航空發(fā)動機改型燃氣輪機具有研制基礎好、研發(fā)風險小、設計周期短、開發(fā)成本低、技術升級快等優(yōu)勢,可用于發(fā)電、分布式能源、天然氣輸氣管線、機械驅動、坦克裝甲車動力以及艦船推進等軍民用非航空領域,經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,其產(chǎn)品譜系越來越完善,應用范圍越來越寬廣。英、美、俄羅斯等西方發(fā)達國家憑借其雄厚的航空發(fā)動機基礎在航改燃氣輪機領域技術領先,并且其代表機型市場占有率高。我國的航改燃氣輪機型號少,燃燒技術發(fā)展起步晚,借鑒國外成熟航改機型的技術,在此基礎上進行消化、吸收和再改進,成為相對快速、經(jīng)濟地發(fā)展新型發(fā)動機的有效途徑。然而,目前國內和國外在用的相當數(shù)量的航改燃氣輪機的母型機都是上世紀六七十年代的產(chǎn)品,燃燒室燃燒技術滯后,存在改進和提升的空間。本文針對以上問題,對航改燃氣輪機中應用較多的旋流杯環(huán)形燃燒室頭部結構參數(shù)進行研究,為旋流杯燃燒室頭部優(yōu)化及性能改善提供參考。本文首先采用理論分析與實驗研究相結合的方法對某型航改燃機燃燒室中燃氣噴嘴和旋流杯文氏管的組合結構進行了優(yōu)化,并進行了單頭部燃燒室性能驗證實驗;隨后揭示了壁面及周期旋流邊界條件下流場的異同,由此引出旋流噴嘴間的相互作用以及噴嘴間距設計的... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

航改燃氣輪機的應用Figure1.1Applicationofaero-derivativegasturbine

第1章緒論5以及大慶油田的某備用電源機組。另外，這些項目中的航改燃氣輪機還可用于電力調峰，在用電高峰時段利用儲備的焦爐煤氣發(fā)電，減少網(wǎng)上電量的使用，甚至向電網(wǎng)送電，實現(xiàn)能源利用平衡[11]。圖1.2聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)示意圖Figure1.2Sketchofcombinedcirculationsystem1.2.2.2輸氣管線和機械驅動長期以來，航改燃氣輪機作為機械驅動的動力裝置一直主要用于石油工業(yè)的石油、天然氣的開發(fā)和輸送。航改燃機更以其可靠性高、安裝方便、維修性好及功率范圍適宜在油田的注水注氣采油和油、氣的長距離管線輸送加壓等方面占主導地位[8]�！笆晃濉逼陂g，中國石油輸氣管道輸送產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，相繼建成投產(chǎn)了一系列西氣東輸天然氣管道，燃驅機組作為天然氣輸送增壓設備的動力源，其需求也逐年增加，截止到2015年我國（包括中亞管道）安裝投產(chǎn)的用于驅動壓縮機的燃氣輪機組已經(jīng)達到近200套，主要包括美國GE公司研制的LM2500+SAC、英國羅·羅公司研制的RB211-24G、Solar以及國產(chǎn)化燃驅機組（烏克蘭GT25000），其中GE公司研制的LM2500+SAC型號航改燃氣輪機應用超過一半[12,13]。1.2.2.3大中型艦船動力艦船燃氣輪機具有尺寸孝重量輕、機動性好、系統(tǒng)簡單、維護方便和工作可靠等諸多優(yōu)點，已經(jīng)成為現(xiàn)代大中型和高性能艦船的主要動力裝置。世界上大多數(shù)艦船燃氣輪機主要是走航改道路，它是一種最快捷、最經(jīng)濟的技術途徑，在燃氣輪機作動力的艦船中有95%以上使用航改燃機。國外航改型艦用燃氣輪機技術較為雄厚的國家主要有美國、英國和俄羅斯

第1章緒論9圖1.3LM2500燃氣輪機Figure1.3LM2500gasturbine圖1.4GT25000燃氣輪機Figure1.4GT25000gasturbine航改型燃氣輪機根據(jù)其使用領域不同，需要燃燒不同種類的燃料，并具備一定的燃料靈活性。改型過程中，一般需要對燃料噴嘴進行改造或重新設計，完成燃料適應性轉換，而燃燒室整體結構不需要改變。對于以輕質柴油為燃料的在役航改型艦船燃氣輪機，其燃燒室沿用了母型機的傳統(tǒng)燃燒室或早期為降低冒煙設計的燃燒室，改型工作主要解決柴油在噴嘴處結焦、油霧在火焰筒壁上燃燒造成燒蝕以及冒煙過高等問題，但是NOx排放過高的問題依然存在[17-20]。燃燒室所采用的燃燒技術與燃燒室結構為環(huán)管型或環(huán)型結構存在一定的關聯(lián)。例如，對于ГТД25000和GT25000的環(huán)管型燃燒室，其采用了早期渦噴發(fā)動機的燃燒技術，燃燒室頭部使用單級旋流器和霧化較差的燃油噴嘴，火焰筒上開設有主燃孔和摻混孔。在燃燒過程中，燃油霧化不完全、顆粒較大，冒煙指數(shù)高、熱輻射強、NOx排放水平高且燃燒效率低，燃燒技術較為落后。而對于在具有代表性的LM2500序列機型中應用的環(huán)型燃燒室，則采用了改進的燃燒技術，燃燒室頭部使用壓力霧化或氣動霧化燃油噴嘴以及帶文丘里管和套筒結構的“雙級旋流杯”（SwirlCup）[21]，燃油噴嘴的霧化性能良好，同時借助文丘里管預膜和雙旋流產(chǎn)生的強剪切作用，強化了燃油在燃燒室頭部的霧化、

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]環(huán)形旋流燃燒室點火過程的數(shù)值研究[D]. 趙冬梅.中國科學技術大學 2019
[2]面向航空發(fā)動機燃燒室點火問題的數(shù)值計算方法研究[D]. 夏一帆.浙江大學 2019
[3]火焰面波動激發(fā)漩渦脫落的熱聲振蕩機理研究[D]. 王昆.中國科學院研究生院(工程熱物理研究所) 2016
[4]貧直噴燃燒室理論與實驗研究[D]. 曾青華.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2013
[5]多級旋流空氣霧化噴嘴霧化特性及光學測試方法研究[D]. 劉存喜.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2012
[6]微小型燃氣輪機徑向旋流預混燃燒特性研究[D]. 邢雙喜.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2012
[7]雙旋流合成氣非預混燃燒特性的實驗研究與數(shù)值模擬[D]. 郭培卿.上海交通大學 2011
[8]雙旋流環(huán)形燃燒室試驗研究與數(shù)值模擬[D]. 黨新憲.南京航空航天大學 2009
[9]燃氣輪機合成氣燃燒室燃燒穩(wěn)定性的實驗研究[D]. 房愛兵.中國科學院研究生院（工程熱物理研究所） 2007

碩士論文
[1]某航改燃氣輪機前支承結構設計[D]. 潘春霖.大連理工大學 2018
[2]低NOx雙旋流燃氣燃燒器流動及燃燒特性的實驗研究[D]. 姜磊.中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所) 2017



本文編號：3570229