WO1998011383A2

WO1998011383A2 - Vorrichtung und verfahren zur verbrennung eines brennstoffs in luft

Info

Publication number: WO1998011383A2
Application number: PCT/DE1997/001852
Authority: WO
Inventors: Bernard Becker
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1998-03-19
Also published as: EP0925470B1; JP2002513458A; RU2190804C2; DE59701235D1; US6152724A; EP0925470A3; EP0925470A2; JP4130475B2; WO1998011383A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs (6) in Luft. Die Vorrichtung umfaßt einen Ringkanal (4) zur Führung der Luft in einem bezüglich einer Achse (1) meridionalen Strom (5), ein Drallgitter (9) zur Aufprägung eines Dralls (10) auf den Strom (5) und ein Mittel (11, 12, 16) zur Einmischung des Brennstoffs (6) in den Strom (5) unter Bildung eines im wesentlichen homogenen Gemischs. Weiter vorhanden ist ein Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung eines bezüglich der Achse (1) radial außenliegenden Teils des Stroms (5) gegenüber anderen Teilen des Stroms (5). Die Vorrichtung ist insbesondere gestaltet als Vormischbrenner, beispielsweise zur Verwendung in einer Gasturbinenanlage.

Description

Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs m Luft

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs m Luft, umfassend: einen Ringkanal zur Fuhrung der Luft m einem bezüglich einer Achse meridionalen Strom; ein Drallgitter zur Aufpragung eines Dralls auf den Strom; und ein Mittel zur Einmischung des Brennstoffs m den Strom unter Bildung eines im wesentlichen homogenen Gemischs.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs m Luft, bei dem die Luft m einem eine Achse umringenden, sich bezüglich der Achse meridional und mit einem Drall fortsetzenden Strom bereitgestellt und im wesentlichen homogen mit Brennstoff vermischt wird unter Bildung eines Gemisches, das zur Verbrennung des Brennstoffs entzündet wird.

Eine solche Vorrichtung ist unter der Bezeichnung "Vormischbrenner" den einschlagig bewanderten und tatigen Personen bekannt, wobei die Bezeichnung bereits darauf hinweist, daß der Brennstoff erst mit einem gewissen zeitlichen Abstand nach seiner Einmischung m die zur Verbrennung bereitgestellte Luft verbrannt wird. Auch das Verfahren ist den einschlagig bewanderten und tatigen Personen bekannt als dasjenige Verfahren, welches beim Betrieb eines üblichen Vormischbrenners ablauft.

Beim Betrieb eines üblichen Vormischbrenners wird unter Erhöhung der Zufuhr von Brennstoff zu dem Brenner oftmals ein Zustand erreicht, bei dem die Verbrennung instabil wird und m der Anlage, in welche er eingebaut ist, akustische Schwmgun- gen hervorruft. Diese akustischen Schwingungen sind unter dem

Begriff "Verbrennungsschwingungen" bekannt. Die Verbrennungsschwingungen können so stark werden, daß sie den Betrieb des Vormischbrenners und der Anlage, deren Bestandteil der Vor- mischbrenner ist, gefährden. Die Neigung eines Vormischbrenners zur Ausbildung einer instabilen Verbrennung wird um so starker, e homogener das m dem Vormischbrenner vor der Verbrennung gebildete Gemisch aus Brennstoff und Luft ist. Ein möglichst homogenes Gemisch ist allerdings erwünscht im Hin- blick darauf, daß die Produktion von Stickoxiden bei der Verbrennung um so geringer ist, ηe homogener das Gemisch ist. Ist das Gemisch vollkommen homogen, so nimmt die bei der Verbrennung des Gemisches auftretende maximale Temperatur ein Minimum an, und es ist genau dieser Effekt, welcher für die dann besonders geringen Produktion von Stickoxiden wesentlich

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind auch bekannt aus der EP 0 193 838 Bl oder der EP 0 589 520 Bl.

Zur Stabilisierung der Verbrennung eines Vormischbrenners ist vorgeschlagen worden, das dem Brenner entströmende und sich entzündende Gemisch mit einem Schleier von Luft einzuhüllen und somit zu verhindern, daß sich m Randbereichen des Ge i- sches Wirbel ausbilden, m denen Verbrennungsprozesse stattfinden, von denen anzunehmen ist, daß sie wesentlich zur De- stabilisierung der Verbrennung beitragen. Ein Nachteil der vorgeschlagenen Maßnahme ist allerdings darin zu sehen, daß die Luft, die zur Einhüllung des Gemisches verwendet wird, dem eigentlichen Verbrennungsvorgang entzogen werden muß.

Liegt die mit dem Vormischbrenner freizusetzende thermische Leistung fest, so liegt auch die dabei einzusetzende Menge an Brennstoff im wesentlichen fest, und ein Abzug von Luft zur Stabilisierung der Verbrennung bedeutet, daß die eigentliche Verbrennung m Anwesenheit einer verringerten Menge an Luft stattfinden und angesichts dessen, daß die Verbrennung m der

Regel, insbesondere m einer Gasturbinenanlage, unter Luft- uberschuß erfolgt, mit einer deutlich erhöhten Maximaltemperatur und damit mit einer deutlich erhöhten Bildung von Stickoxiden ablaufen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses bei einem Vormischbrenner anzugeben, bei der es nicht erforderlich ist, dem Verbrennungsprozeß einen Teil der zur Verfugung stehenden Luft zu entziehen. Diese Maßnahme soll sowohl in einer Vorrichtung als auch m einem Verfahren verkörpert sein.

Zur Losung der Aufgabe im Hinblick auf eine Vorrichtung ange- geben wird erfmdungsgemaß eine Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs Luft, umfassend: einen Ringkanal zur Fuhrung der Luft in einem bezüglich einer Achse meridionalen Strom; ein Drallgitter zur Aufpragung eines Dralls auf den Strom; und ein Mittel zur Einmischung des Brennstoffs m den Strom unter Bildung eines im wesentlichen homogenen Gemischs; gekennzeichnet durch ein Mittel zur Verzögerung eines bezuglich der Achse radial außenliegenden Teils des Stroms gegen- über anderen Teilen des Stroms.

Gemäß der Erfindung wird die Verteilung der Geschwindigkeit m dem Strom, wenn dieser aus der Vorrichtung austritt, ungleichmäßig m bezuglich der Achse radialer Richtung gestal- tet, dabei aber die Homogenitat des Gemisches aus Luft und

Brennstoff m dem Strom beibehalten. Die Ungleichmaßigkeit in der Verteilung der Geschwindigkeit dem Strom kann dabei die meridionale Komponente der Geschwindigkeit, die tangen- tiale Komponente der Geschwindigkeit oder beide Komponenten der Geschwindigkeit betreffen. Dies erfolgt dadurch, daß der Strom m dem Rmgkanal lokal gestört wird mittels eines entsprechenden Hindernisses m Form eines Siebes oder dergleichen, welches an entsprechender Stelle in dem R gkanal angeordnet wird.

Ob der als solche Vorrichtung im Einzelfall verkörperte Vormischbrenner einer Stabilisierung durch eine sogenannte Pi- lotflamme bedarf, wie aus dem zitierten Stand der Technik bekannt, und ob diese Pilotflamme im Zentrum oder am Außenum- fang des Stroms angeordnet ist, oder ob der Vormischbrenner überhaupt ohne Pilotflamme auskommt, ist vorliegend von untergeordneter Bedeutung. Gleiches gilt für die Ausgestaltung des Drallgitters; dies kann entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Einzelfalls ein axiales, radiales oder diago- nales Drallgitter sein. Auch Einzelheiten der Zufuhr des Brennstoffs sind vorliegend von untergeordneter Bedeutung; grundsatzlich kann die Zufuhr des Brennstoffs m beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise über Düsen m Leitschaufeln des Drallgitters oder separate Mischeinrichtungen vor oder hinter dem Drallgitter.

Das Mittel zur Verzögerung des bezuglich der Achse radial außenliegenden Teils des Stroms gegenüber anderen Teilen des Stroms erzeugt in dem Strom einen lokalen Druckverlust, der bewirkt, daß hinter dem Mittel eine geringere Stromungsgeschwindigkeit herrscht als in den von dem Mittel unbeeinflußten Teilen des Stroms. Es versteht sich, daß das Mittel zur Einmischung des Brennstoffs m den Strom für die erforderliche Homogenitat des erzeugten Gemisches ausgelegt sein muß; es kann erforderlich sein, die Zufuhr von Brennstoff zu dem verzögerten Teil des Stroms im Vergleich zur Zufuhr zu den anderen Teilen des Stroms entsprechend zu reduzieren.

Durch die ungleichmäßige Verteilung der Geschwindigkeit m dem Strom wird erreicht, daß das Gemisch nicht an allen Stel- len des Stroms gleichzeitig zündet. Die durch die Verbrennung m dem Gemisch hervorgerufene Expansion erfolgt somit nicht schlagartig, sondern über ein gewisses Zeitintervall verteilt. Dadurch wird die Neigung zur Instabilität wesentlich reduziert.

Da der Strom in seinem äußeren Bereich langsamer ist als m seinem inneren, wird außerdem die Neigung zur Ausbildung von Wirbeln reduziert, was ebenfalls wesentlich beitragt zur Sta- bilisierung der Verbrennung. Zu einer Erhöhung der Maximaltemperatur bei der Verbrennung kommt es allerdings nicht, da die gesamte verfugbare Luft zur Verbrennung des Brennstoffs ausgenutzt wird.

Eine erste besonders bevorzugte Weiterentwicklung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das vorgesehene Mittel zur Verzögerung eines bezüglich der Achse radial außen liegenden Teils des Stroms bezüglich der Achse kreissymmetrisch ist, so daß der von dem Mittel verzögerte Teil des Stroms ebenfalls bezüglich der Achse kreissymmetrisch ist. Der gesamte Strom ist somit eingehüllt von einem gegenüber anderen Teilen deutlich verlangsamten Teil. Dieser verlangsamte Teil ist daher bestimmend für die aerodynamischen Verhaltnisse an einer Grenzflache zwischen dem aus der Vorπch- tung ausgetretenen Strom und brennstofffreier Luft, was aufgrund eines durch die Verzögerung bedingten verringerten Ge- schwmdigkeitsgradienten zu einer Unterdrückung der Wirbel- bildung und damit zur akustischen Stabilisierung einer dem Strom bewirkten Verbrennung fuhrt.

Das kreissymmetrische Mittel zur Verzögerung ist vorzugsweise ein dem Rmgkanal angeordneter und einen bezüglich der Achse radial außenliegenden Teil des Ringkanals überreichender Drosselring, welcher insbesondere stromaufwärts des Drallgitters angeordnet ist. Dieser Drosselring ist weiterhin vorzugsweise aus in dem R gkanal angeordneten und um die

Achse gleichmaßig verteilten Drosselelementen, insbesondere

Stäben, gebildet. Der Drosselring soll denjenigen Teil des

Ringkanals, den er überreicht, nicht vollständig abdecken, sondern die Strömung durch diesen Teil lediglich androsseln.

In jedem Fall wird der Drosselring daher funktioneil wie ein

Sieb auszugestalten sein.

Eine als Alternative besonders bevorzugte Weiterentwicklung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Mittel zur Verzögerung bezüglich der Achse gebrochen symmetrisch, insbesondere diskret symmetrisch, ausgestaltet ist. Unter einer gebrochen symmetrischen Anordnung wird dabei eine Anordnung verstanden, die von einer kreissymmetrischen Anordnung we- sentlich verschieden ist und sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß sie keine (kontinuierliche) Kreissymmetrie, sondern allenfalls eine diskrete Symmetrie, z.B. beschrieben durch eine endliche Symmetriegruppe, aufweist. Dieses gebrochen symmetrische Mittel fuhrt also nicht dazu, daß der Strom eingehüllt wird von dem insgesamt und gleichmaßig verzögerten Teil, wie es sich bei der vorstehend beschriebenen ersten besonders bevorzugten Weiterentwicklung ergibt. Demgegenüber weist der Strom m einem außenliegenden Bereich Strannen auf, die gegenüber anderen Teilen des Stroms verzögert sind. Diese langsamen Strähnen sind ebenfalls geeignet, die Bildung von Wirbeln, welche den Strom nach seinem Austritt aus der Vorrichtung einhüllen konnten, zu verhindern. Die langsamen Strähnen bilden nämlich lokale Störungen in dem Geschwmdig- keitsfeld des Stroms aus, welche der Bildung von Wirbeln ent- gegenwirken und damit zu der gewünschten akustischen Stabilisierung einer m dem Strom erzeugten Flamme fuhren Kann, wie bereits beschrieben. Das gebrochen symmetrische Mittel zur Verzögerung ist vorzugsweise eine Anordnung aus ungleichmäßig um die Achse verteilten Drosselelementen, insbesondere Stäben.

Das Mittel zur Einmischung des Brennstoffs ist vorzugsweise eine Anordnung von Düsen, wobei die Düsen in dem Drallgitter angeordnet sein können, insbesondere derart, daß sich die Düsen in Leitschaufeln des Drallgitters befinden.

Im Hinblick auf em Verfahren wird zur Losung der Aufgabe er- fmdungsgemaß angegeben em Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs m Luft, bei dem die Luft m einem eine Achse umringenden, sich bezuglich der Achse meπdional und mit einem Drall fortsetzenden Strom bereitgestellt und im wesentlichen homogen mit Brennstoff vermischt wird unter Bildung eines Gemisches, das zur Verbrennung des Brennstoffs entzündet wird, wobei vor der Entzündung em bezuglich der Achse radial au- ßenliegender Teil des Stroms gegenüber anderen Teilen des Stroms verzögert wird.

Die Vorzuge dieses Verfahrens erschließen sich aus den Ausfuhrungen zur erfmdungsgemaßen Vorrichtung und ihren Ausgestaltungen, worauf hiermit verwiesen wird.

Die Verzögerung des radial außen liegenden Teils des Stroms kann einer bezüglich der Achse kreissymmetrischen Weise erfolgen; alternativ ist es möglich, die Verzögerung m einer bezüglich der Achse gebrochen symmetrischen Weise auszufuhren. Einzelheiten dazu ergeben sich aus den vorstehenden Aus- fuhrungen zu den beiden besonders bevorzugten Weiterentwicklungen der erfmdungsgemaßen Vorrichtung, auf welche hiermit verwiesen wird.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Darm zeigen: FIG 1 einen Längsschnitt durch eine Ausfuhrungsform eines Vormischbrenners;

FIG 2 einen Längsschnitt durch einen Vormischbrenner des Standes der Technik;

FIG 3, 4 und 5 Ansichten von Ausfuhrungsformen des Vormischbrenners .

In den Figuren der Zeichnung tragen einander entsprechende Komponenten der jeweils dargestellten Ausfuhrungsbeispiele jeweils dasselbe Bezugszeichen.

Die Zeichnung ist nicht anzusehen als Darstellung konkret realisierter Ausfuhrungsbeispiele und ist vereinfacht zur Herausstellung bestimmter Merkmale. Die aus der Zeichnung unmittelbar entnehmbaren Hinweise sind für die praktische Ausfuhrung vervollstandigbar im Rahmen der Kenntnisse und Fahig- keiten, die den einschlägig bewanderten und tatigen Personen zu Gebote stehen unter Berücksichtigung der diesem Hinweis vorangehenden Ausfuhrungen.

Figur 1 zeigt em Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, und Figur 2 zeigt zum Vergleich eine Ausfuhrungsform im Sinne des m der Einleitung des vorliegenden Textes abgehandelten Vorschlags. Viele Komponenten sind m beiden Ausfuhrungsformen vorhanden, und zur Erläuterung dieser Komponenten wird zunächst auf Figur 1 und Figur 2 gemem- sam Bezug genommen.

Figur 1 bzw. Figur 2 zeigen jeweils einen Vormischbrenner mit einer Achse 1, einem zentrisch bezüglich der Achse 1 angeordneten Innenkorper 2 und einem ebenfalls zentrisch bezuglich der Achse 1 angeordneten, den Innenkorper 2 umgebenden Außen- korper 3. Zwischen dem Innenkorper 2 und dem Außenkorper 3 liegt em Rmgkanal 4, durch den em Strom 5 von Luft gefuhrt wird. Im Rmgkanal 4 wird die Luft mit Brennstoff 6 vermischt unter Bildung eines Gemisches, welches m den Brennraum 7 einströmt und dort verbrennt. Eine Zündeinrichtung zur Zündung des Gemisches ist der Übersicht halber nicht dargestellt. Im Rahmen der üblichen Praxis, die für einen Brennraum 7 mehrere Vormischbrenner bevorzugt, bedarf es nicht etwa einer Zündeinrichtung für jeden Brenner, sondern es kann eine einzige Zündeinrichtung für alle Brenner ausreichen. In diesem Sinne ist eine Zündeinrichtung somit kein Bestandteil eines einzelnen Vormischbrenners, woraus sich auch rechtfertigt, daß eine Zündeinrichtung m den Figuren nicht dargestellt ist. Der Vormischbrenner ist eingelassen m eine Brennraumwand 8, welche den Brennraum 7 stromaufwärts des Stroms 5 abschließt. In dem Rmgkanal 4 angeordnet ist em Drallgitter 9 bestehend aus Leitschaufeln 9, welches dazu dient, dem Strom 5 einen Drall 10 aufzuprägen. Zur Zufuhrung des Brennstoffs 6 zu dem Strom 5 vorgesehen sind Düsen 11 und 12 m den Leitschaufeln 9. Mittel zur Zufuhrung des Brennstoffs 6 zu diesen Düsen 11 und 12 sind der Übersicht halber nicht dargestellt. Nicht dargestellt ist auch em eventuell zum Betrieb des Vormischbrenners nützlicher oder erforderlicher Pilotbrenner, welcher eine besondere Flamme liefert, welche zur Stabilisierung der Verbrennung des Gemisches aus Luft und Brennstoff beitragt. E solcher Pilotbrenner ist unter Umstanden erforderlich, wenn der Vormischbrenner unter wechselnden Mischungsverhaltnissen von Luft und Brennstoff betrieben werden soll, da em Gemisch, welches vergleichs- weise arm an Brennstoff ist, unter Umstanden ohne Unterstützung nicht mehr zuverlässig zünden kann. Die Verwendung oder NichtVerwendung eines Pilotbrenners steht, wie bereits ausgeführt, im Ermessen der einschlägig bewanderten und tatigen Personen. In Figur 1 ist em Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung gezeigt.

Im Rahmen dieses Ausfuhrungsbeispiels ist vor dem Drallgitter 9 em Drosselring 13 aus einzelnen, am Außenkorper 3 angebrachten und m den Rmgkanal 4 hineinragenden Stäben vorge- sehen. Diese Stabe verursachen lokale Druckverluste m dem

Strom 5 und fuhren dazu, daß der außenliegende Teil des Stromes 5, welcher nahe an dem Außenkorper 3 vorbeistreicht, gegenüber anderen Teilen des Stromes 5 verlangsamt oder verzögert wird. Diese Verlangsamung setzt sich fort durch den ge- samten Rmgkanal 4 und fuhrt dazu, daß die Verteilung der Geschwindigkeit m dem Gemisch, welches m den Brennraum 7 abströmt, ungleichmäßig ist. Dies hat die bereits eingehend beschriebenen stabilisierenden Wirkungen auf die m dem Brennraum 7 stattfindende Verbrennung, auf deren vorstehende Er- lauterung hiermit verwiesen wird. Die Zufuhrung des Brennstoffs 6 zu dem Strom 5 muß der ungleichmäßigen Verteilung der Geschwindigkeit m dem Strom 5 Rechnung tragen; deshalb sind zur Zufuhrung des Brennstoffs zu dem weitgehend unbeeinflußten Teil des Stroms große Düsen 11 und zur Zufuhrung des Brennstoffs 6 zu dem verlangsamten Teil des Stroms 5 kleine Düsen 12 vorgesehen. Die Abmessungen dieser Düsen 11 und 12 sind so zu wählen, daß eine weitgehend homogene Verteilung des Brennstoffs in dem Strom erreicht und somit eine Verbrennung unter möglichst geringer Produktion von Stickoxiden ge- wahrleistet ist. Den einschlagig bewanderten und tatigen Personen stehen zur entsprechenden Auslegung der Vorrichtung Rechenprogramme zur numerischen Modellierung des Stroms 5 zur Verfugung, unter deren Benutzung eine entsprechende Auslegung der Düsen 11 und 12 möglich ist.

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der der Rmgkanal 4 frei von drosselnden Einbauten ist. Dementsprechend bedarf es zur Zufuhrung des Brennstoffs 6 auch keiner verschieden großer Düsen; es sind nur große Düsen 11 vorgesehen. Um die mit die- ser Vorrichtung bewirkbare Verbrennung zu stabilisieren, ist eine den Außenkorper 3 umgebende Rmgduse 14 vorgesehen, aus welcher em Teil der der Vorrichtung zugefuhrten Luft an dem Rmgkanal 4 und dem Drallgitter 9 vorbei direkt m den Brennraum 7 gefuhrt wird. Diese Luft bildet einen Schleier, wel- eher das Gemisch aus Luft und Brennstoff umhüllt und die Bildung von Wirbeln, welche die Verbrennung instabil machen konnten, verhindert. Nachteilig am Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 2 ist das Erfordernis, daß em Teil der zur Verfugung stehenden Luft nicht zur Vermischung mit Brennstoff zur Ver- fugung steht. Dies bedeutet letztlich, daß die Vorrichtung in erhöhtem Maße Stickoxide produzieren muß, was in jedem Fall unerwünscht ist.

Figur 3 zeigt eine Teilansicht eines axialen Längsschnitts durch eine Variante der Vorrichtung nach Figur 1. Viele Komponenten dieser Vorrichtung stimmen uberein mit den Komponenten der Vorrichtung gemäß Figur 1 und brauchen daher nicht erneut beschrieben zu werden. Von Bedeutung in Figur 3 ist, daß zur Zufuhrung des Brennstoffs 6 nicht mehr die Leitschau- fein 9 benutzt werden, sondern daß dafür separate Dusenrohre 15 vorgesehen sind, welche Düsen 16 zur Zufuhrung des Brennstoffs 6 zu dem Strom 5 tragen. Mittel zur Zufuhrung des Brennstoffs zu den Dusenrohren 15 sind der Übersicht halber wiederum nicht dargestellt. Die Düsen 16 müssen nicht alle gleich groß untereinander sein; siehe dazu die Ausfuhrungen zu den Düsen 11 und 12 m Figur 1.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine bevorzugte Weiterentwicklung, bei der mehrere Alternativen für das Mittel zur Verzögerung eines Teils des Stroms erkennbar sind. Außer den bereits erwähnten Stäben 13 sind dies em Lochblech 17 sowie em aus Draht oder dergleichen bestehendes Gewebe 18 (wobei das eigentliche Gewebe nur teilweise dargestellt ist) . Unter diesen Mitteln 13, 17 und 18 sichtbar sind die Leitschaufeln 9, die sich zwischen dem Innenkorper 2 und dem Außenkorper 3 erstrecken. Beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 4 ist von

Bedeutung, daß die Verzögerung des radial außen liegenden Teils des Stroms 5 (siehe dazu Figur 1) m einer bezüglich der Achse 1 kreissymmetrischen Weise erfolgt. Der aus der Vorrichtung gemäß Figur 4 entlassene Strom hat also einen radial außen liegenden Teil, welcher gleichmaßig gegenüber anderen Teilen des Stroms 5 verzögert ist. Die damit und dadurch erzielbaren Wirkungen sind vorstehend bereits eingehend erläutert worden, worauf hiermit verwiesen wird.

Zu Figur 4 ist anzumerken, daß die dargestellten Mittel zur Verzögerung, insbesondere die Stabe 13, selbstverständlich keine Anordnung bilden, die im strengsten mathematischen Sinne kreissymmetrisch ist, also eine kontinuierliche Symme- triegruppe aufweist. Jedoch ist zu bedenken, daß jeder der Stabe 13 gewisse lokale Störungen, insbesondere Turbulenzen, m dem Strom 5 erzeugt, die aber innerhalb einer eher kurzen Distanz hinter dem jeweiligen Stab 13 abgeklungen sind. Jenseits einer gewissen Distanz hinter der Anordnung der Stabe 13 homogenisiert der Strom 5 sich wieder und behalt lediglich Eigenschaften, die bezüglich der Achse 1 effektiv kreissymmetrisch verteilt sind. Bei einer tatsachlichen Realisierung der Erfindung im Sinne des Ausfuhrungsbeispiels gemäß Figur 4 mit Stäben 13, wobei entsprechende Erwägungen selbstverstand- lieh für Lochbleche 17 und Siebe 18 gelten, ist also die Anzahl und Geometrie der Stabe 13 anhand der aerodynamischen Gegebenheiten der zu realisierenden Vorrichtung zu wählen; entsprechende Kenntnisse und Mittel stehen den einschlägig bewanderten und tatigen Personen zu Gebote.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite bevorzugte Weiterentwicklung, bei der das Mittel zur Verzögerung im Gegensatz zum Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 4 bezuglich der Achse 1 nicht kreissymmetrisch, sondern gebrochen symmetrisch ausgeführt ist. Im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 5 ist die Symmetrie so weit gebrochen, daß eine diskrete, nämlich vier- zahlige, Symmetrie vorliegt. Die Anordnung der Stabe 13 gemäß Figur 5 ist so gedacht, daß sie Unregelmäßigkeiten m dem Strom 5 erzeugt, die sich bis weit hinter die Stabe 13 und das Drallgitter 9 fortsetzen und auch nach dem Austritt aus der Vorrichtung noch vorhanden sind. Nach Austritt aus der Vorrichtung liegt dementsprechend m dem Strom 5 em effektiv ungleichmäßiges Geschwmdigkeitsfeld vor, welches ebenfalls die Bildung von Wirbeln, welche den Strom 5 umgeben konnten, unterdruckt und somit zur gewünschten akustischen Stabilisierung einer m dem Strom 5 erzeugten Flamme dienen kann.

Alle Ausfuhrungsformen der Erfindung sind von besonderer Bedeutung zur Verwendung m einer Gasturbine, um dort einen von einem Verdichter bereitgestellten komprimierten Luftstrom durch Verbrennung eines Brennstoffs aufzuheizen, worauf der aufgeheizte Strom m einer Turbine entspannt wird. Ausgezeichnet ist die Erfindung insbesondere dadurch, daß sie einerseits lediglich passive Maßnahmen zur Stabilisierung einer Verbrennung vorsieht und andererseits keine Abzweigung von Luft von derjenigen Luft, die ansonsten für die Verbrennung zur Verfugung steht, erfordert.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs (6) m Luft, umfassend: einen Rmgkanal (4) zur Fuhrung der Luft m einem bezüglich einer Achse (1) meridionalen Strom (5); em Drallgitter (9) zur Aufpragung eines Dralls (10) auf den

Strom (5) ; und em Mittel (11,12,16) zur Einmischung des Brennstoffs (6) den Strom (5) unter Bildung eines im wesentlichen homogenen

Gemischs; g e k e n n z e i c h n e t d u r c h em Mit tel ( 13 , 17 , 18 ) zur

Verzögerung eines bezüglich der Achse (1) radial außenliegen- den Teils des Stroms (5) gegenüber anderen Teilen des Stroms (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung em m dem Rmgkanal (4) angeordneter und einen bezüglich der Achse (1) kreissymmetrisch ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung e in dem Rmgkanal (4) angeordneter und einen bezüglich der Achse (1) radial außenliegenden Teil dess Ringkanals (4) überreichender Drosselring (13,17,18) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Drosselring (13,17,18) stromaufwärts des Drallgitters (9) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Drosselring (13, 17, 18) gebildet ist aus gleichmaßig verteilten Drosselelementen (13, 17, 18) .

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Drosselring (13,17,18) aus in dem Rmgkanal (4) angeordneten Stäben (13) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mittel (13, 17, 18) zur Verzögerung bezüglich der Achse (1) gebrochen symmetrisch, insbesondere diskret symmetrisch, ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Mittel (13, 17, 18) gebildet ist aus ungleichmäßig um die Achse (1) verteilten Drosselelementen (13, 17, 18), insbesondere Stäben (13).

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei der das Mittel (11, 12) zur Einmischung des Brennstoffs (6) eine Anordnung von Düsen (11, 12, 16) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Düsen (11, 12) in dem Drallgitter (9) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Düsen (11, 12) in Leitschaufeln (9) des Drallgitters (9) angeordnet sind.

12. Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffs (6) in Luft, bei dem die Luft in einem eine Achse (1) umringenden, sich bezüglich der Achse (1) meridional und mit einem Drall (10) fortsetzenden Strom (5) bereitgestellt und im wesentlichen homogen mit Brennstoff (6) vermischt wird unter Bildung eines Gemisches, das zur Verbrennung des Brennstoffs (6) entzündet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor der Entzündung em bezüglich der Achse (1) radial außen- liegender Teil des Stroms (5) gegenüber anderen Teilen des Stroms (5) verzögert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der radial außenliegende Teil des Stroms (5) bezuglich der Achse (1) kreissymmetrisch ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der radial außenliegende Teil des Stroms (5) bezüglich der Achse (1) gebrochen symmetrisch ist.