CN102859282B - 用于燃烧器的旋流生成器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃烧器（2）的旋流生成器（1），包括毂（3）、包围毂（3）的外部边界壁（4）和多个布置在毂（3）和外部边界壁（4）之间的旋流叶片（5），所述旋流叶片各通过一个固定支承件（6）和一个浮动轴承（7）与毂（3）或外部边界壁（4）相连接，其中浮动轴承（7）具有球形支承面（8）。

Description

用于燃烧器的旋流生成器
技术领域
本发明涉及一种尤其用于燃气轮机内的燃烧器的旋流生成器。本发明此外涉及一种燃烧器和燃气轮机。 
背景技术
在世界范围内的旨在降低燃烧设备、尤其是燃气轮机的有害物排放的努力方面，近年来开发了具有特别低的氮氧化物(NOx)排放的燃烧器。在此非常重要的是，使得此燃烧器能够并非以一种燃料而是且尽可能地以不同的燃料运行，例如根据选择以燃油或天然气运行，或以其组合运行，以提高供给安全性和运行灵活性。这样的燃烧器例如在EP0 276 696B1中描述。 
在EP0 276 696B1中描述的燃烧器是用于以燃气和/或燃油的预混合运行的混合燃烧器，该燃烧器尤其应用于燃气轮机设备。此燃烧器包括中心的燃料供给设备，其中也整合了引燃器系统，所述引燃器可以作为所谓的扩散燃烧器或作为特殊的预混合燃烧器以燃气和/或燃油运行。此外，提供了用于供入惰性物质的可能性。中心的燃料供给设备被主燃烧器系统包围，所述主燃烧器系统具有空气供给环形通道系统，所述空气供给环形通道系统带有处于其内的旋流叶片组，所述叶片组带有多个叶片和布置在叶片上游的用于使用燃气进行的预混合运行的喷嘴管。此外，在燃料供给设备中存在用于燃油的处在叶片组的区域内的入口喷嘴，所述入口喷嘴实现了主空气流与燃油的预混合。 
作为如在EP0 276 696B1中通过设在旋流叶片上游的喷嘴管的替代，气体燃料也可通过布置在旋流叶片自身内的喷嘴开口喷入空气通道内，如例如在EP0 580 683B1中所述。 
为控制排放和进一步提高燃烧稳定性，可作为如在EP0 580 683B1中所述的通过叶片的燃气喷入的补充，使用另外的通过叶片的燃气喷入。 
在运行中，这些叶片承受不同的温度分布，这导致此叶片的运动和变形。将各叶片焊接在旋流生成器的毂侧上(固定支承件)，而在旋流生成器的外侧上因此需要可运动的支承，所述支承一方面不阻止运动和变形，另一方面 可靠地引导所述叶片(带有圆柱形支承面的浮动轴承)。 
如果由于气体流动在叶片内的改变的引导而不再仅在轴向方向上发生的热运动，而是也在径向方向上发生热运动，则所存在的风险是支承被卡死。这导致高负荷或甚至导致支承被破坏。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是给出一种带有改进的用于旋流叶片的支承的旋流生成器。 
根据本发明，此技术问题通过一种用于燃烧器的旋流生成器，解决,该旋流生成器包括毂、包围毂的外部边界壁和多个布置在毂和外部边界壁之间的旋流叶片，所述旋流叶片各通过一个固定支承件和一个浮动轴承与毂或外部边界壁连接，其中，浮动轴承具有球形支承面。通过使浮动轴承具有替代圆柱形支承面的球形支承面，实现了如下效果： 
与目前的仅允许在轴向方向上的运动的带有圆柱形支承面的叶片固定装置的浮动轴承不同，球形支承面实现了在轴承内在旋流生成器外侧上的倾转，而没有因此提高轴承间隙。 
由此，即使在非对称地布置用于气体燃料的通道并且在旋流叶片内且除了轴向热运动之外还产生了径向热运动的情况下，也避免了轴承位置中的卡死，且因此降低了运行中的磨损。 
有利地，浮动轴承布置在外部边界壁内。如果叶片通过固定支承件与毂连接，则可在中心通过毂内的分配器通道将燃料供给到叶片内的供给通道，以通过供给通道内的出口喷嘴将燃料喷入到空气流内。 
优选地，浮动轴承的内部部分具有球形支承面且浮动轴承的外部分具有圆柱形支承面。因此，在叶片发生热膨胀和在浮动轴承内进行相应旋转的情况下总是保证了不变的高密封性和不变的卡夹自由度。 
合适地，球形支承面的半径根据倾转的旋转点设置，其中可有利的是使球形支承面形成为球体形状。但半径在排除了在浮动轴承中发生卡死的情况下也可变化，其中合适地使球形支承面的半径大于等于浮动轴承的外部部分的直径的一半。 
优选地，内部部分由可与旋流叶片以螺纹方式拧在一起的叶片螺母的表面形成。这允许了各部件的分别制造以及简单的安装和拆卸。 
有利地，旋流叶片包括第一燃料通道和第二燃料通道，以此相对于单一 的燃料通道更好地控制了排放且可进一步提高燃烧稳定性。 
在此，合适的是将旋流叶片通过形成为圆柱形中空元件的滑座与毂连接，燃料通道在所述滑座内部延伸，使得燃料通道与毂的气体分配器通道流体连通。 
优选地，此旋流生成器提供在燃烧器内。在优选的构造中，燃烧器此外提供在燃气轮机内。 
附图说明
本发明例如根据附图详细解释。各图示意性地且未按比例地示出： 
图1以明显示意性的原理图示出了根据本发明的燃烧器， 
图2示出了燃气轮机预混合燃烧器并尤其是旋流生成器的侧视图， 
图3示出了燃气轮机预混合燃烧器并尤其是旋流生成器的俯视图， 
图4示出了通过带有旋流叶片的燃气轮机预混合燃烧器的旋流生成器的截面，且示出了布置在旋流叶片内的燃料通道以及根据现有技术的浮动轴承，和 
图5示出了通过根据本发明的旋流生成器的截面，所述旋流生成器带有具有单侧球形支承面的滑动轴承。 
具体实施方式
图1在明显示意性原理图中示意性地且示例地示出了根据本发明的燃烧器2，结合图1描述了燃烧器2所基于的构思。 
根据本发明的燃烧器2、必要时可与多个同类燃烧器一起使用在例如燃气轮机的燃烧室内，所述燃烧器2包括内部引燃器系统和同心地包围引燃器的主燃烧器系统。引燃器系统以及主燃烧器系统能够根据选择以气态和/或液态燃料（例如天然气或燃油）运行。 
引燃器系统包括内部供油通道14，所述内部供油通道14被内部环形燃气供给通道15同心地包围。所述燃气供给通道15又被内部空气供给通道或惰性物质供给通道16同心地包围。在此空气供给通道16内或上可此外布置合适的点火系统（在附图中未图示）。引燃器系统具有朝向燃烧室17的出口开口18，在所述出口开口18的区域内布置了在空气供给通道内的旋流叶片19。通过喷嘴开口20可将气体从内部燃气供给通道15喷入旋流叶片组的区 域内或在该旋流叶片组的上游喷入空气供给通道16内。来自供油通道的燃油可通过燃油喷嘴21在旋流叶片组的下游喷入所供给的空气或惰性物质内。 
引燃系统的任务是将燃烧器维持在稳定的燃烧运行中，因为燃烧器大多数情况下以倾向于不稳定的稀薄混合物运行。引燃器系统可作为扩散燃烧器通过本身已知的方式以燃油和/或燃气运行，其中燃料直接被喷入到火焰内。但也存在如下可能性，即引燃器系统作为预混合燃烧器运行，其中燃料基本上与空气混合然后将混合物供给到火焰。 
包围引燃器系统的主燃烧器系统包括也称为环形空气通道的径向外部空气供给通道22，旋流叶片组的多个旋流叶片5延伸通过所述空气供给通道22。这些旋流叶片5具有第一燃气喷嘴23和第二燃气喷嘴24，可通过所述燃气喷嘴将气体燃料喷入到通过径向空气供给通道22流入的空气内。在流过空气供给通道22的空气中，可此外通过燃油喷嘴25喷入燃油。虽然在本实施例中涉及燃油和燃油喷嘴，但这仅应理解为代表合适的流体燃料和相应的喷嘴。 
处于叶片5内的第一燃气喷嘴23和第二燃气喷嘴24以及燃油喷嘴25通过位于径向内部的燃料供给设备、即所谓的毂3被供以燃料。在所述毂3内布置了第一环形燃气分配器通道26和第二环形燃气分配器通道27，所述通道向燃气喷嘴23和24供给燃气。此外，在毂3内布置了向燃油喷嘴25供给燃油的环形燃油分配器通道28。燃气分配器通道26、27以及燃油分配器通道28通过燃气供给通道29、30或通过燃油供给通道31被供给以相应的燃料。对于燃油供给通道31，存在合适的燃油供给管32。 
图2示出了已知的燃气轮机预混合燃烧器2且特别是其旋流生成器1的侧视图。旋流叶片5焊接在旋流生成器1的毂侧3上（固定支承件6），并且旋流叶片5在旋流生成器1的外侧上以可运动支承件（浮动轴承）可靠地导引在外部边界壁4上。 
图3示出了图2的燃气轮机预混合燃烧器2的俯视图。 
图4示出了通过燃气轮机预混合燃烧器2的已知的燃烧器毂3的放大的局部横截面视图，所述预混合燃烧器2带有旋流叶片5和布置在旋流叶片5内的带有出口喷嘴23的燃料通道11。旋流叶片5在毂侧这样地与滑座一起安装在毂3内，使得旋流叶片5的燃料通道11与环形通道26在毂3内连接， 所述环形通道26通过分开的管连接件29（在图4中未示出）供给。如从图2和图3中已知，布置是圆环形的，使得环形通道26形成为圆形环绕的。在外部边界壁4的侧面上，旋流叶片5具有形式为叶片螺母10的配合，所述叶片螺母10以螺纹方式拧紧在旋流叶片5的径向外端上（且在旋流叶片5定向之后以焊点进行防松脱保护），且以其表面形成了根据现有技术的浮动轴承7的圆柱形内支承面9。图4示出了旋流叶片5在浮动轴承7内由于热膨胀导致的轴向运动33。 
图5示出了带有两个集成的、可相互独立地控制的燃料通道11、12的旋流叶片5的原理图示。带有出口喷嘴23的第一燃料通道11例如可用于喷入第一介质，且第二燃料通道12通过出口喷嘴24可用于喷入第二介质。通过旋流叶片5的燃料通道11、12喷入的两种介质优选是气态的，例如是天然气和另外的含碳气体。也可通过此出口喷嘴23、24必要时喷入例如水蒸气的惰性物质。在与图4的旋流叶片5相比非对称地布置燃料通道11、12的情况下，现在除了轴向热运动之外也会发生径向热运动34。因此导致的在浮动轴承7内与圆柱形支承面9的卡死现在可通过根据本发明的、其中浮动轴承7具有球形支承面8的技术方案得以避免。 

Claims (10)

1.一种用于燃烧器(2)的旋流生成器(1)，该旋流生成器包括毂(3)、包围毂(3)的外部边界壁(4)和多个布置在毂(3)和外部边界壁(4)之间的旋流叶片(5)，所述旋流叶片各通过一个固定支承件(6)和一个浮动轴承(7)与毂(3)或外部边界壁(4)连接，其特征在于，浮动轴承(7)具有球形支承面(8)。
2.根据权利要求1所述的旋流生成器(1)，其中浮动轴承(7)布置在外部边界壁(4)内。
3.根据权利要求1或2所述的旋流生成器(1)，其中浮动轴承(7)的内部部分具有球形支承面(8)且浮动轴承(7)的外部部分具有圆柱形支承面。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的旋流生成器(1)，其中球形支承面(8)是圆球形的。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的旋流生成器(1)，其中球形支承面(8)的半径大于等于浮动轴承(7)的外部部分的直径的一半。
6.根据权利要求3所述的旋流生成器(1)，其中内部部分由可与旋流叶片(5)以螺纹方式拧在一起的叶片螺母(10)的表面形成。
7.根据权利要求1所述的旋流生成器(1)，其中旋流叶片(5)包括第一燃料通道(11)和第二燃料通道(12)。
8.根据权利要求7所述的旋流生成器(1)，其中，旋流叶片(5)通过形成为圆柱形中空元件的滑座与毂(3)连接，所述第一和第二燃料通道(11、12)在所述滑座内延伸，使得燃料通道(11、12)与毂(3)的燃气分配器通道(26、27)流体连通。
9.一种带有根据前述权利要求中任一项所述的旋流生成器(1)的燃烧器(2)。
10.一种带有至少一个根据权利要求9所述的燃烧器(2)的燃气轮机。
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