CN104471317B - 在带有具有在外部区域内交叉的叶片端部的旋流生成器的燃烧器内的空气和燃料混合的局部改进 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃烧器(1)，该燃烧器(1)带有在运行中被空气和燃料流过的其横截面基本上为环形的空气供给和预混合通道(4)，该空气供给和预混合通道(4)通过外罩(5)和毂(6)形成且在该空气供给和预混合通道(4)内布置有多个旋流叶片(7)，该旋流叶片(7)从毂(6)在径向方向上延伸到外罩(5)且具有偏转面(11)，其中，仅仅在旋流叶片(7)的径向外部区域内相对于主流动方向(13)的流出角(α)在偏转面(11)的流出端(12)上在径向方向上增大至少一次并且减小至少一次。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有燃料混合旋流生成器的燃烧器，且尤其涉及空气和燃料混合的局部改进。
背景技术
燃料在燃烧空气内的均匀的混合是开发在所谓的贫油预混合燃烧的范围内运行的燃烧器时的中心任务。贫油预混合燃烧的温度范围在燃气涡轮机中由于燃烧室出口温度取决于材料的限制特别地适合于用于控制氮氧化物排放。尤其在压力下的预混合燃烧的难点是避免在预混合行程以内的不受控的燃烧现象/自燃，这通常与预混合行程的破坏相关联。
作为简便法则认为尽可能均匀的预混合也导致最少的NOx排放。
通常，工业燃烧器构造为近似于旋转对称，且燃烧器经常具有一个或多个同心地彼此环绕布置的旋流生成器。现有技术中与此同时将旋流生成器叶片构造为中空叶片且同时用作燃料喷入元件，例如见WO 2011/023669。此类布置通常导致毂上的两个相邻的叶片相对于外部分存在明显的距离差，即叶片在毂侧通常比外部明显更靠近在一起。因此产生的问题是燃料主要应径向向外足够远地被喷入到两个叶片之间的中间空间，以实现尽可能好的混合，而这在毂侧应明显更容易地实现。
为解决此问题存在如下建议。通常改进并非过大。例如：
-燃料孔径从内向外扩大。以此，虽然实现了燃料束的侵入深度的部分的而非完全足够的改进，但同时所要求的混合行程增大(例如，随燃料孔的直径缩放)。
-提高叶片数量。这在构造上和气动力学上受到毂上的可供使用的位置和毂侧对于空气流入的阻挡增加的限制。
-使用明显的三维叶片型材，带有随着距毂的距离升高而增大的叶片厚度。在此也可能出现关于叶片的这次在外部的气动力学轮廓的问题，以从燃料孔的平面内的大的叶片厚度又变化到很薄的叶片端部，即叶片在外部变很长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供前述类型的燃烧器，所述燃烧器实现尤其是在位于预混合行程的径向外部的区域内的空气和燃料混合的改进。
本发明的技术问题通过如下方式解决，即建议了一种带有在运行中被空气和燃料流过的其横截面基本上为环形的空气供给和预混合通道的此类燃烧器，所述空气供给和预混合通道通过外罩和毂形成，且在该空气供给和预混合通道内布置有多个旋流叶片，该旋流叶片从毂在径向方向上延伸到外罩且具有偏转面，其中，仅仅在旋流叶片的径向外部区域内，在偏转面的流出端上的相对于主流动方向的流出角在径向方向上增大至少一次并且减小至少一次。
本发明从如下获知出发，即局部存在的湍流强度是对于燃料在空气内的混合的附加的影响参数。提高湍流强度促进了混合。
因此建议尤其在外部分中提高湍流强度或产生促进混合的旋流束。
在有利的实施形式中，在偏转面的位于径向内部的流出端部上的流出角α1处在位于径向外部的流出端部的流出角α3和位于其间的流出端部的流出角α2之间。因此在带有不同的流出角的剪切区内，由于剪切以旋流束的形式局部地提高湍流。
在此，适宜的可以是，相邻的旋流叶片具有其流出角α的不同的径向走向。
优选地，旋流叶片至少部分地构造为带有用于燃料的出口开口的中空叶片。
适宜的是空气供给和预混合通道同心地包围中心的引燃器系统。
通过相互“交叉”的叶片端部局部应用促进混合的湍流改进了外截面内的混合质量，而不严重影响位于内部的区域。此外，混合质量与运行条件无关。
附图说明
本发明例如根据附图详细解释。各图未按比例地示出：
图1是燃烧器的明显示意性的原理图，
图2是主燃烧器系统的展开的部分的俯视图，
图3是旋流叶片的俯视图，和
图4是在径向方向上从毂向外罩偏移的通过旋流叶片的截面。
具体实施方式
如需要可与多个同类的燃烧器联合地例如使用在燃气涡轮机设备的燃烧室内的在图1中所示的燃烧器1包括内部引燃器系统2和同心地包围引燃器系统2的主燃烧器系统3。引燃器系统2以及主燃烧器系统3可选择地以气态和/或液态的燃料运行，例如以天然气或燃料油运行。
主燃烧器系统3包括通过外罩5和毂6形成的也称为环形空气通道的径向外部的空气供给和预混合通道4，旋流叶片组的旋流叶片7延伸通过所述空气供给和预混合通道4。此旋流叶片7具有用于燃料的出口开口8，通过所述出口开口8可将燃料气体喷入到通过径向空气供给和预混合通道4流入的空气内。
图2在俯视图中示出了带有旋流叶片7的主燃烧器系统3的展开的部分，且解释了燃料在空气中的混合良好的区域9和混合不好的区域10。在径向内部，即在毂6附近，叶片7相互比较紧密地相邻，使得燃料可足够远地喷入到两个叶片7之间的中间空间内，以实现尽可能良好的混合。在径向外部在外罩5附近，叶片7相应地相隔更远，以此燃料难以足够远地喷入空气内。
图3示出了根据本发明的燃烧器1的旋流叶片7的偏转面11的视图。旋流叶片7在燃烧器1内从位于径向内部的毂6(右侧，未示出)延伸直至位于径向外部的外罩5(左侧，未示出)。此外，旋流叶片7在图3的实施例中构造为带有用于燃料的出口开口8的中空叶片。为更好地理解本发明，在偏转面11的流出端部12的区域内标记了101、102和103，其中区域102和103归入叶片7的径向外部区域。
图4示出了以从毂6向外罩5的观察方向上通过图3的叶片7的区域101、102和103相继地设置的截面。可见，在偏转面11的位于径向内部的流出端部12上，即在通过区域101的截面内，相对于主流动方向13的流出角度α1处在位于径向外部的流出端部12的即在通过区域103的截面内的流出角度α3和位于其间的流出端部的即在通过区域102的截面内的流出角度α2之间。旋流叶片7的其他实施形式(在径向外部区域内在偏转面11的流出端12上的相对于主流动方向13的流出角α在径向方向上增大至少一次并且减小至少一次)也是可行的，只要在旋流叶片7的外部区域内即在外罩5附近在叶片端部上实现一种交叉，使得在此处在运行中出现的剪切区内产生混合的旋流束。
Claims (5)
1.一种燃烧器(1)，所述燃烧器(1)带有在运行中被空气和燃料流过的、横截面基本上为环形的空气供给和预混合通道(4)，所述空气供给和预混合通道通过外罩(5)和毂(6)形成且在该空气供给和预混合通道(4)内布置有多个旋流叶片(7)，所述旋流叶片(7)从毂(6)在径向方向上延伸到外罩(5)且具有偏转面(11)，其特征在于，仅仅在旋流叶片(7)的径向外部区域(102，103)内相对于主流动方向(13)的流出角(α)在偏转面(11)的流出端部(12)上在径向方向上增大至少一次并且减小至少一次。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，在所述偏转面(11)的位于径向内部的流出端部(12)上的流出角(α1)处在位于径向外部的流出端部(12)的流出角(α3)和位于其间的流出端部(12)的流出角(α2)之间。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器(1)，其中，相邻的旋流叶片(7)的流出角(α)具有不同的径向走向。
4.根据权利要求1或2所述的燃烧器(1)，其中，所述旋流叶片(7)至少部分地构造为带有用于燃料的出口开口(8)的中空叶片。
5.根据权利要求1或2所述的燃烧器(1)，其中，所述空气供给和预混合通道(4)同心地包围中心的引燃器系统(2)。
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Granted publication date: 20160907 Termination date: 20190613 |
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