一种燃气轮机燃烧室的制作方法

本发明涉及航空航天设备，尤其是指一种燃气轮机燃烧室。

背景技术：

1、燃气轮机是技术高度集成的前沿装备，广泛用于航空航天或电力石化等行业。燃气轮机通过燃烧室部件，将燃料的化学能燃烧释放，将新鲜空气转为高速燃气做功，因此，燃烧室是燃气轮机核心部件之一。

2、燃烧室头部是燃烧室的关键结构，是燃烧组织、燃油与空气掺混的载体，直接关乎燃气轮机可靠点火、稳定高效充分燃烧及出口温度分布等性能指标，因此是燃气轮机燃烧室设计的精髓所在，需重点关注。燃烧室头部结构示意如附图1所示，通常由旋流器形成头部回流低速区以稳定燃烧，通过火焰筒形成燃烧室主燃区外边界，通过燃烧室机匣提供对各零部件的安装载体并构成燃烧室外边界，通过燃料总管运输燃料及喷出载体，最终将燃料输出至燃烧室。

3、现阶段燃气轮机燃烧室广泛使用两级燃料供给+多级旋流器组合方式，满足宽工作范围、高性能使用要求，如附图1所示，中间一级燃料提供小功率状态下燃料，保证燃料的充分雾化、高效燃烧，大功率工况时在通过外一层燃料通道一起供油。该方案技术成熟、应用广泛，现阶段大多数军民用燃气轮机均使用类似结构，虽然该方案在稳定性、性能先进性、使用可靠性等方面表现优异，但存在以下问题：

4、1)工作范围不够宽。当前绝大多数燃烧室头部的燃料工作范围普遍不超过20倍，如果是装在飞行器上，其工作的最大高度、最快速度等均会受到限制，因此，如果需要同时兼顾地面与更高的高空工作，还需要拓展燃料的工作范围。

5、2)污染物排放水平偏高。绿色发展是当今时代的主题，燃气轮机的污染物排放日益受重视，目前国际民航组织等已经提出了多个严格的运输排放指标限制。当前广泛使用的燃烧室头部方案，在设计点等部分状态下能较好的燃烧，但是在其他工况下，燃烧不够充分，特别是温度场分布不够均匀，将导致碳烟、氮氧化物等污染物大量排放，严重污染大气环境，危害气候安全。

6、3)燃料可选类型较窄。当前大多数燃烧室头部方案，采用的是极其精细、复杂的喷嘴结构，要么是适应液体燃料，或者适用气体燃料如天然气，但不能同时兼顾，因为不同类型燃料的密度、体积、雾化等物理特性差异过大，如果强行使用不同类型燃料，将导致燃烧不稳定、燃料质量流量不匹配、功能性能不满足要求等严重后果。

技术实现思路

1、本发明是提供一种燃气轮机燃烧室，通过设计更多的燃料供给通道，燃料质量工作范围可超过30倍，大幅宽于当前绝大多数燃气轮机燃烧室头部，燃烧室的工作范围显著扩大，如果用在航空航天飞行器，可以使飞行器的飞行高度等得到明显增加；有效提高燃料与空气的掺混质量，保证燃料的充分高效燃烧，头部无主燃孔的双旋流进气方式，也有效降低燃烧室头部燃气的平均温度，因此，能有效降低氮氧化物的排放量；采用了五级燃料通道供给方案，可适应密度、雾化特性差异大的气体、液体燃料，且通过合理选择燃料供给通道，保证燃烧室的燃烧效率、出口温度分布等满足设计要求。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种燃气轮机燃烧室，包括机匣、转动筒、点火电嘴以及火焰筒，所述转动筒两端贯穿并同轴穿设于机匣的较小端开口处，所述点火电嘴同轴设于转动筒内，所述转动筒一端伸入机匣后周向依次设有一级旋流器和二级旋流器，所述二级旋流器与火焰筒同轴固定连接，所述机匣上设有沿转动筒径向向外依次设置的第一燃料通道、第二燃料通道、第三燃料通道、第四燃料通道以及第五燃料通道，所述第一燃料通道、第二燃料通道、第三燃料通道、第四燃料通道以及第五燃料通道均位于二级旋流器内侧。

4、进一步地，所述机匣为柱状结构。

5、进一步地，所述一级旋流器由若干周向设置的第一叶片组成，所述二级旋流器由数个周向设置的第二叶片组成。

6、进一步地，所述第一叶片与第二叶片均为弧形，所述第一叶片和第二叶片的内侧朝向相反。

7、进一步地，所述第一燃料通道安装在机匣中部，所述第一燃料通道的一端由转动筒远离火焰筒的一端开口伸入。

8、进一步地，所述第二燃料通道包括第二燃料管和第二进料管，所述第二燃料管呈环形并同轴位于火焰筒与机匣之间，所述第二燃料管上连通有第二开口，所述第二燃料管沿一级旋流器轴向的投影位于一级旋流器内，所述第二进料管安装在机匣上，所述第二进料管沿转动筒的轴向延伸，所述第二进料管的一端连通并对接第二燃料管，所述第二进料管的另一端位于机匣外。

9、进一步地，所述第三燃料通道包括第三燃料管和第三进料管，所述第三燃料管呈环形并同轴位于火焰筒与机匣之间，所述第三燃料管上连通有第三开口，所述第三燃料管沿一级旋流器轴向的投影位于一级旋流器内，所述第三进料管安装在机匣上，所述第三进料管沿转动筒的轴向延伸，所述第三进料管的一端连通并对接第三燃料管，所述第三进料管的另一端位于机匣外，所述第三燃料管位于第二燃料管的外侧。

10、进一步地，所述第四燃料通道包括第四燃料管和第四进料管，所述第四燃料管呈环形并同轴位于火焰筒与机匣之间，所述第四燃料管上连通有第四开口，所述第四燃料管沿二级旋流器轴向的投影位于二级旋流器内，所述第四进料管安装在机匣上，所述第四进料管沿转动筒的轴向延伸，所述第四进料管的一端连通并对接第四燃料管，所述第四进料管的另一端位于机匣外。

11、进一步地，所述第五燃料通道包括第五燃料管和第五进料管，所述第五燃料管呈环形并同轴位于火焰筒与机匣之间，所述第五燃料管上连通有第五开口，所述第五燃料管沿二级旋流器轴向的投影位于二级旋流器内，所述第五进料管安装在机匣上，所述第五进料管沿转动筒的轴向延伸，所述第五进料管的一端连通并对接第五燃料管，所述第五进料管的另一端位于机匣外，所述第五燃料管位于第四燃料管的外侧。

12、本发明的有益效果：

13、通过设计更多的燃料供给通道，燃料质量工作范围可超过30倍，大幅宽于当前绝大多数燃气轮机燃烧室头部，燃烧室的工作范围显著扩大，如果用在航空航天飞行器，可以使飞行器的飞行高度等得到明显增加；有效提高燃料与空气的掺混质量，保证燃料的充分高效燃烧，头部无主燃孔的双旋流进气方式，也有效降低燃烧室头部燃气的平均温度，因此，能有效降低氮氧化物的排放量；采用了五级燃料通道供给方案，可适应密度、雾化特性差异大的气体、液体燃料，且通过合理选择燃料供给通道，保证燃烧室的燃烧效率、出口温度分布等满足设计要求。

技术特征：

1.一种燃气轮机燃烧室，包括机匣(1)、转动筒(2)、点火电嘴(3)以及火焰筒(4)，其特征在于，所述转动筒(2)两端贯穿并同轴穿设于机匣(1)的较小端开口处，所述点火电嘴(3)同轴设于转动筒(2)内，所述转动筒(2)一端伸入机匣(1)后周向依次设有一级旋流器和二级旋流器，所述二级旋流器与火焰筒(4)同轴固定连接，所述机匣(1)上设有沿转动筒(2)径向向外依次设置的第一燃料通道(7)、第二燃料通道、第三燃料通道、第四燃料通道以及第五燃料通道，所述第一燃料通道(7)、第二燃料通道、第三燃料通道、第四燃料通道以及第五燃料通道均位于二级旋流器内侧。

2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述机匣(1)为柱状结构。

3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述一级旋流器由若干周向设置的第一叶片(5)组成，所述二级旋流器由数个周向设置的第二叶片(6)组成。

4.如权利要求3所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第一叶片(5)与第二叶片(6)均为弧形，所述第一叶片(5)和第二叶片(6)的内侧朝向相反。

5.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第一燃料通道(7)安装在机匣(1)中部，所述第一燃料通道(7)的一端由转动筒(2)远离火焰筒(4)的一端开口伸入。

6.如权利要求5所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第二燃料通道包括第二燃料管(81)和第二进料管(82)，所述第二燃料管(81)呈环形并同轴位于火焰筒(4)与机匣(1)之间，所述第二燃料管(81)上连通有第二开口(83)，所述第二燃料管(81)沿一级旋流器轴向的投影位于一级旋流器内，所述第二进料管(82)安装在机匣(1)上，所述第二进料管(82)沿转动筒(2)的轴向延伸，所述第二进料管(82)的一端连通并对接第二燃料管(81)，所述第二进料管(82)的另一端位于机匣(1)外。

7.如权利要求6所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第三燃料通道包括第三燃料管(91)和第三进料管(92)，所述第三燃料管(91)呈环形并同轴位于火焰筒(4)与机匣(1)之间，所述第三燃料管(91)上连通有第三开口(93)，所述第三燃料管(91)沿一级旋流器轴向的投影位于一级旋流器内，所述第三进料管(92)安装在机匣(1)上，所述第三进料管(92)沿转动筒(2)的轴向延伸，所述第三进料管(92)的一端连通并对接第三燃料管(91)，所述第三进料管(92)的另一端位于机匣(1)外，所述第三燃料管(91)位于第二燃料管(81)的外侧。

8.如权利要求5所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第四燃料通道包括第四燃料管(101)和第四进料管(102)，所述第四燃料管(101)呈环形并同轴位于火焰筒(4)与机匣(1)之间，所述第四燃料管(101)上连通有第四开口(103)，所述第四燃料管(101)沿二级旋流器轴向的投影位于二级旋流器内，所述第四进料管(102)安装在机匣(1)上，所述第四进料管(102)沿转动筒(2)的轴向延伸，所述第四进料管(102)的一端连通并对接第四燃料管(101)，所述第四进料管(102)的另一端位于机匣(1)外。

9.如权利要求8所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述第五燃料通道包括第五燃料管(111)和第五进料管(112)，所述第五燃料管(111)呈环形并同轴位于火焰筒(4)与机匣(1)之间，所述第五燃料管(111)上连通有第五开口(113)，所述第五燃料管(111)沿二级旋流器轴向的投影位于二级旋流器内，所述第五进料管(112)安装在机匣(1)上，所述第五进料管(112)沿转动筒(2)的轴向延伸，所述第五进料管(112)的一端连通并对接第五燃料管(111)，所述第五进料管(112)的另一端位于机匣(1)外，所述第五燃料管(111)位于第四燃料管(101)的外侧。

技术总结本发明涉及航空航天设备技术领域，尤其是指一种燃气轮机燃烧室。它解决了工作范围不够宽且燃料可选类型较窄的问题。它包括机匣、转动筒、点火电嘴以及火焰筒，转动筒两端贯穿并同轴穿设于机匣的较小端开口处，点火电嘴同轴设于转动筒内，转动筒一端伸入机匣后周向依次设有一级旋流器和二级旋流器，二级旋流器与火焰筒同轴固定连接，机匣上设有沿转动筒径向向外依次设置的第一燃料通道、第二燃料通道、第三燃料通道、第四燃料通道以及第五燃料通道。本发明燃烧室的工作范围显著扩大，采用了五级燃料通道供给方案，可适应密度、雾化特性差异大的气体、液体燃料，且通过合理选择燃料供给通道，保证燃烧室的燃烧效率、出口温度分布。技术研发人员：胡建,郑婷婷,陶云亚,唐洪飞,史群妮,覃女倬,黎韦,覃好,陈佳,曾云倩受保护的技术使用者：重庆空天推进技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/4/8