一种基于等容燃烧的小型燃气轮机的制作方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种燃气轮机，特别涉及一种采用等容燃烧方式释放燃料热能的小型燃气轮机。
【背景技术】
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[0002]等容燃烧和等压燃烧是两种常见的燃烧方式，均属于缓燃燃烧，等容燃烧在燃烧过程中体积不变，压力和温度同时升高，而等压燃烧则是压力不变，温度增加，体积膨胀。等容燃烧主要应用于往复式活塞内燃机，具有体积小、循环热效率高等优点。等压燃烧则主要应用于地面、舰船、航空和工业用燃气轮机，具有单位重量轻、比功率大等特点，但与往复式活塞内燃机相比，其循环热效率低。
[0003]随着我国环境保护的压力日益增加，国家制定了新的燃气轮机大气污染物排放标准，对燃气轮机污染物排放提出了更为严苛的要求。目前地面燃气轮机均采用以预混燃烧为主的分级等压燃烧方式降低污染物排放，但预混燃烧温度分布均匀，火焰面温度峰值不高，导致燃料的燃烧稳定区域变小，火焰易受燃料和空气流量/压力波动而发生燃烧不稳定现象，情况严重时会造成一系列事故:例如燃烧室熄火、燃料喷嘴因回火烧损、燃料喷嘴积碳、燃烧室火焰筒鼓包、透平一级喷嘴/动叶烧损等。为了确保燃气轮机的运行安全，现有燃气轮机均设计了极其复杂的燃烧室控制系统，且对其控制精度和控制系统反应速度提出了严格要求。此外当燃气轮机出现燃料成分变化、外部环境温度偏差超过一定范围、热部件升级、燃烧室部件拆除、重新安装或者更换、燃气轮机小修/中修/大修后、增加或者拆除影响燃烧系统运行状态的硬件等情况时，燃气轮机燃烧室的稳定性区域都会发生变化，此时还需对燃气轮机进行复杂的燃烧调整试验，以确保燃烧室工作在燃烧稳定区域的中间值。
[0004]综上，虽然目前基于等压燃烧的燃气轮机技术已非常成熟，且应用最为广泛，但其仍存在如下问题:1)循环热效率较等容燃烧热力循环低；2)燃烧室燃烧稳定区域窄，容易熄火，需复杂的火焰稳定结构稳定燃烧室火焰；3)需要复杂的燃烧室控制系统对燃烧室进行精确控制；4)需频繁进行燃烧调整试验，运行维护成本高。
【实用新型内容】:
[0005]本实用新型的目的是为了进一步提高现有地面燃气轮机的循环热效率，解决等压燃烧室燃烧稳定区域窄、容易熄火以及需频繁进行燃烧调整等问题，提供了一种基于等容燃烧的小型燃气轮机。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案予以实现:
[0007]—种基于等容燃烧的小型燃气轮机，包括进气道、离心压气机、压缩空气输送管、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、燃烧室排气总管、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；其中，
[0008]等容燃烧室采用中心对称结构，包括具有中空腔体的圆柱形燃烧室外壳，燃烧室外壳周向呈180度夹角上设置有与燃烧室外壳相切且连通的方管形燃烧室排气结构，燃烧室外壳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，进气结构内部设置有燃烧室进气结构，该燃烧室进气结构与燃烧室外壳和燃烧室进气结构之间形成的腔体相连通，燃烧室外壳的两个侧面上对称设置有四个燃料预热器；
[0009]每个燃料预热器均呈环形，且燃料预热器沿顺时针方向相对的两端分别为进气端和出气端，每个燃料预热器的进气端均设置有一个燃料入口管，出气端均设置有一个燃料出口管，每个燃料预热器靠近燃料预热器进气端的侧面上均设置有与燃烧室外壳连通的若干燃料喷嘴和火花塞安装座，火花塞安装在火花塞安装座上；
[0010]等容燃烧室主体包括燃烧室旋转轴，该燃烧室旋转轴的一端设置有燃烧室内腔旋转盘，燃烧室内腔旋转盘的周向上通过燃烧室内腔支架均匀设置有若干燃烧室隔板，若干燃烧室隔板用于将燃烧室外壳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，燃烧室旋转轴的另一端伸出至燃烧室外壳上相对于设置有燃烧室进气结构的一个侧面外；
[0011]离心压气机设置在进气道后，离心压气机的出口与压缩空气输送管的入口相连通，压缩空气输送管的出口与燃烧室进气结构的入口相连通；轴流透平设置在燃气整流室后，两个燃烧室排气结构的出口通过燃烧室排气总管与燃气整流室的入口相连通，轴流透平的出口与燃气排气结构的入口相连通，II号发电机的动力输入轴通过II号变速器与主动力轴的输出端相连，主动力轴用于驱动与轴流透平同轴心设置的离心压气机旋转；燃烧室驱动马达的动力输出端通过燃烧室动力输入轴与燃烧室旋转轴的输入端相连。
[0012]本实用新型进一步的改进在于，进气道与燃气整流室之间的主动力轴上还设置有主动力轴防护机匣，且主动力轴与主动力轴防护机匣之间以及主动力轴与燃气整流室之间均设置有轴承。
[0013]本实用新型进一步的改进在于，燃气整流室进口处的内侧还设置有环形导流叶片。
[0014]本实用新型进一步的改进在于，燃烧室排气结构内还设置有径向透平，该径向透平的输出端依次通过辅动力轴和I号变速器与I号发电机的动力输入端相连，径向透平处的出口通过径向透平排气管与燃烧室排气总管相连。
[0015]本实用新型进一步的改进在于，等容燃烧室主体还包括设置在每个燃烧室隔板两侧的密封篦齿结构。
[0016]本实用新型进一步的改进在于，燃料喷嘴包括一端开口的圆柱形喷嘴外壳，圆柱形喷嘴外壳相对于其开口端的一端上开设有若干预混燃料喷射孔，圆柱形喷嘴外壳内设置有与其同轴心且一端开口的圆柱形喷嘴内壳，圆柱形喷嘴内壳的开口端与圆柱形喷嘴外壳的开口端同向设置，圆柱形喷嘴内壳的周向上开设有若干燃料喷射孔，圆柱形喷嘴内壳的外壁与圆柱形喷嘴外壳的内壁之间通过若干平行设置的空气扰流孔板相连，每个空气扰流孔板上均开设有空气扰流孔。
[0017]本实用新型进一步的改进在于，燃烧室进气结构包括一端开口的圆柱形进气壳体，燃烧室进气结构另一端的周向上开设有若干空气喷射孔，在靠近空气喷射孔的燃烧室进气结构内侧还设置有三排轴向对称的弧形空气导流板，燃烧室进气结构在靠近其开口端的内侧设置有空气过滤板，该空气过滤板上开设有若干圆形通孔。
[0018]本实用新型进一步的改进在于，火花塞安装座包括一端开口的引火座以及设置引火座另一端上的火花塞保护管，引火座另一端的中心处开设有火花塞安装孔，火花塞通过火花塞保护管设置在火花塞安装孔处。
[0019]本实用新型进一步的改进在于，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。
[0020]本实用新型进一步的改进在于，每个燃料预热器的进气端和出气端分别呈外凸形和内凹形，且燃料入口管和燃料出口管均经90度转弯后分别与燃料预热器的进气端和出气端连接；若干燃料喷嘴设置在每个燃料预热器的位置和火花塞安装座设置在每个燃料预热器的位置间隔一个独立等容燃烧室。
[0021]相对于现有技术，本实用新型具有如下的有益效果:
[0022]本实用新型与传统地面燃气轮机发电装置相比，因等容燃烧具有自增压、燃烧效率高、污染物排放低等优点，故本实用新型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/流量脉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；因等容燃烧火焰稳定性好，不易因发生燃烧脉动而造成燃烧室故障，故可大幅度降低燃烧室的燃烧控制系统，且可省去传统燃气轮机中需频繁进行燃烧调整的试验工序；此外本实用新型中等容燃烧采用的是一种贫燃料均相预混燃烧，可减小NOx、CO等污染物的排放。
[0023]进一步的，因若干个独立等容燃烧室相互之间存在一定的压差，为防止燃烧室之间燃气的相互干扰，在每个燃烧室隔板