CN115362333B - 燃烧器的燃烧器部件和燃气轮机的具有这种燃烧器部件的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器的燃烧器部件(01)。燃烧器具有流动通道，在所述流动通道中，助燃空气在流动方向(05)上从上游朝向下游流动。在此，燃烧器部件(01)包括：邻接于流动通道的壁部段(03)和多个设置在壁部段(03)中的喷嘴(21，22)；以及多个设置在壁部段(03)上的涡流发生器(11)。为了改进燃料在助燃空气中的分布提出，涡流发生器(11)具有在流动方向(05)上升高的斜面(12)，所述斜面凹形地拱曲。

Description

燃烧器的燃烧器部件和燃气轮机的具有这种燃烧器部件的燃 烧器

技术领域

本发明涉及一种用于在燃气轮机中使用的燃烧器的燃烧器部件。燃烧器部件的在此考虑的目的是引起或促进带有燃料的助燃空气的涡流。

背景技术

对于以根据可行性避免有害物质为目的的有利的燃烧，重要的是在燃烧之前发生燃料在助燃空气中的均匀混合。为了实现这一点，在现有技术中使用不同的解决方案。所述解决方案通常基于引起带有燃料的助燃空气的涡流。虽然对应的涡流在流动中引起阻力，然而通常在没有涡流的情况下不能实现所要求的尽可能无有害物质的燃烧。

为了使带有燃料的助燃空气形成涡流，通常在流动走向中设置有干扰元件，所述干扰元件使流动偏转并且在此引起涡流。为此通常使用叶片状的结构。

此外已知的是，在表面上沿着流动走向设置引起助燃空气的涡流的干扰轮廓。因此，此外已知的是，在流动通道的壁部上设置所谓的涡流发生器，所述涡流发生器对应地伸入到流动通道中。为此，EP 0775869以及EP 0619 457公开了示例性实施方案。在两种情况下，涡流发生器设置在用于助燃空气的流动通道中，所述涡流发生器在流动的观察方向上具有三角形的、从流动通道的壁部开始向下游上升的等腰构造。同样在横向于流动方向的侧视图中得出呈直角三角形的形式的三角形构造。此外垂直于流动通道的壁部的、横向于流动方向的视图涉及三角形构造。

三个视角中的具有三角形构造的涡流发生器的所述构造方式在一定程度上作为这种涡流发生器的唯一的实施方式已经证明为是合适的，并且由此作为典型实施方案实施。

发明内容

与流动走向的类型和用于均匀地混合助燃空气与燃料的必要机构的构造无关地适用的是，使流动阻力保持得尽可能小并且仍然确保足够的混合。因此，本发明的目的是在尽可能小的阻力的情况下引起改进的混合。

所提出的目的通过根据本发明的燃烧器部件的实施方式来实现。在本发明中说明作为根据本发明的燃烧器部件的燃烧器喷枪，并且在本发明中说明具有对应的燃烧器部件的燃烧器。有利的实施方式在本发明中给出。

常规的燃烧器部件是燃烧器的符合规定的部件。涉及燃烧器的哪种类型在此首先是不重要的，然而有利地在燃气轮机的燃烧器中使用燃烧器部件。在此明显的是，燃烧器设置在燃烧室的上游侧处。在此，燃烧器具有流动通道，在所述流动通道中，助燃空气在流动方向上从上游朝向下游流动。在此，流动通道必须由壁部限界。现在燃烧器部件在此至少部段地包括邻接于流动通道的壁部作为壁部段。

在壁部段上常规地设有多个喷嘴。如何实现至喷嘴的燃料供给首先是不重要的。喷嘴至少设置用于可以实现将燃料引入到流动通道中。因此，与燃料通道如何实施或设置无关地，喷嘴首先与所述燃料通道连接。

此外，多个涡流发生器处于在喷嘴空间附近的壁部段上。在此，涡流发生器分别设置在壁部段上并且在此伸入到流动通道中。对应地，涡流发生器作为流动通道中的障碍物引起助燃空气的涡流。

此外，在此常规地提出，涡流发生器具有带有在壁部段上伸展的起始边缘的构造。起始边缘在上游侧上是涡流发生器的界限。根据壁部段的构造，起始边缘不仅可以具有弧形的伸展，而且可以具有直线式的延伸。起始边缘在此沿着(不一定精确地沿)横向方向伸展，所述横向方向横向于流动方向并且在此在壁部段上或切向于壁部段定向。

终止棱边处于相应的涡流发生器的下游侧上。终止棱边在此分别沿着(不一定精确地沿)高度方向延伸。高度方向横向于壁部段以及横向于流动方向定向。终止棱边在壁部段处的端部形成足点，其中在终止棱边处相对置地存在端点。

在此，涡流发生器具有在高度方向上测量的并且在此从足点延伸直至端点的涡流发生器高度。

一方面，相应的涡流发生器通过两个相对置地设置的侧面限界。在此，侧面从终止棱边开始向上游指向起始边缘的相对置的边缘端部伸展。此外，涡流发生器通过在起始边缘处开始并且伸展至端点的斜面限界。因此，斜面至少部段地通过侧面侧向地限界。

在此考虑的实施方案中的涡流发生器从不同侧观察具有大致三角形的构造。这不仅在流动方向上观察时适用，而且在以斜面的视角的高度方向上观察时适用。同样在横向方向上的视图中示出具有大致三角形构造的相应的侧面。

结果，涡流发生器大致具有四面体的形状，其中四面体的面由壁面形成，并且四面体的一个棱边是起始边缘并且一个棱边是终止棱边。

涡流发生器具有在流动方向上测量的并且在此从起始边缘延伸直至足点的涡流发生器长度。如果起始边缘在横向方向上不直线式延伸，则在起始边缘上选择设置在最上游的那个点。所述点可以是中心，但是在不平坦的壁部段的情况下通常是起始边缘的边缘端部。

在现有技术中，在特定形状的情况下，涡流发生器设有平坦的斜面，而现在根据本发明，斜面凹形拱曲地实施。即斜面是弯曲的、凹入到涡流发生器中成形的表面。

虽然第一眼看，涡流发生器的斜面从平坦的面改变成凹形拱曲的造型在有效混合方面显现为不重要，然而已经表明，相对于常规的涡流发生器，在相同的流动阻力情况下可以实现更好的、更均匀的燃料分布。结果，这引起在尽可能无有害物质的燃烧方面的尽管小的改进。

不仅在结构和制造方面而且在助燃空气的涡流中的期望的结果方面已经表明有利的是，斜面具有恒定的曲率半径并且斜面就此而言形成球面的部段。

在借助于从平坦的平面改变至凹形的斜面改进混合方面，弯拱已经表明为是有利的，所述弯拱具有与平坦的斜平面的一定的偏差。斜平面在此由端点以及斜面的环绕的边缘的另外的两个点限定，使得斜面完全处于斜平面下方。此外可以确定面深度，其中面深度是从凹形的斜面至平坦的斜平面的最大间距。

在此优选地，面深度至少是涡流发生器高度的0.05倍并且至多是涡流发生器高度的0.4倍。特别有利地，面深度至少是涡流发生器高度的0.1倍。此外特别有利的是，面深度至多对应于涡流发生器高度的0.3倍。

与常见的侧面平坦的实施方案相反，已经表明为有利的是，侧面向外拱曲地实施。在此，侧面在沿着横向于高度方向的平面穿过涡流发生器的截面中具有凸形的弯拱。就此而言，相应的侧面以最简单的形式形成柱形面的部段。

与根据本发明的凹形地成形的斜面无关地，涡流发生器具有独特的特征，尤其尺寸关系，使得实现有利的效果。

在此有利的是，在横向方向上的宽度至少对应于涡流发生器长度的0.5倍。特别有利地，涡流发生器的宽度至少是涡流发生器长度的0.8倍。

为此有利的是，涡流发生器长度至少对应于涡流发生器的宽度的0.5倍。特别有利地，涡流发生器长度至少是涡流发生器的宽度的0.8倍。

此外，当涡流发生器长度至少对应于涡流发生器高度的0.8倍时，确保涡流发生器的有利的效果。特别有利地，涡流发生器长度至少是涡流发生器高度。

然而，涡流发生器高度不应大于涡流发生器长度的1.5倍。特别有利的是，涡流发生器高度小于涡流发生器长度。

当在涡流发生器的直接影响区域中设置有至少一个喷嘴时，实现燃料在助燃空气中的有利的混合。在此在最简单的情况下，喷嘴由具有喷嘴直径的圆形孔形成。

为了借助于涡流发生器有利地喷射燃料及其涡流，喷嘴的喷嘴直径至少对应于涡流发生器高度的0.1倍。特别有利地，喷嘴直径在此至少是涡流发生器高度的0.2倍。

然而同样地，喷嘴直径相对于涡流发生器不应过大地选择，因为否则丧失涡流发生器的有利的效果。因此，喷嘴直径应小于涡流发生器高度的0.6倍。特别有利地，喷嘴直径至多是涡流发生器高度的0.4倍。

在非圆形的喷嘴的情况下，从喷嘴的横截面中确定等效的喷嘴直径。

为此，在第一变型方案中，在涡流发生器的至少一侧上，喷嘴在涡流发生器的侧面中或在直接邻接的壁部段中可以有利地设置在距足点至多为涡流发生器高度的0.3倍的距离中。在此特别有利的是，喷嘴距足点的间距(与设置在侧面或壁部段中无关地)至多对应于涡流发生器高度的0.2倍。此外可以有利地在涡流发生器的两侧上设置喷嘴。

在第二有利的变型方案中，喷嘴相对于相应的涡流发生器居中地设置。结合具有向下游升高的斜面的涡流发生器的定向，在涡流发生器的下游引起燃料在助燃空气中的有利的混合。

在喷嘴居中地设置的情况下可以有利地提出，喷嘴在涡流发生器处直接设置在终止棱边处(就此而言，喷嘴中断终止棱边或减小其在足点处的长度)。

替选地，喷嘴可以在涡流发生器的下游设置在壁部段中。

在此有利的是，喷嘴距足点的距离至多对应于涡流发生器高度的0.5倍。特别有利的是，所述距离至多对应于涡流发生器高度的0.3倍。因此，最佳地利用具有凹形的斜面的涡流发生器的有利的影响，以用于实现燃料在助燃空气中的尽可能好的混合。

同样已经证明为有利的是，喷嘴在设置在壁部段上的情况下设置在距足点至少为涡流发生器高度的0.1倍的距离中。

在喷嘴的位置方面，对于上文中描述的有利的距离总是考虑距喷嘴的边缘的间距。在足点处倒圆的情况下，在没有倒圆的终止棱边的延长部中确定足点。

在相应两个涡流发生器之间设置至少一个喷嘴的情况下，可以实现燃料到助燃空气中的另一有利的引入。特别有利地，恰好一个喷嘴居中地设置在涡流发生器之间。与此相关的设置涉及在横向方向上的位置。

在涡流发生器之间的至少一个喷嘴在流动方向上观察同样定位在足点空间附近。在此有利的是，足点距喷嘴的距离同样至多对应于涡流发生器高度的0.5倍。已经表明为特别优选的是，喷嘴在足点的下游设置在涡流发生器高度的0.3倍的最大距离中。

多个涡流发生器可以彼此并排地和在流动方向上彼此错开地设置。优选地，涡流发生器在流动方向上彼此并排地设置在相同的高度上。与此相关地不重要的是，是否在涡流发生器的直接的影响区域外设置有用于在上游或在下游使空气流形成涡流的其他机构。

此外可以提出，涡流发生器在横向方向上彼此间隔开地设置。然而已经表明为有利的是，涡流发生器直接彼此邻接。在此特别有利的是，通过涡流发生器的邻接的设置，相邻的斜面分别具有共同的边缘部段。

燃烧器部件作为燃烧器的一部分可以满足不同的功能，例如，燃烧器部件可以形成包围流动通道的管部段。燃烧器部件同样可以形成流动通道的壁部的部分部段，其中例如分别作为燃烧器部件的两个或更多个部分部段包围流动通道。壁部同样可以涉及设置在流动通道中的涡流叶片的表面。根据所提出的引起燃料在助燃空气中混合的目的，在任何情况下，燃烧器部件符合规定地邻接于流动通道。

在此特别有利的是，燃烧器部件形成燃烧器喷枪。在此，燃烧器喷枪具有回转形的壁部，借此，流动通道包围燃烧器部件的壁部段。根据燃烧器喷枪的圆形的造型，涡流发生器在环周上分布地设置在壁部段上，其中涡流发生器如在上文中所描述的那样实施。

提供根据本发明的燃烧器部件引起形成根据本发明的燃烧器，所述燃烧器符合规定地在燃烧室处使用。

特别有利地在燃气轮机的燃烧室中使用燃烧器，其中还优选地，燃烧器部件涉及燃烧器喷枪。

在此有利的是，燃烧器包括至少一个包围流动通道并且设置在燃烧室的上游的混合管。在此使用的具有如上文中描述的实施方案的燃烧器部件在混合管内设置在中央。

特别有利的是，同时使用多个平行伸展的混合管，所述混合管设置在共同的燃烧室的上游。为此，在混合管中的每个混合管中使用如上文中描述的燃烧器部件。

通过在混合管中使用根据本发明的燃烧器部件，引起燃料在助燃空气中的有利的混合，从而可以实现尽可能无有害物质的燃烧。

附图说明

在以下附图中绘出用于根据本发明的燃烧器部件的示例性实施方式。附图示出：

图1示出作为燃烧器部件的燃烧器喷枪的立体视图；

图2示出涡流发生器和喷嘴的设置的细节视图；

图3示出相对于图2的侧视图；

图4示出反向于流动方向的相对于图1的视图；

图5示出通过在涡流发生器的区域中的燃烧器喷枪的截面。

具体实施方式

在图1中，在立体图中示出用于根据本发明的呈燃烧器喷枪的形式的燃烧器部件01的示例性实施方式。首先可看到燃烧器喷枪的典型的回转形的、伸长的构造。燃烧器喷枪的略微锥形的壁部形成燃烧器部件01的作为用于在燃烧器中符合规定地存在的流动通道的限界表面的壁部段03。所述壁部段对应地限定从上游侧至下游侧的流动方向05。

此外可看出多个沿环周分布地设置的涡流发生器11的设置，所述涡流发生器从不同的方向观察分别具有大致三角形的构造。因此，涡流发生器11大致具有四面体的形状。此外可看出多个相对于涡流发生器11在下游设置的喷嘴21、22的设置。

现在，图2至图5详细地示出涡流发生器11以及相关联的喷嘴21、22的实施方案。

相应的涡流发生器11在上游由起始边缘14限界。在此，起始边缘14沿着垂直于流动方向、切向于壁部段03定向的横向方向伸展。由于涡流发生器11设置在回转形的壁部段03上，起始边缘14是弯曲的，使得起始边缘14的两个相对置的边缘端部15设置在最上游。相对置地，涡流发生器11由终止棱边16限界，所述终止棱边16大致在相应的高度方向上从壁部段03处的足点18延伸直至端点17。在此，高度方向大致垂直于流动方向并且在足点18处垂直于壁部段03定向。

在高度方向上测量的从足点18直至端点17的间距在此限定涡流发生器高度。

在流动方向05上测量的从终止棱边16至边缘端部15的间距在此限定涡流发生器长度。

相应的涡流发生器11由两个相对置的侧面19侧向地限界，所述侧面19分别从终止棱边朝向起始边缘14的相应的边缘端部15延伸。如可看出，侧面19具有拱曲的、凸形的造型。

涡流发生器的对于燃料在助燃空气中的涡流重要的表面形成斜面12，所述斜面从起始边缘14延伸至端点17。对应地，斜面12由与两个侧面19的相交棱部段地限界。在所述实施例中提出，涡流发生器11彼此相邻地设置，使得从相应的边缘端部15开始直至基本上侧面19的起始部，部段地得出相邻的斜面12的共同的边缘部段。

虽然从各个示图中不能直接看出，然而从概览中得出，斜面12具有凸形地弯曲的造型。这是用于实现有利的涡流的决定性的特征，从而是用于在燃烧时减少有害物质的另一可行性。在此，斜面12处于理论的斜平面13下方。斜平面13在此通过端点17以及两个边缘端部15限定，使得斜面12完全设置在斜平面13下方。在所述优选的实施方案中提出，斜面12与理论的斜平面13之间的最大间距作为面深度对应于涡流发生器高度的0.2倍。

此外，从视图中可看出喷嘴21、22的有利的设置。在所述实施例中提出，喷嘴21在壁部段03中分别居中地处于涡流发生器11后方。在所述实施例中，从相应的喷嘴21的边缘直至终止棱边16的足点18的距离大约为涡流发生器高度的0.25倍。

此外有利地提出，在壁部段03上分别在两个涡流发生器11之间设置有另一喷嘴22。在此，从喷嘴22的边缘直至涡流发生器11的足点18的距离大约为涡流发生器高度的0.15倍。

Claims (19)

1.一种燃烧器的燃烧器部件(01)，所述燃烧器具有至少一个流动通道，在所述流动通道中，助燃空气在流动方向(05)上从上游朝向下游流动，所述燃烧器部件(01)包括：邻接于所述流动通道的壁部段(03)和多个设置在所述壁部段(03)中的喷嘴(21，22)，借助于所述喷嘴，燃料能够被引入到所述流动通道中；以及多个涡流发生器(11)，所述涡流发生器(11)分别：

-设置在所述壁部段(03)上，以及

-伸入到所述流动通道中，以及

-在流动方向(05)上具有涡流发生器长度，以及

-在上游具有在所述壁部段(03)上伸展的起始边缘(14)，以及

-在下游具有沿着相应的高度方向伸展的终止棱边(16)，所述终止棱边具有端点(17)和在所述壁部段处的足点(18)，以及

-具有两个相对置的从所述终止棱边(16)向上游伸展的侧面(19)，以及

-具有从所述起始边缘(14)伸展至所述端点(17)的斜面(12)，

其特征在于，

所述斜面(12)凹形地拱曲，并且所述侧面(19)在横向于所述高度方向的截面中凸形地拱曲。

2.根据权利要求1所述的燃烧器部件(01)，

其中所述斜面(12)具有恒定的曲率半径。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧器部件(01)，

其中作为所述斜面(12)距斜平面(13)的最大间距的面深度对应于涡流发生器高度的至少0.05倍；和/或

其中作为所述斜面(12)距斜平面(13)的最大间距的面深度对应于涡流发生器高度的至多0.4倍。

4.根据权利要求3所述的燃烧器部件(01)，

其中作为所述斜面(12)距斜平面(13)的最大间距的面深度对应于涡流发生器高度的至少0.1倍；和/或

其中作为所述斜面(12)距斜平面(13)的最大间距的面深度对应于涡流发生器高度的至多0.3倍。

5.根据权利要求1或2所述的燃烧器部件(01)，

其中在所述涡流发生器(11)处的一侧或每侧上，在侧面和/或所述壁部段(03)中，在距所述足点(18)至多为涡流发生器高度的0.3倍的距离中设置有喷嘴(21)。

6.根据权利要求1或2所述的燃烧器部件(01)，

其中相应一个喷嘴(21)相对于相应的涡流发生器(11)居中地设置。

7.根据权利要求6所述的燃烧器部件(01)，

其中所述喷嘴设置在所述终止棱边处。

8.根据权利要求7所述的燃烧器部件(01)，

其中所述喷嘴(21)设置在距所述足点(18)至多为所述涡流发生器高度的0.5倍的距离中；和/或

其中所述喷嘴(21)设置在距所述足点(18)至少为所述涡流发生器高度的0.1倍的距离中。

9.根据权利要求1或2所述的燃烧器部件(01)，

其中相应至少一个喷嘴(22)居中地设置在两个涡流发生器(11)之间。

10.根据权利要求9所述的燃烧器部件(01)，

其中恰好一个喷嘴(22)居中地设置在两个涡流发生器(11)之间。

11.根据权利要求9所述的燃烧器部件(01)，

其中所述喷嘴(22)设置在沿流动方向距所述足点(18)至多为所述涡流发生器高度的0.5倍的距离中。

12.根据权利要求9所述的燃烧器部件(01)，

其中相邻的涡流发生器(11)的斜面(12)具有共同的边缘部段。

13.根据权利要求1所述的燃烧器部件(01)，其中所述燃烧器在燃气轮机的燃烧室中使用。

14.一种实施为根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器部件(01)的燃烧器喷枪，所述燃烧器喷枪具有回转形的壁部作为壁部段(03)和多个在环周上分布地设置的涡流发生器(11)。

15.一种用于在燃烧室中使用的燃烧器，所述燃烧器包括根据权利要求1至13中任一项所述的燃烧器部件(01)。

16.根据权利要求15所述的燃烧器，

所述燃烧器包括至少一个混合管，所述混合管设置在燃烧室的上游，并且在所述混合管中，所述燃烧器部件(01)设置在中央。

17.根据权利要求16所述的燃烧器，

所述燃烧器包括多个平行伸展的混合管，所述混合管设置在共同的燃烧室的上游，并且在所述混合管中，相应一个燃烧器部件(01)设置在中央。

18.根据权利要求15所述的燃烧器，其中所述燃烧室是燃气轮机的燃烧室。

19.根据权利要求15所述的燃烧器，其中所述燃烧器部件是燃烧器喷枪。