DE102013213860A1

DE102013213860A1 - Brennerdüsenträger mit Resonatoren

Info

Publication number: DE102013213860A1
Application number: DE102013213860.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Beck; Olga Deiss; Patrick Ronald Flohr; Bernd Prade
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Düsenträger (1) mit einer im Betrieb einer Brennkammer (2) zugewandten Heißseite (3) und einer gegenüberliegenden, von der Brennkammer (2) abgewandten Kaltseite (4) und mit einer die Kaltseite (4) mit der Heißseite (3) verbindenden Seitenfläche (5), die zusammen einen Grundkörper (6) bilden, und mit als Strahldüsen nutzbaren Durchlässen (7), die sich von der Kaltseite (4) zur Heißseite (3) erstrecken, wobei sich von der Heißseite (3) in Richtung der Kaltseite (4) erstreckende Resonatoren (8) vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Strahlbrenner (19) mit einem Düsenträger (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Düsenträger für einen Strahlbrenner und bezieht sich auf die Anordnung von Resonatoren im Düsenträger.
Auf vorgemischten Strahlflammen basierende Verbrennungssysteme bieten gegenüber drallstabilisierten Systemen aufgrund der fehlenden drallinduzierten Wirbel insbesondere aus thermoakustischer Sicht Vorteile.
Ein solcher Strahlbrenner besteht im Wesentlichen aus einem Düsenträger (Jetcarrier) mit einer Anzahl Düsen (Jets), die auf ein oder mehr Kreisen verteilt sind und aus einer an den Düsenträger anschließenden Ummantelung (Liner/Basket). Auf dem Liner sind typischerweise Resonatoren angebracht, die die Verbrennungsschwingungen dämpfen. An dieser Position müssen Resonatoren allerdings relativ stark mit Verdichterendluft gesperrt werden, um den Einzug von Heißgas zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannte Vorrichtung weiterzuentwickeln, so dass auch bei geringem Verbrauch von Sperrluft eine effektive Dämpfung der Verbrennungsschwingungen erfolgt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem Düsenträger mit einer im Betrieb einer Brennkammer zugewandten Heißseite und einer gegenüberliegenden, von der Brennkammer abgewandten Kaltseite und mit einer die Kaltseite mit der Heißseite verbindenden Seitenfläche, die zusammen einen Grundkörper bilden, und mit als Strahldüsen nutzbaren Durchlässen, die sich von der Kaltseite zur Heißseite erstrecken, sich von der Heißseite in Richtung der Kaltseite erstreckende Resonatoren vorgesehen sind.
D.h., Resonatoren werden nicht mehr ausschließlich auf dem Liner, sondern alternativ oder zusätzlich im Düsenträger (Jet Carrier) angebracht.
Dabei ist es hinsichtlich Konstruktion und Austauschbarkeit vorteilhaft, wenn die Resonatoren als Hohlzylinder mit Öffnungen aufweisenden Grundflächen ausgebildet und so angeordnet sind, dass ihre Grundflächen der Heißseite zugewandt sind.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn in den Hohlzylindern je eine Trennwand angeordnet ist und, um die Resonatoren auf unterschiedliche Frequenzen abzustimmen, indem verschiedene Resonatorvolumina bereitgestellt werden, wenn die Trennwände von mindestens zwei Hohlzylindern einen voneinander verschiedenen Abstand zur jeweiligen Grundfläche aufweisen.
Es ist zweckmäßig, wenn mindestens eine Trennwand eine Spülluftbohrung aufweist. Die Spülluft, welche den als Resonator ausgebildeten Hohlzylinder durchströmt, kann gleichzeitig eine Kühlung der der Brennkammer zugewandten Grundfläche bewirken.
Weiterhin ist es im Hinblick auf eine einfache Herstellung und Montage zweckmäßig, wenn sich die Resonatoren von der Heißseite bis zur Kaltseite erstrecken.
Als Sicherung gegen den Verlust der Hohlzylinder in die Brennkammer weisen in einer vorteilhaften Ausführungsform die Resonatoren ein Außengewinde und der Düsenträger Bohrungen mit einem entsprechenden Innengewinde zur Befestigung der Resonatoren auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Resonatoren an den der Kaltseite zugewandten Enden je einen Flansch auf.
In einer alternativen Ausführungsform weisen Bohrungen zur Aufnahme der Resonatoren je einen Absatz und die Resonatoren an den der Heißseite zugewandten Enden je eine entsprechende Aussparung auf.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die Resonatoren mit dem Grundkörper verschweißt oder in den Grundkörper eingelötet sind.
Gemäß der Erfindung wird ebenfalls ein Strahlbrenner bereitgestellt, der folgendes umfasst: einen Düsenträger, wie er in den vorherigen Absätzen definiert wurde, und Brennstoffdüsen, die vor den Durchlässen angeordnet sind.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn weitere Resonatoren auf einer Ummantelung, die sich als Verlängerung der Seitenfläche über die Heißseite hinaus erstreckt, angeordnet sind.
Mit der Erfindung wird eine effektive Dämpfung der Verbrennungsschwingungen erzielt. Der Verbrauch von Sperrluft ist geringer als bei den auf dem Liner aufgeschweißten Resonatoren. Auch die Bauweise ist kostengünstiger.
Das Design ist robust und weist eine höhere Sicherheit gegenüber Überhitzungsschäden auf. Weiterhin können Dämpfungseigenschaften wegen ggf. leichter Austauschbarkeit besser und schneller angepasst werden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
1 den Düsenträger eines Strahlbrenners mit Ummantelung und Resonatoren nach dem Stand der Technik,
2 eine Sicht auf den Düsenträger in Richtung der Hauptachse,
3 verschiedene Resonatoren nach der Erfindung,
4 einen Düsenträger nach der Erfindung mit Resonatoren,
5 einen Resonator nach der Erfindung mit Flansch und
6 einen Düsenträger mit Resonator nach der Erfindung mit Absatz bzw. entsprechender Aussparung.
Die 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Strahlbrenner 19 mit Düsenträger 1 und Ummantelung 21 (Liner/Basket) nach dem Stand der Technik. Der Düsenträger 1 ist im Beispiel der 1 als massives Bauteil ausgeführt und umfasst eine im Betrieb der Brennkammer 2 zugewandte Heißseite 3, eine gegenüberliegende, von der Brennkammer 2 abgewandte Kaltseite 4 und eine die Kaltseite 4 mit der Heißseite 3 verbindende Seitenfläche 5, die zusammen einen Grundkörper 6 bilden. In diesem Grundkörper 6 erstrecken sich Durchlässe 7 von der Kaltseite 4 zur Heißseite 3, also parallel zur Hauptachse 23 des Strahlbrenners 19. Alternativ wäre auch eine leichtere Bauweise mit hohlem Grundkörper und mit Röhren anstatt Bohrungen denkbar.
Die Durchlässe 7 dienen als Strahldüsen, die auf einem oder mehreren Kreisen, im vorliegenden Beispiel auf zwei Kreisen angeordnet sind und an deren Eintritt Brennstoffdüsen 20 angeordnet sind. Im Betrieb strömen Brennstoff und Luft durch die Strahldüsen und gelangen am Austritt der Strahldüsen als Brennstoff-Luft-Gemisch in die durch die Ummantelung 21 begrenzte Brennkammer 2. 1 zeigt verschiedene Resonatoren 22, die zur Schwingungsdämpfung auf der Ummantelung 21 angeordnet sind.
2 zeigt einen Düsenträger 1 nach der Erfindung der neben den aus dem Stand der Technik bekannten Durchlässen 7 für die Strahldüsen Bohrungen 15 aufweist, die im Beispiel der 2 ebenfalls auf einem Kreis angeordnet sind.
In diesen Bohrungen 15 werden die in der 3 gezeigten Resonatoren 8 eingesetzt. Die Resonatoren 8 sind Hohlzylinder 9 mit Öffnungen 10 aufweisenden Grundflächen 11 und Trennwänden 12, die je nach zu dämpfender Frequenz unterschiedlich weit von der Grundfläche 11 beabstandet sind. Die Trennwände 12 können Spülluftbohrungen 13 aufweisen.
Weiterhin zeigt 3 Gewinde 14 zur Sicherung gegen den Verlust der Resonatoren 8 in die Brennkammer 2.
In 4 ist ein Düsenträger 1 mit in den Bohrungen 15 angeordneten Resonatoren 8 gezeigt. Die Grundflächen 11 schließen plan mit der brennkammerseitigen Oberfläche des Brennerträgers 2, also mit der Heißseite 3, ab.
5 zeigt einen Resonator 8, der als Sicherung gegen den Verlust des Resonators 8 in die Brennkammer 2 am im eingebauten Zustand der Kaltseite 4 zugewandten Ende einen Flansch 16 aufweist.
6 zeigt eine alternative Möglichkeit zur Sicherung gegen Verlust des Resonators 8 in die Brennkammer 2, bei der die Bohrungen 15 je einen Absatz 17 und die Resonatoren 8 an den der Heißseite 4 zugewandten Enden eine entsprechende Aussparung 18 aufweisen.

Claims

Düsenträger (1) mit einer im Betrieb einer Brennkammer (2) zugewandten Heißseite (3) und einer gegenüberliegenden, von der Brennkammer (2) abgewandten Kaltseite (4) und mit einer die Kaltseite (4) mit der Heißseite (3) verbindenden Seitenfläche (5), die zusammen einen Grundkörper (6) bilden, und mit als Strahldüsen nutzbaren Durchlässen (7), die sich von der Kaltseite (4) zur Heißseite (3) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der Heißseite (3) in Richtung der Kaltseite (4) erstreckende Resonatoren (8) vorgesehen sind.
Düsenträger (1) nach Anspruch 1, wobei die Resonatoren (8) als Hohlzylinder (9) mit Öffnungen (10) aufweisenden Grundflächen (11) ausgebildet und so angeordnet sind, dass ihre Grundflächen (11) der Heißseite (3) zugewandt sind.
Düsenträger (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in den Hohlzylindern (9) je eine Trennwand (12) angeordnet ist.
Düsenträger (1) nach Anspruch 3, wobei die Trennwände (12) von mindestens zwei Hohlzylindern (9) einen voneinander verschiedenen Abstand zur jeweiligen Grundfläche (11) aufweisen.
Düsenträger (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei mindestens eine Trennwand (12) eine Spülluftbohrung (13) aufweist.
Düsenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Resonatoren (8) von der Heißseite (3) bis zur Kaltseite (4) erstrecken.
Düsenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Resonatoren (8) ein Außengewinde (14) und der Düsenträger Bohrungen (15) mit einem entsprechenden Innengewinde zur Befestigung der Resonatoren (8) aufweisen.
Düsenträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Resonatoren (8) an den der Kaltseite (4) zugewandten Enden je einen Flansch (16) aufweisen.
Düsenträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Bohrungen (15) zur Aufnahme der Resonatoren (8) je einen Absatz (17) und die Resonatoren (8) an den der Heißseite (4) zugewandten Enden je eine entsprechende Aussparung (18) aufweisen.
Düsenträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Resonatoren (8) mit dem Grundkörper (6) verschweißt sind.
Düsenträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Resonatoren (8) in den Grundkörper (6) eingelötet sind.
Strahlbrenner (19) mit einem Düsenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Brennstoffdüsen (20) vor den Durchlässen (7) angeordnet sind.
Strahlbrenner (19) nach Anspruch 12, wobei eine Ummantelung (21) sich als Verlängerung der Seitenfläche (5) über die Heißseite (3) hinaus erstreckt und weitere Resonatoren (22) auf der Ummantelung (21) angeordnet sind.