[发明专利]一种旋转爆震燃烧室

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室，尤其涉及一种旋转爆震燃烧室，其用于燃气轮机发电和动力设备。

【背景技术】

缓燃和爆震燃烧是燃料能量释放的两种主要燃烧方式。缓燃燃烧是通过热传导、热扩散及热辐射作用将热量传入未燃混合物，逐层加热、逐层燃烧，进而实现缓燃波的传播。缓燃波的传播速度较低，一般约为几米到十几米每秒。爆震燃烧是通过冲击波对可爆震混合物逐层强烈冲击压缩作用使其发生高速化学反应来实现的，可以认为爆震燃烧波是耦合了化学反应的强激波。爆震波都以超音速传播，一般在10³m/s量级。缓燃燃烧是目前工业生产中广泛采用的燃烧方式，但爆震燃烧具有许多缓燃燃烧无可比拟的优势，如自增压、火焰传播速度快、燃烧效率高、污染物排放低等。

旋转爆震燃烧室是一种利用爆震燃烧方式的环形燃烧室，燃料由燃烧室头部的多个喷嘴共同供给。燃烧室工作时在靠近燃烧室头部的一段轴向距离环形腔体内形成一个或多个周向旋转的爆震燃烧波，而在燃烧室尾部爆震波退化为一系列弱压缩波。由于爆震燃烧传播速度都在10³m/s量级，而燃烧室尺寸都在m级，故燃料填充时间都在10^-3s级。在如此短的时间内，燃料喷嘴一般只能填充完一段轴向尺寸很短的环形腔体，因此爆震燃烧波仅能在头部形成，而在燃烧室尾部爆震波由于失去燃料支持而退化为一系列弱压缩波。若燃料供给存在压力脉动，则在燃烧室头部的部分空间可能出现还未来得及填充燃料而爆震波已再次传至的情况，这将导致爆震燃烧波因缺少燃料而熄灭消失。

综上分析，目前旋转爆震燃烧室主要存在如下问题：1)旋转爆震燃烧波仅存在于燃烧室头部；2)燃料填充空间有限，易受供给系统压力脉动的影响；3)旋转爆震燃烧波易退化消失。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有旋转爆震燃烧室所存在的爆震波仅形成于燃烧室头部、燃料填充空间不足、爆震波易退化消失等问题，提供了一种旋转爆震燃烧室。其结构简单，燃料能量释放速率快，燃烧效率高；在燃烧室头部和燃烧室外壳上均匀布置了多个喷嘴，提升了燃料填充速度，可确保燃烧室燃料填充完全，使旋转爆震燃烧波能贯穿于整个环形燃烧室，增加了燃烧室的整体增压比和能量释放密度；在燃烧室环形腔体内加装了螺旋形障碍物，可缩短缓燃波向爆震波转变的距离，同时可强化和稳定旋转爆震燃烧波，防止旋转爆震波在传播过程中退化消失。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种旋转爆震燃烧室，包括由外至内依次设置的爆震燃烧室和燃料预热室，其中，爆震燃烧室为燃烧室外壳与燃烧室内壳之间形成的环形腔体，且其为左端封闭右端敞开结构，燃料预热室为燃烧室内壳与燃料预热室内壳之间形成的环形腔体，且其左右两端均为封闭结构；在爆震燃烧室的左端面以及燃烧室外壳的周向上均匀设置有若干燃料喷嘴，且在燃烧室外壳的周向上均匀设置有六组火花塞，爆震燃烧室左端燃料喷嘴的出口与爆震前传压力波衰减结构相连；若干螺旋形障碍物平行设置于爆震燃烧室内，若干燃料入口管路均匀设置于燃料预热室的右端面上，若干燃料出口管路均匀设置于燃料预热室的左端面上。

本发明进一步改进在于：在爆震燃烧室的环形腔体内沿顺时针方向依次均匀设置有Ⅰ号起爆隔板、Ⅱ号起爆隔板、Ⅲ号起爆隔板、Ⅳ号起爆隔板、Ⅴ号起爆隔板以及Ⅵ号起爆隔板，其分别与沿顺时针方向依次均匀设置在燃料预热室内的Ⅰ号起爆隔板室、Ⅱ号起爆隔板室、Ⅲ号起爆隔板室、Ⅳ号起爆隔板室、Ⅴ号起爆隔板室以及Ⅵ号起爆隔板室相对应，且每个起爆隔板在其对应的爆隔板室内能够伸缩。

本发明进一步改进在于：爆震前传压力波衰减结构为一半圆弧形旋转对称壳体结构，其通过爆震燃烧室左端的燃料喷嘴固定在爆震燃烧室的封闭端。

本发明进一步改进在于：螺旋形障碍物以周向旋转方式安装在爆震燃烧室的环形腔体内。

本发明进一步改进在于：燃料喷嘴包括喷嘴主体和与其右端相连的预混室，喷嘴主体的左端为封闭结构，喷嘴主体的左端面上设置有燃料管路和空气管路，且燃料管路和空气管路的出口端均位于预混室内，预混室上均匀开设有若干燃料喷射孔。

本发明进一步改进在于：燃料管路和空气管路的前段均为直流通道，而后端均为螺旋形通道。

本发明进一步改进在于：预混室上开设有若干燃料喷射孔的一端为半球形壳体结构。