CN109708144B - 一种旋流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋流器，包括：空心轴(100)；多个中空的叶片(200)，其均匀设于空心轴(100)上并与空心轴(100)连通，叶片(200)的表面为曲面并设有多个通孔(201)；多个支撑结构(300)，其与多个中空的叶片(200)对应，支撑结构(300)为三角形，其中，叶片(200)的先迎流体端与三角形的一边为一体结构，该三角形的另一边与空心轴(100)为一体结构；外壳(400)，其用于包裹多个中空的叶片(200)。通过该一体成型设计的旋流器，通过修整使其叶片的旋流数均大于0.5，从而使旋流器产生回流区，利于燃料和助燃流体的混合，另外，三角形的支撑结构能够均匀流体，使流体方向一致化，后期不需要去除。

Description

一种旋流器

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，尤其涉及一种旋流器。

背景技术

燃气轮机燃烧室满负荷时常工作在贫燃料预混状态，燃料流速可达 50m/s以上，但为了保持火焰稳定燃烧需要产生低速回流区，研究表明旋 流数大于0.5时可以产生回流区，因此常见的技术手段如下。轴向旋流器， 此方法中燃料由叶片内喷出，叶片采用直叶片或直叶片和具有一定曲率的 弯曲叶片组成，其中弯曲叶片的设计根据旋流数设计，或者采用中心旋流 器，中心旋流器用于喷射替补燃料，中心旋流器产生高旋流数的值班燃料与主燃料混合产生中心回流区；径向旋流器，采用径向进气的方式进行工 作，常使用在当燃烧室头部轴向短的E级及以下燃气轮机中，常用于实验 燃烧台、中小型燃机燃烧室、航空发动机燃烧室等，在重型燃机中一般使 用轴向旋流器或者轴向旋流器与径向旋流器结合使用；锥形旋流器，通过 半圆锥的两瓣交错排布，通过切向出气产生旋流，铸造方式制造复杂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种旋流器，以至少解决以上技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种旋流器，包括：空心轴100；多个中空的叶片200， 其均匀设于所述空心轴100上并与所述空心轴100连通，所述叶片的表面 为曲面并设有多个通孔201；多个支撑结构300，其与多个中空的叶片200 对应，支撑结构300为三角形，其中，叶片200的先迎流体端与三角形的 一边为一体结构，该三角形的另一边与空心轴100为一体结构；外壳400， 其用于包裹多个中空的叶片200。

可选地，外壳400包括固定部分401与可拆卸部分402，固定部分401 与多个中空的叶片200的叶顶为一体结构，可拆卸部分402与固定部分401 分离时，使多个中空的叶片200露出。

可选地，空心轴100、多个中空的叶片200、多个支撑结构300及外 壳的固定部分401一体成型。

可选地，空心轴100、多个中空的叶片200、多个支撑结构300及外 壳的固定部分401通过增材制造一体成型。

可选地，采用增材制造技术依次打印空心轴100、多个支撑结构300、 外壳的固定部分401及多个中空的叶片200。

可选地，中空的叶片200的数量为8个。

可选地，每一中空的叶片200上的通孔201数量为4个。

可选地，多个中空的叶片200中每一中空的叶片200均包括一吸力面 202、一压力面203、一前缘204、一后缘205及一叶顶面206，其中，吸 力面202和压力面203用于改变流体的流向，叶顶面206用于沿流体方向 将吸力面202和压力面203密封连接，吸力面202与压力面203在先迎流体端通过前缘204密封连接，在后迎流体端通过后缘205密封连接，吸力 面202设有2个通孔201，压力面203设有2个通孔201。

可选地，固定部分401和/或可拆卸部分402外表面设有定位卡口403， 用于与外部结构固定。

可选地，多个支撑结构300中每一支撑结构的一边与叶片200的的前 缘204重合。

(三)有益效果

本发明提供了一种旋流器，提供了一种一体成型设计的旋流器，通过 修整使其叶片的旋流数均大于0.5，从而使旋流器产生回流区，利于燃料 和助燃流体的混合，同时该结构没有不必要结构，结构轻便。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例的旋流器的立体图；

图2示意性示出了本公开实施例的旋流器的主视图；

图3示意性示出了本公开实施例的旋流器多方向的示意图，其中，图3B示意性示出了本公开实施例的旋流器的正视图，图3A示意性示出了本 公开实施例的图3B对应的剖视图，图3C示意性示出了本公开实施例的图 3B对应的左视图，图3D示意性示出了本公开实施例的图3C对应的剖视 图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种旋流器，旋流器用于使流体产生旋流，参见图1和 图2，该旋流器包括：空心轴100；多个中空的叶片200，其均匀设于空心 轴100上并与空心轴100连通，叶片200的表面为曲面并设有多个通孔 201；多个支撑结构300，其与多个中空的叶片200对应，支撑结构为三角 形，其中，叶片200的先迎流体端与三角形的一边为一体结构，该三角形 的另一边与空心轴100为一体结构；外壳400，其用于包裹多个中空的叶片200。本公开实施例中的示意的旋流器适应于30～40MW量级低污染燃 烧室内。

具体的，如图3所示，图3B为该旋流器的正视图，图3C为图3B中 的正视图对应的左视图，图3D为图3C中B-B部分对应的剖视图，图3A 为图3B中正视图的A-A处对应的剖视图，空心轴100，该空心轴端面设 有一圆孔101，该圆孔部分或全部贯通该空心轴100，该空心轴内为中空 设计，燃料可以通过该空心轴中的中空部进入叶片200，在增材制造中该 空心轴用于生长叶片等装置以生成完整的旋流器；

多个中空的叶片200，多个中空的叶片均匀设于空心轴100的一端， 多个中空的叶片200中的每一中空的叶片200均由一吸力面202、一压力 面203、一前缘204、一后缘205及一叶顶面206组成，其中，吸力面202 和压力面203用于改变流体的流向，叶顶面206用于沿流体方向将吸力面 202和压力面203密封连接，吸力面202与压力面203在先迎流体端通过前缘204连接，在后迎流体端通过所述后缘205密封连接；吸力面202、 压力面203、前缘204、后缘205及叶顶面206组成中空叶片200，中空的叶片200与空心轴100中的圆孔101贯通，多个中空的叶片200的每一中 空的叶片200均包括多个数量的通孔201；具体的，叶片200的个数由实 际的燃烧情况设定，本公开实施例中优选为8个叶片，可以根据流体情况 进行设定，多个中空的叶片200设置在空心轴100的一端，按相同的安装方向，安装于空心轴100的四周，多个中空的叶片200中的每一叶片均由 五部分组成即吸力面202、压力面203、前缘204、后缘205及叶顶面206，其中，吸力面202和压力面203用于改变流体的流向，该吸力面202和压 力面203均为曲面，均是基于可控扩散叶型方法进行设计得到，使得其旋 流数均大于0.5，以使流体产生旋流区，叶顶面206用于沿流体方向将吸力面202和压力面203连接，其设于叶片的叶顶201处，将压力面203和 吸力面202相对于空心轴100的顶部进行密封。另外还需要将压力面203 和吸力面202的迎流体端进行密封，对吸力面202与压力面203在先迎流 体端通过前缘204连接，在后迎流体端通过后缘205连接，通过以上方式， 吸力面202、压力面203、前缘204、后缘205及叶顶面206组成中空叶片 200，叶片200与空心轴100连接处贯通，使得空心轴中的燃料等流体可 以流入叶片200，该叶片200上设有多个通孔201，具体通孔201的数量可以根据燃料的掺混度、燃料所需的流量以及该旋流器的所在燃烧室的负荷进行确定，本公开实施例中该压力面202和吸力面203上均优选设置2 个通孔201。采用此方法设计的叶型使得气流持续加速到叶型最大厚度处， 进而使得该叶片周围的流体不会出现逆压梯度，不会产生流体分离，在叶 片尾缘部分的旋流数不小于0.5。

多个支撑结构300，多个支撑结构300的数量与多个中空的叶片200 的数量相同，每一支撑结构300均与一中空的叶片200的前缘204连接， 每一支撑结构300的形状可以为类三角形，由于使用增材制造技术对旋流 器进行制造，由空心轴100的非安装叶片端进行打印制造，逐渐向上打印， 如图2所示的打印方向，因此在打印叶片200时需要有与叶片200连接的 过渡段实现对叶片200进行打印时的支撑，因此该支撑结构300由图3所 示的底端逐渐打印的过程中对应的高度逐渐生长，待打印至叶片部分时该 支撑结构300的高度与叶片200叶高相同，因此该支撑结构300可以是类 三角形或其他逐渐长高的形式。另外紧挨叶片顶部的部分还可以设置一体打印的外壳的固定部分401，外壳有固定部分401和可拆卸部分402(图 中未示出)组成，该外壳400设于叶片200的外围并与叶片的叶顶面206 连接，该外壳400上还可以设置定位卡口403，可与外部结构进行固定。

因此在制造时，可以根据旋流器所在燃烧室的负荷，燃料的掺混度、 燃料流量等参数设置计算得到所需的中空的叶片200个数及中空的叶片上 的通孔201数量。本公开实施例中优选的中空的叶片200个数为8个，每 一中空的叶片的压力面202和吸力面203均设有2个通孔201。使用可控 扩散叶型方法对中空的叶片200进行修整，使得整个中空的叶片200的旋 流数不小于0.5，以产生回流区，另外使得气流持续加速到叶型最大厚度 处，进而使得该叶片200周围的流体不会出现逆压梯度，不会产生流体分 离。根据燃料速度和流量等参数确定空心轴内圆孔101的直径。根据中空 的叶片200安装于空心轴100后的尺寸确定外壳400的尺寸以使该外壳 400和中空的叶片200完全配合便于打印，并根据中空的叶片200的高度 设计支撑结构300，形成打印时的必要支撑，同时多个支撑结构300在空 心轴100上生成的类似栅栏的结构，该支撑结构300与叶片200连接使其 可以作为叶片的一部分使流体方向一致化，使来流更加均匀，同时该支撑结构300后期不需要去除。外壳400上还可以设置定位卡口403，用于与 外部装置进行固定。根据上述获得的中空的叶片200、空心轴100、支撑 结构300及外壳400的尺寸建立旋流器模型。采用增材制造技术上述设计 的旋流器模型生成旋流器。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种旋流器，其特征在于，包括：

空心轴（100）；

多个中空的叶片（200），其均匀设于所述空心轴（100）上并与所述空心轴（100）连通，所述叶片（200）的表面为曲面并设有多个通孔（201）；

多个支撑结构（300），其与所述多个中空的叶片（200）对应，所述支撑结构（300）为三角形，其中，所述叶片（200）的先迎流体端与所述三角形的一边为一体结构，该三角形的另一边与所述空心轴（100）为一体结构；

外壳（400），其用于包裹所述多个中空的叶片（200），其中，

所述外壳（400）包括固定部分（401）与可拆卸部分（402），所述固定部分（401）与所述多个中空的叶片的叶顶为一体结构；

所述空心轴（100）、多个中空的叶片（200）、多个支撑结构（300）及外壳的固定部分（401）一体成型，

其中，所述空心轴（100）、多个中空的叶片（200）、多个支撑结构（300）及外壳的固定部分（401）通过增材制造一体成型；采用增材制造技术依次打印空心轴（100）、多个支撑结构（300）、外壳的固定部分（401）及多个中空的叶片（200）；

所述固定部分（401）和/或可拆卸部分（402）外表面设有定位卡口（403），用于与外部结构固定；

所述多个支撑结构（300）中每一支撑结构的一边与所述叶片的前缘（204）重合。

2.根据权利要求1所述的旋流器，其特征在于，所述可拆卸部分与所述固定部分分离时，使所述多个中空的叶片露出。

3.根据权利要求1所述的旋流器，其特征在于，所述中空的叶片（200）的数量为8个。

4.根据权利要求1所述的旋流器，其特征在于，每一所述中空的叶片上的通孔（201）数量为4个。

5.根据权利要求4所述的旋流器，其特征在于，多个所述中空的叶片中每一中空的叶片均包括一吸力面（202）、一压力面（203）、一前缘（204）、一后缘（205）及一叶顶面（206），其中，所述吸力面（202）和压力面（203）用于改变所述流体的流向，所述叶顶面（206）用于沿流体方向将所述吸力面（202）和压力面（203）密封连接，所述吸力面（202）与压力面（203）在先迎流体端通过所述前缘（204）密封连接，在后迎流体端通过所述后缘（205）密封连接，所述吸力面（202）设有2个所述通孔（201），所述压力面（203）设有2个所述通孔（201）。