[实用新型]一种利用脉冲爆震燃烧的地面燃气轮机

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及一种燃气轮机，特别涉及一种利用脉冲爆震燃烧的地面燃气轮机。

【背景技术】

地面燃气轮机均采用等压燃烧的方式释放燃料热量，等压燃烧是一种缓燃燃烧，其火焰传播速度较低，一般约为几米到十几米每秒，而燃气轮机中压气机出口流速较高，燃烧室火焰极易被吹熄。为保证燃烧室火焰稳定可靠，一般需精心设计燃烧室的结构，采用旋流器、凹腔、沙丘驻涡等火焰稳定器，在燃烧室头部形成低速漩涡区，使部分已燃高温燃烧产物产生回流运动，形成具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的目的。但随着市场对地面燃气轮机污染物排放指标的法规和要求日益严格，燃气轮机燃烧室的设计费用和技术难度不断增加，先进的低污染燃烧室目前均采用贫燃预混燃烧方式。由于燃烧室燃料一直处于贫燃状态，故燃烧室更易被高速气流吹熄，导致燃烧室的燃烧稳定性区域变窄。

为了确保燃气轮机能长时间稳定工作，针对燃烧室燃烧稳定性区域变窄的情况，必须设计极其复杂的燃烧室控制系统，且对控制精度和控制系统反应速度提出了严格的要求。当燃气轮机部件升级、部件拆除安装或更换、部件检修、燃料成分变化等情况发生时，燃气轮机燃烧室的稳定性区域都将发生变化，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，故燃气轮机的安全性和可靠性完全依赖于燃烧室的燃烧调整和控制技术。

目前基于等压燃烧的燃气轮机主要存在如下问题：1、燃烧室结构复杂；2、燃烧室冷却系统复杂，需大量空气对其进行冷却，实际参与燃烧的空气比例小；3、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；4、燃烧室控制系统复杂；5、需频繁进行燃烧调整试验；6、燃气轮机热力循环整体性能的提高受涡轮耐高温材料的限制。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于解决现有地面燃气轮机所存在的燃烧室结构复杂、实际参与燃烧的空气比例小、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，提出一种利用脉冲爆震燃烧的地面燃气轮机，其所采用的燃烧室结构简单，无冷却气膜孔结构，不需复杂的火焰稳定器；燃烧室不需冷却空气，压缩空气可全部参与燃烧；燃烧室火焰以超声速传播，不存在燃烧稳定性和熄火问题，且不需对燃烧室进行燃烧调整试验，同时燃烧污染物排放低；此外燃烧过程具有自增压特点，故可减少压气机级数，降低压气机耗功，增加发电量，提高循环热效率。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种利用脉冲爆震燃烧的地面燃气轮机，包括压气机、储气室、多个供气管路、多个脉冲爆震燃烧室、压力整形室、涡轮、转子和尾喷管；其中，压气机设置于该地面燃气轮机的最前端，压气机的出气端依次与储气室、压力整形室、涡轮和尾喷管相连接，转子设置于压气机与涡轮的中心，并通过两个轴承分别与压气机和涡轮相连接，转子的一端从尾喷管处引出；多个脉冲爆震燃烧室设置在储气室与压力整形室之间，且以转子为中心呈环形均匀布置，储气室的出口分别通过供气管路与多个脉冲爆震燃烧室的入口相连接，多个脉冲爆震燃烧室的出口分别与压力整形室的入口相连接，单个脉冲爆震燃烧室的周向设有火花塞和燃料管路。

本实用新型进一步改进在于：多个脉冲爆震燃烧室呈环管形倾斜式安装在燃气轮机储气室的外围，脉冲爆震燃烧室为等截面圆筒形燃烧室，包括依次连接的燃烧室头部端盖、燃烧室点火段、燃烧室起爆段、燃烧室爆震段和燃烧室过渡段；其中，燃烧室头部端盖上设有主喷嘴，主喷嘴设有主喷嘴气路和主喷嘴燃料管路，燃烧室起爆段和燃烧室爆震段的周向设有3～8个等间距的辅助喷嘴，辅助喷嘴上设有辅助喷嘴气路和辅助喷嘴燃料管路；火花塞设置在燃烧室点火段的周向，供气管路通过设置在其出口端的空气分配器分别与主喷嘴气路和3～8个辅助喷嘴气路相连通，且在空气分配器分别与若干辅助喷嘴气路相连通的管路上均设有辅助喷嘴空气开关电磁阀，燃烧室过渡段的出口连接压力整形室的入口。

本实用新型进一步改进在于：燃烧室爆震段内侧的周向设置有螺旋形强化爆震结构。

本实用新型进一步改进在于：转子的引出端通过变速器与发电机组件相连接。

本实用新型进一步改进在于：多个供气管路上均设有空气流量调节阀和空气流量计。

本实用新型进一步改进在于：尾喷管为一直角弯头喷管。

本实用新型进一步改进在于：储气室的末端设有放气旁路，且放气旁路上设有用于控制放气旁路开关的高频电磁阀。

本实用新型进一步改进在于：储气室的入口为扩张式环形通道，储气室的主体部分为等截面的环形腔体。