EP0987491A1 - Method for preventing flow instabilities in a burner - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of burners, in particular the burner for use in gas turbines. It relates to a device and a Method for operating a burner, in which a combustion air flow Fuel is transported to a combustion chamber, where the fuel is burned.
- thermoacoustic oscillations triggered by fluctuations in reaction rates.
- These largely coherent waves lead to a burner of the above Kind in typical operating conditions for vibrations with frequencies of about 100 Hz. Since this frequency with typical fundamental eigenmodes of of many ring burners of gas turbines coincide, the thermoacoustic ones Oscillations are a problem.
- the invention is therefore based on the object, a device or a To provide burner, as well as a method, which the training of coherent flow instabilities of the combustion air flow after exiting the Prevents combustion chamber.
- a first preferred embodiment of the invention is characterized in that that the coherent flow instabilities after the combustion air flow exits into the combustion chamber due to shear layers between the combustion air flow and essentially stationary hot gases occur in the combustion chamber, and that the fault air attacks these shear layers. Then is preferred the fault air is substantially perpendicular to a main flow direction of the Combustion air flow and substantially parallel to the shear layers, preferred even injected into the shear layers, into the combustion air flow. Thereby the formation of Kelvin-Helmholz waves in the direction of flow is targeted in the Core suffocated.
- Another embodiment of the invention is characterized in that it the burner is a double cone burner that the injection of the Fault air occurs through fault nozzles, and that the fault air is immediately at the front edges of the half-cones take place where the shear layers form. Furthermore, the fault nozzles are preferred evenly in certain Distances distributed on the circumferences of the front edges of the half-cones, so the periodicity of the waves on the shear layers is disturbed, which prevents of the thermoacoustic oscillations in the seeds of their formation.
- ⁇ is the growth exponent of the disturbance in 1 / s
- U 0 is the edge speed at the shear layer 10
- k z is the component of the wave vector along z, ie in the transverse direction.
- the idea now is to induce a suitable transverse disturbance in the shear layer to prevent the Kelvin-Helmholtz waves.
- the thickness of the shear layer 10 should actually be calculated at the point of the wave refraction.
- FIG. 5 shows various views of a double-cone burner, on the basis of which the technical implementation of the principle described above is to be shown.
- Figure 5a shows a perspective view of a double-cone burner.
- the combustion air 14 passes laterally through the entry slots 23 with slightly shifted Hollow half-cones 18 and 21 arranged in axes flow to the front end of the burner under the description of a slight curve, and occurs after passing the front edges 24 of the cones from the burner 26 into the combustion chamber.
- a cylindrical part 20 At the tapered end of the halyards 18 and 21 is a cylindrical part 20, in which is arranged a fuel nozzle which in this case liquid Fuel is injected centrally between the two half cones 18 and 21.
- the combustion air flow 14 envelops the injected fuel and a fuel cone is formed, which widens towards the front, and which after leaving the Combustion chamber 28 burns in the flame 17 at the burner mouth 27.
- FIG. 5c shows a view from above of the double-cone burner 26.
- the spacing of the interference nozzles 16 is easy to understand.
- the transversal disturbance so that the 5 cm mentioned in the numerical example above results in wavelength ⁇ z , must take place in such a way that the disturbance nozzles 16 generate disturbance air streams 22 which are 5 cm apart in the x direction, ie in the flow direction of the combustion air stream 15.
- FIG. 5d) shows a schematic front view of a double-cone burner 26.
- the orthogonal flow of the two air flows 15 and 22 can again be seen. It is important that the injected air 22 does not have any strong, inward-facing components so that the main air flow 15 is not disturbed.
- the total pressure of the injection of the disturbance air 22 must be at least as high as the total pressure of the combustion air 15 flowing past, so that significant transverse disturbances can form at all.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Brenner, insbesondere der Brenner zur Verwendung in Gasturbinen. Sie betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, bei welchem ein Verbrennungsluftstrom Brennstoff in eine Brennkammer transportiert, wo der Brennstoff verbrannt wird.The present invention relates to the field of burners, in particular the burner for use in gas turbines. It relates to a device and a Method for operating a burner, in which a combustion air flow Fuel is transported to a combustion chamber, where the fuel is burned.
Bei modernen Brennern, insbesondere bei Brennern wie sie in Gasturbinen eingesetzt werden, wird es zunehmend wichtiger, die Verbrennung sowohl möglichst effizient, als auch möglichst frei von Schadstoffen zu halten. Schadstoffgrenzwerte werden u.a. von den Behörden vorgeschrieben, und die Richtlinien betreffend CO und NOx Ausstoss werden immer strenger. Die entsprechende Optimierung der Verbrennung kann auf vielfältige Weise geschehen, so z.B. durch Beimischung von Additiven wie Wasser zum Brennstoff, durch Einsatz von Katalysatoren, oder auch durch die Sicherstellung von für die Verbrennung idealen Brennstoff-Luft-Gemischen. Optimale Brennstoff-Luft-Verhältnisse können dadurch erzeugt werden, dass Brennstoff und Verbrennungsluft vorgemischt werden (sog. Vormischbrenner) oder indem Brennstoff und Verbrennungsluft zusammen auf spezielle Weise in den Verbrennungsraum eingedüst werden.With modern burners, especially burners such as those used in gas turbines, it is becoming increasingly important to keep the combustion as efficient as possible and as free as possible from pollutants. Pollutant limit values are prescribed by the authorities, among others, and the guidelines regarding CO and NO x emissions are becoming ever stricter. The corresponding optimization of the combustion can be done in a variety of ways, for example by adding additives such as water to the fuel, by using catalysts, or also by ensuring ideal fuel-air mixtures for the combustion. Optimal fuel-air ratios can be created by premixing fuel and combustion air (so-called premix burners) or by injecting fuel and combustion air together into the combustion chamber in a special way.
Aus der EP-B1-0 321 809 ist ein Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe ohne Vormischstrecke bekannt geworden, bei welchem von aussen zugeführte Verbrennungsluft durch wenigstens zwei Eintrittsschlitze tangential zwischen verschoben angeordnete, hohle Halbkonusse eintritt und dort in Richtung der Brennkammer strömt, und bei welchem auf der der Brennkammer abgewandten, verjüngten Seite der Halbkonusse der flüssige Brennstoff zentral eingedüst wird. Der Brennstoff wird so gewissermassen von der Verbrennungsluft erfasst und eingehüllt", so dass sich zwischen den Halbkonussen ein kegeliges Flüssigbrennstoffprofil ausbildet, welches sich in Richtung der Brennkammer ausweitet und dort verbrennt. Gasförmiger Brennstoff wird aus Brennstoffzufuhrrohren, die den Lufteintrittsschlitzen entlang verlaufen, durch Bohrungsreihen quer in die eintretende Luft eingedüst.From EP-B1-0 321 809 a burner for liquid and gaseous fuels without a premixing section has become known, in which combustion air supplied from the outside enters tangentially between at least two inlet slots between displaced, arranged hollow half-cones and flows there in the direction of the combustion chamber, and at which on the tapered side of the half-cones facing away from the combustion chamber, the liquid fuel is injected centrally. To a certain extent, the fuel is captured by the combustion air and enveloped ", so that a conical liquid fuel profile is formed between the half-cones, which expands in the direction of the combustion chamber and burns there. Gaseous fuel is injected transversely into the incoming air through rows of holes from fuel supply pipes which run along the air inlet slots.
Problematisch bei solchen Brennern, und allgemein bei Brennern, bei welchen ein Verbrennungsluftstrom auf ähnliche Weise in eine Brennkammer strömt, ist der Austritt der Verbrennungsluft in die Brennkammer. Während die Verbrennungsluft im Brenner an den Wänden der Halbkonusse entlang streicht und von diesen geführt wird, bildet sich in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter der Vorderkante der Halbkonusse sofort eine Scherschicht. Diese Scherschicht liegt zwischen den sich in der Brennkammer befindenden, im wesentlichen stationären und heissen Verbrennungsgasen, und dem austretenden, strömenden Gemisch von Brennstoff und Verbrennungsluft. Es liegt nun in der Natur von solchen Scherschichten, dass sich diese irgendwann Aufrollen und Verwirbelungen resultieren. Dieses Aufrollen verläuft derart, dass sich zunächst auf den Scherschichten sogenannte Kelvin-Helmholtz-Wellen ausbilden, deren Wellenkämme quer zur Strömungsrichtung verlaufen, und welche danach in Wirbel erzeugen.Problematic with such burners, and generally with burners where one Combustion airflow flowing into a combustion chamber in a similar manner is the Combustion air escapes into the combustion chamber. While the combustion air in the Brenner strokes along the walls of the half-cones and is guided by them is formed in the flow direction of the combustion air behind the front edge the half-cones immediately a shear layer. This shear layer lies between the located in the combustion chamber, essentially stationary and hot Combustion gases, and the emerging, flowing mixture of fuel and combustion air. It is now in the nature of such shear layers that at some point these roll up and swirl result. This rolling up runs in such a way that so-called Kelvin-Helmholtz waves initially appear on the shear layers form, the wave crests of which run transversely to the flow direction, and which then generate in vortex.
Es zeigt sich, dass diese Instabilitäten auf Scherschichten in Kombination mit dem ablaufenden Verbrennungsprozess hauptverantwortlich sind für eine wichtige Klasse von von Reaktionsratenschwankungen ausgelösten, thermoakkustischen Oszillationen. Diese weitgehend kohärenten Wellen führen bei einem Brenner der obengenannten Art bei typischen Betriebsbedingungen zu Schwingungen mit Frequenzen von etwa 100 Hz. Da diese Frequenz mit typischen fundamentalen Eigenmoden von von vielen Ringbrennern von Gasturbinen zusammenfallen, stellen die thermoakkustischen Oszillationen ein Problem dar.It turns out that these instabilities on shear layers in combination with the incineration process are primarily responsible for an important class of thermoacoustic oscillations triggered by fluctuations in reaction rates. These largely coherent waves lead to a burner of the above Kind in typical operating conditions for vibrations with frequencies of about 100 Hz. Since this frequency with typical fundamental eigenmodes of of many ring burners of gas turbines coincide, the thermoacoustic ones Oscillations are a problem.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. einen Brenner, sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Ausbildung von kohärenten Strömungsinstabilitäten des Verbrennungsluftstroms nach Austritt in die Brennkammer verhindert.The invention is therefore based on the object, a device or a To provide burner, as well as a method, which the training of coherent flow instabilities of the combustion air flow after exiting the Prevents combustion chamber.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, indem Störungsluft in den Verbrennungsluftstrom eingedüst wird. Der Kern der Erfindung liegt also darin, dass die eingedüste Störungsluft gezielt das Autschaukeln von thermoakkustischen Oszillationen schon bei deren ursächlicher Bildung verhindert.This object is achieved in a device or a method of the aforementioned Type solved by injecting disturbance air into the combustion air flow. The essence of the invention therefore lies in the fact that the injected fault air specifically targets this Rocking of thermoacoustic oscillations already at their causal Education prevented.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die kohärenten Strömungsinstabilitäten nach Austritt des Verbrennungsluftstroms in die Brennkammer infolge Scherschichten zwischen dem Verbrennungsluftstrom und im wesentlichen stationären Heissgasen in der Brennkammer auftreten, und dass die Störungsluft an diesen Scherschichten angreift. Bevorzugt wird dann die Störungsluft im wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des Verbrennungsluftstroms und im wesentlichen parallel zu den Scherschichten, bevorzugt sogar in die Scherschichten, in den Verbrennungsluftstrom eingedüst. Dadurch wird die Ausbildung von Kelvin-Helmholz-Wellen in Strömungsrichtung gezielt im Kern erstickt.A first preferred embodiment of the invention is characterized in that that the coherent flow instabilities after the combustion air flow exits into the combustion chamber due to shear layers between the combustion air flow and essentially stationary hot gases occur in the combustion chamber, and that the fault air attacks these shear layers. Then is preferred the fault air is substantially perpendicular to a main flow direction of the Combustion air flow and substantially parallel to the shear layers, preferred even injected into the shear layers, into the combustion air flow. Thereby the formation of Kelvin-Helmholz waves in the direction of flow is targeted in the Core suffocated.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Brenner um einen Doppelkegelbrenner handelt, dass die Eindüsung der Störungsluft durch Störungsdüsen erfolgt, und dass die Störungsluft unmittelbar bei den Vorderkanten der Halbkonusse erfolgt, dort, wo sich die Scherschichten ausbilden. Werden weiterhin bevorzugt die Störungsdüsen gleichmässig in bestimmten Abständen auf den Umfängen der Vorderkanten der Halbkonusse verteilt, so wird die Periodizität der Wellen auf den Scherschichten gestört, was die Verhinderung der thermoakkustischen Oszillationen gezielt im Keime ihrer Bildung bewirkt.Another embodiment of the invention is characterized in that it the burner is a double cone burner that the injection of the Fault air occurs through fault nozzles, and that the fault air is immediately at the front edges of the half-cones take place where the shear layers form. Furthermore, the fault nozzles are preferred evenly in certain Distances distributed on the circumferences of the front edges of the half-cones, so the periodicity of the waves on the shear layers is disturbed, which prevents of the thermoacoustic oscillations in the seeds of their formation.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further embodiments of the method and the device result from the dependent claims.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
- Fig. 1
- zeigt eine schematische Darstellung einer Scherschicht und die in der Beschreibung verwendeten Grössen inkl. Koordinatensystem;
- Fig. 2
- zeigt den dimensionslosen Wachstumskoeffizienten als Funktion der dimensionslosen Wellenlänge;
- Fig. 3
- zeigt die dimensionslose Wellenzahl mit maximalem Wachstum als Funktion der dimensionslosen transversalen Komponente des Wellenvektors;
- Fig. 4
- zeigt den dimensionslosen Wachstumsfaktor als Funktion der dimensionslosen transversalen Komponente des Wellenvektors; und in
- Fig. 5
- sind schematische Darstellungen eines Doppelkegelbrenners mit Störungsdüsen abgebildet. a) perspektivische Ansicht, b) Schnitt senkrecht zur Hauptströmungsrichtung durch Störungsdüse, c) Ansicht von oben, d) Ansicht von vorn.
- Fig. 1
- shows a schematic representation of a shear layer and the sizes used in the description including the coordinate system;
- Fig. 2
- shows the dimensionless growth coefficient as a function of the dimensionless wavelength;
- Fig. 3
- shows the dimensionless wave number with maximum growth as a function of the dimensionless transverse component of the wave vector;
- Fig. 4
- shows the dimensionless growth factor as a function of the dimensionless transverse component of the wave vector; and in
- Fig. 5
- are schematic representations of a double-cone burner with fault nozzles. a) perspective view, b) section perpendicular to the main flow direction through the disturbance nozzle, c) view from above, d) view from the front.
Das Wirkprinzip des geschilderten Ansatzes soll zunächst aufgrund einiger theoretischer Überlegungen rationalisiert und erläutert werden, anschliessend werden die technischen Ausführungsbeispiele geschildert.The principle of action of the described approach should initially be based on some theoretical ones Considerations are rationalized and explained, then the technical embodiments described.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine idealisierte Scherschicht 10, wie sie für die
nachfolgenden Berechnungen vorausgesetzt wird. Die Scherschicht 10 ist von einer
Dicke h, und das Koordinatensystem ist derart gelegt, dass die Achsen x und z in
der Scherschicht liegen, die Achse y senkrecht dazu, und dass die Hauptströmungsrichtung
(longitudinal) entlang x verläuft. Zur Vereinfachung der Rechnungen ist der
Ursprung des Koordinatensystems derart gelegt, dass sich die Dicke der Scherschichten
10 entlang y von -h/2 bis +h/2 erstreckt, und dass sich die in der Figur
oben liegende Schicht mit einer Geschwindigkeit Uo entlang x nach rechts bewegt,
während die in Figur 1 unten dargestellte Schicht sich mit einer Geschwindigkeit -Uo
entlang x nach links bewegt. Übertragen auf die Situation beim Austritt aus einem
Brenner 26 bedeutet das, dass die obere Schicht die austretende Verbrennungsluft
15 mit einer Geschwindigkeit 2 Uo entlang x nach rechts darstellt, und dass die untere
Schicht die idealisiert stationäre Luft in der Brennkammer repräsentiert. In der
Scherschicht 10 wird ein lineares Geschwindigkeitsprofil entlang y angenommen,
welches die folgende mathematische Form aufweist:
Geht man von varikosen Störungen entlang der Scherschicht 10 aus, und verwendet
nun die Gleichungen für Fluss bei konstantem Volumen (gültig für niedrige Mach-Zahlwerte),
sowie Massen- und Drehmomenterhaltung, so resultiert ein Gleichungssystem
mit folgender, an den Punkten
Dabei ist α der Wachstumsexponent der Störung in 1/s, U 0 die Randgeschwindigkeit
an der Scherschicht 10, k ist die Wellenzahl entlang x und z, definiert als
Die obige Lösung reduziert sich für den Fall kz → 0 auf den Fall der zweidimensionalen
Kelvin-Helmholtz-Wellen. Trägt man den dimensionslosen Wachstumsexponenten
(linke Seite der obigen Gleichung) für den zweidimensionalen Fall als Funktion
der dimensionslosen Wellenlänge der Kelvin-Helmholtz-Wellen, definiert als
Das bemerkenswerte Resultat des allgemeinen, dreidimensionalen Falls der obigen Lösung ist nun, dass die Scherschicht 10 stabil ist für alle Werte der x-Komponente des Wellenvektors kx (in Strömungsrichtung), sofern gilt: |kzh| > 1.278 ! Es ist mit anderen Worten so, dass eine genügend starke transversale Welligkeit mit einer transversalen Wellenlänge λ z , welche der Bedingung λ z <4.91h genügt, die Ausbildung von Kelvin-Helmholtz-Wellen verhindern kann. Figur 3 zeigt entsprechend die Norm des Wellenvektors für grösstes Wachstum als Funktion der dimensionslosen transversalen Komponente des Wellenvektors. Die zugehörige Beziehung zwischen dem dimensionslosen Wachstumskoeffizienten und der dimensionslosen transversalen Komponente des Wellenvektors ist in Figur 4 dargestellt. Wie oben erwähnt zeigt es sich, dass für |kzh| > 1.278 jegliches Wachstum der longitudinalen Welligkeit unterbunden ist.The remarkable result of the general, three-dimensional case of the above solution is that the shear layer 10 is stable for all values of the x component of the wave vector k x (in the direction of flow), provided that: k z h | > 1,278! In other words, a sufficiently strong transverse ripple with a transverse wavelength λ z , which satisfies the condition λ z <4.91 h , can prevent the formation of Kelvin-Helmholtz waves. Figure 3 accordingly shows the norm of the wave vector for greatest growth as a function of the dimensionless transverse component of the wave vector. The associated relationship between the dimensionless growth coefficient and the dimensionless transverse component of the wave vector is shown in Figure 4. As mentioned above, it turns out that for | k z h | > 1,278 any growth of the longitudinal ripple is prevented.
Die Idee ist nun, zur Verhinderung der Kelvin-Helmholtz-Wellen eine geeignete
transversale Störung in der Scherschicht zu induzieren. Eigentlich müsste zur Berechnung
der idealen Art dieser Störung die Dicke der Scherschicht 10 an der Stelle
der Wellenbrechung berechnet werden. Einfacher ist es aber, sich gleich an den
vorliegenden Verhältnissen der Praxis zu orientieren, und die tatsächlich auftretende
Frequenz der Ablösung der Wirbel, hier mit f bezeichnet, in die Rechnung einzubeziehen.
Da die Wirbel in der Hauptströmungsrichtung x mit der halben Hauptströmungsgeschwindigkeit
propagieren, kann man folgende Beziehung aufstellen:
Nimmt man nun eine für Doppelkegelbrenner eher niedrig angesetzte Strömungsgeschwindigkeit
von U =20 m/s an und eine konservativ hohe Frequenz von
f =125Hz, so erhält man als Abstand zwischen den Störungen
In der Praxis bedeutet dies nun folgendes: Stört man, beispielsweise vermittels Eindüsen von Störungsluft 22 in transversaler Richtung, d.h. senkrecht zur Hauptströmungsrichtung und in der Scherschicht 10 unter einer Beabstandung der Störungsdüsen 16 von ca. 5 cm in x Richtung, die Ausbildung von Kelvin-Helmholtz-Wellen in Strömungsrichtung, so bilden sich auch keine thermoakkustischen Oszillationen der oben angenommenen Frequenz von 125Hz aus.In practice, this means the following: If you disturb, for example by means of injection of fault air 22 in the transverse direction, i.e. perpendicular to the main flow direction and in the shear layer 10 with a spacing of the perturbation nozzles 16 of about 5 cm in the x direction, the formation of Kelvin-Helmholtz waves in Direction of flow, so no thermoacoustic oscillations of the frequency assumed above from 125Hz.
Figur 5 zeigt verschiedene Ansichten eines Doppelkegelbrenners, anhand derer die technische Realisierung des oben geschilderten Prinzips gezeigt werden soll. Figur 5a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Doppelkegelbrenners. Die Verbrennungsluft 14 tritt seitlich durch die Eintrittsschlitze 23 der mit leicht verschobenen Achsen angeordneten, hohlen Halbkonusse 18 und 21 ein, strömt zum vorderen Ende des Brenners unter Beschreibung eines leichten Bogens, und tritt nach Passieren der Vorderkanten 24 der Halkonusse aus dem Brenner 26 in die Brennkammer. Am verjüngten Ende der Halkonusse 18 und 21 befindet sich ein zylindrischer Teil 20, in welchem eine Brennstoffdüse angeordnet ist, welche den in diesem Fall flüssigen Brennstoff zentral zwischen die zwei Halbkonusse 18 und 21 eindüst. Der Verbrennungsluftstrom 14 umhüllt den eingedüsten Brennstoff, und es bildet sich ein Brennstoffkegel, welcher sich nach vorne hin aufweitet, und welcher nach Austritt in die Brennkammer 28 bei der Brennermündung 27 in der Flamme 17 verbrennt.FIG. 5 shows various views of a double-cone burner, on the basis of which the technical implementation of the principle described above is to be shown. Figure 5a shows a perspective view of a double-cone burner. The combustion air 14 passes laterally through the entry slots 23 with slightly shifted Hollow half-cones 18 and 21 arranged in axes flow to the front end of the burner under the description of a slight curve, and occurs after passing the front edges 24 of the cones from the burner 26 into the combustion chamber. At the tapered end of the halyards 18 and 21 is a cylindrical part 20, in which is arranged a fuel nozzle which in this case liquid Fuel is injected centrally between the two half cones 18 and 21. The combustion air flow 14 envelops the injected fuel and a fuel cone is formed, which widens towards the front, and which after leaving the Combustion chamber 28 burns in the flame 17 at the burner mouth 27.
In den Halbkonussen 18 und 21 sind nun in regelmässigen Abständen Störungsdüsen 16 unmittelbar bei den Vorderkanten 24 angeordnet. Sie düsen, jede für sich, einen Störungsluftstrom 22 senkrecht zur Verbrennungsluftströmungsrichtung 15 in den Verbrennungsluftstrom 15. Dies geschieht so, wie in Figur 5b) angedeutet: Die Störungsdüsen 16, welche von Leitungen 25 versorgt werden, düsen die Störungsluft 22 unter flachem Winkel unter die Halbkonusse. Dies unmittelbar bei den Vorderkanten 24, so dass die Störungsluft 22 im wesentlichen in die sich hinter der Kante bildende Scherschicht 10 zwischen dem Verbrennungsluftstrom 15 und der im wesentlichen stationären Luft in der Brennkammer 28 einströmt. Die Eindüsung erfolgt senkrecht zur Richtung des Verbrennungsluftstromes 15 (Kreis mit Punkt in der Mitte steht für einen Pfeil, der nach oben gerichtet aus der Papierebene herausschaut) und erzeugt deshalb die von der Theorie geforderte Störung in der Scherschicht 10.In the half cones 18 and 21 there are now interference nozzles at regular intervals 16 arranged directly at the front edges 24. They jet, each for themselves a fault air flow 22 perpendicular to the combustion air flow direction 15 in the combustion air flow 15. This is done as indicated in Figure 5b): The Fault nozzles 16, which are supplied by lines 25, spray the fault air 22 at a flat angle under the half cones. This is directly at the front edges 24, so that the fault air 22 essentially in the behind the Edge-forming shear layer 10 between the combustion air flow 15 and that in the substantially stationary air flows into the combustion chamber 28. The injection takes place perpendicular to the direction of the combustion air flow 15 (circle with point in the Middle stands for an arrow that looks upwards out of the paper plane) and therefore generates the disturbance in the shear layer required by the theory 10th
Figur 5c) zeigt eine Ansicht von oben auf den Doppelkegelbrenner 26. Hier ist die Beabstandung der Stördüsen 16 gut nachvollziehbar. Die transversale Störung muss, damit die im obigen Zahlenbeispiel genannten 5cm als Wellenlänge λ z resultiert, so erfolgen, dass die Störungsdüsen 16 Störungsluftströme 22 erzeugen, welche in x-Richtung, d.h. in Strömungsrichtung des Verbrennungsluftstromes 15 um 5cm auseinanderliegen. Figur 5d) zeigt eine schematische Frontansicht eines Doppelkegelbrenners 26. Wiederum erkennbar ist das orthogonale Ineinanderströmen der beiden Luftströme 15 und 22. Es ist wichtig, das die eingedüste Luft 22 keine starken, nach innen gerichteten Komponenten aufweist, damit der Hauptluftstrom 15 nicht gestört wird. Ausserdem muss der Totaldruck der Eindüsung der Störungsluft 22 wenigstens so gross sein, wie der Totaldruck der vorbeiströmenden Verbrennungsluft 15, damit sich überhaupt signifikante transversale Störungen ausbilden können. Figure 5c) shows a view from above of the double-cone burner 26. Here, the spacing of the interference nozzles 16 is easy to understand. The transversal disturbance, so that the 5 cm mentioned in the numerical example above results in wavelength λ z , must take place in such a way that the disturbance nozzles 16 generate disturbance air streams 22 which are 5 cm apart in the x direction, ie in the flow direction of the combustion air stream 15. FIG. 5d) shows a schematic front view of a double-cone burner 26. The orthogonal flow of the two air flows 15 and 22 can again be seen. It is important that the injected air 22 does not have any strong, inward-facing components so that the main air flow 15 is not disturbed. In addition, the total pressure of the injection of the disturbance air 22 must be at least as high as the total pressure of the combustion air 15 flowing past, so that significant transverse disturbances can form at all.
- 1010th
- ScherschichtShear layer
- 1111
- Maximum des dimensionslosen WachstumskoeffizientenMaximum of the dimensionless growth coefficient
- 1212th
- Bereich ohne WachstumArea without growth
- 1313
- Bereich mit WachstumArea with growth
- 1414
- Verbrennungsluftstrom bei EintrittCombustion airflow upon entry
- 1515
- Gemisch von Verbrennungsluft und Brennstoff nach AustrittMixture of combustion air and fuel after discharge
- 1616
- StörungsdüsenInterference nozzles
- 1717th
- Flammeflame
- 1818th
- erster Halbkonusfirst half cone
- 1919th
- BrennstoffdüseFuel nozzle
- 2020th
- zylindrischer Teil des Brennerscylindrical part of the burner
- 2121
- zweiter Halbkonussecond half cone
- 2222
- StörungsluftFault air
- 2323
- EintrittsschlitzEntry slot
- 2424th
- Vorderkante des HalbkonusFront edge of the semi-cone
- 2525th
- Leitung zu 16Line to 16
- 2626
- Brennerburner
- 2727
- BrennermündungBurner mouth
- 2828
- BrennkammerCombustion chamber
Claims (20)
dadurch gekennzeichnet, dass
Störungsluft (22) in den Verbrennungsluftstrom (15) eingedüst wird, um die Ausbildung von kohärenten Strömungsinstabilitäten des Verbrennungsluftstroms (15) nach Austritt in die Brennkammer (28) zu verhindern.Method for operating a burner (26), in which a combustion air stream (14) transports fuel into a combustion chamber (28), where the fuel is burned,
characterized in that
Disturbance air (22) is injected into the combustion air flow (15) in order to prevent the formation of coherent flow instabilities of the combustion air flow (15) after exiting into the combustion chamber (28).
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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