用于燃?xì)鉁u輪的多錐體式預(yù)混合噴燃器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪的多錐體式預(yù)混合噴燃器(10)，其包括多個(gè)外殼(16a-d)，所述多個(gè)外殼(16a-d)圍繞中心噴燃器軸線(11)布置并且是在下游方向上敞開(kāi)的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線(11)移置，使得在每一對(duì)相鄰?fù)鈿?16a-d)之間限定有切向狹槽(17)。這樣的噴燃器(10)的火焰峰通過(guò)提供具有在軸向方向上變化的錐角的虛擬公共錐體而穩(wěn)定化。
【專利說(shuō)明】用于燃?xì)鉁u輪的多錐體式預(yù)混合噴燃器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪技術(shù)。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序所述的用于燃?xì)鉁u輪的多錐體式預(yù)混合噴燃器(burner)。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去20多年中，具有短但有效的預(yù)混合區(qū)的噴燃器(所謂的EV噴燃器:環(huán)保的V形噴燃器)已經(jīng)以非常低的NOx水平在本 申請(qǐng)人:的若干燃?xì)鉁u輪中實(shí)現(xiàn)。除此之外，預(yù)混合技術(shù)的三種變型已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)和部署在這些燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中:順序EV噴燃器，這是一種允許將天然氣和石油預(yù)混合到熱排氣流中以再熱第一高壓渦輪的排氣的技術(shù)；MBtuEV噴燃器，該噴燃器用來(lái)以低NOx排放量在預(yù)混合火焰中燃燒合成氣；以及高級(jí)EV噴燃器(AEV)，該噴燃器能夠在燃燒之前預(yù)蒸發(fā)和預(yù)混合液體燃料并以非常低的NOx排放量燃燒液體燃料而不噴水。
[0003]文獻(xiàn)EP O 851 172 A2公開(kāi)了一種示例性的雙錐體式EV噴燃器，其用于以液體和/或氣體燃料操作燃燒室，從而使此目的所需的燃燒空氣通過(guò)切向進(jìn)氣管道導(dǎo)入噴燃器的內(nèi)部空間。這種流的導(dǎo)向?qū)е聝?nèi)部空間中的旋流，該旋流在噴燃器的出口處引起回流區(qū)。為了穩(wěn)定在此處形成的火焰峰，在形成噴燃器的每個(gè)分體件處設(shè)有至少一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)有用于將補(bǔ)充空氣噴入旋流中的入口開(kāi)口。由于這種噴射，在分體件的內(nèi)壁處形成薄膜，該薄膜防止火焰能夠沿著分體件的內(nèi)壁回火至噴燃器的內(nèi)部空間中。
[0004]文獻(xiàn)EP 2 423 597 A2示出了雙錐噴燃器形式的另一種示例性EV噴燃器，該噴燃器具有布置成一個(gè)嵌套在另一個(gè)內(nèi)部的兩個(gè)部分錐體外殼(shell)，在這兩個(gè)外殼之間形成進(jìn)氣管道，來(lái)自外部的燃燒空氣通過(guò)該管道流入預(yù)混合噴燃器的圓錐形內(nèi)部空間中。橫向于燃燒空氣的流動(dòng)方向延伸的噴射口的孔的線性排布置在進(jìn)氣管道的外壁上，并且氣體燃料通過(guò)這些孔噴入橫向于它們流過(guò)的燃燒空氣中。
[0005]文獻(xiàn)DE 195 45 310 Al公開(kāi)了由具有外錐形殼體和內(nèi)錐形殼體的中空錐形組成的另一種預(yù)混合噴燃器。至少兩個(gè)進(jìn)氣管道切向于內(nèi)錐形殼體延伸并且沿直的錐形殼體線定位。所形成的部分外殼的部分錐體軸線位于相同的錐體軸線上。預(yù)混合噴燃器被分成包含進(jìn)氣管道的至少兩個(gè)(例如四個(gè))部分，以便使燃燒空氣產(chǎn)生旋流。燃料噴嘴定位在錐體頂端以用于噴射液體燃料。
[0006]用于具有直錐體的現(xiàn)有EV和AEV噴燃器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為出口直徑、狹槽寬度和錐角。這些參數(shù)選擇成使得對(duì)于給定的通流能力和壓力損耗來(lái)說(shuō)在噴燃器出口附近發(fā)生渦旋破裂。約束為:旋流強(qiáng)度沿軸線線性增加，直到其達(dá)到噴燃器軸線附近的渦旋破裂的臨界旋流強(qiáng)度。這意味著，利用這些參數(shù)來(lái)預(yù)設(shè)噴燃器長(zhǎng)度和噴燃器包絡(luò)(envelop)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種多錐體式預(yù)混合噴燃器，該噴燃器避免了已知的預(yù)混合噴燃器的缺點(diǎn)并且具有高的中心再循環(huán)泡的穩(wěn)定性和因此減少的火焰峰軸向擺動(dòng)。[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種預(yù)混合噴燃器，該噴燃器提供了在沒(méi)有諸如長(zhǎng)噴槍的鈍體的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的可能性。
[0009]這些和其它目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合噴燃器實(shí)現(xiàn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的預(yù)混合噴燃器包括多個(gè)外殼，所述多個(gè)外殼圍繞中心噴燃器軸線布置并且是在下游方向上敞開(kāi)的虛擬的軸向延伸公共錐體的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線移置(displaced)，使得在每對(duì)相鄰?fù)鈿ぶg限定有切向狹槽。
[0011]其特征在于，所述虛擬公共錐體具有在軸向方向上變化的錐角。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，虛擬公共錐體的錐角在下游方向上增加。
[0013]具體而言，虛擬公共錐體的錐角的變化通過(guò)圍繞中心噴燃器軸線扭轉(zhuǎn)所述公共錐體而產(chǎn)生。
[0014]更具體而言，扭轉(zhuǎn)的公共錐體的表面區(qū)域通過(guò)圍繞中心噴燃器軸線旋轉(zhuǎn)子午線而產(chǎn)生，該子午線的一端相對(duì)于另一端圍繞中心噴燃器軸線旋轉(zhuǎn)預(yù)定的扭轉(zhuǎn)角，并且外殼通過(guò)沿相應(yīng)的子午線切割所述虛擬公共錐體而產(chǎn)生。
[0015]特別地，扭轉(zhuǎn)角等于或大于30°。
[0016]具體而言，扭轉(zhuǎn)角等于或大于60°。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，公共錐體被分成四個(gè)相同的部分或外殼。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)外殼配有沿相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預(yù)混合氣體通道，使得氣體能從所述預(yù)混合氣體通道通過(guò)氣體噴射孔噴入通過(guò)相鄰的狹槽進(jìn)入外殼的布置的內(nèi)部的空氣流中。
[0019]具體而言，所述預(yù)混合氣體通道均具有柱形形狀。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]現(xiàn)在將借助于不同的實(shí)施例并參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
[0021]圖1示出用于產(chǎn)生用于具有60°的扭轉(zhuǎn)角的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的預(yù)混合噴燃器的虛擬錐體的基本幾何元素；
圖2示出由圖1的元素產(chǎn)生的鐘形虛擬錐體；
圖3示出將圖2的虛擬錐體分解成四個(gè)單獨(dú)的外殼，這些外殼然后垂直于噴燃器軸線移置；
圖4示出具有相應(yīng)的噴燃器噴槍的根據(jù)圖3的真實(shí)外殼的實(shí)際組合；
圖5示出具有布置在每個(gè)外殼間狹槽處的預(yù)混合氣體通道的圖4的噴燃器構(gòu)型；以及圖6以對(duì)照表的形式示出對(duì)于三種不同的扭轉(zhuǎn)角(即0° (A)、30° (B)和60° (C))的噴燃器構(gòu)型。
[0022]部件列表
10預(yù)混合噴燃器
11軸線
12噴燃器頭部
13噴燃器出口
14扭轉(zhuǎn)角
15虛擬錐體(扭轉(zhuǎn)的、鐘形的) 16a-d 外殼(虛擬錐體的部分)
17狹槽
18噴燃器噴槍 19a-d 預(yù)混合氣體通道
20子午線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的預(yù)混合噴燃器10的構(gòu)型，其包括帶有噴燃器噴槍18的沿中心噴燃器軸線11延伸的旋流器布置，噴燃器噴槍18在下游方向上緊接著四個(gè)具有錐形形狀的外殼16a-d，外殼16a-d垂直于軸線11移置且相對(duì)于軸線11布置成90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。在每一對(duì)相鄰?fù)鈿ぶg設(shè)有狹槽17，空氣能通過(guò)狹槽17進(jìn)入外殼布置的內(nèi)部。沿每個(gè)外殼的縱向邊緣延伸的預(yù)混合氣體通道19a-c將氣體燃料通過(guò)一系列孔(未示出)噴射到進(jìn)入狹槽17的空氣流中，從而引發(fā)空氣和燃料的預(yù)混合。
[0024]為了由于高度軸向的迎面流而改善空氣流的入射角，本發(fā)明利用直的預(yù)混合氣體通道19a_c，該氣體通道不限定在噴燃器的子午面上，而是傾斜于噴燃器子午面。
[0025]通過(guò)使直的氣體通道19a_d傾斜，EV式噴燃器外殼的所有表面線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而偏離初始的錐形形狀而朝鐘形形狀變化。
[0026]參照?qǐng)D1-4，這種扭轉(zhuǎn)可解釋如下:為了產(chǎn)生外殼16a_d的形狀，作業(yè)者從如圖1所示的幾何形狀開(kāi)始，其中噴燃器頭部12 (噴燃器的上游端)由第一圓表示，該第一圓具有較小的直徑并且定向成垂直于噴燃器軸線11且與噴燃器軸線11同軸。噴燃器出口 13 (噴燃器的下游端)由第二圓表示，該第二圓具有較大的直徑并且定向成垂直于噴燃器軸線11且與噴燃器軸線11同軸?，F(xiàn)在將示例性的子午線20上游端相對(duì)于下游端圍繞噴燃器軸線11扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)角14。扭轉(zhuǎn)角14在該示例中為60°。
[0027]現(xiàn)在，扭轉(zhuǎn)的子午線20圍繞噴燃器軸線11旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生虛擬錐體15，虛擬錐體15被扭轉(zhuǎn)并且因此為鐘形的(圖2)。
[0028]然后將圖2的虛擬錐體15分成四個(gè)單獨(dú)的外殼16a_d,每個(gè)外殼垂直于噴燃器軸線被移置以便以90°的步進(jìn)打開(kāi)圍繞噴燃器軸線11分布的四個(gè)狹槽17(圖3)。
[0029]圖4再次示出四個(gè)外殼16a_d，其此時(shí)具有一定厚度并且在距軸線11 一定半徑處被切斷。另外，圖4中示出了噴燃器的頭部和噴燃器噴槍18的最后部分。
[0030]圖5示出由四個(gè)外殼16a_d組成的噴燃器旋流器，其附連有四個(gè)柱形預(yù)混合氣體通道19a_c。外殼16a_d和氣體通道19a_c均在距噴燃器軸線11 一定半徑處被切斷。氣體通道19a_c沿傾斜的子午線定向，并且包含沿管道的許多氣體噴射孔以實(shí)現(xiàn)氣體和通過(guò)縱向狹槽17進(jìn)入的空氣的良好預(yù)混合。
[0031]噴燃器外殼16a_d的鐘形形狀在噴燃器的上游部分具有比在噴燃器的下游部分更小的錐角。這是重要的創(chuàng)新特征，因?yàn)樗试S改變沿噴燃器軸線11的噴燃器旋流數(shù):較小的錐角導(dǎo)致在噴燃器上游部分中較低的旋流數(shù)，而下游較大的錐角在這里產(chǎn)生較高的旋流數(shù)。
[0032]這具有以下后果:
具有直錐體的現(xiàn)有EV和AEV噴燃器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為出口直徑、狹槽寬度和錐角。這些參數(shù)選擇成使得對(duì)于給定的通流能力和壓力損耗來(lái)說(shuō)在噴燃器出口附近發(fā)生渦旋破裂。約束為:旋流強(qiáng)度沿軸線線性增加，直到其達(dá)到噴燃器軸線附近的渦旋破裂的臨界旋流強(qiáng)度。這意味著，利用這些參數(shù)來(lái)預(yù)設(shè)噴燃器長(zhǎng)度和噴燃器包絡(luò)。
[0033]相比之下，本實(shí)際發(fā)明具有沿軸線穩(wěn)定增加的旋流強(qiáng)度梯度。這意味著:相比具有直錐體的EV和AEV噴燃器，以更強(qiáng)的旋流強(qiáng)度梯度實(shí)現(xiàn)用于渦旋破裂的臨界旋流強(qiáng)度，這意味著由于更強(qiáng)的空氣動(dòng)力學(xué)保持力而更好地固定軸向渦旋破裂位置。相比于具有直錐體的現(xiàn)有設(shè)計(jì)，對(duì)于給定的通流能力和壓力損耗來(lái)說(shuō)，利用該設(shè)計(jì)還可實(shí)現(xiàn)更短的噴燃器布局。
[0034]此外，在沒(méi)有諸如長(zhǎng)噴槍的鈍體的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的可能性允許緊接在噴燃器頭部的上游處噴射干性油，并且因此使燃料油有足夠的時(shí)間沿噴燃器軸線蒸發(fā)，直到其進(jìn)入中心再循環(huán)區(qū)并在那里被點(diǎn)燃。
[0035]圖1至圖5的示例示出了虛擬錐體的扭轉(zhuǎn)角為60°的外殼構(gòu)型。然而，可使用其它扭轉(zhuǎn)角。圖6以對(duì)照表的形式示出了對(duì)于三種不同的扭轉(zhuǎn)角(即0° (A)、30° (B)和60° (C))的噴燃器構(gòu)型及其變型。容易看出，隨著扭轉(zhuǎn)角14的增加，虛擬錐體15的鐘形形狀變得越來(lái)越明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪的多錐體式預(yù)混合噴燃器(10)，其包括多個(gè)外殼(16a-d)，所述多個(gè)外殼(16a-d)圍繞中心噴燃器軸線(11)布置并且是在下游方向上敞開(kāi)的虛擬的軸向延伸的公共錐體(15)的部分，其中使所述部分垂直于所述噴燃器軸線(11)移置，使得在每一對(duì)相鄰?fù)鈿?16a-d)之間限定有切向狹槽(17)，其特征在于，所述虛擬公共錐體(15)具有在軸向方向上變化的錐角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述虛擬公共錐體(15)的錐角在下游方向上增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述虛擬公共錐體(15)的錐角的變化通過(guò)圍繞所述中心噴燃器軸線(11)扭轉(zhuǎn)所述公共錐體(15)而產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)的公共錐體(15)的表面區(qū)域通過(guò)圍繞所述中心噴燃器軸線(11)旋轉(zhuǎn)子午線(20)而產(chǎn)生，所述子午線(20)的一端相對(duì)于另一端圍繞所述中心噴燃器軸線(11)旋轉(zhuǎn)預(yù)定的扭轉(zhuǎn)角(14)，并且所述外殼(16a-d)通過(guò)沿相應(yīng)的子午線(20)切割所述虛擬公共錐體(15)而產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)角(14)等于或大于30。。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)角(14)等于或大于60。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述公共錐體(15)被分成四個(gè)相等的部分或外殼(16a_d)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述外殼(16a-d)中的每一個(gè)配有沿所述相應(yīng)的外殼的軸向定向邊緣延伸的預(yù)混合氣體通道(19a_d)，使得氣體能從所述預(yù)混合氣體通道(19a_d)通過(guò)氣體噴射孔噴入通過(guò)所述相鄰的狹槽(17)進(jìn)入外殼(16a_d)的布置的內(nèi)部的空氣流中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的預(yù)混合噴燃器，其特征在于，所述預(yù)混合氣體通道(19a-d)均具有柱形形狀。
【文檔編號(hào)】F23D17/00GK103542412SQ201310288101
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】E.帕斯夸洛托, F.M.根恩, J.赫拉特 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司