CN108413442B - 一种变流量旋流器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热能与动力设备技术领域，具体涉及一种变流量旋流器，包括可旋转内轮毂、固定式外轮毂和可旋转叶片；可旋转叶片一侧安装于固定式外轮毂，其另一侧安装于可旋转内轮毂上；可旋转内轮毂包括内轮毂底板和内轮毂出口环道；固定式外轮毂包括外轮毂底板和外轮毂出口环道；可旋转叶片包括可旋转叶片本体、第一叶片滑动轴、第一叶片旋转轴、第二叶片滑动轴和第二叶片旋转轴；该旋流器可以改变叶片安装角和旋流器通流面积，从而改变进入旋流器的空气流量和旋流数，克服了传统固定式旋流器叶片角度和空气流量不可调整的缺点，实现了旋流器非拆卸式在线调节；节省了停机更换、试验调试的时间，提高了旋流器利用率。

Description

一种变流量旋流器
技术领域：
本发明属于热能与动力设备技术领域，具体涉及一种变流量旋流器。
背景技术：
随着海洋、港口及大气环境保护的日趋严格，世界各国对燃气轮机燃烧室污染物排放提出了越来越严格的限量规定。在舰船及工业燃气轮机燃烧室高热负荷的紧凑空间内，既要保持很高的燃烧效率和火焰稳定性，又要实现所要求的污染物排放指标，就必须采用低排放燃烧技术，同时控制NOx和CO的排放量。然而，在常规燃烧室中，两者是相互矛盾的。如何在宽阔的工况范围内，既降低NOx排放，又保证CO排放量满足标准，是本发明所要解决的主要技术问题。
为降低燃气轮机燃烧室污染物排放量，一般都采用贫燃预混燃烧技术，使更多的空气由火焰筒头部即旋流器进入，以使燃料和空气充分混合，降低主燃烧区的火焰温度，从而降低NOx排放量。那么就从旋流器进入的空气量就必须达到足够大的比例，此时虽然可以保证在高工况或设计工况下燃烧室NOx和CO排放量满足设计要求，然而，当燃气轮机工况下降时，NOx排放量可以满足指标要求，但CO排放量就会超出设计指标，此时必须调整燃烧室头部进气量，以提高燃烧区温度，使CO能够充分燃烧，从而满足设计要求。
为此，必须采取特殊的技术措施，保证火焰稳定燃烧的同时，可以根据燃气轮机运行工况的要求，调整从火焰筒头部旋流器进入的空气量。
发明内容：
本发明的目的是提供一种变流量旋流器。该旋流器可根据火焰筒尺寸大小及结构特点，调整旋流器轮毂大小，与火焰筒配装后安装在燃气轮机燃烧室中，可通过改变旋流器内外轮毂的相对角度，改变旋流叶片安装角，从而调整进入旋流器的空气流量和空气流出的旋流数。拓宽了燃气轮机低排放工况范围，克服了传统固定式旋流器叶片角度和空气流量不可调整的缺点，实现了旋流器非拆卸式在线调节；节省了停机更换、试验调试的时间，提高了旋流器利用率。
本发明采用的技术方案为：一种变流量旋流器，包括可旋转内轮毂、固定式外轮毂和可旋转叶片；所述可旋转叶片一侧安装于固定式外轮毂，其另一侧安装于可旋转内轮毂上。
进一步地，所述可旋转内轮毂包括内轮毂底板和内轮毂出口环道，内轮毂底板上沿圆周阵列布置若干个内轮毂径向滑道和内轮毂周向滑道。
进一步地，所述固定式外轮毂包括外轮毂底板和外轮毂出口环道，外轮毂底板上沿圆周阵列布置若干外轮毂旋转滑道和外轮毂旋转轴承。
进一步地，所述可旋转叶片包括可旋转叶片本体、第一叶片滑动轴、第一叶片旋转轴、第二叶片滑动轴和第二叶片旋转轴，第一叶片滑动轴、第一叶片旋转轴和第二叶片滑动轴、第二叶片旋转轴分别位于可旋转叶片本体两侧；第一叶片滑动轴安装于内轮毂径向滑道内，可沿径向滑动；第一叶片旋转轴安装于内轮毂周向滑道内，可沿周向滑道转动；第二叶片滑动轴安装于外轮毂旋转滑道内，可沿旋转滑道转动；第二叶片旋转轴安装于外轮毂旋转轴承中，可以绕其转动；外轮毂旋转滑道是以外轮毂旋转轴承为圆心，以第一叶片滑动轴到第一叶片旋转轴的距离为半径，旋转一定角度的圆弧为型线设计的弧形滑道；通过可旋转内轮毂的转动，可以带动可旋转叶片沿内轮毂径向滑道、内轮毂周向滑道、外轮毂旋转滑道和外轮毂旋转轴承进行滑动和旋转，改变叶片安装角和旋流器的通流面积，从而改变流经旋流器的空气流量和旋流数，以适应燃气轮机工况的变化，调节燃烧区温度，降低燃烧室污染物排放，从而拓宽燃气轮机低排放工况范围，实现旋流器非拆卸式在线调节。
本发明的有益效果：提供了一种可变几何旋流器，可以改变旋流器叶片安装角和旋流器通流面积，从而改变进入旋流器的空气流量和旋流数。该变几何旋流器在舰船及工业燃气轮机领域具有重要的应用价值。该旋流器是为拓宽燃气轮机低排放工作区间，解决燃烧室NOx排放和CO排放相互制约的问题，结合燃气轮机工作特点及低排放燃烧技术而开发的。该旋流器可根据火焰筒尺寸大小及结构特点，调整旋流器轮毂大小，与火焰筒配装后安装在燃气轮机燃烧室中，可通过改变旋流器内外轮毂的相对角度，改变旋流叶片安装角，从而调整进入旋流器的空气流量和空气流出的旋流数。拓宽了燃气轮机低排放工况范围；克服了传统固定式旋流器叶片角度和空气流量不可调整的缺点，实现了旋流器非拆卸式在线调节；节省了停机更换、试验调试的时间，提高了旋流器利用率，具有良好的应用前景。
附图说明：
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的剖面结构示意图；
图3是图2的A向剖视结构示意图；
图4是图2的B向剖视结构示意图；
图5是本发明中可旋转内轮毂的结构示意图；
图6是图5的N向结构示意图；
图7是图5的M向结构示意图；
图8是本发明中固定式外轮毂的结构示意图；
图9是图8的E向结构示意图；
图10是图8的F向结构示意图；
图11是本发明中可旋转叶片的结构示意图；
图12是图11的左视图；
图13是本发明的调节原理示意图。
具体实施方式：
参照各图，变流量旋流器包括可旋转内轮毂1、固定式外轮毂2和可旋转叶片3；可旋转内轮毂1包括内轮毂底板7和内轮毂出口环道6，在内轮毂底板7上有内轮毂径向滑道4沿圆周阵列布置若干、内轮毂周向滑道5沿圆周阵列布置若干；固定式外轮毂2包括外轮毂底板11和外轮毂出口环道10，在外轮毂底板11上有外轮毂旋转滑道8沿圆周阵列布置若干、外轮毂旋转轴承9沿圆周阵列布置若干；可旋转叶片2包括可旋转叶片本体12、第一叶片滑动轴13、第一叶片旋转轴14、第二叶片滑动轴15、第二叶片旋转轴16；第一叶片滑动轴13安装在内轮毂径向滑道4内，可沿径向滑动；第一叶片旋转轴14安装在内轮毂周向滑道5内，可沿周向滑道转动；第二叶片滑动轴15安装在外轮毂旋转滑道8内，可沿旋转滑道转动，第二叶片旋转轴16安装在外轮毂旋转轴承9中，使叶片可以绕其转动；外轮毂旋转滑道8是以外轮毂旋转轴承9为圆心，以第一叶片滑动轴13到第一叶片旋转轴14的距离为半径，旋转一定的角度的圆弧为型线设计的弧形滑道。
初始状态时，可旋转叶片位于图13中虚线GH位置，叶片安装角为a，第一叶片滑动轴位于内轮毂径向滑道的I位置；第一叶片旋转轴位于内轮毂周向滑道的O位置；第二叶片滑动轴位于外轮毂旋转滑道的H位置；第二叶片旋转轴位于外轮毂旋转轴承的G位置，此时相邻叶片间通流面积为S1，通过旋流器的空气流量为m1。
当燃气轮机工况下降时，需要减少通过旋流器的空气流量，此时逆时针转动可旋转内轮毂，使其旋转角度c，则内轮毂周向滑道的P点转动到O点，固定式外轮毂不动，第二叶片旋转轴在外轮毂旋转轴承内以G点为圆心进行旋转，则第一叶片旋转轴会转动到内轮毂周向滑道的P位置，第一叶片滑动轴滑动到内轮毂径向滑道的J位置，第二叶片滑动轴滑到外轮毂旋转滑道的K位置，叶片到达图中实线PK所示位置，可旋转内轮毂上的点由原始的位置I1、J1、O1、P1分别到达最终的I、J、O、P位置，此时叶片安装角为b，相邻叶片间通流面积为S2，通过旋流器的空气流量为m2。
由于S2＜S1，则m2＜m1，由此完成了空气流量的调节。
若燃气轮机工况下降，需要减少旋流器进气量，则逆时针转动可旋转内轮毂，在保证较低的NOx排放时，提高燃烧区温度，以减少CO排放；
若燃气轮机工况上升，需要增加旋流器进气量，则顺时针转动可旋转内轮毂，在保证较低的CO排放时，降低燃烧区温度，以减少NOx排放；
可根据燃气轮机工况的变化，选择顺时针或逆时针旋转内轮毂一定的角度，从而改变叶片安装角，调整流经旋流器的空气流量，进而调整燃烧区温度，达到降低燃烧室CO和NOx排放的目的。通过本变流量旋流器，不需进行设备更换，就可实现空气流量的调节。
本旋流器是一种可以改变旋流器叶片安装角和空气流量的变流量旋流器，可用于低排放燃气轮机燃烧室。在内轮毂上布置若干径向滑道和周向滑道，在外轮毂上布置若干旋转滑道和旋转轴承，通过内轮毂的旋转，带动叶片沿径向滑道、周向滑道、旋转滑道和旋转轴承转动，改变叶片安装角和旋流器通流面积，从而改变流经旋流器的空气流量，调节燃烧区温度，降低燃烧室污染物排放。解决燃气轮机低排放工作区间窄的问题，克服了传统固定式旋流器叶片角度和空气流量不可调整的缺点，实现了旋流器非拆卸式在线调节，具有良好的应用前景。

Claims (1)

1.一种变流量旋流器，其特征在于：包括可旋转内轮毂（1）、固定式外轮毂（2）和可旋转叶片（3）；所述可旋转叶片（3）一侧安装于固定式外轮毂（2），其另一侧安装于可旋转内轮毂（1）上；
所述可旋转内轮毂（1）包括内轮毂底板（7）和内轮毂出口环道（6），内轮毂底板（7）上沿圆周阵列布置若干个内轮毂径向滑道（4）和内轮毂周向滑道（5）；
所述固定式外轮毂（2）包括外轮毂底板（11）和外轮毂出口环道（10），外轮毂底板（11）上沿圆周阵列布置若干外轮毂旋转滑道（8）和外轮毂旋转轴承（9）；
所述可旋转叶片（2）包括可旋转叶片本体（12）、第一叶片滑动轴（13）、第一叶片旋转轴（14）、第二叶片滑动轴（15）和第二叶片旋转轴（16），第一叶片滑动轴（13）、第一叶片旋转轴（14）和第二叶片滑动轴（15）、第二叶片旋转轴（16）分别位于可旋转叶片本体（12）两侧；第一叶片滑动轴（13）安装于内轮毂径向滑道（4）内，第一叶片旋转轴（14）安装于内轮毂周向滑道（5）内，第二叶片滑动轴（15）安装于外轮毂旋转滑道（8）内，第二叶片旋转轴（16）安装于外轮毂旋转轴承（9）中。
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