[發明專利]軸向旋流器

有效

• 申請號: 201310543081.5
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103807879A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: F.比亞吉奧里;M.N.波亞帕卡姆;R.森尼;K.斯耶德
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;嚴志軍

技術領域

本發明涉及根據權利要求1的前序部分的軸向旋流器，其特別用于在燃氣渦輪中實現預混合目的，而且本發明進一步涉及用于燃燒室的、具有這種軸向旋流器的噴燃器。特別地，本發明涉及用于將至少一種氣體和/或液體引入到噴燃器中的軸向旋流器。此外，本發明涉及運行這種噴燃器的方法。

背景技術

旋流器在各種技術應用中被用作混合裝置。對旋流器的優化旨在減少獲得規定程度均勻性的混合物所需的能量。在連續的流混合中，混合裝置上的壓降是所需能量的度量。另外，獲得規定程度的均勻性所需的時間和空間是用于評估混合裝置或混合元件的重要參數。旋流器典型地用于混合兩種或更多種連續的流體流。軸向旋流器最常用作燃氣渦輪燃燒器中的預混合器。

所謂的旋流數s_n刻畫軸向旋流器的旋流強度。旋流數被定義為方位動量的軸向通量和軸向動量的軸向通量乘以旋流器半徑的得數之間的比率。旋流數是由旋流器引起的環形流中的旋流的強度的表示。

對于傳統的軸向旋流器，所需再循環區僅在旋流數等于或大于大約0.4時形成。旋流數越大，壓降就越高，從而導致不利的損失能量。

在上游噴射燃料的傳統軸向旋流器典型地在燃料噴射位置處產生不利的尾流和再循環區域。

通過旋流器(所謂的旋流噴嘴)來噴射燃料的軸向旋流器需要良好的空氣–燃料混合旋流數，旋流數非常高，以至于難以避免在燃料噴射位置和后緣處有尾流和流分離區域。

雙環形逆時針旋轉式軸向旋流器產生沿徑向改變的速度分布，這不利于燃燒過程，例如因為抗攏焰性差和燃燒動態差。

發明內容

本發明的目標是提供一種特別用于在燃氣渦輪中預混合氧化劑(例如空氣)和燃料的較有效的軸向旋流器，其具有改進的混合特性，即，關于旋流器上的給定氣體壓降產生提高的混合均勻性和穩定性。

提出一種在僅使用最小壓降時產生混合均勻性高的混合物的旋流器。另外，提出具有這種旋流器的噴燃器。提出這種噴燃器來例如提高燃氣渦輪發動機效率，提高燃料容量，以及簡化設計。

以上和其它目標由特別用于在燃氣渦輪中預混合氧化劑和燃料的軸向旋流器實現，軸向旋流器包括具有流線型橫截面的一系列或多個旋流導葉，各個旋流導葉具有前緣、后緣，以及吸力側和壓力側。吸力側和壓力側各自在所述前緣和所述后緣之間延伸。旋流導葉布置成圍繞旋流器軸線，其中，所述前緣基本沿徑向方向沿徑向向外延伸，以及其中，流槽形成于各個旋流導葉的吸力側和其最緊鄰的旋流導葉的壓力側之間。至少一個旋流導葉在其后緣處的拱弧線(camber?line)的切線和旋流器軸線之間具有出流角，出流角隨著離旋流器軸線的徑向距離的增大而單調增大。

優選的是，所有旋流導葉都設有這種單調增大的出流角。

隨著離軸線的徑向距離的增大而增大的出流角導致隨著徑向距離的增大而增大的旋流。

所述出流角位于后緣處，并且可單調增大(即，它可在離旋流器軸線的距離的某個但不是全部范圍內是恒定的)，或者可嚴格單調增大(即，它在整個范圍內增大；不存在其中出流角保持恒定的子范圍)。

通過旋流導葉的、平行于旋流器的旋流器軸線的剖面顯示了所述流線型橫截面。

根據優選實施例，軸向旋流器的旋流導葉形成為使得出流角α對所述徑向距離R的依賴性的隱含地由以下函數給出：

tan[α(R)]?=?K?·?R^β?+?H，

其中β是指數，其范圍為1到12，優選為1至10，更優選為3至8，并且特別是7。K和H是選定的常數，使得

i)?在最小徑向距離R_min處的出流角α(R_min)的范圍為0度至25度，優選0度或5度至20度；以及

ii)?在最大徑向距離R_max處的出流角α(R_max)的范圍為30度至60度，優選為30度至50度，更優選為35度至45度。

最小徑向距離R_min是從旋流器軸線到旋流導葉內側或內部側表面的距離。最大徑向距離R_max是從旋流器軸線到旋流導葉的外側或外部側表面的距離。如果旋流導葉設置在環形殼體中，因而R_min是由殼體的內部限制壁描述的圓柱的半徑，而R_max是由殼體的外部限制壁描述的圓柱的半徑。因而環帶沿徑向方向從R_min延伸到R_max。