[发明专利]一种微型燃气轮机燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室，特别涉及一种微型燃气轮机环形燃烧室。

背景技术

燃烧室典型的类型主要有三种，分别是单管燃烧室、环管燃烧室以及环形燃烧室，单 管燃烧室由于应用的年代较早，技术也比较成熟，研制时间和经费少，但是独立的单管火焰 筒和单管机匣导致长度长和重量大，且需要联焰管。单管燃烧室应用到微型燃气轮机中，需 要安装在压气机和涡轮轴线外，气流需转折几次，损失较大。环管燃烧室将多个燃烧室放在 一个共同机匣内，相比单管燃烧室更轻更短，但是与空气流型匹配不太容易，扩压器的设计 尤为困难。环形燃烧室的机匣和火焰筒都是环形结构，气动布局与压气机出口气流容易匹配， 压力损失小，燃烧室紧凑，长度短，重量轻。

由于有不同的使用条件和性能要求，燃气轮机燃烧室的气动布局也有很多类型。一般 大的发动机的燃烧室均采用直流燃烧室，小发动机则多采用结构紧凑的回流或折流燃烧室。 直流燃烧室火焰筒和发动机同轴向，气路较为简单，易于与压气机出口气流匹配，压力损失 小。从直流燃烧室的横截面来看，内外环腔的结构和流线都成对称分布，因此以火焰筒中心 线为分界面，包括火焰筒射流，主燃区的回流结构以及掺混区均基本呈上下对称分布，这对 燃烧室的流场匹配和稳定燃烧都非常有利。

在采用离心压气机的燃气涡轮发动机中，为了缩短轴距并利用离心压气机径向尺寸较 大的特点，发展了回流燃烧室及折流燃烧室。回流燃烧室可以有效地利用燃烧室容积，喷嘴 安装也较容易，缺点是由于气流转弯导致了火焰筒的面积增加，冷却变得困难。另外一方面 是扩压器出口的流动与火焰筒进气的流动匹配。外环腔流动与火焰筒内的主流流动相反，而 内环腔流动与主流相同火焰筒内的流动控制需要格外仔细。其它主要问题还有点火及喷油雾 化。

折流燃烧室采用燃油从发动机轴内腔经甩油盘离心甩出的共有方式。燃油供入到甩油 盘中，甩油盘与发动机共轴，转速相同。由于甩油盘的高速旋转，燃油破碎雾化，形成火焰。 这种供油方式的优点是供油系统不需要太大的压力，燃油雾化细度只与转速有关；缺点是向 甩油盘中供油的密封问题较为突出，更为突出的是甩油盘上的油孔如果油量不均匀，若开孔 偏大，则与之对应涡轮工作叶片上会固定高温热点。

综上所述，对于采用离心压气机的微型燃气轮机来讲，回流燃烧室及折流燃烧室比较 适合，但燃烧室出口气流多是轴向的，适合轴流式涡轮。对于采用向心涡轮的微型燃气轮机 来讲，这两种燃烧室的缺点会更多。这就需要一种适合采用离心压气机和向心涡轮的环形燃 烧室。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型的微型燃气轮机环形 燃烧室，该燃烧室径向进气，径向排气，可以缩短微型燃气轮机轴向距离，充分利用空间， 重量轻。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种微型燃气轮机燃烧室，采用环形结构， 包括火焰筒、外机匣、内机匣、旋流器及燃油供给系统；火焰筒由外火焰筒、头部端壁及内 火焰筒焊接组成，外火焰筒平段与内火焰筒之间的距离为火焰筒高度；外火焰筒平段、外火 焰筒连接段、外火焰筒斜段及外火焰筒垂直段连接，组成了外火焰筒；外火焰筒垂直段与燃 烧室机匣后法兰之间连接；外机匣后端与机匣后法兰之间连接，外机匣前端与机匣前法兰之 间连接；燃烧室进口焊接在机匣前法兰上，空气径向进入燃烧室进口，燃烧室进口出口的径 向长度为进口高度；内机匣前端与燃烧室进口之间止口配合，将内机匣前端固定在燃烧室进 口的孔内；外机匣与内机匣之间的距离为机匣高度；旋流器焊接在头部端壁上；燃油供给系 统固定于燃烧室进口外环，离心喷嘴前端安装到相应的旋流器上的喷嘴安装孔内，喷嘴间 距为以喷嘴与环形火焰筒中心线的距离为半径的圆上两喷嘴之间的弧线距离；火焰筒上开有 主燃孔、掺混孔及气膜冷却孔；气膜冷却孔下方焊接气膜缝槽舌片，引导冷却气流；导流板 前端到主燃孔之间的区域为主燃区，主燃孔与掺混孔之间的区域为补燃区，掺混孔至火焰筒 垂直段出口间的区域为掺混区；高能直流点火器插入火焰筒，实现全环燃烧室的点火启动， 燃气径向排出燃烧室。

所述燃油供给系统包括燃油总管左分支、燃油总管右分支、两个燃油管接头、6～ 20个燃油管分支及对应个数的喷嘴座和离心喷嘴；燃油总管左右分支各焊一个接头，并 各伸出3～10个燃油管分支，喷嘴座焊接在燃油管分支的末端；离心喷嘴后端与喷嘴座 之间连接。

所述燃油供给系统供应的燃油流量与燃烧室进口进入燃烧室的空气量之间的油气比的 范围为0.004～0.03。