[发明专利]一种基于旋转爆轰燃烧的船用三轴燃气轮机

说明书

本发明提供了一种基于旋转爆轰燃烧的船用三轴燃气轮机，它包括低压压气机、高压压气机、旋转爆轰燃烧室、热射流起爆管、掺混器、低压涡轮、高压涡轮、动力涡轮、负载、冷源。将旋转爆轰燃烧室应用于船用燃气轮机，采用低压压气机空气参与燃烧——高压压气机空气参与掺混冷却的方式，保证涡轮进口处工质未超温，且经过爆轰燃烧的工质具有更高的做功能力。本发明利用旋转爆轰燃烧室的增压特性，在涡轮进口处温度、部件效率、压气机压比相同的条件下，使燃气轮机循环热效率提高了3‑5％。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术，尤其涉及一种基于旋转爆轰燃烧的船用三轴燃气轮机。

背景技术

燃气轮机循环热效率是评定燃气轮机设计技术水平的最主要性能指标，减小燃气轮机循环过程熵增是提高燃气轮机循环热效率的一个重要方式。在布雷顿循环中，等压燃烧过程熵增最大的热力过程，降低该热力过程的熵增受到了等压燃烧原理的限制，进而限制了基于简单布雷顿循环燃气轮机效率的大幅度提高。随着科技的发展对燃气轮机性能要求逐步提高，等压燃烧污染物排放高、火焰长度长等缺陷也日益突显出来。

爆轰燃烧室结构相对简单、污染小、能量转换率小，且由于爆轰燃烧近似于等容燃烧，燃烧过程熵增较等压燃烧明显减小，有一定的增压能力。爆轰燃烧室有三种实现形式：脉冲爆轰燃烧室、驻定爆轰燃烧室和旋转爆轰燃烧室。脉冲爆轰燃烧室结构简单、比冲性能较高，但间歇性工作方式使其需要多次点火；驻定爆轰燃烧室增压比高，熵增最小，但需要较高马赫数的进气条件；而旋转爆轰燃烧室是只需要一次点火且工作范围宽泛，更易应用在燃气轮机上。

旋转爆轰燃烧室是一种环形燃烧室，头部有多个喷嘴用于燃料和氧化剂的掺混和供给。旋转爆轰燃烧室由热射流起爆管起爆，燃烧室内爆轰波传播速度达到10³m/s量级，燃料驻留时间为10^-4s量级，放热快，排放低。但旋转爆轰燃烧室在燃料——空气当量比较低时燃烧不稳定，极易发生熄爆现象，而在燃料——空气当量比较高时，燃烧室出口温度过高，涡轮叶片无法接受，这成为能否将旋转爆轰燃烧室应用在燃气轮机上的一个关键问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种基于旋转爆轰燃烧的船用三轴燃气轮机，以至少解决旋转爆轰燃烧室不易应用在燃气轮机上的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于旋转爆轰燃烧的船用三轴燃气轮机，基于旋转爆轰燃烧的船用三轴燃气轮机包括低压压气机、高压压气机、旋转爆轰燃烧室、掺混器、高压涡轮、低压涡轮、动力涡轮、负载和冷源；低压压气机的入口端连接冷源，低压压气机的出口端分别连接高压压气机的进口端和旋转爆轰燃烧室的进口端，以使得经低压压气机压缩后的空气分为两部分：一部分空气进入高压压气机继续压缩，而另一部分空气进入旋转爆轰燃烧室参与燃烧过程；旋转爆轰燃烧室的出口端连接掺混器的第一进口端，高压压气机的第一出口端连接掺混器的第二进口端，以通过对经过高压压气机压缩的至少部分高压空气与经旋转爆轰燃烧室增压的工质进行掺混来降低工质温度；掺混器的出口端连接高压涡轮的进口端，高压涡轮的出口端连接低压涡轮的进口端，低压涡轮的出口端连接动力涡轮的进口端，动力涡轮的出口端连接冷源；动力涡轮连接负载。

进一步地，高压压气机还设有第二出口端，该第二出口端连接高压涡轮的进口端以用于对高压涡轮进行冷却。

进一步地，冷源为大气环境，循环工质在动力涡轮膨胀做功后直接排出至大气环境，低压压气机从大气环境中吸入空气。

进一步地，旋转爆轰燃烧室为非预混燃烧室，采用热射流起爆管起爆，其燃料供给方式为低压压气机出口的部分空气在燃烧室入口和燃料一边掺混一边进入燃烧室参与燃烧。