室隔板33与燃烧室外壳30之间形成的空隙逐渐膨胀进入径向透平7的蜗壳，在径向透平7内膨胀做功后由径向透平排气管6排入燃烧室排气总管13，同时径向透平7将所获得的轴功率全部输出给I号发电机10 ;随着等容燃烧室继续旋转，燃烧室隔板33与燃烧室外壳30之间的间隙越来越大，当间隙大于径向透平7蜗壳入口宽度时，独立等容燃烧室内的剩余高温高压燃气经燃烧室排气结构22后直接排入燃烧室排气总管13 ;经径向透平7膨胀做功后的高温高压燃气与从燃烧室排气结构22排出的高温高压燃气在燃烧室排气总管13内掺混后从径向垂直进入燃气整流室4，在环形导流叶片19的作用下，将高温高压燃气的气流方向逐渐从径向调整为轴向，并在收缩型燃气整流室4内进行预膨胀，燃气速度增加，压力降低；进行预膨胀整流后的高温高速燃气经轴流透平14继续膨胀做功，轴流透平14以轴功率的形式输出功率给离心压气机2和II号发电机17，膨胀做功后的低速乏气经燃气排气结构15排出。
【主权项】
1.一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，包括进气道(I)、离心压气机(2)、压缩空气输送管(3)、燃气整流室(4)、等容燃烧室(5)、燃烧室动力输入轴(11)、燃烧室驱动马达(12)、燃烧室排气总管(13)、轴流透平(14)、燃气排气结构(15),11号变速器(16)、II号发电机(17)和主动力轴(20);其中， 等容燃烧室(5)采用中心对称结构，包括具有中空腔体的圆柱形燃烧室外壳(30)，燃烧室外壳(30)周向呈180度夹角上设置有与燃烧室外壳(30)相切且连通的方管形燃烧室排气结构(22)，燃烧室外壳(30)腔体的中心处设置有进气结构，进气结构的周向上套装有等容燃烧室主体(29)，进气结构内部设置有燃烧室进气结构(28)，该燃烧室进气结构(28)与燃烧室外壳(30)和燃烧室进气结构(28)之间形成的腔体相连通，燃烧室外壳(30)的两个侧面上对称设置有四个燃料预热器(24); 每个燃料预热器(24)均呈环形，且燃料预热器(24)沿顺时针方向相对的两端分别为进气端和出气端，每个燃料预热器(24)的进气端均设置有一个燃料入口管(23)，出气端均设置有一个燃料出口管(25)，每个燃料预热器(24)靠近燃料预热器(24)进气端的侧面上均设置有与燃烧室外壳(30)连通的若干燃料喷嘴(26)和火花塞安装座(27)，火花塞(31)安装在火花塞安装座(27)上； 等容燃烧室主体(29)包括燃烧室旋转轴(35)，该燃烧室旋转轴(35)的一端设置有燃烧室内腔旋转盘(36)，燃烧室内腔旋转盘(36)的周向上通过燃烧室内腔支架(32)均匀设置有若干燃烧室隔板(33)，若干燃烧室隔板(33)用于将燃烧室外壳(30)和进气结构之间形成的腔体等间距划分为若干个独立等容燃烧室，燃烧室旋转轴(35)的另一端伸出至燃烧室外壳(30)上相对于设置有燃烧室进气结构(28)的一个侧面外； 尚心压气机(2)设置在进气道(I)后，尚心压气机(2)的出口与压缩空气输送管(3)的入口相连通，压缩空气输送管(3)的出口与燃烧室进气结构(28)的入口相连通；轴流透平(14)设置在燃气整流室(4)后，两个燃烧室排气结构(22)的出口通过燃烧室排气总管(13)与燃气整流室(4)的入口相连通，轴流透平(14)的出口与燃气排气结构(15)的入口相连通，II号发电机(17)的动力输入轴通过II号变速器(16)与主动力轴(20)的输出端相连，主动力轴(20)用于驱动与轴流透平(14)同轴心设置的离心压气机(2)旋转；燃烧室驱动马达(12)的动力输出端通过燃烧室动力输入轴(11)与燃烧室旋转轴(35)的输入端相连。2.根据权利要求1所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，进气道(I)与燃气整流室(4)之间的主动力轴(20)上还设置有主动力轴防护机匣(21)，且主动力轴(20)与主动力轴防护机匣(21)之间以及主动力轴(20)与燃气整流室⑷之间均设置有轴承(18)ο3.根据权利要求1所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，燃气整流室(4)进口处的内侧还设置有环形导流叶片(19)。4.根据权利要求1所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，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。5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，等容燃烧室主体(29)还包括设置在每个燃烧室隔板(33)两侧的密封篦齿结构(34)。6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，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)。7.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，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。8.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，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。9.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，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。10.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，其特征在于，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；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。
【专利摘要】本发明公开了一种基于等容燃烧的小型燃气轮机，包括进气道、离心压气机、燃气整流室、等容燃烧室、燃烧室动力输入轴、燃烧室驱动马达、轴流透平、燃气排气结构、II号变速器、II号发电机和主动力轴等。本发明采用旋转等容增压燃烧室替换传统等压燃烧室后，燃气轮机可减小压气机级数，降低压气机压缩功，进而使透平输出轴功率中用于发电的比例增加，整体上提高燃气轮机的循环热效率；因等容燃烧是在一密闭容积内进行，燃烧室内气流速度低，容易形成稳定燃烧火焰，且燃烧过程中燃料和空气不再填充，故不存在因空气或燃料压力/流量波动带来的燃烧不稳定性问题，可成功解决传统燃气轮机中采用低污染燃烧技术后燃烧室燃烧稳定区域变窄和容易熄火等问题。
【IPC分类】F02C5/02, F02C7/224
【公开号】CN105065119
【申请号】CN201510549573
【发明人】李晓丰, 肖俊峰, 王玮, 王峰
【申请人】华能国际电力股份有限公司, 西安热工研究院有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月31日