CN101668989A - 旋流器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种旋流器(1)，旋流器包括：盘(2)，该盘与旋流器(1)的中心轴线(3)垂直；多个叶片横截面(4)，该叶片横截面布置在盘(2)上，并围绕中心轴线(3)径向定位；以及多个扭曲叶片(5)。

Description

旋流器
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射系统和进一步减少空气污染物(如氮氧化物(NOx))的改进。
背景技术
空气污染是全世界都关注的问题，许多国家制定了更严格的法律以进一步限制燃气涡轮发动机的污染物排放，或对合乎环境卫生的设施提供财政或其他补贴。尽管减少燃气涡轮发动机NOx排放的现有技术正向正确的方向迈进，但是仍然存在进一步改进的需要。
降低燃烧火焰的温度有两种主要方法。第一种是利用燃料在空气中的精细分布，生成低燃料比的燃料/空气混合物。存在于贫油预混燃烧室的反应区中的过量空气热质量吸收热量，将燃烧产物的温升限制在热NOx不会过度形成的水平上。第二种方法是在燃烧前提供燃料和空气的彻底混合。混合越好，燃料浓度显著高于平均水平的区域就越少，高于平均温度的区域越少，热NOx百分比就越低。
在燃气涡轮发动机中，燃料和空气的预混合的发生通常是通过将燃料喷射到位于燃烧区上游的燃烧室旋流区中的空气流中。在混合物进入燃烧区之前，该旋流产生燃料和空气的混合。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋流器，允许气态燃料和压缩空气更好的预混合，以提供均匀的燃料/空气混合物，从而减少NOx的形成。另一目的是提供具有改进的旋流器的燃烧器。还有一目的是提供具有改进的旋流器的燃气涡轮。
这些目的由权利要求实现。从属权利要求描述了本发明有益的改进和变更。
本发明的旋流器结合了改进的径向旋流器组件。该改进通过部分扭曲的径向旋流器得到最好的描绘。
不同于空气流入主要进入旋流器、并由风板作用转向的轴向旋流器，本发明的旋流器允许空气越过旋流槽或叶片部分的整个长度而进入旋流器，在该整个长度上空气被转向进入旋流运动。
这样构造的额外优点是，扭曲叶片确保了空气进入流是“翻滚”的，因此提供了提高燃料空气混合的方法。
现有技术都未把沿旋流叶片产生次级湍流以协助燃料空气混合作为目标。
在有益的布置中，扭曲叶片包括在扭曲叶片的基底部分处的直的部分。这种特征为进入旋流器组件的任何反向流都提供了限定很好的剪切层区域。这是有益的，因为它增加了该区域中任何火焰的稳定性。直的部分的高度不应超过扭曲叶片高度的50％，以便受益于在扭曲部分中产生的次级湍流。因此，它也有益于以达到120°的角度扭曲叶片。但是，角度明显不同于120°的扭曲叶片也将提供所需的次级湍流。
通过这种设计实现了气态燃料和压缩空气的更好预混合，并获得均匀的燃料/空气混合物，以减少NOx的形成。
附图说明
现在将参照附图进一步描述本发明，其中：
图1示出了现有技术径向旋流器的透视图，
图2示出了根据本发明的旋流器的透视图，
图3显示了根据本发明的带有扭曲叶片的旋流器另一透视图。
附图中相似的标记代表了相似或相同的部件。
具体实施方式
参照图1，其示出了现有技术中典型的径向旋流器1。径向旋流器1的转动叶片9布置在与旋流器1主体的中心轴线3垂直的第一盘2上。叶片9为扇形，叶片具有基本三角形的横截面4(见图3)、矩形侧面13和略微弯曲的外表面10。转动叶片9以其远离第一板2示出的侧面固定至第二盘8上。旋流器通道14由旋流器叶片9的相对的侧面13、第一盘2的表面以及第二盘8的表面形成。第二盘8连接到预燃烧室11。
旋流器1的这种构造迫使气流(如箭头所示)在通道14中径向向内朝着旋流器1主体的中心轴线3运动。用这种简单的现有技术的直叶片几何形状，径向旋流器1已经能够产生强大的旋流和彻底的混合，几乎不考虑空气动力学尾流问题。
图2示出了本发明的旋流器1的实施方式。转动叶片9的对应基底部分6布置在垂直于旋流器1主体的中心轴线3的第一盘2上，叶片9的横截面4(见图3)基本上为三角形。不同于现有技术，叶片9是扭曲的，并且将称之为扭曲叶片5。图2的实施方式包括带有直的基底部分6和扭曲部分7的扭曲叶片5。直的基底部分6具有由叶片横截面4(见图3)平行于旋流器1中心轴线3平移而描绘的形状，而扭曲部分7具有由叶片横截面4沿中心轴线3进一步平移叠加上叶片横截面4围绕中心轴线3旋转而描绘的形状。
参照图3，示出了本发明的没有第二盘8和预燃烧室11(见图1和2)的旋流器1，在这里，扭曲叶片5布置在第一盘2上。从该图可以清楚地看到基本三角形的叶片横截面4。图3示出了沿扭曲叶片5产生的次级湍流12，其改善了燃料/空气混合。

Claims (8)

1.一种旋流器(1)，包括：
盘(2)，该盘(2)垂直于旋流器(1)的中心轴线(3)；
多个叶片横截面(4)，该多个叶片横截面(4)布置在盘(2)上并围绕中心轴线(3)径向定位；以及
多个扭曲叶片(5)，该多个扭曲叶片(5)布置在叶片横截面(4)上。
2.如权利要求1所述的旋流器(1)，其特征在于：进一步包括布置在横截面(4)上并包括在扭曲叶片(5)中的直的基底部分(6)。
3.如权利要求2所述的旋流器(1)，其特征在于：所述直的基底部分(6)具有由叶片横截面(4)平行于中心轴线(3)平移而描绘的形状。
4.如权利要求1所述的旋流器(1)，其特征在于：所述扭曲叶片(5)的扭曲部分(7)具有由叶片截面(4)沿中心轴线(3)平移叠加上围绕中心轴线(3)旋转而描绘的形状。
5.如权利要求1或4所述的旋流器(1)，其特征在于：旋转角度达到120°。
6.如权利要求2或3所述的旋流器(1)，其特征在于：所述直的基底部分(6)的高度小于扭曲叶片高度的50％。
7.一种燃烧器，该燃烧器包括前述任意权利要求所述的旋流器(1)。
8.一种涡轮发动机，该涡轮发动机具有权利要求7所述的燃烧器。
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