CN114321976B - 一种双向交错喷射双通道扭转旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋流器技术领域，具体涉及一种双向交错喷射双通道扭转旋流器。本发明中旋流器叶片两侧均布置若干燃料孔，实现旋流槽内燃料双向喷射，且燃料孔交错分布，增加燃料与空气掺混面积。本发明采用双通道双扭转，两种旋流槽分别设为周向变宽和周向变窄，实现相邻旋流槽流出混气之间的交叉流动，增强湍流脉动，形成混气与混气之间的二次掺混。本发明的旋流器结构紧凑，可增强空气和燃料的掺混，增加混气之间的掺混，以此形成充分均匀掺混的可燃混气，实现稳定燃烧，抑制燃烧振荡的有益技术效果，获得超低排放，具有大规模推广应用价值。

Description

一种双向交错喷射双通道扭转旋流器

技术领域

本发明属于旋流器技术领域，具体涉及一种双向交错喷射双通道扭转旋流器。

背景技术

近年来世界范围内环境污染问题日趋严峻，各国政府纷纷制定了越来越严格的污染物排放标准，这就进一步提升市场对燃气轮机排放的要求。降低燃气轮机NOx排放量的主要手段即是通过燃料与空气均匀掺混，形成稳定燃烧，减少燃烧振荡，以此限制燃气轮机污染物的排放。燃气轮机NO_x生成情况对燃料空气掺混均匀性极其敏感，因此有关燃料和空气掺混均匀性的研究具有重要的应用价值

旋流器可被提供，以促进燃料和空气之间的掺混，是燃气轮机燃烧室必不可缺的组成部分，旋流器的设计对燃气轮机排放起到极其重要的作用。然而当前旋流器均设计为单一结构的旋流槽，并且在每个旋流槽内燃料的喷射方向均为单一方向，在当前旋流器结构下燃料和空气仅依靠空气单方向冲击燃料以此达到促进掺混的目的，并且相邻旋流槽传播出的燃料和空气混合物传播方向均相同，混合物无法在燃烧室内再次掺混，导致燃料和空气的掺混效果无法满足低排放燃气轮机的需求。而采用改变燃料喷射方式、改变旋流器相邻旋流槽流出混气的传播方向流场组织技术可以增加燃料和空气在旋流器内碰撞和掺混次数，以此达到强化掺混的目的，最终实现超低排放。综上所述，亟需一种燃料喷射和混气传播更为合理的旋流器结构。

发明内容

本发明的目的在于提供可增强燃料和空气的掺混效果，实现燃料空气充分均匀掺混和超低排放的一种双向交错喷射双通道扭转旋流器。

一种双向交错喷射双通道扭转旋流器，包括旋流器外环和旋流器内环，在旋流器外环和旋流器内环之间安装有两种旋流器叶片，两种旋流器叶片相间排列并将旋流器外环和旋流器内环之间的空间划分为两种结构的旋流槽，分别为拱型旋流槽和T形旋流槽；所述两种旋流器叶片两侧均开有若干个燃料孔，并且同一旋流槽内燃料孔交错布置。

进一步地，所述拱型旋流槽和T形旋流槽均采用扭转设计，保证燃料和空气的混气通过任何一个旋流槽后都具有较大旋转角动量。

进一步地，所述旋流器外环采用渐缩型设计，即出口面积小于进口面积；所述旋流器内环采用渐扩型设计；所述拱型旋流槽和T形旋流槽均为渐缩型。

进一步地，所述拱型旋流槽与T形旋流槽的出口面积均小于入口面积；所述拱型旋流槽出口的周向距离设计为窄于拱型旋流槽入口的周向距离；所述T形旋流槽出口的周向距离设计为宽于T形旋流槽入口的周向距离。

本发明的有益效果在于：

本发明中旋流器叶片两侧均布置若干燃料孔，实现旋流槽内燃料双向喷射，且燃料孔交错分布，增加燃料与空气掺混面积。本发明采用双通道双扭转，两种旋流槽分别设为周向变宽和周向变窄，实现相邻旋流槽流出混气之间的交叉流动，增强湍流脉动，形成混气与混气之间的二次掺混。本发明的旋流器结构紧凑，可增强空气和燃料的掺混，增加混气之间的掺混，以此形成充分均匀掺混的可燃混气，实现稳定燃烧，抑制燃烧振荡的有益技术效果，获得超低排放，具有大规模推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中旋流器的进口示意图。

图3是本发明中旋流器的出口示意图。

图4是图2的A-A剖视图。

图5是图4的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明涉及的是一种旋流器，具体地说是一种双向交错喷射双通道扭转旋流器，属于热能与动力工程领域。

本发明的目的在于实现燃料与空气充分均匀掺混，以此获得超低排放，提出了一种采用燃料对冲喷射、相邻旋流槽结构不同的双向交错喷射双通道扭转旋流器。该旋流器可增强燃料和空气的掺混效果，实现燃料空气充分均匀掺混和超低排放，具有大规模推广应用价值。

实施例1：

结合图1-5，本发明主要包括旋流器外环1、旋流器叶片2、旋流器内环3、拱型旋流槽4、T形旋流槽5、拱型旋流槽左侧燃料孔6、拱型旋流槽右侧燃料孔7、T形旋流槽左侧燃料孔8、T形旋流槽右侧燃料孔9以及燃料入口10等；在旋流器外环1和旋流器内环3之间安装有两种旋流器叶片2，两种旋流器叶片2相间排列并将旋流器外环1和旋流器内环3之间的空间划分为两种结构的旋流槽，分别为拱型旋流槽4和T形旋流槽5；所述两种旋流器叶片2两侧均开有若干个燃料孔，并且同一旋流槽内燃料孔交错布置。

旋流器叶片两侧均开设若干个燃料孔，实现了在相邻旋流器叶片间形成的旋流槽内，燃料的双向喷射，增强旋流槽内的湍流脉动，达到促进燃料和空气的掺混的目的；并且旋流槽两侧的燃料孔交错布置，为燃料和空气留有充足的接触面积，同样能够强化燃料和空气掺混效果。

实施例2：

进一步地，所述拱型旋流槽4和T形旋流槽5均采用扭转设计，保证燃料和空气的混气通过任何一个旋流槽后都具有较大旋转角动量。

由于旋流器设为双通道双扭转，燃料和空气混气通过任何一个旋流槽后都带有较大旋转角动量，可促进漩涡流动的生成，形成热回流区，保证火焰稳定。

实施例3：

进一步地，所述旋流器外环1采用渐缩型设计，即出口面积小于进口面积；所述旋流器内环3采用渐扩型设计；所述拱型旋流槽4和T形旋流槽5均为渐缩型。

由于旋流器外环1采用渐缩型设计，加快了混气在旋流器出口的射流速度，形成跨度较长的旋转射流，获得了较大旋流数，加强了漩涡流动，形成低压区。当火焰经过旋流器中心通孔后，由于旋流器内环3采用渐扩型设计，火焰将向周围扩散传播，而在双通道、双扭转和旋流器外径减缩的共同作用下，实现旋流器出口生成强漩涡流动的目的，最终形成热回流区，以此保证火焰稳定。

实施例4：

进一步地，拱型旋流槽4与T形旋流槽5的出口面积均小于入口面积；拱型旋流槽出口4-2的周向距离设计为窄于拱型旋流槽入口4-1的周向距离；T形旋流槽出口5-2的周向距离设计为宽于T形旋流槽入口5-1的周向距离。

结合图2和3所示，空气经过拱型旋流槽入口4-1和T形旋流槽入口5-1进入旋流器，在旋流槽内与燃料进行掺混，最后燃料和空气的混气在拱型旋流槽出口4-2和T形旋流槽出口5-2进入燃烧室。两个旋流槽的出口面积均小于入口面积，可加快空气的射流速度，形成高速射流空气，加强了气流与燃料间的相对运动，并且提升混气通过旋流器后的旋转角动量和轴向动量，增大旋流数，促进空气和燃料掺混效果。此外，将拱型旋流槽出口4-2的周向距离设计为窄于拱型旋流槽入口4-1的周向距离。与之相反，T形旋流槽出口5-2的周向距离设计为宽于T形旋流槽入口5-1的周向距离。混气经过两种旋流槽后传播进入燃烧室，在旋流器出口相遇，由于相邻旋流槽流出混气的旋流数不同，相邻旋流槽传播出的混气存在较大的速度差异，获得混气之间的交叉流动，加强湍流脉动，形成混气与混气之间的二次掺混，再次强化空气与燃料的掺混效果。最终实现空气和燃料充分均匀掺混，维持火焰稳定，保持较低的火焰温度，提高燃料的燃烧效率，抑制燃烧振荡的有益技术效果，以此降低NO_x排放。

通过图5可以看出，所述拱型旋流槽4左右两侧分别开有若干个燃料出口孔，拱型旋流槽左侧燃料孔6和拱型旋流槽右侧燃料孔7，并且拱型旋流槽左侧燃料孔6和拱型旋流槽右侧燃料孔7交错布置；与之相同，所述T形旋流槽5左右两侧分为开有若干个燃料出口孔，T形旋流槽左侧燃料孔8和T形旋流槽右侧燃料孔9，T形旋流槽左侧燃料孔8和T形旋流槽右侧燃料孔9同样交错布置。燃料通过燃料入口10进入，与常规旋流器相同，在旋流器叶片开有燃料通槽，燃料经过燃料通槽流至旋流器叶片上的燃料出口。然而本发明的增益效果是，所述旋流器实现了在任何一个旋流槽内燃料双向喷射，并且通过燃料孔交错布置的方式保证了燃料喷射深度。在任何一个旋流槽内交错喷射的燃料与轴向热流的空气相互碰撞，燃料和空气多方向的传播，带来极大地湍流脉动，更有利于空气与燃料之间的充分掺混。此外，燃料交错喷射的方式保证了燃料射流深度的同时，增加了燃料与空气的接触面积，同样能够加强掺混效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (2)

1.一种双向交错喷射双通道扭转旋流器，其特征在于：包括旋流器外环(1)和旋流器内环(3)，在旋流器外环(1)和旋流器内环(3)之间安装有两种旋流器叶片(2)，两种旋流器叶片(2)相间排列并将旋流器外环(1)和旋流器内环(3)之间的空间划分为两种结构的旋流槽，分别为拱型旋流槽(4)和T形旋流槽(5)；所述两种旋流器叶片(2)两侧均开有若干个燃料孔，并且同一旋流槽内燃料孔交错布置；所述旋流器外环(1)采用渐缩型设计，即出口面积小于进口面积；所述旋流器内环(3)采用渐扩型设计；所述拱型旋流槽(4)和T形旋流槽(5)均为渐缩型；所述拱型旋流槽(4)与T形旋流槽(5)的出口面积均小于入口面积；所述拱型旋流槽出口(4-2)的周向距离设计为窄于拱型旋流槽入口(4-1)的周向距离；所述T形旋流槽出口(5-2)的周向距离设计为宽于T形旋流槽入口(5-1)的周向距离。

2.根据权利要求1所述的一种双向交错喷射双通道扭转旋流器，其特征在于：所述拱型旋流槽(4)和T形旋流槽(5)均采用扭转设计，保证燃料和空气的混气通过任何一个旋流槽后都具有较大旋转角动量。

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