CN106461222A - 具有共振器的燃烧器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃烧器装置(1)，其具有：燃烧室(2)；多个通入燃烧室(2)中的混合通道，在正常运行期间将导入的燃烧空气和导入的燃料在所述混合通道中混合；和至少一个共振器，所述共振器具有限定的共振器容积和共振器开口，其特征在于，混合通道由混合管(5)形成，所述混合管轴向地延伸穿过环形空间(12)，所述环形空间被限定在管形的外壁(8)、径向地与外壁(8)间隔开设置的管形的内壁(9)、设置于上游的环形的端板(10)和设置于下游的环形的端板(11)之间，其中端板(10，11)设有贯通开口(16，23)，所述贯通开口容纳和/或延长混合管(5)；至少一个共振器的共振器开口构成为空气通道(24)，所述空气通道延伸穿过设置于下游的端板(11)；以及至少一个共振器的共振器容积由环形空间(12)的至少一部分形成。

Description

具有共振器的燃烧器装置
技术领域
本发明涉及一种燃烧器装置，其具有：燃烧室；多个通入燃烧室中的混合通道，在正常运行期间将导入的燃烧空气和导入的燃料在所述混合通道中混合；和至少一个共振器，所述共振器具有限定的共振器容积和共振器开口。
背景技术
燃烧器装置在现有技术中以不同的设计已知。在燃烧器装置运行期间，即例如燃气轮机的这种燃烧器装置运行期间，在燃烧室中产生以热声学方式感应引起的燃烧振动。所述燃烧振动能够激发燃烧器装置的部件振动。如果在此激发的振动与燃烧器装置的或其部件的共振频率相同，那么能够造成构件被破坏。必须相应地避免燃烧器装置和其部件在这种共振频率范围中的激发。
已知的是：通过安装共振器改变燃烧器装置和其部件的声学特性，所述共振器根据亥姆霍兹原理工作。因此，例如文献EP 2 559 942 A1公开一种共振器，所述共振器设置在燃烧室罩中或设置在冷却空气输送装置的区域中。然而，这种装置的缺点在于：不直接在燃烧室的区域中在振动的产生位置处进行减振进而具有低的效率。
也已知的是：共振器直接地安置在燃烧室壁的环周上。这实现在热量释放的区域中的有效的减振。然而，必须借助大的冷却空气体积流冷却这种共振器。所述空气不再直接地提供给燃烧过程，这导致更高的NOx排放。
为了减小该问题，EP 1 792 123 B1提出：通过集成到燃烧室壁中的共振器设备将压缩空气导入到燃烧室中。该结构的优点在于壁冷却与共振器吹洗配合以及将中频和高频共振器集成在燃烧室壁中。然而，燃烧室壁的双壁的构成方案是不利的，这产生大的结构上的耗费以及高的成本。
参考文献EP 1 481 195 B1提出：将共振器设置在燃料导入位置和燃烧室之间。但是，这直接影响燃料质量流，而这视作为是不利的。此外，这样构成的共振器不适合于覆盖宽的频率范围。
EP 0 597 138 A1描述了一种燃气轮机燃烧室，所述燃气轮机燃烧室具有在燃烧室入口的区域中沿环周方向分布地设置的且空气吹洗的共振器。然而，在此也产生如下问题，即冷却空气不直接地提供给燃烧，进而NOx排放升高。
发明内容
基于所述现有技术，本发明的目的是：实现具有替代结构的开始提出类型的燃烧器装置。
为了实现所述目的，本发明提供开始提出类型的燃烧器装置，所述燃烧器装置的特征在于，混合通道由混合管形成，所述混合管轴向地延伸穿过环形空间，所述环形空间被限定在管形的外壁、径向地与外壁间隔开设置的管形的内壁、设置于上游的环形的端板和设置于下游的环形的端板，其中端板设有贯通开口，所述贯通开口容纳和/或延长混合管；至少一个共振器的共振器开口构成为空气通道，所述空气通道延伸穿过至少一个端板，以及至少一个共振器的共振器容积由环形空间的至少一部分形成。
根据本发明的燃烧器装置的结构一方面具有如下优点：由于混合通道不由实心的喷嘴座而是由各个混合管形成的事实，能够节约材料、成本和重量。同时，将环形空间用作为至少一个共振器的共振器容积，由此形成具有简单的且便宜的结构的共振器。共振器与燃烧室相邻地设置，使得所述共振器直接在振动的产生位置处作用进而有效地作用。此外，所述共振器设置在燃烧器装置的冷侧上，因此所述共振器不需要冷却。
根据本发明的一个设计方案，在设置于上游的端板和设置于下游的端板之间设有至少一个环形的隔板，所述隔板具有容纳混合管的贯通开口并且将环形空间划分成子环形空间。由于这种隔板能够精确地调节至少一个共振器的共振器容积。
根据本发明的一个有利的变型形式，设置于上游的端板和设置于下游的端板具有空气通道，使得子环形空间限定至少两个共振器的共振器容积，所述共振器以不同的频率一方面作用到冷的送气空间中并且另一方面作用到热的燃烧室中。因此，朝向送气空间的共振器例如能够作用于压缩机的压力波动。
有利地，至少一个隔板设有多个吹洗空气通道，冷空气通过所述吹洗空气通道能够进入到至少一个朝向燃烧室的共振器中并且能够吹洗所述共振器。冷空气也防止热的燃烧气体进入到共振器中。
有利地，被限定在至少一个隔板和设置于下游的端板之间的子环形空间具有比被限定在设置于上游的端板和隔板之间的子环形空间更小的体积。因此，具有比高频共振器更小的共振器容积的共振器与燃烧室直接相邻地设置，以便衰减在燃烧室中首先出现的高频振动。相反，具有更大的共振器容积的与设置于上游的端板相邻设置的第二共振器构成为中频共振器。
优选地，被限定在隔板和设置于下游的端板之间的子环形空间的体积不超过被限定在设置于上游的端板和隔板之间的子环形空间的体积的20％。借助该大小分布，实现极其良好的结果。
根据本发明的一个变型形式，被限定在至少一个隔板和设置于下游的端板之间的子环形空间通过径向延伸的隔离壁划分成多个腔室。换言之，之前描述的、与燃烧室相邻设置的共振器再次被划分成多个较小的共振器。在设置于下游的端板中设置的空气通道能够从共振器到共振器在其数量和其直径方面根据需要来变化，所述空气通道形成所述共振器的共振器开口。
腔室的体积有利地是不同的，以便能够有针对性地覆盖不同的频率范围。
根据本发明的一个设计方案，设置于上游的端板构成为容纳混合管的且承载其重量的承载板，所述承载板例如固定在法兰板上，借助所述法兰板将整个燃烧器装置固定在机器壳体等上。
附图说明
本发明的其他的特征和优点借助根据本发明的一个实施方式的燃烧器装置的下面的描述参照所附的附图变得显而易见。其中
图1示出根据本发明的一个实施方式的燃烧器装置的示意剖面图；
图2示出图1中示出的燃烧器装置的混合管装置的剖面图；
图3示出图2中示出的混合管装置的局部后视图；
图4示出图2中示出的混合管装置的隔板的视图；以及
图5示出图2中示出的混合管装置的设置于下游的端板的视图。
具体实施方式
附图示出根据本发明的一个实施方式的燃烧器装置1或其部件。燃烧器装置1包括燃烧室2、中央设置的引燃器3、具有多个混合管5的混合管装置4、多个燃料喷射器6和安装板7，其中所述混合管通入所述燃烧室2中，所述燃料喷射器伸入至混合管5中的适当的位置处，所述安装板容纳混合管装置4并且用于将燃烧器装置1固定在未详细示出的机器壳体上。
混合管装置4包括管形的外壁8、径向地与外壁8间隔开设置的管形的内壁9、设置于上游的环形的端板10和设置于下游的端板11，它们限定环形空间12，混合管5沿轴向方向延伸穿过所述环形空间。此外，混合管装置4包括环形的隔板13，所述隔板将环形空间12划分成两个子环形空间14和15。被限定在隔板13和设置于下游的端板11之间的子环形空间15具有比被限定在设置于上游的端板10和隔板13之间的子环形空间14显著更小的体积。在此，子环形空间15的体积大致相当于子环形空间14的体积的1/10。
设置于上游的端板10包括多个贯通开口16，所述贯通开口容纳和/或延长混合管5。贯通开口16在此限定具有彼此不同的孔分布圆直径的两个孔分布圆，其中第一孔分布圆的贯通孔16和第二孔分布圆的贯通孔16在径向方向上彼此错开地设置。此外，端板10具有多个空气通道17，所述空气通道在轴向方向上延伸并且在端板10的环形面之上分布地设置。在此，仅列举一个实例：设有直径分别为5mm的45个空气通道17。然而应当清楚的是：根据需要能够改变空气通道17的数量和直径。端板10形成整个混合管装置4的承载板，因此所述端板相应实心地构成。在端板10上固定有安装装置18，所述安装装置用于将混合管装置4固定在燃烧器装置1的安装板7上。
隔板13类似于端板10设有贯通开口19，所述贯通开口与端板10的贯通开口16在轴向方向上对齐。此外，端板13设有多个吹洗空气通道20，所述吹洗空气通道以在隔板13的环形面上分布的方式设置并且将子环形空间14与子环形空间15流体连接。在此，仅列举一个实例：在隔板13中构成直径在1至1.3mm范围中的500个吹洗空气通道20，其中根据需要能够改变吹洗空气通道20的数量和直径。此外，在隔板13上构成径向延伸的隔离壁21，所述隔离壁将子环形空间15划分成多个腔室22，所述腔室具有彼此不同的体积。
设置于下游的端板11类似于端板10和隔板13包括贯通开口23，所述贯通开口轴向地与端板10的贯通开口16和隔板13的贯通开口19对齐。此外，在端板11中构成轴向延伸的空气通道24，所述空气通道将子环形空间15与燃烧室2流体连接。
在已安装状态下，隔板13的隔离壁21在形成前述腔室22的情况下贴靠在端板11上。腔室22分别限定高频共振器的共振器容积，所述高频共振器的共振器开口由空气通道24形成，所述空气通道将子环形空间15与燃烧室2连接。由于各个腔室22的体积不同地选择的事实，高频共振器衰减不同的频率。因此，仅列举一个实例：能够设有下述高频共振器，所述高频共振器衰减1000Hz和5000Hz之间的频率。每个腔室所设有的空气通道17的直径和数量根据需要与要衰减的频率相关地变化。设置于隔板13中的吹洗空气通道20为高频共振器限定吹洗空气开口，所述吹洗空气开口一方面防止热空气进入到子环形空间14中并且另一方面用于充分地冷却。
子环形空间14限定作用于冷的送气空间上的中频共振器的共振器容积，所述中频共振器的共振器开口形成端板10的空气通道17。对于中频共振器使用构成在隔板13中的吹洗空气通道20，以扩宽要衰减的频率范围。中频共振器的共振器容积例如能够选择成，使得共振器频率在170Hz范围中出现。
之前描述的燃烧器装置1的一个主要优点在于：多个共振器与混合管装置4整体地构成。因此，在频率极其不同的情况下实现有效的减振，所述减振在没有附加结构空间的情况下是可能的并且成本低。
共振器提供上游和下游的减振，由此能够防止部件损坏。由于将共振器划分成一个中频共振器和多个高频共振器，并且由于选择共振器的该设置方式总是在直接需要减振的位置处提供减振。中频共振器在冷侧上朝送气空间的方向作用于低频的压力波动，而高频共振器作用于在燃烧室中的高频的压力波动。
中频共振器经由设置在隔板13中的吹洗空气通道20与高频共振器耦联。在此特别的是：该耦联不影响各个共振器的频率。更确切地说，能够将全部共振器个体地且彼此独立地调节到预设的频率上。该效果通过如下方式实现：声学有效的开口同时沿不同的方向作用，更确切地说一方面朝送气部并且另一方面朝燃烧室作用。
可经由该设计调节的吹洗空气质量流满足多个目的。一方面，各个共振器的减振频谱被扩宽。另一方面，为高频共振器阻隔来自燃烧室的热气的侵入。此外，共振器的温度是受控的。此外，混合管装置在热侧上被冷却。
尽管在细节上通过优选的实施例详细阐明和描述本发明，但是本发明不局限于所公开的实例并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而不偏离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃烧器装置(1)，其具有：燃烧室(2)；多个通入所述燃烧室(2)中的混合通道，在正常运行期间将导入的燃烧空气和导入的燃料在所述混合通道中混合；和至少一个共振器，所述共振器具有限定的共振器容积和共振器开口，其特征在于，所述混合通道由混合管(5)形成，所述混合管轴向地延伸穿过环形空间(12)，所述环形空间被限定在管形的外壁(8)、径向地与所述外壁(8)间隔开设置的管形的内壁(9)、设置于上游的环形的端板(10)和设置于下游的环形的端板(11)之间，其中所述端板(10，11)设有贯通开口(16，23)，所述贯通开口容纳和/或延长所述混合管(5)；至少一个所述共振器的所述共振器开口构成为空气通道(17，24)，所述空气通道延伸穿过所述端板(10，11)中的至少一个端板；以及至少一个所述共振器的所述共振器容积由所述环形空间(12)的至少一部分形成。
2.根据权利要求1所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，在设置于上游的端板(10)和设置于下游的端板(11)之间设有至少一个环形的隔板(13)，所述隔板具有容纳所述混合管(5)的贯通开口(19)并且将所述环形空间(12)划分成子环形空间(14，15)。
3.根据权利要求2所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，设置于上游的端板(10)和设置于下游的端板(11)具有空气通道(17，24)，使得子环形空间(14，15)限定至少两个共振器的共振器容积，所述共振器以不同的频率一方面作用到冷的送气空间中并且另一方面作用到热的所述燃烧室(2)中。
4.根据权利要求2或3所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，至少一个所述隔板(13)设有多个吹洗空气通道(20)，所述吹洗空气通道将所述子环形空间(14，15)彼此流体连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，被限定在至少一个所述隔板(13)和设置于下游的所述端板(11)之间的子环形空间(15)具有比被限定在设置于上游的所述端板(10)和所述隔板(13)之间的子环形空间(14)更小的体积。
6.根据权利要求5所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，被限定在所述隔板(13)和设置于下游的端板(11)之间的子环形空间(15)的体积不超过被限定在设置于上游的端板(10)和所述隔板(13)之间的子环形空间(14)的体积的20％。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，被限定在至少一个所述隔板(13)和设置于下游的端板(11)之间的子环形空间(15)通过径向延伸的隔离壁(21)划分成多个腔室(22)。
8.根据权利要求7所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，所述腔室(22)的体积是不同的。
9.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器装置(1)，其特征在于，设置于上游的端板(10)构成为容纳所述混合管(5)的且承载所述混合管的重量的承载板。
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