一种基于等容燃烧的小型燃气轮机的制作方法_3

文档序号:9346216阅读:来源:国知局
渐从径向转变为轴向,这可防止燃气在气流方向改变过大时产生漩涡、附面层分离等造成的能量损失。考虑到亚音速气流在收缩通道内会膨胀加速,故将燃气整流室4的截面设计成收缩形状,使从等容燃烧室排出的高温高压燃气的部分压力能转化为动能,对燃气进行预膨胀后有利于其在轴流透平14内做功。
[0047]进一步的,如图8所示,燃烧室排气结构22内还设置有径向透平7,该径向透平7的输出端依次通过辅动力轴8和I号变速器9与I号发电机10的动力输入端相连,径向透平(7)处的出口通过径向透平排气管6与燃烧室排气总管13相连。
[0048]如图5a和图5b所不,燃料喷嘴26包括一端开口的圆柱形喷嘴外壳37,圆柱形喷嘴外壳37相对于其开口端的一端上开设有若干预混燃料喷射孔42,圆柱形喷嘴外壳37内设置有与其同轴心且一端开口的圆柱形喷嘴内壳39,圆柱形喷嘴内壳39的开口端与圆柱形喷嘴外壳37的开口端同向设置,圆柱形喷嘴内壳39的周向上开设有若干燃料喷射孔40,圆柱形喷嘴内壳39的外壁与圆柱形喷嘴外壳37的内壁之间通过若干平行设置的空气扰流孔板38相连,每个空气扰流孔板38上均开设有空气扰流孔41。空气经圆柱形喷嘴外壳37与圆柱形喷嘴内壳39之间的环形通道进入喷嘴,燃料由圆柱形喷嘴内壳39形成的内部通道进入。空气扰流孔板38布置在圆柱形喷嘴外壳37和圆柱形喷嘴内壳39形成的环形通道内,将外部环形流路隔成三个预混区域,空气在三个预混区域内分别与由内部燃料喷射孔40喷出的燃料进行掺混。空气经空气扰流孔板38后湍流度增加,可提高空气与燃料的掺混速度,缩短预混距离。预混后的混合可燃工质最终经预混燃料喷射孔42喷入独立等容燃烧室。
[0049]如图6a和图6b所示,燃燃烧室进气结构28包括一端开口的圆柱形进气壳体43,燃烧室进气结构28另一端的周向上开设有若干空气喷射孔46,在靠近空气喷射孔46的燃烧室进气结构28内侧还设置有三排轴向对称的弧形空气导流板45,燃烧室进气结构28在靠近其开口端的内侧设置有空气过滤板44,该空气过滤板44上开设有若干圆形通孔,对来流空气具有过滤粉尘和稳定气流的作用。因气流在燃烧室进气结构28内需从轴向转变90度后再从径向的空气喷射孔46进入燃烧室,为减小来流空气在燃烧室进气结构28中的流动损失,在燃烧室进气结构28内设计有三排弧形空气导流板45。空气导流板45可引导来流空气缓慢从轴向转变为径向,大大降低了来流工质因方向转变过大时产生气流分离、漩涡等所造成的流动损失。
[0050]如图7a和图7b所示,燃火花塞安装座27包括一端开口的引火座49以及设置引火座49另一端上的火花塞保护管47,引火座49另一端的中心处开设有火花塞安装孔48,火花塞31通过火花塞保护管47设置在火花塞安装孔48处。在各独立等容燃烧室进行新鲜空气和燃料填充时,气流在引火座49内形成局部回流区,回流区内气流速度较低,湍流度大,可提高点火的成功率,降低点火能量。工作时火花塞先点燃引火座49内的燃料,然后再通过引火座49内的高温燃气引燃独立等容燃烧室内的燃料,可确保等容燃烧室安全可靠点火。
[0051]此外,进气结构为圆柱形壳体结构,在其95度至150度和275度至330度之间开设有多排进气孔,且进气孔位置呈中心对称布置。其效果为当燃烧室隔板33内侧旋转至90度或270度时,燃烧室隔板33外侧与燃烧室外壳30之间既已形成一定空隙,且该空隙随着旋转角度增加而逐渐变大。这样燃烧后的高温高压燃气可先通过这一间隙膨胀降压,待燃烧室内压力降至与来流压力相等时再进行新鲜空气填充,进而确保了燃烧室空气和燃料的连续供给。
[0052]每个燃料预热器24的进气端和出气端分别呈外凸形和内凹形,且燃料入口管23和燃料出口管25均经90度转弯后分别与燃料预热器24的进气端和出气端连接。四个燃料预热器24位于燃烧室外壳30的两侧,考虑到正在膨胀排气和新鲜空气填充的独立等容燃烧室温度较低,故特将燃料预热器24的位置与燃烧室排气结构22错开。冷态燃料经燃料入口管23从燃料预热器24进气端进入燃料预热室,因正在燃烧或燃烧后还未膨胀排气的独立等容燃烧室壁面温度很高,故冷态燃料在流经燃料预热器24时温度逐渐升高,并最终从燃料出口管25流出。燃料预热器24除具有对燃烧室燃料加热的作用外,还可对等容燃烧室5进行实时冷却。
[0053]若干燃料喷嘴26设置在每个燃料预热器24的位置和火花塞安装座27设置在每个燃料预热器24的位置间隔一个独立等容燃烧室。
[0054]燃气排气结构15为一直角弯头喷管,可将燃气流动方向改变90度。
[0055]实施例:
[0056]图1是表示本实施例所涉及的基于等容燃烧的小型燃气轮机的整体构成图。如图1所示,本实施例所涉及的燃气轮机,包括以转轴为中心旋转的主动力轴20、进气道1、离心压气机2、等容燃烧室5、径向透平7、燃气整流室4、轴流透平14和燃气排气结构15组成,并形成如图1中箭头所示通过它们的气体工质流路。
[0057]沿燃气轮机的气流方向,进气道I位于燃气轮机的最左端,离心压气机2设计在进气道I的右侧,考虑到等容燃烧具有自增压优势,本实例中离心压气机2仅采用了单级离心压气机,与传统多级轴流压气机相比,级数可降为I至2级,简化了燃气轮机的总体结构,降低了燃气轮机质量;压缩空气输送管3为一等截面圆形弯管,将离心压气机2排出的切向气流经90度转弯后变为轴向气流;等容燃烧室5布置在燃气轮机的一侧,其中心轴与燃气轮机的主动力轴20平行;燃气整流室4与离心压气机2同轴布置,主动力轴保护机匣21将离心压气机2和燃气整流室4连接成一整体;在燃气整流室4的左侧设计有三排环形导流叶片19,其可将由燃烧室排出的高温高压燃气的气流方向从径向逐渐调整为轴向;燃气整流室4的流道设计成收缩型,可将从燃烧室排出的燃气进行预膨胀,将燃气的部分压力能转化为动能;轴流透平14设计在燃气整流室的右侧,其后布置有燃气排气结构15 ;在等容燃烧室5与离心压气机2之间,由压缩空气输送管3经90度转弯后将离心压气机2的蜗壳出气口和等容燃烧室5的燃烧室进气结构28相连;在等容燃烧室5与燃气整流室4之间,由燃烧室排气总管13相连,径向透平排气管6将径向透平7和燃烧室排气总管13相连号变速器和I号发电机位于径向透平7的右侧,II号变速器和II号发电机设计在燃气轮机的最末端;燃烧室驱动马达12布置在等容燃烧室5的右侧,通过燃烧室动力输入轴11与燃烧室旋转轴35相连。
[0058]本实施例发电装置的工作过程为:首先启动燃烧室驱动马达12,控制其在指定转速下匀速转动,待燃烧室驱动马达12转速稳定后将燃烧室动力输入轴11与燃烧室旋转轴35相连,由燃烧室驱动马达12带动等容燃烧室主体29以一定的角速度顺时针匀速转动;然后由启动机带动燃气轮机主动力轴20高速旋转,大气环境空气经进气道I被离心压气机2吸入燃气轮机;空气经离心压气机2压缩后排入压缩空气输送管3,再经燃烧室进气结构28中的空气过滤板44、空气导流板45和空气喷射孔46进入正处于填充位置的独立等容燃烧室;同时冷态燃料由燃料入口管23进入燃料预热器24,预热后的燃料再由燃料出口管25流向燃料喷嘴26 ;在燃料喷嘴26内,空气经圆柱形喷嘴外壳37和圆柱形喷嘴内壳39之间的环形通道进入燃料喷嘴26,燃料经圆柱形喷嘴内壳39后由燃料喷射孔40进入预混室,与经空气扰流孔板38扰乱后的空气进行掺混,预混后的可燃工质最终通过预混燃料喷射孔42高速喷入处于燃料喷嘴26下方的独立等容燃烧室;填充完新鲜空气和燃料的独立等容燃烧室继续旋转,在旋转过程中预混燃料和新鲜空气在燃烧室内进一步掺混;待独立等容燃烧室旋转至火花塞安装座27时,点火系统控制火花塞31点火,火花塞31先点燃火花塞引火座49内的局部燃料,再以引火座49内的火焰引燃独立等容燃烧室内的燃料,当燃烧室点火成功后,关闭燃气轮机启动机;独立等容燃烧室内的燃料在旋转过程中逐渐燃烧完毕,整个燃烧过程体积不变,压力升高;待独立等容燃烧室旋转至90度或270度时,其内部燃烧后的高温高压燃气经燃烧
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