[發明專利]中心空腔穩火切向燃燒室

無效

• 申請號: 200910241247.1
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101737802A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 薛鑫;林宇震;許全宏;張弛;劉高恩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/20
• 分類號: F23R3/20;F23R3/52
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明是一種切向進氣、燃燒、排氣的燃氣輪機燃燒室，在保證切向流動、燃燒的同時， 使得燃燒室乃至整個燃氣輪機長度縮短，結構緊湊，重量減小。

背景技術

現代燃氣輪機燃燒室的基本性能和結構分布已經達到相當高的水平，但是對于現代燃氣 輪機燃燒室來說，仍在存在一些難題和挑戰，新材料、新工藝、新結構、新概念的發展應用 才是保證其持續進步的源泉。

常規燃氣輪機燃燒室其燃燒組織形式是在氣流主要沿軸向流動的基礎上利用主燃區的 局部低速回流區形成連續點火源穩定燃燒，并采用適當供油方式霧化燃油，空氣分股進入火 焰筒可以保證主燃區接近恰當油氣比，從而保證穩定高效燃燒。由此可見，常規燃燒室內的 燃燒組織主要是在軸向流動的基礎上構建的，為了獲得較好的流動損失特性，要求其進出口 氣流均沿軸向流動，因此導向葉片對于常規燃燒室來說是必不可少的部件。

傳統的燃氣輪機，一般由環形壓縮系統、燃燒系統和環形的渦輪膨脹系統構成。空氣經 壓縮系統進入燃燒室與燃油混合形成油氣混合物燃燒，然后再進入渦輪的環形通道。空氣在 進入燃燒室前，經壓縮系統即壓氣機壓縮，在壓氣機轉子和靜子的作用下，空氣在壓氣機內 以一定切向速度的回轉運動，其氣流角度相對于燃氣輪機的軸線大約30°到55°，該氣流 角度的大小與整個燃氣輪機的轉速有很大關系。壓縮空氣在進入燃燒室時，壓氣機出口整流 葉片會將其整流變直，壓縮空氣相對于燃氣輪機軸線的角度為0°，(即平行與燃氣輪機的縱 軸)。壓縮空氣在燃燒室內與燃油混合形成混合物燃燒后，燃氣仍沿燃氣輪機軸線方向流動， 而后進入渦輪。進入渦輪前，燃氣在渦輪導向器的作用下，改變流動方向，再次形成帶有一 定切向速度的回轉運動，一般氣流角度相對于燃氣輪機的軸線約為70°。

氣流折轉角度勢必會形成一定的迎角，而這種迎角又是向轉子葉片提供機械力以便向渦 輪段第一級轉子賦予旋轉驅動力所需要的。但是這種氣流角度的分配也為燃氣輪機尤其是燃 燒室帶了許多問題和缺陷。壓氣機出口的空氣具有一定的角度，在30°到55°范圍內，空 氣在進入燃燒室前不斷地被整流(角度回到0°)，而后進入到燃燒室參與燃燒，之后進入渦 輪時再次改變方向，形成的角度大約70°。這種流經燃氣輪機的空氣流動傾斜角的不斷改變 要求壓氣機出口整流葉片和渦輪進口導向器產生強大的氣動力，而這種氣動方對燃氣輪機整 體效能是特別有害的。

此外，迫于航空燃氣輪機的尺寸和重量減小的壓力，常規燃燒室的長度也隨之大大縮短， 而燃油的霧化、蒸發、摻混以及燃燒均沿軸向進行，過短的燃燒室長度勢必會影響到燃燒效 率和出口溫度分布。而且，常規燃燒室中的軸向燃燒組織形式使壓氣機出口氣流的切向動量 沒有很好的加以利用，這在未來先進燃燒室技術中需要考慮。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種中心空腔穩火切向燃燒室， 保證燃燒在切向條件下的穩定燃燒，聯焰以及預燃級與主燃級的匹配，以實現緊湊結構，簡 化結構，減小燃燒室乃至整個燃氣輪機長度和重量的目的。