管式燃烧室知识培训.docx

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1、管式燃烧室知识培训燃气轮机的燃烧室将燃料的化学能转变为热能，将压气机压入的高压空气加热到高温以便到涡轮膨胀做功，燃料为液体燃料（例如汽油）或气体燃料（例如天然气）。本节用一个管式燃烧室模型来介绍燃烧室的基本原理与结构，图1是管式燃烧室的外壳剖视图，燃烧室呈桶状，前端空气入口是通往压气机的出口，高温燃烧气体从后端出口是通往涡轮。燃烧室入口内呈喇叭状，迅速扩大的截面可降低压气机流出气流的速度，以利于燃烧，燃烧室这前一段称为扩压器。图I燃烧室外壳剖视图在燃烧室前端装有燃料喷嘴，喷嘴喷出的燃料与进入的空气在燃烧室内燃烧，产生高温高压燃气从出口喷出，见图20燃烧室内燃烧温度高达2000多C,压力在20至

2、30多个大气压，燃烧室外壳在这样高温下很难承受这样的高压。为了降低燃烧室壁的温度，在燃烧室内设火焰筒，火焰筒采用耐高温材料制成，空气气流通过火焰筒前方入口与筒身的进气孔进入火焰筒内，燃料与空气混合后在火焰筒内燃烧，由于气流是从火焰筒外流向火焰筒内，在火焰筒外是没有火焰的，使燃烧室壁不会受到火焰的烧烤，温度较低保证强度。而火焰筒只承受高温，不承受压力，图3是在燃烧室外壳内的火焰筒示意图。火焰筒前方是主燃区，中部是补燃区，后部是过渡段（燃气导管）。图4是燃烧室气流走向示意图，白色箭头线表示气流在燃烧室的走向。图2燃烧室原理示意图图3燃烧室火焰筒示意图虽然火焰筒采用耐高温材料制成，也难承受高温的烧烤

3、，为了降低火焰筒的温度，利用空气进入火焰筒时对其冷却。通过进气孔进入火焰筒的空气能对火焰筒壁起到一定的冷却作用，但还不够，还要一些措施来降低火焰筒壁的温度，下面介绍一种在航空发动机中常用的方法一一小孔气膜冷却法，图5是这种火焰筒的结构示意图。图4火焰筒气流走向示意图图5采用小孔气膜冷却的火焰筒这种火焰筒的圆周开有很多小孔，气流沿壁进孔并沿内壁走过一段距离，可有效降低这一段的温度，由于一圈小孔仅降低一段的温度，所以采用多段的结构，图中的火焰筒有三段（含燃气导管）。图6中的浅蓝色箭头线表示小孔冷却气流的走向。图6小孔气膜冷却气流走向示意为了看清结构与气流走向，该火焰筒仅绘有3段，实际上许多火焰筒有

4、更多段；图中也夸大了火焰筒中两段相套部分的径向间隙，实际火焰筒段间相套部分的径向间隙是很小的，小孔也是很小的，也很多。除了小孔气膜冷却法外还有多种方法，原理大同小异，其结构请另找参考资料。图7是装有小孔气膜冷却法火焰筒的管式燃烧室结构示意图，在火焰筒入口有涡流器与燃料喷嘴，在火焰筒前端还有点火装置。燃料从喷嘴喷向火焰筒内，在喷嘴外围有叶片式涡流器，图8是从两个角度看到的燃料喷嘴与涡流器。涡流器也称空气扰流器，目前多数涡流器是由多个偏转的叶片组成的叶片式涡流器，气流通过时产生旋转在火焰筒头部内形成旋涡，旋涡中心为低压区，使一部分已经燃烧的高温燃气倒流回来形成回流区，不断的点燃由燃油雾滴蒸发形成的

5、新鲜混合气。除了叶片式涡流器还有喇叭形涡流器采用非流线体来产生涡流。燃烧室多采用离心式喷油嘴，在高压作用下燃油经喷油嘴高速旋转喷出，与喷咀外空气相撞击形成极细小的雾化油滴，并很快蒸发与空气混合，形成新鲜混合气。目前气动雾化喷嘴（气动喷嘴）在新型燃烧室中得到广泛应用，优点是燃油离开喷嘴时已经较好的雾化，在火焰筒头部形成均匀的油雾，燃烧效果好。图7管式燃烧室结构图图8燃料喷嘴与涡流器点火装置采用高压火花塞打火，点燃燃料和空气的混合气体。图9是燃烧器气流走向图，在燃烧室内的白色箭头线就是气流在燃烧室的流向。来自压气机的高压空气从燃烧室入口进入，扩压减速后分两路进入火焰筒，一路从涡流器进入火焰筒与燃料

6、混合后燃烧；另一部分空气流经火焰筒外壁从进气孔与冷却小孔进入火焰筒与剩余燃料燃烧，这部分气流对燃烧室外壳与火焰筒壁起到冷却作用，同时降低到涡轮的气流温度。图9燃烧器气流走向图目前燃气轮机的燃烧室主要有四种类型：圆筒形燃烧室、分管形燃烧室、环管形燃烧室、环形燃烧室，圆筒形燃烧室就是单个大号的管式燃烧室，较少应用。图10是分管形燃烧室、环管形燃烧室、环形燃烧室的截面图（垂直于燃气轮机轴线的截面）示意图。由若干个管式燃烧室环绕燃气轮机主轴排列组成一个整体的燃烧室称为分管形燃烧室；由若干个管式火焰筒绕燃气轮机主轴排列在一个环形燃烧室内称为环管燃烧室；在环形燃烧室内有一个环形火焰筒称为环形燃烧室。在后面章节里将分别介绍这三种燃烧室的基本结构。就烧室外元腐烧至夕陛腐院至外壁（a）分管燃烧室（b）环管燃烧室（C）环形燃烧室图10燃烧器主要类型截面示意图