一种燃气轮机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种燃气轮机，包括转轴、压气机、燃烧室和涡轮，压气机和涡轮安装于转轴上，压气机的出气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的出气端与涡轮的进气端连通，燃烧室内设有喷嘴，喷嘴与燃料存储罐连通；还包括为喷嘴喷出燃料增压增速的外部气源，外部气源与喷嘴连通并提供压力气体。本实用新型专利技术的燃气轮机，通过外部气源对经喷嘴喷出的燃料进行增压增速，燃料经增速后由喷嘴喷入燃烧室内燃烧，由于燃料的喷出速度增加，火焰的位置前移，远离了喷嘴，从而可防止火焰回烤喷嘴，可有效地保护喷嘴，避免喷嘴被烧坏或堵塞。避免喷嘴被烧坏或堵塞。避免喷嘴被烧坏或堵塞。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机


[0001]本技术涉及一种可防止火焰回烤喷嘴的燃气轮机，属于燃气轮机


技术介绍

[0002]燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。其主要包括压气机、燃烧室、涡轮三大部件：压气机从外界大气环境吸入空气，并压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并可通过连接发电机输出电能。
[0003]燃烧室工作时，燃料通过喷嘴喷出燃烧形成火焰，燃料的火焰传播速度和燃料的喷出速度决定形成的火焰的位置。若压差不足，则容易导致火焰回烤喷嘴，尤其是由火焰传播速度较小的燃料(例如甲烷)更换成火焰传播速度较大的燃料(例如氢气)时，燃料的火焰传播速度增加(例如氢气的火焰传播速度约为甲烷的7倍)，而燃料的喷出速度不变或增加量不足，从而使得火焰的位置移向喷嘴，导致火焰回烤喷嘴，使得喷嘴承受较大的热负荷，容易烧坏、堵塞，甚至发生安全问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本技术提供了一种可防止火焰回烤喷嘴的燃气轮机。本技术通过外部气源对喷嘴喷出的燃料进行增压增速，从而起到防止火焰回烤喷嘴的效果。
[0005]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种燃气轮机，包括转轴、压气机、燃烧室和涡轮，压气机和涡轮安装于转轴上，压气机的出气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的出气端与涡轮的进气端连通，燃烧室内设有喷嘴，喷嘴与燃料存储罐连通；还包括为喷嘴喷出燃料增压增速的外部气源，外部气源与喷嘴连通并提供压力气体；所述外部气源为压力大于燃料存储罐压力的气源。
[0007]进一步地，所述转轴上还安装有气体轴承，所述气体轴承可以是径向轴承和/或推力轴承。
[0008]进一步地，所述外部气源与气体轴承连通并为气体轴承供气，即外部气源复用为气体轴承和喷嘴的气源。
[0009]进一步地，所述气体轴承为静压轴承或动静压混合轴承；当气体轴承为静压轴承时，外部气源同时为气体轴承和喷嘴供气；当气体轴承为动静压混合轴承时，在气体轴承的静压阶段(启动和停止)，外部气源为或只为气体轴承供气；在气体轴承的动压阶段，外部气源只为喷嘴供气。
[0010]所述外部气源提供的高压气体的压力，可根据燃料类别、燃料存储罐压力和/或燃烧室内压力而灵活调节，例如，当更换燃料(如更换为氢气)后可调节(增加)外部气源的出
口压力，以进行匹配。
[0011]进一步地，所述外部气源通入喷嘴的气体压力大于压气机通入燃烧室的气体压力，有利于使火焰的位置远离喷嘴，避免火焰回烤喷嘴，例如其压差大于1个大气压。
[0012]进一步地，经由外部气源增压增速后，喷嘴出口处燃料的喷出速度大于等于20m/s，优选大于等于50m/s，更优选大于等于340m/s(超音速)，超音速状态下的燃料不易燃烧，从而可在喷嘴出口处形成对喷嘴的保护，超音速燃料远离喷嘴后速度下降，燃料再被点燃，形成燃烧火焰。
[0013]进一步地，所述喷嘴包括：具有燃料通道的燃料管，所述燃料通道与燃料存储罐连通；具有压力气通道的压力气管，所述压力气通道围绕燃料通道设置并且与外部气源连通。此种结构的喷嘴，压力气对单纯燃料进行增压增速，所述单纯燃料可以是氢气(点明氢气的火焰传播速度很高)。
[0014]进一步地，所述压力气管的长度大于燃料管的长度。
[0015]进一步地，所述压力气管的前端具有缩口，以利于燃料进一步增速。
[0016]进一步地，为了更好地混合燃料，所述喷嘴还包括具有常压气通道的常压气管，常压气管位于燃料管与压力气管之间，所述常压气通道与常压气源连通。此种结构的喷嘴，燃料(如氢气)先与常压气体混合，然后压力气对混合气进行增压增速。
[0017]进一步地，所述常压气管的长度大于燃料管的长度且小于压力气管的长度。
[0018]进一步地，所述常压气管具有临近燃料管设置的第一喷口。
[0019]进一步地，所述常压气管超出燃料管的位置处具有第二喷口。
[0020]进一步地，所述第二喷口倾斜设置。
[0021]进一步地，所述外部气源为气泵，其结构为：包括泵轴，以及依次安装于泵轴的增压器和电机。
[0022]进一步地，所述增压器包括在轴向上同向设置的第一增压器和第二增压器，电机位于第一增压器和第二增压器之间。该结构的气泵，通过第一增压器和第二增压器同时增压，从而可提高增压效率。
[0023]进一步地，所述增压器包括在轴向上相向设置的第一增压器和第二增压器，电机位于第一增压器和第二增压器之间。该结构的气泵，通过第一增压器和第二增压器同时增压，从而可提高增压效率；第一增压器和第二增压器相向设置，有利于平衡轴向力，使气泵的运行更加稳定。
[0024]进一步地，所述第一增压器与第二增压器为并联设置或串联设置。所述串联设置的具体方式为：第一增压器的出气端连通第二增压器的进气端。该结构的气泵，空气通过第一增压器增压后，又通过第二增压器进一步增压，从而可提高气泵的出气压力。
[0025]本技术的燃气轮机，工作时，压气机的进气端从外部环境吸入空气(氧化剂)并进行压缩，压缩后通入燃烧室；同时，燃料存储罐内的燃料经喷嘴喷出，压缩空气与燃料混合燃烧推动涡轮旋转，并通过涡轮的排气端排出。外部气源一方面可为气体轴承供气，另一方面可为喷嘴供气，以为通过喷嘴喷出的燃料增压增速，燃料经增速后由喷嘴喷入燃烧室内燃烧。由于燃料的喷出速度增加，火焰的位置前移，远离了喷嘴，从而可防止火焰回烤喷嘴。并且，高压气能够降低燃料的反应剧烈程度，减少燃气轮机运行过程中的氮氧化物的排放。
[0026]实际应用过程中，若燃料为火焰传播速度较小的燃料(如甲烷)，或未出现火焰回烤喷嘴情况，出于节约成本的考虑，外部气源无需向喷嘴供气。当燃料为火焰传播速度较大的燃料(如氢气)时，或将火焰传播速度较小的燃料(例如甲烷)切换为火焰传播速度较大的燃料(例如氢气)时，或因压差不足出现火焰回烤喷嘴情况时，则控制外部气源向喷嘴供气，以为通过喷嘴喷出的燃料增压增速，使火焰的位置前移以远离喷嘴，防止火焰回烤喷嘴，避免喷嘴被烧坏或堵塞。
[0027]本技术的燃气轮机，通过外部气源对经喷嘴喷出的燃料进行增压增速，防止火焰回烤喷嘴，可有效地保护喷嘴，避免喷嘴被烧坏或堵塞。喷嘴和气体轴承可以共用一个外部气源。外部气源可以为气泵。气泵的增压器可以为两个以上，以提高增压效率；增压器可以同向设置，也可以相向设置，以更好地平衡轴向力，保证运行稳定。
[0028]本技术使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本技术所表述的含义为准。
附图说明
[0029]图1：燃气轮机的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机，包括转轴、压气机、燃烧室和涡轮，压气机和涡轮安装于转轴上，压气机的出气端与燃烧室的进气端连通，燃烧室的出气端与涡轮的进气端连通，燃烧室内设有喷嘴，喷嘴与燃料存储罐连通；其特征在于：还包括为喷嘴喷出燃料增压增速的外部气源，外部气源与喷嘴连通并提供压力气体。2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于：所述转轴上还安装有气体轴承，所述气体轴承为径向轴承和/或推力轴承，所述外部气源与气体轴承连通并为气体轴承供气。3.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于：所述喷嘴包括：具有燃料通道的燃料管，所述燃料通道与燃料存储罐连通；具有压力气通道的压力气管，所述压力气通道围绕所述燃料通道设置并且与所述外部气源连通。4.根据权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于：所述压力气管的长度大于所述燃料管的长度；和/或：所述压力气管的前端具有缩口。5.根据权利要求3或4所述的燃气轮机，其特征在于：所述喷嘴还包括具有常压气通道的常...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳普，
申请(专利权)人：靳普科技北京有限公司，
类型：新型
国别省市：