燃气轮机结构-燃烧室

第三章燃气轮机

3.1概述

（1）燃烧室功用及重要性

1.保证燃机在各种工况下，将燃料化学能转换为热能，加

热压气机压缩的空气，用于涡轮膨胀做功。

2.燃烧室是燃机的主要部件之一，燃机的性能、可靠性、寿命

皆与它有密切关系。

（2）燃烧室的工作条件

①燃烧室在高温、大负荷下工作

②燃烧室在变工况下工作

③燃烧室在具有腐蚀性的环境下工作

④燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程

⑤燃烧室中的燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行

（“空气分股”、“减速扩压”、“反向回流”）

（3）燃烧室的设计要求

①不同工况下，燃烧室工作应稳定

②燃烧要安全

③燃烧室具有最小的流体阻力

④燃烧室出口温度场应能满足涡轮的要求

⑤在任何使用条件下，燃烧室都应该迅速、可靠地启动点火，且联

焰性好

⑥工作寿命长

⑦燃烧室的尺寸和质量要小

⑧排气污染应能满足国家标准要求

⑨检视、装拆和维修应当方便

3.2三种基本类型燃烧室

的结构概述

（1）分管燃烧室

1.结构特点

管形火焰筒的外围包有一个单独的壳体，构成一个分管，沿燃气轮机周围6-16

个这样的分管，各分管用传焰管连通，以传播火焰和均衡压力。

2.优点：

①装拆、维修、检修方便

②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际

情况

3.缺点：

①装拆、维修、检修方便

②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际

情况

（2）环管燃烧室

1 .结构特点：

若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内，相邻火焰燃烧区

之间用传焰管连通。

2.优点：

①适合与轴流式压气机配合，布局紧凑、尺寸小、刚性小；

②气流转弯小，流体阻力小，热散失亦小；

③调试比较容易，加工制造的工作量比分管小。

3.缺点：

①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀；

②燃烧室的流体损失较大；

③耗费的材料、工时较多；

④质量较重。

（3）环形燃烧室

1.结构特点：

内、外壳体与环管燃烧室类似，但火焰筒却有很大差别。在内外壳

体之间的环形腔中，布置了一个呈环形的火焰筒，即火焰筒内外壁

构成环形主燃区。

2.分类：

回流环形燃烧室；

直流环形燃烧室：全环形燃烧室、带有单独头部的环形燃烧室。

3.优点：

①环形火焰筒制造简单，长度短，质量轻；

②与轴流式压气机、涡轮配合方便，压力损失最；

③节约火焰筒冷却空气量约1/3；

④空间利用率最高，联焰性好。

4.缺点：

①调试时需要大型气源；

②火焰筒刚性差；

③燃料分布不均匀，组织燃烧困难；

④装拆维修困难。

3.3燃烧室基本构件的结构

（1）燃烧室基本构件的结构：

扩压器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置（2）扩压器：

1.功用：降低从压气机流出的气流速度，以利于燃烧的组织。

2.分类：一级扩压器、二级扩压器、突然扩张式扩压器。

一级扩压器：压力均匀增加；总压损失小；流场均匀

二级扩压器：总损失不致很大，可缩短扩压器长度

突然扩张式扩压器：长度很短，较少受到压气机出口流场的干

扰，总压损失偏大

(3)燃烧室壳体：

1.功用：

燃烧室壳体构成二股气流通道；在环管和环形燃烧室中，燃烧室壳体

由内外壳体组成，他们又是燃机的主要承力件。

2.燃烧室内壳体加强肋：

燃烧室内套很多采用由钣料冲压焊接的加强肋予以加强。为减轻质量，

在加强肋的辐板上可沿周向开许多减轻孔，在孔口处翻边加强。

3.燃烧室外套安装边结构：

（a）搭接滚焊形式，用的比较普通；

(b)对接熔焊形式；

(c)搭接熔焊形式；它可以获得比滚焊更好的气密性；

(d)形式结构比较合理，因为焊缝远离安装边，可有效地减少焊接热影响

区对安装边造成的挠曲变形。

（4）火焰筒：

1.组成：涡流器、火焰筒筒体、燃气导管等组成。

2.涡流器：

①：功用：使高温燃气在火焰筒头部形成低速回流区，保证点火、

稳定燃烧和完全燃烧。

②：分类：无片式涡流器、叶片式涡流器（轴流式、径流式）。

叶片式涡流器

无片式涡流器利用喇叭形碗形、双锥形等非线性流体等产生低速回流区。

3.火焰筒筒体：

筒壁的冷却方式有气膜式（如下图）和散热片式（已淘汰）

(a)(b)为波形板气膜冷却结构；（c）为鱼鳞状缝隙膜冷却结构；(d)为双

边冷却环；(e)为单边冷却环；(f)冷却环与缩腰小孔冷却气膜结构

4.传焰管：

在分管和连管燃烧室中应装有传焰管，用来传递燃烧区之间的火焰并

均衡火焰筒间的压力

（5）燃料喷嘴：

1.功用：将燃料雾化，加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效

率。

2. 分类：离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴、甩油喷嘴。

3. 离心式喷嘴：

燃料以一定的压力切向进入内腔，如上图。在离心力的作用下，实

现雾化。

离心喷嘴可分为：双路双室双喷口喷嘴、双路双室单喷口喷嘴、双

路单室单喷口喷嘴

工作原理图及构造

5.气动喷嘴：

利用压缩空气的吹散作用，实现燃油雾化。雾化质量的关键在于适

当控制雾化空气的流量和压力。

6.蒸发管式喷嘴：

油气混合提前在蒸发管内进行，然后从蒸发管喷入火焰筒的主燃区

内，与大量空气混合后燃烧。

T型蒸发管的工作示意图