CN214577380U - 一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，燃气轮机包括压气机、涡轮、燃烧室，压气机和涡轮分别套设在转轴的两头，燃烧室设在压气机、定子及涡轮外围；其中，燃烧室为多管爆震燃烧室，包括至少两根爆震管，所述压气机的出气口连通爆震管入口，爆震管出口收敛、且其排气直喷于涡轮端面，推动涡轮旋转。本实用新型的微型燃气轮机，燃烧室结构简单，不需复杂的火焰稳定器；燃烧室压缩空气可全部参与燃烧；燃烧室火焰以超声速传播，不存在燃烧稳定性和熄火问题，且不需对燃烧室进行燃烧调整试验，同时燃烧污染物排放低。

Description

一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机

技术领域

本方案涉及微型燃气轮机技术领域，具体为一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机。

背景技术

等压燃烧是一种缓燃燃烧，其火焰传播速度较低，一般约为几米到十几米每秒，而燃气轮机中压气机出口流速较高，燃烧室火焰极易被吹熄。

目前基于等压燃烧的燃气轮机主要存在如下问题：1、燃烧室结构复杂；2、燃烧室冷却系统复杂，需大量空气对其进行冷却，实际参与燃烧的空气比例小；3、燃烧室燃烧稳定区域窄，容易熄火，需复杂的火焰稳定结构稳定燃烧室火焰； 4、燃烧室控制系统复杂；5、需频繁进行燃烧调整试验；6、燃气轮机热力循环整体性能的提高受涡轮耐高温材料的限制。

脉冲爆震发动机是一种利用脉冲式爆震燃烧波产生推力的新概念发动机。由于爆震波的传播速度极快(达到几千米/秒)，以至于燃烧产物在燃烧过程中来不及发生膨胀，爆震过程非常接近等容燃烧过程，属于爆轰燃烧，因此理论上其循环热效率要显著高于以等压燃烧为基础的常规航空发动机。

发明内容

本实用新型提出一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，用爆震等容燃烧方式替代微型燃气轮机的传统等压燃烧方式，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型采取下述方案：

一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，燃气轮机包括压气机、涡轮、燃烧室，压气机和涡轮分别套设在转轴的两头，燃烧室设在压气机、定子及涡轮外围。所述压气机和涡轮均随转轴转动。转轴通过空气轴承支承于定子内，空气轴承通过气泵供气。

其中，燃烧室为多管爆震燃烧室，包括至少两根爆震管，所述压气机的出气口连通爆震管入口，爆震管出口收敛、且其排气直喷于涡轮端面，推动涡轮旋转；所述爆震管内还设置燃料喷嘴及点火器；所述爆震管平行于燃气轮机转轴，至少两个所述爆震管环绕燃气轮机转轴设置，各爆震管与燃气轮机定子固定。

进一步地，所述爆震管出气口连通烟气道，各烟气道靠近转轴的侧壁上开设开口，所述涡轮轮缘伸入烟气道开口内转动，所述爆震管排气推动涡轮转动后从烟气道排出，可进一步回收利用。

本实用新型的燃气轮机工作过程为：启动压气机，气体从压气机经过爆震管后流出、推动涡轮转动，进一步带动同轴的压气机转动，待转子系统到达工作转速后，通过燃料喷嘴向爆震管内喷射可爆混气，并开启点火器对爆震管内的可爆混气点火触发，开始爆震，爆震管另一端进行排气，推动涡轮转动持续做功。推动涡轮做功后的气体作为余热排出。

更进一步地，所述燃气轮机还包括启发一体式电机，所述启发一体式电机套设在转轴上且位于压气机外侧，所述启发一体式电机起初作为电动机带动压气机启动，待转子系统加速到能独立运行后，涡轮旋转带动同轴的压气机及作为发电机的启发一体式电机发电。推动涡轮做功后的气体作为余热排出。

更进一步地，所述燃气轮机还包括自由涡轮、自由转轴和发电机，自由涡轮套设于自由转轴上、设置在涡轮后侧且轴线与转轴共线，涡轮的排气端连接至自由涡轮叶缘进气处；自由涡轮末端套设发电机发电。燃气轮机工作时，工质从压气机入口进入经压气机压缩后从其出口进入燃烧室，在燃烧室内点火并燃烧后喷出的高温高压气体推动涡轮做功，涡轮带动同轴的压气机工作，对涡轮做功后的高温高压气体排出，推动其后侧的自由涡轮转动进而带动与其同轴的发电机发电。推动自由涡轮做功后的气体作为余热排出。

更进一步地，所述燃气轮机包括回热器，以提高燃烧效率。所述回热器包括第一进口、第一出口、第二进口、第二出口；工质从压气机入口进入经压气机压缩后从其出口进入回热器的第一入口，并从第一出口流出、进入燃烧室燃烧后进入涡轮入口，工质经涡轮做工后从涡轮出口进入回热器的第二入口，在回热器内换热后从其第二出口流出。

燃气轮机排出的余热仍然具有较高的温度，可用余热回收系统将余热进行回收利用。

具体地，该余热回收系统包括换热单元、循环水箱、泵以及发电装置，燃气轮机余热排气口与换热单元的进气口连接用于为换热单元提供热源；

所述换热单元的排气口通向大气，换热单元的进水口与循环水箱的出水口连接，换热单元的蒸气出口与泵连接用于使高压蒸气进入泵做功；

所述泵连接发电装置用于带动发电装置发电；

所述循环水箱连接泵用于回收做功后由水蒸气转化的水或者水汽混合物。

进一步地，所述泵为活塞泵或罗茨式泵或螺杆式泵中的一种。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：燃烧室结构简单，不需复杂的火焰稳定器；燃烧室压缩空气可全部参与燃烧；燃烧室火焰以超声速传播，不存在燃烧稳定性和熄火问题，且不需对燃烧室进行燃烧调整试验，同时燃烧污染物排放低；此外燃烧过程具有自增压特点，落压比大于进压比，排气温度更低，故可减少压气机级数，降低压气机耗功，增加发电量，提高循环热效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的结构简图；

图3-5是本实用新型的燃气轮机其他三种实施方式的结构简图；

图6是图1的A-A位置截面图；

图7是本实用新型余热回收系统的示意图；

附图标记：101-回热器，102-压气机，103-启发一体式电机，104-涡轮， 105-燃烧室，1051-爆震管，1052-燃料喷嘴，1053-点火器，1054-烟气道，106- 转轴，301-自由涡轮，302-发电机；200-换热单元，300-循环水箱，400-泵， 500-发电装置

具体实施方式

实施例1

参见图1，燃气轮机包括压气机102、涡轮104、燃烧室105，压气机102 和涡轮104分别套设在转轴106的两头，燃烧室105设在压气机102、定子及涡轮104外围。所述压气机102和涡轮104均随转轴106转动。转轴106通过空气轴承支承于定子内，空气轴承通过气泵供气。图2为图1所示燃气轮机的结构简图。

其中，燃烧室105为多管爆震燃烧室，参见图1、图6，包括至少两根爆震管1051，所述压气机102的出气口连通爆震管1051入口，爆震管105出口收敛、且其排气直喷于涡轮104端面，推动涡轮104旋转；所述爆震管105内还设置燃料喷嘴1052及点火器1053；所述爆震管1051平行燃气轮机转轴106，至少两个所述爆震管1051环绕燃气轮机转轴106设置，各爆震管1051与燃气轮机定子固定。

所述爆震管1051出气口连通烟气道1054，各烟气道1054靠近转轴106的侧壁上开设开口，所述涡轮104轮缘伸入烟气道1054开口内转动，所述爆震管 1051排气推动涡轮104转动后从烟气道1054排出，可进一步回收利用。

本实用新型的燃气轮机工作过程为：启动压气机102，气体从压气机102 经过爆震管1051后流出、推动涡轮104转动，进一步带动同轴的压气机102 转动，待转子系统到达工作转速后，通过燃料喷嘴1052向爆震管1051内喷射可爆混气，并开启点火器1053对爆震管18内的可爆混气点火触发，开始爆震，爆震管1051另一端进行排气，推动涡轮104转动持续做功。推动涡轮104做功后的气体作为余热排出。

实施例2

参见图3，在实施例1的基础上，所述燃气轮机还包括启发一体式电机103，所述启发一体式电机103套设在转轴106上且位于压气机102外侧，所述启发一体式电机103起初作为电动机带动压气机102启动，待转子系统加速到能独立运行后，涡轮104旋转带动同轴的压气机102及作为发电机的启发一体式电机103发电。推动涡轮104做功后的气体作为余热排出。

实施例3

参见图4，在实施例1的基础上，所述燃气轮机还包括自由涡轮301、自由转轴和发电机302，自由涡轮301套设于自由转轴上、设置在涡轮104后侧且轴线与转轴106共线，涡轮104的排气端连接至自由涡轮301叶缘进气处；自由涡轮301末端套设发电机302发电。燃气轮机工作时，工质从压气机102入口进入经压气机102压缩后从其出口进入燃烧室105，在燃烧室105内点火并燃烧后喷出的高温高压气体推动涡轮104做功，涡轮104带动同轴的压气机102 工作，对涡轮104做功后的高温高压气体排出，推动其后侧的自由涡轮301转动进而带动与其同轴的发电机302发电。推动自由涡轮301做功后的气体作为余热排出。

实施例4

参见图5，在实施例1的基础上，所述燃气轮机包括回热器101，以提高燃烧效率。所述回热器101包括第一进口、第一出口、第二进口、第二出口；工质从压气机102入口进入经压气机102压缩后从其出口进入回热器101的第一入口，并从第一出口流出、进入燃烧室105燃烧后进入涡轮104入口，工质经涡轮104做工后从涡轮104出口进入回热器101的第二入口，在回热器101内换热后从其第二出口流出。

燃气轮机排出的余热仍然具有较高的温度，可用余热回收系统将余热进行回收利用。

具体地，参见图7，该余热回收系统包括换热单元200、循环水箱300、泵 400以及发电装置500，燃气轮机余热排气口与换热单元200的进气口连接用于为换热单元200提供热源；

所述换热单元200的排气口通向大气，换热单元200的进水口与循环水箱 300的出水口连接，换热单元200的蒸气出口与泵400连接用于使高压蒸气进入泵400做功；

所述泵400连接发电装置500用于带动发电装置500发电；

所述循环水箱300连接泵400用于回收做功后由水蒸气转化的水或者水汽混合物。

所述泵400为活塞泵或罗茨式泵或螺杆式泵中的一种。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，燃气轮机包括压气机、涡轮、燃烧室，压气机和涡轮分别套设在转轴的两头，燃烧室设在压气机、定子及涡轮外围；所述压气机和涡轮均随转轴转动；转轴通过空气轴承支承于定子内，空气轴承通过气泵供气；

其中，燃烧室为多管爆震燃烧室，包括至少两根爆震管，所述压气机的出气口连通爆震管入口，爆震管出口收敛、且其排气直喷于涡轮端面，推动涡轮旋转；所述爆震管内还设置燃料喷嘴及点火器；所述爆震管平行于燃气轮机转轴，至少两个所述爆震管环绕燃气轮机转轴设置，各爆震管与燃气轮机定子固定。

2.根据权利要求1所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述爆震管出气口连通烟气道，各烟气道靠近转轴的侧壁上开设开口，所述涡轮轮缘伸入烟气道开口内转动，所述爆震管排气推动涡轮转动后从烟气道排出。

3.根据权利要求1所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机还包括启发一体式电机，所述启发一体式电机套设在转轴上且位于压气机外侧，所述启发一体式电机起初作为电动机带动压气机启动，待转子系统加速到能独立运行后，涡轮旋转带动同轴的压气机及作为发电机的启发一体式电机发电，推动涡轮做功后的气体作为余热排出。

4.根据权利要求1所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机还包括自由涡轮、自由转轴和发电机，自由涡轮套设于自由转轴上、设置在涡轮后侧且轴线与转轴共线，涡轮的排气端连接至自由涡轮叶缘进气处；自由涡轮末端套设发电机发电；燃气轮机工作时，工质从压气机入口进入经压气机压缩后从其出口进入燃烧室，在燃烧室内点火并燃烧后喷出的高温高压气体推动涡轮做功，涡轮带动同轴的压气机工作，对涡轮做功后的高温高压气体排出，推动其后侧的自由涡轮转动进而带动与其同轴的发电机发电，推动自由涡轮做功后的气体作为余热排出。

5.根据权利要求1所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机包括回热器，所述回热器包括第一进口、第一出口、第二进口、第二出口；工质从压气机入口进入经压气机压缩后从其出口进入回热器的第一入口，并从第一出口流出、进入燃烧室燃烧后进入涡轮入口，工质经涡轮做工后从涡轮出口进入回热器的第二入口，在回热器内换热后从其第二出口流出。

6.根据权利要求1所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，还包括余热回收系统，该余热回收系统包括换热单元、循环水箱、泵以及发电装置，燃气轮机余热排气口与换热单元的进气口连接用于为换热单元提供热源。

7.根据权利要求6所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述换热单元的排气口通向大气，换热单元的进水口与循环水箱的出水口连接，换热单元的蒸气出口与泵连接用于使高压蒸气进入泵做功。

8.根据权利要求6所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述泵连接发电装置用于带动发电装置发电。

9.根据权利要求6所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述循环水箱连接泵用于回收做功后由水蒸气转化的水或者水汽混合物。

10.根据权利要求6所述的一种具有多管爆震燃烧室的微型燃气轮机，其特征在于，所述泵为活塞泵或罗茨式泵或螺杆式泵中的一种。

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