本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，尤其涉及一種基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)等壓燃燒室容易起爆、可靠性高，但由于受等壓燃燒和爆燃的原理和特性的制約，其存在燃燒速度慢、效率低等不足，很難在其基礎(chǔ)上大幅度提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。爆轟燃燒相比于傳統(tǒng)等壓燃燒傳播速度快、熱效率高、結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)單緊湊，然而，其也存在以下缺點(diǎn)：爆轟點(diǎn)火能量高，使得點(diǎn)火困難；工作強(qiáng)度大，持續(xù)工作易造成零部件的扭曲變形甚至燒毀；低當(dāng)量比進(jìn)氣時(shí)由于能量不足易發(fā)生熄火，當(dāng)量比趨于1進(jìn)氣時(shí)由于排氣溫度高易燒導(dǎo)葉。這些都是開(kāi)發(fā)滿足日益提高的船舶動(dòng)力裝置要求的船用燃?xì)廨啓C(jī)亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)，以至少解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)等壓燃燒室所存在的燃燒速度慢、效率低的問(wèn)題以及爆轟燃燒室所存在的爆轟點(diǎn)火能量高導(dǎo)致點(diǎn)火困難等問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)，基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)沿氣流方向依次設(shè)有低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、組合式燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪及負(fù)載；低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪沿低壓軸同軸設(shè)置，高壓壓氣機(jī)與高壓渦輪沿高壓軸同軸設(shè)置，其中，低壓軸與高壓軸為同軸心的套軸安裝形式，動(dòng)力渦輪通過(guò)齒輪箱與負(fù)載相連；組合式燃燒室包括同軸設(shè)置的外部燃燒室和內(nèi)部燃燒室，外部燃燒室采用等壓環(huán)形燃燒室，而內(nèi)部燃燒室采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室設(shè)于等壓環(huán)形燃燒室內(nèi)；組合式燃燒室還設(shè)有一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥，該一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥用于切換等壓環(huán)形燃燒室與連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室的啟動(dòng)。

進(jìn)一步地，一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥用于：當(dāng)組合式燃燒室處于低工況條件時(shí)切換至等壓環(huán)形燃燒室，以使來(lái)自高壓壓氣機(jī)的氣流經(jīng)等壓環(huán)形燃燒室燃燒后流至高壓渦輪；當(dāng)組合式燃燒室的進(jìn)口壓力達(dá)3～8個(gè)大氣壓時(shí)切換至連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室，以使來(lái)自高壓壓氣機(jī)的氣流經(jīng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室后流至高壓渦輪。

進(jìn)一步地，一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥包括第一變幾何導(dǎo)向閥和第二變幾何導(dǎo)向閥，第一變幾何導(dǎo)向閥設(shè)于高壓壓氣機(jī)與組合式燃燒室之間，而第二變幾何導(dǎo)向閥設(shè)于組合式燃燒室與高壓渦輪之間；在組合式燃燒室處于低工況條件時(shí)，第一變幾何導(dǎo)向閥和第二變幾何導(dǎo)向閥均切換至等壓環(huán)形燃燒室；在組合式燃燒室的進(jìn)口壓力達(dá)3～8個(gè)大氣壓時(shí)，第一變幾何導(dǎo)向閥和第二變幾何導(dǎo)向閥均切換至連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室。

進(jìn)一步地，基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)還包括進(jìn)氣道，進(jìn)氣道連接至低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口端。

進(jìn)一步地，還包括排氣道，排氣道連接至動(dòng)力渦輪的出口端。

進(jìn)一步地，等壓環(huán)形燃燒室采用常規(guī)等離子體點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火。

進(jìn)一步地，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室采用高能等離子體點(diǎn)火器直接點(diǎn)火。

本發(fā)明能夠克服傳統(tǒng)等壓燃燒室效率低、爆轟燃燒室起爆點(diǎn)火要求高的不足，提供一種效率高、易于起爆、有良好的變工況適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)緊湊的基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：所發(fā)明的一種基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)，采用傳統(tǒng)等壓燃燒室作為組合式燃燒室的外層燃燒室，其能夠有效防止由于起爆不成功造成的燃?xì)廨啓C(jī)熄火，在低工況下用等離子點(diǎn)火器即可實(shí)現(xiàn)燃燒室迅速、可靠地啟動(dòng)點(diǎn)火，且連焰性好，保證了燃?xì)廨啓C(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性；本發(fā)明采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室作為組合式燃燒室的內(nèi)層燃燒室，大幅度提高了燃?xì)廨啓C(jī)效率，有效提高了燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力性和燃料的經(jīng)濟(jì)性；組合式燃燒室中兩種燃燒室的布置形式使燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊，變幾何導(dǎo)向閥切換二者交替工作也合理地組織了燃燒進(jìn)、出口流場(chǎng)的分布，減小對(duì)零部件的損耗，延長(zhǎng)了燃?xì)廨啓C(jī)使用壽命。

通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明可以通過(guò)參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說(shuō)明一起包含在本說(shuō)明書中并且形成本說(shuō)明書的一部分，而且用來(lái)進(jìn)一步舉例說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示組合式燃燒室正視剖面圖；

圖3為圖1所示組合式燃燒室a-a剖視圖；

圖4為圖1所示組合式燃燒室中等壓燃燒室a-a剖視圖；

圖5為圖1所示組合式燃燒室中連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室a-a剖視圖。

圖中：1.低壓壓氣機(jī)，2.高壓壓氣機(jī)，3、5.變幾何導(dǎo)向閥，4.組合式燃燒室，6.高壓渦輪，7.低壓渦輪，8.動(dòng)力渦輪，9.負(fù)載，10.等壓環(huán)形燃燒室，11.連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元件僅僅是為了簡(jiǎn)單和清楚起見(jiàn)而示出的，而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件放大了，以便有助于提高對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。

具體實(shí)施方式

在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在說(shuō)明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開(kāi)發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施例的過(guò)程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開(kāi)發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，這種開(kāi)發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)，基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)沿氣流方向依次設(shè)有低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、組合式燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、動(dòng)力渦輪及負(fù)載；低壓壓氣機(jī)與低壓渦輪沿低壓軸同軸設(shè)置，高壓壓氣機(jī)與高壓渦輪沿高壓軸同軸設(shè)置，其中，低壓軸與高壓軸為同軸心的套軸安裝形式，高壓軸套在低壓軸外，動(dòng)力渦輪通過(guò)齒輪箱與負(fù)載相連；組合式燃燒室包括同軸設(shè)置的外部燃燒室和內(nèi)部燃燒室，外部燃燒室采用等壓環(huán)形燃燒室，而內(nèi)部燃燒室采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室設(shè)于等壓環(huán)形燃燒室內(nèi)；組合式燃燒室還設(shè)有一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥，該一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥用于切換等壓環(huán)形燃燒室與連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室的啟動(dòng)。

下面結(jié)合圖1至圖5來(lái)描述本發(fā)明的基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)。

圖1為本發(fā)明的基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)沿氣流方向依次設(shè)有低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2、組合式燃燒室4、高壓渦輪6、低壓渦輪7、動(dòng)力渦輪8及負(fù)載9。

低壓壓氣機(jī)1與低壓渦輪7沿低壓軸同軸設(shè)置，高壓壓氣機(jī)2與高壓渦輪6沿高壓軸同軸設(shè)置，其中，低壓軸與高壓軸為同軸心的套軸安裝形式，高壓軸套在低壓軸外，動(dòng)力渦輪8通過(guò)齒輪箱與負(fù)載9相連。

如圖2和圖3所示，組合式燃燒室4包括同軸設(shè)置的外部燃燒室10和內(nèi)部燃燒室11，外部燃燒室10采用等壓環(huán)形燃燒室，而內(nèi)部燃燒室11采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室，連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室設(shè)于等壓環(huán)形燃燒室內(nèi)。

其中，等壓環(huán)形燃燒室可采用常規(guī)等離子體點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火，而連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室可采用高能等離子體點(diǎn)火器直接點(diǎn)火。需要說(shuō)明的是，這里所說(shuō)的“常規(guī)等離子體點(diǎn)火器”是指點(diǎn)火能量大于16j的等離子體點(diǎn)火器，而“高能等離子體點(diǎn)火器”是指點(diǎn)火能量大于25j的等離子體點(diǎn)火器。

組合式燃燒室4還設(shè)有一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥，該一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥用于切換等壓環(huán)形燃燒室與連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室的啟動(dòng)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥可以用于：當(dāng)組合式燃燒室處于低工況條件時(shí)切換至等壓環(huán)形燃燒室，以使來(lái)自高壓壓氣機(jī)的氣流經(jīng)等壓環(huán)形燃燒室燃燒后流至高壓渦輪，即等壓環(huán)形燃燒室工作、而連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室不工作；當(dāng)組合式燃燒室的進(jìn)口壓力達(dá)3～8個(gè)大氣壓時(shí)切換至連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室，以使來(lái)自高壓壓氣機(jī)的氣流經(jīng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室后流至高壓渦輪，即連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室工作、而等壓環(huán)形燃燒室不工作。其中，這里所說(shuō)的“當(dāng)組合式燃燒室處于低工況條件時(shí)”是指當(dāng)組合式燃燒室的進(jìn)口壓力小于3個(gè)大氣壓時(shí)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)或多個(gè)變幾何導(dǎo)向閥包括第一變幾何導(dǎo)向閥3和第二變幾何導(dǎo)向閥5，第一變幾何導(dǎo)向閥3設(shè)于高壓壓氣機(jī)2與組合式燃燒室4之間，而第二變幾何導(dǎo)向閥5設(shè)于組合式燃燒室4與高壓渦輪6之間。

在組合式燃燒室4處于低工況條件時(shí)，第一變幾何導(dǎo)向閥3和第二變幾何導(dǎo)向閥5均切換至等壓環(huán)形燃燒室；而在組合式燃燒室的進(jìn)口壓力達(dá)3～8個(gè)大氣壓時(shí)，第一變幾何導(dǎo)向閥3和第二變幾何導(dǎo)向閥5均切換至連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室。

此外，本發(fā)明的基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)還包括進(jìn)氣道和排氣道，進(jìn)氣道連接至低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口端，而排氣道連接至動(dòng)力渦輪的出口端，以完成燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)排氣工作。

圖2、3為本發(fā)明中的組合式燃燒室剖視圖，組合式燃燒室4包括外部的等壓燃燒室10和內(nèi)部的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室11。圖4、5分別為本發(fā)明中組合式燃燒室外側(cè)等壓環(huán)形燃燒室10和內(nèi)側(cè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室11的剖視圖。組合式燃燒室4兩側(cè)布置第一和第二變幾何導(dǎo)向閥3、5用于在不同工況下實(shí)現(xiàn)兩種燃燒室的切換。

燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)，在低工況下，流體流經(jīng)低壓壓氣機(jī)1和高壓壓氣機(jī)2后，當(dāng)燃燒室4的進(jìn)口壓力低于3個(gè)大氣壓時(shí)，低能量難以實(shí)現(xiàn)爆轟點(diǎn)火，此時(shí)由第一變幾何導(dǎo)向閥3和第二變幾何導(dǎo)向閥5控制組合式燃燒室4中的等壓環(huán)形燃燒室10啟動(dòng)工作，用等離子點(diǎn)火器(如16j)完成對(duì)等壓環(huán)形燃燒室10的點(diǎn)火，其燃料進(jìn)行爆燃燃燒，燃燒波的傳播速度為米每秒量級(jí)，燃燒過(guò)程中，壓強(qiáng)略降，體積大幅膨脹，可看作等壓燃燒，此時(shí)組合式燃燒室4的工作效果相當(dāng)于常規(guī)等壓環(huán)形燃燒室。當(dāng)燃燒室進(jìn)口壓力為3～8個(gè)大氣壓時(shí)，等壓環(huán)形燃燒室10由于受到等壓燃燒原理的制約以無(wú)法達(dá)到對(duì)動(dòng)力性能的要求，此時(shí)由第一變幾何導(dǎo)向閥3和第二變幾何導(dǎo)向閥5控制組合式燃燒室4中的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室11啟動(dòng)工作進(jìn)行爆轟燃燒，高能等離子點(diǎn)火器(如25j)直接對(duì)連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室11點(diǎn)火，其內(nèi)爆轟波傳播速度可達(dá)千米每秒量級(jí)，燃燒過(guò)程中壓強(qiáng)和溫度驟增，體積略減小，可近似為等容燃燒。相比于傳統(tǒng)等壓燃燒其放熱快、產(chǎn)生的熵增較小，出口的高溫推動(dòng)渦輪做工能力提升，其熱效率明顯高于傳統(tǒng)爆燃燃燒，此時(shí)組合式燃燒室4的工作效果相當(dāng)于連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室。兩種燃燒形式分別發(fā)生在內(nèi)外分布的兩類燃燒室內(nèi)，根據(jù)燃燒室進(jìn)口壓力的大小自動(dòng)選擇。組合式燃燒室4的前后布置變幾何導(dǎo)向閥3、5進(jìn)行切換，合理組織燃燒室進(jìn)口流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布，調(diào)整燃燒室進(jìn)口溫度避免燒導(dǎo)葉。組合式燃燒室4排除氣體流經(jīng)高壓渦輪6和低壓渦輪7推動(dòng)動(dòng)力渦輪8帶動(dòng)負(fù)載9做功，完成燃?xì)廨啓C(jī)工作過(guò)程。

由上述工作過(guò)程可知，本發(fā)明的基于組合式燃燒室的船用燃?xì)廨啓C(jī)在工作過(guò)程中組合式燃燒室4的燃燒室選擇通過(guò)第一和第二變幾何導(dǎo)向閥3、5控制，啟動(dòng)迅速、可靠且連焰性好，且具有很好的變工況的適應(yīng)性。組合式燃燒室4外部的環(huán)形燃燒室10點(diǎn)火能量低易于起爆且輸出穩(wěn)定，能保證船用燃?xì)廨啓C(jī)在低工況下穩(wěn)定運(yùn)行；組合式燃燒室4內(nèi)部的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室11燃燒迅速且效率高，提高了高工況下船用燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性?？紤]到二者在幾何上均為環(huán)腔結(jié)構(gòu)，兩種燃燒室的合理組合能夠提高燃燒室的緊湊性，同等輸出下縮小了燃?xì)廨啓C(jī)尺寸。并且，組合式燃燒室4在不同工況下啟動(dòng)不同類型燃燒室改變了傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)高工況下依靠單個(gè)燃燒室所承受高溫、高負(fù)荷的工作狀態(tài)，也相對(duì)降低了外部等壓環(huán)形燃燒室10對(duì)材料的要求，提高其使用壽命。

由此可知，本發(fā)明的內(nèi)外兩種燃燒室通過(guò)變幾何導(dǎo)向閥切換，確保在不同工況下，燃燒室工作穩(wěn)定，啟動(dòng)點(diǎn)火迅速可靠。同時(shí)，本發(fā)明在燃?xì)廨啓C(jī)在較高工況下工作時(shí)啟動(dòng)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)爆轟燃燒室效率大大高于傳統(tǒng)等壓燃燒室，極大地提高了燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性；兩種燃燒室在不同工況下切換工作的形式相對(duì)改善了單一燃燒室長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、高負(fù)荷工作狀態(tài)的情況，一定程度上降低了對(duì)組合式燃燒室外部等壓環(huán)形燃燒室的設(shè)計(jì)要求，延長(zhǎng)燃?xì)廨啓C(jī)的壽命；兩種環(huán)形燃燒室相套的設(shè)計(jì)相對(duì)與其他布置形式更緊湊，縮小了燃?xì)廨啓C(jī)尺寸。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說(shuō)明書中使用的語(yǔ)言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見(jiàn)的。對(duì)于本發(fā)明的范圍，對(duì)本發(fā)明所做的公開(kāi)是說(shuō)明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。