[发明专利]一种多级涡轮式微型燃气轮机

说明书

本发明提供一种多级涡轮式微型燃气轮机，包括高压机与低压机；其中，所述高压机包括高压机匣、压气机、高压涡轮组、燃烧室、高压转子系统以及启动电机，所述低压机包括低压机匣、低压涡轮组、发电机、低压转子系统以及烟气室，所述压气机的进气端与外界连通，压气机的排气端与燃烧室的入口端连通，燃烧室的出口端与高压涡轮组的进气端连通，高压涡轮组的排气端与低压涡轮组的进气端连通，低压涡轮组的排气端与烟气室入口连通，烟气室出口与外界连通。本发明高压涡轮与低速涡轮设置为多级，形成多列涡轮级微型燃气轮机，结构布局合理，运行稳定、效率高。

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种多级涡轮式微型燃气轮机。

背景技术

微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25～300kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械以及回热循环。现有技术中微型燃气轮机电机组存在如下缺陷：

当前微型燃气轮机所采用的总体结构包括单转子与多转子。单转子结构整体只有一根轴，压气机、涡轮全都在这根轴上，结构简单，经济性好。理论上说，单转子结构微型燃气轮机的压气机可以作成任意多的级数以达到一定的增压比。但单转子的结构限制使所有零件都安装在同一根主轴之上，当单转子的转速突然下降时，压气机的高压部分就会因为得不到足够的转速而效率严重下降，同时，压气机低压部分的载荷就会急剧上升。低压压气机部分超载运行时就会引起喘振，在正常运行中，喘振是不被允许的。为解决此问题，通常会在压气机前加装导流叶片或者在压气机的中间级上进行放气，即空放掉一部分被增压的空气来减少压气机低压部分的载荷。此种方式缺点明显，不仅会大大降低效率，而且在高增压比的压气机上的作用也不是十分的明显。

为了提高压气机的工作效率和减少喘振，人们想到了用多转子来解决问题。例如让微型燃气轮机的低压压气机和高压压气机工作在不同的转速之下。低压压气机与低压涡轮联动形成低压转子，高压压气机与高压涡轮联动形成高压转子。低压转子的转速相对较低。因为压缩作用，压气机内的空气温度升高，因为音速也随着空气温度的升高而升高，所以可以提高高压转子的转速上限、降低高压转子直径。由于双转子微型燃气轮机的高压转子的重量比较轻，起动惯性小，因此可以用启动电机驱动，与单转子结构相比，双转子的启动比较容易，启动能量也较小，启动设备的重量也相应降低。

然而，在双转子结构的微型燃气轮机上，由于风扇要和低压压气机联动，因此直径相对比较大的风扇所承受的离心力和叶尖速度也就要大，巨大的离心力就要求风扇的重量不能太大，叶片长度不能太长，因此涵道比提高有限，而实践证明函道比越高的推力也就越大，而且也相对省油。而低压压气机为了与风扇联动也不得不降低转数，单级增压比降低，为了达到总的增压比，就不得不增加压气机风扇的级数。这样压气机的重量就很难得以下降。

综上所述，传统机械式的单转子在功能上有诸多局限性，而传统的多转子体系有巨大的工程复杂性和不确定性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多级涡轮式微型燃气轮机。

本发明的技术方案如下：

一种多级涡轮式微型燃气轮机，包括高压机与低压机；

其中，所述高压机包括高压机匣、压气机、高压涡轮组、燃烧室、高压转子系统以及启动电机，所述压气机、高压涡轮组以及高压转子系统设置于高压机匣内，高压机匣套设于燃烧室一端，压气机和高压涡轮组依次同轴安装于高压转子系统上，压气机远离高压涡轮端设置启动电机；

所述低压机包括低压机匣、低压涡轮组、发电机、低压转子系统以及烟气室，所述低压涡轮组、发电机、低压转子系统设置于低压机匣内，低压涡轮组与发电机依次同轴安装于低压转子系统上；

所述压气机的进气端与外界连通，压气机的排气端与燃烧室的入口端连通，燃烧室的出口端与高压涡轮组的进气端连通，高压涡轮组的排气端与低压涡轮组的进气端连通，低压涡轮组的排气端与烟气室入口连通，烟气室出口与外界连通。