燃气轮机13-储运

第五章 燃烧室
燃烧室的作用

把压气机送来的高压空气同燃料很好 地混合和燃烧，产生高温高压的燃气， 并送入透平涡轮中作功。
5-1 燃烧室的工作简图及其要求

主要由五部分组成：

外壳1、火焰管2、旋流器3、喷油嘴4、混合器5。
简单工作原理

压缩空气和燃料分别输入燃烧室。 高压空气经导管引入燃烧室分成两股： 一股空气经旋流器3进入火焰管，这是燃料燃烧所 必需的助燃空气，称为一次空气； 一股空气则进入火焰管2与燃烧室外壳1间的环形空 间，这部分主要是冷却用的空气，称为二次空气。
运输式燃机：3000~10000小时 固定式燃机：大于20000小时 航空：300~1000小时 船用：4000~10000小时

上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。 一般基本要求：


燃烧完全、燃烧过程稳定、足够的使用寿命 以及外形尺寸小等。
5-2 燃烧室类型与基本结构
分类：
按总体结构： 按气流流动：
要求容积热强度越大越好。
固定式:
BH 3 W/(m N)
p cV B
QV = 30~200 W/(m.N)
移动式:
QV =100~300 W/(m.N)
4.压力损失要小

压力损失增加1%， 整机效率下降2%。
要求燃烧室内的粘性摩擦、涡流阻力以



燃油经喷油嘴4喷入火焰管内，形成雾状与一次空气 混合。外源点火后近似等压燃烧，生成高温高压的 燃烧产物。 火焰管 长期高温下工作， 最关键部分： 必须进行冷却
二次空气的作用

大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分 冷却火焰管内壁；
一部分经混合器5进入混合区与燃气混合掺冷，把温 度降低到给定的燃气温度； 补燃作用。



负荷功率：Ne∝Men
Ne随n增加而增大。
n
具体的组合方式
五、燃气轮机的轴系方案


1．单轴方案（C-T-L）
压气机、涡轮及负荷共用一根轴。 宜用于恒速负荷。
2．双轴方案


2.1 分轴方案
压气机与高压涡轮共轴
(C-HT)和燃烧室一起
组成燃气发生器；

低压涡轮与负荷共轴 (LT-L)。

存在传焰问题，启动点火性能较差。

应用：航空型燃机(顺流式)；工业型燃机(逆流式)。
火焰稳定器
（旋流器）

改善气流的流动结构，稳定高速气流中的火焰， 使燃烧工况得到改善的装置。

主要作用：
在火焰管的前部造成一个特殊形态的速度场，以 便强化燃料和空气的混合作用，并为燃烧火焰的 稳定提供条件。 工作过程： 具体见教材 P120-122（自学）。

宜用于变速负荷。
2.2 平行双轴方案

高压压气机由高压涡轮 带动（HC-HT）； 低压压气机由低压涡轮 带动（LC-LT）。


负荷的带动有两种形式：
HT-L或LT-L 以高压轴带动负荷HC-HT-L 宜用于恒速负荷。
以低压轴带动负荷LC-LT-L，宜用于变速负荷。
3．三轴方案
3.1 低压涡轮带动负荷

LT-L
高压压气机由高压涡轮 带动（HC-HT）； 低压压气机由中压涡轮 带动（LC-MT）。


可用于变速负荷。
3.2 中压涡轮带动负荷
（MT-L）
高压压气机由高压涡轮 带动（HC-HT）；


低压压气机由低压涡轮
MT-L
带动（LC-LT）。

宜用于常在部分负荷下 工作的高效机组。
6-2 单轴燃气轮机变工况特性
及热阻力等越小越好。
一般燃烧室总压保持系数：B=0.92 ~ 0.98

5．燃烧室出口温度场要均匀
要求使燃气温度大小及分布均匀，避免叶片受热
不均匀而变形、甚至被烧坏。

整个燃烧室不同部位温度相差不大于50C； 存在多个燃烧室时,平均温差不超过15~20C。
6.起动、点火性能要好 7.排气污染少 8.寿命长
性能指标: 1．经济性
机组的效率或耗油率不因功率下降而极度恶化；
机组的负荷特性曲线变化得平坦些。


2．稳定性
满负荷、部分负荷、 低速、启动等
在各种负荷下，压气机不喘振、涡轮不超温、
燃烧室不熄火；机组能稳定可靠地运行。


3．加载性
机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。
四、负荷特性

负荷功率Ne随负荷转速n变化的关系 Ne = f (n)

非常复杂（三大件+负荷）
二、研究目的

分析燃气轮机机组各部分相互联系、相互
制约的变化规律，从而掌握燃气轮机的变 工况过程及其特性。
（1）为设计新机组提供选择方案的依据 （2）为用户提供变工况性能曲线。
三、基本要求及性能指标
基本要求:
保证在各种负荷下机组能够经济地、可靠地运 行，同时有较强的适应外界负荷变化的能力。
圆筒型
2、分管型

一台燃气轮机中设置若 干分开的小燃烧室，通 常8-12个，围绕燃机 轴线均匀布置，各燃烧 室之间由联焰管联接。 每个燃烧室有单独的外 壳、火焰管、喷油嘴， 但仅有2个点火器，其 它则靠联焰管点燃。
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分管型

优点：尺寸较小，易组织燃烧；易调试、易拆卸。 缺点：构造复杂，较笨重；需冷却的火焰管表面较多； 启动点火较慢；周向温度不均匀度大；压力损失大。 应用：大功率工业型燃气轮机；已较少应用。

NHT=NHC/m2
涡轮内功率

分轴机组：
机组附件消耗和 机械损失功率 机械效率 NLT=Ne/m2
NHT=NC/m1
4、流量平衡 GT= GC+Gf - G
燃气流量
冷却用和泄 露的空气量
进气量
燃料消耗量

变工况时，可近似认为： G/G ≈const C
粗算时，可取
GT ≈GC
Ne = c n3
n
3、调速负荷特性

负荷功率Ne与转速n在一定范围内任意配合，
用来带动变速负荷。

变频调速负荷
Ne
例子：
变螺距螺旋桨负荷或机车燃气轮机
n
4、机械牵引负荷特性

用机械方式（如联轴器、齿轮等）传动各 种车辆。
在启动时有最大扭矩，即 n=0， Me=Memax
当转速升高时，扭矩减小； 当n=nmax， Me=Memin。 Ne
85%~70%


15%~30%


结构不太复杂。 燃烧过程复杂：
气体流动—三元紊流+化学反应； 传热、传质过程—导热、对流换热、辐射换热； 化学反应—碳氢燃料的燃烧机理。
对燃烧室的要求

判断燃烧室性能的好坏，主要是看它能否 可靠地、经济地提供合格的高温燃气。 1．燃烧要完全

要求绝大多数进入燃烧室的燃料，能够在燃烧 室内燃烧掉，不发生严重的积炭和冒烟现象。

第六章 燃气轮机的变工况
单轴燃气轮机的变工况特性 环境条件对燃气轮机性能的影响
6-1

概述
燃气轮机的变工况 研究目的 基本要求及性能指标 不同的轴系方案
一、燃气轮机的变工况


整台机组偏离设计状态下工作的各种工况
(1)稳定的非设计工况 如部分负荷或环境条件改变时引起的变工况； (2)不稳定的过渡工况 如启动、加速等引起的变工况。
2、压比平衡 T*= C*
压气机压比 涡轮膨胀比 总压保持系数 =CBT
3、功率平衡

平行双轴机组
机械联系的各部件的驱动力矩，应等 于总的阻力矩（包括压气机耗功）， 即每根轴上的功率应平衡。 单轴机组： 或 NT=NC+Nm+Ne NT=NC/m+Ne
压气机内功率
NLT=NLC/m1+Ne
高速气流中的低速区

5-3 燃烧室的工作过程


特点：
一、进入燃烧室的空气量比理论空气量多得多。


总=3.7 ~ 12
二、气流速度高，燃料停留时间很短。
一般26~40 m/s，航空70m/s以上


主要过程：
（1）燃料的雾化；（2）燃料与空气的混合； （3）着火、稳焰与燃烧； （4）高温燃气与二次空气的混合掺冷。
环形燃烧室

缺点： 调试时耗气量大； 油气匹配难、组织燃烧难；
出口温度场的稳定性差；
高温下火焰管易变形；难拆卸。 应用： 广泛应用于航空燃机中。
4、环管型

在燃烧室内、外壳体所形成的环形腔内，沿周向均 匀布置若干管形火焰管（8-12个），以点火传焰用 的联焰管连接。 结构特点均介于分管型与环形两燃烧室之间。 优点：尺寸较小；易组织燃烧；易调试。 缺点：气体流动比较复杂，扩压器设计困难；
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混合区
混合器
3、环形燃烧室

在燃烧室内壳、外壳体所形成的环形空腔内，安装一 个由内、外环构成的火焰管。在环形火焰管头部沿周 向均匀布置若干喷嘴和旋流器（12~20个）。 优点： 空间利用率高，尺寸小、结构紧凑；



需冷却保护的火焰管面积较少，比容积热强度高；
可获最佳的流路配合，压力损失小； 启动点火性能好。
生灭火现象以及强烈的火焰脉动现象。
保证（1）火焰不被高速气流吹灭(火焰稳定器)； （2）不发生熄火。
富油 熄火
熄火极限—指一定的油气比范围（fmin ~ fmax）