CN103776060A - 再热喷燃器布置 - Google Patents

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Abstract

再热喷燃器布置包括中心体、带有截面区域的环形管道、沿中心体定位并主动地连接至环形管道的截面区域的中间燃料喷射平面，其中中心体位于燃烧室的上游，其中再热喷燃器布置的结构由各种参数限定，并且再热喷燃器布置的结构由各种相关性限定。

Description

再热喷燃器布置
技术领域
本发明涉及用于燃气涡轮中的预混用途的喷燃器(burner)。特定而言，其涉及用于再热过程中的燃烧室的喷燃器。此外，其涉及这种喷燃器的操作方法。
背景技术
为了实现高效率，在标准燃气涡轮中需要高涡轮入口温度。结果，产生高NOx排放水平。这些排放可利用顺序燃烧来减轻。主流经过第一燃烧室(例如使用如在EP 1257809中或如在US 4932861中公开的一般类型的喷燃器，其也被称为EV燃烧器，其中EV代表环境)，其中，燃料的一部分被燃烧。剩余的燃料被添加和燃烧(例如使用如在US 5431018或US 5626017中或在US 2002/0187448中公开的类型的喷燃器，其也被称为SEV燃烧器，其中S代表二级)。这两种燃烧器包括预混喷燃器，因为低NOx排放需要燃料和氧化剂的高混合质量。
由于第二燃烧器由第一燃烧器的排气进给(可能利用一些额外的冷却空气来冷却)，因而操作条件允许燃料空气混合物的自燃(自发点火)而无需将额外的能量供应至该混合物。为了防止燃料空气混合物在混合区中的点燃，其中的停留时间不得超过自动点火延迟时间。该标准确保喷燃器内的无火焰区。该标准在获得燃料跨喷燃器出口区域的合适分布时带来挑战。
燃料和氧化剂在混合区出口处的随后混合恰好足以允许低NOx排放(混合质量)并避免闪回(停留时间)，这可由混合区中的燃料空气混合物的自动点火引起。
当前设计由于喷燃器出口面积、流速和喷燃器中的喷射后停留时间而受限。这在实现周向混合时带来困难。
发明内容
本公开的一个目的是，在利用受限的喷燃器出口区域时减少或避免下游构件(例如燃烧室和涡轮构件)的设计中的限制。喷燃器出口区域是受限的，以确保喷燃器内的足够流速而避免到喷燃器中的闪回。然而，需要从燃料喷射位置到喷燃器出口的最小长度以允许喷燃器内的充分混合。
该目的通过提供向喷燃器提供喷射装置而实现，喷燃器特别用于带有第一和第二燃烧室的燃气涡轮的二级燃烧室，喷射装置用于将至少一种气态燃料引入喷燃器中，其中，该喷燃器的喷射装置具有布置在喷燃器中的至少一个本体或喷枪，并且其中，该本体具有至少一个喷嘴以用于将至少一种气态燃料引入喷燃器中。
根据一个实施例，该至少一个本体可被配置为具有流线型截面轮廓的流线型体，并且关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在喷燃器中的主流方向而延伸。该至少一个喷嘴可使其出口孔口在流线型体的后缘处或其中。根据本发明的本体具有两个侧表面(通常至少用于基本平行于主流方向并会聚的一个中心体，即，对于其它倾斜)，并且，至少一个涡流发生器位于至少一个侧表面上的至少一个喷嘴的上游。
用于二级燃烧室的这种喷燃器可为带有顺序燃烧的燃气涡轮的一部分，其中，燃气涡轮包括：压缩机；带有第一燃烧室和第一喷燃器的第一燃烧器，其从压缩机接收压缩空气；带有第二燃烧室和二级喷燃器(也称为第二喷燃器)的第二燃烧器，其从第一燃烧器接收带有预定的第二燃烧器入口温度的热气体；以及涡轮，其从第二燃烧器接收热气体。涡轮可布置在第一与第二燃烧器之间。
本发明的一个方面是将根据现有技术常规使用为单独元件(在单独的燃料喷射装置上游的单独的结构化涡流发生器元件)的涡流发生器方面和燃料喷射装置合并成单个组合的涡流发生和燃料喷射装置。
通过这样做，燃料与氧化空气的混合以及涡流产生发生在非常接近的空间附近且非常高效，使得更快速的混合是可能的，并且混合区的长度可减小。在一些情况下甚至可能的是，通过对氧化空气路径中的本体的对应设计和定向而省略流调节元件(涡轮出口导叶)，因为该本体也可进行流调节。这在沿喷射装置没有严重压降的情况下都是可能的，使得该过程的整体效率可被维持。
至少一个这样的喷射装置位于一个喷燃器中，优选地至少两个这样的喷射装置位于一个喷燃器内。通常，多个径向延伸的喷射装置布置在中心体周围，例如10个、12个、14个或更多的这种喷射装置位于一个喷燃器内。
在第一系统中，燃料和空气被预混合，并且使用仔细控制的气动结构来使传播火焰稳定。
在第二燃烧系统中，燃料被喷射到第一系统的排气中并在燃烧发生之前混合。由于到该燃烧系统的入口温度超出燃料的自动点火温度，因而燃烧在特性延迟时间之后发生。
因此，没有对于复杂的气动火焰稳定装置的需要，因为火焰在由流速和特性自动点火延迟时间给出的预定位置处将是自稳定的。
由于第二燃烧器中的火焰由自动点火引起，因而喷射后停留时间(即在点火平面下游的停留时间)和因此喷射后喷燃器体积是重要的功能特性。
虽然喷射后体积由入口条件设定，但是贯穿自动点火过程，必须使喷燃器下游平面的长度最大化以确保高质量混合。由于该原因，与喷燃器平均流速相关联的喷燃器出口区域在一般的再热燃烧系统中是非常受限的设计参数，例如已知为GT24/GT26的现有顺序燃烧的燃气涡轮以及例如根据EP 0620362A1的，其中该文件形成本说明书的一体部分。
当将喷燃器与燃烧室或其它下游构件整合时，一些额外的设计要求可在喷燃器出口的选择上设置约束。这些额外的要求可与基于自动点火过程的必要喷燃器区域冲突。这可导致使困难设计妥协的必要。
如果要求燃烧系统配置在筒式喷燃器系统中，那么轴对称的设计(例如圆柱形设计)显然是有吸引力的。然而，当应用径向延伸喷射装置的构思时，这由于归因于径向延伸喷射装置的增加分离的较大半径处所需的增加周向混合而引入显著的进一步难题。
这实现起来有问题，并且与如之前考虑的径向延伸喷射装置的构思不太一致。此外，喷燃器出口的外壁与燃烧室入口处的燃烧室壁之间的径向台阶(其对于带有不同自动点火时间燃料空气混合物的火焰锚定而言是必需的)通常关于燃烧系统的整体尺寸成比例地增加。对于大型系统，离开喷燃器到燃烧室壁的流的再附着不发生在反应区内部，或者只在反应区中的远远下游。这种迟再附着可导致不稳定燃烧和不完全燃烧。
本发明的一个目的是提供一种改进的再热喷燃器构思，其并入相对于喷燃器出口区域的大中心体。当中心体的下游面的面积与包括中心体下游面的喷燃器出口面积的比值大于0.6时(优选地大于0.8)，中心体是大的。
该中心体始于喷射平面的上游，其中燃料被喷射到在中心体与外喷燃器壁之间的管道中，并且然后，中心体向下游继续到喷燃器的出口。中心体位于第二燃烧室的上游并终止于第二燃烧室入口处。由喷燃器和随后的第二燃烧室界定的流管道的截面从喷燃器出口到第二燃烧室入口以逐步方式增加。从外喷燃器壁到燃烧室入口的台阶是受限的，以确保离开喷燃器到第二燃烧室外壁的流的良好再附着。该台阶可以燃烧室入口的周长与喷燃器出口的周长的比值为特征。根据一实施例，喷燃器出口的周长与燃烧室入口的周长的比值在0.6至1的范围内。根据又一实施例，该比值在0.7至0.9的范围内。根据再一实施例，该比值在0.8至1的范围内。
中心体提供更好的混合(由于燃料喷射装置的增加的长度与高度比值)以及混合路径，以用于与前面描述的设计的实施例等同的停留时间，并且与喷燃器和燃烧器区域相匹配。
根据一实施例，中心体具有圆形截面，燃烧室入口具有圆形截面，并且喷燃器出口具有环形截面。在该实施例中，中心体可在流方向上在其端部处关于环形管道的外径与随后的第二燃烧室之间的截面区域呈现圆柱形或准圆柱形的端部。中心体的表面关于环形管道的截面区域的全部、部分或中间锥形形貌也是可能的。
中心体可关于环形管道和燃烧室的截面区域被设计成带有不同尺寸。
喷射平面包括至少一个喷射装置，其被设置得径向或准径向于中心体。用于将至少一种燃料引入喷燃器的环形管道中的喷射装置具有至少一个流线型体，其布置在喷燃器的环形空间中，该喷燃器包括至少一个喷嘴以用于将该至少一种燃料引入喷燃器的环形管道中。
流线型体的轮廓可平行于主流方向。然而，也可使其至少在其纵向延伸的某部分上关于主流方向倾斜，其中，例如流线型体的轮廓可旋转或扭曲，例如在纵向中点的两侧相对于纵向轴线在相反方向上，以便在主流上施加轻微的漩涡。
作为喷射装置，可使用例如从EP 2496882已知的凹槽(flute)。这种凹槽具有至少一个本体，其布置在带有至少一个喷嘴(用于将至少一种气态或液体燃料引入喷燃器中)的喷燃器中，该至少一个本体被配置为流线型体，其具有流线型截面轮廓且其关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在喷燃器中的主流方向而延伸，其中，本体具有基本平行于主流方向的两个侧表面。此外，这种凹槽包括至少一个喷嘴以用于将至少一种燃料引入喷燃器中。
还可使用波瓣状(lobed)流线型体作为喷射装置。每个波瓣状流线型体具有流线型截面轮廓，其关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在喷燃器中的主流方向而延伸，其中，关于流线型体的中心平面，后缘设有在相反横向方向上的至少两个波瓣。此外，这种波瓣状流线型体包括至少一个喷嘴以用于将至少一种燃料引入喷燃器中。
根据一个实施例，形成波瓣的流线型体的横向位移最多只在流线型体长度的下游三分之二中，优选地只在流线型体长度的下游一半中。
另外，还可使用例如从GB 2216999已知的喷嘴架(spraybar)作为喷射装置。
插入的(多个)涡流发生器还可设有冷却元件，其中优选地，这些冷却元件是泻流/膜冷却孔，其设置在涡流发生器的表面中的至少一个中(也可为内部冷却，例如冲击冷却)。膜冷却孔可供应有来自载气进给(其也被用于燃料喷射以简化设置)的空气。由于燃料的直列喷射，可使用较低压力的载气，即在10至35巴的范围内，优选地在16至25巴的范围内，所以相同的气体供应可用于燃料喷射和冷却。
上面提到的用于将燃料引入环形管道中的喷嘴使其出口孔口在流线型体的后缘处或其中。流线型体具有两个侧表面。在上述喷嘴的上游，至少一个涡流发生器位于至少一个侧表面上。
一般而言，涡流发生器如它们在US 580360B1以及US 5423608B1中公开的那样可被用于当前情境中；这两个文件的公开内容被具体并入本公开中。
又一优选实施例的特征在于，流线型体包括至少两个、三个、四个或更多喷嘴，其沿所述后缘布置在不同位置处(在之间带有间距的一排中)，其中，至少一个涡流发生器位于这些喷嘴中每一个的上游。
可能在本体的相对侧上具有两个涡流发生器以用于一个喷嘴或用于一对喷嘴。
一般而言，在涡流发生器的情境中相对于喷嘴的“上游”意图表示涡流发生器在喷嘴的位置处产生涡流。涡流发生器也可在面向喷嘴的上游，以便使涡流更接近燃料喷射位置。
优选地，通往相邻喷嘴(沿着排)的涡流发生器位于本体的相对侧表面处。甚至更优选地，两个、三个、四个或更多喷嘴沿所述后缘布置，并且涡流发生器交替地位于两个侧表面上。
一方面，可能使喷射燃料和/或载气的至少一个喷嘴平行于主流方向。这允许具有更高反应性条件，因为燃料向下游输送得非常迅速，且额外地允许使用低压载气。燃料射流可被冷载气(或载运空气)包围，其延迟自发着火，直到混合物已到达燃烧区。载气还可与燃料一起被喷射，以增加燃料到燃烧空气中的渗透以用于更好的分布和混合。
还可能的是，至少一个喷嘴关于主流方向以倾斜角度喷射燃料和/或载气。因此，喷嘴可相对于主流方向以范围从0至30°且包括0和30°的倾斜角度喷射燃料和/或载气。高达60°的倾斜角度也是可能的。可使用燃料的倾斜角度来优化混合并调整燃料在喷燃器中的停留时间。
根据一个实施例，至少两个喷嘴位于每个涡流发生器的下游，以用于后缘处的燃料喷射。
在又一实施例中，至少一个流线型体具有流线型截面轮廓，并且其垂直于纵向或倾斜于主要在喷燃器的环形管道中的主流方向而延伸。所提到的用于将燃料引入环形管道中的喷嘴使其出口孔口在流线型体的前缘处或其中。
每个流线型体的前缘区域具有轮廓，该轮廓平行于主要在前缘位置处的主流方向而定向。从平坦前缘区域到偏斜的过渡通常是平滑的，表面曲率呈现带有连续一阶导数的函数。
又一优选实施例的特征在于，喷射平面事先还包括至少一个喷射装置，其被设置得径向或准径向于中心体。流线型体在其下游端具有一些涡流发生器和/或波瓣，其关于一个或多个相邻的流线型体布置成彼此同相或异相。在此情况下，燃料喷嘴或多个燃料喷嘴同心地布置在后缘处。在带有波瓣状流线型体的布置中，喷嘴优选地位于波瓣状后缘与中心平面相交的位置处。在带有涡流发生器的布置中，喷嘴优选地布置在涡流发生器的下游。关于燃料喷嘴，一种布置提出用于喷射液体燃料的第一喷嘴，其被用于喷射气态燃料的第二喷嘴包围，它们自身被用于喷射载气的第三喷嘴包围。
另外，可能提供一种布置，其中，用于燃料气体喷射的第二喷嘴配置为一种狭缝状喷嘴，其沿着至少一个沿后缘的波瓣延伸。形式为孔口的额外的第一喷嘴被布置在第二喷嘴中以用于液体燃料喷射。
在又一优选实施例中，喷射装置的高度(即波瓣的高度或涡流元件的高度)随其径向位置增加，使得所产生涡流的强度将沿着径向延伸的喷射装置的长度增加，使得额外的周向混合朝向该径向延伸喷射装置的外端部提供。
以上指出的设计的优点是：
1. 对于预先限定的喷射后混合体积和长度，可通过中心体直径的合适选择来实现任何喷燃器外径。
2. 可将喷燃器硬件设置为提供合适的尺寸以用于下游构件，例如燃烧室或涡轮构件。
3. 相邻的径向延伸喷射装置的径向或准径向发散通过环形管道的小高度而最小化。这确保之前的凹槽经验的适用性被维持。
4. 相邻的径向延伸喷射装置的小径向发散使径向延伸喷射装置的外端部处(相对于中心体)对于增加周向混合的需求最小化。这确保良好的混合特性被维持。
另外，其它优点可概述如下：
5. 更高的喷燃器速度以适应高度反应性燃料。
6. 对于利用现有设计实现的类似混合水平，较低的喷燃器压降。
7. 对于等同于现有设计的喷燃器压降，第二燃烧室可在更高的入口温度下操作。
8. 利用较低压力载气移除或更换高压载气的可能性。
9. 对于与现有喷燃器设计相比相同或更大的功率输出，对相同的大量燃料-空气混合物停留时间而言改进的混合质量和减少的NOx排放，这是由于增加的混合长度与喷射器高度的比值。
关于执行合理的燃料空气混合，现有喷燃器系统的下列构件是所关注的：
10. 在第二燃烧室的入口处，必须调节主流以便确保独立于上游干扰(例如由高压涡轮级导致的)的均匀流入条件。
此外：
11. 燃料和燃烧空气的带有最小压降的均匀混合是高效的现代燃气涡轮的设计的前提条件。需要均匀混合以避免火焰温度中的局部最大值(其导致高NOx排放)。低压降是有利的，因为燃烧器中的压降直接削弱燃气涡轮的功率和效率。
附图说明
下面参照附图描述本发明的优选实施例，附图是为了说明本发明所提出优选实施例的目的，而非为了限制本发明的目的。
在附图中，
图1示出再热喷燃器布置，其并入相对于喷燃器出口直径的大中心体；
图2示出带有限定参数的再热喷燃器布置的结构；
图3以截面图示出再热喷燃器布置；
图4示出再热喷燃器布置的透视图；
图5以截面图示出另一再热喷燃器布置；
图6以截面图示出另一再热喷燃器布置；
图7a至图7c示出针对流到波瓣状流线型体的后缘上的主流的视图，以及
图8a至图8b示出沿着流线型体的流状况。
具体实施方式
图1示出并入中心体101的再热喷燃器布置100。所示中心体始于喷射平面102的上游，导致燃料103和载运空气104被喷射到环形管道105中，且然后中心体向下游继续到喷燃器布置100的出口106。中心体101主动地连接至热气体的主流107。中心体101提供更好的混合并匹配喷燃器和燃烧器区域。关于根据本发明的预混喷燃器，中心体101可设有燃料供应管线(未示出)。中心体101在主流107的流动方向上在其端部108关于环形管道105与随后燃烧室之间的截面区域(参见图2，项目109)呈现圆筒状或准圆筒状的端部(也参见图2)。根据需要，中心体的表面关于环形管道的截面区域的全部、部分或中间锥形形貌也是可能的。中心体101可关于相邻元件(特别是关于环形管道和燃烧室的截面区域)被设计成带有不同尺寸。
因此，图1中提出的再热喷燃器布置被示出为关于燃烧室109带有减小的出口截面区域。在此情况下，中心体101位于喷燃器布置110的入口侧的下游，并且燃料喷射平面102沿着中心体101的长度位于中间并位于环形管道105的截面区域内，这作为沿纵向方向延伸的流线型体而给出(参见图4)。在流线型体所处的位置，或在该位置的下游，至少环形管道的外壁105在会聚部111中会聚并缩小至环形管道的减小截面区域。这限定了混合空间105，其在出口侧108处终止，燃料和空气的混合物在此进入被壁112分隔的燃烧室或燃烧空间109。在这种会聚部分的下游，环形管道的截面区域也可逐步形成扩散器的形状。
关于喷射平面102，燃料103和燃烧空气104的带有最小压降的均匀混合是高效的现代燃气涡轮的设计的前提条件。需要均匀混合以避免火焰温度中的局部最大值(其导致高NOx排放)。低压降是有利的，因为燃烧器中的压降直接削弱燃气涡轮的功率和效率。
图2示出与中心体101和相邻元件相关的带有限定参数的再热喷燃器布置的结构。再热喷燃器布置的结构由下列参数限定：
d1=燃烧室109的外径；
d2=环形管道105的外径；
d3=中心体101的外径；
dh=环形管道105的液力直径；
L=燃烧室109的位于环形管道105的端部处的顶部与流方向107上的喷射平面102的端部之间的中间长度；
dN=环形管道105出口区域的当量直径；
A=环形管道105的截面积；
P=环形管道105的周长的长度(π*d2 + π*d3)。
以上指出的参数的结构相关性被限定如下：
d3/d2=sqrt[1-(dN/d2)^2]
dN^2=d2^2–d3^2
dh=4A/P
dh=(d2^2 – d3^2)/(d2+d3)
dh < dN
L/dh > L/dN
d2/d1在0.6至1的范围内；
以改进从环形管道(105)到燃烧室(109)的壁(112)的流的混合和再附着。
图3以截面图示出再热喷燃器布置100。环形管道105内的一些径向布置的流线型体200分布在中心体101的周围，作为流间隙的联接桥。流线型体200具有纵向轴线201，其布置成垂直于喷射平面的纵向轴线且垂直于入口流方向107(参见图2)，其在该示例中平行于纵向轴线。为了确保良好的混合，通过在流路中布置两个或更多流线型体200而在流路的整个截面上引起带有湍流耗散的流场。
流线型体200上的涡流发生器202具有基本相同的周期性，但是同相或异相，即，位于各流线型体200的后缘处的涡流发生器的数量优选地相等，并且相邻流线型体200上的涡流发生器优选地布置成异相。特别地，相位偏离180°，即，两个流线型体200的涡流发生器在纵向方向上的相同位置处与中心线相交，并且在纵向方向上的相同位置处，每个体的偏斜具有相同的绝对值但是沿相反方向。至少一个燃料喷嘴203沿着流线型体200的后缘204定位，和/或燃料喷嘴位于设置于流线型体200的后缘204处的涡流发生器的中心平面上，并且优选地在各个相邻涡流发生器202的平面中的每个位置处，定位在流线型体200的相对侧表面处。
图4示出再热喷燃器布置的透视图，该布置包括中心体101、在后缘上带有涡流发生器202的多个流线型体(参见图3)。
图5以截面图示出再热喷燃器布置100。各流线型体300的前缘区域具有轮廓，该轮廓平行于主要在前缘位置的主流方向而定向，并且其中，关于流线型体300的中心平面302，前缘设有至少一个波瓣303或至少两个互补的波瓣。波瓣303的表面曲率在相同方向上彼此协同地行进。从形成波瓣303的两个相邻流线型体(300)的中心平面的横向或准横向偏斜彼此对齐。
图6以截面图示出再热喷燃器布置100。各流线型体400的前缘区域具有轮廓，该轮廓平行于主要在前缘位置的主流方向而定向，并且其中，关于流线型体400的中心平面403，前缘设有至少一个波瓣401、402或者处于相反横向方向的至少两个互补的波瓣404、405。从形成波瓣401、402的两个相邻流线型体400的中心平面的横向偏斜是颠倒的，因为从平坦前缘区域到偏斜的过渡是平滑的，表面曲率呈现带有连续一阶导数的函数。
通过分别利用氮或蒸汽稀释燃料空气混合物，可减缓反应。
在高反应性燃料的情况下，第一级的降额可对第二喷燃器导致较不积极的进气条件。继而可降低整体燃气涡轮的效率。
如果继而主流速度增加，混合区的长度可保持恒定。然而，那样通常必然损害压降。
通过实现燃料和氧化剂的更迅速混合，可减小混合区的长度，同时维持主流速度。
因此，本发明的主要目标是发展改进的喷燃器配置，其中解决了后两点，但它也可与上面三点结合。
为了允许对于高反应性燃料的能力，喷射器被设计为同时执行流调节(至少部分地)、喷射以及混合。
结果，喷射器可节省喷燃器压力损失，其目前在沿着流路的各种装置中被利用。如果流调节装置、涡流发生器和喷射器的组合被所提出的发明替换，则可增加主流的速度以便实现燃料空气混合物在混合区中的短停留时间。
在图6中所示的示例中，波瓣高度是径向位置的函数。在该示例中，波瓣高度H从环形流管道的内径处的小波瓣高度Hi增加至喷燃器的环形流管道的外径处的较大波瓣高度Ho。因此，涡流和圆形混合随着增加的直径而增加。在该示例中，流线型体的厚度也是径向位置的函数。在该示例中，流线型体的厚度从环形流管道的内径处的小厚度Ti增加至喷燃器的环形流管道的外径处的较大流线型体厚度To。
图7a、7b、7c示出针对流到根据本发明的带有不同喷嘴布置的波瓣状流线型体400的后缘上的主流的视图。
图7a示出一种布置，其中，用于喷射液体燃料的第一喷嘴451被用于喷射气态燃料的第二喷嘴452包围，它们自身被用于喷射载运空气的第三喷嘴453包围。喷嘴451、452、453在后缘处同心地布置。每个喷嘴布置位于波瓣状后缘与中心平面相交的位置处(参见图8，项目135)。
此外，在图7a中指出从中心平面到波瓣在下游端处的顶点的波瓣高度H以及流线型体的厚度T。
图7b示出一种布置，其中，用于燃料气体喷射的第二喷嘴452配置为狭缝状喷嘴，其沿波瓣的各顶点部分的后缘延伸。此外，用于液体燃料喷射的第一喷嘴451布置在波瓣状后缘与中心平面相交的每个位置处。第一喷嘴451和第二喷嘴452都被用于喷射载运空气的第三喷嘴453包围。
图7c示出一种布置，其中，用于燃料气体喷射的第二喷嘴452配置为一个狭缝状喷嘴，其沿着至少一个沿后缘的波瓣延伸。形式为孔口的额外的第一喷嘴451被布置在第二喷嘴452中，以用于液体燃料喷射。
参照图8描述波瓣状混合构思。图8a示出沿着流线型体的流状况。其中心平面135布置得基本平行于空气流的流动方向114，其具有直的前缘138和波瓣状的后缘139。在这样的情形下，位于前缘处的气流114发展上视图中利用箭头114示意性示出的流轮廓。
后缘139处的波瓣状结构142使前缘138逐步向下游发展成带有进入第一方向130的波瓣的波浪形状，其横向于中心平面135，利用标号128标识沿第一方向130延伸的波瓣。如在图8a中的向下方向那样，利用标号129标识延伸到第二横向方向131中的波瓣。波瓣在两个方向中交替，并且不论波瓣或者说形成后缘的线/平面在哪里与中心平面相交，都存在转折点127。
如可从图8a中所示的箭头看到的，在上表面上的通道状结构中流动的空气流以及下表面上的通道中的空气流掺合并开始在后缘139的下游产生涡流，导致如利用标号141表示的强烈混合。这些涡流141对于燃料/空气的喷射而言是有用的，如下面将进一步论述的。
波瓣状结构142由以下参数限定：
－周期λ给出在垂直于主流方向114的方向上的波瓣的一个周期的宽度；
－高度h是如图8b中所限定的相邻波瓣的相邻顶点之间的垂直于主流方向14的方向(沿方向130和131)上的距离；
－第一波瓣角α1(也称为高度角)，其限定到波瓣128的第一方向中的位移，以及第二波瓣角α2(也称为高度角)，其限定波瓣129在方向131上的位移。通常，α1等于α2。

Claims (16)

1. 一种再热喷燃器布置，包括带有截面区域的管道、布置在所述管道中的中心体、沿所述中心体定位的中间燃料喷射平面，其中，所述中心体位于第二燃烧室的上游并终止于第二燃烧室入口处，并且其中，由所述喷燃器和随后的第二燃烧室界定的流管道的截面从喷燃器出口到所述第二燃烧室入口以逐步方式增加，其特征在于，所述喷燃器出口的周长与所述燃烧室入口的周长的比值在0.6至1的范围内。
2. 根据权利要求1所述的再热喷燃器布置，其特征在于，中心体具有圆形截面，所述燃烧室入口具有圆形截面，并且所述喷燃器出口具有环形截面，其中，所述再热喷燃器布置的结构由以下参数限定：
d1=所述燃烧室(109)的外径；
d2=所述环形管道(105)的外径；
d3=所述中心体(101)的外径；
dh=所述环形管道(105)的液力直径；
L=所述燃烧室(109)的位于所述环形管道(105)的端部处的顶部与流方向(107)上的所述喷射平面(102)的端部之间的中间长度；
dN=所述环形管道(105)出口区域的当量直径；
A=所述环形管道(105)的截面积；
P=环形管道的周长的长度(105)；
并且，所述再热喷燃器布置的结构由以下相关性限定：
d3/d2=sqrt[1-(dN/d2)^2]
dN^2=d2^2–d3^2
dh=4A/P
dh=(d2-d3)
dh < dN
L/dh > L/dN
d2/d1在0.6至1的范围内；
以改进从所述环形管道(105)到所述燃烧室(109)的壁(112)的流的混合和再附着。
3. 根据权利要求1或2所述的再热喷燃器布置，其特征在于至少两个流线型体，其被布置在所述流喷射平面中，每个具有流线型截面轮廓，其关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在所述流喷射平面中的主流方向而延伸，其中，每个流线型体的前缘区域具有轮廓，该轮廓平行于主要在前缘位置的主流方向而定向，并且其中，关于所述流线型体的中心平面，所述后缘设有至少两个波瓣，其在相同方向上和/或在相反的横向方向上彼此协同地行进，并且其中，从平坦前缘区域到偏斜的过渡是平滑的，表面曲率呈现带有连续一阶导数的函数。
4. 根据权利要求1或2所述的再热喷燃器布置，其特征在于至少两个流线型体，其被布置在所述流喷射平面中，每个具有流线型截面轮廓，其关于纵向方向垂直地或倾斜于主要在所述流喷射平面中的主流方向而延伸，其中，每个流线型体的前缘区域具有轮廓，该轮廓平行于主要在前缘位置的主流方向而定向，并且其中，关于所述流线型体的中心平面，所述后缘设有至少一个涡流发生器，优选地至少两个涡流发生器，其中，所述涡流发生器具有基本相同的周期性，其中，位于各流线型体的后缘处的涡流发生器的数量优选地相等，并且其中，相邻流线型体上的所述涡流发生器布置为同相或异相。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述流线型体的前缘区域具有气动轮廓，其在所述流线型体的上游半部中从相对于喷射平面的所述纵向轴线的倾斜定向转到平行于喷射平面的所述纵向轴线的定向。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，两个流线型体的中心平面之间的距离是所述波瓣的高度(h)的至少1.2倍，优选地是所述波瓣的高度(h)的至少1.5倍。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述喷射平面具有沿所述纵向轴线延伸的矩形或梯形的截面，其被4个限制壁限定，所述至少两个流线型体从一个限制壁延伸到相对的限制壁。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述喷射平面具有沿所述纵向轴线延伸的环形截面，其带有彼此同心的内限制壁和外限制壁，并且所述至少两个流线型体从所述内限制壁延伸到所述外限制壁。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述流线型体中的至少一个配置为带有至少一个喷嘴以用于将至少一种燃料引入所述喷燃器中的喷射装置。
10. 根据权利要求9所述的再热喷燃器布置，其特征在于，至少一个燃料喷嘴位于所述流线型体中的至少一个的所述后缘处。
11. 根据权利要求9所述的再热喷燃器布置，其特征在于，位于所述流线型体中的至少一个的所述后缘处的至少两个燃料喷嘴基本位于各顶点处，或者燃料喷嘴沿所述后缘在每个第二顶点处定位，和/或其中，燃料喷嘴基本定位在所述流线型体的中心平面上，其中，燃料喷嘴优选地位于所述波瓣状后缘与所述中心平面相交的各位置处。
12. 根据权利要求9至11中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，混合区位于所述流线型体的下游，并且其中，在所述流线型体处和/或其下游，与所述流线型体上游的流截面相比，所述混合区的截面减小，其中，优选地该减小至少为10%、更优选地至少20%、甚至更优选地至少30%。
13. 根据权利要求9至12中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述体设有冷却元件，其中优选地，这些冷却元件由沿所述体的侧壁的冷却介质的内部循环和/或由优选地位于所述后缘附近的膜冷却孔给出，并且其中最优选地，所述冷却元件进给有来自也用于所述燃料喷射的载气进给的空气。
14. 根据权利要求10至13中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述燃料喷嘴是圆形的和/或是沿所述流线型体的后缘延伸的长形狭槽喷嘴，和/或包括用于喷射液体的第一喷嘴和/或用于喷射气态燃料的第二喷嘴以及用于喷射载运空气的第三喷嘴，所述第三喷嘴包围所述第一和/或所述第二喷嘴。
15. 根据权利要求10至14中任一项所述的再热喷燃器布置，其特征在于，所述混合元件的高度是径向位置的函数。
16. 一种用于操作带有顺序燃烧的燃气涡轮的方法，其中，所述燃气涡轮包括：压缩机；带有第一燃烧室和第一喷燃器的第一燃烧器，其从所述压缩机接收压缩空气；带有第二燃烧室和第二喷燃器的第二燃烧器，其从所述第一燃烧器接收带有预定的第二燃烧器入口温度的热气体；以及涡轮，其从所述第二燃烧器接收热气体，其中，所述第二喷燃器包括带有截面区域的管道、布置在所述管道中的中心体、沿所述中心体定位并连接至所述环形管道的中间燃料喷射平面，其中，所述中心体位于第二燃烧室的上游并终止于燃烧室入口处，其特征在于，燃料在所述喷射平面中喷射，所述燃料与从所述第一燃烧器接收的热气体混合，并且在于，离开所述第二喷燃器的热气体燃料混合物的流速由于流路面积的增加而降低，其中，由所述喷燃器和随后的第二燃烧室界定的流管道的截面从喷燃器出口到所述第二燃烧室入口以逐步方式增加，并且其中，所述喷燃器出口的周长与所述燃烧室的周长的比值在0.6至1的范围内。
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