在帶有具有在外部區(qū)域內(nèi)交叉的葉片端部的旋流生成器的燃燒器內(nèi)的空氣和燃料混合的 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃燒器(1)，該燃燒器(1)帶有在運(yùn)行中被空氣和燃料流過的其橫截面基本上為環(huán)形的空氣供給和預(yù)混合通道(4)，該空氣供給和預(yù)混合通道(4)通過外罩(5)和轂(6)形成且布置在多個旋流葉片(7)內(nèi)，該旋流葉片(7)從轂(6)在徑向方向上延伸到外罩(5)且具有偏轉(zhuǎn)面(11)，其中在旋流葉片(7)的徑向外部區(qū)域內(nèi)相對于主流動方向(13)的流出角(α)在偏轉(zhuǎn)面(11)的流出端(12)上在徑向方向上增大至少一次并且減小至少一次。
【專利說明】
在帶有具有在外部區(qū)域內(nèi)交叉的葉片端部的旋流生成器的燃燒器內(nèi)的空氣和燃料混合的局部改進(jìn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有燃料混合旋流生成器的燃燒器，且尤其涉及空氣和燃料混合的局部改進(jìn)。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料在燃燒空氣內(nèi)的均勻的混合是開發(fā)在所謂的貧油預(yù)混合燃燒的范圍內(nèi)運(yùn)行的燃燒器時的中心任務(wù)。貧油預(yù)混合燃燒的溫度范圍在燃?xì)鉁u輪機(jī)中由于燃燒室出口溫度取決于材料的限制特別地適合于用于控制氮氧化物排放。尤其在壓力下的預(yù)混合燃燒的難點是避免在預(yù)混合行程以內(nèi)的不受控的燃燒現(xiàn)象/自燃，這通常與預(yù)混合行程的破壞相關(guān)聯(lián)。
[0003]作為簡便法則認(rèn)為盡可能均勻的預(yù)混合也導(dǎo)致最少的NOx排放。
[0004]通常，工業(yè)燃燒器構(gòu)造為近似于旋轉(zhuǎn)對稱，且燃燒器經(jīng)常具有一個或多個同心地彼此環(huán)繞布置的旋流生成器?，F(xiàn)有技術(shù)中與此同時將旋流生成器葉片構(gòu)造為中空葉片且同時用作燃料噴入元件，例如見WO 2011/023669。此類布置通常導(dǎo)致轂上的兩個相鄰的葉片相對于外部分存在明顯的距離差，即葉片在轂側(cè)通常比外部明顯更靠近在一起。因此產(chǎn)生的問題是燃料主要應(yīng)徑向向外足夠遠(yuǎn)地被噴入到兩個葉片之間的中間空間，以實現(xiàn)盡可能好的混合，而這在轂側(cè)應(yīng)明顯更容易地實現(xiàn)。
[0005]為解決此問題存在如下建議。通常改進(jìn)并非過大。例如:
[0006]-燃料孔徑從內(nèi)向外擴(kuò)大。以此，雖然實現(xiàn)了燃料束的侵入深度的部分的而非完全足夠的改進(jìn)，但同時所要求的混合行程增大(例如，隨燃料孔的直徑縮放)。
[0007]-提高葉片數(shù)量。這在構(gòu)造上和氣動力學(xué)上受到轂上的可供使用的位置和轂側(cè)對于空氣流入的阻擋增加的限制。
[0008]-使用明顯的三維葉片型材，帶有隨著距轂的距離升高而增大的葉片厚度。在此也可能出現(xiàn)關(guān)于葉片的這次在外部的氣動力學(xué)輪廓的問題，以從燃料孔的平面內(nèi)的大的葉片厚度又變化到很薄的葉片端部，即葉片在外部變很長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供前述類型的燃燒器，所述燃燒器實現(xiàn)尤其是在位于預(yù)混合行程的徑向外部的區(qū)域內(nèi)的空氣和燃料混合的改進(jìn)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)問題通過如下方式解決，即建議了一種帶有在運(yùn)行中被空氣和燃料流過的其橫截面基本上為環(huán)形的空氣供給和預(yù)混合通道的此類燃燒器，所述空氣供給和預(yù)混合通道通過外罩和轂形成且布置在多個旋流葉片內(nèi)，該旋流葉片從轂在徑向方向上延伸到外罩且具有偏轉(zhuǎn)面，其中在旋流葉片的徑向外部區(qū)域內(nèi)，在偏轉(zhuǎn)面的流出端上的相對于主流動方向的流出角在徑向方向上增大至少一次并且減小至少一次。
[0011]本發(fā)明從如下獲知出發(fā)，即局部存在的湍流強(qiáng)度是對于燃料在空氣內(nèi)的混合的附加的影響參數(shù)。提高湍流強(qiáng)度促進(jìn)了混合。
[0012]因此建議尤其在外部分中提高湍流強(qiáng)度或產(chǎn)生促進(jìn)混合的旋流束。
[0013]在有利的實施形式中，在偏轉(zhuǎn)面的位于徑向內(nèi)部的流出端部上的流出角Ct1處在位于徑向外部的流出端部的流出角α3和位于其間的流出端部的流出角α 2之間。因此在帶有不同的流出角的剪切區(qū)內(nèi)，由于剪切以旋流束的形式局部地提高湍流。
[0014]在此，適宜的可以是，相鄰的旋流葉片具有其流出角α的不同的徑向走向。
[0015]優(yōu)選地，旋流葉片至少部分地構(gòu)造為帶有用于燃料的出口開口的中空葉片。
[0016]適宜的是空氣供給和預(yù)混合通道同心地包圍中心的引燃器系統(tǒng)。
[0017]通過相互“交叉”的葉片端部局部應(yīng)用促進(jìn)混合的湍流改進(jìn)了外截面內(nèi)的混合質(zhì)量，而不嚴(yán)重影響位于內(nèi)部的區(qū)域。此外，混合質(zhì)量與運(yùn)行條件無關(guān)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發(fā)明例如根據(jù)附圖詳細(xì)解釋。各圖未按比例地示出:
[0019]圖1是燃燒器的明顯示意性的原理圖，
[0020]圖2是主燃燒器系統(tǒng)的展開的部分的俯視圖，
[0021]圖3是旋流葉片的俯視圖，和
[0022]圖4是在徑向方向上從轂向外罩偏移的通過旋流葉片的截面。

【具體實施方式】
[0023]如需要可與多個同類的燃燒器聯(lián)合地例如使用在燃?xì)鉁u輪機(jī)設(shè)備的燃燒室內(nèi)的在圖1中所示的燃燒器I包括內(nèi)部引燃器系統(tǒng)2和同心地包圍引燃器系統(tǒng)2的主燃燒器系統(tǒng)3。引燃器系統(tǒng)2以及主燃燒器系統(tǒng)3可選擇地以氣態(tài)和/或液態(tài)的燃料運(yùn)行，例如以天然氣或燃料油運(yùn)行。
[0024]主燃燒器系統(tǒng)3包括通過外罩5和轂6形成的也稱為環(huán)形空氣通道的徑向外部的空氣供給和預(yù)混合通道4，旋流葉片組的旋流葉片7延伸通過所述空氣供給和預(yù)混合通道4。此旋流葉片7具有用于燃料的出口開口 8，通過所述出口開口 8可將燃料氣體噴入到通過徑向空氣供給和預(yù)混合通道4流入的空氣內(nèi)。
[0025]圖2在俯視圖中示出了帶有旋流葉片7的主燃燒器系統(tǒng)3的展開的部分，且解釋了燃料在空氣中的混合良好的區(qū)域9和混合不好的區(qū)域10。在徑向內(nèi)部，即在轂6附近，葉片7相互比較緊密地相鄰，使得燃料可足夠遠(yuǎn)地噴入到兩個葉片7之間的中間空間內(nèi)，以實現(xiàn)盡可能良好的混合。在徑向外部在外罩5附近，葉片7相應(yīng)地相隔更遠(yuǎn)，以此燃料難以足夠遠(yuǎn)地噴入空氣內(nèi)。
[0026]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的燃燒器I的旋流葉片7的偏轉(zhuǎn)面11的視圖。旋流葉片7在燃燒器I內(nèi)從位于徑向內(nèi)部的轂6 (右側(cè)，未示出)延伸直至位于徑向外部的外罩5(左偵牝未示出)。此外，旋流葉片7在圖3的實施例中構(gòu)造為帶有用于燃料的出口開口 8的中空葉片。為更好地理解本發(fā)明，在偏轉(zhuǎn)面11的流出端部12的區(qū)域內(nèi)標(biāo)記了 101、102和103，其中區(qū)域102和103歸入葉片7的徑向外部區(qū)域。
[0027]圖4示出了以從轂6向外罩5的觀察方向上通過圖3的葉片7的區(qū)域101、102和103相繼地設(shè)置的截面。可見，在偏轉(zhuǎn)面11的位于徑向內(nèi)部的流出端部12上，即在通過區(qū)域101的截面內(nèi)，相對于主流動方向13的流出角度a 在位于徑向外部的流出端部12的即在通過區(qū)域103的截面內(nèi)的流出角度α 3和位于其間的流出端部的即在通過區(qū)域102的截面內(nèi)的流出角度α2之間。旋流葉片7的其他實施形式(在徑向外部區(qū)域內(nèi)在偏轉(zhuǎn)面11的流出端12上的相對于主流動方向13的流出角α在徑向方向上增大至少一次并且減小至少一次)也是可行的，只要在旋流葉片7的外部區(qū)域內(nèi)即在外罩5附近在葉片端部上實現(xiàn)一種交叉，使得在此處在運(yùn)行中出現(xiàn)的剪切區(qū)內(nèi)產(chǎn)生混合的旋流束。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒器(I)，所述燃燒器(I)帶有在運(yùn)行中被空氣和燃料流過的、橫截面基本上為環(huán)形的空氣供給和預(yù)混合通道(4)，所述空氣供給和預(yù)混合通道通過外罩(5)和轂(6)形成且布置在多個旋流葉片(7)內(nèi)，所述旋流葉片(7)從轂(6)在徑向方向上延伸到外罩(5)且具有偏轉(zhuǎn)面(11)，其特征在于，在旋流葉片(7)的徑向外部區(qū)域內(nèi)相對于主流動方向(13)的流出角(α)在偏轉(zhuǎn)面(11)的流出端(12)上在徑向方向上增大至少一次并且減小至少一次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器(1)，其中，在所述偏轉(zhuǎn)面(11)的位于徑向內(nèi)部的流出端部(12)上的流出角(Ci1)處在位于徑向外部的流出端部(12)的流出角(Ci3)和位于其間的流出端部(12)的流出角U2)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒器(1)，其中，相鄰的旋流葉片(7)的流出角(α)具有不同的徑向走向。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的燃燒器(I)，其中，所述旋流葉片(7)至少部分地構(gòu)造為帶有用于燃料的出口開口(8)的中空葉片。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的燃燒器(I)，其中，所述空氣供給和預(yù)混合通道(4)同心地包圍中心的引燃器系統(tǒng)(2)。
【文檔編號】F23R3/28GK104471317SQ201380037149
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月6日
【發(fā)明者】B.普拉德 申請人:西門子公司