4.1.2 燃烧室的结构

图4-2给出了传统燃气轮机燃烧室的基本结构。通常，燃烧室由空气套筒、扩压器、燃料喷嘴、火焰稳定装置、火焰筒（火焰管）和尾筒等主要部件构成。

不同燃烧室类型的选择和布局由机组的类型决定，但是通常受可用空间大小影响，燃烧室在布置上应尽可能高效地利用空间。在大的航空发动机中，燃烧室通常采用直流式，空气沿着燃烧室的轴线方向流动。对于小的航空发动机，逆流式环形燃烧室可提供更紧凑的结构型式。逆流式分管型燃烧室是固定式燃气轮机中常见的型式。在液体燃料燃烧室中，燃料喷注进入燃烧室所采取的方式为良好的雾化，可以通过液体燃料自身的高压将燃料由小孔喷入，或采用高速的压缩空气将燃料破碎成液滴。

1.外壳

燃烧室的外壳通常由钢板焊接或铸造而成，是燃烧室的主要承力部件，包括燃料喷嘴、火焰筒等在内的所有燃烧室部件都安装在外壳内部。外壳和火焰筒之间形成的环形空间，对燃烧室性能有很重要的影响。此外，燃烧室外壳在设计时还需要考虑外壳及其支撑的热胀冷缩。燃烧室外壳如图4-3所示。

2.扩压器

扩压器位于压气机出口和燃烧室燃烧段之间，其前端与压气机的外壳通过螺栓连接，后端紧贴在燃烧段上。扩压器的内径是渐扩的，形状像颠倒的漏斗，如图4-4所示。通常，压气机的出口气流具有很高的速度，其动压头可达到总压的10%，扩压器的主要作用是在燃烧过程开始前，通过渐扩通道的扩压作用使气流速度降低，以利于其后燃烧过程的进行；同时，扩压器将大部分动压转化为静压，降低燃烧室压损，因而机组的最高压力点出现在扩压器出口。

在给定的出口和进口面积比下，扩压器的长度对其性能有重要影响。如果扩压器过长，则由于摩擦的作用会使压力损失增大；如果过短，则逆压的流动过程又会造成气流的脱离使压力损失大大增加。

3.火焰筒

火焰筒也称为火焰管，它是燃烧室最主要的部件，如图4-5所示。根据采用的燃烧室类型不同，一个燃烧室可以具有一个或多个火焰筒。通常，火焰筒由耐热合金通过金属加工和焊接而成，外形呈圆筒形状，总长与直径之比为1～3。一般情况下，火焰筒的各段采用径向定位套筒进行定位，使其在外壳中能够同心膨胀。火焰筒把进入燃烧室的空气分为“一次空气”和“二次空气”。“一次空气”是供应到燃烧区中为保证燃料完全燃烧所需的空气，而燃烧以外的所有空气均为“二次空气”。“二次空气”通过火焰筒与外壳之间的环形空间（空气套筒），进入到燃烧区后部一定深度，具有限制回流区大小及掺混的作用。在流经火焰筒时，“二次空气”还会形成冷却气膜，从而对火焰筒壁面进行保护。

4.尾筒

尾筒将火焰筒与透平进口相连，也称作过渡段或燃气收集器。尾筒在形状上需要完成截面形状的变化，将火焰筒出口的圆形截面过渡到透平进口的扇形截面，如图4-6所示。尾筒的主要作用是对高温燃气进行导流，设计指标是保证热燃气无流动分离并均匀地进入到透平，一般通过控制上下素线、纵截面尺寸和横截面尺寸来控制曲面变化。此外，为了满足透平进口的轴向速度要求，尾筒的截面积均有一定程度的收敛。

图4-6所示为某燃烧室尾筒三维结构和喷涂示温漆实物图。

5.燃料喷嘴

燃料喷嘴的作用是将燃料供应系统供给的燃料按所需的流量、均匀度和方向喷射到燃烧区中，使其与“一次空气”均匀混合并燃烧。

根据燃料的种类以及燃烧室的不同要求，可采用不同型式的喷嘴。燃用液体燃料时，燃料喷嘴还需要将供入燃烧室的液体燃料进行破碎，即雾化过程。根据燃烧室的类型不同，每个燃烧室中可布置一个或多个燃料喷嘴。燃料喷嘴如图4-7所示。

6.火焰稳定装置

火焰稳定装置位于燃烧室的前端，大都呈环状围绕燃料喷嘴安装。

火焰稳定装置的作用是降低燃烧区的局部流速并产生回流区，使得燃料与空气更好地接触并使得火焰稳定。图4-8所示的空气旋流器是一种典型的叶片式火焰稳定装置，旋流叶片相对于火焰筒中心轴有一定的偏角，目的是使气流获得一定的切向分速度。

7.点火装置

燃气轮机起动时，需要点火装置对燃料进行点火。通常，燃气轮机首先要利用外部驱动达到一定的转速，当压气机能够向燃烧室提供压缩空气时，由点火装置将燃烧室中的可燃混合物加热到着火温度而点燃，该局部的高温区随后点燃整个燃烧室的主燃料炬。当主燃烧区的燃烧过程能够稳定进行时，表示点火成功，点火设备停止工作。

点火过程可通过电火花、炽热体或小火炬来完成。不同的燃烧室点火装置的数量也不尽相同。分管型和环管型燃烧室需要通过联焰管进行火焰的传递，点火器仅安装在个别火焰筒中，如图4-9所示。

8.其他设备

为便于使用与维修，燃烧室中通常还必须有观察孔、火焰探测器和熄火保护装置等其他设备。火焰探测器如图4-10所示。