一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器的制作方法

本发明涉及一种燃气轮机的零部件，具体涉及一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器。

背景技术：

在燃气涡轮发动机中，空气被压气机压缩，并在燃烧室内与燃料混合燃烧产生流向下游的热燃气流，并通过提取能量的各级涡轮，高压涡轮带动压气机，低压涡轮则通过带动风扇，例如在一典型的航空用涡轮风扇式燃气涡轮发动机内的上游风扇而做有用功。燃烧室的性能对于燃气涡轮发动机的总体性能是十分重要的，压缩空气在燃烧室与燃油混合，成为燃油与空气的混合物，然后点火燃烧产生燃气。燃气轮机燃烧室中的旋涡流动用于稳定火焰，并促进燃料与空气的混合，因而，旋涡流动是燃气涡轮发动机燃烧室空气动力学必不可少的组成部分，旋涡流动一般通过各种形式的旋流器来实现，常用的旋流器主要有两种形式：轴流式旋流器和径向式旋流器；旋流器种类的选用主要取决于燃烧室内的空气流向，直流式燃烧室的头部旋流器多以轴流式旋流器为宜，回流式燃烧室则多以径向旋流器为宜。

判断旋流器的旋流强度，一般用旋流数来定义，旋流数越大，旋流强度越高，意味着流体旋涡越强。在贫燃预混燃烧室中，旋流数尤为重要，因为旋流数太小会造成燃烧回流区无法形成，火焰不稳定，燃烧不完全；然而当旋流数过大(re>18000)，会在旋流器下游出现旋涡中心进洞现象，会产生很强的旋涡脱落现象，伴随低频、相当振幅的压力振荡，这是预混贫燃燃烧室比较易产生振荡现象的根本原因。

一般情况下，燃气轮机包括具有旋流器的燃烧室，连同其中的燃料喷嘴(或旋流燃料喷嘴)。喷嘴内的每一个旋流器都包括一个或多个通道，以用于将燃料空气混合物(或仅将空气)传递到燃烧室。该旋流燃料喷嘴用于对火焰进行稳定，并在点火之前改善燃料与空气的混合，该旋流器包括多个从喷嘴起延伸的叶片，并且具有气动轮廓，旋流器叶片常常包括通道,以用于向在该旋流器叶片的表面上的燃料孔提供燃料。当燃料从燃料孔排出时,燃料与流过该旋流器叶片的流体通常为空气进行混合。通常，旋流器叶片在该旋流器叶片的后缘附近处具有弯折,其可在该旋流器中或该旋流器的下游产生流的分离,这增大了逆燃和火焰稳定发生的可能性。为解决这些流动问题,一种常用的方法是对叶片轮廓进行改动。每次改动都需要新的铸造过程以及铸件加工。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器。所述燃烧室旋流器包括多个叶片以及旋流器前后挡板和子弹头状的中心锥，该径向旋流器结构简单，制造方便，适宜与燃烧室前部的气流流动方相配合，叶片表面波纹式有沟壑，叶片内部沿轴向设置有相互分隔的空腔，用于输运燃油，尾部为正弦波形，有效改善旋流效果。

技术方案

本发明的目的在于提供一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器，允许良好的燃料和空气器混合(特别是液体燃料和空气的混合)，并最大可能的均匀气流，使燃烧室旋流器产生的气流旋涡更加可靠有效。

本发明技术方案如下：

为解决其技术问题，本发明一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器包括前后挡板，波形叶片，子弹头状的中心锥。

所述波形叶片，其特征在于：叶片上下两平面分别与旋流器前后挡板相连，叶片整体呈流线型结构，侧壁为波纹面存在沟壑，叶片前缘有凸出，尾缘为正弦波形，叶片为中空结构，设置有互相分隔的两个空腔(前腔和后腔)，用于燃油运输，前缘内外各开有一排喷孔，喷孔的形状除基础圆形之外还可以采用长缝形、矩形、多边形，叶片沿圆面半径轴线倾斜夹角30°，同时叶片相对中心轴线沿圆周方向均匀分布，共10个叶片，间隔中心角36°，前缘与尾缘略小于挡板外径与内径约2mm～4mm。

所述子弹头状的中心锥，其特征在于：中心锥柱体直径约为气流出口的三分之一，其上喷口采用直射多出口式，中心处主喷口直径约0.1mm，侧边沿圆周方向均匀分布两排数量均为10的辅助喷口，直径约0.05～0.08mm。

本发明具有以下有益效果：

本发明是一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器，其中波浪叶片通过整体流线型的设计结构，表面沟壑状，使得气流流过通道时，气流通过叶片前缘时受到阻力更小，分布更为均匀，改善气流条件，尾缘正弦波形，在气流流动方向上具有周向偏转，使气流受到一定的作用力，且处于流向涡流区，加强了局部扰动，能够使上游燃料气和空气混合更为均匀，形成质量更好地混合气；叶片内部设置有相互间隔的空腔，分别为前腔和后腔，空腔运输混合燃料气体，使燃料气能充分达到通道深处，前后空腔有通道相连，燃料气将从前缘处的喷口喷出，加长油气混合的距离，使油气混合更加充分。

附图说明

图1：本发明的径向旋流器结构示意图

图2：本发明的径向旋流器叶片分布图

图3：本发明的径向旋流器叶片结构示意图

图中：1、旋流器前挡板，2、波浪式叶片，3、中心锥，4、旋流器后挡板，5、叶片前腔，6、叶片后腔，7、叶片前缘喷口，8、叶片前缘，9、叶片后缘，10、中心喷口。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1、图2、图3，本发明提供：本发明提出一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器，能够有效改善气流流动分布和油气混合情况，产生稳定高质量混气和旋流涡。图1为本发明径向旋流器结构示意图，径向旋流器前挡板(1)、波浪式叶片(2)、中心喷口(3)、后挡板(4)；图2为径向旋流器叶片分布图、图3为径向旋流器叶片结构示意图，可清晰看出波浪式叶片的结构，叶片前腔(5)、叶片后腔(6)、叶片前缘喷口(7)。

径向旋流器前挡板(1)和后挡板(4)为了使气流能够沿径向流入并在经过旋流器叶片后能够使气流回到沿中心轴方向流动，在旋流器后部产生稳定旋流；旋流器叶片采用波浪叶片(2)，叶片整体为流线型设计，前缘在来流方向有凸起，预期会产生相互反向旋转的涡流，以维持空气或空气燃料混合物的流动，进而改善火焰稳定性，并减小在旋流器上的压降；前缘内外两侧有斜孔喷喷孔，喷孔的形状除基础圆形之外还可以采用长缝形、矩形、多边形，均采用斜孔，将燃油向斜后方喷出，在旋流器开端就初步进行燃油与空气的混合，少部分燃油随空气还会撞击在中心锥壁面上产生二次破碎，改善油气混合的情况；尾缘正弦波形，与在气流流动方向上具有周向偏转，使得气流在流动方向受到一定的作用力，且处于流向涡流区，加强了局部扰动，能够使上游燃料气和空气混合更为均匀，形成质量更好地混合气；叶片内部设置有相互间隔的空腔，分别为前腔和后腔，空腔运输混合燃料气体，使燃料气能充分达到通道深处，前后空腔有通道相连，燃料气将从前缘处的喷口喷出，加长油气混合的距离，使油气混合更加充分。

技术特征：

技术总结
本发明所要解决的技术问题是提出一种具有波浪式叶片的新型径向旋流器，所述燃烧室旋流器包括多个叶片、旋流器前后挡板和子弹头状的中心锥，该径向旋流器结构简单，制造方便，适宜与燃烧室前部的气流流动相配合，叶片表面波纹式有沟壑，叶片内部沿轴向设置有相互分隔的空腔，用于输运燃油，尾部为正弦波形，有效改善旋流效果，从而使燃料气和空气混合更为均匀，形成质量更好地混合气。

技术研发人员：张群;曹婷婷;杨福正;李程镐;刘强;王鑫;海涵;张鹏
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2018.11.14
技术公布日：2019.03.29