CN101137868A - 用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器，带有漩涡发生器，该漩涡发生器提供至少两个燃烧器外壳(1)，它们彼此补充以形成一通流本体并且所述燃烧器外壳共同围起了轴向成圆锥形扩大的漩涡空间并彼此之间相对限定，在圆锥体的轴向纵向范围内，有一相切的进气槽(3)，燃烧供气通过该进气槽(3)进入所述漩涡空间，在所述漩涡空间中形成轴向传播的漩涡流，和燃油喷射装置(6)，其至少部分地沿相切的流动空气进气槽(3)设置。本发明的区别在于，该燃油喷射装置被设计成燃料管(6)，该燃料管(6)是和燃烧器外壳(1)分离的并且紧紧附着于燃烧器外壳(1)上以便关于燃烧器外壳(1)可纵向地活动并垂直于燃烧器外壳(1)的表面可被拆卸，并且在燃烧器外壳(1)中设置有喷嘴(4)，燃料喷射器(7)进入喷嘴中(4)，燃料喷射器(7)沿燃料管(6)设置并且伸出到所述燃料管(6)的圆周边缘外。

Description

用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器

技术领域

本发明涉及一种用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器，该预混燃烧器具有一漩涡发生器，该漩涡发生器提供至少两个燃烧器外壳，该燃烧器外壳相互补充以形成通流本体并共同圈起一轴向成圆锥形扩大的漩涡空间，且彼此之间相对限定，在该圆锥体的轴向纵向范围内，提供了相切的进气槽，通过该相切的进气槽的燃烧供气进入漩涡空间中，在该漩涡空间形成轴向传播的涡流，并至少部分地沿相切地流动气进气槽提供了燃油喷射装置。

背景技术

从各种以前的出版物(仅举几个例子，例如EP 0 210 462 A1和EP0 321 809 B1)中已知上述一般类型的预混燃烧器。该类型的预混燃烧器是基于发生器的通用的起作用的原理的，在预混燃烧器内部，一大致设计成圆锥形的漩涡发生器提供了至少两部分锥形壳体，锥形壳体通过相应地相互重叠组装在一起。由燃料/气体混合物组成漩涡流，且漩涡流在流动方向上沿着预混燃烧器的燃烧室内部被点燃，以便形成预先混合的火焰，该预先混合的火焰在空间上尽可能平稳。

为了产生漩涡，彼此重叠的部分锥形壳体沿燃烧器轴线包围相切的进气槽，通过该相切的进气槽，空气径向流入由部分锥形壳体限定的漩涡空间中，以便给出沿该燃烧器轴线传播的漩涡流。通常具有双壁结构的部件锥形壳体用于供应燃料，在沿进气槽的区域中，至少有一个内部燃料供给管道，通过该内部燃料供给管道供给各种情况的气体燃料，该气体燃料经由燃料喷嘴口出现，进入到进气槽的区域内。为了该目的，在面对进气槽的燃烧器外壳壁的区域内，甚至在进气槽的区域内，设置有序分布的燃料喷嘴，以确保在气体燃料和流入的供应空气之间的有效混和尽可能均匀。

除了确定漩涡空间的部分锥形壳体的双壁的结构外，也已知使用由用于气流偏转的部分锥形壳体，它们自身仅由单壁的平面材料形成。在每种情况下提供的该类型的预混燃烧器中，沿部分锥形壳体的流入边缘具有管道形式的附属装置，通过该附属装置，气体燃料沿着在管线中相应地提供的进气槽的通孔的切线的范围注入到燃烧供气中。为了该目的，该管线以钎焊或焊接的方式被固定地连接到部分锥形壳体的流入边缘上。

出于对必须始终确保的操作可靠性的考虑，用于进一步沿燃料喷嘴输入到进气槽的区域内的气体燃料供应通常在气体温度在20℃到30℃之间的范围内发生。另一方面，作为操作的结果，由于辐射温度的存在，在进气槽区域内存在在300℃和350℃之间的温度。显然，限定进气区域的所有部分锥形壳体的表面具有在上述辐射温度范围内的本体温度。另一方面，部分锥形壳体在燃料喷嘴周围被冷却气流直接冷却。由于该温差，高的热梯度出现在燃料喷嘴的区域中，并导致在围绕燃料喷嘴的材料区域内破裂。这导致不可逆转的结构弱化，该不可逆转的结构弱化可能导致至少受影响的部分锥形壳体的总的损失。而且，在破裂的燃料喷嘴中，进入燃料供给的管道区域的局部回闪的危险增加了，并且，结果是甚至最终对以这种方式变弱的预混燃烧器的工作可靠性提出质疑。

发明内容

本发明的目的是研制一种用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器，该预混燃烧器带有提供至少两个燃烧器外壳的漩涡发生器，该燃烧器外壳相互补充以形成流通的本体，并且该燃烧器外壳共同围起了一轴向成锥形扩大的漩涡空间，且彼此之间相对限定，在该锥体的轴向纵向范围内，有一相切的进气槽，燃烧供气通过该进气槽进入漩涡空间中，在该漩涡空间中形成轴向传播的漩涡流，并且带有用于燃油喷射的装置，该燃油喷射装置至少部分地沿该相切运行的进气槽提供，按这种方式，沿进气槽的用于燃油喷射的装置不会发生任何作为操作结果的热诱导裂纹的形成。

在权利要求1中说明了基于本发明的用于实现该目的的方案。研制本发明的构思的有益特征是从属权利要求的主题，并且该特征可以从说明书中，特别是参照示范性的实施例，得到。

根据该解决方案，权利要求1前序部分的特征的预混燃烧器按这样的方式来研制，用于燃油喷射的装置被设计为燃料管，该燃料管是与燃烧器外壳分离的并且紧紧附着到燃烧器外壳上以便沿该燃烧器外壳可纵向活动，和以便垂直于该燃烧器外壳的表面被拆卸。在燃烧器外壳中设置有孔，在其内部，沿燃料管设置燃料喷射器并且其超出燃料管的圆周边缘突出。

本发明基于的构思是将用于沿进气槽的气体燃料的注射所必需的装置设计成单独的构件，优选作为一个单独的结构件，并且相对于燃烧器外壳有空间地将它们安装以便可以避免材料内部的热梯度。特别是，其适合于形成和固定一些元件，在这些元件中相对冷的燃烧器气体被从燃烧器外壳中分离地导出，由于在流动空间的区域内直接暴露于辐射，所以该冷的燃烧器气体被加热至相对的高温。由于元件的分离，避免了燃烧器外壳内部的热应力，结果是排除了材料裂缝及相关问题和风险。

同时，其适合于确保用于燃料供应和将燃料输入到进气槽的区域所需的装置以这样的方式连接到燃烧器外壳上，在一方面，其确保该装置按可靠工作的方式附着到外壳上，但是另一方面，该装置相对于燃烧器外壳被可活动的安装以便耐受热诱导的材料膨胀。

为了该目的，用于将燃料供应到每个单独的燃烧器而设置的燃料管按管线两端封闭并且管线长度适合于各自燃烧器外壳的轴向长度且不突出超过燃烧器外壳的方式设计。分配给各单独燃烧器外壳的燃料管由至少一个保持装置连接到燃烧器外壳表面，面对远离漩涡空间，按这样的方式，燃料管在拉力作用下基本垂直于燃烧器外壳表面安装，但是优选地通过分开的缺口从燃烧器外壳表面以一定距离地附着并安装以便在关于燃烧器外壳的轴向范围内基本上可自由地活动。

凭借该安装，燃料管可以独立于燃烧器外壳而膨胀，因此在燃料管和燃烧器外壳之间可以不产生任何种类的热应力，即对燃料管和燃烧器外壳之间的热膨胀能力来说是完全独立存在的，作为一空气动力结构，其负责引导燃烧器内部的流动。

燃料喷射器，如已知的，从相对于燃烧器外壳轴向区域定向的燃料管中伸出并至少通过设置在燃烧器外壳内部的喷嘴或孔而部分地突出。在优选实施例中，燃料喷射器被设计成套筒元件，其在每种情况中具有一个中空管并至多具有超过燃料管的圆周边缘的突起，并且依靠这种方式，它们被连接到面对远离燃料管的燃烧器外壳的表面上并与其平齐。结果，仅燃料喷射器的最前面的窄环形边缘暴露于存在于进气槽内部的温度，因此每个单独的燃料喷射器仅被微不足道地或可忽视地加热。实质上，将气体燃料输入到进气槽中所需的燃料管和燃料喷射器都保持在由气体燃料流预先决定的低温水平上。因此，由于出现的热梯度导致的热诱导应力实质上被完全排除。

然而，需要进一步加固分配给每个单独的燃烧器外壳的燃料管，特别是，在燃烧器的正常工作期间，因为其适合于防止燃料管从各自燃烧器外壳上脱落。为了该目的，各单独的燃料管设有连接幅板，燃料管经过该幅板紧紧连接到预混燃烧器的部件上，该部件不是燃烧器外壳的一部分。优选地，为了该目的，适合的承载结构是模铸件，该模铸件在漩涡发生器的下游端区域围绕整个燃烧器外壳，并且，最好地就流动而言，其将在漩涡发生器中形成的漩涡流轴向地向下游传送到燃烧室中或传送到设置在燃烧室和漩涡发生器之间的混合区中。

在特别有利的方式中，连接幅板不是被直接附着到与燃烧器外壳的纵向范围平行的燃料管上，但是燃料管提供连接凸缘，供油管可以按流体密封的方式连接到该联接凸缘上，并且此外，连接幅板附着到该联接凸缘上。连接幅板在长度和形状上被优化，达到的效果为：燃料管相对于燃烧器外壳安装，使得具有尽可能小的振动，此外并且，其尽可能不将来源于燃烧器的燃烧器振动传递到沿连接幅板的燃料管上。为了该目的，连接幅板的截面被设计成沿其区域具有可变的横截面形状，例如椭圆横截面形状非常适合于发生在燃烧器中的振动模式的可控抑制。

为了进一步说明本发明的构思，下面将给出附图中更详细描述的示范性的实施例。

附图说明

以下通过举例的方式，参照附图，通过示例性的实施例来描述本发明，但不对本发明总的构思进行限制，其中：

图1示出了根据本方案的带有附着的燃料管的燃烧器外壳的立体图，

图2示出了围绕预混燃烧器的几何入口的多个燃烧器外壳的立体冠形布置，

图3示出了燃烧器管线的透视图，和

图4示出了被引入到燃烧器外壳中的燃料喷嘴的细节图。

具体实施方式

图1是单个燃烧器外壳1的立体图，其中面对远离漩涡空间的顶侧面对观察者以便看到。此外，为了便于理解图1中所示的燃烧器外壳的空间布置和功能类型，可以参考预混燃烧器的漩涡发生器，在图2中所示，该预混燃烧器提供了八个单独的燃烧器外壳1，这些燃烧器外壳按围绕模铸件2的冠形来布置，并且在每种情况下其相对于彼此的内部包围成圆锥形扩大的漩涡空间。为了更清楚起见，在图中未图示为燃烧器外壳1的稳定性设置的保持环，该保持环中心地支承在燃烧器外壳的顶端，特别是因为这对于解释根据本方案的方法不是更加重要。

为了对图2中所示的燃烧器外壳布置的技术上的理解，应注意到，在每种情况下，两个燃烧器外壳1被直接地邻近布置而共同地围起了进气槽3，在每种情况下，供给空气流L通过该进气槽3在径向流动方向上流入由燃烧器外壳1限定的内部漩涡空间中。在漩涡空间中形成的漩涡流出现在图2所示的漩涡发生器下游的地方(参见图示的箭头)。为了形成可燃的燃料/气体混合物，气态燃料按本来已知的方法被混合到进气槽3的区域中的流入的燃烧供气中。该混合发生在通过喷嘴4时，喷嘴4位于燃烧器外壳1的内部，并且在每种情况下，喷嘴4布置在各单独燃烧器外壳的轴向范围内，优选地沿着直线。

在每个单独燃烧器外壳的情况，经过供油管5(参见图1和2)实现燃料供给，该供油管5连接到管形结构的燃料管6上。管形结构的燃料管6被设计成靠近其两个管端部中的每一个，并且相对于燃烧器外壳1作为分离部件布置。因为可以进一步集聚，特别是参见图3和4，管线6提供了套筒形结构的燃料喷射器7，面对燃烧器外壳1，该燃料喷射器7至少部分地进入或通过设置在燃烧器外壳1中的喷嘴4。

为了将管形结构的燃料管6紧固在燃烧器外壳1上，提供了保持装置8，该保持装置在拉力作用下径向，也就是垂直于燃烧器外壳1的表面，固定燃料管6，并确保突出到燃烧器外壳1内部的喷嘴4中的燃料喷射器7可靠地保持在该喷嘴中并且不会“滑脱”。另一方面，保持装置8被设计成保持夹，该保持夹提供了燃料管6至少可以沿其纵向轴线，即相对于燃烧器外壳的轴向，稍微执行相对运动的可能性，从而以便防止在燃料管6和燃烧器外壳1之间由于不同的热膨胀特性发生的任何变形现象和卡住。

设计成保持夹的保持装置8具有相对适应于管线6的外部轮廓的形状，在圆柱形设计的燃料管6的情况下，该保持装置具有U形结构并且其两个U形脚被连接到燃烧器外壳1的顶侧上。在保持装置8和燃烧器外壳1之间的连接可以是固定连接，例如钎锡或焊接，或者通过可拆卸形式的连接装置，由此简化了安装，并使燃烧器元件的拆卸成为可能。

为了进一步紧固，燃料管6经过连接幅板9紧紧地连接到模铸件2的几何入口上(参见图2)。连接幅板9进入联接凸缘10中，该联接凸缘10被紧紧连接到燃料管6上并且在燃料管6和供应管线5之间形成气密连接。

图3图示了作为单独结构件的燃料管6的简略的透视图。管形结构的燃料管6，其在两个相对的端部区域11、12是气密封闭的，在沿其轴向范围的线性的布置中具有喷嘴13，喷嘴13中有燃料喷射器7，由于它们是已知的，形成整体。

在所有情况下，套筒形结构的燃料喷射器7超过管形结构的燃料管6的圆周边缘突出，以便它们至少部分地进入燃烧器外壳1内部的喷嘴内，在图3中未图示。在图3的示范性的实施例中，提供了两个单独的供油管5、5，经过该供油管从两个不同的燃料供给回路向燃料管6供给气体燃料。然而，原则上，燃料管6可能仅连接到单个供应管线上。直接连接到燃料管上的凸缘件10具有附着到其上面的连接幅板9，该连接幅板提供紧固底脚14，在紧固底脚14处，单独的结构构件被紧紧地附着到模铸件2的几何入口上，优选钎锡或焊接方式。

图4图示了在燃料喷射器7的区域中通过燃料管6的局部截面图，该燃料喷射器7进入燃烧器外壳1的喷嘴4内。燃料喷射器7具有套筒形结构，并且具有内部空心管15，气体燃料从燃料管6的内部通过该内部空心管15注入到由两个相邻的燃烧器外壳限定的进气口3中。为了确保在燃烧器外壳1和燃料管6之间大部分的热去耦，布置燃料管6的圆周边缘使其从燃烧器外壳1的顶侧，面对燃料管6，间隔开。这可以由两个部件之间提供的气隙产生，这通过在燃料管6和燃烧器外壳1之间未图示的间隔件来确保，或通过提供合适的绝热或热传导差的中间层来确保。

因此，可以确保燃料管6和燃烧器外壳1之间根据图4中所示的箭头方向的相对的轴向可动性，设置在燃烧器外壳1内部的喷嘴设计成比燃料喷射器的直径稍大，以便在燃料喷射器7和喷嘴4各自的外圆周边缘之间形成标记的气隙。在一优选实施例中，导入到燃烧器外壳1内部的喷嘴4被设计成在燃烧器外壳的轴向范围内定向的深孔，以便，特别是，允许位于离连接幅板9最远的燃料管6的区域具有为相对地纵向膨胀的最大的可能性。从根据图4的局部的截面图中也可以获得设计成套筒件的燃料喷射器7经由至少一个中间件16连接到管线壁上，以便保持经由燃料喷射器14的套筒件作用于燃料管6上的加热尽可能低。

凭借燃料管6的分离结构和其相对于燃烧器外壳1的上述安装，在两个部件之间的任何热应力可以大部分被排除，并且，特别是可以避免在燃料喷嘴区域中燃烧器外壳材料可能的裂纹形成的相关风险。

主要符号名称列表

1    燃烧器外壳

2    模铸件

3    进气口

4     燃烧器外壳内的喷嘴

5，5’供应管线

6     燃料管

7     燃料喷射器

8     保持装置

9     连接幅板

10    联接凸缘

11，12燃料管6的末端区域

13    燃料管内的喷嘴

14    紧固底脚

15    空心管

16    中间件

Claims (7)

1.一种用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器，带有漩涡发生器，所述漩涡发生器提供至少两个燃烧器外壳(1)，所述燃烧器外壳(1)彼此补充以形成通流本体，并且所述燃烧器外壳(1)共同围起了轴向成圆锥形扩大的漩涡空间，并且关于彼此限定，在该圆锥体的轴向纵向范围内，有相切的进气槽(3)，燃烧供气通过所述进气槽(3)进入所述漩涡空间，在所述漩涡空间中形成轴向传播的漩涡流，和带有燃料喷射装置(6)，所述燃料喷射装置(6)至少部分地沿相切地流动空气进气槽(3)设置，其特征在于，所述燃料喷射装置被设计成燃料管(6)，所述燃料管(6)是与所述燃烧器外壳(1)分离的并且紧紧附着于燃烧器外壳(1)上，以便关于所述燃烧器外壳(1)可纵向地活动并且以便垂直于所述燃烧器外壳(1)的表面可被拆卸，并且在于，在所述燃烧器外壳(1)中设置有喷嘴(4)，燃料喷射器(7)进入所述喷嘴(4)内，所述燃料喷射器(7)沿所述燃料管(6)设置并且伸出到所述燃料管(6)的圆周边缘外。

2.如权利要求1所述的预混燃烧器，其特征在于，沿所述燃烧器外壳(1)设置保持装置(8)，所述保持装置(8)被牢固地或可拆卸地牢固连接到所述燃烧器外壳(1)上，并且所述保持装置(8)固定所述燃料管(6)，以施加垂直于面对所述燃料管(6)的所述燃烧器外壳(1)的表面定向的预应力。

3.如权利要求1或2所述的预混燃烧器，其特征在于，在所述燃烧器外壳(1)面对所述燃料管(6)的表面和所述燃料管(6)之间设有气隙，依靠所述燃烧器外壳(1)的表面和所述燃料管(6)的圆周边缘之间的间隔件来确保所述气隙。

4.如权利要求1到3中任何一项所述的预混燃烧器，其特征在于，至少在所述燃烧器外壳(1)中的一些喷嘴(4)被设计成深孔形式，在每种情况下，有被在所述燃料管(6)的纵向定向的最大孔径。

5.如权利要求1到4中任何一项所述的预混燃烧器，其特征在于，所述燃料管(6)具有一连接幅板(9)，经由所述连接幅板(9)，所述燃料管(6)被紧紧地连接到不是燃烧器外壳(1)一部分的所述预混燃烧器的部件上。

6.如权利要求5所述的预混燃烧器，其特征在于，在所述漩涡发生器的下游端区域，围绕所述燃烧器外壳(1)设置模铸件(2)，每个燃料管(6)的所述连接幅板(9)被固定到所述模铸件(2)上。

7.如权利要求1到6中任何一项所述的预混燃烧器，其特征在于，所述燃料喷射器(7)被设计成套筒元件的形式，在每种情况下，所述套筒元件具有空心管(15)，并且其至多具有伸出超过所述燃料管(6)的圆周边缘的一突起，并且依靠所述突起它们被连接到面对远离所述燃料管(6)的所述燃烧器外壳(1)的表面上，并与其平齐。

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