一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器

1.本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器。


背景技术：

2.能源的构成、开发利用和消费情况，标志着一个国家的科技水平、经济实力和文明程度。燃气轮机自问世以来，已取得巨大的发展，并一直处于加速发展的态势，燃烧室是燃气轮机三大核心部件之一，高性能燃气轮机技术的发展主要依靠燃烧室技术的进步。从污染物排放上，燃烧室的发展经历了从常规排放到低排放，进而到超低排放的历程。
3.旋流燃烧技术是借助于强旋流固有的离心效应、涡旋效应来控制反应混合和火焰传播。旋流的主要作用是形成中心回流区，实现火焰稳定、改善燃料混合、提高效率等。但回流区使燃料保持较长的停留时间，将导致热力型nox大量生成。本发明基于传统的单级轴向旋流器结构，将燃油通道设计在中空的旋流叶片当中，喷油孔设置在叶片前缘以及旋流器外环相邻叶片之间，保证燃烧室的供油；旋流器中心通道设置了流通孔板，以及调控旋流强度的调控圆盘，能够维持燃烧室的燃烧稳定，缩短烟气在回流区的滞留时间，减少nox的排放量。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提出一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器。与现有的技术结构相比，本发明的优点是在传统的单级轴向旋流器结构的基础上，将旋流器叶片设计为中空结构，作为燃油通路，并将燃油喷油孔设置在旋流器外环相邻叶片之间，以及旋流器叶片前缘，用以保证对燃烧室的供油；同时，在旋流器中心直流道设置了流通孔板，缩短了燃烧室回流区的范围，减少了烟气在高温区的滞留时间，有效降低了nox的排放量；调节旋流器旋流强度的调节圆盘，可以使得旋流器在不同工况下，维持在合适的旋流强度，有利于燃烧室的稳定燃烧。
5.技术方案
6.本发明的目的在于提供一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，它将旋流器叶片设计成中空结构，作为燃油流通的通道，燃油喷油孔设置在旋流器外环相邻叶片之间，以及旋流器叶片前缘，以保证燃烧室的供油，旋流器中心直流道设计了流通孔板，以及调控圆盘，缩短了燃烧室回流区的范围，减少了烟气在高温区的滞留时间，降低nox的排放量，使得燃烧室能够稳定燃烧。
7.本发明技术方案如下：
8.一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，包括轴向旋流器叶片、燃油通道、中心直流道流通孔板以及调控圆盘，其特征在于：基于传统的单级轴向旋流器结构，本发明将燃油通道设置在中空的叶片结构内，喷油孔设置在旋流器外环相邻叶片之间，以及叶片前缘，以保证对燃烧室的供油。同时，在旋流器中心直流道设计了流通孔板以及调控圆盘，能够缩短
燃烧室回流区范围，减少烟气在高温区的滞留时间，降低nox的排放，并且保证旋流器在不同工况下，维持在合适的旋流强度，稳定燃烧室的燃烧。
9.所述单级轴向旋流器叶片，其特征在于：叶片设计成了中空结构，作为燃油流动的通道，旋流器一周共设置18个叶片结构，叶片前缘及外环相邻叶片间喷油孔直径为2mm，旋流器轴向宽度为30mm。
10.所述单级轴向旋流器中心直流道流通孔板，其特征在于：旋流器中心流道直径为45mm，中心直流道流通孔板上的流通孔直径为3.5mm，流通孔在孔板上呈中心放射状均匀分布，流通孔板厚度为8mm。
11.所述单级轴向旋流器调控圆盘，其特征在于：调控圆盘通过改变圆盘流通面积来达到调控旋流强度的目的，防止回火情况的发生，维持燃烧室的稳定燃烧，调控圆盘的最大流通面积为旋流器中心流道横截面积的1/2。
12.本发明具有以下有益效果：
13.与传统的单级轴向旋流器相比，本发明优点突出，主要表现在：将燃油通道设计在中空的旋流器叶片内，喷油孔分别设置在旋流器叶片前缘，以及旋流器外环相邻叶片之间，保证对燃烧室的供油。
14.本发明在旋流器中心直流道设计了流通孔板，以及调节旋流器旋流强度的调控圆盘，流通孔板的设计降低了单级轴向旋流器的旋流强度，缩短了燃烧室回流区的范围，减少了烟气在高温区的滞留时间，降低了燃烧室的nox排放；调控圆盘的设计，使得旋流器在不同的工况下，能够保持在合适的旋流强度，维持燃烧室的稳定燃烧。
附图说明
15.图1：一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器的正三轴测图
16.图2：一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器的整体视图
17.图3：一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器的后视图
18.图4：一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器的剖视图
19.图中：1-旋流器外环，2-旋流器叶片，3-叶片前缘喷油孔，4-外环相邻叶片间喷油孔，5-中心直流道流通孔，6-中心直流道流通孔板，7-调节圆盘，8-调节圆盘挡流板。
具体实施方式
20.现结合附图对本发明作进一步描述：
21.结合图1、图2、图3、图4，本发明为一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器。图1为本发明的正三轴测图，图2为本发明的整体视图，图3为本发明的后视图，图4为本发明的剖视图。
22.燃油流动通道设计在旋流器的中空结构，其中，旋流外环1与旋流器叶片2组成了中空燃油通道。燃油通过旋流器叶片前缘喷油孔3，以及外环相邻叶片间喷油孔4流出，保证了燃烧室的供油。部分高压气体通过旋流器中心直流道流通孔板6流入燃烧室，中心直流道流通孔5在流通孔板上呈现放射状均匀分布，降低了旋流器旋流强度，缩短了燃烧室回流区范围，减少烟气在高温区的滞留时间，降低燃烧室nox的排放量。
23.旋流器中心直流道调节圆盘7，通过调节圆盘挡流板8旋转露出的面积大小，来调
控中心直流道的气体流量，从而调节单级轴向旋流器的旋流强度，使得旋流器在燃烧室不同工况下，都能维持在稳定的旋流强度范围，保证燃烧室的稳定燃烧，并且防止旋流器发生回火现象。


技术特征：
1.一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，包括轴向旋流器叶片、燃油通道、中心直流道流通孔板以及调控圆盘，其特征在于：基于传统的单级轴向旋流器结构，本发明将旋流器叶片设计为中空结构，作为燃油的流动通道；同时，在旋流器外环各叶片之间，以及旋流器叶片前缘设置了燃油喷油孔，用来保证燃烧室的供油；旋流器中心直流道设置了流通孔板，起到降低旋流强度，缩短烟气在高温区的滞留时间，降低燃烧室nox排放的目的；旋流强度调控圆盘的设计，使得燃烧室在不同工况下，能够保持合适的旋流强度。2.根据权利要求1所述的一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，其特征在于：旋流器中心流道直径为45mm，旋流器外环直径为100mm，旋流器轴向宽度为30mm；旋流器一周共设置18个叶片结构，叶片前缘及外环各叶片间喷油孔直径为2mm。3.根据权利要求1所述的一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，其特征在于：旋流器中心直流道流通孔板上的流通孔直径为3.5mm，流通孔在孔板上呈中心放射状均匀分布，流通孔板厚度为8mm。4.根据权利要求1所述的一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，其特征在于：调控旋流器旋流强度的调控圆盘，通过改变圆盘流通面积来达到调控旋流强度的目的，圆盘最大流通面积为旋流器中心流道横截面积的1/2。

技术总结
本发明提出一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器，旋流器叶片内部为中空结构，作为燃油流动的通道，旋流器外环各叶片之间设置燃油喷油孔，同时叶片前缘也设置了喷油孔，以保证对燃烧室的供油。旋流器中心直流道设置了流通孔板，以及能够调节中心直流进气量的圆盘。旋流器中心流道的设计，可以降低旋流器的旋流强度，缩短燃烧室回流区的范围，从而减少烟气在燃烧室高温区的停留时间，降低燃烧室NOx的排放量。调节中心流道进气量的圆盘，可以在燃烧室的不同工况下，将旋流器的旋流强度稳定在合适的范围，有利于燃烧室的燃烧稳定，同时，有效的防止了回火现象的发生。的防止了回火现象的发生。的防止了回火现象的发生。


技术研发人员：张群 范颖静 夏怡真 周子豪 吴智迪 杨卓蒙
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.04.28
技术公布日：2022/8/16