[發明專利]渦輪發動機循環加熱多級燃燒系統

有效

• 申請號: 202111322217.0
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN113864823B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 魏德宸
• 申請（專利權）人: 濱州學院
• 主分類號: F23R3/30
• 分類號: F23R3/30;F23R3/10
• 代理公司: 鄭州華隆知識產權代理事務所(普通合伙) 41144
• 代理人: 經智勇

本發明公開了渦輪發動機循環加熱多級燃燒系統，包括穿過火焰筒外殼設置的進氣通道，火焰筒外殼包括預熱保溫層和燃料預混層，預熱保溫層的內部為相互連通的蜂窩狀結構，預熱保溫層外纏繞有燃料總管，燃料總管的末端穿入預熱保溫層且與內部的蜂窩狀結構連通，預熱保溫層與燃料預混層之間設置有燃料通道，燃料通道的外側設置有與蜂窩狀結構連通的進口、內側設置有噴向燃燒室的燃料噴嘴，燃燒室包括預燃段、收縮段和擴張段，所述燃燒室內設置有與進氣通道相連的空氣噴嘴。本發明可以保證燃燒效率的前提下，使燃燒穩定高效，溫度分布均勻，產生的噪聲和污染物排放更低，保證有足夠長的使用壽命與可靠性。

技術領域

本發明涉及渦輪發動機燃燒技術領域，特別是指渦輪發動機循環加熱多級燃燒系統。

背景技術

燃料渦輪發動機簡稱為燃料輪機，燃料輪機在空氣和燃料的主要流程中，只有壓氣機（Compressor）、燃燒室（Combustor）和燃料渦輪（Turbine）這三大部件組成的燃料輪機循環，通稱為簡單循環。燃料輪機在工作時燃燒室內的火焰筒溫度高，工作環境十分惡劣，材料無法承受在遠超過其正常工作溫度的惡劣環境下長時間工作，因此必須對燃燒室火焰筒進行冷卻，以防止火焰筒出現裂紋或被燒壞而降低發動機壽命。

但是矛盾的是，燃料輪機循環效率的提高主要依靠燃燒室排氣溫度的增加，當燃燒室排氣溫度增加時燃燒室內的溫度必然增高，燃燒室內的氮氧化合物的排放也將隨之增加，同時燃燒室的工作環境也變得惡劣，如壓力高、熱負荷大、高溫高速、流場復雜。當燃燒室溫度升高后，對火焰筒進行冷卻不僅會降低燃燒效率，而且還會造成熱量損失。

因此，現有技術中，在保證燃燒室高燃燒效率的基礎上，如何提高燃料輪機的性能及排放物低污染性是需要解決的難點。

發明內容

針對上述背景技術中的不足，本發明提出渦輪發動機循環加熱多級燃燒系統，解決了現有燃料渦輪發動機燃燒效率、排放物及結構壽命之間無法同時提高的技術問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：渦輪發動機循環加熱多級燃燒系統，包括火焰筒外殼，穿過火焰筒外殼設置有延伸至燃燒室的進氣通道，所述火焰筒外殼包括外部的預熱保溫層和內部的燃料預混層，預熱保溫層的內部為相互連通的蜂窩狀結構，預熱保溫層的前端設置有燃料總管，燃料總管纏繞在預熱保溫層的外壁上，燃料總管的末端穿入預熱保溫層且與內部的蜂窩狀結構連通，預熱保溫層與燃料預混層之間設置有燃料通道，燃料通道的后端封閉、前端設置有與壓氣機連通的前部進氣通道，燃料通道的外側設置有與蜂窩狀結構連通的進口、內側設置有噴向燃燒室的燃料噴嘴，所述燃燒室包括預燃段、收縮段和擴張段，所述燃燒室內設置有與進氣通道相連的空氣噴嘴，所述空氣噴嘴與燃料噴嘴成對設置在預燃段、收縮段和擴張段，，擴張段的長度大于預燃段、收縮段的長度之和。

進一步地，所述前部進氣通道包括前部的蜂窩狀連通段，蜂窩狀連通段與空氣噴嘴相連且與燃料通道之間設置有毛細通道。

進一步地，所述收縮段包括向內突出的徑向收縮結構，徑向收縮結構的截面為半圓形，半圓形內設置有與燃料通道相連的若干個支管道，兩個支管道的末端連接同一個燃料噴嘴。

進一步地，沿所述預燃段和收縮段的周向方向均設置有一環的燃料噴嘴，沿擴張段的周向方向設置有三環的燃料噴嘴，擴張段中每一環的燃料噴嘴的數量與預燃段中每一環的燃料噴嘴的數量相等，收縮段中燃料噴嘴的數量大于預燃段中燃料噴嘴的數量。

進一步地，所述預熱保溫層的前端設置有向外周凸起的凸起段，燃料總管的前端通過凸起段穿入預熱保溫層后穿出，燃料總管穿入凸起段的部位設置有與內部的蜂窩狀結構連通的連通孔。

進一步地，所述燃料總管穿過凸起段后伸出的部分為半圓形管，半圓形管沿預熱保溫層的軸向方向呈螺旋狀均勻設置。

進一步地，所述進氣通道包括設置在預熱保溫層外壁上的進氣斗，與進氣斗相連設置有穿過預熱保溫層和燃料預混層的進氣支管，所述空氣噴嘴設置在進氣支管的末端。