CN218064967U - 一种爆震燃烧室及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种爆震燃烧室，包括燃烧室本体以及防回流喷嘴，燃烧室本体上开设有进气口与出气口，高压气体依次流经进气口与防回流喷嘴并从出气口流出；防回流喷嘴包括收敛段，收敛段包括第一端口与第二端口，第一端口靠近进气口设置，第二端口设置在第一端口远离进气口的一侧，收敛段的径向尺寸沿第一端口向第二端口的方向逐渐减小。本实用新型通过在爆震燃烧室的入口处设置防回流喷嘴，使从压气机出来的高压气在防回流喷嘴处加速，进而减少或避免燃烧室内的爆震波回流到压气机内。

Description

一种爆震燃烧室及燃气轮机

技术领域

本实用新型属于热机领域，具体涉及一种爆震燃烧室及燃气轮机。

背景技术

燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件：压气机从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再吹向涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机(和外负荷转子)高速旋转，可实现气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功和热能，并还可通过连接发电机输出电能。

爆震燃烧是通过冲击波对可爆震混合物逐层强烈冲击压缩，使其发生高速化学反应来实现的。爆震波都以超音速传播，一般在10³m/s量级。因此爆震燃烧具有自增压、火焰传播速度快、燃烧效率高、污染物排放低等优势。在燃气轮机内设置爆震燃烧室实现爆震燃烧，可有效提高提高燃气轮机的循环热效率。但爆震燃烧室内发生爆震燃烧时，爆震燃烧传播速度极快，容易出现爆震波回流至压气机的情况，降低燃气轮机的效率。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种爆震燃烧室及燃气轮机。

本申请提供了一种爆震燃烧室，包括燃烧室本体以及防回流喷嘴，燃烧室本体上开设有进气口与出气口，高压气体依次流经进气口与防回流喷嘴并从出气口流出；防回流喷嘴包括收敛段，收敛段包括第一端口与第二端口，第一端口靠近进气口设置，第二端口设置在第一端口远离进气口的一侧，收敛段的径向尺寸沿第一端口向第二端口的方向逐渐减小。

在一种可能的实施方式中，防回流喷嘴还包括扩张段，扩张段包括两个相对的端口，其中一个端口与第二端口连通，另一个端口向远离收敛段的方向延伸，扩张段的径向尺寸沿远离收敛段的方向逐渐增大。

在一种可能的实施方式中，收敛段沿直线或平滑的曲线从第一端口向第二端口收敛。

在一种可能的实施方式中，扩张段沿直线或平滑的曲线沿远离收敛段的方向扩张。

在一种可能的实施方式中，扩张段远离收敛段的端口连接于燃烧室本体的内表面。

在一种可能的实施方式中，扩张段远离收敛段的端口与燃烧室本体的内表面一体成型。

在一种可能的实施方式中，燃烧室的燃料喷嘴以及火花塞设置在防回流喷嘴与出气口之间。

在一种可能的实施方式中，燃烧室本体的出气口处设置有激波减速增压器，激波减速增压器包括依次连通的收缩管段、等直管段与扩张管段，收缩管段远离等直管段的端口与燃烧室本体的出气口连通。

在一种可能的实施方式中，防回流喷嘴由燃烧室本体的外壁形成。

本申请还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括转轴、压气机、涡轮以及上述实施方式中的爆震燃烧室，压气机、涡轮以及爆震燃烧室套设在转轴上，爆震燃烧室的进气口与压气机的出口连通，爆震燃烧室的出气口与涡轮相对。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型通过在爆震燃烧室的入口处设置防回流喷嘴，使从压气机出来的高压气在防回流喷嘴处加速，进而减少或避免燃烧室内的爆震波回流到压气机内。

附图说明

图1为本申请提供的一种燃气轮机的结构示意图。

图2为本申请提供的另一种燃气轮机的结构示意图。

图3为本申请提供的再一种燃气轮机的结构示意图。

图4为本申请提供的一种防回流喷嘴的结构示意图。

图5为本申请提供的另一种防回流喷嘴的结构示意图。

图6为本申请提供的再一种防回流喷嘴的结构示意图。

图7为本申请提供的又一种防回流喷嘴的结构示意图。

图8为设置有激波减速增压器的燃气轮机的结构示意图。

附图标记：转轴100；压气机200；涡轮300；燃烧室本体400；进气口410；火花塞420；燃料喷嘴430；出气口440；防回流喷嘴500；收敛段510；第一端口511；第二端口512；扩张段520；爆燃段530；激波减速增压器600；收缩管段610；等直段620；扩张管段630。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

请参考图1至图3，图1为本申请提供的一种燃气轮机的结构示意图。图2为本申请提供的另一种燃气轮机的结构示意图。图3为本申请提供的再一种燃气轮机的结构示意图。本实用新型提供了一种爆震燃烧室，该爆震燃烧室包括燃烧室本体400以及防回流喷嘴500，燃烧室本体400上开设有进气口410与出气口440，高压气体依次流经进气口410与防回流喷嘴500并从出气口440流出；防回流喷嘴500包括收敛段510，收敛段510包括第一端口511与第二端口512，第一端口511靠近进气口410设置，第二端口512设置在第一端口511远离进气口410的一侧，收敛段510的径向尺寸沿第一端口511向第二端口512的方向逐渐减小。

在上述实现过程中，由于压气机200喷出的高压气体沿轴向进入燃烧室本体400内，且收敛段510的径向尺寸由大变小，因此当压气机200喷出的高压气体在流经收敛段510时，速度会升高，进而使得高压气体抵抗爆震波回流的能力提高，可减少或避免燃烧室本体400内的爆震波回流到压气机200内，保证发动机稳定运行。

在一种可能的实施方式中，防回流喷嘴500还包括扩张段520，扩张段520包括两个相对的端口，其中一个端口与第二端口512连通，另一个端口向远离收敛段510的方向延伸，扩张段520的径向尺寸沿远离收敛段510的方向逐渐增大。

在上述实现过程中，压气机200喷出的高压气在进入收敛段510之前为亚音速，经过收敛段510加速，到达收敛段510的第二端口512处时加速至声速，扩张段520为气流提供进一步扩张加速的空间，气流在扩张段520远离收敛段510的端口加速至超音速，使得气流在防回流喷嘴500处形成音障，避免爆震波回流，进而保证设备的稳定运行。

可选地，如图1与图4所示，收敛段510可以是沿直线从第一端口511收敛至第二端口512；如图3与图5所示，收敛段510也可以是沿平滑的曲线从第一端口511收敛至第二端口512。如图2与图6所示，扩张段520可以是沿直线扩张；如图3月图7,所示，扩张段520也可以是沿平滑的曲线扩张。

可选地，扩张段520远离收敛段510的端口处的外表面连接于燃烧室本体400的内表面，具体地，扩张段520远离收敛段510的端口处的外表面与燃烧室本体400的内表面一体成型或通过焊接的方式连接。设置扩张段520远离收敛段510的端口连接与燃烧室本体400的内表面，一方面可加固扩张段520的结构稳定性，另一方面避免扩张段520与燃烧室本体400的内壁之间形成缝隙，对气流造成影响。

可选地，燃烧室的燃料喷嘴430以及火花塞420设置在防回流喷嘴500与出气口440之间。

在一种可能实施方式中，如图8所示，燃烧室本体400的出气口440处设置有激波减速增压器600，激波减速增压器600包括依次连通的收缩管段610、等直管段620与扩张管段630，收缩管段610远离等直管段620的端口与燃烧室本体400的出气口440连通。

在上述实现过程中，在燃烧室本体400的出气口440处设置激波减速增压器600，激波减速增压器600可对燃烧室本体400的出气口440的气流进行减速增压，便于更好地冲击涡轮300做功。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，防回流喷嘴500由燃烧室本体400的外壁形成。

在上述实现过程中，防回流喷嘴500由燃烧室本体400的外壁形成，即燃烧室本体400在进气口410处，形成收敛段510和/或扩张段520，对进入燃烧室本体400的高压气体进行加速，减少或避免燃烧室本体400内的爆震波回流到压气机200内，保证发动机稳定运行。

本申请还提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括转轴100、压气机200、涡轮300以及上述任一实施方式中的爆震燃烧室，压气机200、涡轮300以及爆震燃烧室套设在转轴100上，爆震燃烧室的进气口410与压气机200的出口连通，爆震燃烧室的出气口440与涡轮300相对。

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)

1.一种爆震燃烧室，其特征在于，包括燃烧室本体以及防回流喷嘴，燃烧室本体上开设有进气口与出气口，高压气体依次流经进气口与防回流喷嘴并从出气口流出；防回流喷嘴包括收敛段，收敛段包括第一端口与第二端口，第一端口靠近进气口设置，第二端口设置在第一端口远离进气口的一侧，收敛段的径向尺寸沿第一端口向第二端口的方向逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的爆震燃烧室，其特征在于，防回流喷嘴还包括扩张段，扩张段包括两个相对的端口，其中一个端口与第二端口连通，另一个端口向远离收敛段的方向延伸，扩张段的径向尺寸沿远离收敛段的方向逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的爆震燃烧室，其特征在于，收敛段沿直线或平滑的曲线从第一端口向第二端口收敛。

4.根据权利要求2所述的爆震燃烧室，其特征在于，扩张段沿直线或平滑的曲线沿远离收敛段的方向扩张。

5.根据权利要求2所述的爆震燃烧室，其特征在于，扩张段远离收敛段的端口连接于燃烧室本体的内表面。

6.根据权利要求5所述的爆震燃烧室，其特征在于，扩张段远离收敛段的端口与燃烧室本体的内表面一体成型。

7.根据权利要求1所述的爆震燃烧室，其特征在于，燃烧室的燃料喷嘴以及火花塞设置在防回流喷嘴与出气口之间。

8.根据权利要求1所述的爆震燃烧室，其特征在于，燃烧室本体的出气口处设置有激波减速增压器，激波减速增压器包括依次连通的收缩管段、等直管段与扩张管段，收缩管段远离等直管段的端口与燃烧室本体的出气口连通。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的爆震燃烧室，其特征在于，防回流喷嘴由燃烧室本体的外壁形成。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括转轴、压气机、涡轮以及权利要求1-9中任一项所述的爆震燃烧室，压气机、涡轮以及爆震燃烧室套设在转轴上，爆震燃烧室的进气口与压气机的出口连通，爆震燃烧室的出气口与涡轮相对。

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