第三章燃气轮机
3.1概述
（1）燃烧室功用及重要性
1.保证燃机在各种工况下，将燃料化学能转换为热能，加
热压气机压缩的空气，用于涡轮膨胀做功。

2.燃烧室是燃机的主要部件之一，燃机的性能、可靠性、寿命
皆与它有密切关系。

（2）燃烧室的工作条件
①燃烧室在高温、大负荷下工作
②燃烧室在变工况下工作
③燃烧室在具有腐蚀性的环境下工作
④燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程
⑤燃烧室中的燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行
（“空气分股”、“减速扩压”、“反向回流”）
（3）燃烧室的设计要求
①不同工况下，燃烧室工作应稳定
②燃烧要安全
③燃烧室具有最小的流体阻力
④燃烧室出口温度场应能满足涡轮的要求
⑤在任何使用条件下，燃烧室都应该迅速、可靠地启动点火，且联
焰性好
⑥工作寿命长
⑦燃烧室的尺寸和质量要小
⑧排气污染应能满足国家标准要求
⑨检视、装拆和维修应当方便
3.2三种基本类型燃烧室
的结构概述
（1）分管燃烧室
1.结构特点
管形火焰筒的外围包有一个单独的壳体，构成一个分管，沿燃气轮机周围6-16
个这样的分管，各分管用传焰管连通，以传播火焰和均衡压力。

2.优点：
①装拆、维修、检修方便
②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际
情况
3.缺点：
①装拆、维修、检修方便
②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际
情况
（2）环管燃烧室
1 .结构特点：
若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内，相邻火焰燃烧区
之间用传焰管连通。

2.优点：
①适合与轴流式压气机配合，布局紧凑、尺寸小、刚性小；
②气流转弯小，流体阻力小，热散失亦小；
③调试比较容易，加工制造的工作量比分管小。

3.缺点：
①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀；
②燃烧室的流体损失较大；
③耗费的材料、工时较多；
④质量较重。

（3）环形燃烧室
1.结构特点：
内、外壳体与环管燃烧室类似，但火焰筒却有很大差别。

在内外壳
体之间的环形腔中，布置了一个呈环形的火焰筒，即火焰筒内外壁
构成环形主燃区。

2.分类：
回流环形燃烧室；
直流环形燃烧室：全环形燃烧室、带有单独头部的环形燃烧室。

3.优点：
①环形火焰筒制造简单，长度短，质量轻；
②与轴流式压气机、涡轮配合方便，压力损失最；
③节约火焰筒冷却空气量约1/3；
④空间利用率最高，联焰性好。

4.缺点：
①调试时需要大型气源；
②火焰筒刚性差；
③燃料分布不均匀，组织燃烧困难；
④装拆维修困难。

3.3燃烧室基本构件的结构
（1）燃烧室基本构件的结构：
扩压器、燃烧室壳体、火焰筒、燃料喷嘴、点火装置（2）扩压器：
1.功用：降低从压气机流出的气流速度，以利于燃烧的组织。

2.分类：一级扩压器、二级扩压器、突然扩张式扩压器。

一级扩压器：压力均匀增加；总压损失小；流场均匀
二级扩压器：总损失不致很大，可缩短扩压器长度
突然扩张式扩压器：长度很短，较少受到压气机出口流场的干
扰，总压损失偏大
(3)燃烧室壳体：
1.功用：
燃烧室壳体构成二股气流通道；在环管和环形燃烧室中，燃烧室壳体
由内外壳体组成，他们又是燃机的主要承力件。

2.燃烧室内壳体加强肋：
燃烧室内套很多采用由钣料冲压焊接的加强肋予以加强。

为减轻质量，
在加强肋的辐板上可沿周向开许多减轻孔，在孔口处翻边加强。

3.燃烧室外套安装边结构：
（a）搭接滚焊形式，用的比较普通；
(b)对接熔焊形式；
(c)搭接熔焊形式；它可以获得比滚焊更好的气密性；
(d)形式结构比较合理，因为焊缝远离安装边，可有效地减少焊接热影响
区对安装边造成的挠曲变形。

（4）火焰筒：
1.组成：涡流器、火焰筒筒体、燃气导管等组成。

2.涡流器：
①：功用：使高温燃气在火焰筒头部形成低速回流区，保证点火、
稳定燃烧和完全燃烧。

②：分类：无片式涡流器、叶片式涡流器（轴流式、径流式）。

叶片式涡流器
无片式涡流器利用喇叭形碗形、双锥形等非线性流体等产生低速回流区。

3.火焰筒筒体：
筒壁的冷却方式有气膜式（如下图）和散热片式（已淘汰）
(a)(b)为波形板气膜冷却结构；（c）为鱼鳞状缝隙膜冷却结构；(d)为双
边冷却环；(e)为单边冷却环；(f)冷却环与缩腰小孔冷却气膜结构
4.传焰管：
在分管和连管燃烧室中应装有传焰管，用来传递燃烧区之间的火焰并
均衡火焰筒间的压力
（5）燃料喷嘴：
1.功用：将燃料雾化，加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效
率。

2. 分类：离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴、甩油喷嘴。

3. 离心式喷嘴：
燃料以一定的压力切向进入内腔，如上图。

在离心力的作用下，实
现雾化。

离心喷嘴可分为：双路双室双喷口喷嘴、双路双室单喷口喷嘴、双
路单室单喷口喷嘴
工作原理图及构造
5.气动喷嘴：
利用压缩空气的吹散作用，实现燃油雾化。

雾化质量的关键在于适
当控制雾化空气的流量和压力。

6.蒸发管式喷嘴：
油气混合提前在蒸发管内进行，然后从蒸发管喷入火焰筒的主燃区
内，与大量空气混合后燃烧。

T型蒸发管的工作示意图
（6）点火装置：
1.功用：在燃气轮机启动时，向燃烧室提供初始点火火炬。

2.分类：间接点火装置、直接点火装置。

3.间接点火装置：实际上是小小燃烧室系统，现已基本不用
4.直接点火装置：
利用高能电嘴产生的点火火炬直接点燃火焰管头部混合气体。

特点
：能量大、结构简单、工作可靠性好，应用广泛。

3.4 燃烧室结构的新发展
一、双环腔冲压进气的短环形燃烧室
二、单边进气的短环形燃烧室
三、涡流筒式燃烧室
四、可变几何形状的燃烧室
五、两级燃烧燃烧室
3.5燃烧室故障
1.积碳使火焰筒壁的金属表面和冷空气隔绝，并使壁面形成大面积的局部
过热。

这将引起局部热应力，结果使火焰筒壁产生翘曲和破裂。

2.发动机工作时，燃烧室外套、火焰筒各段以及联焰的焊缝和远离焊点
的不同部位上产生疲劳裂纹，是燃烧室至关重要的故障。

3.由于温差大，在经受突然冷却的孔边上，以及离开孔的间壁上也可能
出现裂纹。