RU2106573C1 - Горелка с предварительным смешиванием - Google Patents
Горелка с предварительным смешиванием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2106573C1 RU2106573C1 RU94011631A RU94011631A RU2106573C1 RU 2106573 C1 RU2106573 C1 RU 2106573C1 RU 94011631 A RU94011631 A RU 94011631A RU 94011631 A RU94011631 A RU 94011631A RU 2106573 C1 RU2106573 C1 RU 2106573C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slit
- height
- swirl
- burner
- streamlined
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
- F15D1/00—Influencing flow of fluids
- F15D1/0015—Whirl chambers, e.g. vortex valves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
- B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4317—Profiled elements, e.g. profiled blades, bars, pillars, columns or chevrons
- B01F25/43171—Profiled blades, wings, wedges, i.e. plate-like element having one side or part thicker than the other
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4317—Profiled elements, e.g. profiled blades, bars, pillars, columns or chevrons
- B01F25/43172—Profiles, pillars, chevrons, i.e. long elements having a polygonal cross-section
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/43197—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
- B01F25/431971—Mounted on the wall
-
- 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
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
- F23M9/02—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in air inlets
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике. Двухконусная горелка с предварительным смешиванием состоит в основном из двух полых, конусообразных, вставленных друг в друга в направлении течения тел (111, 112), средние оси (113, 114) которых взаимно смещены. Соседние стенки обоих тел образуют в их продольном направлении тангенциальные щели (20) для воздуха для горения. В стенках обоих тел предусмотрены распределенные в продольном направлении газовпускные отверстия (117). Воздух направляется в тангенциальных щелях (20) завихрителями (9), из которых несколько расположены рядом по щели. Топливо подается в щели (20) в непосредственной зоне завихрителей (9). 6 з. п. ф-лы. 9 ил.
Description
Изобретение относится к двухконусной горелке с предварительным смешиванием, содержащей в основном два полых, конусообразных, вставленных друг в друга в направлении течения тела, средние оси которых взаимно смещены, при этом соседние стенки обоих тел образуют в их продольном направлении тангенциальные щели для воздуха для горения, а в зоне тангенциальных щелей в стенках обоих тел предусмотрены распределенные в продольном направлении газовпускные отверстия.
Известны двухконусные горелки, например, из европейского патента N0321809, изображенные ниже на фиг.1 и 2. Топливо, в данном случае природный газ, подается во входных щелях в поступающий от компрессора воздух для горения через ряд инжекционных сопел, которые, как правило, равномерно распределены по всей щели.
С тем, чтобы достичь надежного воспламенения смеси в подключенной камере сгорания и достаточного сгорания, требуется однородная смесь топлива и воздуха. Хорошее смешивание способствует также воспрепятствованию возникновения так называемых "горячих пятен" в камере сгорания, приводящих среди прочего к образованию нежелательных оксидов азота.
Упомянутая выше подача топлива посредством классических средств, например поперечно-струйных смесителей, затруднена, поскольку само топливо имеет недостаточный импульс для достижения требуемого "грубошкального" распределения и "тонкошкального" смешивания.
В основу изобретения поставлена задача оборудования двухконусной горелки вышеназванного вида устройством, с помощью которого можно в обтекаемой входной щели создать продольные вихри без зоны рециркуляции.
Согласно изобретению, это достигается тем, что воздух направляется в тангенциальных щелях завихрителями, из которых несколько расположены по ширине или периферии обтекаемой щели рядом, предпочтительно без промежутков, и высота которых составляет по меньшей мере 50% высоты обтекаемой щели, и топливо подается в щели в непосредственной зоне завихрителей.
С помощью нового статического смесителя, который представляет собой трехмерные завихрители, можно достичь на входе в горелку чрезвычайно коротких отрезков смешивания при одновременно низкой потере напора. Уже после одного полного оборота вихря происходит грубое перемешивание обоих потоков, в то время как тонкое смешивание, вследствие турбулентности течения, происходит после прохождения отрезка, соответствующего высоте нескольких щелей.
Этот вид смешивания особенно пригоден для примешивания к воздуху для горения топлива с относительно небольшим предварительным сжатием при большом разрежении. Небольшое предварительное сжатие топлива имеет преимущество, в частности при применении средне- и низкокалорийных горючих газов. Необходимая для смешивания энергия отбирается при этом большей частью из энергии течения среды с большим объемным потоком, т.е. воздуха для горения.
Завихритель-генератор отличается тем, что
он имеет три свободно обтекаемые плоскости, которые проходят в направлении течения, и одна из которых образует крышу, а обе другие - боковые стенки;
боковые стенки соединены с одной и той же стенкой щели и заключают угол α ;
крышка прилегает перпендикулярно обтекаемой входной щели гранью к той же стенке щели, что и боковые стенки;
продольно-направленные грани крыши, соединенные с входящими в обтекаемую щель продольно-направленными гранями боковых стенок, проходят под углом атаки θ к стенке щели.
он имеет три свободно обтекаемые плоскости, которые проходят в направлении течения, и одна из которых образует крышу, а обе другие - боковые стенки;
боковые стенки соединены с одной и той же стенкой щели и заключают угол α ;
крышка прилегает перпендикулярно обтекаемой входной щели гранью к той же стенке щели, что и боковые стенки;
продольно-направленные грани крыши, соединенные с входящими в обтекаемую щель продольно-направленными гранями боковых стенок, проходят под углом атаки θ к стенке щели.
Преимущество такого завихрителя следует усматривать в его особой простоте в любом отношение. Технологически состоящий из трех обтекаемых стенок завихритель совершенно не представляет проблем. Крыша может быть соединена с боковыми стенками самым различным образом. Также фиксация завихрителя на плоских или криволинейных стенках щели может осуществляться в случае применения свариваемых материалов простыми сварными швами. Само собой, завихрители могут быть также отлиты вместе с ограничительными стенками. С точки аэродинамики завихритель имеет при обтекании очень низкую потерю напора и создает вихри без "зоны стоячей воды". Наконец, завихритель благодаря своему, как правило, полому внутреннему пространству может быть охлажден самым различным образом и различными средствами.
При равномерном притоке воздуха для горения во входных щелях уместно выбрать отношение высоты h соединительной грани обеих боковых стенок к высоте H щели так, чтобы созданный вихрь непосредственно за завихрителем заполнял всю высоту щели или всю высоту соответствующей завихрителю части щели.
За счет того, что по ширине обтекаемой входной щели рядом без промежутков расположены несколько завихрителей, уже за завихрителями на небольшом удалении от них вихри полностью нагружают все сечение щели.
При регулировании скорости во входных щелях целесообразно предусмотреть разную высоту расположенных рядом завихрителей таким образом, чтобы абсолютная потеря напора оставалась постоянной вдоль входных щелей.
Если обе заключающие угол α боковые стенки расположены симметрично вокруг оси симметрии, это создает одинаково закрученные вихри.
Другие преимущества изобретения, в частности в связи с расположением завихрителей и подачей топлива, следуют из зависимых пунктов формулы.
На фиг. 1 показан частичный продольный разрез камеры сгорания; на фиг.2, А -сечение горелки с предварительными смешиванием в зоне выхода; на фиг. 2 B -сечение горелки с предварительным смешиванием в зоне вершины конуса; на фиг. 3 -перспективный вид завихрителя; на фиг. 4 -вариант исполнения завихрителя; на фиг. 5 - вариант расположения завихрителя по фиг. 3; на фиг. 6, a-c-групповое расположение завихрителей во входной щели в продольном разрезе, при виде сверху и сзади; на фиг. 7, a-c -вариант группового расположения завихрителей в том же виде, что и на фиг.3, с вариантом подачи топлива; на фиг. 8 -вид спереди входной щели со встроенными завихрителями; на фиг.9 -вариант расположения завихрителей во входной щели.
На чертеже показаны только необходимые для понимания изобретения элементы. Направление течения рабочих сред обозначено стрелками. На разных фигурах одинаковые элементы имеют одинаковые позиции. Не существенные для изобретения элементы, например корпус, крепления, вводы для проводов, подготовка топлива, регуляторы и т.п., опущены.
На фиг. 1, куполообразно замыкая камеру сгорания, в ее стенке 100 установлено несколько горелок 101 с предварительным смешиванием. В качестве топлива используется предпочтительно газ. Воздух для горения подается из кольцеобразного воздуховпускного отверстия 102 во внутреннее пространство 103 корпуса, откуда поступает по стрелке в горелку 101.
У схематично изображенной на фиг. 1 и 2 горелки 101 речь идет о так называемой двухконусный горелке, известной, например, из европейского патента N 0321809. Она состоит в основном из двух полых, конусообразных тел 111, 112, вставленных друг в друга в направлении течения. При этом средние оси 114, 114 обоих тел взаимно смещены. Соседние стенки обоих тел образуют в их продольном направлении тангенциальные щели 20 для воздуха, попадающего таким образом внутрь горелки. Там расположена первая форсунка 116 для жидкого топлива, подаваемого в полые конуса под острым углом. Образующийся конический профиль топлива охватывается тангенциально поступающим воздухом для горения. В осевом направлении концентрация топлива непрерывно уменьшается вследствие смешивания с воздухом. В данном случае горелка работает также на газообразном топливе. Для этого в зоне щелей 20 в стенках обоих тел предусмотрены распределенные в продольном направлении газовпускные отверстия 117. В газовом режиме работы образование смеси с воздухом начинается, следовательно, уже в зоне щелей 20. Понятно, что таким образом, возможен и смешанный режим работы с обоими видами топлива.
На выходе 118 горелки устанавливается максимально однородная концентрация топлива по нагруженному кольцеобразному сечению. На выходе возникает определенная сферическая зона обратного потока, на вершине которой происходит воспламенение.
Такие двухконусные горелки известны из описанного выше патента N0321809. Прежде чем перейти к устройству нового смесительного устройства в горелке, следует сначала описать важные для принципа действия изобретения завихрители.
На фиг. 3-5 собственно входящая щель, обтекаемая изображенным большой стрелкой главным течением, не показана. На этих фигурах завихритель 9 состоит в основном из трех свободно обтекаемых треугольных плоскостей - крыши 10 и двух боковых стенок 11, 13. По своей продольной протяженности эти плоскости расположены под определенными углами в направлении течения.
На всех изображенных примерах стенки 11, 13 расположены вертикально на стенке 21 щели, причем следует отметить, что это необязательно. Боковые стенки, состоящие из прямоугольных треугольников, фиксированы, предпочтительно газонепроницаемо, на стенке 21 своими продольными сторонами. Они ориентированы так, что образуют на узких сторонах стык, заключающий угол α. Стык выполнен в виде острой соединительной грани 16 и расположен также перпендикулярно стенке 21, с которой соединены боковые стенки. Обе заключающие угол α стенки 11, 13 по форме, величине одинаково ориентированы и расположены с обеих сторон от оси симметрии 17 (фиг. 6в, 7, в). Ось 17 соосна с осью щели.
Крыша 10 прилегает очень острой гранью 15, перпендикулярной обтекаемой входной щели, к той же стенке 21, что и стенки 11, 13. Ее продольно-направленные грани 12, 14 соединены с входящими в обтекаемую щель продольно-направленными гранями стенок 11, 13. Крыша 10 проходит под углом атаки к стенке 21. Ее продольные грани 12, 14 образуют вместе с соединительной гранью 16 вершину 18.
Само собой, завихритель может быть снабжен также основанием, которым он закреплен подходящим образом на стенке 21. Подобное основание не находится ни в какой связи с принципом действия завихрителя.
На фиг. 3 грань 16 образует заднюю грань завихрителя. Грань 15 крыши, перпендикулярная обтекаемой входной щели, является таким образом первой гранью, нагружаемой течением в щели.
Принцип действия завихрителя 9 следующий. При обтекании граней 12, 14 главное течение преобразуется в пару встречных вихрей. Их оси лежат на оси главного течения. Возникает нейтральный в отношении закручивания характер течения, у которого направление вращения обоих вихрей возрастает в зоне соединительной грани. Число закручиваний и место обрыва вихрей, если последнее вообще нужно, определяется соответствующим выбором углом α и θ . С увеличением углов сила вихрей или число закручиваний возрастает и место обрыва вихрей перемещается против течения до зоны самого завихрителя. В зависимости от применения оба угла α и θ заданы конструктивными мерами и самим процессом. Следует лишь привести в соответствие высоту h грани 16 (фиг. 6,а).
Из фиг. 6,a, 6,b, на которых обтекаемая входная щель обозначена поз. 20, видно, что завихритель может иметь различную высоту по отношению к высоте H щели. Как правило, высоту грани 16 согласуют с высотой H щели так, чтобы созданный вихрь непосредственно за завихрителем уже достигал величины, обеспечивающей заполнение всей высоты H щели. Другим критерием, который может оказать влияние на выбираемое отношение h/H, является падение напора, возникающее при обтекании завихрителя. Понятно, что с увеличением отношения h/H возрастает и коэффициент потери напора.
На фиг.4 изображен так называемый "половинчатый" завихритель 9а на основе завихрителя 9 по фиг. 3, у которого только одна из боковых стенок имеет угол α/2. Другая боковая стенка прямая и ориентирована в направлении течения. В противоположность симметричному завихрителю 9 здесь создается только один вихрь на обозначенной стрелкой стороне. Следовательно, за завихрителем 9а отсутствует нейтральное по отношению к вихрю поле, и течение закручивается, если завихритель 9а один.
В противоположность фиг. 3 на фиг. 5 острая соединительная грань 16 завихрителя 9 является тем местом, которое нагружается течением первым. Завихритель повернут на 180oC. Как видно, оба встречных вихря изменили направление своего вращения.
На фиг. 6 показано, как по ширине обтекаемой входной щели 20 рядом, без промежутков, расположены три завихрителя 9. Щель 20 имеет в этом случае прямоугольную форму, что, однако, несущественно для изобретения.
Вариант исполнения с двумя полными завихрителями 9 и граничащими с ними с обеих сторон половинчатыми завихрителями 9а изображен на фиг. 7. При той же высоте H щели и том же угле θ крыши 10, как на фиг. 6, завихрители отличаются, в частности, своей большой высотой h. При этом же угле θ это неизбежно приводит к увеличению длины h завихрителя и, как следствие из-за такого же шага, к уменьшению угла α . По сравнению с фиг. 6 вихри меньше закручены, однако полностью заполняют сечение щели в течение более короткого времени. Если в обоих случаях планируется обрыв вихрей, например для стабилизации течения, это произойдет у завихрителя на фиг. 7 позже, чем на фиг. 6.
Изображенные на фиг. 6 и 7 каналы представляют собой прямоугольные воздушные каналы низкого давления. Следует еще раз указать на то, что форма обтекаемой входной щели несущественна для принципа действия изобретения. С помощью завихрителей 9, 9а два течения смешиваются между собой. Главное течение в виде воздуха для горения атакует по стрелке поперечно-направленные входные грани 15. Вторичное течение в виде топлива имеет значительно меньший массовый поток, чем главное течение, и вводится в главное течение в непосредственной зоне завихрителей.
На фиг. 6 этот ввод осуществляется через отдельные отверстия 22а в стенке 21а, у которой речь идет о той стенке, на которой установлены завихрители. Отверстия 22а находятся на линии симметрии 17 за соединительной гранью 16 каждого завихрителя. При такой конструкции топливо попадает в уже имеющиеся "грубошкальные" вихри.
На фиг. 7 изображен вариант исполнения входной щели, у которой топливо подается также через отверстия 22b. Они находятся за завихрителями в той стенке 21b, на которой не установлены завихрители, т.е. на противоположной стенке 21a. Отверстия 22 выполнены по центру между соединительными гранями 16 двух соседних завихрителей, как это видно из фиг. 4. Таким образом, топливо попадает в вихри, как на фиг. 6, правда, с тем отличием, что оно не примешивается к вихрям пары, созданной одним и тем же завихрителем, а к двум вихрям двух соседних завихрителей. Поскольку соседние завихрители установлены без промежутков и создают вихревые пары с одинаковым направлением вращения, подача топлива на фиг. 6 и 7 происходит одинаково.
У входной щели на фиг. 8 предполагается, что имеется изменяющееся по величине поле скоростей. На вершине конуса в головке горелки скорость примерно в 1,5-2 раза выше, чем в конце щели вблизи выхода горелки. За счет этого динамический напор в щели изменяется примерно на коэффициент 3. С тем, чтобы не нарушать течение внутри горелки, абсолютная потеря напора должна быть, однако, постоянной вдоль входной щели. Это достигается разной высотой завихрителей на фиг. 8. Разная высота вызывает, само собой, разное падение напора. В результате потеря напора горелки увеличивается лишь на величину потери напора завихрителей. В общей сложности это менее 10% потери напора горелки.
Понятно, что здесь придется отказаться от упоминания абсолютных значений, поскольку из-за своей зависимости от слишком многочисленных параметров они и без этого не являются представительными. В качестве примера следует лишь сказать, что испытания с одной определенной конструктивной формой завихрителей показали, что при данном распределении скорости вдоль прямоугольной щели высота завихрителей, составляющая около 1/4 высоты в головке горелки, приводит примерно к той же потере напора, что и у завихрителей на конце горелки, заполняющих 3/4 высоты щели. В зоне вершины конуса завихрители имеют поэтому высоту, не соответствующую рекомендуемой минимальной высоте 50% высоты щели. Не достигаемое там оптимальное смешивание снова компенсируется дальше в направлении течения на относительно длинном отрезке вплоть до устья горелки. В целом, при неизменном поле течения в горелке можно ожидать безупречного предварительного смешивания.
На фиг. 8 все завихрители имеют одинаковый характер стрелок и одинаковый угол атаки, что на фиг. 2,A, 2,B при данной высоте приводит к разной длине завихрителей. Если подача топлива должна осуществляться по названным относительно фиг. 6 правилам в плоскости соединительных граней, то это приводит, само собой, к неодинаковому расстоянию и следствие этого к неодинаковому диаметру отдельных отверстий.
У входной щели на фиг. 9 предполагается, что имеется изменяющееся по величине и направлению поле скоростей. Наряду с подгонкой падения напора здесь следует обратить внимание на то что угол притока воздуха для горения не изменяется. В соответствии с этим здесь ось симметрии завихрителей проходит в направлении течения, т. е. под определенным углом к продольной оси щели. В этом примере завихрители имеют одинаковый угол α , однако разные углы θ . Длина всех завихрителей за счет этого одинакова. Отверстия для подачи топлива эквидистантны.
Подаваемое топливо подхватывается вихрями и смешивается с воздухом. Оно повторяет спиралеобразный характер вихрей равномерно мелко распределяется за вихрями внутри горелки. За счет этого уменьшаются, как при обычной радиальной подаче топлива в безвихревое течение, опасность удара струй о противоположную стенку и образование так называемых "горячих пятен".
Поскольку основной процесс смешивания происходит в вихрях, и он в значительной степени невосприимчив к импульсу подачи топлива, подача может осуществляться гибко и приводиться в соответствии с другими граничными условиями. Так, во всем диапазоне нагрузки может быть сохранен одинаковый импульс подачи. Поскольку смешивание определяется геометрией завихрителей, а не нагрузкой двигателя, в данном случае мощностью газовой турбины, горелка такой конструкции работает оптимально и в условиях частичной нагрузки.
Изобретение не ограничено описанными и изображенными примерами. В отношении расположения завихрителей возможны многочисленные комбинации, не выходящие за рамки изобретения. Также ввод вторичного течения в главное течение может осуществляться разнообразно.
Claims (7)
1. Горелка с предварительным смешиванием по принципу двойного конуса, содержащая в основном два полых, конусообразных, вставленных друг в друга в направлении течения тела (111,112), средние оси (113,114) которых взаимно смещены, причем соседние стенки обоих тел отразуют в их продольном направлении тангенциальные щели (20) для воздуха для горения, а в зоне тангенциальных щелей в стенках обоих тел предусмотрены распределенные в продольном направлении газовпускные отверстия (117), отличающаяся тем, что для направления воздуха в тангенциальных щелях (20) предусмотрены завихрители (9), из которых несколько расположены по ширине или периферии обтекаемой щели рядом, предпочтительно без промежутков, и высота (h) которых составляет по меньшей мере 50% высоты (Н) обтекаемой щели, при этом топливо подается в щели (20) в непосредственной зоне завихрителей (9).
2. Горелка с предварительным смешиванием для газотурбинной установки по п.1, отличающаяся тем, что завихритель (9) - генератор содержит три свободно обтекаемые плоскости, которые проходят в направлении течения, и одна из которых образует крышку (10), а обе другие - боковые стенки (11,13), соединены с одной и той же стенкой (21) щели и заключают угол (α, α/2), причем крыша (10) прилегает гранью, обтекаемой поперек к входной щели (20) к той же стенке (21) щели, что и боковые стенки, при этом продольнонаправленные грани (12,14) крыши, соединены с входящими в обтекаемую щель продольно-направленными гаранями боковых стенок, проходят под углом атаки (θ) к стенке (21) щели.
3. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что отношение высоты (h) завихрителя (9,9а) к высоте (Н) щели выбрано из условия, что созданный вихрь заполняет всю высоту щели непосредственно за завихрителем.
4. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что обе боковые станки (11,13) завихирителя (9), заключающие угол (α), расположены симметрично вокруг оси симметрии (17).
5. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что обе боковые стенки (11,13), заключающие угол ( α ), образуют между собой соединительную грань (16), которая вместе с продольнонаправленными гранями (12,14) крыши (10) образует вершину (18), при этом соединительная грань проходит предпочтительно перпендикулярно той стенке (21) щели, с которой соединены боковые стенки.
6. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что соединительная грань (16) и/или прдольнонаправленные грани (12,14) крыши выполнены по меньшей мере приблизительно острыми.
7. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что расположенные рядом в щели (20) завихрители (9) имеют разную высоту (h).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1082/93 | 1993-04-08 | ||
CH01082/93A CH687831A5 (de) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Vormischbrenner. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94011631A RU94011631A (ru) | 1996-06-20 |
RU2106573C1 true RU2106573C1 (ru) | 1998-03-10 |
Family
ID=4202041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94011631A RU2106573C1 (ru) | 1993-04-08 | 1994-04-07 | Горелка с предварительным смешиванием |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5433596A (ru) |
EP (1) | EP0619457B1 (ru) |
JP (1) | JPH0712313A (ru) |
CH (1) | CH687831A5 (ru) |
DE (1) | DE59404244D1 (ru) |
RU (1) | RU2106573C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2561956C2 (ru) * | 2012-07-09 | 2015-09-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Газотурбинная система сгорания |
RU2563446C2 (ru) * | 2011-04-08 | 2015-09-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Газотурбинный узел и соответствующий способ работы |
Families Citing this family (53)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0620403B1 (de) * | 1993-04-08 | 1996-12-04 | ABB Management AG | Misch- und Flammenstabilisierungseinrichtung in einer Brennkammer mit Vormischverbrennung |
CH687832A5 (de) * | 1993-04-08 | 1997-02-28 | Asea Brown Boveri | Brennstoffzufuehreinrichtung fuer Brennkammer. |
DE59402803D1 (de) * | 1993-04-08 | 1997-06-26 | Asea Brown Boveri | Brennkammer |
DE4411622A1 (de) * | 1994-04-02 | 1995-10-05 | Abb Management Ag | Vormischbrenner |
DE4411623A1 (de) * | 1994-04-02 | 1995-10-05 | Abb Management Ag | Vormischbrenner |
DE4417538A1 (de) * | 1994-05-19 | 1995-11-23 | Abb Management Ag | Brennkammer mit Selbstzündung |
DE4446541A1 (de) * | 1994-12-24 | 1996-06-27 | Abb Management Ag | Brennkammer |
CA2209672C (en) * | 1995-02-03 | 2006-06-06 | Bmw Rolls-Royce Gmbh | Flow guiding body for gas turbine combustion chambers |
DE19507088B4 (de) * | 1995-03-01 | 2005-01-27 | Alstom | Vormischbrenner |
DE19510744A1 (de) * | 1995-03-24 | 1996-09-26 | Abb Management Ag | Brennkammer mit Zweistufenverbrennung |
DE19512645A1 (de) * | 1995-04-05 | 1996-10-10 | Bmw Rolls Royce Gmbh | Vorrichtung zur Kraftstoffaufbereitung für eine Brennkammer |
DE19525044A1 (de) * | 1995-07-10 | 1997-01-16 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Stoffeintrag in strömende Medien |
DE19527453B4 (de) * | 1995-07-27 | 2009-05-07 | Alstom | Vormischbrenner |
JP3492099B2 (ja) * | 1995-10-03 | 2004-02-03 | 三菱重工業株式会社 | バーナ |
US5647215A (en) * | 1995-11-07 | 1997-07-15 | Westinghouse Electric Corporation | Gas turbine combustor with turbulence enhanced mixing fuel injectors |
DE19542521A1 (de) * | 1995-11-15 | 1997-05-22 | Ruhrgas Ag | Verfahren und Brenner zum Verbrennen eines Luft/Brennstoff-Gemisches |
DE19545026A1 (de) * | 1995-12-02 | 1997-06-05 | Abb Research Ltd | Vormischbrenner |
DE19548851A1 (de) * | 1995-12-27 | 1997-07-03 | Asea Brown Boveri | Vormischbrenner |
DE19654009B4 (de) * | 1996-12-21 | 2006-05-18 | Alstom | Vormischbrenner zum Betrieb einer Brennkammer mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff |
DE19737997A1 (de) * | 1997-08-30 | 1999-03-04 | Asea Brown Boveri | Plenum |
DE59709446D1 (de) * | 1997-10-31 | 2003-04-10 | Alstom Switzerland Ltd | Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers |
ATE244380T1 (de) * | 1997-11-21 | 2003-07-15 | Alstom | Brenner für den betrieb eines wärmeerzeugers |
BR9815994A (pt) * | 1998-08-28 | 2001-10-16 | Kimberly Clarke Wolrdwide Inc | Arranjo para combinar correntes diferentes |
EP1048898B1 (de) * | 1998-11-18 | 2004-01-14 | ALSTOM (Switzerland) Ltd | Brenner |
DE10040869A1 (de) * | 2000-08-21 | 2002-03-07 | Alstom Power Nv | Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Strömungswirbeln innerhalb einer Strömungskraftmaschine |
DE10128063A1 (de) * | 2001-06-09 | 2003-01-23 | Alstom Switzerland Ltd | Brennersystem |
DE10330023A1 (de) * | 2002-07-20 | 2004-02-05 | Alstom (Switzerland) Ltd. | Wirbelgenerator mit kontrollierter Nachlaufströmung |
US6886342B2 (en) * | 2002-12-17 | 2005-05-03 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Vortex fuel nozzle to reduce noise levels and improve mixing |
EP1439349A1 (de) * | 2003-01-14 | 2004-07-21 | Alstom Technology Ltd | Verbrennungsverfahren sowie Brenner zur Durchführung des Verfahrens |
WO2006058843A1 (de) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Alstom Technology Ltd | Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von wasserstoff in einem vormischbrenner |
US7437876B2 (en) * | 2005-03-25 | 2008-10-21 | General Electric Company | Augmenter swirler pilot |
GB2435508B (en) | 2006-02-22 | 2011-08-03 | Siemens Ag | A swirler for use in a burner of a gas turbine engine |
EP2112433A1 (en) * | 2008-04-23 | 2009-10-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Mixing chamber |
WO2011054760A1 (en) | 2009-11-07 | 2011-05-12 | Alstom Technology Ltd | A cooling scheme for an increased gas turbine efficiency |
WO2011054771A2 (en) * | 2009-11-07 | 2011-05-12 | Alstom Technology Ltd | Premixed burner for a gas turbine combustor |
WO2011054757A2 (en) | 2009-11-07 | 2011-05-12 | Alstom Technology Ltd | Reheat burner injection system with fuel lances |
WO2011054766A2 (en) | 2009-11-07 | 2011-05-12 | Alstom Technology Ltd | Reheat burner injection system |
WO2011054739A2 (en) | 2009-11-07 | 2011-05-12 | Alstom Technology Ltd | Reheat burner injection system |
US8434723B2 (en) * | 2010-06-01 | 2013-05-07 | Applied University Research, Inc. | Low drag asymmetric tetrahedral vortex generators |
US8881500B2 (en) * | 2010-08-31 | 2014-11-11 | General Electric Company | Duplex tab obstacles for enhancement of deflagration-to-detonation transition |
US9957609B2 (en) | 2011-11-30 | 2018-05-01 | Corning Incorporated | Process for making of glass articles with optical and easy-to-clean coatings |
EP2685160B1 (en) * | 2012-07-10 | 2018-02-21 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Premix burner of the multi-cone type for a gas turbine |
EP2703721B1 (en) * | 2012-08-31 | 2019-05-22 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Premix burner |
CN103962058A (zh) | 2013-01-30 | 2014-08-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 预混合器、径向固定床反应器和丁烯氧化脱氢反应系统 |
CN103615723B (zh) * | 2013-11-08 | 2015-08-19 | 无锡锡州机械有限公司 | 热交换器用瓦斯盖 |
CN104696959B (zh) * | 2015-03-03 | 2017-03-29 | 兆轩能科技有限公司 | 一种燃烧器及其点火器 |
RU2632749C1 (ru) * | 2016-11-08 | 2017-10-09 | Эмель Борисович Ахметов | Газотурбинный двигатель |
DE112017006296B4 (de) * | 2017-01-24 | 2023-02-02 | Hitachi, Ltd. | Fluidvorrichtung |
EP3889506A1 (de) * | 2020-03-31 | 2021-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennerkomponente eines brenners und brenner einer gasturbine mit einer solchen |
CN115362333B (zh) * | 2020-03-31 | 2023-08-25 | 西门子能源全球有限两合公司 | 燃烧器的燃烧器部件和燃气轮机的具有这种燃烧器部件的燃烧器 |
US11039550B1 (en) * | 2020-04-08 | 2021-06-15 | Google Llc | Heat sink with turbulent structures |
CA3113029A1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-09-23 | De-Mission Inc. | Vortex combustion burner |
US11454396B1 (en) * | 2021-06-07 | 2022-09-27 | General Electric Company | Fuel injector and pre-mixer system for a burner array |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH674561A5 (ru) * | 1987-12-21 | 1990-06-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
DE4121067A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Balcke Duerr Ag | Vorrichtung zum verbrennen brennbarer stoffe |
DE59104727D1 (de) * | 1991-12-23 | 1995-03-30 | Asea Brown Boveri | Vorrichtung für die Vermischung zweier gasförmiger Komponenten und Brenner, in welchem diese Vorrichtung eingesetzt wird. |
-
1993
- 1993-04-08 CH CH01082/93A patent/CH687831A5/de not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-03-14 DE DE59404244T patent/DE59404244D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-03-14 EP EP94103873A patent/EP0619457B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-21 US US08/215,252 patent/US5433596A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-07 RU RU94011631A patent/RU2106573C1/ru active
- 1994-04-08 JP JP6071119A patent/JPH0712313A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2563446C2 (ru) * | 2011-04-08 | 2015-09-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Газотурбинный узел и соответствующий способ работы |
US10774740B2 (en) | 2011-04-08 | 2020-09-15 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Gas turbine assembly and corresponding operating method |
RU2561956C2 (ru) * | 2012-07-09 | 2015-09-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Газотурбинная система сгорания |
US9810152B2 (en) | 2012-07-09 | 2017-11-07 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Gas turbine combustion system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE59404244D1 (de) | 1997-11-13 |
CH687831A5 (de) | 1997-02-28 |
JPH0712313A (ja) | 1995-01-17 |
US5433596A (en) | 1995-07-18 |
EP0619457A1 (de) | 1994-10-12 |
RU94011631A (ru) | 1996-06-20 |
EP0619457B1 (de) | 1997-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2106573C1 (ru) | Горелка с предварительным смешиванием | |
US5558515A (en) | Premixing burner | |
US5573395A (en) | Premixing burner | |
US5829967A (en) | Combustion chamber with two-stage combustion | |
US5513982A (en) | Combustion chamber | |
US5518311A (en) | Mixing chamber with vortex generators for flowing gases | |
US5626017A (en) | Combustion chamber for gas turbine engine | |
EP0636835B1 (en) | Swirl mixer for a combustor | |
RU2118756C1 (ru) | Система подачи топлива для камеры сжигания | |
US4260367A (en) | Fuel nozzle for burner construction | |
US5498155A (en) | Mixing and flame stabilization appliance in a combustion chamber with premixed combustion | |
US4932861A (en) | Process for premixing-type combustion of liquid fuel | |
RU2002165C1 (ru) | Камера сгорани газовой турбины | |
JP3631802B2 (ja) | 自己着火式の燃焼室 | |
EP1134494A1 (en) | Gas turbine combustor | |
US5791894A (en) | Premix burner | |
US6202420B1 (en) | Tangentially aligned pre-mixing combustion chamber for a gas turbine | |
US5791892A (en) | Premix burner | |
JP2001507115A (ja) | 液体燃料用バーナとその運転方法と旋回要素 | |
US5127821A (en) | Premixing burner for producing hot gas | |
US5865609A (en) | Method of combustion with low acoustics | |
CA2225364A1 (en) | Method of disgorging flames from a two stream tangential entry nozzle | |
CN218269162U (zh) | 燃气轮机旋流燃烧装置及燃气轮机 | |
US5921766A (en) | Burner | |
US5685705A (en) | Method and appliance for flame stabilization in premixing burners |