CN107246629A - 具有波瓣旋流叶片的旋流器 - Google Patents

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丁阳
石永锋
郝建刚
谢大幸
田鑫
李红仁
朱亚迪
刘志敏
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
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    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Abstract

本发明公开了具有波瓣旋流叶片的旋流器，包括波瓣旋流叶片、旋流器，所述旋流器为圆柱体，旋流器内部沿轴向设置有内输送道与外输送道，内输送道为旋流器内部中央空腔，外输送道为内输送道外侧圆环形空腔，波瓣旋流叶片与旋流器侧面连接，波瓣旋流叶片为流线型结构，波瓣旋流叶片的尾部边缘为波浪状的波瓣结构，波瓣旋流叶片在流动方向上具有周向偏转，波瓣的波长方向为旋流器气流通道的径向方向，波瓣旋流叶片为内部中空的壳体结构并且设置有相互分隔的两个空腔，两个空腔分别为前腔和后腔，前腔与外输送道连通，后腔与内输送道连通。

Description

具有波瓣旋流叶片的旋流器
技术领域
本发明属于燃气轮机或燃气锅炉的设备零件领域，特别是具有波瓣旋流叶片的旋流器。
背景技术
为了进一步降低燃用气体燃料的燃气轮机以及锅炉的氮氧化物排放指标，需要这些设备运行在预混合燃烧模式下。预混合燃烧模式需要燃料和空气均匀混合后再点燃，燃料在空气中混合的越均匀，其燃烧稳定性和排放指标越好。
目前，燃料气和空气的混合方式为：在旋流器上游或旋流器叶片前缘附近开孔，燃料气通过这些孔以垂直于气流方向进入空气通道中与空气混合形成均相混合气体。当燃料气体压力不足达不到足够的穿透深度时往往得不到质量很好的均相混合气体，并且在旋流器下游需要为燃料气在空气中的扩散预留较大的空间。
发明内容
本发明的目的将旋流器的尾缘结构设计成波瓣结构，并在叶片尾缘增加燃料气喷口，使整条波浪状的叶片尾缘都可作为燃料气喷口。
为了解决上述问题，本发明提出具有波瓣旋流叶片的旋流器。
本发明所采用的技术方案是：
具有波瓣旋流叶片的旋流器，包括波瓣旋流叶片、旋流器，所述旋流器为圆柱体，旋流器内部沿轴向设置有内输送道与外输送道，内输送道为旋流器内部中央空腔，外输送道为内输送道外侧圆环形空腔，波瓣旋流叶片与旋流器侧面连接，波瓣旋流叶片为流线型结构，波瓣旋流叶片的尾部边缘为波浪状的波瓣结构，波瓣旋流叶片在流动方向上具有周向偏转，波瓣的波长方向为旋流器的径向方向，波瓣旋流叶片为内部中空的壳体结构并且设置有相互分隔的两个空腔，两个空腔分别为前腔和后腔，前腔与外输送道连通，后腔与内输送道连通。内输送道和外输送道用于输送待混合的燃料气，并且通过旋流器的旋转将燃料气导入波瓣旋流叶片，波瓣旋流叶片用于将燃料气以垂直于气流方向排入空气通道中与空气混合形成均相混合气体，前腔和后腔的设计保证燃料气能充分的到达通道深处，并且前腔与外输送道连通，后腔与内输送道连通，由于中央空腔体积较大，利用后腔处于通道后方的位置，使大量的燃料气能深入通道深处，而少量的燃烧气通过体积较小的外输送道进入前腔时压力较大，也不会由于局部压力不足导致无法进入通道深处。
进一步的，所述旋流器尾部设置有子弹头状的中心锥，中心锥位于波瓣旋流叶片后方。中心锥的作用是防止气流在旋流器后产生分离，避免气流分离后使气体压力减小。
进一步的，所述波瓣旋流叶片的前腔处设置有喷射孔，喷射孔与前腔连通。喷射孔可使燃料气从波瓣旋流叶片侧面喷出，即便只有少量的燃料气进入前腔依然可以排入通道内。
进一步的，所述波瓣旋流叶片的波瓣设置有喷口，喷口采用波瓣中间劈缝开孔或者波瓣侧向劈缝开孔方式，喷口与后腔连通。喷口喷出的燃料气平行于气流方向，正处在流向涡区域，可达到很好的混合效果。
优选的，所述喷口形状为长缝形、矩形、圆形。特殊几何外形产生的流向涡加强了局部扰动，使上游的燃料气和空气混合的更均匀。
进一步的，所述波瓣旋流叶片的波瓣具有波峰波谷，可以是半圆形、三角形、方形、正弦波形。特殊几何外形产生的流向涡加强了局部扰动，使上游的燃料气和空气混合的更均匀。
优选的，所述波瓣波高与波长之比为0.2至1，波长与通道高度之比为0.1至1。特殊几何外形产生的流向涡加强了局部扰动，使上游的燃料气和空气混合的更均匀
优选的，所述波瓣起始位置在波瓣旋流叶片前缘朝向尾缘方向的0.4～0.9倍弧长处。特殊几何外形产生的流向涡加强了局部扰动，使上游的燃料气和空气混合的更均匀
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、本发明在燃料气压力低的情况下，可以将燃料气通过尾缘喷口喷射，不需达到足够的穿透深度就可将燃料气较为均匀的布撒在空气中。
2、本发明依靠叶片尾缘波瓣结构平行于气流方向，正处在流向涡区域，加强了局部扰动，产生强大燃料气-空气掺混效果，从而形成质量更高的均相混合气。
3、本发明依靠叶片尾缘波瓣结构实现燃料气-空气掺混效果，有效减小旋流器后部用于形成均相混合气的空间，避免在旋流器下游需要为燃料气在空气中的扩散预留较大的空间。
4、本发明整条波浪状的叶片尾缘都可作为燃料气喷口，相比通过前缘喷孔喷气，喷气量更大，喷气效果更好。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的等轴向截面剖视图；
图2是本发明的正投影截面剖视图；
图3是本发明的波瓣旋流叶片结构示意图；
图4是实施例4的波瓣喷口截面剖视图；
图5是实施例1的波瓣喷口截面剖视图；
图6是实施例2、3的波瓣喷口截面剖视图；
图7是本发明的结构示意图。
标号说明：
整流罩1；尾缘波瓣喷口2；后腔3；波瓣旋流叶片4；外环燃料输送管道5；内环燃料输送管道6；气流通道7；前缘喷口8；前腔9；中心锥10；波瓣起始位置11。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1、2、3、5所示，具有波瓣旋流叶片的旋流器组件，用于气体燃料燃烧，包括整流罩1、波瓣旋流叶片4、旋流器，旋流器是圆柱体，内部设置有圆柱形空腔—内环燃料输送管道6与圆环形空腔—外环燃料输送管道5，内环燃料输送管道6位于外环燃料输送管道5内侧；中心锥10位于燃料输送管道后部；旋流器径向与波瓣旋流叶片4相连接；波瓣旋流叶片4中空，波瓣旋流叶片的波瓣为正弦波形，波瓣起始位置在波瓣旋流叶片前缘朝向尾缘方向的0.4倍弧长处，波瓣波高(h)与波长(l)之比为0.2，波长(l)与通道高度(bl)之比为0.1，前后分为两个腔，前腔9与后腔3分别和外环燃料输送管道5与内环燃料输送管道6相连；前缘喷口8与前腔相连，尾缘波瓣喷口2与后腔相连；波瓣旋流叶片4径向外侧连接整流罩1。尾缘波瓣喷口2采用中间劈缝开孔，尾缘波瓣喷口2形状为长缝形。
使用时，燃烧所需要的空气通过外环燃料输送管道5与整流罩1中间的气流通道7，流经波瓣旋流叶片4；燃料气经由外环燃料输送管道5递送至前腔9，从前缘喷口8喷出，另一路燃料气经由内环燃料输送管道6递送至后腔3，从尾缘波瓣喷口2喷出。中心锥10的作用是防止气流在旋流器后产生分离。气体燃料喷射孔8喷出的燃料气垂直于气流方向，依靠气体压力产生足够的穿透深度与空气混合。尾缘波瓣喷口2的几何外形产生的流向涡加强了局部扰动，使上游的燃料气和空气混合的更均匀。尾缘波瓣喷口2喷出的燃料气平行于气流方向，正处在流向涡区域，可达到很好的混合效果。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，区别点在于：如图1、2、3、6所示，实施例2中波瓣旋流叶片的波瓣为半圆形，波瓣起始位置在波瓣旋流叶片前缘朝向尾缘方向的0.5倍弧长处，尾缘波瓣喷口2采用背风侧劈缝开孔方式，尾缘波瓣喷口2形状为长缝形。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，区别点在于：如图1、2、3、6所示，实施例3中波瓣旋流叶片的波瓣为三角形，波瓣起始位置在波瓣旋流叶片前缘朝向尾缘方向的0.5倍弧长处，波瓣波高(h)与波长(l)之比为0.5，波长(l)与通道高度(bl)之比为0.5，尾缘波瓣喷口2采用背风侧劈缝开孔方式，尾缘波瓣喷口2形状为矩形。
实施例4：
本实施例与实施例1基本相同，区别点在于：如图1、2、3、4所示，实施例4中波瓣旋流叶片的波瓣为方形，波瓣起始位置在波瓣旋流叶片前缘朝向尾缘方向的0.9倍弧长处，波瓣波高(h)与波长(l)之比为1，波长(l)与通道高度(bl)之比为1，尾缘波瓣喷口2采用迎风侧劈缝开孔方式，尾缘波瓣喷口2形状为圆形。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，包括波瓣旋流叶片、旋流器，所述旋流器为圆柱体，旋流器内部沿轴向设置有内输送道与外输送道，内输送道为旋流器内部中央空腔，外输送道为内输送道外侧圆环形空腔，波瓣旋流叶片与旋流器侧面连接，波瓣旋流叶片为流线型结构，波瓣旋流叶片在流动方向上设置有周向偏转，波瓣旋流叶片的尾部边缘为波浪状的波瓣结构，波瓣的波长方向为旋流器的径向方向，波瓣旋流叶片为内部中空的壳体结构并且设置有相互分隔的两个空腔，两个空腔分别为前腔和后腔，前腔与外输送道连通，后腔与内输送道连通。
2.根据权利要求1所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述旋流器尾部设置有子弹头状的中心锥，中心锥位于波瓣旋流叶片后方。
3.根据权利要求1所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述波瓣旋流叶片的前腔处设置有喷射孔，喷射孔与前腔连通。
4.根据权利要求3所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述波瓣旋流叶片的波瓣设置有喷口，喷口采用波瓣中间劈缝开孔或者波瓣侧向劈缝开孔方式，喷口与后腔连通。
5.根据权利要求4所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述喷口形状为长缝形、矩形、圆形。
6.根据权利要求3所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述波瓣旋流叶片的波瓣具有波峰波谷，可以是半圆形、三角形、方形、正弦波形。
7.根据权利要求6所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述波瓣波高与波长之比为0.2至1，波长与通道高度之比为0.1至1。
8.根据权利要求7所述的具有波瓣旋流叶片的旋流器，其特征在于，所述波瓣起始位置在波瓣旋流叶片前缘朝向尾缘方向的0.4～0.9倍弧长处。
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