蒸汽对气轮机燃烧室设计和性能的影响

摘 要：在燃烧器设计过程中应考虑到蒸汽影响燃烧室内的燃烧过程这一点。燃烧器的设计一直是最具挑战性的过程。对燃气轮机性能与燃烧室设计相结合进行了研究，并制定了考虑蒸汽加入量的单个环形燃烧室的详细程序。该设计模型可以提供燃烧室的几何形状和燃烧室的性能。将模型预测与运行和配置数据进行比较。在验证了燃烧室设计规范可行性的基础上，研究了燃烧室设计规范的可行性以及蒸汽加入对燃烧室性能的影响。结果表明，注汽是降低燃烧器温度的一种有效方法，而其他性能指标如总压差则是较低的。

关键词：燃气轮机燃烧室;蒸汽加成;初步燃烧室设计;性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.028

1 简介

目前，通过化石燃料（如石油基液体燃料）的燃烧，满足了运输和能源的全球需求。因此，飞机发动机的设计排放是越来越重要的缺点 。在不同类型的排放中，氮氧化物是一次空气与光化学烟雾、酸雨和地面对流层臭氧有关的污染物。例如飞机在机场起飞的情况，人们越来越关注飞机电磁干扰的影响。就机场附近的当地空气质量而言，发动机制造商需要开发更环保的技术，以有效地应用于机场，减少了燃烧排放。

在飞机发动机的减排技术中，由于以下原因，蒸汽或注水在实施条件下减少氮氧化物排放的方法越来越流行。 研究表明，技术风险低，成本低。了解蒸汽添加对燃料燃烧和NOx排放的影响。飞机的初步性能包括系统设计、发动机性能、维护以及在起飞时在飞机上使用这项技术，所涉及的费用问题在美国宇航局格伦研究中心进行。

2 模型测试和验证

与旧式喷水方法不同的是，这种方法能够比燃料消耗排放和涡轮进口温度低。此外，所做的大量数值研究结果表明，在未来的发电厂中应用蒸汽注水方案可以有效地提高效率。污染和运营成本以及改善性能。氧化燃气轮机与注汽燃气轮机循环的集成及研究影响这一周期的总体表现和关键变量。计算结果表明，燃烧室出口温度和压气机压力，涡轮循环和部分氧化温度对循环效率和输出有明显的影响。与其他简单循环相比，该循环的效率提高，降低了氧气浓度，提高了冷却流量。研究表明燃气轮机循环饱和蒸汽使总破坏率下降。

通常，对于目前所有的排放預测模型，基于相关的模型从简单的到复杂的高保真模拟，基本燃烧室尺寸的确定是一个先决条件。燃烧室设计，包括空气动力学、材料科学、燃烧、机械设计和生产工程等许多学科，被认为是最具挑战性的学科之一。燃气轮机发动机发展概况。几十年来，世界各地的科学和工业研究都收集了许多实验数据和分析结果。

然而，经验和分析方法仍然是目前燃气轮机燃烧室设计中应用最广泛的工具。建立一份广泛的经验性清单，用于燃烧室设计的分析工具。说明了设计公式背后的假设以及它们的有效性范围，收集了设计燃烧室设计程序的方法。在现代燃气轮机燃烧室中，压缩机出口温度始终高于800 K（水的临界温度为647.5K）。因此，将水注入低压压缩机中时，在燃烧器的前面注入水。这无疑会导致物理和化学过程变得更多，因此，在初步设计阶段应该考虑到这一点，以降低开发成本和与引擎设计相关的业务风险。本研究在概念设计阶段研究了蒸汽加入对燃烧室设计和性能的影响。首先，环形燃气轮机的初步设计过程存储已建立。根据设计点要求和运行条件，使用两个代表性环形燃烧室验证该模型。本设计方案。还将使设计人员能够对几个关键参数进行微调，并及时检查其对燃烧器尺寸和性能的影响。接下来，固定操作条件，燃烧器是在考虑蒸汽添加技术的同时重新设计。最后，计算了蒸汽喷射的燃烧室性能，并与在干燥条件下获得的结果进行了比较。

3 设计方法

在这个燃烧室设计模型中，我们将燃烧室分解成多个元素。在这里，“元素”不仅仅是指实际的组件。其中一些元素是实际的组件（例如旋流器），而其他区域则用来计算必要的气体和流动参数。每个元素包含计算的理论、分析和实验关联。 满足相应的气体和蒸汽特性、流量分布、冷却流量控制、蒸汽添加修改或部件尺寸。

对设计模型的各个部分进行了几何计算。从总体上看，燃烧室可以从扩散器入口倾斜到过渡管道出口。燃烧室“平均线”与发动机轴之间假定为常数，直到出口平均半径与高压涡轮平均半径相匹配为止。燃烧室几何模型由扩散器、旋流器、喷油器、一次区、二次区和稀释区组成。扩压器是燃烧室系统中的第一个部件。扩散器的首要任务是将进气马赫数降低到燃烧器火焰稳定的水平。确实有不同类型的扩压器在应用中，如传统的平壁扩散器，转储扩散器，和组合平壁转储扩散器。在扩散器设计中，扩散过程假设是绝热的，而不是等熵的，而压力损失效率是决定最终构型的关键因素。以前的研究表明，对于简单的配置，像扁壁扩散器这样的离子，这个因子与扩压器的半角有关，并建立了经验关系来计算这一点。当所需的总面积比率超过最大值时，平壁扩散器应加一个额外的倾卸管道，以形成一个联合扩散器。此外分离器将扩散管分成多个通道，扩散器设计的目的得以实现。

作者简介：吴纯杰（1984-），男，辽宁鞍山人，本科，区域经理，研究方向：汽轮机。