[发明专利]分级驻涡环形燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的燃烧室。

背景技术

燃气轮机是一种典型的常规燃料动力装置。它具有体积小、功率大、重量轻和启动快等特点，被广泛应用在航空、电力、船舶和天然气输送等工业核心领域中。因此，对常规燃机应用技术进行技术改造和性能优化，成为解决能源危机和环境污染问题的重要课题。化学回热循环是一种先进的燃蒸联合循环方式。它主要利用燃机排气的低端余热产生过热蒸气，利用高端余热来促使部分燃油-蒸汽在催化剂作用下裂解生成甲烷、氢气和一氧化碳等高热值气态燃料，从而提高燃料的平均燃烧低热值。化学回热循环燃气轮机(CRGT)的工作方式决定其燃烧室入口经常具有较高的气流速度，因此，要求化学回热燃气轮机燃烧室能够具有宽广的稳定工作范围。

国外目前已有的具有宽广工作范围的先进燃烧技术主要有VRT（Variable Residebce Time）、UCC（Ultra-Compact）和TVC（Trapped Vortex Combustor）几种类型。

VRT燃烧技术在全环形燃烧室中加大切向进气速度，让所有空气与燃油均切向进入环形火焰筒以加强沿周向的旋流。周向旋流使喷嘴注入的燃油中较大油滴在离心力作用下，沿火焰筒外层圆周旋转，有较长时间进行蒸发掺混，直到燃烧殆尽或被更大油滴代替位置而进入内层燃烧，而较轻油雾则保持在内层圆周燃烧。对于不同大小的油滴在燃烧室中的驻留时间并不一样，从而提高整个燃烧室的燃烧效率，这也正是可变驻留时间VRT燃烧技术的由来。该技术可降低NO_X排放，周向掺混旋流降低燃烧室出口径向温度梯度。由于允许气流以较大切向速度进出燃烧室，压气机出口与涡轮前的导向静叶的作用降低，使发动机的尺寸与重量有所减小。但VRT中周向旋流在整个火焰筒内产生，稳定性较差，并不适合于强旋流进口条件下的燃烧组织。

UCC燃烧技术主要是应用在定温循环(CT)和涡轮内燃烧器(ITB)上，目的是为了补偿燃气在涡轮中膨胀做功驱动压气机的推力损失，其结构是在涡轮静叶机匣外环上制造一个周向空腔，在空腔内供应燃油和空气，产生绕发动机轴线旋转的周向流动气流，并通过涡轮叶片上的径向空腔将火焰传播到轴向主流中。空腔中绕轴线产生大的旋转流动，加强油气和燃气的掺混。在周向空腔中富油燃烧，并且作为稳定的点火源，燃烧产物通过径向空腔传输到主流中，在径向空腔中淬熄，主流中再贫油燃烧，减小了污染排放。在很小的空间内燃气驻留时间较长，燃烧完全。因此UCC中火焰传播速度、燃烧效率、放热率提高，污染排放降低，火焰长度缩短，增强了燃烧稳定性。此外，UCC只是一种类似于加力燃烧室的补偿性燃烧技术，并不能直接应用于主燃烧室。

TVC依靠分离于主流腔外的空腔机械结构稳定旋涡气流，并在空腔内喷入燃料，主流区通过高速空气，其进口也有燃料喷入，驻涡为主流区提供了一个连续而稳定的值班火焰与点火源。空腔和主燃区形成分级燃烧，燃烧方式可采用富油-淬熄-贫油燃烧方式（RQL）减少污染。与传统旋流器稳定燃烧室相比，TVC地面点火、高空再点火和贫油熄火性能都有所改善，污染排放也有所减少。但TVC只是对常规燃烧室的一种辅助技术，对强旋流进口条件下的燃烧并没有任何作用。

发明内容

本发明的目的在于提供在加强液雾燃烧、提高燃烧效率的同时，拓展稳定工作范围的适用于高速进口条件下的分级驻涡环形燃烧室。

本发明的目的是这样实现的：

本发明分级驻涡环形燃烧室，其特征是：包括外机匣和内机匣，外机匣和内机匣均为具有大口端和小口端的环形结构，外机匣的内壁和内机匣的内壁形成火焰筒，外机匣的大口端和内机匣的大口端构成燃烧室出口，外机匣的小口端和内机匣的小口端构成空气进口，火焰筒里安装燃烧头部，燃烧头部包括燃油喷嘴和三级轴向旋流器，外机匣上设置燃油导管进口，燃油导管进口连通燃油喷嘴，火焰筒上设置主燃孔、掺混孔、冷却多斜孔，主燃孔位于在燃油喷嘴下游位置，主燃孔的中心线与火焰筒圆周切线的倾角为15°-75°。

本发明还可以包括：

1、所述的三级轴向旋流器包括一二级轮毂和三级轮毂，一二级轮毂安装在三级轮毂上，一二级轮毂上安装内级旋流叶片和中间级旋流叶片，内级旋流叶片位于中间级旋流叶片里，三级轮毂上安装外级旋流叶片，三级轮毂里设置内级文氏管和中间级文氏管，内级旋流叶片连接内级文氏管，中间级旋流叶片连接中间级文氏管，内级文氏管位于中间级文氏管里。

2、掺混孔位于燃烧室出口前的位置，数量为10-100个，掺混孔的中心线与燃烧头部之间的倾角为15°-75°。