EP0931980A1 - Burner for operating a heat generator - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a burner for operating a heat generator according to Preamble of claim 1.
- the upstream side consists of a swirl generator, the flow formed therein seamlessly in a mixing section is transferred. This is done using one at the beginning of the Mixing section flow geometry formed for this purpose, which consists of transition channels exists, which is sectoral, according to the number of those acting Partial body of the swirl generator, capture the end face of the mixing section and in Flow direction swirl. Downstream of these transition channels the mixing section has a number of filming holes, which one Ensure an increase in the flow velocity along the pipe wall. This is followed by a combustion chamber, the transition between the Mixing section and the combustion chamber formed by a cross-sectional jump in whose plane a backflow zone or backflow bubble forms.
- the swirl strength in the swirl generator is selected so that the bursting of the vortex does not occur within the mixing section, but further downstream, as executed above, in the area of the cross-sectional jump.
- the length of the mixing section is dimensioned so that a sufficient mix quality for everyone Types of fuel is guaranteed.
- the invention seeks to remedy this.
- the invention as set out in the claims is characterized, the task is based on a burner at the beginning to propose precautions which strengthen the flame stability for stable operation, especially in the transient load ranges, ensure always under the further task that the Pollutant emissions remain low while taking these precautions Measures are taken which relate to the ignition systems mentioned above to eliminate disadvantages.
- the burner is expanded in such a way that in the area of its transition a ring-shaped system for providing to the downstream combustion chamber of a fuel / air mixture is generally provided as Pilot stage acts.
- Pilot stage acts.
- Appropriate pilot burners are created in the combustion chamber, which are operated in diffusion mode for stability reasons and directly in the combustion chamber.
- This air volume initially takes over the cooling of the by means of impingement cooling side facing away from the combustion chamber before it then mixes with the gas and then as a pre-mixed flame with minimized pollutant emissions piloting the combustion chamber is maintained.
- This impingement cooling means that the surface of the pilot gas ring is hot and largely isolated from the flame radiation from the combustion chamber, so that the thermal load in this area is significantly reduced.
- the object according to the invention also ensures that the minimized Cooling amount can also be fed to the burning process.
- the guided introduction of the cooling air mentioned is also used to in order to provide an ignition device integrated there for the respective pilot burner, with which this integrated ignition device for the pilot burner is part of the burner system, which is interchangeably mounted in the gas turbine.
- an ignition device integrated there for the respective pilot burner with which this integrated ignition device for the pilot burner is part of the burner system, which is interchangeably mounted in the gas turbine.
- several or All pilot burners are equipped with an igniter, which ensures optimal cross-ignition properties be achieved.
- the ignition of the Pilot burner using a glow pencil or using a spark plug.
- Fig. 1 shows the overall structure of a burner.
- a swirl generator 100 effective, the design of which is shown in more detail in the following FIGS. 3-6 is shown and described.
- This swirl generator 100 is a cone-shaped structure that tangentially inflows several times from a tangentially Combustion air flow 115 is applied.
- the one forming here Flow is provided based on a swirl generator 100 downstream Transition geometry seamlessly transferred into a transition piece 200, that no separation areas can occur there.
- the configuration of this Transition geometry is described in more detail in FIG. 6.
- This transition piece 200 is on the outflow side of the transition geometry through a mixing tube 20 extended, with both parts forming the actual mixing section 220.
- the mixing section 220 may consist of a single piece, i.e.
- Transition piece 200 and mixing tube 20 are made created two parts, they are connected by a sleeve ring 10, wherein the same socket ring 10 on the head side as an anchoring surface for the swirl generator 100 serves.
- a sleeve ring 10 also has the advantage that different mixing tubes can be used.
- Downstream side of the Mixing tube 20 is the actual combustion chamber 30 of a combustion chamber, which is only symbolized here by a flame tube.
- the mixing section 220 largely fulfills the task that a downstream of the swirl generator 100 defined route is provided, in which a perfect premix of Different types of fuels can be achieved.
- This mixing section so ostensibly the mixing tube 20, furthermore enables lossless flow guidance, so that it is also in operative connection with the transition geometry initially cannot form a backflow zone or backflow bubble, with what the length of the mixing section 220 to the quality of the mixture for all types of fuel Influence can be exercised.
- this mixing section 220 has another one Property, which is that in it the axial velocity profile has a pronounced maximum on the axis, so that backfire the flame from the combustion chamber is not possible. However, it is correct that with such a configuration this axial velocity towards the wall falls off.
- the mixing tube 20 in the flow and circumferential direction with a number regularly or irregularly distributed holes 21 of different cross-sections and directions provided through which an amount of air into the interior of the mixing tube 20th flows, and along the wall in the sense of a filming an increase in Induce flow rate.
- These holes 21 can also be so be designed that at least on the inner wall of the mixing tube 20 additionally sets an effusion cooling.
- Another possibility is an increase to achieve the speed of the mixture within the mixing tube 20, is that its flow cross-section on the outflow side of the Transition channels 201, which form the transition geometry already mentioned, undergoes a constriction, causing the overall speed level to be within of the mixing tube 20 is raised.
- a pilot burner system becomes concentric with the mixing tube 20 in the area of its outlet 300 provided.
- This consists of an inner annular chamber 301, in which flows in a fuel, preferably a gaseous fuel 303.
- a second annular chamber Dispatched 302 In addition to this inner annular chamber 301 is a second annular chamber Dispatched 302, into which an air quantity 304 flows.
- Both annular chambers 301, 302 have individually designed through openings, such that the individual media 303, 304 functionally in a common downstream Flow ring chamber 308.
- the Through geometry of these openings 309 is designed so that the gaseous Fuel 303 with a large mixing potential in the downstream Annulus 308 flows.
- the other annular chamber 302 closes with one perforated plate 305, the holes 310 provided here designed so are that the amount of air 304 flowing through there is an impact cooling on the base plate 307 of the downstream ring chamber 308.
- This base plate has the Function of a heat protection plate against the caloric load from the Combustion chamber 30, so that this impingement cooling must be extremely efficient here.
- this air mixes within this annular chamber 308 with the inflowing gaseous fuel 303 from the openings 309 of the upstream annular chamber 301 before this mixture through a number of bores 306 arranged on the combustion chamber side into the combustion chamber 30 flows out.
- the mixture flowing out burns as a premixed diffusion flame with minimized pollutant emissions and forms accordingly Bore 306 a pilot burner acting in the combustion chamber 30, which one guaranteed stable operation.
- the secondary annular chamber 302 through which air flows is an ignition device 311 passed through, which in the downstream annular chamber 308 Ignition of the mixture formed there.
- this ignition device 311 is constantly by the air 304 flowing there is cooled anyway. This is very important because when using it temperatures of approx. 1000 ° C can be reached with a glow plug. However, since there is only a low voltage for the operation proposed here, high current is required, the susceptibility of the ignition device is therefore eliminated against condensation water. Due to the arrangement of the glow plug, whereby the use of a spark plug is also possible within of the burner, the respective ignition device 311 is thermally slightly loaded, which means that no additional cooling is required and leakages are eliminated avoided.
- Fig. 2 shows a schematic view of the burner according to Fig. 1, here in particular the flushing of a centrally arranged fuel nozzle 103 and the effect of fuel injectors 170 is pointed out.
- the mode of action the remaining main components of the burner, namely swirl generator 100 and transition piece 200 are closer under the following figures described.
- the fuel nozzle 103 is spaced with a ring 190 encased in which a number of circumferentially bored holes 161 through which an amount of air 160 is placed in an annular chamber 180 flows and carries out the flushing of the fuel lance there.
- These holes 161 are slanted forward so that it is appropriate axial component arises on the burner axis 60.
- FIG. 4 is used at the same time as FIG. 3.
- 3 is referred to the other figures as necessary in the description of FIG.
- the first part of the burner according to FIG. 1 forms the swirl generator shown in FIG. 3 100.
- This consists of two high conical partial bodies 101, 102, which are nested in a staggered manner.
- the number of conical Partial body can of course be larger than two, like the figures 5 and 6 show; this depends in each case, as will be explained in more detail below will depend on the operating mode of the entire burner. It is with certain Operating constellations are not excluded, one from a single spiral to provide existing swirl generator.
- the offset of the respective central axis or longitudinal symmetry axes 101b, 102b (cf. FIG. 4) of the conical partial bodies 101, 102 creates each other in the adjacent wall, in mirror image Arrangement, each a tangential channel, i.e.
- the cone shape the partial body 101, 102 shown in the flow direction has a certain one fixed angle.
- the partial bodies can 101, 102 an increasing or decreasing cone inclination in the flow direction have, similar to a trumpet. Tulip.
- the latter two Shapes are not recorded in the drawing, as they are without for the specialist are further sensitive.
- the two conical partial bodies 101, 102 have each have a cylindrical annular starting part 101a. In the area of this cylindrical Initially, the fuel nozzle 103 already mentioned under FIG.
- the tapered partial bodies 101, 102 each have a fuel line 108, 109 which run along the tangential air inlet slots 119, 120 arranged and provided with injection openings 117, through which preferably a gaseous fuel 113 in the combustion air flowing through there 115 is injected, as the arrows 116 want to symbolize.
- Fuel nozzle 103 brought fuel 112 is, as mentioned, normally a liquid fuel, whereby a mixture formation with a other medium, for example with a recirculated flue gas, without further is possible.
- This fuel 112 is preferably very low acute angle injected into the cone cavity 114. From the fuel nozzle 103 A conical fuel spray 105 is thus formed, which flows in from the tangential one rotating combustion air 115 is enclosed and degraded. The concentration of the injected fuel is then in the axial direction 112 continuously through the incoming combustion air 115 for mixing Degraded towards evaporation.
- the fuel / air mixture is formed directly at the end of the air inlet slots 119, 120.
- the combustion air 115 additionally preheated, or for example with a recirculated Flue gas or exhaust gas enriched, so this sustainably supports the Evaporation of the liquid fuel 112 before this mixture in the downstream Stage flows, here in the transition piece 200 (see FIGS. 1 and 7).
- liquid lines 108, 109 Fuels should be supplied.
- the construction of the swirl generator 100 is furthermore particularly suitable, change the size of the tangential air inlet slots 119, 120, which is a relatively large one without changing the overall length of the swirl generator 100 operational bandwidth can be recorded.
- the partial bodies 101, 102 can also be moved relative to one another in another plane, which even an overlap of the same can be provided.
- the sub-bodies 101, 102 by a counter-rotating movement spiral to nest into each other. So it is possible, the shape, the size and the configuration of the tangential air inlet slots 119, 120 arbitrarily vary, with which the swirl generator 100 is universal without changing its overall length can be used.
- FIG. 4 shows, among other things, the geometric configuration of optional ones Baffles 121a, 121b. They have a flow initiation function which, according to their length, the respective end of the tapered Partial bodies 101, 102 in the flow direction with respect to the combustion air 115 extend.
- the channeling of the combustion air 115 into the cone cavity 114 can be opened or closed by one of the baffles 121a, 121b Area of entry of this channel into the fulcrum 114 placed cone cavity 123 can be optimized, especially if the original Gap size of the tangential air inlet slots 119, 120 changed dynamically should be, for example, to change the speed of the combustion air 115 to achieve.
- these can be dynamic Precautions can also be provided statically by using baffles as needed form a fixed component with the conical partial bodies 101, 102.
- the swirl generator 100 now consists of four partial bodies 130, 131, 132, 133 is constructed.
- the associated longitudinal symmetry axes for each sub-body are marked with the letter a. To this Configuration is to be said that it is due to the lower generated with it Twist strength and in cooperation with a correspondingly enlarged Slot width is best suited, the bursting of the vortex flow on the downstream side to prevent the swirl generator in the mixing tube, thus causing the mixing tube to can fulfill the intended role.
- FIG. 6 differs from FIG. 5 in that the partial bodies 140 here 141, 142, 143 have a blade profile shape which is used to provide a certain Flow is provided. Otherwise, the mode of operation of the swirl generator stayed the same.
- the admixture of fuel 116 in the combustion air flow 115 happens from inside the blade profiles, i.e. the fuel line 108 is now integrated in the individual blades.
- the transition geometry is corresponding for a swirl generator 100 with four partial bodies 5 or 6, built. Accordingly, the transition geometry as a natural extension of the upstream partial bodies, four transition channels 201 on, whereby the conical quarter area of said partial body is extended until it cuts the wall of the mixing tube.
- the same considerations also apply if the swirl generator is based on a principle other than the one below Fig. 3 described, is constructed.
- the down in the direction of flow running surface of the individual transition channels 201 has a flow direction spiral shape, which has a crescent shape Course describes, corresponding to the fact that the flow cross-section is present of the transition piece 200 flared in the flow direction.
- the swirl angle of the transition channels 201 in the flow direction is selected so that that the pipe flow then up to the cross-sectional jump on Combustion chamber entrance still has a sufficient distance to be perfect Premix with the injected fuel. Further increases the axial speed is also affected by the above-mentioned measures on the mixing tube wall downstream of the swirl generator.
- the transition geometry and the measures in the area of the mixing tube bring about a significant increase of the axial velocity profile towards the center of the mixing tube, see above that the danger of early ignition is decisively counteracted.
- the flow cross section of the tube 20 receives one in this area Transition radius R, the size of which basically depends on the flow within of the tube 20 depends.
- This radius R is chosen so that the Applies flow to the wall and so the swirl number increases sharply.
- the size of the radius R can be defined so that it is> 10% of the inside diameter d of the tube is 20.
- the backflow bladder 50 increases enormously.
- This radius R runs to the exit plane of the tube 20, the angle ⁇ between the beginning and end of curvature is ⁇ 90 °.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a burner for operating a heat generator according to Preamble of claim 1.
Aus EP-0 780 629 A2 ist ein Brenner bekanntgeworden, der anströmungsseitig aus einem Drallerzeuger besteht, wobei die hierin gebildete Strömung nahtlos in eine Mischstrecke übergeführt wird. Dies geschieht anhand einer am Anfang der Mischstrecke zu diesem Zweck gebildeten Strömungssgeometrie, welche aus Uebergangskanälen besteht, die sektoriell, entsprechend der Zahl der wirkenden Teilkörper des Drallerzeugers, die Stirnfläche der Mischstrecke erfassen und in Strömungsrichtung drallförmig verlaufen. Abströmungsseitig dieser Uebergangskanäle weist die Mischstrecke eine Anzahl Filmlegungsbohrungen auf, welche eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Rohrwand gewährleisten. Anschliessend folgt eine Brennkammer, wobei der Uebergang zwischen der Mischstrecke und der Brennkammer durch einen Querschnittssprung gebildet wird, in dessen Ebene sich eine Rückströmzone oder Rückströmblase bildet. From EP-0 780 629 A2 a burner has become known, the upstream side consists of a swirl generator, the flow formed therein seamlessly in a mixing section is transferred. This is done using one at the beginning of the Mixing section flow geometry formed for this purpose, which consists of transition channels exists, which is sectoral, according to the number of those acting Partial body of the swirl generator, capture the end face of the mixing section and in Flow direction swirl. Downstream of these transition channels the mixing section has a number of filming holes, which one Ensure an increase in the flow velocity along the pipe wall. This is followed by a combustion chamber, the transition between the Mixing section and the combustion chamber formed by a cross-sectional jump in whose plane a backflow zone or backflow bubble forms.
Die Drallstärke im Drallerzeuger wird denmach so gewählt, dass das Aufplatzen des Wirbels nicht innerhalb der Mischstrecke, sondern weiter stromab erfolgt, wie oben ausgeführt, im Bereich des Querschnittssprunges. Die Länge der Mischstrecke ist so dimensioniert, dass eine ausreichende Mischungsgüte für alle Brennstoffarten gewährleistet ist.The swirl strength in the swirl generator is selected so that the bursting of the vortex does not occur within the mixing section, but further downstream, as executed above, in the area of the cross-sectional jump. The length of the mixing section is dimensioned so that a sufficient mix quality for everyone Types of fuel is guaranteed.
Obschon dieser Brenner gegenüber denjenigen aus dem vorangegangenen Stand
der Technik eine signifikante Verbesserung hinsichtlich Stärkung der Flammenstabilität,
tieferer Schadstoff-Emissionen, geringerer Pulsationen, vollständigen
Ausbrandes, grossen Betriebsbereichs, guter Querzündung zwischen den verschiedenen
Brennern, kompakter Bauweise, verbesserter Mischung, etc., gewährleistet,
zeigt es sich, dass dieser Brenner keine autonome Vorkehrungen aufweist,
um die Gasturbine insbesondere in ihren transienten Lastbereichen sicher fahren
zu können. Beispielsweise im Teillastbereich muss der Brenner mit einer Stützflamme
unterstützt werden. Dabei muss die Integrierung von solchen Vorkehrungen
in den Brenner zu keinen zusätzlichen Schadstoff-Emissionen führen, welche
die betrieblichen und emissionsmässigen Vorteile des zugrundegelegten Brenners
in Frage stellen könnten.
Hinzu kommt, dass herkömmlicherweise diese Brenner in Gasturbinen mittels eines
speziellen Zünders gezündet werden. Diese Zünder funktioneren meist mit
Hochspannung, die den Zündfunken liefert, der entweder bei grosser Leistung direkt
als Zündquelle dient oder eine Zündfackel entzündet. Diese Zünder bedingen
eine separate Durchführung und Abdichtung des Zünders und seiner Leitungen
durch die Gehäuse der Gasturbine bis in die Brennkammer. Die bestehenden
Zündersysteme haben aber folgende Nachteile:
In addition, these burners are traditionally ignited in gas turbines by means of a special igniter. These igniters usually function with high voltage, which provides the ignition spark, which either serves as an ignition source at high power or ignites a flare. These igniters require a separate passage and sealing of the igniter and its lines through the housing of the gas turbine into the combustion chamber. The existing detonator systems have the following disadvantages:
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Brenner der eingangs genannten Art Vorkehrungen vorzuschlagen, welche eine Stärkung der Flammenstabilität für einen stabilen Betrieb, insbesondere in den transienten Lastbereichen, gewährleisten, immer unter der weiteren Aufgabenstellung, dass die Schadstoff-Emissionen tief bleiben, gleichzeitig sollen bei diesen Vorkehrungen Massnahmen ergriffen werden, welche betreffend Zündsysteme die obengenannten nachteile zu beheben vermögen.The invention seeks to remedy this. The invention as set out in the claims is characterized, the task is based on a burner at the beginning to propose precautions which strengthen the flame stability for stable operation, especially in the transient load ranges, ensure always under the further task that the Pollutant emissions remain low while taking these precautions Measures are taken which relate to the ignition systems mentioned above to eliminate disadvantages.
Zu diesem Zweck wird der Brenner derart erweitert, dass im Bereich seines Ueberganges zum nachgeschalteten Brennraum ein ringförmiges System zur Bereitstellung eines Brennstoff/Luft-Gemisches vorgesehen wird, das allgemein als Pilotstufe fungiert. Durch eine Anzahl in Umfangsrichtung vorgehener Austrittsbohrungen in den Brennraum werden entsprechende Pilotbrenner geschaffen, welche aus Stabilitätsgründen im Diffusionsbetrieb betrieben werden und direkt in den Brennraum wirken.For this purpose, the burner is expanded in such a way that in the area of its transition a ring-shaped system for providing to the downstream combustion chamber of a fuel / air mixture is generally provided as Pilot stage acts. Through a number of circumferential exit bores Appropriate pilot burners are created in the combustion chamber, which are operated in diffusion mode for stability reasons and directly in the combustion chamber.
Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemässen Gegenstandes sind darin zu sehen, dass diese einzelnen Pilotbrenner mit einem geringen Gasanteil betrieben werden, so dass sich das dort eingebrachte Gas mit einem verhältnismässig kleinen Luftanteil vermischt und als vorgemischte Flamme mit minimierten Schadstoff-Emissionen brennt.The main advantages of the subject matter according to the invention are therein see that these individual pilot burners are operated with a low gas content be so that the gas introduced there with a relatively small Air content mixed and as a premixed flame with minimized pollutant emissions burns.
Diese Luftmenge übernimmt zunächst anhand einer Prallkühlung die Kühlung der brennkammerabgewandten Seite, bevor sie sich dann mit dem Gas vermischt und anschliessend als vorgemischte Flamme mit minimierten Schadstoff-Emissionen die Pilotierung des Brennraumes aufrechterhält.This air volume initially takes over the cooling of the by means of impingement cooling side facing away from the combustion chamber before it then mixes with the gas and then as a pre-mixed flame with minimized pollutant emissions piloting the combustion chamber is maintained.
Durch diese Prallkühlung ist die Obeffläche des Pilotgasringes vom heissen Gas und von der Flammenstrahlung aus dem Brennraum weitgehend isoliert, so dass die thermische Belastung in diesem Bereich wesentlich verringert wird.This impingement cooling means that the surface of the pilot gas ring is hot and largely isolated from the flame radiation from the combustion chamber, so that the thermal load in this area is significantly reduced.
Auch bei 100% Pilotbetrieb brennen die einzelnen Pilotbrenner, aus Stabilitätsgründen im Diffusionsbetrieb, da hier der Anteil der Kühllluft gegenüber dem Gas sehr klein ist.Even with 100% pilot operation, the individual pilot burners burn, for reasons of stability in diffusion mode, since here the proportion of the cooling air compared to the gas is very small.
Mit dem erfindungsgemässen Gegenstand wird auch erreicht, dass die minimierte Kühlmenge ebenfalls dem Brennprozess zugeführt werden kann.The object according to the invention also ensures that the minimized Cooling amount can also be fed to the burning process.
Die geleitete Heranführung der genannten Kühlluft wird gleichzeitig dazu verwendet, um eine dort integrierte Zündvorrichtung für den jeweiligen Pilotbrenner vorzusehen, womit diese integrierte Zündvorrichtung für den Pilotbrenner Bestandteil des Brennersystems wird, das auswechselbar in der Gasturbine montiert ist. Durch die Integration der Zündvorrichtung in den Brenner können mehrere oder alle Pilotbrenner mit einem Zünder ausgestattet werden, wodurch optimale Querzündungseigenschaften erzielt werden. Vorzugsweise geschieht die Zündung des Pilotbrenners mittels eines Glühzünstiftes oder mittels einer Zündkerze.The guided introduction of the cooling air mentioned is also used to in order to provide an ignition device integrated there for the respective pilot burner, with which this integrated ignition device for the pilot burner is part of the burner system, which is interchangeably mounted in the gas turbine. By integrating the ignition device in the burner, several or All pilot burners are equipped with an igniter, which ensures optimal cross-ignition properties be achieved. Preferably the ignition of the Pilot burner using a glow pencil or using a spark plug.
Vorteilhatte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous and expedient developments of the task solution according to the invention are characterized in the further claims.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung unwesentlichen Merkmale sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings explained in more detail. All of which are not essential for the immediate understanding of the invention Features have been left out. The same elements are in the different Figures with the same reference numerals. The flow direction the media is indicated by arrows.
Es zeigt:
- Fig. 1
- einen als Vormischbrenner ausgelegten Brenner mit einer Mischstrecke stromab eines Drallerzeugers sowie mit Pilotbrennern,
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung des Brenners gemäss Fig. 1 mit Disposition der zusätzlichen Brennstoff-Injektoren,
- Fig. 3
- einen aus mehreren Schalen bestehenden Drallerzeuger in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten,
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch einen zweischaligen Drallerzeuger,
- Fig. 5
- einen Querschnitt durch einen vierschaligen Drallerzeuger,
- Fig. 6
- eine Ansicht durch einen Drallerzeuger, dessen Schalen schaufelförmig profiliert sind,
- Fig. 7
- eine Ausgestaltung der Uebergangsgeometrie zwischen Drallerzeuger und Mischstrecke und
- Fig. 8
- eine Abrisskante zur räumlichen Stabilisierung der Rückströmzone.
- Fig. 1
- a burner designed as a premix burner with a mixing section downstream of a swirl generator and with pilot burners,
- Fig. 2
- 2 shows a schematic representation of the burner according to FIG. 1 with disposition of the additional fuel injectors,
- Fig. 3
- a swirl generator consisting of several shells in a perspective view, cut open accordingly,
- Fig. 4
- a cross section through a double-shell swirl generator,
- Fig. 5
- a cross section through a four-shell swirl generator,
- Fig. 6
- 2 shows a view through a swirl generator, the shells of which are profiled in a shovel shape,
- Fig. 7
- an embodiment of the transition geometry between swirl generator and mixing section and
- Fig. 8
- a tear-off edge for spatial stabilization of the backflow zone.
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Brenners. Anfänglich ist ein Drallerzeuger
100 wirksam, dessen Ausgestaltung in den nachfolgenden Fig. 3-6 noch näher
gezeigt und beschrieben wird. Es handelt sich bei diesem Drallerzeuger 100 um
ein kegelförmiges Gebilde, das tangential mehrfach von einem tangential einströmenden
Verbrennungsluftstromes 115 beaufschlagt wird. Die sich hierein bildende
Strömung wird anhand einer stromab des Drallerzeugers 100 vorgesehenen
Uebergangsgeometrie nahtlos in ein Uebergangsstück 200 übergeleitet, dergestalt,
dass dort keine Ablösungsgebiete auftreten können. Die Konfiguration dieser
Uebergangsgeometrie wird unter Fig. 6 näher beschrieben. Dieses Uebergangsstück
200 ist abströmungsseitig der Uebergangsgeometrie durch ein Mischrohr 20
verlängert, wobei beide Teile die eigentliche Mischstrecke 220 bilden. Selbstverständlich
kann die Mischstrecke 220 aus einem einzigen Stück bestehen, d.h.
dann, dass das Uebergangsstück 200 und das Mischrohr 20 zu einem einzigen
zusammenhängenden Gebilde verschmelzen, wobei die Charakteristiken eines
jeden Teils erhalten bleiben. Werden Uebergangsstück 200 und Mischrohr 20 aus
zwei Teilen erstellt, so sind diese durch einen Buchsenring 10 verbunden, wobei
der gleiche Buchsenring 10 kopfseitig als Veranketungsfläche für den Drallerzeuger
100 dient. Ein solcher Buchsenring 10 hat darüber hinaus den Vorteil, dass
verschiedene Mischrohre eingesetzt werden können. Abströmungsseitig des
Mischrohres 20 befindet sich der eigentliche Brennraum 30 einer Brennkammer,
welche hier lediglich durch ein Flammrohr versinnbildlicht ist. Die Mischstrecke
220 erfüllt weitgehend die Aufgabe, dass stromab des Drallerzeugers 100 eine
definierte Strecke bereitgestellt wird, in welcher eine perfekte Vormischung von
Brennstoffen verschiedener Art erzielt werden kann. Diese Mischstrecke, also
vordergründig das Mischrohr 20, ermöglicht des weiteren eine verlustfreie Strömungsführung,
so dass sich auch in Wirkverbindung mit der Uebergangsgeometrie
zunächst keine Rückströmzone oder Rückströmblase bilden kann, womit über
die Länge der Mischstrecke 220 auf die Mischungsgüte für alle Brennstoffarten
Einfluss ausgeübt werden kann. Diese Mischstrecke 220 hat aber noch eine andere
Eigenschaft, welche darin besteht, dass in ihr selbst das Axialgeschwindigkeits-Profil
ein ausgeprägtes Maximum auf der Achse besitzt, so dass eine Rückzündung
der Flamme aus der Brennkammer nicht möglich ist. Allerdings ist es richtig,
dass bei einer solchen Konfiguration diese Axialgeschwindigkeit zur Wand hin
abfällt. Um Rückzündung auch in diesem Bereich zu unterbinden, wird das Mischrohr
20 in Strömungs- und Umfangsrichtung mit einer Anzahl regelmässig oder
unregelmässig verteilter Bohrungen 21 verschiedenster Querschnitte und Richtungen
versehen, durch welche eine Luftmenge in das Innere des Mischrohres 20
strömt, und entlang der Wand im Sinne einer Filmlegung eine Erhöhung der
Durchfluss-Geschwindigkeit induzieren. Diese Bohrungen 21 können auch so
ausgelegt werden, dass sich an der Innenwand des Mischrohres 20 mindestens
zusätzlich noch eine Effusionskühlung einstellt. Eine andere Möglichkeit eine Erhöhung
der Geschwindigkeit des Gemisches innerhalb des Mischrohres 20 zu erzielen,
besteht darin, dass dessen Durchflussquerschnitt abströmungsseitig der
Uebergangskanäle 201, welche die bereits genannten Uebergangsgeometrie bilden,
eine Verengung erfährt, wodurch das gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb
des Mischrohres 20 angehoben wird. In der Figur verlaufen diese Bohrungen
21 unter einem spitzen Winkel gegenüber der Brennerachse 60. Des weiteren
entspricht der Auslauf der Uebergangskanäle 201 dem engsten Durchflussquerschnitt
des Mischrohres 20. Die genannten Uebergangskanäle 201 überbrücken
demnach den jeweiligen Querschnittsunterschied, ohne dabei die gebildete
Strömung negativ zu beeinflussen. Wenn die gewählte Vorkehrung bei der Führung
der Rohrströmung 40 entlang des Mischrohres 20 einen nicht tolerierbaren
Druckverlust auslöst, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen werden, indem am
Ende dieses Mischrohres ein in der Figur nicht gezeigter Diffusor vorgesehen
wird. Am Ende des Mischrohres 20 schliesst sich sodann eine Brennkammer 30
(Brennraum) an, wobei zwischen den beiden Durchflussquerschnitten ein durch
eine Brennerfront 70 gebildeter Querschnittssprung vorhanden ist. Erst hier bildet
sich eine zentrale Flammenfront mit einer Rückströmzone 50, welche gegenüber
der Flammenfront die Eigenschaften eines körperlosen Flammenhalters aufweist.
Bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprunges während des Betriebes eine
strömungsmässige Randzone, in welcher durch den dort vorherrschenden Unterdruck
Wirbelablösungen entstehen, so führt dies zu einer verstärkten Ringstabilisation
der Rückströmzone 50. Danebst darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Erzeugung
einer stabilen Rückströmzone 50 auch eine ausreichend hohe Drallzahl
in einem Rohr erfordert. Ist eine solche zunächst unerwünscht, so können stabile
Rückströmzonen durch die Zufuhr kleiner stark verdrallter Luftströmungen am
Rohrende, beispielsweise durch tangentiale Oeffnungen, erzeugt werden. Dabei
geht man hier davon aus, dass die hierzu benötigte Luftmenge in etwa 5-20% der
Gesamtluftmenge beträgt. Was die Ausgestaltung der Brennerfront 70 am Ende
des Mischrohres 20 zur Stabilisierung der Rückströmzone oder Rückströmblase
50 betrifft, wird auf die Beschreibung unter Fig. 8 verwiesen.
Konzentrisch zum Mischrohr 20, im Bereich seines Auslaufes, wird ein Pilotbrennersystem
300 vorgesehen. Dieses besteht aus einer inneren Ringkammer 301, in
welche ein Brennstoff, vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 303 einströmt.
Nebengeordnet zu dieser inneren Ringkammer 301 ist eine zweite Ringkammer
302 disponiert, in welche eine Luftmenge 304 einströmt. Beide Ringkammern 301,
302 weisen individuell gestaltete Durchgangsöffnungen auf, dergestalt, dass die
einzelnen Medien 303, 304 funktionsbedingt in eine gemeinsame nachgeschaltete
Ringkammer 308 strömen. Die Ueberleitung des gasförmigen Brennstoffes 303
von der Ringkammer 301 in die nachgeschaltete Ringkammer 308 wird durch eine
Anzahl in Umfangsrichtung angeordneter Oeffnungen 309 bewerkstelligt. Die
Durchgangsgeometrie dieser Oeffnungen 309 ist so gestaltet, dass der gasförmige
Brennstoff 303 mit einem grossen Vermischungspotential in die nachgeschaltete
Ringkammer 308 einströmt. Die andere Ringkammer 302 schliesst mit einer
gelochten Platte 305 ab, wobei die hier vorgesehenen Bohrungen 310 so gestaltet
sind, dass die dort durchströmende Luftmenge 304 eine Prallkühlung auf die Bodenplatte
307 der nachgeschalteten Ringkammer 308. Diese Bodenplatte hat die
Funktion eines Hitzeschutzbleches gegenüber der kalorischen Belastung aus dem
Brennraum 30, so dass diese Prallkühlung hier äusserst effizient ausfallen muss.
Diese Luft vermischt sich nach vollzogener Kühlung innerhalb dieser Ringkammer
308 mit dem hinzuströmenden gasförmigen Brennstoff 303 aus den Oeffnungen
309 der stromauf angeordneten Ringkammer 301, bevor dieses Gemisch dann
durch eine Anzahl brennraumseitig angeordneter Bohrungen 306 in den Brennraum
30 abströmt. Das hier ausströmende Gemisch brennt als vorgemischte Diffusionsflamme
mit minimierten Schadstoff-Emissionenen und bildet sonach je
Bohrung 306 einen in den Brennraum 30 wirkenden Pilotbrenner, welcher einen
stabilen Betrieb gewährleistet.Fig. 1 shows the overall structure of a burner. Initially there is a
Durch die luftdurchströmte nebengeordnete Ringkammer 302 wird eine Zündvorrichtung
311 durchgeleitet, welche in der nachgeschalteten Ringkammer 308 die
Zündung des sich dort bildenden Gemisches bewerkstelligt. Zum einen braucht es
für diese Durchleitung der Zündvorrichtung 311 keine weiteren konstruktiven
Massnahmen, und zum anderen wird diese Zündvorrichtung 311 ständig durch die
dort ohnehin strömende Luft 304 gekühlt. Dies ist sehr wichtig, da beim Einsatz
eines Glühzündstiftes an der Spitze Temperaturen von ca. 1000°C erreicht werden.
Da aber für den hier vorgeschlagene Betrieb nur eine geringe Spannung,
dafür hoher Strom erforderlich ist, entfällt mithin die Anfälligkeit der Zündvorrichtung
gegen Kondenwasseraussscheidungen. Durch die Anordnung des Glühzündstiftes,
wobei der Einsatz einer Zündkerze ebenfalls möglich ist, innerhalb
des Brenners ist die jeweilige Zündvorrichtung 311 thermisch gering belastet,
womit keiner zusätzlichen Kühlung bedarf und Leckagen werden dadurch auch
vermieden. The secondary
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des Brenners gemäss Fig. 1, wobei hier
insbesondere auf die Umspülung einer zentral angeordneten Brennstoffdüse 103
und auf die Wirkung von Brennstoff-Injektoren 170 hingewiesen wird. Die Wirkungsweise
der restlichen Hauptbestandteile des Brenners, nämlich Drallerzeuger
100 und Uebergangsstück 200 werden unter den nachfolgenden Figuren näher
beschrieben. Die Brennstoffdüse 103 wird mit einem beabstandeten Ring 190
ummantelt, in welchem eine Anzahl in Umfangsrichtung disponierter Bohrungen
161 gelegt sind, durch welche eine Luftmenge 160 in eine ringförmige Kammer
180 strömt und dort die Umspülung der Brennstofflanze vornimmt. Diese Bohrungen
161 sind schräg nach vorne angelegt, dergestalt, dass eine angemessene
axiale Komponente auf der Brennerachse 60 entsteht. In Wirkverbindung mit diesen
Bohrungen 161 sind zusätzliche Brennstoff-Injektoren 170 vorgesehen, welche
eine bestimmte Menge vorzugsweise eines gasförmigen Brennstoffes in die
jeweilige Luftmenge 160 eingeben, dergestalt, dass sich im Mischrohr 20 eine
gleichmässige Brennstoffkonzentration 150 über den Strömungsquerschnitt einstellt,
wie die Darstellung in der Figur versinnbildlichen will. Genau diese gleichmässige
Brennstoffkonzentration 150, insbesondere die starke Konzentration auf
der Brennerachse 60 sorgt dafür, dass sich eine Stabilisierung der Flammenfront
am Ausgangs des Brenners einstellt, womit aufkommende Brennkammerpulsationen
vermieden werden.Fig. 2 shows a schematic view of the burner according to Fig. 1, here
in particular the flushing of a centrally arranged
Um den Aufbau des Drallerzeugers 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil,
wenn gleichzeitig zu Fig. 3 mindestens Fig. 4 herangezogen wird. Im folgenden
wird bei der Beschreibung von Fig. 3 nach Bedarf auf die übrigen Figuren hingewiesen.In order to better understand the structure of the
Der erste Teil des Brenners nach Fig. 1 bildet den nach Fig. 3 gezeigten Drallerzeuger
100. Dieser besteht aus zwei hohen kegelförmigen Teilkörpern 101, 102,
die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind. Die Anzahl der kegelförmigen
Teilkörper kann selbstverständlich grösser als zwei sein, wie die Figuren 5
und 6 zeigen; dies hängt jeweils, wie weiter unten noch näher zur Erläuterung
kommen wird, von der Betriebsart des ganzen Brenners ab. Es ist bei bestimmten
Betriebskonstellationen nicht ausgeschlossen, einen aus einer einzigen Spirale
bestehenden Drallerzeuger vorzusehen. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse
oder Längssymmetrieachsen 101b, 102b (Vgl. Fig. 4) der kegeligen Teilkörper
101, 102 zueinander schafft bei der benachbarten Wandung, in spiegelbildlicher
Anordnung, jeweils einen tangentialen Kanal, d.h. einen Lufteintrittsschlitz 119,
120 (Vgl. Fig. 4), durch welche die Verbrennungsluft 115 in Innenraum des Drallerzeugers
100, d.h. in den Kegelhohlraum 114 desselben strömt. Die Kegelform
der gezeigten Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten
festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Betriebseinsatz, können die Teilkörper
101, 102 in Strömungsrichtung eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung
aufweisen, ähnlich einer Trompete resp. Tulpe. Die beiden letztgenannten
Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie für den Fachmann ohne
weiteres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen
je einen zylindrischen ringförmigen Anfangsteil 101a auf. Im Bereich dieses zylindrischen
Anfangsteils ist die bereits unter Fig. 2 erwähnte Brennstoffdüse 103
untergebracht, welche vorzugsweise mit einem flüssigen Brennstoff 112 betrieben
wird. Die Eindüsung 104 dieses Brennstoffes 112 fällt in etwa mit dem engsten
Querschnitt des durch die kegeligen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraumes
114 zusammen. Die Eindüsungskapazität und die Art dieser Brennstoffdüse
103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Brenners.
Die kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung
108, 109 auf, welche entlang der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120
angeordnet und mit Eindüsungsöffnungen 117 versehen sind, durch welche vorzugsweise
ein gasförmiger Brennstoff 113 in die dort durchströmende Verbrennungsluft
115 eingedüst wird, wie dies die Pfeile 116 versinnbildlichen wollen.
Diese Brennstoffleitungen 108, 109 sind vorzugsweise spätestens am Ende der
tangentialen Einströmung, vor Eintritt in den Kegelhohlraum 114, angeordnet, dies
um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Bei dem durch die
Brennstoffdüse 103 herangeführten Brennstoff 112 handelt es sich, wie erwähnt,
im Normalfall um einen flüssigen Brennstoff, wobei eine Gemischbildung mit einem
anderen Medium, beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas, ohne
weiteres möglich ist. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem vorzugsweise sehr
spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 eingedüst. Aus der Brennstoffdüse 103
bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffspray 105, das von der tangential einströmenden
rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen und abgebaut wird.
In axialer Richtung wird sodann die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes
112 fortlaufend durch die einströmenden Verbrennungsluft 115 zu einer Vermischung
Richtung Verdampfung abgebaut. Wird ein gasförmiger Brennstoff 113
über die Oeffnungsdüsen 117 eingebracht, geschieht die Bildung des Brennstoff/Luft-Gemisches
direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 119, 120. Ist die Verbrennungsluft
115 zusätzlich vorgeheizt, oder beispielsweise mit einem rückgeführten
Rauchgas oder Abgas angereichert, so unterstützt dies nachhaltig die
Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 112, bevor dieses Gemisch in die nachgeschaltete
Stufe strömt, hier in das Uebergangsstück 200 (Vgl. Fig. 1 und 7). Die
gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn über die Leitungen 108, 109 flüssige
Brennstoffe zugeführt werden sollten. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper
101, 102 hinsichtlich des Kegelwinkels und der Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze
119, 120 sind an sich enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte
Strömungsfeld der Verbrennungsluft 115 am Ausgang des Drallerzeugers
100 einstellen kann. Allgemein ist zu sagen, dass eine Verkleinerung der
tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 die schnellere Bildung einer Rückströmzone
bereits im Bereich des Drallerzeugers begünstigt. Die Axialgeschwindigkeit
innerhalb des Drallerzeugers 100 lässt sich durch eine entsprechende unter Fig. 2
(Pos. 160) näher beschriebene Zuführung einer Luftmenge erhöhen bzw. stabilisieren.
Eine entsprechende Drallerzeugung in Wirkverbindung mit dem nachgeschalteten
Uebergangsstück 200 (Vgl. Fig. 1 und 7) verhindert die Bildung von
Strömungsablösungen innerhalb des dem Drallerzeuger 100 nachgeschalteten
Mischrohr. Die Konstruktion des Drallerzeugers 100 eignet sich des weiteren vorzüglich,
die Grösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 zu verändern,
womit ohne Veränderung der Baulänge des Drallerzeugers 100 eine relativ grosse
betriebliche Bandbreite erfasst werden kann. Selbstverständlich sind die Teilkörper
101, 102 auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar
eine Ueberlappung derselben vorgesehen werden kann. Es ist des weiteren
möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine gegenläufig drehende Bewegung spiralartig
ineinander zu verschachteln. Somit ist es möglich, die Form, die Grösse
und die Konfiguration der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 beliebig zu
variieren, womit der Drallerzeuger 100 ohne Veränderung seiner Baulänge universell
einsetzbar ist.The first part of the burner according to FIG. 1 forms the swirl generator shown in FIG. 3
100. This consists of two high conical
Aus Fig. 4 geht unter anderen die geometrische Konfiguration von wahlweise vorzusehenden
Leitbleche 121a, 121b hervor. Sie haben Strömungseinleitungsfunktion,
wobei diese, entsprechend ihrer Länge, das jeweilige Ende der kegeligen
Teilkörper 101, 102 in Anströmungsrichtung gegenüber der Verbrennungsluft 115
verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 115 in den Kegelhohlraum
114 kann durch Oeffnen bzw. Schliessen der Leitbleche 121a, 121b um einen im
Bereich des Eintritts dieses Kanals in den Kegelhohlraum 114 plazierten Drehpunkt
123 optimiert werden, insbesondere ist dies vonnöten, wenn die ursprüngliche
Spaltgrösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 dynamisch verändert
werden soll, beispielsweise um eine Aenderung der geschwindigkeit der Verbrennungsluft
115 zu erreichen. Selbstverständlich können diese dynamische
Vorkehrungen auch statisch vorgesehen werden, indem bedarfsmässige Leitbleche
einen festen Bestandteil mit den kegeligen Teilkörpern 101, 102 bilden.4 shows, among other things, the geometric configuration of optional ones
Baffles 121a, 121b. They have a flow initiation function
which, according to their length, the respective end of the tapered
Fig. 5 zeigt gegenüber Fig. 4, dass der Drallerzeuger 100 nunmehr aus vier Teilkörpern
130, 131, 132, 133 aufgebaut ist. Die dazugehörigen Längssymmetrieachsen
zu jedem Teilkörper sind mit der Buchstabe a gekennzeichnet. Zu dieser
Konfiguration ist zu sagen, dass sie sich aufgrund der damit erzeugten, geringeren
Drallstärke und im Zusammenwirken mit einer entsprechend vergrösserten
Schlitzbreite bestens eignet, das Aufplatzen der Wirbelströmung abströmungsseitig
des Drallerzeugers im Mischrohr zu verhindern, womit das Mischrohr die ihm
zugedachte Rolle bestens erfüllen kann.5 shows that the
Fig. 6 unterscheidet sich gegenüber Fig. 5 insoweit, als hier die Teilkörper 140,
141, 142, 143 eine Schaufelprofilform haben, welche zur Bereitstellung einer gewissen
Strömung vorgesehen wird. Ansonsten ist die Betreibungsart des Drallerzeugers
die gleiche geblieben. Die Zumischung des Brennstoffes 116 in den Verbrennungsluftstromes
115 geschieht aus dem Innern der Schaufelprofile heraus,
d.h. die Brennstoffleitung 108 ist nunmehr in die einzelnen Schaufeln integriert.
Auch hier sind die Längssymmetrieachsen zu den einzelnen Teilkörpern mit der
Buchstabe a gekennzeichnet.FIG. 6 differs from FIG. 5 in that the
Fig. 7 zeigt das Uebergangsstück 200 in dreidimensionaler Ansicht. Die Uebergangsgeometrie
ist für einen Drallerzeuger 100 mit vier Teilkörpern, entsprechend
der Fig. 5 oder 6, aufgebaut. Dementsprechend weist die Uebergangsgeometrie
als natürliche Verlängerung der stromauf wirkenden Teilkörper vier Uebergangskanäle
201 auf, wodurch die Kegelviertelfläche der genannten Teilkörper verlängert
wird, bis sie die Wand des Mischrohres schneidet. Die gleichen Ueberlegungen
gelten auch, wenn der Drallerzeuger aus einem anderen Prinzip, als den unter
Fig. 3 beschriebenen, aufgebaut ist. Die nach unten in Strömungsrichtung
verlaufende Fläche der einzelnen Uebergangskanäle 201 weist eine in Strömungsrichtung
spiralförmig verlaufende Form auf, welche einen sichelförmigen
Verlauf beschreibt, entsprechend der Tatsache, dass sich vorliegend der Durchflussquerschnitt
des Uebergangsstückes 200 in Strömungsrichtung konisch erweitert.
Der Drallwinkel der Uebergangskanäle 201 in Strömungsrichtung ist so gewählt,
dass der Rohrströmung anschliessend bis zum Querschnittssprung am
Brennkammereintritt noch eine genügend grosse Strecke verbleibt, um eine perfekte
Vormischung mit dem eingedüsten Brennstoff zu bewerkstelligen. Ferner erhöht
sich durch die oben genannten Massnahmen auch die Axialgeschwindigkeit
an der Mischrohrwand stromab des Drallerzeugers. Die Uebergangsgeometrie
und die Massnahmen im Bereich des Mischrohres bewirken eine deutliche Steigerung
des Axialgeschwindigkeitsprofils zum Mittelpunkt des Mischrohres hin, so
dass der Gefahr einer Frühzündung entscheidend entgegengewirkt wird.7 shows the
Fig. 8 zeigt die bereits angesprochene Abrisskante, welche am Brenneraustritt
gebildet ist. Der Durchflussquerschnitt des Rohres 20 erhält in diesem Bereich einen
Uebergangsradius R, dessen Grösse grundsätzlich von der Strömung innerhalb
des Rohres 20 abhängt. Dieser Radius R wird so gewählt, dass sich die
Strömung an die Wand anlegt und so die Drallzahl stark ansteigen lässt. Quantitativ
lässt sich die Grösse des Radius R so definieren, dass dieser > 10% des Innendurchmessers
d des Rohres 20 beträgt. Gegenüber einer Strömung ohne Radius
vergrössert sich nun die Rückströmblase 50 gewaltig. Dieser Radius R verläuft
bis zur Austrittsebene des Rohres 20, wobei der Winkel β zwischen Anfang
und Ende der Krümmung < 90° beträgt. Entlang des einen Schenkels des Winkels
β verläuft die Abrisskante A ins Innere des Rohres 20 und bildet somit eine Abrissstufe
S gegenüber dem vorderen Punkt der Abrisskante A, deren Tiefe > 3 mm
beträgt. Selbstverständlich kann die hier parall zur Austrittsebene des Rohres 20
verlaufende Kante anhand eines gekrümmten Verlaufs wieder auf Stufe Austrittsebene
gebracht werden. Der Winkel β', der sich zwischen Tangente der Abrisskante
A und Senkrechte zur Austrittsebene des Rohres 20 ausbreitet, ist gleich gross
wie Winkel β. Die Vorteile dieser Ausbildung dieser Abrisskante gehen aus EP-0
780 629 A2 unter Dem Kapitel "Darstellung der Erfindung" hervor. Eine weitere
Ausgestaltung der Abrisskante zum selben Zweck lässt sich mit brennkammerseitigen
torusähnlichen Einkerbungen erreichen. Diese Druckschrift ist einschliessend
des dortigen Schutzumfanges was die Abrisskante betrifft ein integrierender
Bestandteil vorliegender Beschreibung.8 shows the tear-off edge already mentioned, which emerges at the burner outlet
is formed. The flow cross section of the
- 1010th
- BuchsenringBushing ring
- 2020th
-
Mischrohr, Teil der Mischstrecke 220Mixing tube, part of the
mixing section 220 - 2121
- Bohrungen, OeffnungenHoles, openings
- 3030th
- Brennkammer, BrennraumCombustion chamber, combustion chamber
- 4040
- Strömung, Rohrströmung im Mischrohr, HauptströmungFlow, pipe flow in the mixing pipe, main flow
- 5050
- Rückströmzone, RückströmblaseBackflow zone, backflow bubble
- 6060
- BrennerachseBurner axis
- 100100
- DrallerzeugerSwirl generator
- 101, 102101, 102
- Kegelförmige TeilkörperPartial conical body
- 101a101a
- Ringförmiger AnfangsteilAnnular initial part
- 101b, 102b101b, 102b
- LängssymmetrieachsenLongitudinal symmetry axes
- 103103
- BrennstoffdüseFuel nozzle
- 104104
- BrennstoffeindüsungFuel injection
- 105105
- Brennstoffspray (Brennstoffeindüsungsprofil)Fuel spray (fuel injection profile)
- 108, 109108, 109
- BrennstoffleitungenFuel lines
- 112112
- Flüssiger BrennstoffLiquid fuel
- 113113
- Gasförmiger BrennstoffGaseous fuel
- 114114
- KegelhohlraumCone cavity
- 115115
- Verbrennungsluft (Verbrennungsluftstrom)Combustion air (combustion air flow)
- 116116
-
Brennstoff-Eindüsung aus den Leitungen 108, 109Fuel injection from
108, 109lines - 117117
- BrennstoffdüsenFuel nozzles
- 119, 120119, 120
- Tangentiale LufteintrittsschlitzeTangential air inlet slots
- 121a, 121b121a, 121b
- LeitblecheBaffles
- 123123
- Drehpunkt der LeitblechePivot point of the guide plates
- 130, 131, 132, 133130, 131, 132, 133
- TeilkörperPartial body
- 131a, 131a, 132a, 133a131a, 131a, 132a, 133a
- LängssymmetrieachsenLongitudinal symmetry axes
- 140, 141, 142, 143140, 141, 142, 143
- Schaufelprofilförmige TeilkörperVane-shaped partial body
- 140a, 141a, 142a, 143a140a, 141a, 142a, 143a
- LängssymmetrieachsenLongitudinal symmetry axes
- 150150
- Brennstoffkonzentration Fuel concentration
- 160160
- Luftmenge, MischluftAir volume, mixed air
- 161161
- Bohrungen, OeffnungenHoles, openings
- 170170
- Brennstoff-InjektorenFuel injectors
- 180180
- Ringförmige LuftkammerAnnular air chamber
- 190190
- Ringring
- 200200
-
Uebergangsstück, Teil der Mischstrecke 220Transition piece, part of the
mixing section 220 - 201201
- UebergangskanäleTransition channels
- 220220
- MischstreckeMixing section
- 300300
- PilotbrennersystemPilot burner system
- 301301
- Innere RingkammerInner ring chamber
- 302302
- Nebengeordnete RingkammerSecondary ring chamber
- 303303
- Gasförmiger BrennstoffGaseous fuel
- 304304
- LuftmengeAir volume
- 305305
- Gelochte PlattePerforated plate
- 306306
- Bohrungen in den Brennraum, PilotbrennerDrilling in the combustion chamber, pilot burner
- 307307
- HitzeschutzblechHeat shield
- 308308
- Nachgeschaltete RingkammerDownstream ring chamber
- 309309
- Oeffnungen der inneren RingkammerOpenings of the inner ring chamber
- 310310
- Löcher für Prallkühlung des HitzeschutzblechesHoles for impingement cooling of the heat protection plate
- 311311
- ZündvorrichtungIgniter
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