EP1265029A2 - Brennersystem - Google Patents

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EP1265029A2
EP1265029A2 EP02405361A EP02405361A EP1265029A2 EP 1265029 A2 EP1265029 A2 EP 1265029A2 EP 02405361 A EP02405361 A EP 02405361A EP 02405361 A EP02405361 A EP 02405361A EP 1265029 A2 EP1265029 A2 EP 1265029A2
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EP
European Patent Office
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flow
flow channel
combustion chamber
burner
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02405361A
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EP1265029A3 (de
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Adnan Dr. Eroglu
Klaus Dr. Knapp
Bettina Dr. Paikert
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GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
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Publication date
Application filed by Alstom Technology AG, Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1265029A2 publication Critical patent/EP1265029A2/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • 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
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • 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
    • F23D11/40—Mixing tubes; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • 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
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2210/00—Noise abatement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03341—Sequential combustion chambers or burners

Definitions

  • the invention relates to a burner system with a premix burner, in which is provided at least one vortex generator, the one of the Air-containing, gaseous air flowing through the premix burner Main flow is interspersed in the gaseous downstream of the vortex generator and / or liquid fuel as a secondary flow for generating a fuel / air mixture is injected, as well as with a combustion chamber, which is downstream of the Premix burner connects to this and a combustion chamber cross section which is larger than that limited by the premix burner Flow cross section immediately upstream of the combustion chamber.
  • FIG. 3 shown schematically.
  • the known burner system has a premix burner 1, through which a supply air flow ZL flows axially.
  • the usually supply air ZL compressed by a compressor stage first flows through one Vortex generator 2, for example of the type described in EP 0 619 133 B1 described vortex generator.
  • the vortex generator 2 typically consists of four tetrahedral vertebral bodies, which are equally distributed in Are arranged circumferentially within the flow channel.
  • Such a thing vortex generator 2 is capable of four vortex flow pairs generate that downstream within the subsequent premix burner 1 spread.
  • gaseous or liquid fuel is centralized in the swirled supply air ZL injected.
  • the fuel mixes along the downstream one Mixing section 4 largely uniformly with the swirled supply air ZL Fuel / air mixture, which finally flows in the direction of flow Premix burner 1 subsequent combustion chamber 5 enters and is ignited.
  • the flow transition within the burner system shown in Fig. 3 is in per se known step-shaped, i.e. the by the Premixing burner 1 in the mixing area 4 limits the flow cross section C1 directly over a sharp-edged step 6 to the widened Combustion chamber cross section C2.
  • This erratic transition between Premix burner 1 and combustion chamber 5 are fluidically within the axially propagating fuel / air mixture to so-called, downstream to the sharp-edged step 6 spreading separation vortex 7, which is a considerable have vertebral strength oriented transversely to the direction of propagation and form a periodic sequence.
  • thermoacoustic Vibrations are basically resonant phenomena, which can be found in certain Train operating states of the burner system more or less, however especially in the case of lower inlet or flame temperatures Appearance.
  • Burner system to improve the combustion process is optimized within the combustion chamber.
  • Combustion chamber volume almost completely for combustion of the in the combustion chamber to use entering fuel / air mixture.
  • thermoacoustic vibrations The ones to be met Precautions should on the one hand be possible with the simplest possible means and raise only low costs. It is also important to take precautions in existing ones to integrate burner systems in operation.
  • a burner system is designed in accordance with the preamble of claim 1, that a flow channel is provided between the premix burner and the combustion chamber and is delimited by side walls which create a gradual transition between the flow cross section (C1) and the combustion chamber cross section (C2), and that at least one flow stall structure is provided upstream, inside and / or downstream of the flow channel, through which the fuel / air mixture passing through the flow channel is locally detached from the side wall of the flow channel.
  • a gradual transition between the Premix burner and the combustion chamber which is preferably rounded is trained.
  • the term gradual transition basically means everyone To understand transition geometry that the flow cross section within the Premix burner, which is smaller than that inside the combustion chamber, gradually expanded to the cross-section of the combustion chamber.
  • the Transition to a funnel-shaped contour with which the flow cross-section within the premix burner to the combustion chamber cross-section evenly is expanded. It is also possible to make the transition area conical, i.e. with straight, obliquely inclined to the direction of flow side walls. Also a segmented series of straight lines Sidewall sections or multi-step transition structures are basically conceivable.
  • the stall structure is attached to the side wall of the flow channel and has a tear-off edge, which is preferably at the flow outlet of the Flow channel is arranged. Upstream to the tear-off edge Flow stall structure on aerodynamically favorable surface parts, which are upstream nestle the side wall of the flow channel.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an inventive trained burner system shown as a connector between the Premix burner 1 and combustion chamber 5 provide a flow channel 10, whose side walls make a gradual transition between the Flow cross-section C1 within the premix burner and the Create combustion chamber cross section C2.
  • the side walls of the flow channel 10 are evenly curved, like a funnel, and allow thus a continuous flow cross-sectional expansion.
  • the re-application point 9 moves upstream in the direction of the Premix burner 1, whereby the slipstream-related dead space 8 is considerable is reduced.
  • the shear layer containing the transverse vertebrae 7 is also significantly shortened trained with considerably weaker vertebrae.
  • FIGS. 2a-c an advantageously designed one is shown in several view variants
  • Flow channel 10 shown which as a single component already in module existing burner systems can be integrated.
  • Fig. 2a shows a view of the flow channel 10 upstream in the direction of Premix burner 1. Immediately at the flow outlet shown in Fig. 2a of the flow channel 10 there are four flow separation structures 11 each associated tear-off edges 12.
  • 2b which shows a perspective oblique view of the flow channel 10
  • the stall structures 11 are more clearly visible in their spatial shape.
  • Flow separation structures 11, which are upstream of the separation edge 12 in each case have aerodynamic surface parts 13 through which the through Flow channel 10 flowing through continuously from the side walls is distracted locally.
  • An actual flow separation takes place along the Tear-off edge 12 of the respective stall structures.
  • 2c is one Sectional view along the section AA shown in Fig. 2a. On the corresponding reference numbers already mentioned will be here directed.
  • the burnout behavior can be arranged symmetrically around the flow channel of a generic burner system can be decisively optimized. at the same time the measure according to the invention serves decisively for damping itself combustion chamber pulsations forming within the burner system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Brennersystem mit einem Vormischbrenner (1), in dem wenigstens ein Wirbel-Generator (2) vorgesehen ist, der von einer den Vormischbrenner (1) axial durchströmenden, Luft enthaltenen, gasförmigen Hauptströmung (ZL) durchsetzt wird, in die stromab des Wirbel-Generators (2) gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff als Sekundärströmung zur Erzeugung eines Brennstoff-/Luft-Gemisches eingedüst wird, sowie mit einer Brennkammer (5), die sich stromab des Vormischbrenners (1) an diesen anschließt und einen Brennkammerquerschnitt (C2) aufweist, der größer ist als der, durch den Vormischbrennner (1) begrenzten Strömungsquerschnitt (C1) unmittelbar stromauf zur Brennkammer (5).
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Vormischbrenner (1) und der Brennkammer (5) ein Strömungskanal (10) vorgesehen ist, der von Seitenwände begrenzt ist, die einen graduellen Übergang zwischen dem Strömungsquerschnitt (C1) und dem Brennkammerquerschnitt (C2) schaffen, und dass wenigstens eine Strömungsabrissstruktur (11) stromauf, innerhalb und/oder stromab des Strömungskanals (10) vorgesehen ist, durch die das durch den Strömungskanal (10) hindurchtretende Brennstoff-/Luft-Gemisch lokal von der Seitenwand des Strömungskanals (10) abgelöst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennersystem mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens ein Wirbel-Generator vorgesehen ist, der von einer den Vormischbrenner axial durchströmenden, Luft enthaltenden, gasförmigen Hauptströmung durchsetzt wird, in die stromab des Wirbel-Generators gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff als Sekundärströmung zur Erzeugung eines Brennstoff/Luft-Gemisches eingedüst wird, sowie mit einer Brennkammer, die sich stromab des Vormischbrenners an diesen anschließt und einen Brennkammerquerschnitt aufweist, der größer ist als der durch den Vormischbrennner begrenzte Strömungsquerschnitt unmittelbar stromauf zur Brennkammer.
Stand der Technik
Ein vorstehend genanntes, gattungsgemäßes Brennersystem geht beispielsweise aus der EP 0 623 786 B1 hervor und ist zu Zwecken einer optimierten Durchmischung zwischen einer Brennstoffmassenströmung und einer Zuluftströmung ausgebildet. Ein diesbezügliches, gattungsgemäßes Brennersystem ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Das bekannte Brennersystem weist einen Vormischbrenner 1 auf, der axialwärts von einem Zuluftstrom ZL durchströmt wird. Die in der Regel von einer Verdichterstufe komprimierte Zuluft ZL durchströmt zunächst einen Wirbelgenerator 2, beispielsweise nach Art des in der EP 0 619 133 B1 beschriebenen Wirbelgenerators. Typischerweise besteht der Wirbelgenerator 2 aus vier tetraederförmig ausgebildeten Wirbelkörpern, die gleich verteilt in Umfangsrichtung innerhalb des Strömungskanals angeordnet sind. Ein derartig aufgebauter Wirbelgenerator 2 vermag jeweils vier Wirbelströmungspaare zu erzeugen, die sich stromab innerhalb des sich anschließenden Vormischbrenners 1 ausbreiten. Vorzugsweise über eine axial angebrachte Brennstofflanze 3, die stromab des Wirbelgenerators 2 innerhalb des Vormischbrenners 1 angeordnet ist, wird gasförmiger oder flüssiger Brennstoff in die verwirbelte Zuluft ZL zentral eingedüst. Der Brennstoff vermengt sich längs der sich stromab erstreckenden Mischstrecke 4 weitgehend gleichmäßig mit der durchwirbelten Zuluft ZL zu einem Brennstofff-/Luft-Gemisch, das schließlich in Strömungsrichtung in eine sich an den Vormischbrenner 1 anschließende Brennkammer 5 eintritt und gezündet wird.
Der Strömungsübergang innerhalb des in Fig. 3 dargestellten Brennersystems ist in an sich bekannter Weise stufenförmig ausgebildet, d.h. der durch den Vormischbrenner 1 im Mischbereich 4 befindliche Strömungsquerschnitt C1 grenzt unmittelbar über eine scharfkantige Stufe 6 an den aufgeweiteten Brennkammerquerschnitt C2 an. Dieser sprunghafte Übergang zwischen Vormischbrenner 1 und Brennkammer 5 führt strömungstechnisch innerhalb des sich axialwärts ausbreitenden Brennstoff-/Luft-Gemisches zu sogenannten, sich stromab zur scharfkantigen Stufe 6 ausbreitenden Separationswirbel 7, die eine beachtliche quer zur Ausbreitungsrichtung orientierte Wirbelstärke aufweisen und sich in periodischer Abfolge bilden. Eben jene Separationswirbeln 7 führen unter bestimmten Betriebsbedingungen zu Verbrennungsinstabilitäten, die zu einer pulsierenden Wärmefreisetzung führen, vornehmlich innerhalb der sich längs der Scherschicht ausbildenden Querwirbel. Derartige pulsierende Wärmefreisetzungen sind überdies Ursache für die Ausbildung thermoakustischer Schwingungen innerhalb der Brennkammer, die sich nicht nur äußerst nachteilhaft auf die Verbrennung, sondern überdies in mechanisch stark belastender Weise auf alle Gehäusekomponenten des Brennersystems auswirken. Thermoakustische Schwingungen sind grundsätzlich resonante Erscheinungen, die sich in bestimmten Betriebszuständen des Brennersystems mehr oder weniger ausbilden, aber insbesondere bei geringeren Eingangs- oder Flammentemperaturen intensiv in Erscheinung treten.
Ein weiterer Nachteil des scharfkantigen Überganges zwischen dem Vormischbrenner 1 und der Brennkammer 5 ist die nur ungenügende Ausnutzung des gesamten Brennkammervolumens, zumal große Volumenteile 8 innerhalb der Brennkammer 5 regelrecht abgeschattet sind und somit dem Verbrennungsvorgang nicht zur Verfügung stehen. Untersuchungen an an sich bekannten Brennersystemen haben gezeigt, dass der sogenannte Wiederanlegepunkt 9, an dem sich die verwirbelte Scherschicht stromab der scharfkantigen Stufe 6 an die Innenwand der Brennkammer 5 anlegt, in einem Abstand zur Stufe 6 liegt, der dem bis zu siebenfachen des Brennkammerdurchmessers entspricht. Zudem ist zu beobachten, dass sich der Wiederanlegepunkt 9 in Umfangsrichtung zur Brennkammer 5 asymmetrisch verhält.
Darstellung der Erfindung
Es besteht daher die Aufgabe, ein vorstehend beschriebenes, gattungsgemäßes Brennersystem dahingehend zu verbessern, dass der Verbrennungsprozess innerhalb der Brennkammer optimiert wird. Insbesondere gilt es, das Brennkammervolumen nahezu vollständig zur Verbrennung des in die Brennkammer eintretenden Brennstoff-/Luft-Gemisches zu nutzen. Darüber hinaus gilt es, Maßnahmen zu treffen, die zur Vermeidung der sich innerhalb der Brennkammer auftretenden thermoakustischen Schwingungen dienen. Die zu treffenden Vorkehrungen sollen einerseits mit möglichst einfachen Mitteln realisierbar sein und nur geringe Kosten aufwerfen. Auch gilt es, die Vorkehrungen in bereits bestehende in Betrieb befindliche Brennersysteme zu integrieren.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist ein Brennersystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgebildet,
dass zwischen dem Vormischbrenner und der Brennkammer ein Strömungskanal vorgesehen ist, der von Seitenwänden begrenzt ist, die einen graduellen Übergang zwischen dem Strömungsquerschnitt (C1) und dem Brennkammerquerschnitt (C2) schaffen, und
dass wenigstens eine Strömungsabrissstruktur stromauf, innerhalb und/oder stromab des Strömungskanals vorgesehen ist, durch die das durch den Strömungskanal hindurchtretende Brennstoff-/Luft-Gemisch lokal von der Seitenwand des Strömungskanals abgelöst wird.
Im Unterschied zum scharfkantigen Übergang zwischen dem Vormischbrenner und der Brennkammer, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist das erfindungsgemäß ausgebildete Brennersystem einen graduellen Übergang zwischen dem Vormischbrenner und der Brennkammer auf, der vorzugsweise abgerundet ausgebildet ist. Unter dem Begriff gradueller Übergang ist grundsätzlich jede Übergangsgeometrie zu verstehen, die den Strömungsquerschnitt innerhalb des Vormischbrenners, der kleiner bemessen ist als jener innerhalb der Brennkammer, sukzessive auf den Brennkammerquerschnitt aufweitet. Im Idealfall weist der Übergang eine trichterförmige Kontur auf, mit der der Strömungsquerschnitt innerhalb des Vormischbrenners auf den Brennkammerquerschnitt gleichmäßig aufgeweitet wird. Ebenso ist es auch möglich, den Übergangsbereich konisch, d.h. mit geradlinig, schräg zur Strömungsrichtung geneigten Seitenwänden, auszubilden. Auch eine segmentierte Aneinanderreihung geradlinig ausgebildeter Seitenwandabschnitte oder mehrfach gestufte Übergangsstrukturen sind grundsätzlich denkbar.
Durch die Schaffung eines graduellen Überganges zwischen dem Vormischbrenner und der Brennkammer wird die Aufweitung des in die Brennkammer eintretenden Brennstoff-/Luft-Gemisches erheblich vergrößert, wodurch sich auch im Falle eines graduellen Überganges eine Querwirbel aufweisende Randströmung ausbildet, die jedoch an einem Wiederanlegepunkt auf die Brennkammerwand auftrifft, der sehr viel näher in Richtung des Vormischbrenners liegt, als im Falle eines scharfgestuften Überganges gemäß des in Fig. 3 dargestellten bekannten Brennersystems. Dies wirkt sich in zweierlei Hinsicht vorteilhaft auf den Verbrennungsprozess aus. So verkürzt sich einerseits die Querwirbel 7 aufweisende Randströmung und somit auch die Intensität und Anzahl der sich ausbildenden Querwirbel 7, wodurch das durch thermoakustische Schwingungen erzeugte Brennkammerpulsieren entscheidend eingedämmt werden kann. Andererseits wird durch die deutlich stärkere Aufweitung des sich innerhalb der Brennkammer ausbreitenden Brennstoff-/Luft-Gemisches der durch Abschattungseffekte bedingte Totraum auf ein Minimum reduziert, wodurch nahezu das gesamte Brennkammervolumen für die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches zur Verfügung steht und eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes gewährleistet.
Untersuchungen an Strömungskanälen mit graduellem Übergang zwischen einem Vormischbrenner und einer sich stromab anschließenden Brennkammer haben jedoch ergeben, dass sich in Abhängigkeit der Strömungsbedingungen in Umfangsrichtung zum Strömungskanal im Bereich des graduellen Überganges periodisch auftretende Strömungsablösungen ergeben, die sich wiederum als resonante Erscheinungen störend im Hinblick auf die Ausbildung thermoakustischer Instabilitäten auswirken. Um dies zu verhindern, ist wenigstens eine Strömungsabrissstruktur im Bereich des Strömungskanals vorgesehen, durch die die Umfangskohärenz innerhalb des graduellen Überganges gestört werden soll. Durch diese Strömungsabrissstruktur, die einzeln oder in einer Anzahl, vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung zum Strömungskanal angeordnet ist, ist ein definierter Ablösepunkt bzw. Strömungsabriss des durch den Strömungskanal hindurchtretenden Brennstoff-/Luft-Gemisches definiert, durch den die Umfangskohärenz gestört wird.
Die Strömungsabrissstruktur ist an der Seitenwand des Strömungskanals angebracht und weist eine Abrisskante auf, die vorzugsweise am Strömungsaustritt des Strömungskanals angeordnet ist. Stromauf zur Abrisskante weist die Strömungsabrissstruktur strömungsgünstige Flächenteile auf, die sich stromauf an die Seitenwand des Strömungskanals anschmiegen.
Durch das Vorsehen derartiger Strömungsabrissstrukturen innerhalb des Strömungskanals kann dem Auftreten kohärenter Strukturen wirksam entgegengetreten werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
schematisierter Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Brennersystem,
Fig. 2a-c
Mehrsichtdarstellung auf einen erfindungsgemäß ausgebildeten Strömungskanal mit Strömungsabrissstrukturen, sowie
Fig. 3
bekanntes Brennersystem (Stand der Technik).
Die vorstehend zu Fig. 2 eingeführten Bezugszeichen werden zur Erläuterung des nachstehenden Ausführungsbeispiels in gleicher Weise verwendet. Auf die nähere Erläuterung baugleicher Komponenten wird aus Gründen der Vermeidung von Wiederholungen verzichtet.
Wege zur,Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In Fig. 1 ist ein schematisierter Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Brennersystem dargestellt, das als Verbindungsstück zwischen dem Vormischbrenner 1 und der Brennkammer 5 einen Strömungskanal 10 vorsieht, dessen Seitenwände einen graduellen Übergang zwischen dem Strömungsquerschnitt C1 innerhalb des Vormischbrenners und dem Brennkammerquerschnitt C2 schaffen. Die Seitenwände des Strömungskanals 10 sind gleichmäßig gekrümmt ausgebildet, gleichsam eines Trichters, und ermöglichen somit eine kontinuierliche Strömungsquerschnittsaufweitung. Mit Hilfe dieser Maßnahme verschiebt sich der Wiederanlegepunkt 9 stromauf in Richtung des Vormischbrenners 1, wodurch der windschattenbedingte Totraum 8 erheblich reduziert wird. Auch ist die Querwirbel 7 enthaltende Scherschicht deutlich verkürzt ausgebildet mit erheblich schwächerer Wirbelstärke.
In den Figuren 2a-c ist in mehreren Ansichtsvarianten ein vorteilhaft ausgebildeter Strömungskanal 10 abgebildet, der als Einzelbauteil modulartig in bereits bestehende Brennersysteme integrierbar ist.
Fig. 2a zeigt eine Ansicht des Strömungskanals 10 stromauf in Richtung des Vormischbrenners 1. Unmittelbar an dem in Fig. 2a dargestellten Strömungsaustritt des Strömungskanals 10 befinden sich vier Strömungsabrissstrukturen 11 mit jeweils zugehörigen Abrisskanten 12.
Aus Fig. 2b, die eine perspektivische Schrägansicht des Strömungskanals 10 zeigt, sind die Strömungsabrissstrukturen 11 in ihrer Raumform besser ersichtlich. Im Bereich des graduellen Überganges innerhalb des Strömungskanals 10 befinden sich unmittelbar an den den Strömungskanal 10 begrenzenden Seitenwänden die Strömungsabrissstrukturen 11, die stromauf zur Abrisskante 12 jeweils strömungsgünstige Flächenteile 13 aufweisen, durch die die durch den Strömungskanal 10 hindurchtretende Strömung kontinuierlich von den Seitenwänden lokal abgelenkt wird. Eine tatsächliche Strömungsablösung erfolgt längs der Abrisskante 12 der jeweiligen Strömungsabrissstrukturen. In Fig. 2c ist eine Schnittdarstellung längs des in Fig. 2a angezeichneten Schnittes AA dargestellt. Auf die entsprechenden bereits angeführten Bezugszeichen wird an dieser Stelle verwiesen.
Durch die erfindungsgemäße Kombination eines zwischen Vormischbrenner und Brennkammer zwischengeschalteten Strömungskanals mit graduellem Übergang sowie dem Vorsehen geeigneter Strömungsabrissstrukturen, die vorzugsweise symmetrisch um den Strömungskanal angeordnet sind, kann das Ausbrennverhalten eines gattungsgemäßen Brennersystems entscheidend optimiert werden. Zugleich dient die erfindungsgemäße Maßnahme entscheidend zur Dämpfung von sich innerhalb des Brennersystems ausbildenden Brennkammerpulsationen.
Bezugszeichenliste
1
Vormischbrenner
2
Wirbelgenerator
3
Brennerlanze
4
Mischstrecke
5
Brennkammer
6
Scharfe Übergangsstufe
7
Querwirbel
8
Totraum
9
Wiederanlegepunkt
10
Strömungskanal
11
Strömungsabrissstruktur
12
Abrisskante
13
Flächenteile

Claims (8)

  1. Brennersystem mit einem Vormischbrenner (1), in dem wenigstens ein Wirbel-Generator (2) vorgesehen ist, der von einer den Vormischbrenner (1) axial durchströmenden, Luft enthaltenden, gasförmigen Hauptströmung (ZL) durchsetzt wird, in die stromab des Wirbel-Generators (2) gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff als Sekundärströmung zur Erzeugung eines Brennstoff-/Luft-Gemisches eingedüst wird, sowie mit einer Brennkammer (5), die sich stromab des Vormischbrenners (1) an diesen anschließt und einen Brennkammerquerschnitt (C2) aufweist, der größer ist als der durch den Vormischbrennner (1) begrenzte Strömungsquerschnitt (C1) unmittelbar stromauf zur Brennkammer (5),
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vormischbrenner (1) und der Brennkammer (5) ein Strömungskanal (10) vorgesehen ist, der von Seitenwänden begrenzt ist, die einen graduellen Übergang zwischen dem Strömungsquerschnitt (C1) und dem Brennkammerquerschnitt (C2) schaffen, und
    dass wenigstens eine Strömungsabrissstruktur (11) stromauf, innerhalb und/oder stromab des Strömungskanals (10) vorgesehen ist, durch die das durch den Strömungskanal (10) hindurchtretende Brennstoff-/Luft-Gemisch lokal von der Seitenwand des Strömungskanals (10) abgelöst wird.
  2. Brennersystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (10) von geradlinig schräg zur axialen Strömungsrichtung verlaufenden Seitenwänden, geradlinig segmentiert verlaufenden Seitenwandabschnitten oder gekrümmten Seitenwänden begrenzt ist.
  3. Brennersystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsabrissstruktur (11) den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (10) lokal reduziert.
  4. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Strömungsabrissstrukturen (11) am Strömungsaustritt des Strömungskanals (10) vorgesehen ist.
  5. Brennersystem nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsabrissstrukturen (11) in symmetrischer Anordnung um den Strömungsaustritt des Strömungskanals (10) angeordnet sind.
  6. Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsabrissstruktur (11) eine Abrisskante (12) aufweist, die sich über eine Seitenwand des Strömungskanals (10) erhebt.
  7. Brennersystem nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abrisskante (12) in den Strömungskanal (10) mit einer Tiefe hineinragt, die in axialer Projektion stromauf den Strömungsquerschnitt (C1) nicht beengt.
  8. Brennersystem nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsabrissstruktur (11) an der Seitenwand des Strömungskanals (10) derart angebracht und ausgebildet ist, dass stromauf zur Abrisskante (12) wenigstens ein strömungsleitend ausgebildetes Flächenteil (13) vorgesehen ist, das die Abrisskante (12) mit einer Seitenwand des Strömungskanal (10) verbindet, und dass die Abrisskante (12) senkrecht zur Strömungsrichtung orientiert ist.
EP02405361A 2001-06-09 2002-05-03 Brennersystem Withdrawn EP1265029A3 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10128063A DE10128063A1 (de) 2001-06-09 2001-06-09 Brennersystem
DE10128063 2001-06-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1265029A2 true EP1265029A2 (de) 2002-12-11
EP1265029A3 EP1265029A3 (de) 2003-11-12

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02405361A Withdrawn EP1265029A3 (de) 2001-06-09 2002-05-03 Brennersystem

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US (1) US6572366B2 (de)
EP (1) EP1265029A3 (de)
KR (1) KR100850659B1 (de)
DE (1) DE10128063A1 (de)

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