CN116104645A - 一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，包括：燃气轮机主体，包括缓燃燃烧室、同轴联接的压气机和涡轮，压气机的进气口通入空气，排气口连接缓燃燃烧室，使压缩后的空气与燃料混合燃烧；缓燃燃烧室产生的烟气推动涡轮做功，带动压气机运转；爆震发电系统，包括多组并联设置的爆震燃烧室，以及涡轮发电机组，涡轮发电机组包括同轴联接的爆震涡轮和发电机，每组爆震燃烧室的进气口均连通压气机的排气口，使压缩后的空气与燃料混合爆震燃烧，爆震燃烧室的排气口分别连通爆震涡轮，使爆震烟气推动爆震涡轮做功，带动发电机产生电能。本发明能够扩大爆震燃烧的功率调节范围，满足长时间稳定工作的需求，提升燃气轮机的整体循环效率。

Description

一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统。

背景技术

燃气轮机是一种利用燃气能量来产生动力的机械装置。它通常由三个部分组成：燃气发动机、发电机和辅助设备。在燃气发动机中，燃气经过压缩后，与空气混合，在高温下燃烧。燃烧产生的高温气体会流过活塞，使活塞上下运动，从而带动转子转动。在转子上安装有发电机，转子转动时发电机也会转动，产生电能。辅助设备包括冷却系统、油路系统、排气系统等，它们的作用是帮助燃气发动机正常工作。例如，冷却系统可以使燃气发动机的温度保持在合适的范围内；油路系统可以为燃气发动机提供润滑油；排气系统则可以将燃气发动机产生的废气排出。

爆震燃烧(detonation combustion)是一种燃烧技术，它通过爆震波的传播来实现燃烧。爆震波是一种激波，它可以在爆震反应中传播，使得反应物和氧气在接触之后能够快速反应。爆震燃烧技术可以用于提高燃烧效率，减少污染，并在较高的压力和温度下工作。爆震燃烧技术目前被用于汽车、航空和航天领域。

相对于传统燃气轮机的整体发电效率很难有大幅度提升的问题，爆震燃烧可以大幅度提升燃气轮机的整体循环效率，同时降低Nox污染物排放。但爆震燃烧存在启动困难，工作范围窄等问题，无法满足长时间稳定工作的需求。另外，单纯采用爆震燃烧室直接替代常规燃烧室的燃气轮机，在工程实践中，很难满足启动要求，同时外界负载、环境变化等，导致发动机工况的改变，也容易导致爆震燃烧室的无法稳定工作。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，以达到扩大爆震燃烧的功率调节范围，满足长时间稳定工作的需求，以及提升燃气轮机的整体循环效率的目的。

本申请实施例提供以下技术方案：一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，包括：

燃气轮机主体，所述燃气轮机主体包括通过主轴同轴联接的压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室，所述压气机的进气口通入空气，用于将空气压缩增压，所述压气机的排气口连接所述缓燃燃烧室，使压缩后的空气进入所述缓燃燃烧室内，与燃料混合燃烧；所述缓燃燃烧室的排气口连接所述涡轮，使产生的烟气推动所述涡轮做功，以带动所述压气机运转；

爆震发电系统，所述爆震发电系统包括多组并联设置的爆震燃烧室，以及涡轮发电机组，所述涡轮发电机组包括同轴联接的爆震涡轮和发电机，每组所述爆震燃烧室的进气口均连通所述压气机的排气口，使压缩后的空气进入所述爆震燃烧室内，与燃料混合爆震燃烧，多组所述爆震燃烧室的排气口分别连通所述爆震涡轮，使爆震烟气推动所述爆震涡轮做功，以带动所述发电机产生电能。

根据本申请一种实施例，所述压气机包括低压压气机和高压压气机，所述低压压气机的进气口通入空气，所述低压压气机的排气口连通多组所述爆震燃烧室的进气口以及所述高压压气机的进气口，用于在所述高压压气机内对空气进一步压缩增压，所述高压压气机的排气口连通所述缓燃燃烧室。

根据本申请一种实施例，所述爆震发电系统还包括与多组所述爆震燃烧室一一对应的多组减速扩压器，多组所述减速扩压器分别连接在对应的所述爆震燃烧室的排气口与所述爆震涡轮的进气口之间，以将爆震烟气进行减速扩压处理后再排入所述爆震涡轮。

根据本申请一种实施例，所述高压压气机的排气口还连通多组所述减速扩压器的进气口，使压缩后的空气与所述爆震燃烧室产生的爆震烟气在所述减速扩压器内进行掺混，混合气再进入所述爆震涡轮。

根据本申请一种实施例，还包括低压气总管和高压气总管，所述低压压气机的排气口与多组所述爆震燃烧室的进气口之间通过所述低压气总管连通，所述高压压气机的排气口与多组所述减速扩压器的进气口之间通过所述高压气总管连通。

根据本申请一种实施例，所述低压气总管与多组所述爆震燃烧室的进气口之间的连接支管上分别设置比例调节阀；所述高压气总管与多组所述减速扩压器的进气口之间的连接支管上分别设置比例调节阀。

根据本申请一种实施例，所述涡轮发电机组的数量为多组，且分别与多组所述爆震燃烧室一一对应。

根据本申请一种实施例，所述涡轮发电机组的数量为1组，多个所述爆震燃烧室的排气口均通过烟气总管与所述爆震涡轮连接；其中，所述爆震涡轮为带有可调导叶的爆震涡轮。

根据本申请一种实施例，所述爆震燃烧室中采用包括连续旋转爆震、脉冲爆震中的任一种增压燃烧方式。

根据本申请一种实施例，所述燃气轮机主体还包括起动电机，所述起动电机通过所述主轴与所述压气机和涡轮同轴联接。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例采用多个爆震燃烧发电设备通过阀门分布式并联接入在高低压压缩空气管道出口，通过烟气推动涡轮带动发电机发电。每个独立的爆震燃烧发电设备可以单独的开启和关闭，也可以独立进行功率调节，大幅提升了爆震燃烧的工作范围，满足长时间稳定工作的需求。另外，整个系统完全待机条件下，所有爆震燃烧室能够全部关闭停止发电，主燃气轮机怠速运转，降低耗油量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，对本发明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。

如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，包括：

燃气轮机主体，所述燃气轮机主体包括通过主轴同轴联接的压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室，所述压气机的进气口通入空气，用于将空气压缩增压，所述压气机的排气口连接所述缓燃燃烧室，使压缩后的空气进入所述缓燃燃烧室内，与燃料混合燃烧；所述缓燃燃烧室的排气口连接所述涡轮，使产生的烟气推动所述涡轮做功，以带动所述压气机运转；

爆震发电系统，所述爆震发电系统包括多组并联设置的爆震燃烧室，以及涡轮发电机组，所述涡轮发电机组包括同轴联接的爆震涡轮和发电机，每组所述爆震燃烧室的进气口均连通所述压气机的排气口，使压缩后的空气进入所述爆震燃烧室内，与燃料混合爆震燃烧，多组所述爆震燃烧室的排气口分别连通所述爆震涡轮，使爆震烟气推动所述爆震涡轮做功，以带动所述发电机产生电能。

本发明实施例的结构设置和工作原理为：在机械连接部分，压气机和涡轮通过第一主轴连接，工作在同一转速下。爆震涡轮与发电机通过第二主轴连接在一起，工作在第二转速。燃气轮机主体主要作为气源，为爆震发电系统设备提供气源，燃气轮机主体除供气外，本身不对外输出电功率，也不消耗电功率。多组爆震燃烧发电设备通过阀门并联接入在压气机的压缩空气管道出口，通过烟气推动爆震涡轮带动发电机发电。每个独立的爆震燃烧发电设备可以单独的开启和关闭，也可以独立进行功率调节，大幅提升了爆震燃烧的工作范围，满足长时间稳定工作的需求，解决了纯爆震燃机，启动困难、连续工作不稳定等问题。并且，整个系统完全待机条件下，所有爆震燃烧室能够全部关闭停止发电，燃气轮机主体怠速运转，降低耗油量。

在一种具体实施例中，所述压气机包括低压压气机和高压压气机，所述低压压气机的进气口通入空气，所述低压压气机的排气口连通多组所述爆震燃烧室的进气口以及所述高压压气机的进气口，用于在所述高压压气机内对空气进一步压缩增压，所述高压压气机的排气口连通所述缓燃燃烧室。

具体地，大气环境空气通过低压压气机增压后，通往高压压气机和多个爆震燃烧室。进入高压压气机的空气，在高压压气机中进一步压缩，进入缓燃燃烧室与燃料混合燃烧，总压基本不变同时总温上升，产生高温烟气推动涡轮做功，带动低压压气机和高压压气机运转，而后排入大气。进入多个爆震燃烧室的空气与燃料在爆震燃烧室内混合爆震燃烧，总压、总温都进一步上升后，产生高温高压高速燃气，推动爆震涡轮做功，带动发电机对外输出功率。

在另一种具体实施例中，所述爆震发电系统还包括与多组所述爆震燃烧室一一对应的多组减速扩压器，多组所述减速扩压器分别连接在对应的所述爆震燃烧室的排气口与所述爆震涡轮的进气口之间，以将爆震烟气进行减速扩压处理后再排入所述爆震涡轮。该减速扩压器用于对高温高压高速燃气进行处理，高温高压高速燃气在减速扩压器中进一步减速扩压，静压进一步上升，温度下降，再排入爆震涡轮中，进入爆震涡轮推动爆震涡轮做功后，尾气排放至大气。

为了进一步降低爆震燃烧室内产生的高温高压高速燃气的温度和速度，在一种实施例种，所述高压压气机的排气口还连通多组所述减速扩压器的进气口，使压缩后的空气与所述爆震燃烧室产生的爆震烟气在所述减速扩压器内进行掺混，混合气再进入所述爆震涡轮。高温高压高速的爆震烟气与来自高压压气机的高压空气掺混，并经过减速扩压器处理后形成温度、压力、速度均适于爆震涡轮可以接受的高温烟气，解决了爆震燃气温度太高，爆震涡轮无法工作的问题，提高了涡轮的寿命和可靠性，降低成本。

进一步地，本实施例中还包括低压气总管和高压气总管，所述低压压气机的排气口与多组所述爆震燃烧室的进气口之间通过所述低压气总管连通，所述高压压气机的排气口与多组所述减速扩压器的进气口之间通过所述高压气总管连通。并且，所述低压气总管与多组所述爆震燃烧室的进气口之间的连接支管上分别设置比例调节阀；所述高压气总管与多组所述减速扩压器的进气口之间的连接支管上分别设置比例调节阀。可通过分别调整该比例调节阀，对每个独立的爆震燃烧室的流量进行控制。

在一个实施例中，如图1所示，所述涡轮发电机组的数量为多组，且分别与多组所述爆震燃烧室一一对应。多个涡轮发电机组配合多组所述爆震燃烧室，使爆震发电系统内形成多个独立的发电装置，可保证整个组网系统连续、长时间稳定工作。

在另一个实施例中，如图2所示，所述涡轮发电机组的数量为1组，多个所述爆震燃烧室的排气口均通过烟气总管与所述爆震涡轮连接；其中，所述爆震涡轮为带有可调导叶的爆震涡轮。所有爆震燃烧室出口烟气汇总至统一的烟气总管，烟气总管出口连接一台带有可调导叶的涡轮，推动涡轮做功。每个独立的爆震燃烧室可以单独的开启和关闭，也可以独立进行流量调节。当多个爆震燃烧室启停，或功率变化导致烟气总管内烟气流量、压力发生变化时，涡轮通过调整可调导叶角度，以保证涡轮工作效率。

可调涡轮导叶是指在涡轮系统中的叶片，其可以在运转过程中改变角度，使涡轮系统能够适应不同的工况。这种技术可以提高燃气轮机和涡轮飞机的效率和灵活性。可调涡轮导叶的常见结构有：

翻转式：这种导叶通过翻转整个叶片来改变其角度，以调整增压效率。

活动式：这种导叶可以通过在叶片的根部或顶部进行活动来改变其角度，以调整增压效率。

伸缩式：这种导叶可以通过叶片的伸缩来改变其长度，从而调整增压效率。

混合式：这种导叶是以上几种结构的结合体，通过多种方法来改变其角度和长度，以调整增压效率。

本发明实施例中，所述爆震燃烧室可以是连续旋转爆震、脉冲爆震、或其他形式的增压燃烧技术。

在一种实施例中，所述燃气轮机主体还包括起动电机，所述起动电机通过所述主轴与所述压气机和涡轮同轴联接。该起动电机仅在起动过程中使用，带动压气机运转，进入正常工况后，涡轮做功带动压气机运转，起动电机关停。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，包括：

燃气轮机主体，所述燃气轮机主体包括通过主轴同轴联接的压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室，所述压气机的进气口通入空气，用于将空气压缩增压，所述压气机的排气口连接所述缓燃燃烧室，使压缩后的空气进入所述缓燃燃烧室内，与燃料混合燃烧；所述缓燃燃烧室的排气口连接所述涡轮，使产生的烟气推动所述涡轮做功，以带动所述压气机运转；

爆震发电系统，所述爆震发电系统包括多组并联设置的爆震燃烧室，以及涡轮发电机组，所述涡轮发电机组包括同轴联接的爆震涡轮和发电机，每组所述爆震燃烧室的进气口均连通所述压气机的排气口，使压缩后的空气进入所述爆震燃烧室内，与燃料混合爆震燃烧，多组所述爆震燃烧室的排气口分别连通所述爆震涡轮，使爆震烟气推动所述爆震涡轮做功，以带动所述发电机产生电能。

2.根据权利要求1所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述压气机包括低压压气机和高压压气机，所述低压压气机的进气口通入空气，所述低压压气机的排气口连通多组所述爆震燃烧室的进气口以及所述高压压气机的进气口，用于在所述高压压气机内对空气进一步压缩增压，所述高压压气机的排气口连通所述缓燃燃烧室。

3.根据权利要求2所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述爆震发电系统还包括与多组所述爆震燃烧室一一对应的多组减速扩压器，多组所述减速扩压器分别连接在对应的所述爆震燃烧室的排气口与所述爆震涡轮的进气口之间，以将爆震烟气进行减速扩压处理后再排入所述爆震涡轮。

4.根据权利要求3所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述高压压气机的排气口还连通多组所述减速扩压器的进气口，使压缩后的空气与所述爆震燃烧室产生的爆震烟气在所述减速扩压器内进行掺混，混合气再进入所述爆震涡轮。

5.根据权利要求4所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，还包括低压气总管和高压气总管，所述低压压气机的排气口与多组所述爆震燃烧室的进气口之间通过所述低压气总管连通，所述高压压气机的排气口与多组所述减速扩压器的进气口之间通过所述高压气总管连通。

6.根据权利要求5所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述低压气总管与多组所述爆震燃烧室的进气口之间的连接支管上分别设置比例调节阀；所述高压气总管与多组所述减速扩压器的进气口之间的连接支管上分别设置比例调节阀。

7.根据权利要求1所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述涡轮发电机组的数量为多组，且分别与多组所述爆震燃烧室一一对应。

8.根据权利要求1所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述涡轮发电机组的数量为1组，多个所述爆震燃烧室的排气口均通过烟气总管与所述爆震涡轮连接；其中，所述爆震涡轮为带有可调导叶的爆震涡轮。

9.根据权利要求1所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述爆震燃烧室中采用包括连续旋转爆震、脉冲爆震中的任一种增压燃烧方式。

10.根据权利要求1所述的分布式爆震燃烧室的燃气轮机系统，其特征在于，所述燃气轮机主体还包括起动电机，所述起动电机通过所述主轴与所述压气机和涡轮同轴联接。

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