EP0675322B1 - Premix burner - Google Patents
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- EP0675322B1 EP0675322B1 EP95810184A EP95810184A EP0675322B1 EP 0675322 B1 EP0675322 B1 EP 0675322B1 EP 95810184 A EP95810184 A EP 95810184A EP 95810184 A EP95810184 A EP 95810184A EP 0675322 B1 EP0675322 B1 EP 0675322B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
- F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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- F05B2240/10—Stators
- F05B2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
- F05B2240/122—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
Definitions
- the invention relates to a premix burner, essentially consisting of a pilot burner and several around the Pilot burners arranged around main burners.
- the mixing of fuel into one in a premix channel flowing combustion air flow usually happens by means of radial injection of the fuel into the channel Cross jet mixers.
- the impulse of the fuel is however so low that an almost complete mixing first after a distance of approx. 100 canal heights.
- Venturi mixers are used.
- premix burners can be used as flame-holding burners of the double-cone design.
- Double cone burners are for example from EP-B1-0 321 809 are known and will be described later with reference to FIGS. 1 and 3.
- the fuel, there natural gas, is in the entry columns in the combustion air flowing in from the compressor via a Injected row of injector nozzles. These are in the Usually evenly distributed over the entire gap.
- the invention is therefore based on the object Premix burner of the type mentioned at the beginning of a measure create with which within the shortest distance an intimate Mixing of combustion air and fuel is achieved with at the same time even speed distribution in the mixing zone. Furthermore, with such a burner without Kickback using a mechanical flame holder the flame can be avoided with certainty.
- the measure should also be suitable for existing premix combustion chambers retrofit.
- This type of mixture is particularly suitable for the fuel with a relatively low form and a large dilution to mix into the combustion air.
- a small form of the fuel is particularly important when using medium and low calorific fuel gases are an advantage.
- the energy required for mixing becomes one essential part from the flow energy of the fluid taken from the higher volume flow, namely the combustion air.
- the downstream arrangement of a Venturi nozzle behind the Vortex generators have the advantage of being the largest Constriction of the Venturi nozzle a simple means in has the hand to put the fuel in with the smallest back pressure to initiate the swirled flow.
- the venturi nozzle has with the correct dimensioning, the advantage that the Flow velocity in it the flame velocity exceeds, so the flame does not enter the injection plane of fuel can kick back.
- Draw the vortex generators upstream of the Venturi nozzle is characterized by a roof surface and two side surfaces, the side surfaces being flush with an identical duct wall are and include an arrow angle a and the longitudinal edges of the roof surface being flush with the longitudinal ones protruding into the flow channel Edges of the side surfaces and at an angle of attack e run to the canal wall.
- the sharp connecting edge is the exit-side edge of the vortex generator and it runs perpendicular to that Channel wall, with which the side surfaces are flush, is so the non-formation of a trailing area is an advantage.
- the connecting edge of the two side surfaces downstream edge of the vortex generator forms while consequently, the one running across the channel Edge of the roof surface that was first affected by the channel flow Edge, so there are two on a vortex generator the same but opposite vortices are generated. It is a vortex-neutral flow pattern in which the direction of rotation of the two vertebrae ascending in the area of the connecting edge is.
- This combustion chamber can be both an annular combustion chamber or a silo combustion chamber, several such burners each on the front wall 100 are arranged.
- a centrally Pilot burner 101 grouped around six main burners 52.
- the pilot burner is in the example case a premix burner of the double cone type, this is not mandatory.
- the decisive factor is that this pilot burner should have the smallest possible geometry. In it should about 10-30% of the fuel is burned.
- the Main burners 52 are cylindrical in shape. At their tubular Wall 54 are initially vortex generators in the direction of flow 9 arranged, the outlet into a Venturi nozzle 50 flows.
- the fuel is the pilot burner and the Main burners supplied via fuel lances 120 and 51 respectively.
- the combustion air comes from a not shown Plenum into the interior 103 of the housing, from where they in The direction of the arrow flows into the burners 101, 52.
- premix burner 101 is a so-called Double cone burner, as for example from EP-B1-0 321 809 is known. It essentially consists of two hollow, conical part-bodies 111, 112, which are in the direction of flow are nested. Here are the respective central axes 113, 114 of the two partial bodies offset against each other. The neighboring walls of the the two partial bodies form tangential lines in their longitudinal extent Slots 119 for the combustion air on this Way into the interior of the burner. There is a first one Fuel nozzle 116 arranged for liquid fuel. Of the Fuel is injected into the hollow cone at an acute angle injected. The resulting tapered fuel profile will enclosed by the combustion air flowing in tangentially.
- the concentration of the fuel is in the axial direction continuously as a result of mixing with the combustion air reduced.
- the burner is also operated with gaseous fuel.
- gaseous fuel For this are in Area of tangential slots 119 in the walls of the longitudinally distributed gas inflow openings 117 provided.
- the mixture formation begins in gas operation with the combustion air already in the zone of Entry slots 20. It is understood that this way Mixed operation with both types of fuel is also possible is.
- a vortex generator consists essentially of three free flowed around triangular surfaces. This is a roof area 10 and two side surfaces 11 and 13. In their longitudinal extent these surfaces run at certain angles in Flow direction.
- the side walls of the vortex generator which are made of rectangular ones Triangles exist with their long sides on fixed a channel wall 21, preferably gas-tight. They are oriented so that they have a bump on their narrow sides form including an arrow angle ⁇ .
- the push is designed as a sharp connecting edge 16 and is vertical to that channel wall 21 with which the side surfaces are flush.
- the two enclosing the arrow angle ⁇ Side surfaces 11, 13 are symmetrical in shape in FIG. 4, Size and orientation and are on both sides of an axis of symmetry 17 arranged. This axis of symmetry 17 is rectified like the channel axis.
- the roof surface 10 is transverse to the flow Channel extending and very narrow edge 15 the same channel wall 21 as the side walls 11, 13. Its longitudinal edges 12, 14 are flush with the in longitudinal edges protruding into the flow channel of the side surfaces.
- the roof area runs under one Angle of attack ⁇ to the duct wall 21. Your longitudinal edges 12, 14 together with the connecting edge 16 form a tip 18.
- the vortex generator can also be used with a Be provided with the floor surface with which he in a suitable manner is attached to the channel wall 21.
- a floor area has no connection with the mode of action of the element.
- the vortex generator works as follows: Flow around the edges 12 and 14 becomes the main flow Pair of opposing vertebrae converted. Whirl axes lie in the axis of the main flow.
- the swirl number and the Location of vortex breakdown will be determined by appropriate Choice of the angle of attack ⁇ and the arrow angle ⁇ . With increasing angles, the vortex strength or the swirl number becomes increases and the location of the vortex burst moves upstream down to the area of the vortex generator itself. Depending on the application, these two angles are ⁇ and ⁇ through constructive conditions and through the process given yourself. Then only the need to be adjusted Length L of the element and the height h of the connecting edge 16 (Fig. 7).
- Vortex generator 5 is a so-called half "vortex generator" the base of a vortex generator shown in FIG. 1, at which only one of the two side surfaces of the vortex generator 9a is provided with the arrow angle ⁇ / 2. The other side surface is straight and aligned in the direction of flow. In contrast to the symmetrical vortex generator only a vortex is created on the arrowed side here. It there is therefore no vortex-neutral downstream of the vortex generator Field ahead, but the flow becomes a swirl imposed.
- the sharp connecting edge is in FIG. 6 16 of the vortex generator 9 that position by the channel flow is applied first.
- the element is rotated by 180 °.
- the two opposite vortices changed their sense of rotation.
- the vortex generators are in a channel 20 built-in.
- Another criterion which influence can take on the ratio h / H to be selected the pressure drop that flows around the vortex generator occurs. It goes without saying that with a larger ratio h / H also the pressure loss coefficient increases.
- FIG 9 In the example shown, four vortex generators are shown in FIG 9 at a distance over the circumference of the circular cross section distributed.
- the above mentioned amount of Channel part which is assigned to the individual vortex generator in this case corresponds to the circle radius.
- the vortex generators 9 are mainly for mixing two currents used.
- the main flow in the form of Combustion air attacks the transverse ones in the direction of the arrow Leading edges 15.
- the secondary flow in the form of a gaseous and / or liquid fuel has an essential smaller mass flow than the main flow. she is in the present case downstream of the vortex generators introduced into the main flow.
- the fuel is here via a central Fuel lance 51 injected, the mouth of which is downstream of the vortex generators. This lance is for dimensioned about 10% of the total volume flow through the channel 20.
- a longitudinal injection of the fuel is shown in the direction of flow. In this case the injection pulse corresponds about that of the main flow pulse. I agree a cross-jet injection could be provided as well, the fuel pulse then being about twice that the main flow must be.
- the injected fuel is carried along by the eddies and mixed with the main flow. It follows the helical one Course of the vertebrae and becomes downstream the vertebrae evenly distributed in the chamber. This reduces the - in the radial injection of Fuel in an undisturbed flow - risk of impact jets on the opposite wall and the formation of so-called "hot spots".
- thermoacoustic Instability By their presence alone the vortex generators act as a damping measure thermoacoustic vibrations.
- Venturi nozzle downstream of the vortex generators 52 provided. This is dimensioned so that at an exit speed of about 80-150 m / sec Flow velocity in the narrowest cross section about 150-180 m / sec. The distance of the narrowest cross section to the Trailing edges 16 of the vortex generators will be chosen so that the generated vortex in the narrowest cross section are already fully trained. The location of the fuel injection is at the level of the largest constriction the Venturi nozzle.
- Figures 8 and 9 show a top view of an embodiment variant of the vortex generator and in a front view its arrangement in a circular channel.
- the two the side surfaces 11 and 13 have a different length.
- the width of the Vortex generator then of course a different one Angle of attack ⁇ on.
- Such a variant has Effect that creates vortices of different strength become.
- through the different vertebrae will be the originally swirl-free Main flow downstream of the vortex generators Swirl forced, as indicated in Fig. 9.
- a such configuration works well as a standalone, compact burner unit. When using multiple such units, for example in a gas turbine ring combustor, can the swirl imposed on the main flow can be exploited to determine the cross-ignition behavior of the burner configuration, e.g. at partial load.
- the invention is not limited to that described and examples shown.
- the Arrangement of the vortex generators in the network are many combinations possible without leaving the scope of the invention.
- the introduction of the secondary flow into the main flow can be done in a variety of ways for example only or additionally via wall holes in the Venturi tube
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner, im wesentlichen bestehend aus einem Pilotbrenner und mehreren um den Pilotbrenner herum angeordneten Hauptbrennern.The invention relates to a premix burner, essentially consisting of a pilot burner and several around the Pilot burners arranged around main burners.
Sowohl im Ölbetrieb bei sehr hohem Druck als auch im Gasbetrieb mit stark wasserstoffhaltigen Gasen kann es bei Vormischbrennern vorkommen, dass die Zündverzugszeiten derart kurz werden, dass flammhaltende Brenner nicht mehr als sogenannte Low-Nox-Brenner einsetzbar sind.Both in oil operation at very high pressure and in gas operation with gases with a high hydrogen content it can be used in premix burners occur that the ignition delay times are such in short that flame retardant burners are no more than so-called Low-Nox burners can be used.
Die Einmischung von Brennstoff in eine in einem Vormischkanal strömenden Brennluftströmung geschieht in der Regel durch radiale Eindüsung des Brennstoffs in den Kanal mittels Querstrahlmischern. Der Impuls des Brennstoffs ist indes so gering, dass eine nahezu vollständige Durchmischung erst nach einer Strecke von ca. 100 Kanalhöhen erfolgt ist. Auch Venturimischer kommen zur Anwendung. Bekannt ist auch die Eindüsung des Brennstoffs über Gitteranordnungen. Schliesslich wird auch das Eindüsen vor besonderen Drallkörpern angewendet. The mixing of fuel into one in a premix channel flowing combustion air flow usually happens by means of radial injection of the fuel into the channel Cross jet mixers. The impulse of the fuel is however so low that an almost complete mixing first after a distance of approx. 100 canal heights. Also Venturi mixers are used. The is also known Injection of the fuel via grid arrangements. Finally is also the injection in front of special swirl bodies applied.
Die auf der Basis von Querstrahlen oder Schichtströmungen arbeitende Vorrichtungen haben entweder sehr lange Mischstrecken zur Folge oder verlangen hohe Einspritzimpulse. Bei Vormischung unter hohem Druck und unterstöchiometrischen Mischverhältnissen besteht die Gefahr von Rückschlagen der Flamme oder gar von Selbstzündung des Gemischs. Strömungsablösungen und Totwasserzonen im Vormischrohr, dicke Grenzschichten an den Wandungen oder eventuell extreme Gechwindigkeitsprofile über dem durchströmten Querschnitt können die Ursache für Selbstzündung im Rohr sein oder Pfade bilden, über die die Flamme aus der stromab liegenden Verbrennungszone in das Vormischrohr zurückschlagen kann. Der Geometrie der Vormischstrecke muss demnach höchste Beachtung geschenkt werden.That on the basis of cross beams or stratified flows working devices either have very long mixing distances result or require high injection pulses. At Premix under high pressure and substoichiometric Mixing ratios there is a risk of kickback Flame or even self-ignition of the mixture. Flow separation and dead water zones in the premix pipe, thick boundary layers on the walls or possibly extreme speed profiles above the cross-section through which flow can flow be the cause of auto-ignition in the pipe or form paths, through which the flame from the downstream combustion zone can strike back into the premix tube. The geometry The premixing section must therefore be given the highest attention be given as a gift.
Als flammenhaltende Brenner können die sogenannten Vormischbrenner der Doppelkegelbauart bezeichnet werden. Derartige Doppelkegelbrenner sind beispielsweise aus der EP-B1-0 321 809 bekannt und werden später zu Fig. 1 und 3 beschrieben. Der Brennstoff, dort Erdgas, wird in den Eintrittsspalten in die vom Verdichter heranströmende Verbrennungsluft über eine Reihe von Injektordüsen eingespritzt. Diese sind in der Regel über den ganzen Spalt gleichmässig verteilt.The so-called premix burners can be used as flame-holding burners of the double-cone design. Such Double cone burners are for example from EP-B1-0 321 809 are known and will be described later with reference to FIGS. 1 and 3. The fuel, there natural gas, is in the entry columns in the combustion air flowing in from the compressor via a Injected row of injector nozzles. These are in the Usually evenly distributed over the entire gap.
Um eine verlässliche Zündung des Gemischs in der nachgeschalteten Brennkammer und einen genügenden Ausbrand zu erzielen, ist eine innige Mischung des Brennstoffs mit der Luft erforderlich. Eine gute Durchmischung trägt auch dazu bei, sogenannte "hot spots" in der Brennkammer zu vermeiden, die unter anderem zur Bildung des unerwünschten NOX führen.In order to achieve a reliable ignition of the mixture in the downstream combustion chamber and a sufficient burnout, an intimate mixture of the fuel with the air is required. A good mixing also helps to avoid so-called "hot spots" in the combustion chamber, which among other things lead to the formation of the undesired NO x .
Die oben erwähnte Eindüsung des Brennstoffs über klassische Mittel wie beispielsweise Querstrahlmischer ist schwierig, da der Brennstoff selbst einen ungenügenden Impuls aufweist, um die erforderliche gross-skalige Verteilung und die feinskalige Mischung zu erreichen. The above-mentioned injection of the fuel over classic Agents such as cross jet mixers are difficult because the fuel itself has an insufficient pulse, the required large-scale distribution and the fine-scale To achieve mixture.
Die Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Vormischbrenner der eingangs genannten Art eine Massnahme zu schaffen, mit welcher innert kürzester Strecke eine innige Vermischung von Brennluft und Brennstoff erzielt wird bei gleichzeitig gleichmässiger Geschwindigkeitsverteilung in der Mischzone. Ferner soll mit einem solchen Brenner ohne Verwendung eines mechanischen Flammenhalters ein Rückschlagen der Flamme mit Sicherheit vermieden werden. Die Massnahme soll zudem geeignet sein, um bestehende Vormischbrennkammern nachzurüsten.The invention is therefore based on the object Premix burner of the type mentioned at the beginning of a measure create with which within the shortest distance an intimate Mixing of combustion air and fuel is achieved with at the same time even speed distribution in the mixing zone. Furthermore, with such a burner without Kickback using a mechanical flame holder the flame can be avoided with certainty. The measure should also be suitable for existing premix combustion chambers retrofit.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht,
- dass in die, einen kreisförmigen Kanal aufweisenden Hauptbrenner ein gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff als Sekundärströmung in eine gasförmige Hauptströmung eingedüst wird,
- dass die Hauptströmung zunächst über Wirbel-Generatoren geführt wird, von denen über dem Umfang des durchströmten Kanals mehrere nebeneinander angeordnet sind,
- dass stromabwärts der Wirbel-Generatoren eine Venturidüse angeordnet ist,
- und dass die Sekundärströmung im Bereich der grössten Einschnürung der Venturidüse in den Kanal eingeleitet wird.
- that a gaseous and / or liquid fuel is injected as a secondary flow into a gaseous main flow into the main burner, which has a circular channel,
- that the main flow is initially conducted via vortex generators, of which several are arranged next to one another over the circumference of the flowed-through channel,
- that a Venturi nozzle is arranged downstream of the vortex generators,
- and that the secondary flow in the area of the largest constriction of the Venturi nozzle is introduced into the channel.
Mit dem neuen statischen Mischer, den die 3-dimensionalen Wirbel-Generatoren darstellen, ist es möglich, im Brenner ausserordentlich kurze Mischstrecken bei gleichzeitig geringem Druckverlust zu erzielen. Durch die Erzeugung von Längswirbel ohne Rezirkulationsgebiet ist bereits nach einer vollen Wirbelumdrehung eine grobe Durchmischung der beiden Ströme vollzogen, während eine Feinmischung infolge turbulenter Strömung und molekularer Diffusionsprozesse bereits nach einer Strecke vorliegt, die einigen wenigen Kanalhöhen entspricht.With the new static mixer, the 3-dimensional Representing vortex generators, it is possible in the burner extraordinarily short mixing distances with a short one at the same time To achieve pressure loss. By creating longitudinal vortices without a recirculation area is already after one full vortex revolution a rough mixing of the two Currents performed during a fine mix due to turbulent Flow and molecular diffusion processes already after a route that is a few channel heights corresponds.
Diese Art der Mischung ist besonders geeignet, um den Brennstoff mit relativ geringem Vordruck unter grosser Verdünnung in die Verbrennungsluft einzumischen. Ein geringer Vordruck des Brennstoffes ist insbesondere bei der Verwendung von mittel- und niederkalorischen Brenngasen von Vorteil. Die zur Mischung erforderliche Energie wird dabei zu einem wesentlichen Teil aus der Strömungsenergie des Fluides mit dem höheren Volumenstrom, eben der Verbrennungsluft, entnommen.This type of mixture is particularly suitable for the fuel with a relatively low form and a large dilution to mix into the combustion air. A small form of the fuel is particularly important when using medium and low calorific fuel gases are an advantage. The the energy required for mixing becomes one essential part from the flow energy of the fluid taken from the higher volume flow, namely the combustion air.
Die stromabwärtige Anordnung einer Venturidüse hinter den Wirbel-Generatoren hat den Vorteil, dass man mit der grössten Einschnürung der Venturidüse ein einfaches Mittel in der Hand hat, um den Brennstoff bei kleinstem Gegendruck in die verwirbelte Strömung einzuleiten. Die Venturidüse hat bei richtiger Dimensionierung weiter den Vorteil, dass die Strömungsgeschwindigkeit darin die Flammgeschwindigkeit übersteigt, so dass die Flamme nicht in die Einspritzebene des Brennstoffs zurückschlagen kann.The downstream arrangement of a Venturi nozzle behind the Vortex generators have the advantage of being the largest Constriction of the Venturi nozzle a simple means in has the hand to put the fuel in with the smallest back pressure to initiate the swirled flow. The venturi nozzle has with the correct dimensioning, the advantage that the Flow velocity in it the flame velocity exceeds, so the flame does not enter the injection plane of fuel can kick back.
Die Wirbel-Generatoren stromaufwärts der Venturidüse zeichnen sich durch eine Dachfläche und zwei Seitenflächen aus, wobei die Seitenflächen mit einer gleichen Kanalwand bündig sind und miteinander einen Pfeilwinkel a einschliessen und wobei die längsgerichteten Kanten der Dachfläche bündig sind mit den in den Strömungskanal hineinragenden längsgerichteten Kanten der Seitenflächen und unter einem Anstellwinkel e zur Kanalwand verlaufen.Draw the vortex generators upstream of the Venturi nozzle is characterized by a roof surface and two side surfaces, the side surfaces being flush with an identical duct wall are and include an arrow angle a and the longitudinal edges of the roof surface being flush with the longitudinal ones protruding into the flow channel Edges of the side surfaces and at an angle of attack e run to the canal wall.
Der Vorteil solcher Wirbel-Generatoren ist in ihrer besonderen Einfachheit in jeder Hinsicht zu sehen. Fertigungstechnisch ist das aus drei umströmten Wänden bestehende Element völlig problemlos. Die Dachfläche kann mit den beiden Seitenflächen auf verschiedenste Arten zusammengefügt werden. Auch die Fixierung des Elementes an ebenen oder gekrümmten Kanalwänden kann im Falle von schweissbaren Materialien durch einfache Schweissnähte erfolgen. Vom strömungstechnischen Standpunkt her weist das Element beim Umströmen einen sehr geringen Druckverlust auf und es erzeugt Wirbel ohne Totwassergebiet. Schliesslich kann das Element durch seinen in der Regel hohlen Innenraum auf die verschiedensten Arten und mit diversen Mitteln gekühlt werden.The advantage of such vortex generators is in their particular See simplicity in every way. Manufacturing technology is the element consisting of three walls with flow completely without problems. The roof surface can with the two side surfaces can be put together in different ways. Also the fixation of the element on flat or curved ones Canal walls can be made in the case of weldable materials done by simple welds. From the fluidic From a standpoint, the element has a flow around it very little pressure loss and it creates vortexes without Dead water area. Finally, the element can by its usually hollow interior in various ways and be cooled with various means.
Es ist angebracht, das Verhältnis Höhe h der Verbindungskante der beiden Seitenflächen zur Kanalhöhe H so zu wählen, dass der erzeugte Wirbel unmittelbar stromabwärts des Wirbel-Generators die volle Kanalhöhe oder die volle Höhe des dem Wirbel-Generator zugeordneten Kanalteils ausfüllt.It is appropriate to the relationship height h of the connecting edge to choose the two side faces to the duct height H that the vortex generated immediately downstream of the Vortex generator the full channel height or the full height of the channel part assigned to the vortex generator.
Es ist sinnvoll, wenn die beiden den Pfeilwinkel α einschliessenden Seitenflächen symmetrisch um eine Symmetrieachse angeordnet sind. Damit werden drallgleiche Wirbel erzeugt.It makes sense if the two include the arrow angle α Side surfaces symmetrical about an axis of symmetry are arranged. This makes vortexes of the same twist generated.
Wenn die beiden den Pfeilwinkel α einschliessenden Seitenflächen eine zumindest annähernd scharfe Verbindungskante miteinander bilden, die mit den Längskanten der Dachfläche zusammen eine Spitze bildet, wird der Durchströmquerschnitt kaum durch Sperrung beeinträchtigt.If the two side surfaces enclosing the arrow angle α an at least approximately sharp connecting edge form together with the long edges of the roof surface together forms a peak, the flow cross-section hardly affected by blocking.
Ist die scharfe Verbindungskante die austrittsseitige Kante des Wirbel-Generators und verläuft sie senkrecht zu jener Kanalwand, mit welcher die Seitenflächen bündig sind, so ist die Nichtbildung eines Nachlaufgebietes von Vorteil.The sharp connecting edge is the exit-side edge of the vortex generator and it runs perpendicular to that Channel wall, with which the side surfaces are flush, is so the non-formation of a trailing area is an advantage.
Wenn die Symmetrieachse parallel zur Kanalachse verläuft, und die Verbindungskante der beiden Seitenflächen die stromabwärtige Kante des Wirbel-Generators bildet, während demzufolge die quer zum durchströmten Kanal verlaufende Kante der Dachfläche die von der Kanalströmung zuerst beaufschlagte Kante ist, so werden an einem Wirbel-Generator zwei gleiche,jedoch gegenläufige Wirbel erzeugt. Es liegt ein drallneutrales Strömungsbild vor, bei welchem der Drehsinn der beiden Wirbel im Bereich der Verbindungskante aufsteigend ist.If the axis of symmetry is parallel to the channel axis, and the connecting edge of the two side surfaces downstream edge of the vortex generator forms while consequently, the one running across the channel Edge of the roof surface that was first affected by the channel flow Edge, so there are two on a vortex generator the same but opposite vortices are generated. It is a vortex-neutral flow pattern in which the direction of rotation of the two vertebrae ascending in the area of the connecting edge is.
Weitere Vorteile der Erfindung, insbesondere im Zusammenhang mit der Anordnung der Wirbel-Generatoren und der Einführung des Brennstoffs ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages of the invention, in particular in connection with the arrangement of the vortex generators and the introduction of the fuel result from the subclaims.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing, several embodiments of the Invention shown schematically.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Teillängsschnitt eines Brenners;
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch den Brenner
- Fig. 3A
- einen Querschnitt durch einen Vormischbrenner der Doppelkegel-Bauart im Bereich seines Austritts;
- Fig. 3B
- einen Querschnitt durch denselben Vormischbrenner im Bereich der Kegelspitze;
- Fig. 4
- eine perspektivische Darstellung eines Wirbel-Generators;
- Fig. 5
- eine Ausführungsvariante des Wirbel-Generators;
- Fig. 6
- eine Anordnungsvariante des Wirbel-Generators nach Fig. 4;
- Fig. 7
- einen Wirbel-Generator in einem Kanal;
- Fig. 8
- eine weitere Ausführungsvariante des Wirbel-Generators;
- Fig. 9
- eine Anordnungsvariante des Wirbel-Generators nach Fig 8.
- Fig. 1
- a partial longitudinal section of a burner;
- Fig. 2
- a cross section through the burner
- Figure 3A
- a cross section through a premix burner of the double cone type in the region of its outlet;
- Figure 3B
- a cross section through the same premix burner in the region of the cone tip;
- Fig. 4
- a perspective view of a vortex generator;
- Fig. 5
- a variant of the vortex generator;
- Fig. 6
- a variant of the arrangement of the vortex generator according to FIG. 4;
- Fig. 7
- a vortex generator in a channel;
- Fig. 8
- a further embodiment of the vortex generator;
- Fig. 9
- a variant of the arrangement of the vortex generator according to FIG. 8.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet. In den verschiedenen Figuren sind die gleichen Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Erfindungsunwesentliche Elemente wie Gehäuse, Befestigungen, Leitungsdurchführungen, die Brennstoffbereitstellung, die Regeleinrichtungen und dergleichen sind fortgelassen.It is only essential for understanding the invention Elements shown. The flow direction of the work equipment is marked with arrows. In the different figures are the same elements with the same reference numerals Mistake. Elements not essential to the invention such as Housing, fastenings, cable bushings, fuel supply, the control devices and the like are omitted.
In den Fig. 1 und 2 ist mit 53 eine zylindrische Brennerwand
bezeichnet. Sie ist austrittsseitig über geeignete Mittel
mit der Frontwand 100 der nicht dargestellten Brennkammer
verbunden. Bei dieser Brennkammer kann es sich sowohl um
eine Ringbrennkammer oder um eine Silobrennkammer handeln,
wobei jeweils mehrere solche Brenner auf der Frontwand 100
angeordnet sind.1 and 2 with 53 is a cylindrical burner wall
designated. It is on the exit side via suitable means
with the
Im Innern der Brennerwand, deren eintrittsseitige Ende in
Fig. 1 strichliert gezeigt ist, sind um einen zentral angeordneten
Pilotbrenner 101 sechs Hauptbrenner 52 herumgruppiert.
Beim Pilotbrenner handelt es sich im Beispielsfall um
einen Vormischbrenner der Doppelkegelbauart, wobei dies
nicht zwingend ist. Massgebend ist, dass dieser Pilotbrenner
eine möglichst kleine Geometrie aufweisen soll. In ihm sollen
etwa 10-30% des Brennstoffes verbrannt werden. Die
Hauptbrenner 52 sind von zylindrischer Form. An deren rohrförmiger
Wand 54 sind in Strömungsrichtung zunächst Wirbel-Generatoren
9 angeordnet, deren Austritt in eine Venturidüse
50 mündet. Der Brennstoff wird dem Pilotbrenner und den
Hauptbrennern über Brennstofflanzen 120 respektiv 51 zugeführt.
Die Verbrennungluft gelangt aus einem nicht dargestellten
Plenum in das Gehäuseinnere 103, von wo aus sie in
Pfeilrichtung in die Brenner 101, 52 einströmt.Inside the burner wall, the inlet end of which in
Fig. 1 is shown in dashed lines, are arranged around a centrally
Beim schematisch dargestellten Vormischbrenner 101 nach den
Fig. 1, 3A und 3B handelt es sich um einen sogenannten
Doppelkegelbrenner, wie er beispielsweise aus der EP-B1-0
321 809 bekannt ist. Im wesentlichen besteht er aus zwei
hohlen, kegelförmigen Teilkörpern 111, 112, die in Strömungsrichtung
ineinandergeschachtelt sind. Dabei sind die
jeweiligen Mittelachsen 113, 114 der beiden Teilkörper
gegeneinander versetzt. Die benachbarten Wandungen der
beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale
Schlitze 119 für die Verbrennungsluft, die auf diese
Weise in das Brennerinnere gelangt. Dort ist eine erste
Brennstoffdüse 116 für flüssigen Brennstoff angeordnet. Der
Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel
eingedüst. Das entstehende kegelige Brennstoffprofil wird
von der tangential einströmenden Verbrennungsluft umschlossen.
In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes
fortlaufend infolge der Vermischung mit der Verbrennungsluft
abgebaut. Im Beispielsfall wird der Brenner ebenfalls
mit gasförmigem Brennstoff betrieben. Hierzu sind im
Bereich der tangentialen Schlitze 119 in den Wandungen der
beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen
117 vorgesehen. Im Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung
mit der Verbrennungsluft somit bereits in der Zone der
Eintrittsschlitze 20. Es versteht sich, dass auf diese Weise
auch ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffarten möglich
ist.In the schematically shown
Am Brenneraustritt 118 stellt sich eine möglichst homogene
Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten kreisringförmigen
Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt
eine definierte kalottenförmige Rückströmzone, an deren
Spitze die Zündung erfolgt. Soweit sind Doppelkegelbrenner
aus der eingangs genannten EP-B1-0 321 809 bekannt.At the
Bevor auf den Einbau der neuen Mischvorrichtung in den
Hauptbrennern 52 eingegangen wird, wird zunächst der für die
Wirkungsweise der Erfindung wesentliche Wirbel-Generator 9
beschrieben.Before installing the new mixing device in the
In den Figuren 4, 5 und 6 ist der eigentliche Kanal, der von
einer mit grossem Pfeil symbolisierten Hauptströmung durchströmt
wird, nicht dargestellt. Gemäss diesen Figuren
besteht ein Wirbel-Generator im wesentlichen aus drei frei
umströmten dreieckigen Flächen. Es sind dies eine Dachfläche
10 und zwei Seitenflächen 11 und 13. In ihrer Längserstreckung
verlaufen diese Flächen unter bestimmten Winkeln in
Strömungsrichtung.In Figures 4, 5 and 6 is the actual channel that of
flows through a main flow symbolized by a large arrow
is not shown. According to these figures
a vortex generator consists essentially of three free
flowed around triangular surfaces. This is a
Die Seitenwände des Wirbel-Generators, welche aus rechtwinkligen
Dreiecken bestehen, sind mit ihren Längsseiten auf
einer Kanalwand 21 fixiert, vorzugsweise gasdicht. Sie sind
so orientiert, dass sie an ihren Schmalseiten einen Stoss
bilden unter Einschluss eines Pfeilwinkels α. Der Stoss ist
als scharfe Verbindungskante 16 ausgeführt und steht senkrecht
zu jener Kanalwand 21, mit welcher die Seitenflächen
bündig sind. Die beiden den Pfeilwinkel α einschliessenden
Seitenflächen 11, 13 sind in Fig. 4 symmetrisch in Form,
Grösse und Orientierung und sind beidseitig einer Symmetrieachse
17 angeordnet. Diese Symmetrieachse 17 ist gleichgerichtet
wie die Kanalachse.The side walls of the vortex generator, which are made of rectangular ones
Triangles exist with their long sides on
fixed a
Die Dachfläche 10 liegt mit einer quer zum durchströmten
Kanal verlaufenden und sehr schmal ausgebildeten Kante 15 an
der gleichen Kanalwand 21 an wie die Seitenwände 11, 13.
Ihre längsgerichteten Kanten 12, 14 sind bündig mit den in
den Strömungskanal hineinragenden längsgerichteten Kanten
der Seitenflächen. Die Dachfläche verläuft unter einem
Anstellwinkel Θ zur Kanalwand 21. Ihre Längskanten 12, 14
bilden zusammen mit der Verbindungskante 16 eine Spitze 18.The
Selbstverständlich kann der Wirbel-Generator auch mit einer
Bodenfläche versehen sein, mit welcher er auf geeignete Art
an der Kanalwand 21 befestigt ist. Eine derartige Bodenfläche
steht indes in keinem Zusammenhang mit der Wirkungsweise
des Elementes.Of course, the vortex generator can also be used with a
Be provided with the floor surface with which he in a suitable manner
is attached to the
In Fig. 4 bildet die Verbindungskante 16 der beiden Seitenflächen
11, 13 die stromabwärtige Kante des Wirbel-Generators.
Die quer zum durchströmten Kanal verlaufende Kante 15
der Dachfläche 10 ist somit die von der Kanalströmung zuerst
beaufschlagte Kante.4 forms the connecting
Die Wirkungsweise des Wirbel-Generators ist folgende: Beim
Umströmen der Kanten 12 und 14 wird die Hauptströmung in ein
Paar gegenläufiger Wirbel umgewandelt. Deren Wirbelachsen
liegen in der Achse der Hauptströmung. Die Drallzahl und der
Ort des Wirbelaufplatzens (vortex break down), sofern letzteres
überhaupt gewünscht wird, werden bestimmt durch entsprechende
Wahl des Anstellwinkels Θ und des Pfeilwinkels α.
Mit steigenden Winkeln wird die Wirbelstärke bzw. die Drallzahl
erhöht und der Ort des Wirbelaufplatzens wandert stromaufwärts
bis hin in den Bereich des Wirbel-Generators
selbst. Je nach Anwendung sind diese beiden Winkel Θ und α
durch konstruktive Gegebenheiten und durch den Prozess
selbst vorgegeben. Angepasst werden müssen dann nur noch die
Länge L des Elementes sowie die Höhe h der Verbindungskante
16 (Fig. 7).The vortex generator works as follows:
Flow around the
In Fig. 5 ist ein sogenannter halber "Wirbel-Generator" auf der Basis eines Wirbel-Generators nach Fig. 1 gezeigt, bei welchen nur die eine der beiden Seitenflächen des Wirbel-Generators 9a mit dem Pfeilwinkel α/2 versehen ist. Die andere Seitenfläche ist gerade und in Strömungsrichtung ausgerichtet. Im Gegensatz zum symmetrischen Wirbel-Generator wird hier nur ein Wirbel an der gepfeilten Seite erzeugt. Es liegt demnach stromabwärts des Wirbel-Generators kein wirbelneutrales Feld vor, sondern der Strömung wird ein Drall aufgezwungen.5 is a so-called half "vortex generator" the base of a vortex generator shown in FIG. 1, at which only one of the two side surfaces of the vortex generator 9a is provided with the arrow angle α / 2. The other side surface is straight and aligned in the direction of flow. In contrast to the symmetrical vortex generator only a vortex is created on the arrowed side here. It there is therefore no vortex-neutral downstream of the vortex generator Field ahead, but the flow becomes a swirl imposed.
Im Gegensatz zu Fig. 4 ist in Fig. 6 die scharfe Verbindungskante
16 des Wirbel-Generators 9 jene Stelle, die von
der Kanalströmung zuerst beaufschlagt wird. Das Element ist
um 180° gedreht. Wie aus der Darstellung erkennbar, haben
die beiden gegenläufigen Wirbel ihren Drehsinn geändert.In contrast to FIG. 4, the sharp connecting edge is in FIG. 6
16 of the
Gemäss Fig. 7 sind die Wirbel-Generatoren in einem Kanal 20
eingebaut. In der Regel wird man die Höhe h der Verbindungskante
16 mit der Kanalhöhe H - oder der Höhe des Kanalteils,
welchem dem Wirbel-Generator zugeordnet ist - so abstimmen,
dass der erzeugte Wirbel unmittelbar stromabwärts des
Wirbel-Generators bereits eine solche Grösse erreicht, dass
die volle Kanalhöhe H ausgefüllt wird. Dies führt zu einer
gleichmässigen Geschwindigkeitsverteilung in dem beaufschlagten
Querschnitt. Ein weiteres Kriterium, welches Einfluss
auf das zu wählende Verhältnis h/H nehmen kann, ist
der Druckabfall, der beim Umströmen des Wirbel-Generators
auftritt. Es versteht sich, dass mit grösserem Verhältnis
h/H auch der Druckverlustbeiwert ansteigt.7, the vortex generators are in a
Im dargestellten Beispiel sind gemäss Fig. 2 vier Wirbel-Generatoren
9 mit Abstand über dem Umfang des Kreisquerschnittes
verteilt. Die oben angesprochene Höhe des
Kanalteils, welchem dem einzelnen Wirbel-Generator zugeordnet
ist, entspricht in diesem Fall dem Kreisradius. Selbstverständlich
könnten die vier Wirbel-Generatoren 9 an ihren
jeweiligen Wandsegmenten 21 in Umfangsrichtung auch so
aneinandergereiht sein, dass keine Zwischenräume an der
Kanalwand freigelassen werden. Letzlich ist hier der zu
erzeugende Wirbel entscheidend. In the example shown, four vortex generators are shown in FIG
9 at a distance over the circumference of the circular cross section
distributed. The above mentioned amount of
Channel part, which is assigned to the individual vortex generator
in this case corresponds to the circle radius. Of course
could the four
Die Wirbel-Generatoren 9 sind hauptsächlich zum Mischen
zweier Strömungen verwendet. Die Hauptströmung in Form von
Brennluft attackiert in Pfeilrichtung die quergerichteten
Eintrittskanten 15. Die Sekundärströmung in Form eines gasförmigen
und/oder flüssigen Brennstoffs weist einen wesentlich
kleineren Massenstrom auf als die Hauptströmung. Sie
wird im vorliegenden Fall stromabwärts der Wirbel-Generatoren
in die Hauptströmung eingeleitet.The
Gemäss Fig. 1 wird hier der Brennstoff über eine zentrale
Brennstofflanze 51 eingedüst, deren Mündung sich stromabwärts
der Wirbel-Generatoren befinden. Diese Lanze ist für
etwa 10% des Gesamtvolumenstromes durch den Kanal 20 dimensioniert.
Dargestellt ist eine Längseindüsung des Brennstoffes
in Strömungsrichtung. In diesem Fall entspricht der Eindüsungsimpuls
etwa jenem des Hauptströmungsimpulses. Genau
so gut könnte eine Querstrahleindüsung vorgesehen werden,
wobei der Brennstoffimpuls dann etwa das doppelte desjenigen
der Hauptströmung betragen muss.1, the fuel is here via a
Der eingedüste Brennstoff wird von den Wirbeln mitgeschleppt und mit der Hauptströmung vermischt. Er folgt dem schraubenförmigen Verlauf der Wirbel und wird stromabwärts der Wirbel in der Kammer gleichmässig feinverteilt. Dadurch reduziert sich die - bei der eingangs erwähnten radialen Eindüsung von Brennstoff in eine unverwirbelte Strömung - Gefahr von Aufprallstrahlen an der gegenüberliegenden Wand und die Bildung von sogenannten "hot spots".The injected fuel is carried along by the eddies and mixed with the main flow. It follows the helical one Course of the vertebrae and becomes downstream the vertebrae evenly distributed in the chamber. This reduces the - in the radial injection of Fuel in an undisturbed flow - risk of impact jets on the opposite wall and the formation of so-called "hot spots".
Da der hauptsächliche Mischprozess in den Wirbeln erfolgt und weitgehend unempfindlich gegen den Eindüsungsimpuls der Sekundärströmung ist, kann die Brennstoffeinspritzung flexibel gehalten werden und an andere Grenzbedingungen angepasst werden. So kann im ganzen Lastbereich der gleiche Eindüsungsimpuls beibehalten werden. Da das Mischen durch die Geometrie der Wirbel-Generatoren bestimmt wird, und nicht durch die Maschinenlast, im Beispielsfall die Gasturbinenleistung, arbeitet der so konfigurierte Brenner auch bei Teillastbedingungen optimal. Der Verbrennungsprozess wird durch Anpassen der Zündverzugszeit des Brennstoffs und Mischzeit der Wirbel optimiert, was eine Minimierung der Emissionen gewährleistet.Because the main mixing process takes place in the vertebrae and largely insensitive to the injection pulse of Secondary flow is, fuel injection can be flexible are kept and adapted to other boundary conditions become. This means that the same injection pulse can be applied across the entire load range to be kept. Since mixing through the Geometry of the vortex generators is determined and not by the machine load, in the example the gas turbine power, the burner configured in this way also works Optimal partial load conditions. The combustion process will by adjusting the ignition delay time of the fuel and Mixing time of the vortex is optimized, which minimizes the Guaranteed emissions.
Desweiteren bewirkt das intensive Vermischen ein gutes Temperaturprofil über dem durchströmten Querschnitt und reduziert überdies die Möglichkeit des Auftretens von thermoakustischer Instabilität. Allein durch ihre Anwesenheit wirken die Wirbel-Generatoren als Dämpfungsmassnahme gegen thermoakustische Schwingungen.Furthermore, the intensive mixing has a good effect Temperature profile over the cross section and further reduces the possibility of the occurrence of thermoacoustic Instability. By their presence alone the vortex generators act as a damping measure thermoacoustic vibrations.
Um nun ein Rückzünden der Flamme in den Brenner zu vermeiden,
wird stromabwärts der Wirbel-Generatoren eine Venturidüse
52 vorgesehen. Diese wird so dimensioniert, dass bei
einer Austrittsgeschwindigkeit von etwa 80-150 m/sec die
Strömungsgeschwindigkeit im engsten Querschnitt etwa 150-180
m/sec beträgt. Den Abstand des engsten Querschnittes zu den
Austrittskanten 16 der Wirbel-Generatoren wird man so wählen,
dass die erzeugten Wirbel im engsten Querschnitt
bereits voll ausgebildet sind. Der Ort der Brennstoffeinspritzung
befindet sich in der Ebene der grössten Einschnürung
der Venturidüse.To prevent the flame from reigniting in the burner,
becomes a Venturi nozzle downstream of the
Die Figuren 8 und 9 zeigen in einer Draufsicht eine Ausführungsvariante
des Wirbel-Generators und in einer Vorderansicht
seine Anordnung in einem kreisförmigen Kanal. Die beiden
den Pfeilwinkel α einschliessenden Seitenflächen 11 und
13 weisen eine unterschiedliche Länge auf. Dies bedeutet,
dass die Dachfläche 10 mit einer schräg zum durchströmten
Kanal verlaufenden Kante 15a an der gleichen Kanalwand
anliegt wie die Seitenwände. Über seiner Breite weist der
Wirbel-Generator dann selbstverständlich einen unterschiedlichen
Anstellwinkel Θ auf. Eine derartige Variante hat die
Wirkung, dass Wirbel mit unterschiedlicher Stärke erzeugt
werden. Beispielsweise kann damit auf einen der Hauptströmung
anhaftenden Drall eingewirkt werden. Oder aber durch
die unterschiedlichen Wirbel wird der ursprünglich drallfreien
Hauptströmung stromabwärts der Wirbel-Generatoren ein
Drall aufgezwungen, wie dies in Fig. 9 angedeutet ist. Eine
derartige Konfiguration eignet sich gut als eigenständige,
kompakte Brennereinheit. Bei der Verwendung von mehreren
solcher Einheiten, beispielsweise in einer Gasturbinen-Ringbrennkammmer,
kann der der Hauptströmung aufgezwungene Drall
ausgenutzt werden, um das Querzündverhalten der Brennerkonfiguration,
z.B. bei Teillast, zu verbessern.Figures 8 and 9 show a top view of an embodiment variant
of the vortex generator and in a front view
its arrangement in a circular channel. The two
the side surfaces 11 and
13 have a different length. This means,
that the
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeigten Beispiele beschränkt. Bezüglich der Anordnung der Wirbel-Generatoren im Verbund sind viele Kombinationen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Auch die Einführung der Sekundärströmung in die Hauptströmung kann auf vielfältige Weise vorgenommen werden, beispielsweise nur oder zusätzlich über Wandbohrungen im Venturirohr Of course, the invention is not limited to that described and examples shown. Regarding the Arrangement of the vortex generators in the network are many combinations possible without leaving the scope of the invention. Also the introduction of the secondary flow into the main flow can be done in a variety of ways for example only or additionally via wall holes in the Venturi tube
- 9, 9a9, 9a
- Wirbel-GeneratorVortex generator
- 1010th
- DachflächeRoof area
- 1111
- SeitenflächeSide surface
- 1212th
- LängskanteLong edge
- 1313
- SeitenflächeSide surface
- 1414
- LängskanteLong edge
- 1515
- quer verlaufenden Kante von 10transverse edge of 10
- 1616
- VerbindungskanteConnecting edge
- 1717th
- SymmetrielinieLine of symmetry
- 1818th
- Spitzetop
- 20, a20, a
- Kanalchannel
- 21, a,b21, a, b
- KanalwandCanal wall
- ΘΘ
- AnstellwinkelAngle of attack
- α, α/2α, α / 2
- PfeilwinkelArrow angle
- hH
- Höhe von 16Height of 16
- HH
- KanalhöheChannel height
- LL
- Länge des Wirbel-GeneratorsLength of the vortex generator
- 5050
- VenturidüseVenturi nozzle
- 5151
- BrennstofflanzeFuel lance
- 5252
- HauptbrennerMain burner
- 5353
- BrennerwandBrenner wall
- 5454
- HauptbrennerwandMain burner wall
- 100100
- Frontwand der BrennkammerFront wall of the combustion chamber
- 101101
- DoppelkegelbrennerDouble cone burner
- 102102
- LufteintrittAir intake
- 103103
- GehäuseinnereInterior of the housing
- 111111
- TeilkörperPartial body
- 112112
- TeilkörperPartial body
- 113113
- MittelachseCentral axis
- 114114
- MittelachseCentral axis
- 116116
- BrennstoffdüseFuel nozzle
- 117117
- GaseinströmöffnungGas inflow opening
- 118118
- Brenneraustritt = BrennraumBurner outlet = combustion chamber
- 119119
- tangentialer Spalttangential gap
- 120120
- BrennstofflanzeFuel lance
Claims (9)
- Premixing burner, essentially comprising a pilot burner (101) and a plurality of main burners (52) arranged around the pilot burner (101),
characterized in thata gaseous and/or liquid fuel is injected into the main burner (52), which has a circular duct (20), as a secondary flow into a gaseous main flow,in that the main flow is first of all guided over vortex generators (9), a plurality of which are arranged next to one another around the circumference of the duct (20) through which flow takes place,in that a venturi nozzle (50) is arranged downstream of the vortex generators (9),and in that the secondary flow is introduced into the duct (20) in the region of maximum constriction of the venturi nozzle (50). - Premixing burner according to Claim 1, characterized in that the pilot burner (101) operates on the double-cone principle, with essentially two hollow conical partial bodies (111,112) which are interleaved in the direction of flow and the respective centre lines (113, 114) of which are offset relative to one another, the adjacent walls of the two partial bodies (111, 112) forming along their length tangential slots (119) for the combustion air and longitudinally distributed gas inlet openings (117) being provided in the walls of the two partial bodies in the region of the tangential slots.
- Premixing burner according to Claim 1,
characterized in thata vortex generator (9) has three surfaces around which flow can take place freely, which surfaces extend in the direction of flow, one of them forming the top surface (10) and the two others forming the side surfaces (11, 13),in that the side surfaces (11,13) abut the same wall segment (21) of the duct and enclose a V-angle (α) between them,in that the top surface (10) lies with an edge (15) extending transversely to the duct (20) through which flow takes place on the same wall segment (21) as the side walls,and in that the longitudinally directed edges (12, 14) of the top surface, which abut the longitudinally directed side surface edges protruding into the flow duct, extend at an angle of incidence () to the wall segment (21). - Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the two vortex generator (9) side surfaces (11, 13) enclosing the V-angle (α) are arranged symmetrically about an axis of symmetry (17).
- Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the two side surfaces (11, 13) enclosing the V-angle (α) include between them a connecting edge (16) which, together with the longitudinally directed edges (12, 14) of the top surface (10), forms a point (18), and in that the connecting edge lies radially with respect to the circular duct (20).
- Premixing burner according to Claim 5, characterized in that the connecting edge (16) and/or the longitudinally directed edges (12, 14) of the top surface (10) are designed so as to be at least approximately sharp.
- Premixing burner according to Claim 4, characterized in that the axis of symmetry (17) of the vortex generator (9) extends parallel to the duct axis, the connecting edge (16) of the two side surfaces (11, 13) forming the downstream edge of the vortex generator (9), and that edge (15) of the top surface (10) which extends transversely to the duct (20) through which flow takes place being the edge which the main flow meets first.
- Premixing burner according to Claim 1, characterized in that the ratio between the height (h) of the vortex generator and the duct height (H) is selected in such a way that the vortex generated fills the complete duct height, or the complete height of the duct part assigned to the vortex generator, directly downstream of the vortex generator (9).
- Premixing burner according to Claim 1, characterized in that the secondary flow is introduced via a fuel lance (51) arranged centrally in the duct (20), by means of longitudinal injection or cross-jet injection.
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