CN112483249A - 一种高压燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，本发明公开了一种高压燃气轮机，包括：增压器、燃气涡轮、相变室、压气机、环形燃烧室和环管形预燃室；燃气涡轮与所述增压器连接，压气机与所述增压器连接，所述预燃室的输入端与压气机连接，所述预燃室的内腔分隔为两部分，其中一部分为环管形预燃室，另一部分为环形燃烧室，燃烧室与所述预燃室的输出端连接，所述燃烧室与燃气涡轮连接，相变室设置于所述燃烧室的外侧。本发明减少压气机的负担，采用射流技术设计的环管型预燃室，改善进气效率，改善了燃气涡轮的高温环境，降低了对高温材质的苛刻需求。

Description

一种高压燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体为一种高压燃气轮机。

背景技术

燃气轮机技术，让发达国家引以为豪，让中国望洋兴叹。困惑的是：“五大弊病”限制了它的发展和普及应用。“工作压力难以提高”便是这五大弊病之一；

工作压力高低决定发动机的效率，燃气轮机的工作压力取决于压气机的工作能力。燃气轮机的工质密度极低、弹性很大，压气机对空气的压缩非常困难。轴流式燃气轮机的压气机一般都要有9~17级，燃气轮机的工作压力照比蒸汽轮机相差甚远。径流式微型燃气轮机的压气机只有1级，工作压力的提高更是困难；

美国凯普斯通出品的径流式微型燃气轮机，工作压力只能达到0.2~0.4Mpa，哈尔滨东安集团仿俄罗斯100kw的微型燃气轮机，工作压力只能达到0.375Mpa；“立式减速燃气轮机”采用了一系列综合性举措，工作压力可根据需要最高可设计成1~1.8Mpa；

空气的密度非常低，压力的攀升非常难，无论是改善压气机的结构，或采用什么技术，提高双质燃气轮机的工作压力，必须逐步抬升，达到前所未有的指标，才是目的；

径流式微型燃气轮机的工作压力只有0.2~0.4Mpa，尾气流量很大，剩余势能很多，很适用配备涡轮增压器，燃烧势能是一种放射性“爆炸势能”，在燃烧室内是“两头挣”。冲向燃烧室出口的产生作用力，推动燃气涡轮作机械功，冲向燃烧室入口的燃烧势能，产生反作用力，这种反冲阻力很强势，鉴于此，提出一种高压燃气轮机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压燃气轮机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压燃气轮机，包括：

增压器；

燃气涡轮，所述燃气涡轮的出口与增压器的入口连接；

压气机，所述压气机的入口与增压器的出口连接；

预燃室，所述预燃室的入口输入端与压气机的出口连接，所述环形燃烧室的内腔分隔为两部分，其中一部分为环管形预燃室出口，另一部分为环形燃烧室出口；

燃烧室，所述燃烧室的入口与环管型预燃室出口的输出端连接，所述燃烧室的出口与燃气涡轮的入口连接；

相变室，所述相变室的出口设置于燃烧室出口的外侧。

优选的，所述增压器入口的外壳下端与发动机排气口对接。

优选的，所述压气机出口的输出端设置有十六个导流槽。

优选的，所述压气机出口的输出端为锥形。

优选的，所述燃烧室的出口和相变室的出口设置有换热区，用于燃气与过热蒸汽换热，所述换热区内设置有十一个锥形导流槽。

本发明提出的一种高压燃气轮机，有益效果在于：

1、本发明在立式减速双质燃气轮机中，在燃烧室入口处，专设一个：“环管型预燃室”，让反作用力作用在预燃室壁，不对进气构成反推，减少压气机的负担；

2、采用射流技术设计的环管型预燃室，使压气机不再消耗压缩功对抗燃烧势能的“反冲阻力”，免于用“三级旋流器”直接对抗反作用力，为此，预燃室起到了一个“单向阀”的作用，改善进气效率；

3、本发明相变室中的第二工质“水”，在燃气压力高峰的基础上发生相变，工质流量和压力倍增，改善了燃气涡轮的高温环境，降低了对高温材质的苛刻需求。

附图说明

图1为本发明所述一种高压燃气轮机的结构示意图；

图2为本发明所述一种高压燃气轮机的预燃室结构示意图。

图中：1、增压器，2、燃气涡轮，3、燃烧室，4、相变室，5、预燃室，6、压气机，7、环形燃烧室，8、环管形预燃室。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高压燃气轮机，包括：增压器1、燃气涡轮2、燃烧室3、相变室4、预燃室5、压气机6、环形燃烧室7和环管形预燃室8；燃气涡轮2与增压器1连接，增压器1的外壳下端与发动机排气口对接，压气机6与增压器1连接，压气机6的输出端设置有十六个导流槽，压气机6的输出端为锥形，预燃室5的输入端与压气机6连接，预燃室5的内腔分隔为两部分，其中一部分为环管形预燃室8，另一部分为环形燃烧室7，燃烧室3与预燃室5的输出端连接，燃烧室3与燃气涡轮2连接，变相室4设置于燃烧室3的外侧，燃烧室3和相变室4的出口设置有换热区，用于燃气与过热蒸汽换热，换热区内设置有十一个锥形导流槽，可燃混合气以切线方式进入预燃室5，并在管内旋转，以反切线方式从出口喷入燃烧室3，继续燃烧，推动发动机转子加速并持续运转，逆方向的燃烧势能被入口处前方的弧形管壁“顺”到下一周的旋流中去，对进气不产生反冲阻力，同时为新进入的可燃混合气“点火”，起到不间断点火作用，采用射流技术设计的环管型预燃室，使压气机不再消耗压缩功对抗燃烧势能的“反冲阻力”，免于使用“三级旋流器”，预燃室5可以起到了一个“单向阀”的作用。

通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不再对电气控制做说明。

启动时：高压水喷射到燃气涡轮2的叶轮上，迫使转子总成带动压气机6叶轮高速旋转，吸入空气并进行压缩，压缩空气从16个导流槽中喷出，在锥形出口处将燃料预热室中的气体燃料虹吸到预热室中，形成可燃混合气，在环管形预燃室8中旋转半圈后被电火花点燃，在旋转中爆炸式膨胀，一部分半燃烧状态的火焰从出口喷入燃烧室3继续燃烧，另一部分半燃烧状态的火焰从预燃室5入口背面横向越过入口冲向另一侧管壁，一方面产生一个不大的虹吸作用，同时又为新进入的可燃混合气“点火”，促使预燃室5内的半燃烧状态的火焰加速旋转。

50%的燃烧势能成为作用力，推动燃气涡轮2作机械功，50%成为反作用力，奔向压气机6出口，中途经过预燃室5，被弧形管壁迂回到预燃室5出口，等于给反作用力调换了方向，燃气涡轮2可以得到50%＋50%的燃气势能，对压气机出口不造成“反冲阻力”，减轻了压气机负担，提高了压气机6的效率。

燃气从燃烧室3出口11个锥形导流槽前端的换热区，与过热蒸汽换热，“双气”冲出锥形导流槽，推动转子加速旋转，压气机6被带动提速。

燃气涡轮2的压气机在增压器1的0.5~0.8Mpa基础上，再进行第二次压缩，压力可以直接达到0.8Mpa以上，约0.8Mpa的高压气流，会迫使预燃室5内半燃烧状态的高温燃气以极大的惯性急剧旋转，增强了迂回和放射状燃气在入口处的导向作用，经过增压器1的预增压，又回避了燃烧势能的反冲，不仅降低了压气机6的动能消耗，也增加了空气的补入量，使热效率和机械效率同时得到改善。

与燃烧室3等压的相变室4内的第二工质水，在燃气压力高峰的基础上发生相变，工质体积和压力骤增，不仅提高了热功转换能力，也降低了工质的温度，改善了燃气涡轮2的高温环境，降低了对高温材质的苛刻需求。

鉴于如上三种增压举措，使燃气轮机的工作压力不再受制于压气机的工作能力，可以根据压力需求，材质适应能力，发动机工作环境来设计发动机的工作压力，必要时可以设计成1~1.8Mpa。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高压燃气轮机，其特征在于，包括：

增压器（1）；

燃气涡轮（2），与所述增压器（1）连接；

压气机（6），与所述增压器（1）连接；

预燃室（5），所述预燃室（5）的输入端与压气机（6）连接，所述预燃室（5）的内腔分隔为两部分，其中一部分为环管形预燃室（8），另一部分为环形燃烧室（7）；

燃烧室（3），与所述预燃室（5）的输出端连接，所述燃烧室（3）与燃气涡轮（2）连接；

变相室（4），设置于所述燃烧室（3）的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种高压燃气轮机，其特征在于：所述增压器（1）的外壳下端与发动机排气口对接。

3.根据权利要求1所述的一种高压燃气轮机，其特征在于：所述压气机（6）的输出端设置有十六个锥形导流槽。

4.根据权利要求1所述的一种高压燃气轮机，其特征在于：所述压气机（6）的输出端为锥形。

5.根据权利要求1所述的一种高压燃气轮机，其特征在于：所述燃烧室（3）的出口设置有换热区，用于燃气与过热蒸汽换热，所述换热区内设置有十一个锥形导流槽。

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