一种燃烧室及燃气轮机的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃烧室及燃气轮机。

背景技术：

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是典型的高新技术密集型产品。作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。微型燃气轮机的三大部件为燃烧室、压气机和涡轮，燃烧室的性能会直接影响微型燃气轮机的总体性能。微型燃气轮机根据实际需要有不同的输出功率，如10kw，30kw，50kw，65kw，100kw，300kw等等。不同输出功率的微型燃气轮机其各部件需要重新设计和匹配。现有不同功率的微型燃气轮机燃烧室的设计耗时长，还需要大量实验来调节，影响产品开发进度。

技术实现要素：

本发明提供了一种燃烧室及燃气轮机，以简化不同功率的燃气轮机燃烧室的设计流程和难度，从而加快不同功率的微型燃气轮机燃烧室的产品开发进度。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种燃烧室，包括头部进料口组件、旋流器组、火焰筒和轮机机匣，其中，所述轮机机匣以间隙配合的方式包覆于依次同轴串联的头部进料口组件、旋流器和火焰筒的外侧，且所述轮机机匣对应所述头部进料口组件的一侧具有空气入口，所述头部进料口组件具有多个沿其截面均匀分布的燃料管口。

优选的，所述头部进料口组件具有三个燃料管口。

优选的，所述燃烧室还包括多个掺混孔，所述多个掺混孔间隔环绕设置于所述火焰筒侧壁。

优选的，所述火焰筒的中段筒壁上具有主燃孔。

优选的，所述火焰筒筒壁具有环绕阵列排布的冷却孔。

优选的，所述冷却孔的孔径为0.8～1.2mm，且所述主燃孔孔径大于所述冷却孔孔径。

优选的，所述旋流器组包括与每个燃料管口对应连通的多个旋流器。

优选的，每个旋流器均呈空心柱状，且每个旋流器包括旋流器内圈、旋流器外圈和旋流器叶片，所述旋流器内圈内插设有对应的燃料管口。

优选的，插设于所述旋流器内圈内的燃料管口末端具有6～15个燃料喷孔，且所述燃料喷孔的孔径为1.2～4mm。

本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室，其头部进料口组件具有多个燃料管口，在设计不同功率的燃气轮机燃烧室时可选用现有的小功率燃烧室的头部进料口进行组合，本发明实施例提供的燃烧室设计较为快捷方便，可作为初步的燃烧室设计方案，从而简化不同功率的燃气轮机燃烧室的设计流程和难度，加快了不同功率的微型燃气轮机燃烧室的产品开发进度。同时轮机机匣在对应头部进料口组件的一侧设置空气入口，该空气入口气流方向与燃料进入燃烧室的方向一致能够使得燃烧时空气和高温烟气混合更均匀，从而提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。

一种燃气轮机，包括压气机、涡轮以及如上所述的燃烧室。

本发明实施例提供的燃气轮机包括上述的燃烧室，也能达到简化不同功率的燃气轮机燃烧室的设计流程和难度，从而加快不同功率的微型燃气轮机燃烧室的产品开发进度的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室的轴侧剖视图；

图3为本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室的头部进料口组件截面图；

图4为本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室的燃料管口和旋流器组合示意图。

附图标记：

1-头部进料口组件

2-旋流器组件

3-火焰筒

4-轮机机匣

5-空气入口

11-燃料管口

111-燃料喷孔

21-旋流器

211-旋流器内圈

212-旋流器外圈

213-旋流器叶片

31-掺混孔

32-主燃孔

33-冷却孔

具体实施方式

为简化不同功率的燃气轮机燃烧室的设计流程和难度，从而加快不同功率的微型燃气轮机燃烧室的产品开发进度。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1、图2和图3，本发明一种实施例提供的燃烧室，包括头部进料口组件1、旋流器组2、火焰筒3和轮机机匣4，其中，轮机机匣4以间隙配合的方式包覆于依次同轴串联的头部进料口组件1、旋流器2和火焰筒3的外侧，且该轮机机匣4对应头部进料口组件1的一侧具有空气入口5，头部进料口组件1具有多个沿其截面均匀分布的燃料管口11。

本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室，其头部进料口组件具有多个燃料管口，在设计不同功率的燃气轮机燃烧室时可选用现有的小功率燃烧室的头部进料口进行组合，本发明实施例提供的燃烧室设计较为快捷方便，可作为初步的燃烧室设计方案，从而简化不同功率的燃气轮机燃烧室的设计流程和难度，加快了不同功率的微型燃气轮机燃烧室的产品开发进度。同时轮机机匣在对应头部进料口组件的一侧设置空气入口，该空气入口气流方向与燃料进入燃烧室的方向一致能够使得燃烧时空气和高温烟气混合更均匀，从而提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。

本发明实施例不对头部进料口组件的燃料管口数量进行具体限制，在实际应用中可根据所需燃烧室功率进行取舍，但经过发明人大量实验验证，当头部进料口组件具有三个燃料管口时，燃烧室能够形成的输出功率范围较大，且此时使得空气和高温烟气混合更均匀，从而进一步提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。

参考图1和图2，在本发明另一实施例中，火焰筒3筒壁上具有多个掺混孔31，燃烧室的多个掺混孔31间隔环绕设置于火焰筒3侧壁。掺混孔31的孔径优选为8mm～20mm。火焰筒侧壁间隔环绕设置多个掺混孔，如此设置的多个掺混孔能够使得掺混空气较为均匀地进入到火焰筒中，使得空气和高温烟气混合更均匀，从而提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。

在本发明又一实施例中，如图1和图2所示，燃烧室的火焰筒3的中段筒壁上具有主燃孔32。主燃孔能够提高火焰筒中的燃烧效率并平衡火焰筒内外的压力，从而提高燃烧室工作性能和使用寿命。火焰筒3筒壁还具有环绕阵列排布的冷却孔33。冷却孔能够平衡火焰筒内外的压力，并平衡火焰筒内外温差防止过热损坏，从而进一步提高燃烧室工作性能和使用寿命。冷却孔孔径处于0.8mm～1.5mm之间冷却效果最好，能够在稳定燃烧的同时降低燃烧室的损伤，从而提高燃烧室使用寿命。孔径太小无法有效的形成气膜冷却，不能达到保护旋流器和火焰筒的目的；孔径太大则会淬熄部分燃烧过程，从而降低燃烧室最终的工作效率。气膜冷却基本原理为：从高温环境的壁面上的孔向高温主流引入冷却气流，这股冷却气流在高温主流的压力和摩擦力作用下向下游弯曲，附着在壁面一定区域上，形成温度较低的冷气膜将壁面同高温燃气隔离，并带走部分高温燃气，从而对壁面起到良好的冷却保护作用。

参考图3和图4，本发明实施例中的旋流器组2包括与每个燃料管口11对应连通的多个旋流器21。进一步的，每个旋流器21均呈空心柱状，且每个旋流器21包括旋流器内圈211、旋流器外圈212和旋流器叶片212，旋流器内圈211内插设有对应的燃料管口11。其中，每个旋流器中旋流器叶片的数量为6～14个。在燃烧室内设置旋流器组，气流在通过旋流器组时会在燃烧室内形成低速回流区，这样可以使气体速度与火焰传播速度一致，从而保证燃烧的稳定，回流区的形成还可以保证燃烧的安全。本发明实施例中优选采用燃料管口和旋流器一一对应的设置结构，能够更好的保证燃烧室燃烧时的稳定性和安全性。更进一步的，插设于旋流器内圈211内的燃料管口11末端具有6～15个燃料喷孔111，且该燃料喷孔111的孔径为1.2～4mm。燃料喷孔能够分散燃料管口中的燃料形成细小的燃料雾气，从而提高燃烧室中的燃烧效率和燃烧稳定性。

本发明实施例还提供了一种燃气轮机，包括压气机、涡轮以及如上所述的燃烧室。

本发明实施例提供的燃气轮机包括上述的燃烧室，也能达到简化不同功率的燃气轮机燃烧室的设计流程和难度，从而加快不同功率的微型燃气轮机燃烧室的产品开发进度的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。