本發(fā)明屬于噴嘴，具體涉及一種徑向復合噴嘴結構。

背景技術：

1、航空發(fā)動機或地面燃氣輪機中的噴嘴，需要滿足在小狀態(tài)下的點火性能、大狀態(tài)下的污染排放性能和全工況下的燃燒穩(wěn)定性；而目前通常采用中心為擴散噴嘴+外側為預混噴嘴的模式，但中心擴散噴嘴需要保持持續(xù)燃燒的工作狀態(tài)，影響污染排放，而外側預混噴嘴則存在回火等風險；此外，其結構排布不便于整體的緊湊性設計，對布置環(huán)境和布置方式有較高的要求，影響其應用的廣泛性。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種徑向復合噴嘴結構。

2、本發(fā)明提供如下技術方案：一種徑向復合噴嘴結構，包括噴嘴主體；所述噴嘴主體上由中心向外設有依次同軸排布的第一燃料通道、第一空氣通道、第二燃料通道及第二空氣通道；

3、所述第一空氣通道的通道側壁上開設有一組等寬度、傾斜設置的徑向旋流葉片通道，相鄰的兩個徑向旋流葉片通道之間形成徑向旋流葉片；所述第一燃料通道為變截面通道，使得第一燃料通道內(nèi)形成一段沿著燃料流向橫截面積逐漸增大的通道，并使得第一空氣通道內(nèi)形成一段沿著空氣流動方向橫截面積逐漸減小的通道；所述第一燃料通道與第一空氣通道連通，經(jīng)由第一燃料通道的燃料與流入第一空氣通道中的旋流空氣混合形成旋流混合氣體，并在噴嘴下游形成回流區(qū)；

4、所述第二空氣通道與第二燃料通道連通，經(jīng)由第二空氣通道流入的空氣與經(jīng)由第二燃料通道流入第二空氣通道中的燃料混合后流出。

5、進一步的，所述噴嘴主體上還設有位于噴嘴主體中部的燃料進口腔及位于噴嘴主體外側的空氣進口腔；燃料經(jīng)由燃料進口腔分別流入第一燃料通道及第二燃料通道中；空氣經(jīng)由空氣進口腔分別流入第一空氣通道及第二空氣通道中。

6、進一步的，所述噴嘴主體內(nèi)設有燃料分配腔，燃料通過燃料進口腔并經(jīng)由燃料分配腔分配至第一燃料通道及第二燃料通道中；所述燃料分配腔橫截面的面積大于燃料進口腔橫截面的面積；所述燃料進口腔、燃料分配腔及第一燃料通道同軸設置。

7、進一步的，一組徑向旋流葉片通道沿著第一空氣通道的中心軸線呈圓周均勻分布，且傾斜設置，其切向角度為30°～60°；所述徑向旋流葉片的寬度為1-5mm，并由外向內(nèi)逐漸減小。

8、進一步的，所述第一燃料通道上的第一燃料通道外側壁沿著燃料流動方向依次包括第一平直段、擴張段和第二平直段；擴張段的橫截面積沿著燃料流動方向逐漸增大，第一平直段的下端與擴張段的上端之間、擴張段的下端與第二平直段上端之間平滑過渡；所述第二平直段上設有一組與第一空氣通道連通的第一燃料噴射孔。

9、進一步的，一組第二燃料通道設置在第一空氣通道的外壁內(nèi)，其遠離燃料分配腔的中心軸線，并沿著燃料分配腔的中心軸線呈圓周均勻間隔排布，以便于燃料在一組第二燃料通道之間均勻分配。

10、進一步的，所述第二燃料通道的末端設有與第二空氣通道連通的第二燃料噴射孔；經(jīng)由第二燃料噴射孔燃料的流動方向與第二空氣通道中空氣的流動方向相垂直。

11、進一步的，所述第二空氣通道的底部設有一組空氣門洞，所述徑向旋流葉片通道的數(shù)量與空氣門洞的數(shù)量相同，且徑向旋流葉片通道位于兩個空氣門洞之間；所述第二燃料噴射孔與空氣門洞一一對應設置。

12、進一步的，經(jīng)由第一燃料通道的燃料和流入第一空氣通道的旋流空氣在噴嘴下游形成擴散旋流燃燒模式；經(jīng)由第二燃料通道的燃料和流入第二空氣通道的空氣在噴嘴下游形成微混燃燒模式。

13、通過采用上述技術，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

14、1)本發(fā)明通過對進入噴嘴的燃料和空氣進行再分配來實現(xiàn)不同的燃燒模式，能夠滿足小狀態(tài)下的點火性能、大狀態(tài)下的污染排放性能和全工況下的燃燒穩(wěn)定性的需求，提高了噴嘴的集成化、緊湊性設計，且便于加工安裝；

15、2)本發(fā)明中，通過設置傾斜的徑向旋流葉片，在第一空氣通道內(nèi)形成旋流氣流，且基于第一燃料通道上擴張段的設置，使得第一空氣通道內(nèi)形成一段沿著空氣流動方向橫截面積逐漸減小的通道，提高了氣流的流速，更容易將燃料吹向下游，并防止回火；并基于伯努利效應壓力流速增加、壓力減小的原理，便于從第一燃料噴射孔中吸取燃料；

16、3)本發(fā)明中，基于變截面第一燃料通道的設置，配合徑向旋流葉片，不僅可以形成尺寸較大的回流區(qū)、有效降低混合氣流速、提高點火成功率，還能形成擴散旋流燃燒模式，為外圍燃燒提供穩(wěn)定的點火源；此外，擴散旋流燃燒較為穩(wěn)定，可以有效降低整個噴嘴和燃燒室的熱聲震蕩，增強燃燒穩(wěn)定性。

17、4)本發(fā)明中，第二燃料通道的排布設置，能夠便于燃料在多個第二燃料通道之間進行均勻分配；且通過第二燃料噴射孔的設置，使得燃氣及空氣氣流形成交叉混合加強了燃料和空氣之間的摻混，形成微混合的效果，進而能夠形成微混燃燒模式，能極大減小nox的排放，且避免回火現(xiàn)象的產(chǎn)生。

技術特征：

1.一種徑向復合噴嘴結構，包括噴嘴主體；其特征在于，所述噴嘴主體上設有由中心向外依次同軸排布的第一燃料通道(30)、第一空氣通道(60)、第二燃料通道(40)及第二空氣通道(70)；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，所述噴嘴主體上還設有位于噴嘴主體中部的燃料進口腔(10)及位于噴嘴主體外側的空氣進口腔(50)；燃料經(jīng)由燃料進口腔(10)分別流入第一燃料通道(30)及第二燃料通道(40)中；空氣經(jīng)由空氣進口腔(50)分別流入第一空氣通道(60)及第二空氣通道(70)中。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，所述噴嘴主體內(nèi)設有燃料分配腔(20)，燃料通過燃料進口腔(10)并經(jīng)由燃料分配腔(20)分配至第一燃料通道(30)及第二燃料通道(40)中；所述燃料分配腔(20)橫截面的面積大于燃料進口腔(10)橫截面的面積；所述燃料進口腔(10)、燃料分配腔(20)及第一燃料通道(30)同軸設置。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，一組徑向旋流葉片通道(52)沿著第一空氣通道(60)的中心軸線呈圓周均勻分布，且傾斜設置，其切向角度為30°～60°；所述徑向旋流葉片(61)的寬度為1-5mm，并由外向內(nèi)逐漸減小。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，所述第一燃料通道(30)上的第一燃料通道外側壁(34)沿著燃料流動方向依次包括第一平直段(341)、擴張段(342)和第二平直段(343)；擴張段(342)的橫截面積沿著燃料流動方向逐漸增大，第一平直段(341)的下端與擴張段(342)的上端之間、擴張段(342)的下端與第二平直段(343)上端之間平滑過渡；所述第二平直段(343)上設有一組與第一空氣通道(60)連通的第一燃料噴射孔(32)。

6.根據(jù)權利要求4所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，一組第二燃料通道(40)設置在第一空氣通道(60)的外壁內(nèi)，其遠離燃料分配腔(20)的中心軸線，并沿著燃料分配腔(20)的中心軸線呈圓周均勻間隔排布，以便于燃料在一組第二燃料通道(40)之間均勻分配。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，所述第二燃料通道(40)的末端設有與第二空氣通道(70)連通的第二燃料噴射孔(41)；經(jīng)由第二燃料噴射孔(41)燃料的流動方向與第二空氣通道(70)中空氣的流動方向相垂直。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，所述第二空氣通道(70)的底部設有一組空氣門洞(71)，所述徑向旋流葉片通道(52)的數(shù)量與空氣門洞(71)的數(shù)量相同，且徑向旋流葉片通道(52)位于兩個空氣門洞(71)之間；所述第二燃料噴射孔(41)與空氣門洞(71)一一對應設置。

9.根據(jù)權利要求1-8所述的一種徑向復合噴嘴結構，其特征在于，經(jīng)由第一燃料通道(30)的燃料和流入第一空氣通道(60)的旋流空氣在噴嘴下游形成擴散旋流燃燒模式；經(jīng)由第二燃料通道(40)的燃料和流入第二空氣通道(70)的空氣在噴嘴下游形成微混燃燒模式。

技術總結
一種徑向復合噴嘴結構，屬于噴嘴技術領域。本發(fā)明通過對進入噴嘴的燃料和空氣進行再分配來實現(xiàn)不同的燃燒模式，能夠現(xiàn)有需求的基礎上，提高了噴嘴的集成化設計；通過設置傾斜的徑向旋流葉片及變截面設計的第一燃料通道，能夠容易將燃料吹向下游、防止回火，并便于從第一燃料噴射孔中吸取燃料；基于變截面第一燃料通道的設置，配合徑向旋流葉片，不僅可以形成尺寸較大的回流區(qū)、有效降低混合氣流速、提高點火成功率，還能形成擴散旋流燃燒模式，為外圍燃燒提供穩(wěn)定的點火源；通過第二燃料通道及第二燃料噴射孔的排布設置，能夠便于燃料在多個第二燃料通道之間進行均勻分配、形成微混燃燒模式，能極大減小NOx的排放，且避免回火現(xiàn)象的產(chǎn)生。

技術研發(fā)人員：汪玉明,林俊光,吳凡,林鋼,丁浩,湯敏華,徐愛民,宋玉彩
受保護的技術使用者：浙江浙能技術研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/11