[实用新型]一种结合黏性涡轮的脉冲爆震燃烧燃气轮机发电装置

说明书

本实用新型一种结合黏性涡轮的脉冲爆震燃烧燃气轮机发电装置，包括进气道和压气机等；进气道位于燃气轮机最前端，压气机与进气道相连，储气室置于压气机下游，压气机排气管连接储气室和燃烧室进气道，燃烧室进气锥布置在燃烧室进气道内，燃烧室气动阀安装在燃烧室进气锥上，脉冲爆震燃烧室与燃烧室进气道相连，脉冲爆震燃烧室头部设置有火花塞，脉冲爆震燃烧室的出口布置有特斯拉涡轮，集气腔置于特斯拉涡轮的侧边，排气管与集气腔相连，压气机变速器左端与压气机转子相连，右端与涡轮转子相连，发电机变速器左端与涡轮转子相连，右端与发电机相连。本实用新型解决了将脉冲爆震燃烧室替换地面燃气轮机等发电动力装置中的等压燃烧室后出现的问题。

技术领域

本实用新型涉及一种燃气轮机，特别涉及一种结合黏性涡轮的脉冲爆震燃烧燃气轮机发电装置，应用于将低品质燃料释热内能转换为高品质电能。

背景技术

缓燃燃烧是一种通过热传导、热扩散、热辐射的方式加热可燃混合物并发生化学反应的燃烧方式，火焰传播速度小，常低于1m/s。目前地面燃气轮机、舰用燃气轮机、航空发动机、弹用发动机等动力装置常采用基于缓燃燃烧方式的等压燃烧室。燃料在燃烧过程中燃烧室内燃气压力基本不变或略有降低，该类动力装置的性能已经发展到一个较为成熟的阶段。其理想循环热效率主要取决于压气机的增压比，理论上增压比越大动力装置的循环热效率越高，但随着动力装置压气机压比的升高，进入燃烧室的空气初始温度也大幅升高，而在材料受限的情况下动力装置中的涡轮入口温度又不可超限，进而导致燃烧室的加热量大幅下降，致使动力装置的输出功率降低。要进一步提高动力装置的性能主要得依靠新材料和叶片冷却技术的研发，而在材料及冷却方法受限时，其将受到采用等压燃烧方式的布莱顿热力循环的限制。

爆震燃烧是一种由引导激波绝热压缩可燃混合物，诱导可燃混合物产生高温高压引燃区，进而发生剧烈化学反应的燃烧方式，化学反应所释放的能量反过来维持并推动引导激波继续向前发展，激波和释热两者相互促进，相辅相成。正因为爆震燃烧是在激波压缩诱导作用下进行，火焰传播速度极快，通常在10³m/s量级，此外可燃混合物燃烧释热的同时燃气压力也升高，即爆震燃烧具有传播速度快、自增压等特点，发展基于爆震燃烧的动力装置有望进一步提高现有动力装置的总体性能。

基于爆震燃烧的上述优势，国内外学者提出了采用脉冲爆震燃烧的新型动力装置，将脉冲爆震燃烧室替换地面燃气轮机、舰用燃气轮机、航空发动机、弹用发动机等动力装置中的等压燃烧室，但在研究中发现，1)脉冲爆震燃烧后产生的高温高压燃气具有强脉动特性，燃气能量分布极为集中，高能量燃气占循环工作周期的时间比例小，基于准稳态来流设计条件的涡轮对爆震燃气的能量转换效率低；2)脉冲爆震燃烧室内形成脉冲爆震燃烧波后，燃烧室头部压力升高，燃烧压缩波会反传入燃烧室进气道，影响压气机的正常工作。

实用新型内容

为了解决将脉冲爆震燃烧室替换地面燃气轮机等发电动力装置中的等压燃烧室后出现的问题，如爆震燃气能量转换效率低、爆震燃烧波压力反传影响压气机工作等，本实用新型提出一种结合黏性涡轮的脉冲爆震燃烧燃气轮机发电装置。本实用新型中采用特斯拉涡轮作为脉冲爆震燃气能量转换部件，特斯拉涡轮是利用流体的物理黏性来实现流体在涡轮内的能量转换，高速脉冲爆震燃气从涡轮壳切向进入涡轮后，在涡轮内形成螺旋状流线，燃气与涡轮叶盘之间形成附面层，根据牛顿黏性定律叶盘在受到燃气黏性作用力下高速旋转，将从燃气中所获取的能量以轴功率的方式输出。由于特斯拉涡轮不存在任何叶片结构，与现有动力装置中采用的轴流和向心涡轮相比，非稳态脉冲爆震燃气可在特斯拉涡轮内自适应地以瞬态黏性力做功方式进行能量转换，解决轴流和向心涡轮对脉冲爆震燃气能量转换效率低的问题。本实用新型同时针对脉冲爆震燃烧室的工作特性，提出了一种可自适应跟随脉冲爆震燃烧室工作频率变化的气动阀结构，利用进气压力差和爆震燃烧波反传压力差，自动打开和关闭气动阀，解决爆震燃烧波压力反传影响压气机工作的问题。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：