專利名稱：燃氣輪機全壓全尺寸燃燒室的實驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機燃燒室的設計領域，具體涉及一種燃氣輪機全壓 全尺寸燃燒室實驗的方法。
背景技術：
燃氣輪機既可以用于地面發(fā)電，也可以作為飛機發(fā)動機，艦艇的推進 動力等。燃氣輪機燃燒室的設計與優(yōu)化主要依靠燃燒室實驗，全壓全尺寸 燃燒室實驗是燃燒室設計的重要環(huán)節(jié)和手段。
燃氣輪機燃燒室實驗是用實驗的方法模擬燃氣輪機所有工況中燃燒 室內(nèi)部所發(fā)生的情況，通過實驗來驗證燃燒室的設計，并通過實驗提出改 進的措施和方向。燃燒室試驗需要模擬燃燒室的空氣進口的流量、壓力， 燃料進口的流量、壓力，燃燒室內(nèi)部的壓力、溫度，以及燃燒室出口的壓 力、溫度分布等條件。當前燃燒室實驗利用壓縮機壓縮空氣進行模擬進口 空氣，然后按燃燒室的功率供應適當?shù)娜剂希ㄟ^燃燒室出口的背壓閥控 制燃燒室壓力，通過調(diào)節(jié)進口的空氣量和燃料量達到調(diào)節(jié)燃燒室不同負荷 的目的。燃燒室實驗中最大的消耗是壓縮空氣，因為燃燒室需要大量的高 壓空氣，得到這些空氣需要耗費大量的電力。
當前燃氣輪機的燃燒室實驗主要有三種，第一種為全壓全尺寸燃燒室 實驗，其中燃燒室的尺寸以及燃燒室中的壓力和流量完全模擬實際燃機中
的條件，此方法需要耗費巨大的動力，但實驗結(jié)果最能反映實際情況；第 二種為全尺寸低壓實驗，燃燒室尺寸保持和實際燃機燃燒室相同，但是燃 燒室的壓力低于實際燃機燃燒室，利用等速?；恚ＷC燃燒室內(nèi)部的 流速與實際燃燒室相同，此種方法消耗較低，但是不能反映高壓對于燃燒 室性能的影響；第三種為縮尺全壓實驗，將燃燒室尺寸按比例縮小，但是 保證燃燒室內(nèi)部的壓力和流速與實際燃機燃燒室相同，此種方法消耗較 低，但不能反映燃燒室尺寸對燃燒室性能的影響。由于第一種實驗方法消耗巨大，現(xiàn)在大部分燃燒室實驗都采用第二或第三中方法進行折中實驗， 但由于第二和第三中實驗本身存在的缺陷使得經(jīng)過實驗的燃燒室裝機后 還需要大量的調(diào)試工作，增加了產(chǎn)品研發(fā)周期和研發(fā)投入。全壓全尺寸燃 燒室實驗需要用壓縮機壓縮大量的空氣來模擬燃氣輪機壓縮機的排氣的
流量和壓力，設備購置費及電費等耗資巨大，例如一臺GE的9E燃氣輪 機的空氣量為114萬標準立方米/小時，壓力為12個大氣壓，壓縮這部分 空氣需要大約12萬kW的電，相當于一個燃機電廠的發(fā)電量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃氣輪機全壓全尺寸燃燒室實驗的方法，在 耗資和成本方面可承受，而且能夠完全模擬燃燒室實際工作狀況。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是
一種燃氣輪機燃燒室的實驗方法，可以進行燃燒室的全壓全尺寸實 驗。利用電廠現(xiàn)有燃氣輪機，在燃氣輪機的壓縮機的排氣缸上安裝抽氣口， 并利用取氣管和閥門抽取壓縮機的排氣缸中的空氣，通過閥門控制抽氣 量，此壓縮空氣的狀態(tài)為實際燃機燃燒室的進口狀態(tài)，作為燃燒室實驗用 空氣可以完全模擬實際燃燒室的條件，利用E級的燃氣輪機抽取少量(小
于壓縮機總氣量的5%)的空氣，作為B級燃氣輪機單筒燃燒室實驗用空 氣，可以滿足其全壓全尺寸實驗，因為首先E級燃氣輪機的壓縮空氣的壓 力與B級相同，可以滿足全壓實驗的要求，另外由于E級燃氣輪機的流量 約為B級的3倍，而且B級燃機燃燒室實驗室只是燃機10個火焰筒中的 一個，因此僅需要B級燃機10%的空氣就能滿足全壓全尺寸實驗的要求， 所以B級全壓全尺寸燃燒室實驗只需抽取E級燃機3.3%的空氣即可滿足 實驗要求。同時由于燃氣輪機的抽氣量小于5%，因此不會對燃氣輪機的 安全運行造成影響。
燃燒室實驗過程跟隨燃氣輪機的實際運行過程，完全實現(xiàn)燃氣輪機燃 燒室的實際工作狀況，包括點火、啟動、升負荷、降負荷及停機等過程。 燃料包括柴油、重油、合成氣、天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣。燃氣輪機 在不同的過程時，燃氣輪機的壓縮機就處在對應的狀態(tài)下，因此在燃機的 壓縮機排氣缸抽取的空氣的狀態(tài)就完全對應此燃機過程下的狀態(tài)，因此燃燒室實驗的空氣也就保持了此狀態(tài)，因此實驗燃燒室內(nèi)的狀態(tài)也就保證了 是實際燃機燃燒室內(nèi)部的狀態(tài)保持了一致。例如當燃機處在點火過程時， 此時進入實際燃機燃燒室的空氣狀態(tài)與進入實驗燃燒室的空氣狀態(tài)相同， 因此采用對應的燃料量就可以使得實驗燃燒室內(nèi)部的狀態(tài)完全和點火時 燃機燃燒室內(nèi)部的狀態(tài)相同。其它過程的實現(xiàn)也是如此。在各過程下對燃 燒室的性能進行實驗考核，保證燃燒室性能的可靠，這主要包括在達到個 過程的穩(wěn)定狀態(tài)下，測量燃燒室內(nèi)的狀態(tài)包括燃燒室壓力、火焰筒壁溫、 出口溫度場分布、燃燒室效率以及污染物排放等性能。通過分析這些性能 參數(shù)，提出燃燒室的改進措施，改進后進行下一步實驗，直到燃燒室各項 性能達到設計要求。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術的最大不同就是利用電廠現(xiàn)有燃氣輪機的壓縮機 排氣缸抽氣供應全壓全尺寸燃燒室用空氣，而不是利用電機、汽機或燃機 拖動壓縮機進行壓縮空氣的方法，這樣就可以減少購買壓縮機、電機以及 電力擴容等方面的巨大投資，同時由于利用了高效的燃氣輪機壓縮機的抽 氣可以減少利用壓縮機的動力費的消耗，其他實驗方面如燃料供應、燃燒 室壓力控制，溫度控制等利用現(xiàn)有成熟的實驗技術。本發(fā)明可以使得在耗 資和成本方面可承受的范圍內(nèi)進行燃氣輪機燃燒室的全壓全尺寸實驗。


圖1為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
參見附圖1，為本發(fā)明的工作流程圖，其中包括燃燒室試驗件1和燃
氣輪機(由壓縮機2、燃燒室3和透平4組成)。壓縮機2從大氣中吸氣后 將常溫常壓的空氣絕熱壓縮至12個大氣壓，然后壓縮空氣的一部分約 3-5%被抽出供燃燒室試驗件1作為實驗用空氣，余下95-97%的壓縮空氣 進入燃燒室3與燃料進行燃燒并產(chǎn)生1140°C、 12個大氣壓的高溫高壓燃 氣，燃氣進入透平4絕熱膨脹做功，高溫高壓燃氣經(jīng)透平4膨脹后溫度降
5為約50(TC，壓力降為常壓。透平4膨脹做功帶動壓縮機2進行空氣壓縮， 同時也帶動發(fā)電機發(fā)電。燃燒室試驗件1利用壓縮機抽出的3-5%的空氣 作為實驗用空氣，同時配合適當?shù)娜剂贤瓿扇紵业膶嶒灐?本發(fā)明實驗方法流程，闡述如下
如圖1所示E級燃氣輪機壓縮機2在大氣中吸入常溫常壓的空氣，經(jīng) 壓縮后變?yōu)閴毫?2個大氣壓，溫度約340'C的壓縮空氣。壓縮機的排氣被 抽取總質(zhì)量的3.5%供應B級燃氣輪機單筒燃燒室試驗件1，作為B級單 筒燃燒室全壓全尺寸實驗的空氣。其余96.5%的壓縮空氣進入燃燒室3與 燃料燃燒后產(chǎn)生壓力為12個大氣壓，溫度為34(TC的高溫高壓燃氣，燃氣 進入透平4絕熱膨脹做功，高溫高壓燃氣經(jīng)透平4膨脹后溫度降為約500 °C，壓力降為常壓的煙氣。透平4膨脹做功帶動壓縮機2進行空氣壓縮， 同時也帶動發(fā)電機發(fā)電。煙氣進入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。，進入燃燒室試驗 件1的壓縮空氣與進入燃燒室試驗件1的燃料進行燃燒，并產(chǎn)生高溫高壓 的煙氣排除。燃燒室的壓力通過燃燒室出口的背壓閥控制，燃燒室的煙氣 溫度通過控制進入燃燒室試驗件1的燃料量進行調(diào)節(jié)。。此實驗方法，可 以在不影響E級燃氣輪機運行的前提下，利用其3.5%的壓縮空氣作為B 級燃燒室的氣源，完成B級燃燒室的全過程考核。即燃燒室試驗件1的實 驗過程完全跟隨燃氣輪機的運行工況，E級燃氣輪機點火時，B級燃氣輪 機燃燒室實驗件同時點火，E級燃氣輪機升負荷時，B級燃氣輪機燃燒室 試驗件同時升負荷，E級燃氣輪機降負荷時B級燃氣輪機燃燒室試驗件也 同時降負荷，E級燃氣輪機停機時B級燃氣輪機燃燒室試驗件也同時停機。
以上所述，僅是根據(jù)本發(fā)明技術方案提出的較佳實施例，并非對本發(fā) 明作任何形式上的限制，凡是未脫離本發(fā)明技術方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的 技術實質(zhì)對以上實施例所作的簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā) 明的權利要求保護范圍內(nèi)。
權利要求
1、一種燃氣輪機燃燒室的實驗方法，其特征在于，在現(xiàn)有電廠燃氣輪機的壓縮機的排氣缸上安裝抽氣口，并利用取氣管和閥門抽取壓縮機的排氣缸中的空氣，作為實驗用燃氣輪機單筒燃燒室的空氣，與燃料混合燃燒，以完全實現(xiàn)電廠燃氣輪機燃燒室的實際工作狀況。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料包括柴油、 重油、合成氣、天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣。
3、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電廠燃燒輪機的 級別大于實驗用燃氣輪機單筒燃燒室的級別。
4、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作狀況包括點 火、啟動、升負荷、降負荷及停機過程。
5、 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述抽取用作實驗用 燃氣輪機單筒燃燒室的空氣量小于電廠燃氣輪機的壓縮機總氣量的5%。
全文摘要
本發(fā)明是一種燃氣輪機燃燒室的實驗方法，可以進行燃燒室的全壓全尺寸實驗。利用電廠現(xiàn)有燃氣輪機，在燃氣輪機的壓縮機出口抽取壓縮空氣作為燃燒室實驗用空氣，完全實現(xiàn)燃氣輪機燃燒室的實際工作狀況，包括點火、啟動、升負荷、降負荷及停機等過程。本發(fā)明的實驗方法既可以提高燃燒室實驗的可靠性，也大大減少燃氣輪機燃燒室壓縮機的投資與耗電。
文檔編號G01M15/00GK101650261SQ20081011832
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月13日 優(yōu)先權日2008年8月13日
發(fā)明者張哲巔, 岳 王, 肖云漢 申請人:中國科學院工程熱物理研究所