烧，而且每个环形燃烧腔室相对独立即可实现同时切向喷出燃烧燃气，从而共同推动转盘旋转做功，大大地提高了气体利用率，提高了热量转换率。

作为一种优选，所述隔板为弧形隔板。通过将隔板设置于弧形状，能够更加贴合高压转子，同时能够为气体的流向进行准确的限定，从而能够使燃气流向是切向喷出，这样便更提高了燃气的热效率。

具体地，所述隔板上设有联焰孔14。通过设置联焰孔，能够使每个环形燃烧腔室在外围连通，促进燃烧，只要其中一个环形燃烧腔室点燃，其他环形燃烧腔室也会由于设置了联焰孔而跟着燃烧，从而确保了每个环形燃烧腔室正常燃烧。

具体地，所述隔板为内空的双层结构，且双层之间的空腔为冷却气道15。通过将弧形隔板设为双层的，能够使气流进入双层内，从而实现冷却的效果。而且进入冷却气道的气体有限，故而大部分的气体均用做燃烧使用，大大地提高了气体的利用率。

具体地，所述挡板上设有作为冷却气道的通孔16。通过设置通孔，能够对环形燃烧腔室进一步地进行冷却，从而提高了冷却的效果。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，包括压气机（1）、燃烧室（2）、涡轮（3），以及高压转子（6）和低压转子（4）；其特征在于，

压气机包括低压级，高压级，压气机末级为离心叶轮（7）；

燃烧室包括设置于高压转子上的转盘（8），以及两个以上设置于转盘一侧的环形燃烧腔室（9）；每个环形燃烧腔室内均设有火焰腔（10），且在火焰腔内设有点火电嘴和燃油喷嘴；所述环形燃烧腔室位于转盘边缘，且位于离心叶轮圆周的外侧；

所述环形燃烧腔室与离心叶轮之间还设有折流板（11）。

2.根据权利要求1所述的一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，其特征在于，环形燃烧腔室由隔板（12）、挡板（13）和转盘构成；所述挡板与转盘平行，隔板则位于挡板与转盘之间将挡板和转盘之间的空腔分隔成环形燃烧腔室。

3.根据权利要求2所述的一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮为低压涡轮，包括设置于低压转子上的涡轮盘，以及设置于涡轮盘上的涡轮叶片。

4.根据权利要求3所述的一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述环形燃烧腔室为四个，且均匀分布于转盘边缘。

5.根据权利要求4所述的一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述隔板上设有联焰孔（14）。

6.根据权利要求5所述的一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述隔板为内空的双层结构，且双层之间的空腔为冷却气道（15）。

7.根据权利要求6所述的一种旋转燃烧室的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述挡板上设有作为冷却气道的通孔（16）。