第三章燃氣輪機
3.1 概述
（1） 燃燒室功用及重要性
1.保證燃機在各種工況下，將燃料化學能轉換為熱能，加
熱壓氣機壓縮的空氣，用於渦輪膨脹做功。
2.燃燒室是燃機的主要部件之一，燃機的效能、可靠性、壽命
皆與它有密切關係 。
（2） 燃燒室的工作條件
燃燒室在高溫、大負荷下工作
燃燒室在變工況下工作
燃燒室在具有腐蝕性的環境下工作
燃燒室內的燃燒過程是乙個極其複雜的物理化學過程
燃燒室中的燃燒在高速氣流及貧油混合氣情況下進行
（「空氣分股」、「減速擴壓」、「反向回流」）
（3）燃燒室的設計要求
1 不同工況下，燃燒室工作應穩定
2 燃燒要安全
3 燃燒室具有最小的流體阻力
4 燃燒室出口溫度場應能滿足渦輪的要求
5 在任何使用條件下，燃燒室都應該迅速、可靠地啟動點火，且聯焰性好
6 工作壽命長
7 燃燒室的尺寸和質量要小
8 排氣汙染應能滿足國家標準要求
9 檢視、裝拆和維修應當方便
3.2三種基本型別燃燒室
的結構概述
（1） 分管燃燒室
1.結構特點
管形火焰筒的外圍包有乙個單獨的殼體，構成乙個分管，沿燃氣輪機周圍6-16
個這樣的分管，各分管用傳焰管連通，以傳播火焰和均衡壓力。
2.優點：
1 裝拆、維修、檢修方便
2 因各個分管的工質流量不大，除錯容易，實驗結果比較接近實際
情況 3.缺點：
1 裝拆、維修、檢修方便
2 因各個分管的工質流量不大，除錯容易，實驗結果比較接近實際
情況 （2）環管燃燒室
1 .結構特點 ：
若干個火焰筒均勻排列安裝在同乙個殼體內，相鄰火焰燃燒區
之間用傳焰管連通。
2.優點 ：
1 適合與軸流式壓氣機配合，布局緊湊、尺寸小、剛性小；
2 氣流轉彎小，流體阻力小，熱散失亦小；
3 除錯比較容易，加工製造的工作量比分管小。
3.缺點：
1 燃燒室出口溫度場沿周向不夠均勻；
2 燃燒室的流體損失較大；
3 耗費的材料、工時較多；
4 質量較重。
（3） 環形燃燒室
1.結構特點 ：
內、外殼體與環管燃燒室類似，但火焰筒卻有很大差別。在內外殼
體之間的環形腔中，布置了乙個呈環形的火焰筒，即火焰筒內外壁
構成環形主燃區。
2.分類 ：
回流環形燃燒室 ；
直流環形燃燒室：全環形燃燒室 、帶有單獨頭部的環形燃燒室 。
3.優點：
1 環形火焰筒製造簡單，長度短，質量輕；
2 與軸流式壓氣機、渦輪配合方便，壓力損失最；
3 節約火焰筒冷卻空氣量約1/3；
4 空間利用率最高，聯焰性好。
4.缺點：
1 除錯時需要大型氣源；
2 火焰筒剛性差；
3 燃料分布不均勻，組織燃燒困難；
4 裝拆維修困難。
3.3燃燒室基本構件的結構
（1）燃燒室基本構件的結構：
擴壓器、燃燒室殼體、火焰筒、燃料噴嘴、點火裝置
（2） 擴壓器：
1. 功用：降低從壓氣機流出的氣流速度，以利於燃燒的組織。
2. 分類：一級擴壓器、二級擴壓器、突然擴張式擴壓器。
一級擴壓器：壓力均勻增加；總壓損失小；流場均勻
二級擴壓器：總損失不致很大，可縮短擴壓器長度
突然擴張式擴壓器： 長度很短，較少受到壓氣機出口流場的幹
擾，總壓損失偏大
(3)燃燒室殼體：
1.功用：
燃燒室殼體構成二股氣流通道；在環管和環形燃燒室中，燃燒室殼體
由內外殼體組成，他們又是燃機的主要承力件。
2.燃燒室內殼體加強肋：
燃燒室內套很多採用由鈑料沖壓焊接的加強肋予以加強。為減輕質量，
在加強肋的輻板上可沿周向開許多減輕孔，在孔口處翻邊加強。
3.燃燒室外套安裝邊結構 ：
（a）搭接滾焊形式，用的比較普通；
(b)對接熔焊形式；
(c)搭接熔焊形式；它可以獲得比滾焊更好的氣密性；
(d)形式結構比較合理，因為焊縫遠離安裝邊，可有效地減少焊接熱影響
區對安裝邊造成的撓曲變形。
（4）火焰筒：
1. 組成：渦流器、火焰筒筒體、燃氣導管等組成。
2. 渦流器：
：功用：使高溫燃氣在火焰筒頭部形成低速回流區，保證點火、
穩定燃燒和完全燃燒。
分類：無片式渦流器、葉片式渦流器（軸流式、徑流式）。
葉片式渦流器
無片式渦流器利用喇叭形碗形、雙錐形等非線性流體等產生低速回流區。
3. 火焰筒筒體：
筒壁的冷卻方式有氣膜式（如下圖）和散熱片式（已淘汰）
(a)(b)為波形板氣膜冷卻結構；（c）為魚鱗狀縫隙膜冷卻結構；(d)為雙邊冷卻環；(e)為單邊冷卻環；(f)冷卻環與縮腰小孔冷卻氣膜結構
4. 傳焰管：
在分管和連管燃燒室中應裝有傳焰管，用來傳遞燃燒區之間的火焰並均衡火焰筒間的壓力
（5） 燃料噴嘴：
1. 功用：將燃料霧化，加速混合氣的形成，保證穩定燃燒和提高燃燒效
率。2. 分類：離心噴嘴、氣動噴嘴、蒸發噴嘴、甩油噴嘴。
3. 離心式噴嘴：
燃料以一定的壓力切向進入內腔，如上圖。在離心力的作用下，實
現霧化。
離心噴嘴可分為：雙路雙室雙噴口噴嘴、雙路雙室單噴口噴嘴、雙
路單室單噴口噴嘴
工作原理圖及構造
5. 氣動噴嘴：
利用壓縮空氣的吹散作用，實現燃油霧化。霧化質量的關鍵在於適
當控制霧化空氣的流量和壓力。
6. 蒸發管式噴嘴：
油氣混合提前在蒸發管內進行，然後從蒸發管噴入火焰筒的主燃區
內，與大量空氣混合後燃燒。
t型蒸發管的工作示意圖
（6） 點火裝置：
1. 功用：在燃氣輪機啟動時，向燃燒室提供初始點火火炬。
2. 分類：間接點火裝置、直接點火裝置。
3. 間接點火裝置：實際上是小小燃燒室系統，現已基本不用
4. 直接點火裝置：
利用高能電嘴產生的點火火炬直接點燃火焰管頭部混合氣體。 特點
：能量大、結構簡單、工作可靠性好，應用廣泛。
3.4 燃燒室結構的新發展
一、雙環腔沖壓進氣的短環形燃燒室
二、單邊進氣的短環形燃燒室
三、渦流筒式燃燒室
四、可變幾何形狀的燃燒室
五、兩級燃燒燃燒室
3.5燃燒室故障
1.積碳使火焰筒壁的金屬表面和冷空氣隔絕，並使壁面形成大面積的區域性
過熱。這將引起區域性熱應力，結果使火焰筒壁產生翹曲和破裂。
2. 發動機工作時，燃燒室外套、火焰筒各段以及聯焰的焊縫和遠離焊點的不同部位上產生疲勞裂紋，是燃燒室至關重要的故障。
3. 由於溫差大，在經受突然冷卻的孔邊上，以及離開孔的間壁上也可能出現裂紋。
第九章航空燃氣輪機主燃燒室工作特性
主燃燒室工作特性的好壞，取決於燃油霧化 與燃油霧化相匹配的空氣流動 以及在此基礎上的燃燒特性。本章所涉及的基本內容包括燃油霧化 燃燒室空氣動力學 燃油散布 燃燒效率 點火及熄火 燃燒室火焰筒壁冷卻等特性分析。9.1 燃油霧化 在航空燃氣渦輪發動機中，燃油噴嘴的功能和要求如下 1 在寬廣的流量範圍內提...
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