CN109139253B - 一种微型燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型燃气轮机技术领域，公开了一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括压气机、燃烧室以及位于压气机与燃烧室之间的集气装置，其中，压气机包括叶轮以及设置在叶轮出口的扩压器，集气装置的入口与扩压器连通，集气装置的出口与燃烧室连通，集气装置用于将扩压器产生的高压气体导入燃烧室中。上述实施例中，常温常压下的外界空气首先进入高速旋转的叶轮，将从高速旋转的叶轮中吸收的机械功转化成压力(势能)及速度(动能)，由叶轮流出后进入扩压器，高压气体在扩压器中速度降低，压力继续提高，并由扩压器进入集气装置，集气装置具有收集高压气体并将高压气体导入燃烧室的作用，从而达到减少高压气体在流通过程中产生压力损失的目的。

Description

一种微型燃气轮机

技术领域

本发明涉及微型燃气轮机技术领域，尤其涉及一种微型燃气轮机。

背景技术

现有的微型燃气轮机的整体结构如图1所示，主要包括压气机、燃烧室3、涡轮等，其中，压气机包括叶轮1以及扩压器2，叶轮1高速旋转对空气做功，将空气压缩并输送至扩压器2中，扩压器2设置在叶轮1的出口位置，用于继续提高从叶轮1中流出的高压气体的压力，扩压器2的另一端与机匣4内部连通，高压气体经扩压器2进入机匣4，机匣4的两侧开设有两个出口，高压气体由出口流出并经过外接管路5导入燃烧室3内。

继续参考图1，气体工质的流动过程如图中箭头所示的方向，常温常压下的外界空气进入高速旋转的叶轮1，由叶轮1流出后压力增加，然后进入扩压器2，高压气体在扩压器2中速度降低，压力继续提高，并由扩压器2进入机匣4内，最后经过外接管路5流入燃烧室3，燃烧室3中产生的高温高压的燃气由蜗壳6导入涡轮叶栅，并推动涡轮做功，将热能转换为机械能。在这个过程中，由于机匣4的内部存在较大的空间，该空间内的零部件及各种大小管道分布繁杂，空气流经机匣4时，势必将引起较大的压力损失；并且，高压空气经过机匣4后，需经过外接管道5才能通入燃烧室3，这又将损失高压空气的一部分压力能，最终导致微型燃气轮机的出功以及整机工作效率的降低。

发明内容

本发明提供一种微型燃气轮机，用以解决现有技术中存在的高压气体在导入燃烧室的过程中产生的压力损失的问题。

本发明实施例提供了一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括压气机、燃烧室以及位于所述压气机以及所述燃烧室之间的集气装置，其中，

所述压气机包括叶轮以及设置在所述叶轮出口的扩压器，所述集气装置的入口与所述扩压器连通，所述集气装置的出口与所述燃烧室连通，所述集气装置用于将所述扩压器中的高压气体导入所述燃烧室中。

上述实施例中，常温常压下的外界空气依次通过叶轮以及扩压器后压力升高，将这部分高压气体通过集气装置直接导入燃烧室中，从而避免了高压气体在输送过程中产生的压力损失，有利于微型燃气轮机的出功以及整机工作效率的提高。

在一个具体的实施例中，所述集气装置包括环形设置的内壁以及套装在所述内壁上的外壁，所述内壁和所述外壁在朝向所述扩压器的一端形成所述集气装置的入口，并在远离所述扩压器的一端相连接；

所述内壁在朝向所述燃烧室的一侧设有第一出口，所述外壁在对应的位置设有第二出口，所述第一出口和所述第二出口之间的通道形成所述集气装置的出口。环形设置的内壁与外壁之间形成用于气体流通的通道，从而使得扩压器中的高压气体能够平稳地流入集气装置中，避免在流通过程中产生的突扩损失。

具体设置时，所述集气装置与所述燃烧室之间还设有环形的导流装置，所述导流装置包括内筒以及套装在所述内筒上的外筒，所述导流装置用于将所述集气装置中的高压气体通过所述内筒与所述外筒之间的间隙导入所述燃烧室内部。

具体设置时，还包括蜗壳以及涡轮，所述蜗壳位于所述集气装置的内壁空腔内，所述蜗壳的入口与所述导流装置的内筒连通，所述蜗壳的出口与所述涡轮连通，所述蜗壳用于将所述燃烧室产生的高温燃气输送到所述涡轮中。

优选的，所述扩压器包括径向扩压器以及轴向扩压器，所述径向扩压器与所述叶轮的叶片流道连通，所述轴向扩压器分别与所述径向扩压器以及所述集气装置的入口连通。

优选的，所述轴向扩压器与所述集气装置的入口通过法兰盘连接。

优选的，所述集气装置为一体成型结构。

附图说明

图1为现有技术中微型燃气轮机的剖视图；

图2为本发明实施例提供的微型燃气轮机的剖视图；

图3为图2中示出的集气装置的结构示意图；

图4为图3中示出的集气装置的剖视图。

附图标记：

1-叶轮2-扩压器3-燃烧室4-机匣5-外接管道6-蜗壳

10-叶轮20-扩压器30-燃烧室40-机匣

50-集气装置501-内壁502-外壁51-入口52-出口

60-导流装置70-蜗壳

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

微型燃气轮机是一种以流动的气体为工质，把热能转换为机械能的旋转式动力机械，主要由压气机、燃烧室以及涡轮这三大部件组成。其中，压气机包括叶轮以及扩压器，叶轮为利用高速旋转的叶片给空气做功以提高空气压力的部件，扩压器为利用流通截面积的不同，将气体在叶轮中获得的动能尽可能多地转化为压力能的部件；燃烧室为将高压空气与燃料混合并燃烧产生高温高压燃气的部件，高温高压的燃气由燃烧室中排出并推动涡轮做功，将热能转换为机械能。

现有技术中，扩压器与微型燃气轮机的机匣连通，从压气机中流出的高压气体进入机匣内部，再通过与机匣连通的外接管道进入燃烧室中；在这个过程中，高压气体在机匣内部以及外接管道中流通时将产生压力损失，导致微型燃气轮机的出功以及整机工作效率降低。

为了避免高压气体在导入燃烧室过程中产生的压力损失，本发明实施例提供了一种微型燃气轮机，该微型燃气轮机包括压气机、燃烧室以及位于压气机与燃烧室之间的集气装置，其中，

压气机包括叶轮以及设置在叶轮出口的扩压器，集气装置的入口与扩压器连通，集气装置的出口与燃烧室连通，集气装置用于将扩压器产生的高压气体导入燃烧室中。

上述实施例中，常温常压下的外界空气首先进入高速旋转的叶轮，将从高速旋转的叶轮中吸收的机械功转化成压力(势能)及速度(动能)，由叶轮流出后进入扩压器，高压气体在扩压器中速度降低，压力继续提高，并由扩压器进入集气装置，集气装置具有收集高压气体并将高压气体导入燃烧室的作用，从而达到减少高压气体在流通过程中产生压力损失的目的。

为了方便对本发明实施例提供的微型燃气轮机的理解，下面结合具体的附图以及实施例对其结构进行详细的说明。

如图2所示，该微型燃气轮机包括压气机以及燃烧室30，压气机采用离心式压气机，包括叶轮10以及设置在叶轮10出口的扩压器20，叶轮10由轮盘以及设置在轮盘上的叶片组成，叶片间形成用于气体流通的叶片流道，常温常压下的外界空气进入叶轮10后，将从高速旋转的叶轮10中吸收的机械功转化成压力(势能)及速度(动能)，并由叶片流道流出；扩压器20与叶轮10的叶片流道连通，高压气体由叶轮10进入扩压器20后，速度降低，压力继续提高，扩压器20将气体在叶轮10中获得的动能尽可能多地转化为压力能，进一步提高了气体的压力。由扩压器20流出的高压空气在进入燃烧室30过程中，为了减小产生的压力损失，该微型燃气轮机还包括设置在压气机与燃烧室30之间的集气装置50，该集气装置50的入口51与扩压器20连通，出口52与燃烧室30连通，该集气装置50用于将扩压器20中的高压气体导入燃烧室30中。这样，在整个过程中，通过集气装置50的连接作用将高压气体直接导入燃烧室30中，从而达到减少高压气体在流通过程中产生压力损失的目的，并且有利于微型燃气轮机的出功以及整机工作效率的提高。

具体设置时，一并参考图3、图4，其中，集气装置50包括环形设置的内壁501以及套装在内壁501上的外壁502，内壁501与外壁502之间形成用于气体流通的通道，为了尽量减小高压气体在结构内部流动时产生的沿程损失，内壁501和外壁502均具有光滑的表面结构；内壁501和外壁502在朝向扩压器20的一端形成集气装置50的入口51，并在远离扩压器20的一端相连接，如集气装置50在入口51位置与扩压器20通过法兰连接；另外，集气装置50的内壁501在朝向燃烧室30的一侧设有第一出口，且其外壁502在对应的位置设有第二出口，第一出口和第二出口之间的通道形成该集气装置50的出口52。在制备时，集气装置50可以通过整体铸造法一体加工成型，或者，也可以剖分为两部分甚至更多部分，分别冲压成型，最后再焊接成一体整体。在使用时，该集气装置50由于直接收集扩压器20流出的高压气体并以逆流的形式导入燃烧室30中，一方面能够有效降低高压气体由扩压器20直接排入机匣40的内部空间时产生的突扩损失，并避免了高压气体在机匣40内的堆积，同时，也在很大程度上减小了高压气体在机匣40内部的法兰装配位置处发生外泄的风险；另一方面，也避免了高压气体在外接管道5中产生的压力损失，最终达到提高微型燃气轮机的出功及整机效率的目的。如图4示出的集气装置50的剖视图，其中，第一出口和第二出口均具有向上延伸的边沿，从而有利于将高压气体导入燃烧室30中。

具体连接时，扩压器20包括径向扩压器21以及轴向扩压器22，径向扩压器21与叶轮10的出口52连通，轴向扩压器22分别与径向扩压器21以及集气装置50的入口51连通。从叶轮10中流出的高压气体依次经过径向扩压器21、轴向扩压器22进入集气装置50中，轴向扩压器22用于进一步提高气体的静压力能，并使气体的流向由径向转为轴向。在图2示出的微型燃气轮机中，集气装置50与燃烧室30之间还设有环形的导流装置60，该导流装置60包括内筒以及套装在内筒上的外筒，导流装置60用于将集气装置50中的高压气体通过内筒与外筒之间的间隙导入燃烧室30内部。如图2所示，导流装置60与集气装置50之间通过法兰连接，即，相对应的，导流装置60的内筒与集气装置50的内壁501通过法兰连接，导流装置60的外筒与集气装置50的外壁502通过法兰连接，导流装置60的设置有利于进一步调整高压气体的流动方向，使高压气体逆流向上流动进入燃烧室30，并与燃料充分混合。

该微型燃气轮机中还包括蜗壳70以及涡轮，蜗壳70位于集气装置50的内壁501空腔中，蜗壳70的入口与导流装置60的内筒连通，蜗壳70的出口与涡轮连通，蜗壳70用于将燃烧室30产生的高温燃气输送到涡轮中，涡轮进一步将热能转化为机械能。

该微型燃气轮机在工作过程中气体工质的流动方向如图2中的箭头所示，常温常压下的外界空气进入叶轮10，叶轮10高速旋转对空气做功，将空气压缩并输送至径向扩压器21、轴向扩压器22，径向扩压器21和轴向扩压器22将高压气体在叶轮10中获得的动能尽可能多地转化为压力能，进一步提高气体的压力，并且，轴向扩压器22将气体的流向由径向转为轴向，并导入集气装置50中；高压气体由集气装置50的入口51流入，通过内壁501与外壁502之间的间隙，由出口52流出，并且，设置在内壁501和外壁502上的出口都具有向上延伸的边沿，以利于将高压气体顺利导入导流装置60中；导流装置60沿竖直方向设置，进一步将高压气体导入燃烧室30内部，高压气体与燃料在燃烧室30中混合并燃烧生成高温高压的燃气，高温高压的燃气由燃烧室30通入蜗壳70，并最终导入涡轮叶栅，推动涡轮做功，将热能转换为机械能。

从以上描述中可以看出，本发明实施例中，通过在压气机以及燃烧室30之间设置集气装置50，从而使得依次经过叶轮10以及扩压器20后形成的高压气体能够直接导入燃烧室30中，减少了高压气体在流通过程中产生的压力损失，降低了机匣40内部高压气体外泄的风险，并有利于提高微型燃气轮机的出功以及整机工作效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种微型燃气轮机，其特征在于，包括压气机、燃烧室以及位于所述压气机与所述燃烧室之间的集气装置，其中，

所述压气机包括叶轮以及设置在所述叶轮出口的扩压器，所述集气装置的入口与所述扩压器连通，所述集气装置的出口与所述燃烧室连通，所述集气装置用于将所述扩压器中的高压气体导入所述燃烧室中；

沿所述压气机的中心轴线方向，所述燃烧室分布于所述压气机的侧部；

所述集气装置包括环形设置的内壁以及套装在所述内壁上的外壁，所述内壁和所述外壁在朝向所述扩压器的一端形成所述集气装置的入口，并在远离所述扩压器的一端相连接；

所述内壁在朝向所述燃烧室的一侧设有第一出口，所述外壁在对应的位置设有第二出口，所述第一出口和所述第二出口之间的通道形成所述集气装置的出口。

2.如权利要求1所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述集气装置与所述燃烧室之间还设有环形的导流装置，所述导流装置包括内筒以及套装在所述内筒上的外筒，所述导流装置用于将所述集气装置中的高压气体通过所述内筒与所述外筒之间的间隙导入所述燃烧室内部。

3.如权利要求2所述的微型燃气轮机，其特征在于，还包括蜗壳以及涡轮，所述蜗壳位于所述集气装置的内壁空腔中，所述蜗壳的入口与所述导流装置的内筒连通，所述蜗壳的出口与所述涡轮连通，所述蜗壳用于将所述燃烧室产生的高温燃气输送到所述涡轮中。

4.如权利要求1～3任一项所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述扩压器包括径向扩压器以及轴向扩压器，所述径向扩压器与所述叶轮的出口连通，所述轴向扩压器分别与所述径向扩压器以及所述集气装置的入口连通。

5.如权利要求4所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述轴向扩压器与所述集气装置的入口通过法兰盘连接。

6.如权利要求1所述的微型燃气轮机，其特征在于，所述集气装置为一体成型结构。