一种并联爆震燃烧室的燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种并联爆震燃烧室的燃气轮机。


背景技术：

2.燃气轮机是一种利用燃气能量来产生动力的机械装置。它通常由三个部分组成：燃气发动机、发电机和辅助设备。在燃气发动机中，燃气经过压缩后，与空气混合，在高温下燃烧。燃烧产生的高温气体会流过活塞，使活塞上下运动，从而带动转子转动。在转子上安装有发电机，转子转动时发电机也会转动，产生电能。辅助设备包括冷却系统、油路系统、排气系统等，它们的作用是帮助燃气发动机正常工作。例如，冷却系统可以使燃气发动机的温度保持在合适的范围内；油路系统可以为燃气发动机提供润滑油；排气系统则可以将燃气发动机产生的废气排出。
3.爆震燃烧(detonation combustion)是一种燃烧技术，它通过爆震波的传播来实现燃烧。爆震波是一种激波，它可以在爆震反应中传播，使得反应物和氧气在接触之后能够快速反应。爆震燃烧技术可以用于提高燃烧效率，减少污染，并在较高的压力和温度下工作。爆震燃烧技术目前被用于汽车、航空和航天领域。
4.传统燃气轮机，主要通过提高压气机压比、燃烧室出口温度提升燃气轮机的整体循环热效率，但受限于材料、工艺和气动设计难度，无论是压气机压比还是燃烧室出口温度都很难有大幅度的提升，因此限制了整体发电效率的提升。同时传统燃气轮机还存在污染物排放降低难度较大等问题。相对传统技术，爆震燃烧可以大幅度提升燃气轮机的整体循环效率，同时降低nox污染物排放。但爆震燃烧同样存在启动困难，工作范围窄等问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术实施例提供一种并联爆震燃烧室的燃气轮机，以达到提升燃气轮机的整体循环效率，同时降低污染物排放的目的。
6.本技术实施例提供以下技术方案：一种并联爆震燃烧室的燃气轮机，包括：
7.缓燃燃烧机组，所述缓燃燃烧机组包括通过第一主轴依次同轴联接的起发电机、低压压气机、高压压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室；所述低压压气机的进气口通入大气，用于将大气压缩增压，所述低压压气机的排气口连接所述高压压气机，用于将大气进一步压缩增压，所述高压压气机的排气口连接所述缓燃燃烧室，使压缩后的大气进入所述缓燃燃烧室内，与燃料混合燃烧，产生的烟气进入所述涡轮，推动所述涡轮做功，以带动所述起发电机产生电能；
8.爆震燃烧机组，所述爆震燃烧机组包括通过第二主轴依次连接的爆震涡轮与爆震涡轮发电机，还包括爆震燃烧室；所述低压压气机的排气口还连接所述爆震燃烧室，使压缩后的大气进入所述爆震燃烧室内，与燃料混合爆震燃烧；
9.其中，所述高压压气机的排气口还连接所述爆震燃烧室的排气口，使压缩后的大气与所述爆震燃烧室产生的爆震烟气进行掺混，混合气经过处理后进入所述爆震涡轮，推
动所述爆震涡轮做功，以带动所述爆震涡轮发电机产生电能。
10.根据本技术一种实施例，所述爆震燃烧机组还包括减速扩压器，所述减速扩压器分别连接所述高压压气机的排气口与所述爆震燃烧室的排气口，以将所述混合气进行减速扩压处理后再排入所述爆震涡轮。
11.根据本技术一种实施例，所述爆震燃烧室外设置爆震燃烧冷却系统，用于对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却。
12.根据本技术一种实施例，所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道的进气口与所述低压压气机的排气口连接，所述冷却通道的排气口与所述爆震燃烧室的排气口连接，使经过所述低压压气机压缩后的大气在所述冷却通道内对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却，而后在所述爆震燃烧室的排气段与爆震产生的高速高压烟气混合排出。
13.根据本技术一种实施例，所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道的进气口连接燃料输入管路，所述冷却通道的排气口分别接入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室，使燃料进入所述冷却通道对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却，而后分别进入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室。
14.根据本技术一种实施例，所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道内通入循环冷却液。
15.根据本技术一种实施例，还包括第一换热器和第二换热器；
16.所述第二换热器连接在所述低压压气机的排气口与所述爆震燃烧室的进气口之间，所述爆震涡轮的排气口连通所述第二换热器，使所述低压压气机的出口压缩空气与所述爆震涡轮出口的烟气进行换热，再进入所述爆震燃烧室；
17.所述第一换热器连接在所述高压压气机的排气口与所述缓燃燃烧室的进气口之间，所述涡轮的排气口连通所述第一换热器，使所述高压压气机的出口压缩空气与所述涡轮出口的烟气进行换热，再进入所述缓燃燃烧室。
18.根据本技术一种实施例，所述第一主轴与所述第二主轴的工作转速不同。
19.根据本技术一种实施例，所述爆震燃烧室中采用包括连续旋转爆震、脉冲爆震中的任一种增压燃烧方式。
20.根据本技术一种实施例，该燃气轮机在起动过程时，所述起发电机为电机工作模式；该燃气轮机在低工况及正常工作状态时，所述起发电机为发电机工作模式。
21.本发明实施例采用传统燃烧室与爆震燃烧室并联的结构，其中传统燃烧室主要用于燃气轮机的稳定运转，为爆震燃烧室提供稳定的入口空气条件，同时根据工况要求，实现部分发电功率。爆震燃烧室主要用于进行高效率、低污染的发电，提升整体燃机的发电效率，降低整体污染物排放。
22.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：相对传统爆震燃机，有效提升了燃气轮机的整体循环效率，降低了整体污染物排放；同时，解决了纯爆震燃机，启动困难、连续工作不稳定等问题；并且，通过高压压气机出口空气与爆震燃气掺混，解决了爆震燃气温度太高，涡轮无法工作的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
24.图1是传统燃气轮机结构示意图；
25.图2是本发明第一实施例的燃气轮机结构示意图；
26.图3是本发明第二实施例的燃气轮机结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1所示，图1是传统燃气轮机结构示意图。其机械连接结构为：起发电机、低压压气机、高压压气机、涡轮通过主轴连接。燃气轮机起动时，起发电机为电动机工作模式，带动低压压气机、高压压气机、涡轮旋转；发电工况，涡轮推动低压压气机、高压压气机、电机转动，电机向外输出功率。其中，低压压气机吸入空气，增压后进入高压压气机，高压压气机进一步增压后进入燃烧室与燃料混合燃烧，产生的高温烟气推动涡轮做功，带动低压压气机、高压压气机和电机。
30.但传统燃气轮机整体的发电效率难以提升，污染物排放降低难度较大。基于此，本发明采用了传统缓燃燃烧室与爆震燃烧室并联的结构，以解决上述问题，同时解决了纯爆震燃机，启动困难、连续工作不稳定等问题。
31.如图2所示，本发明实施例提供了一种并联爆震燃烧室的燃气轮机，包括：
32.缓燃燃烧机组，所述缓燃燃烧机组包括通过第一主轴依次同轴联接的起发电机、低压压气机、高压压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室；所述低压压气机的进气口通入大气，用于将大气压缩增压，所述低压压气机的排气口连接所述高压压气机，用于将大气进一步压缩增压，所述高压压气机的排气口连接所述缓燃燃烧室，使压缩后的大气进入所述缓燃燃烧室内，与燃料混合燃烧，产生的烟气进入所述涡轮，推动所述涡轮做功，以带动所述起发电机产生电能；
33.爆震燃烧机组，所述爆震燃烧机组包括通过第二主轴依次连接的爆震涡轮与爆震涡轮发电机，还包括爆震燃烧室；所述低压压气机的排气口还连接所述爆震燃烧室，使压缩后的大气进入所述爆震燃烧室内，与燃料混合爆震燃烧；
34.其中，所述高压压气机的排气口还连接所述爆震燃烧室的排气口，使压缩后的大气与所述爆震燃烧室产生的爆震烟气进行掺混，混合气经过处理后进入所述爆震涡轮，推动所述爆震涡轮做功，以带动所述爆震涡轮发电机产生电能。
35.本发明实施例的结构设置和工作原理为：在机械连接部分，起发电机、低压压气机、高压压气机、涡轮，通过第一主轴连接，工作在同一转速下。爆震涡轮与爆震涡轮发电机
通过第二主轴连接在一起，工作在第二转速。该燃气轮机在起动过程时，起发电机为电机工作模式，通过第一主轴带动低压压气机、高压压气机、涡轮转动；在低工况下，起发电机为发电机工作模式，涡轮推动低压压气机、高压压气机以及起发电机转动，起发电机对外输出功率。其中，燃气轮机在起动过程以及低工况下，爆震涡轮与爆震涡轮发电机不工作。燃气轮机在正常工作状态下，起发电机为发电机工作模式，涡轮推动低压压气机、高压压气机以及起发电机转动，起发电机对外输出功率；同时，正常工作状态下，爆震涡轮带动爆震涡轮发电机转动，对外输出功率。
36.其中，大气环境空气通过低压压气机增压后，通往高压压气机和爆震燃烧室。进入高压压气机的空气，在高压压气机中进一步压缩，进入缓燃燃烧室与燃料混合燃烧，总压基本不变同时总温上升，产生高温烟气推动涡轮做功，而后排入大气。进入爆震燃烧室的空气与燃料在爆震燃烧室内混合爆震燃烧，总压、总温都进一步上升后，产生高温高压高速燃气，与来自高压压气机的高压空气掺混，并经过处理后形成温度、压力、速度均适于爆震涡轮可以接受的高温烟气，解决了爆震燃气温度太高，爆震涡轮无法工作的问题，提高了涡轮的寿命和可靠性，降低成本。
37.其中，上述的第一主轴和第二主轴的工作转速不同。
38.具体地，由于第一主轴中低压压气机、高压压气机、涡轮流量较大，因此在满足气动设计要求的情况下，第一主轴的转速较低；第二主轴为爆震燃烧室，流量是从压气机出口引气，因此流量小于常规的缓燃燃烧室出口流量，因此第二主轴的转速相对较高。
39.在一种具体实施例中，所述爆震燃烧机组还包括减速扩压器，所述减速扩压器分别连接所述高压压气机的排气口与所述爆震燃烧室的排气口，以将所述混合气进行减速扩压处理后再排入所述爆震涡轮。该减速扩压器用于对高温高压高速燃气进行处理，同时与来自高压压气机的高压空气掺混，高温高压高速燃气在减速扩压器中进一步减速扩压，静压进一步上升，温度下降，再排入爆震涡轮中，进入爆震涡轮推动涡轮做功后，尾气排放至大气。
40.由于所述爆震燃烧室内为较高的压力和温度的工作环境，需设置冷却系统使燃气发动机的温度保持在合适的范围内。因此本发明实施例中，所述爆震燃烧室外设置爆震燃烧冷却系统，用于对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却。
41.在一种具体实施例中，采用低压压气机排出的空气对爆震燃烧室进行冷却。具体结构为：所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道的进气口与所述低压压气机的排气口连接，所述冷却通道的排气口与所述爆震燃烧室的排气口连接，使经过所述低压压气机压缩后的大气在所述冷却通道内对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却，而后在所述爆震燃烧室的排气段与爆震产生的高速高压烟气混合排出，进入减速扩压器。
42.在另一种具体实施例中，采用燃料冷却的方式对爆震燃烧室进行冷却。具体结构为：所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道的进气口连接燃料输入管路，所述冷却通道的排气口分别接入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室，使燃料进入所述冷却通道对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却，而后分别进入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室。进一步地，接入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室内的燃料输入管路上分别设置调节控制阀，便于操作控制。
43.在另一种具体实施例中，可采用外置液冷循环的方式对爆震燃烧室进行冷却。具体结构为：所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道内通入循环冷却液，具体可通过循环泵实现循环冷却。
44.在其他实施例中，还可采用上述的低压压气机排出的空气冷却、燃料冷却、外置液冷循环等的多种冷却方式结合的结构，在管路上分别通过控制阀门独立控制，可根据爆震燃烧室的耐高温性能情况选择使用。
45.在本发明另一种实施例中，如图3所示，还包括第一换热器和第二换热器；
46.所述第二换热器连接在所述低压压气机的排气口与所述爆震燃烧室的进气口之间，所述爆震涡轮的排气口连通所述第二换热器，使所述低压压气机的出口压缩空气与所述爆震涡轮出口的烟气进行换热，温度升高后进入所述爆震燃烧室；减速扩压器出口燃气，进入爆震涡轮推动爆震涡轮做功后，尾气进入第二换热器与低压压气机出口空气换热后排入大气；
47.所述第一换热器连接在所述高压压气机的排气口与所述缓燃燃烧室的进气口之间，所述涡轮的排气口连通所述第一换热器，使所述高压压气机的出口压缩空气与所述涡轮出口的烟气进行换热，温度升高后进入所述缓燃燃烧室；缓燃燃烧室出口燃气，进入涡轮做功后，尾气进入第一换热器与高压压气机出口空气换热后排入大气。
48.烟气换热器是一种工业设备，用于在工业过程中对烟气进行加热和冷却。烟气换热器通常由一系列板片或管道组成，通过流动的冷却水或其他流体来换热。烟气换热器可用于许多不同的应用，包括锅炉、燃气轮机、汽轮机等，以提高这些设备的效率并降低其排放。此外，烟气换热器还可以用于回收废热，从而降低能源消耗和成本。
49.本实施例中的燃气轮机为回热循环燃气轮机，带有烟气换热器，通过将燃气轮机排放烟气与压气机出口的空气进行气气换热，提高压气机出口进入燃烧室内空气的温度，在同样的燃烧室出口温度条件下，可以减小燃料消耗，提高燃气轮机发电效率。
50.本实施例中的爆震燃烧发电出口烟气，同样通过换热器与压气机出口空气进行换热，提高进入爆震燃烧室内空气的温度，降低燃料消耗，提高系统效率。
51.本发明实施例中，所述爆震燃烧室可以是连续旋转爆震、脉冲爆震、或其他形式的增压燃烧技术。
52.本发明实施例中，采用传统缓燃燃烧室与爆震燃烧室结合的结构，其中传统缓燃燃烧室主要负责燃气轮机的稳定运转，为爆震燃烧室提供稳定的入口空气条件，同时根据工况要求，实现部分发电功率。爆震燃烧室主要负责进行高效率、低污染的发电，提升整体燃机的发电效率，降低整体污染物排放。并且，解决了纯爆震燃机，启动困难、连续工作不稳定等问题。
53.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，包括：缓燃燃烧机组，所述缓燃燃烧机组包括通过第一主轴依次同轴联接的起发电机、低压压气机、高压压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室；所述低压压气机的进气口通入大气，用于将大气压缩增压，所述低压压气机的排气口连接所述高压压气机，用于将大气进一步压缩增压，所述高压压气机的排气口连接所述缓燃燃烧室，使压缩后的大气进入所述缓燃燃烧室内，与燃料混合燃烧，产生的烟气进入所述涡轮，推动所述涡轮做功，以带动所述起发电机产生电能；爆震燃烧机组，所述爆震燃烧机组包括通过第二主轴依次连接的爆震涡轮与爆震涡轮发电机，还包括爆震燃烧室；所述低压压气机的排气口还连接所述爆震燃烧室，使压缩后的大气进入所述爆震燃烧室内，与燃料混合爆震燃烧；其中，所述高压压气机的排气口还连接所述爆震燃烧室的排气口，使压缩后的大气与所述爆震燃烧室产生的爆震烟气进行掺混，混合气经过处理后进入所述爆震涡轮，推动所述爆震涡轮做功，以带动所述爆震涡轮发电机产生电能。2.根据权利要求1所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述爆震燃烧机组还包括减速扩压器，所述减速扩压器分别连接所述高压压气机的排气口与所述爆震燃烧室的排气口，以将所述混合气进行减速扩压处理后再排入所述爆震涡轮。3.根据权利要求1所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述爆震燃烧室外设置爆震燃烧冷却系统，用于对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却。4.根据权利要求3所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道的进气口与所述低压压气机的排气口连接，所述冷却通道的排气口与所述爆震燃烧室的排气口连接，使经过所述低压压气机压缩后的大气在所述冷却通道内对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却，而后在所述爆震燃烧室的排气段与爆震产生的高速高压烟气混合排出。5.根据权利要求3所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道的进气口连接燃料输入管路，所述冷却通道的排气口分别接入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室，使燃料进入所述冷却通道对所述爆震燃烧室的壁面进行冷却，而后分别进入所述缓燃燃烧室和所述爆震燃烧室。6.根据权利要求3所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述爆震燃烧冷却系统包括围绕设置在所述爆震燃烧室外壁的冷却通道，所述冷却通道内通入循环冷却液。7.根据权利要求1所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，还包括第一换热器和第二换热器；所述第二换热器连接在所述低压压气机的排气口与所述爆震燃烧室的进气口之间，所述爆震涡轮的排气口连通所述第二换热器，使所述低压压气机的出口压缩空气与所述爆震涡轮出口的烟气进行换热，再进入所述爆震燃烧室；所述第一换热器连接在所述高压压气机的排气口与所述缓燃燃烧室的进气口之间，所述涡轮的排气口连通所述第一换热器，使所述高压压气机的出口压缩空气与所述涡轮出口的烟气进行换热，再进入所述缓燃燃烧室。8.根据权利要求1所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述第一主轴与所
述第二主轴的工作转速不同。9.根据权利要求1所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，所述爆震燃烧室中采用包括连续旋转爆震、脉冲爆震中的任一种增压燃烧方式。10.根据权利要求1所述的并联爆震燃烧室的燃气轮机，其特征在于，该燃气轮机在起动过程时，所述起发电机为电机工作模式；该燃气轮机在低工况及正常工作状态时，所述起发电机为发电机工作模式。

技术总结
本发明提供一种并联爆震燃烧室的燃气轮机，包括：缓燃燃烧机组，包括通过第一主轴依次连接的起发电机、低压压气机、高压压气机和涡轮，还包括缓燃燃烧室；低压压气机的进气口通入大气，排气口连接高压压气机，高压压气机的排气口连接缓燃燃烧室，使压缩后的大气与燃料混合燃烧，推动涡轮做功，带动起发电机发电；爆震燃烧机组，包括通过第二主轴连接的爆震涡轮与爆震涡轮发电机，还包括爆震燃烧室；低压压气机的排气口还连接爆震燃烧室，使压缩后的大气与燃料混合爆震燃烧，产生的爆震烟气经过处理后进入爆震涡轮，推动爆震涡轮做功，以带动爆震涡轮发电机产生电能。本发明能够有效提升燃气轮机的整体循环效率，降低污染物排放。降低污染物排放。降低污染物排放。


技术研发人员：于宁 韦焕程 王琳 赵学松 曹新巧
受保护的技术使用者：清航空天（北京）科技有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/6/12