[发明专利]一种用于地面燃机联合循环的级间旋转爆震燃烧室

说明书

一种用于地面燃机联合循环的级间旋转爆震燃烧室，设于动力涡轮与燃气涡轮之间，包括混合过渡结构、点火器、旋转爆震环形燃烧室和强化掺混结构；旋转爆震环形燃烧室位于混合过渡结构与强化掺混结构之间；混合过渡结构包括环形收缩‑扩张段和喷油环；环形收缩‑扩张段连接着燃气涡轮与旋转爆震环形燃烧室；喷油环位于环形收缩‑扩张段径向内侧且与旋转爆震环形燃烧室入口连接；强化掺混结构包括火焰稳定器与环形混合区。提高地面燃机联合循环功率和燃气涡轮后燃气温度，增加涡轮级间内燃烧室的压力；体积小、结构更加紧凑，减少燃料损失，点火一次就可产生稳定自持传播的旋转爆震波，不改变主燃烧室的工作状态，同时增加地面燃机联合循环功率。

技术领域

本发明涉及燃烧室技术领域，尤其涉及一种用于地面燃机联合循环的级间旋转爆震燃烧室。

背景技术

为了增加地面燃机联合循环的循环热效率，通过提高燃气涡轮后温度来达到目标，目前有一种新型的思路是采用涡轮级间燃烧室来使得发动机的热力循环从传统的布雷顿循环转变为接近等容循环，这有利于为地面燃机联合循环提供更高的推力性能，并使得地面燃机联合循环中更多的热能转变为气体动能，增加涡轮级间燃烧室(Inter-stageTurbine Burner,ITB)是燃气轮机的一种中间再热过程，即在地面燃机联合循环的动力涡轮与燃气涡轮之间增加一个副燃烧室，来提高低压涡轮进口温度，进而增大热效率。

美国国家科学院2020年4月发布的《先进燃气轮机技术》报告提出了针对单循环和联合循环燃气轮机开发非常规热力循环，其中有提到采用旋转爆震增压燃烧技术来提高热效率，同时能够满足与燃气轮机性能的其他诸如生命周期等要素之间的取舍。旋转爆震发动机的工作模式是燃料与氧化剂掺混，通过局部热点起爆产生爆震波，产生的旋转爆震波沿圆周方向向前传播，波后产生高温高压工质沿圆周方向膨胀排出产生推力，具有释热快、自增压、熵增小等优点。引入级间旋转爆震燃烧室提高燃气轮机循环的热效率是一种可行性的方案，能够大幅度提高涡轮的热效率。

目前美国空军研究实验室(AFRL)提出的超紧凑燃烧UCC技术以实现小尺寸、轻重量和涡轮内补燃增推等技术为目标，研究已经取得了重大进展，其贫油熄火油气比只有目前系统的25％-50％，其涡轮导向器与补燃器一体化的涡轮内燃烧器可以实现涡轮内燃烧ITB构想，旋转爆震作为一种效率高、只需一次起爆就可以持续工作的燃烧方式，将其应用于涡轮级间燃烧室有利于在未来提高地面燃机联合循环的发电效率。

当前的地面燃机联合循环主要是以布雷顿循环为主的热力循环，这使得燃料没法在燃烧过程中得到完全消耗，燃气涡轮出口处的高温燃气仍然存在可释放的能量，为了提高燃料的利用率，解决燃料消耗量大的问题，本发明采用级间旋转爆震燃烧室作为燃气涡轮与动力涡轮之间用于二次释放能量的结构，为地面燃机联合循环提供更高的推力性能，进而增加燃料的使用效率，提高地面燃气轮机的循环热效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种用于地面燃机联合循环的级间旋转爆震燃烧室，在地面燃机联合循环的动力涡轮与燃气涡轮之间增加一个级间旋转爆震燃烧室，以提高动力涡轮进口温度，进而增大热效率；通过旋转爆震燃烧使得主燃烧室后多余的氧气得到再次消耗，同时旋转爆震作为一种压力增益燃烧，对比采用布雷顿循环的燃烧室，旋转爆震燃烧效率更高，可以使得喷油环喷射的燃料得到更充分的燃烧，并且产生更高的压力增益，进而提升地面燃机联合循环的发电功率。

本发明可以有效提高地面燃机联合循环的发电效率，在获得相同的地面燃机联合循环发电效率下，提高动力涡轮入口温度和速度，减少燃气压缩机的级数；且与加力燃烧室相比，级间旋转爆震燃烧室的重量与长度都减小，结构更加紧凑，油耗下降，可以减少污染物的排放。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于地面燃机联合循环的级间旋转爆震燃烧室，主要由混合过渡结构、点火器、旋转爆震环形燃烧室以及强化掺混结构组成。所述旋转爆震环形燃烧室位于混合过渡结构与强化掺混结构之间。