本发明涉及微尺度燃烧技术领域，特别涉及一种双层壁结构的微型燃气轮机燃烧室。
背景技术：
近些年来，随着微电子机械系统(MEMS)技术的逐渐发展，机械结构的微型化己成为科技潮流的新趋势。微型装置及其系统如传感器、微尺度飞行器、微型医疗器械、微泵、微型马达等在国防、科研、医疗和工业等领域应用广泛，此外，个人便携系统包含移动办公、通讯器工具等也得到了迅速发展。对与上述装置、系统和产品，研制体积小、重量轻、能量密度高并且能够持续供能的微能源系统将对它们的性能具有重要的影响。因此，微能源系统的开发在军事和民用方面都具有实际应用价值。
对于以上的微型装置及产品，其动力电源需求功率范围在几毫瓦到几百瓦之间，现有的供能方式基本为一次碱性电池、可充电电池，以及高性能的新型电池等。化学电池系统简单、可靠，但是其能量密度和功率密度过低，目前最为先进的锂离子电池，其能量密度为0.2kWh/kg，这一数值仅为碳氢燃料(以甲烷和柴油为例)的六十分之一左右。
随着MEMS技术的发展，使得基于燃料燃烧的微型动力装置成为可能，此类动力装置同时具有高功率密度和高能量密度的特点，应用前景广泛。近年来发展的微型燃烧轮机，微型热电以及热光伏发电系统等，都属于这一类装置。
微型燃烧室作为基于燃料燃烧的微型动力系统的重要组成部分，其设计的优劣将直接影响到整个微型动力系统的性能。然而，相对于常规燃烧室而言，由于受到尺度效应的影响，微型燃烧室面临燃气停留时间短，热量损失高，燃烧不完全的不利因素，这将使得微型燃烧室的燃烧效率低、火焰稳定性差。如何保证燃料的燃烧效率以及如何避免热损失过大而导致的不稳定燃烧是开发和设计微型燃烧器的难点。根据微尺度燃烧的难题以及多孔介质燃烧的技术特点，设计一种能够相对高效稳定燃烧的微型燃气轮机燃烧室，正是本发明所解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种燃烧效率高、热损失小、稳定工作范围宽的微型燃气轮机燃烧室。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种双层壁结构的微型燃气轮机燃烧室，使用气体燃料，包括燃烧室外机匣、火焰筒外环、火焰筒内环以及燃烧室内机匣；火焰筒外环采用多孔烧结材料，火焰筒内环采高温合金材料，燃烧室外机匣和燃烧室内机匣采用不锈钢材料；来自压气机的高压空气经过扩压段扩压后，分为两股进入燃烧室：一股流向火焰筒外环和燃烧室外机匣间的外环腔，与燃料混合后参与燃烧；另一股流向火焰筒内环与燃烧室内机匣间的内环腔，经掺混孔流入火焰筒内并与头部高温燃气掺混；燃烧室外机匣上开有燃料喷射孔，用于供应气体燃料，燃料通过喷射孔喷射到外环腔中同空气混合，经过多孔介质火焰筒外环进入燃烧区内参与燃烧；燃烧室采用多孔介质平面火焰的燃烧方式，这对于增强燃烧室稳定性，提高燃烧室效率，降低壁面温度有着显著效果。
所述的微型燃气轮机燃烧室，采用双层壁结构，燃烧室外机匣和火焰筒外环以及火焰筒内环和燃烧室内机匣间分别存在外环腔和内环腔。
所述的微型燃气轮机燃烧室，进口有一扩压段。
所述的微型燃气轮机燃烧室，进行了空气分股，经过扩压的空气被分为两股，分别流经外环腔和内环腔。
所述的微型燃气轮机燃烧室，外机匣上开有的燃料喷射孔，燃烧喷射孔的方向可以不同，包括垂直孔和切向孔。
所述的微型燃气轮机燃烧室，火焰筒外环采用烧结多孔介质材料，有一定透气率。
所述的微型燃气轮机燃烧室，火焰筒内环开有掺混孔。
本发明的工作原理：此燃烧室经行了空气分股。高压空气进入燃烧室后被分成两股，一股流向外环腔，同燃料掺混后，通过多孔介质火焰筒外环进入火焰筒内，同时在多孔介质火焰筒外环表面形成稳定的平面火焰；另一股流入内环腔，通过掺混孔与头部高温燃气混合后流向涡轮。空气分股可使得火焰筒燃烧区工作在接近化学恰当比的工况条件下，挺高燃烧效率以及火焰稳定性；而多孔介质表平面火焰的燃烧方式，能够有效降低燃烧室散热损失，提高化学反应速率并提高燃烧室的稳定性。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
(1)本发明的燃烧室采用双层壁结构，燃烧室外机匣和火焰筒外环以及火焰筒内环和燃烧室内机匣间分别存在外环腔和内环腔。内外环腔的存在，可以有效降低燃烧室壁面温度，减少散热损失。
(2)本发明的燃烧室对空气进行分股，空气进入燃烧室后被分成两股，一股流向外环腔同燃料掺混，参与燃烧；另一股流入内环腔，通过掺混孔与头部高温燃气掺混。空气分股可使得火焰筒燃烧区工作在接近化学恰当比的工况条件下，挺高燃烧效率以及火焰稳定性。
(3)本发明的燃烧室火焰筒外环采用多孔介质材料，燃烧室点火后，混合气在多孔介质表面形成稳定的平面火焰。多孔介质与混合气的换热作用，不仅能够降低燃烧室多孔介质火焰筒外环的温度，减少散热损失，同时还能够对混合气起到预热作用，提高燃烧反应速率以及燃烧室的稳定工作范围。
附图说明
图1是本发明一种双层壁结构的微型燃气轮机燃烧室结构示意图。
图中：1为燃烧室进口，2为扩压段，3为燃料喷射孔，4为外环腔，5为点火针，6为燃烧室外机匣，7为燃烧室出口外机匣，8为为燃烧室出口，9为燃烧室出口内机匣，10为掺混孔，11为内环腔，12为火焰筒外环，13为火焰筒内环，14为燃烧室内机匣。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
本实施例所述的一种双层壁结构的微型燃气轮机燃烧室，使用甲烷气体燃料。如图1所示，燃烧室主要由燃烧室外机匣6、火焰筒外环12、火焰筒内环13、燃烧室内机匣14、点火针5、燃烧室出口外机匣7和燃烧室出口内机匣9构成。火焰筒外环12采用多孔烧结材料，火焰筒内环13、燃烧室出口外机匣7和燃烧室出口内机匣9采用高温合金材料，燃烧室外机匣6和燃烧室内机匣14采用不锈钢材料。各部件主要通过焊接的方式连接。
来自压气机的高压空气经过扩压段2扩压后，分为两股进入燃烧室：一股流向火焰筒外环12和燃烧室外机匣6间的外环腔4；另一股流向火焰筒内环13与燃烧室内机匣14间的内环腔11。燃烧室外机匣6上开有均布的8个切向的燃料喷射孔3，用于供应气体燃料，燃料通过喷射孔3喷射到外环腔4中同空气混合。火焰筒外环12采用烧结不锈钢粉末多孔材料，孔隙率约为20～40％，厚度为1～2mm，外环腔4中的混合气通过火焰筒外环12进入火焰筒内，采用点火针5电火花点火后，在多孔介质火焰筒外环12表面形成稳定的平面火焰。火焰筒内环13开有12～18个均布的掺混孔10，内环腔11中空气通过掺混孔10进入火焰筒内并与头部高温燃气掺混，降低燃烧室出口温度，同时调节燃烧室出口温度分布。
采用此结构的燃烧室，散热损失小，燃烧效率高，同时具有宽的稳定工作范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。