[发明专利]一种带非均匀波瓣引射混合器的船舶燃气轮机

说明书

本发明的目的在于提供一种带非均匀波瓣引射混合器的船舶燃气轮机，包括非均匀波瓣引射混合器、上方粗排气管、燃气轮机排气管口，均匀波瓣引射混合器安装在上方粗排气管和燃气轮机排气管口之间，燃气轮机排气管口通过燃气轮机转折排气管连接燃气轮机的燃气出口，非均匀波瓣引射混合器底部设置底部法兰，底部法兰通过环架连接件连接环架，环架套在燃气轮机排气管口的环形凸起下方。本发明相比于传统应用于航空燃机的常规波瓣引射混合器，增强“流向涡”的作用，针对管口布置方式进行特殊设计，同时兼顾混合长度和能量损失。船舶燃气轮机排气管口加装本发明中的非均匀波瓣引射器，在特定工况下，可以使得引射混合性能提高超过300％。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是船舶燃气轮机。

背景技术

燃气轮机具有质量轻、体积小、单机功率大、启动快、污染少、热效率高、经济性好等特点，受到多个国家舰船动力的青睐。但是，船舶燃气轮机在运行时，温度高，若不采取降温措施，将会导致发动机箱体及其相邻舱室内温度过高，甚至会导致部分部件寿命降低，降低燃气轮机及其附属系统的工作稳定性。因此，船舶燃气轮机设计出一套进排气系统，其中包括了排气引射系统。排气引射系统的一部分作用就是通过气流剪切力将冷空气引入发动机舱室，降低舱室和零部件温度，还有一部分作用就是将冷空气混入高温燃气，降低燃气排出大气前的温度。船舶燃气轮机排气管口通常使用常规的引射混合形式，即：燃气排气管是渐缩的，管口为圆形，与外侧箱体之间有一定引射间隙，从而达到引射混合的效果。但是，随着燃机性能的提高，引射性能已经不能满足实际要求。

常规喷管的引射混合器，主要依赖于主流黏性剪切力的作用，泵抽次流，并与之混合。引射混合的速率较慢。对燃气轮机的应用而言，较长的混合管会导致较高的壁面摩擦和较大的重量代价。因而，这种常规形状的喷管，在引射混合器中的应用，受到了很大的限制。于是，改变喷管的形状，在主次流之间使用横向环流，增强混合的概念便应运而生了。

把排气管口的薄壁，增加曲折成周期波瓣的形状而形成的波瓣喷管，改变了引射混合的流场。在波瓣喷管的出口截面，以波瓣的轮廓为界，主流速度有一个沿波峰向外的横向分量，次流速度则有一个沿波谷向内的横向分量。从而在波瓣的两侧边，形成一对方向互为反向的环流，其环流的尺寸与波瓣高度有关。这样产生的大尺度的相互逆转的旋涡是非粘性的，具有对流的性质。旋涡的指向与流动方向一致，称之为“流向涡”。

这种形状的波瓣喷管，不仅有“流向涡”加强主、次流之间的混合，而且在同一个出口截面积的条件下，波瓣喷管还有出口边界周长增加，使主、次流之间的黏性剪切混合增强的作用。因而，他可以在较短的混合管之中，实现流体的充分混合。有实验结果表明：性能良好的波瓣引射混合器与相应常规喷管引射混合器相比，前者不仅尺寸短、质量轻，而且前者的引射流量比几乎是后者的2倍以上。

波瓣引射混合器多用于直升机的红外抑制器。1988年Toulmay F.的文章《Internal Aerodynamics of Infrared Suppressors for Helicopter Engines》详细的介绍了波瓣引射混合器成熟应用在在SA356C直升机尾部的形式及其工作原理。文中提到的波瓣引射混合器结构是最常用的，也是应用最为广泛的。这种常规波瓣引射混合器的特点是外扩和内缩的角度是固定的，不随引射混合器的高度变化而变化，也就是说其内外壁沿轴向方向形线都是倾斜角度固定的直线，每个外扩波瓣的侧壁相互平行。这种设计方式与其工作环境有关。直升机的燃气轮机尾部排出的燃气没有经过方向的改变，从后方的波瓣引射混合器喷出，燃气的速度场几乎是均匀的。并且，后方排气管口直径大于波瓣最大直径，有较大的混合间隙，容易生成不被破坏的混合层，设计出合理的混合长度。文章提到的常见的波瓣引射混合器工作环境和内部流场与应用于船舶的引射混合器大不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供能提高船舶燃气轮机排气引射系统引射性能的一种带非均匀波瓣引射混合器的船舶燃气轮机。

本发明的目的是这样实现的：