DE19640818A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs in Luft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs in Luft, umfassend:
einen Ringkanal zur Führung der Luft in einem bezüglich einer Achse meridionalen Strom;
ein Drallgitter zur Aufprägung eines Dralls auf den Strom; und ein Mittel zur Einmischung des Brennstoffs in den Strom unter Bildung eines im wesentlichen homogenen Gemischs.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs in Luft, bei dem die Luft in einem eine Achse umringenden, sich bezüglich der Achse meridional und mit einem Drall fortsetzenden Strom bereitgestellt und im we­ sentlichen homogen mit Brennstoff vermischt wird unter Bil­ dung eines Gemisches, das zur Verbrennung des Brennstoffs entzündet wird.

Eine solche Vorrichtung ist unter der Bezeichnung "Vormisch­ brenner" den einschlägig bewanderten und tätigen Personen be­ kannt, wobei die Bezeichnung bereits darauf hinweist, daß der Brennstoff erst mit einem gewissen zeitlichen Abstand nach seiner Einmischung in die zur Verbrennung bereitgestellte Luft verbrannt wird. Auch das Verfahren ist den einschlägig bewanderten und tätigen Personen bekannt als dasjenige Ver­ fahren, welches beim Betrieb eines üblichen Vormischbrenners abläuft.

Beim Betrieb eines üblichen Vormischbrenners wird unter Erhö­ hung der Zufuhr von Brennstoff zu dem Brenner oftmals ein Zu­ stand erreicht, bei dem die Verbrennung instabil wird und in der Anlage, in welche er eingebaut ist, akustische Schwingun­ gen hervorruft. Diese akustischen Schwingungen sind unter dem Begriff "Verbrennungsschwingungen" bekannt. Die Verbrennungs­ schwingungen können so stark werden, daß sie den Betrieb des Vormischbrenners und der Anlage, deren Bestandteil der Vor­ mischbrenner ist, gefährden. Die Neigung eines Vormischbren­ ners zur Ausbildung einer instabilen Verbrennung wird um so stärker, je homogener das in dem Vormischbrenner vor der Ver­ brennung gebildete Gemisch aus Brennstoff und Luft ist. Ein möglichst homogenes Gemisch ist allerdings erwünscht im Hin­ blick darauf, daß die Produktion von Stickoxiden bei der Ver­ brennung um so geringer ist, je homogener das Gemisch ist. Ist das Gemisch vollkommen homogen, so nimmt die bei der Ver­ brennung des Gemisches auftretende maximale Temperatur ein Minimum an, und es ist genau dieser Effekt, welcher für die dann besonders geringen Produktion von Stickoxiden wesentlich ist.

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind auch bekannt aus der EP 0 193 838 B1 oder der EP 0 589 520 B1.

Zur Stabilisierung der Verbrennung eines Vormischbrenners ist vorgeschlagen worden, das dem Brenner entströmende und sich entzündende Gemisch mit einem Schleier von Luft einzuhüllen und somit zu verhindern, daß sich in Randbereichen des Gemi­ sches Wirbel ausbilden, in denen Verbrennungsprozesse statt­ finden, von denen anzunehmen ist, daß sie wesentlich zur De­ stabilisierung der Verbrennung beitragen. Ein Nachteil der vorgeschlagenen Maßnahme ist allerdings darin zu sehen, daß die Luft, die zur Einhüllung des Gemisches verwendet wird, dem eigentlichen Verbrennungsvorgang entzogen werden muß. Liegt die mit dem Vormischbrenner freizusetzende thermische Leistung fest, so liegt auch die dabei einzusetzende Menge an Brennstoff im wesentlichen fest, und ein Abzug von Luft zur Stabilisierung der Verbrennung bedeutet, daß die eigentliche Verbrennung in Anwesenheit einer verringerten Menge an Luft stattfinden und angesichts dessen, daß die Verbrennung in der Regel, insbesondere in einer Gasturbinenanlage, unter Luft­ überschuß erfolgt, mit einer deutlich erhöhten Maximaltempe­ ratur und damit mit einer deutlich erhöhten Bildung von Stickoxiden ablaufen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses bei einem Vormisch­ brenner anzugeben, bei der es nicht erforderlich ist, dem Verbrennungsprozeß einen Teil der zur Verfügung stehenden Luft zu entziehen. Diese Maßnahme soll sowohl in einer Vor­ richtung als auch in einem Verfahren verkörpert sein.

Zur Lösung der Aufgabe im Hinblick auf eine Vorrichtung ange­ geben wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs in Luft, umfassend: einen Ringkanal zur Führung der Luft in einem bezüglich einer Achse meridionalen Strom;
ein Drallgitter zur Aufprägung eines Dralls auf den Strom; und
ein Mittel zur Einmischung des Brennstoffs in den Strom unter Bildung eines im wesentlichen homogenen Gemischs;
gekennzeichnet durch ein Mittel zur Verzögerung eines bezüg­ lich der Achse radial außenliegenden Teils des Stroms gegen­ über anderen Teilen des Stroms.

Gemäß der Erfindung wird die Verteilung der Geschwindigkeit in dem Strom, wenn dieser aus der Vorrichtung austritt, un­ gleichmäßig in bezüglich der Achse radialer Richtung gestal­ tet, dabei aber die Homogenität des Gemisches aus Luft und Brennstoff in dem Strom beibehalten. Die Ungleichmäßigkeit in der Verteilung der Geschwindigkeit in dem Strom kann dabei die meridionale Komponente der Geschwindigkeit, die tangen­ tiale Komponente der Geschwindigkeit oder beide Komponenten der Geschwindigkeit betreffen. Dies erfolgt dadurch, daß der Strom in dem Ringkanal lokal gestört wird mittels eines ent­ sprechenden Hindernisses in Form eines Siebes oder derglei­ chen, welches an entsprechender Stelle in dem Ringkanal ange­ ordnet wird.

Ob der als solche Vorrichtung im Einzelfall verkörperte Vor­ mischbrenner einer Stabilisierung durch eine sogenannte Pi­ lotflamme bedarf, wie aus dem zitierten Stand der Technik be­ kannt, und ob diese Pilotflamme im Zentrum oder am Außenum­ fang des Stroms angeordnet ist, oder ob der Vormischbrenner überhaupt ohne Pilotflamme auskommt, ist vorliegend von un­ tergeordneter Bedeutung. Gleiches gilt für die Ausgestaltung des Drallgitters; dies kann entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Einzelfalls ein axiales, radiales oder diago­ nales Drallgitter sein. Auch Einzelheiten der Zufuhr des Brennstoffs sind vorliegend von untergeordneter Bedeutung; grundsätzlich kann die Zufuhr des Brennstoffs in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise über Düsen in Leitschaufeln des Drallgitters oder separate Mischeinrichtungen vor oder hinter dem Drallgitter.

Das Mittel zur Verzögerung des bezüglich der Achse radial au­ ßenliegenden Teils des Stroms gegenüber anderen Teilen des Stroms erzeugt in dem Strom einen lokalen Druckverlust, der bewirkt, daß hinter dem Mittel eine geringere Strömungsge­ schwindigkeit herrscht als in den von dem Mittel unbeeinfluß­ ten Teilen des Stroms. Es versteht sich, daß das Mittel zur Einmischung des Brennstoffs in den Strom für die erforderli­ che Homogenität des erzeugten Gemisches ausgelegt sein muß; es kann erforderlich sein, die Zufuhr von Brennstoff zu dem verzögerten Teil des Stroms im Vergleich zur Zufuhr zu den anderen Teilen des Stroms entsprechend zu reduzieren.

Durch die ungleichmäßige Verteilung der Geschwindigkeit in dem Strom wird erreicht, daß das Gemisch nicht an allen Stel­ len des Stroms gleichzeitig zündet. Die durch die Verbrennung in dem Gemisch hervorgerufene Expansion erfolgt somit nicht schlagartig, sondern über ein gewisses Zeitintervall ver­ teilt. Dadurch wird die Neigung zur Instabilität wesentlich reduziert.

Da der Strom in seinem äußeren Bereich langsamer ist als in seinem inneren, wird außerdem die Neigung zur Ausbildung von Wirbeln reduziert, was ebenfalls wesentlich beiträgt zur Sta­ bilisierung der Verbrennung. Zu einer Erhöhung der Maximal­ temperatur bei der Verbrennung kommt es allerdings nicht, da die gesamte verfügbare Luft zur Verbrennung des Brennstoffs ausgenutzt wird.

Eine erste besonders bevorzugte Weiterentwicklung der Vor­ richtung zeichnet sich dadurch aus, daß das vorgesehene Mit­ tel zur Verzögerung eines bezüglich der Achse radial außen liegenden Teils des Stroms bezüglich der Achse kreissymme­ trisch ist, so daß der von dem Mittel verzögerte Teil des Stroms ebenfalls bezüglich der Achse kreissymmetrisch ist. Der gesamte Strom ist somit eingehüllt von einem gegenüber anderen Teilen deutlich verlangsamten Teil. Dieser verlang­ samte Teil ist daher bestimmend für die aerodynamischen Ver­ hältnisse an einer Grenzfläche zwischen dem aus der Vorrich­ tung ausgetretenen Strom und brennstofffreier Luft, was auf­ grund eines durch die Verzögerung bedingten verringerten Ge­ schwindigkeitsgradienten zu einer Unterdrückung der Wirbel­ bildung und damit zur akustischen Stabilisierung einer in dem Strom bewirkten Verbrennung führt.

Das kreissymmetrische Mittel zur Verzögerung ist vorzugsweise ein in dem Ringkanal angeordneter und einen bezüglich der Achse radial außenliegenden Teil des Ringkanals überreichen­ der Drosselring, welcher insbesondere stromaufwärts des Drallgitters angeordnet ist. Dieser Drosselring ist weiterhin vorzugsweise aus in dem Ringkanal angeordneten und um die Achse gleichmäßig verteilten Drosselelementen, insbesondere Stäben, gebildet. Der Drosselring soll denjenigen Teil des Ringkanals, den er überreicht, nicht vollständig abdecken, sondern die Strömung durch diesen Teil lediglich androsseln. In jedem Fall wird der Drosselring daher funktionell wie ein Sieb auszugestalten sein.

Eine als Alternative besonders bevorzugte Weiterentwicklung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Mittel zur Verzögerung bezüglich der Achse gebrochen symmetrisch, insbe­ sondere diskret symmetrisch, ausgestaltet ist. Unter einer gebrochen symmetrischen Anordnung wird dabei eine Anordnung verstanden, die von einer kreissymmetrischen Anordnung we­ sentlich verschieden ist und sich insbesondere dadurch aus­ zeichnet, daß sie keine (kontinuierliche) Kreissymmetrie, sondern allenfalls eine diskrete Symmetrie, z. B. beschrieben durch eine endliche Symmetriegruppe, aufweist. Dieses gebro­ chen symmetrische Mittel führt also nicht dazu, daß der Strom eingehüllt wird von dem insgesamt und gleichmäßig verzögerten Teil, wie es sich bei der vorstehend beschriebenen ersten be­ sonders bevorzugten Weiterentwicklung ergibt. Demgegenüber weist der Strom in einem außenliegenden Bereich Strähnen auf, die gegenüber anderen Teilen des Stroms verzögert sind. Diese langsamen Strähnen sind ebenfalls geeignet, die Bildung von Wirbeln, welche den Strom nach seinem Austritt aus der Vor­ richtung einhüllen könnten, zu verhindern. Die langsamen Strähnen bilden nämlich lokale Störungen in dem Geschwindig­ keitsfeld des Stroms aus, welche der Bildung von Wirbeln ent­ gegenwirken und damit zu der gewünschten akustischen Stabili­ sierung einer in dem Strom erzeugten Flamme führen kann, wie bereits beschrieben.

Das gebrochen symmetrische Mittel zur Verzögerung ist vor­ zugsweise eine Anordnung aus ungleichmäßig um die Achse ver­ teilten Drosselelementen, insbesondere Stäben.

Das Mittel zur Einmischung des Brennstoffs ist vorzugsweise eine Anordnung von Düsen, wobei die Düsen in dem Drallgitter angeordnet sein können, insbesondere derart, daß sich die Dü­ sen in Leitschaufeln des Drallgitters befinden.

Im Hinblick auf ein Verfahren wird zur Lösung der Aufgabe er­ findungsgemäß angegeben ein Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs in Luft, bei dem die Luft in einem eine Achse um­ ringenden, sich bezüglich der Achse meridional und mit einem Drall fortsetzenden Strom bereitgestellt und im wesentlichen homogen mit Brennstoff vermischt wird unter Bildung eines Ge­ misches, das zur Verbrennung des Brennstoffs entzündet wird, wobei vor der Entzündung ein bezüglich der Achse radial au­ ßenliegender Teil des Stroms gegenüber anderen Teilen des Stroms verzögert wird.

Die Vorzüge dieses Verfahrens erschließen sich aus den Aus­ führungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihren Ausge­ staltungen, worauf hiermit verwiesen wird.

Die Verzögerung des radial außen liegenden Teils des Stroms kann in einer bezüglich der Achse kreissymmetrischen Weise erfolgen; alternativ ist es möglich, die Verzögerung in einer bezüglich der Achse gebrochen symmetrischen Weise auszufüh­ ren. Einzelheiten dazu ergeben sich aus den vorstehenden Aus­ führungen zu den beiden besonders bevorzugten Weiterentwick­ lungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, auf welche hiermit verwiesen wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Vormischbrenners;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Vormischbrenner des Standes der Technik;

Fig. 3, 4 und 5 Ansichten von Ausführungsformen des Vor­ mischbrenners.

In den Figuren der Zeichnung tragen einander entsprechende Komponenten der jeweils dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils dasselbe Bezugszeichen.

Die Zeichnung ist nicht anzusehen als Darstellung konkret realisierter Ausführungsbeispiele und ist vereinfacht zur Herausstellung bestimmter Merkmale. Die aus der Gleichung un­ mittelbar entnehmbaren Hinweise sind für die praktische Aus­ führung vervollständigbar im Rahmen der Kenntnisse und Fähig­ keiten, die den einschlägig bewanderten und tätigen Personen zu Gebote stehen unter Berücksichtigung der diesem Hinweis vorangehenden Ausführungen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, und Fig. 2 zeigt zum Vergleich eine Ausfüh­ rungsform im Sinne des in der Einleitung des vorliegenden Textes abgehandelten Vorschlags. Viele Komponenten sind in beiden Ausführungsformen vorhanden, und zur Erläuterung die­ ser Komponenten wird zunächst auf Fig. 1 und Fig. 2 gemein­ sam Bezug genommen.

Fig. 1 bzw. Fig. 2 zeigen jeweils einen Vormischbrenner mit einer Achse 1, einem zentrisch bezüglich der Achse 1 angeord­ neten Innenkörper 2 und einem ebenfalls zentrisch bezüglich der Achse 1 angeordneten, den Innenkörper 2 umgebenden Außen­ körper 3. Zwischen dem Innenkörper 2 und dem Außenkörper 3 liegt ein Ringkanal 4, durch den ein Strom 5 von Luft geführt wird. Im Ringkanal 4 wird die Luft mit Brennstoff 6 vermischt unter Bildung eines Gemisches, welches in den Brennraum 7 einströmt und dort verbrennt. Eine Zündeinrichtung zur Zün­ dung des Gemisches ist der Übersicht halber nicht darge­ stellt. Im Rahmen der üblichen Praxis, die für einen Brenn­ raum 7 mehrere Vormischbrenner bevorzugt, bedarf es nicht etwa einer Zündeinrichtung für jeden Brenner, sondern es kann eine einzige Zündeinrichtung für alle Brenner ausreichen. In diesem Sinne ist eine Zündeinrichtung somit kein Bestandteil eines einzelnen Vormischbrenners, woraus sich auch rechtfer­ tigt, daß eine Zündeinrichtung in den Figuren nicht darge­ stellt ist. Der Vormischbrenner ist eingelassen in eine Brennraumwand 8, welche den Brennraum 7 stromaufwärts des Stroms 5 abschließt. In dem Ringkanal 4 angeordnet ist ein Drallgitter 9 bestehend aus Leitschaufeln 9, welches dazu dient, dem Strom 5 einen Drall 10 aufzuprägen. Zur Zuführung des Brennstoffs 6 zu dem Strom 5 vorgesehen sind Düsen 11 und 12 in den Leitschaufeln 9. Mittel zur Zuführung des Brenn­ stoffs 6 zu diesen Düsen 11 und 12 sind der Übersicht halber nicht dargestellt. Nicht dargestellt ist auch ein eventuell zum Betrieb des Vormischbrenners nützlicher oder erforderli­ cher Pilotbrenner, welcher eine besondere Flamme liefert, welche zur Stabilisierung der Verbrennung des Gemisches aus Luft und Brennstoff beiträgt. Ein solcher Pilotbrenner ist unter Umständen erforderlich, wenn der Vormischbrenner unter wechselnden Mischungsverhältnissen von Luft und Brennstoff betrieben werden soll, da ein Gemisch, welches vergleichs­ weise arm an Brennstoff ist, unter Umständen ohne Unterstüt­ zung nicht mehr zuverlässig zünden kann. Die Verwendung oder Nichtverwendung eines Pilotbrenners steht, wie bereits ausge­ führt, im Ermessen der einschlägig bewanderten und tätigen Personen.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ist vor dem Drallgitter 9 ein Drosselring 13 aus einzelnen, am Außenkörper 3 ange­ brachten und in den Ringkanal 4 hineinragenden Stäben vorge­ sehen. Diese Stäbe verursachen lokale Druckverluste in dem Strom 5 und führen dazu, daß der außenliegende Teil des Stro­ mes 5, welcher nahe an dem Außenkörper 3 vorbeistreicht, ge­ genüber anderen Teilen des Stromes 5 verlangsamt oder verzö­ gert wird. Diese Verlangsamung setzt sich fort durch den ge­ samten Ringkanal 4 und führt dazu, daß die Verteilung der Ge­ schwindigkeit in dem Gemisch, welches in den Brennraum 7 ab­ strömt, ungleichmäßig ist. Dies hat die bereits eingehend be­ schriebenen stabilisierenden Wirkungen auf die in dem Brenn­ raum 7 stattfindende Verbrennung, auf deren vorstehende Er­ läuterung hiermit verwiesen wird. Die Zuführung des Brenn­ stoffs 6 zu dem Strom 5 muß der ungleichmäßigen Verteilung der Geschwindigkeit in dem Strom 5 Rechnung tragen: deshalb sind zur Zuführung des Brennstoffs zu dem weitgehend unbeein­ flußten Teil des Stroms große Düsen 11 und zur Zuführung des Brennstoffs 6 zu dem verlangsamten Teil des Stroms 5 kleine Düsen 12 vorgesehen. Die Abmessungen dieser Düsen 11 und 12 sind so zu wählen, daß eine weitgehend homogene Verteilung des Brennstoffs in dem Strom erreicht und somit eine Verbren­ nung unter möglichst geringer Produktion von Stickoxiden ge­ währleistet ist. Den einschlägig bewanderten und tätigen Per­ sonen stehen zur entsprechenden Auslegung der Vorrichtung Re­ chenprogramme zur numerischen Modellierung des Stroms 5 zur Verfügung, unter deren Benutzung eine entsprechende Auslegung der Düsen 11 und 12 möglich ist.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der der Ringkanal 4 frei von drosselnden Einbauten ist. Dementsprechend bedarf es zur Zuführung des Brennstoffs 6 auch keiner verschieden großer Düsen; es sind nur große Düsen 11 vorgesehen. Um die mit die­ ser Vorrichtung bewirkbare Verbrennung zu stabilisieren, ist eine den Außenkörper 3 umgebende Ringdüse 14 vorgesehen, aus welcher ein Teil der der Vorrichtung zugeführten Luft an dem Ringkanal 4 und dem Drallgitter 9 vorbei direkt in den Brenn­ raum 7 geführt wird. Diese Luft bildet einen Schleier, wel­ cher das Gemisch aus Luft und Brennstoff umhüllt und die Bil­ dung von Wirbeln, welche die Verbrennung instabil machen könnten, verhindert. Nachteilig am Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das Erfordernis, daß ein Teil der zur Verfügung stehenden Luft nicht zur Vermischung mit Brennstoff zur Ver­ fügung steht. Dies bedeutet letztlich, daß die Vorrichtung in erhöhtem Maße Stickoxide produzieren muß, was in jedem Fall unerwünscht ist.

Fig. 3 zeigt eine Teilansicht eines axialen Längsschnitts durch eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 1. Viele Kom­ ponenten dieser Vorrichtung stimmen überein mit den Komponen­ ten der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und brauchen daher nicht erneut beschrieben zu werden. Von Bedeutung in Fig. 3 ist, daß zur Zuführung des Brennstoffs 6 nicht mehr die Leitschau­ feln 9 benutzt werden, sondern daß dafür separate Düsenrohre 15 vorgesehen sind, welche Düsen 16 zur Zuführung des Brenn­ stoffs 6 zu dem Strom 5 tragen. Mittel zur Zuführung des Brennstoffs zu den Düsenrohren 15 sind der Übersicht halber wiederum nicht dargestellt. Die Düsen 16 müssen nicht alle gleich groß untereinander sein; siehe dazu die Ausführungen zu den Düsen 11 und 12 in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte Weiter­ entwicklung, bei der mehrere Alternativen für das Mittel zur Verzögerung eines Teils des Stroms erkennbar sind. Außer den bereits erwähnten Stäben 13 sind dies ein Lochblech 17 sowie ein aus Draht oder dergleichen bestehendes Gewebe 18 (wobei das eigentliche Gewebe nur teilweise dargestellt ist). Unter diesen Mitteln 13, 17 und 18 sichtbar sind die Leitschaufeln 9, die sich zwischen dem Innenkörper 2 und dem Außenkörper 3 erstrecken. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist von Bedeutung, daß die Verzögerung des radial außen liegenden Teils des Stroms 5 (siehe dazu Fig. 1) in einer bezüglich der Achse 1 kreissymmetrischen Weise erfolgt. Der aus der Vorrichtung gemäß Fig. 4 entlassene Strom hat also einen ra­ dial außen liegenden Teil, welcher gleichmäßig gegenüber an­ deren Teilen des Stroms 5 verzögert ist. Die damit und da­ durch erzielbaren Wirkungen sind vorstehend bereits eingehend erläutert worden, worauf hiermit verwiesen wird.

Zu Fig. 4 ist anzumerken, daß die dargestellten Mittel zur Verzögerung, insbesondere die Stäbe 13, selbstverständlich keine Anordnung bilden, die im strengsten mathematischen Sinne kreissymmetrisch ist, also eine kontinuierliche Symme­ triegruppe aufweist. Jedoch ist zu bedenken, daß jeder der Stäbe 13 gewisse lokale Störungen, insbesondere Turbulenzen, in dem Strom 5 erzeugt, die aber innerhalb einer eher kurzen Distanz hinter dem jeweiligen Stab 13 abgeklungen sind. Jen­ seits einer gewissen Distanz hinter der Anordnung der Stäbe 13 homogenisiert der Strom 5 sich wieder und behält lediglich Eigenschaften, die bezüglich der Achse 1 effektiv kreissymme­ trisch verteilt sind. Bei einer tatsächlichen Realisierung der Erfindung im Sinne des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 mit Stäben 13, wobei entsprechende Erwägungen selbstverständ­ lich für Lochbleche 17 und Siebe 18 gelten, ist also die An­ zahl und Geometrie der Stäbe 13 anhand der aerodynamischen Gegebenheiten der zu realisierenden Vorrichtung zu wählen; entsprechende Kenntnisse und Mittel stehen den einschlägig bewanderten und tätigen Personen zu Gebote.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite bevorzugte Weiterentwicklung, bei der das Mittel zur Verzögerung im Ge­ gensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bezüglich der Achse 1 nicht kreissymmetrisch, sondern gebrochen symmetrisch ausgeführt ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist die Symmetrie so weit gebrochen, daß eine diskrete, nämlich vier­ zählige, Symmetrie vorliegt. Die Anordnung der Stäbe 13 gemäß Fig. 5 ist so gedacht, daß sie Unregelmäßigkeiten in dem Strom 5 erzeugt, die sich bis weit hinter die Stäbe 13 und das Drallgitter 9 fortsetzen und auch nach dem Austritt aus der Vorrichtung noch vorhanden sind. Nach Austritt aus der Vorrichtung liegt dementsprechend in dem Strom 5 ein effektiv ungleichmäßiges Geschwindigkeitsfeld vor, welches ebenfalls die Bildung von Wirbeln, welche den Strom 5 umgeben könnten, unterdrückt und somit zur gewünschten akustischen Stabilisie­ rung einer in dem Strom 5 erzeugten Flamme dienen kann.

Alle Ausführungsformen der Erfindung sind von besonderer Be­ deutung zur Verwendung in einer Gasturbine, um dort einen von einem Verdichter bereitgestellten komprimierten Luftstrom durch Verbrennung eines Brennstoffs aufzuheizen, worauf der aufgeheizte Strom in einer Turbine entspannt wird. Ausge­ zeichnet ist die Erfindung insbesondere dadurch, daß sie ei­ nerseits lediglich passive Maßnahmen zur Stabilisierung einer Verbrennung vorsieht und andererseits keine Abzweigung von Luft von derjenigen Luft, die ansonsten für die Verbrennung zur Verfügung steht, erfordert.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs (6) in Luft, umfassend:
einen Ringkanal (4) zur Führung der Luft in einem bezüglich einer Achse (1) meridionalen Strom (5);
ein Drallgitter (9) zur Aufprägung eines Dralls (10) auf den Strom (5); und
ein Mittel (11, 12, 16) zur Einmischung des Brennstoffs (6) in den Strom (5) unter Bildung eines im wesentlichen homogenen Gemischs;
gekennzeichnet durch ein Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung eines bezüglich der Achse (1) radial außenliegen­ den Teils des Stroms (5) gegenüber anderen Teilen des Stroms (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung ein in dem Ringkanal (4) angeordneter und einen bezüglich der Achse (1) kreissymmetrisch ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung ein in dem Ringkanal (4) angeordneter und einen bezüglich der Achse (1) radial außenliegenden Teil des Ringkanals (4) überreichender Drosselring (13, 17, 18) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Drosselring (13, 17, 18) stromaufwärts des Drallgitters (9) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Drosselring (13, 17, 18) gebildet ist aus gleichmäßig verteilten Drosselele­ menten (13, 17, 18).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Drosselring (13, 17, 18) aus in dem Ringkanal (4) angeordneten Stäben (13) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung bezüglich der Achse (1) gebrochen symme­ trisch, insbesondere diskret symmetrisch, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Mittel (13, 17, 18) gebildet ist aus ungleichmäßig um die Achse (1) verteil­ ten Drosselelementen (13, 17, 18), insbesondere Stäben (13).

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei der das Mittel (11, 12) zur Einmischung des Brennstoffs (6) eine Anordnung von Düsen (11, 12, 16) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Düsen (11, 12) in dem Drallgitter (9) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Düsen (11, 12) in Leitschaufeln (9) des Drallgitters (9) angeordnet sind.

12. Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs (6) in Luft, bei dem die Luft in einem eine Achse (1) umringenden, sich bezüglich der Achse (1) meridional und mit einem Drall (10) fortsetzenden Strom (5) bereitgestellt und im wesentlichen homogen mit Brennstoff (6) vermischt wird unter Bildung eines Gemisches, das zur Verbrennung des Brennstoffs (6) entzündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Entzündung ein bezüglich der Achse (1) radial außen­ liegender Teil des Stroms (5) gegenüber anderen Teilen des Stroms (5) verzögert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der radial außenlie­ gende Teil des Stroms (5) bezüglich der Achse (1) kreissymme­ trisch ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der radial außenlie­ gende Teil des Stroms (5) bezüglich der Achse (1) gebrochen symmetrisch ist.