预混喷燃器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于操作热发生器的预混喷燃器，该喷燃器至少具有旋流发生器、在旋流发生器下游的混合区段、以及用于将来自旋流发生器的旋流传送到混合区段内的过渡件。本发明还涉及用于这种预混喷燃器的过渡件。过渡件(2)包括连接到旋流发生器(1)的入口、连接到混合管的出口、以及在所述入口与所述出口之间的连续限流内部轮廓(12)，其中所述内部轮廓(12)至少在入口区段中朝混合管的内径径向向内弯曲，且其中内部轮廓(12)在出口处与混合管的内部限流轮廓齐平。
【专利说明】预混喷燃器【技术领域】
[0001]本发明涉及用于操作热发生器的预混喷燃器(burner)，该喷燃器至少具有旋流发生器、在旋流发生器下游的混合区段、以及用于将来自旋流发生器的旋流传送到混合区段内的过渡件。本发明还涉及用于这种预混喷燃器的过渡件。
【背景技术】
[0002]从许多出版物例如EP 704657、EP 780629中已知上述通用型的预混喷燃器。
[0003]这种类型的预混喷燃器基于以下普通操作原理:将燃烧空气和气态和/或液体燃料喷射到成圆锥形设计的旋流发生器内，在其中混合并产生燃料/空气混合物的旋流，其中旋流发生器提供以相互重叠装配以形成用于燃料和空气的切向入口槽的至少两个圆锥形半壳。在旋流发生器的下游布置有用于使燃料和空气在点火发生之前均匀地混合的混合区。混合物的点火和燃烧发生在带有预混火焰的燃烧室内部。由于在喷燃器出口处从喷燃器到燃烧室内的不连续过渡，旋流变得不稳定且最终分解成带有中央再循环区的环形流，预混火焰形成于中央再循环区的前向区域中。预混火焰的空间位置由旋流在混合区的出口处的空气动力学表现确定。
[0004]来自旋流发生器的流经由过渡件被引导至混合区内。
[0005]过渡件已在EP 1714081中或在WO 2006094939中公开。图2是EP 1714081的图7的复制品。旋流发生器I的锥形外壳部段4相对于贯穿预混喷燃器居中地延伸的喷燃器轴线A安置。锥形外壳4界定在流动方向上成圆锥形地展宽的旋流空间。在任何情况下，彼此相邻布置的两个外壳部段4封闭空气入口槽5，空气流通过该空气入口槽渗透到旋流空间内。每个单独的锥形外壳部段4具有用于使燃料混合到经过空气入口槽5的进入空气流内的燃料供应管线6。单独的锥形外壳部段4展开，它们的下游端位于过渡件2的内侧壁7上。沿着相交线8，单独的锥形外壳4连接到过渡件2的内壁7上。该壁7可包括沿下游方向成圆锥形地渐缩的截顶圆锥形部分。
[0006]当前的过渡件共存以下问题:必须包括锐利边缘以将旋流从角状排出截面引入圆形截面。过去，已发现这些过渡件是由于低速条纹而回火或通过形成局部再循环区而过早自行点火的风险的主要诱因。旋流器的端部区域的形状和特征是总体喷燃器稳固性的重要参数。
【发明内容】
[0007]本发明致力于优化旋流发生器与混合区之间的过渡件以避免已知过渡件的上述缺点。本发明的一个目的是提供限流轮廓从旋流发生器到混合区内的平滑过渡。借助独立权利要求的主题来实现本发明的这个和其它目的。有利实施例在从属权利要求中给出。
[0008]本发明基于以下主要概念:通过旋流器直径的增加和径向过渡区段的添加来替换旋流发生器的下游端，其使突出的外壳后缘延伸到混合区内，使用锐利边缘过渡件(参看例如EP 1714081，图5)，其中添加径向过渡区段以便在槽的下游端向进入流提供径向速度分量并向混合管内壁提供平滑过渡。
[0009]本发明的一个重要方面涉及一种用于热发生器的预混喷燃器，该预混喷燃器主要包括:
?旋流发生器，该旋流发生器具有至少两个喷燃器外壳，其彼此互补以形成轴向成圆锥形地展宽的旋流空间且其在轴向锥体纵向方向上互相限定切向槽，燃烧空气经切向槽被引入旋流空间内，以 及用于将燃料供给到至少布置在沿着切向槽的区段中的燃烧空气流内的装置，
?旋流发生器下游的混合管，用于在将燃料-空气混合物引入发生点火的燃烧室内之前使燃料和燃烧空气均匀地混合，
?旋流发生器与混合管之间的过渡件，用于将燃烧空气和燃料流从旋流发生器传送到混合管内，其中该过渡件包括连接到旋流发生器的入口和连接到混合管的出口、以及在所述入口与所述出口之间的连续限流内部轮廓，
?其中所述内部轮廓至少在入口区段中朝混合管的内径径向向内弯曲，且其中，该内部轮廓在出口处与混合管的内壁齐平。
[0010]本发明的另一方面涉及一种用于预混喷燃器的过渡件，其中该预混喷燃器主要包括:
?旋流发生器，该旋流发生器具有至少两个喷燃器外壳，其彼此互补以形成轴向成圆锥形地展宽的旋流空间且其在轴向锥体纵向方向上互相限定切向槽，燃烧空气经切向槽被引入旋流空间内，以及用于将燃料供给到至少布置在沿着切向槽的区段中的燃烧空气流内的装置，
?并且其中，过渡件被设计成连接到该预混喷燃器的旋流发生器的出口，
?其中，所述过渡件至少包括壳体，该壳体带有内通道、入口、出口、以及在所述入口与所述出口之间的连续限流内部轮廓，
?其中，所述内部轮廓至少在入口区段中径向向内弯曲。
[0011]过渡件的径向向内弯曲入口区段在旋流发生器的下游端始于槽的前缘。
[0012]由此，径向速度分量施加到燃烧空气和燃料的进入流上。
[0013]根据本发明的优选实施例，内部轮廓在过渡件的入口处配备有凹入形状。
[0014]根据本发明的特别优选的实施例，内部轮廓在过渡件的入口处配备有圆弧型面。
[0015]该措施的优点是简化的设计。
[0016]根据本发明的一个方面，限流内部轮廓的径向向内弯曲区段向上延伸到过渡件的出口，与混合管的内径齐平。
[0017]根据本发明的备选方面，内部轮廓的径向向内弯曲区段止于出口上游的区段中，且内部轮廓从该上游区段以恒定直径延续到出口。
[0018]本发明致力于改进喷燃器以防止流路中的局部再循环和低速区域，由此降低回火的风险。一个基本事实是，过渡件中的内部轮廓的延伸不具有陡然拐折点，从而避免流分离的风险。这特别是在利用中等或高度活性燃料操作喷燃器时是一个重要优点。
[0019]所公开的过渡几何形状产生轴向速度分布朝混合管中心的增加，使得过早点火的风险被最小化。
[0020]本发明适用于任意类型的“圆锥形喷燃器”，不论名义直径或锥角如何。在本发明中典型地考虑直径小于180mm且锥角低于20°的喷燃器，尽管本发明并不限于喷燃器的尺寸。
[0021]对于本领域技术人员而言，“圆锥形喷燃器”是普通技术术语。圆锥形喷燃器例如在 EP 321809、EP 704657 或 EP 780629 中公开。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]通过示例的方式，下文参照附图更完整地描述本公开的实施例，在附图中:
图1示出普通预混喷燃器的剖面侧视图；
图2示出根据现有技术的过渡件的透视图；
图3示出根据本发明的过渡件的透视图；
图4a、4b示出根据本发明的过渡件的两个示例性实施例的剖面侧视图。
[0023]附图标记:
I旋流发生器 2过渡件 3混合管 4锥形外壳部段 5槽
6燃料供应管线 7 2的内壁 8相交线 9内部空间 10燃料喷管 11燃料 12 2的内部轮廓 13梯度
142的入口
152的出口
163的内部轮廓/有效直径。
【具体实施方式】
[0024]现在将参照附图描述本发明的示例性实施例，在全部附图中相似附图标记用于表示相似元件。在以下描述中，出于说明的目的，阐述了许多具体细节以提供本公开的透彻理解。然而，本公开可在没有这些具体细节的情况下实践，且不限于本文公开的示例性实施例。
[0025]图1和图2示意性地示出用于热发生器的通用预混喷燃器的原理设计。此类喷燃器的使用领域为静止燃气涡轮。所述喷燃器由带有至少两个中空圆锥形外壳4的圆锥形旋流发生器I组成，锥形外壳4彼此内外嵌套，以限定成圆锥形地扩张的内部旋流空间9并提供纵向槽5，燃烧空气经纵向槽5切向地喷射到内部旋流空间9内。在旋流空间9的初始部分，收纳有优选用于喷射液体燃料的中央燃料喷管10。沿着切向空气入口槽5布置，圆锥形截面外壳4各自具有燃料管线6，其带有用于将优选气态的燃料喷射到流经其的燃烧空气内的开口。切向地进入旋流空间9的燃烧空气和燃料在其中产生旋流。来自旋流发生器I的旋流被引导至混合管3内。这是经由过渡件2完成的，过渡件2将流传送到混合管3的邻接截面中。流无损失地平滑引入旋流发生器I与混合管3之间防止了回流区的直接形成。
[0026]在图3和图4中示出过渡区段内的限流内部轮廓的设计的细节，其特征在于从旋流发生器I到混合管3内的平滑过渡。过渡件2提供了在入口与出口之间没有任何陡然拐折(abrupt inflection)的连续限流内部轮廓12。过渡区段2在旋流发生器I中的槽5的下游端开始于外壳4的前缘。限流轮廓12在该点进入径向向内弯曲区段。圆锥形外壳4的下游端在该径向向内弯曲区段中邻接内部轮廓12。弯曲区段的最大梯度13处于该起点。梯度13沿下游方向均匀地下降。当梯度13接近零时，达到混合管3的有效直径16。
[0027]用于内部轮廓12的径向向内弯曲的延伸的一个变型为圆弧型面。这种型面的一个优点是其容易的设计。
[0028]在优选实施例中，限流内部轮廓12的所述径向向内弯曲区段向上延伸到过渡件2的出口 15。
[0029]根据另一实施例，内部轮廓12的径向向内弯曲区段止于出口上游的区段中，且内部轮廓12从该上游区段以恒定直径延续到出口 15。
[0030]在每种情况下，在其出口处，过渡件2的内部轮廓12与混合管3的内部轮廓16齐平，即不带锐利边缘或截面跳跃的过渡。
【权利要求】
1.一种用于热发生器的预混喷燃器，主要包括: 旋流发生器(I)，所述旋流发生器(I)具有至少两个喷燃器外壳(4)，其彼此互补以形成轴向成圆锥形地展宽的旋流空间(9)且其在轴向锥体纵向方向上互相限定切向槽(5)，燃烧空气经所述切向槽被引入所述旋流空间(9)内，以及用于将燃料供给到至少布置在沿着所述切向槽(5)的区段中的燃烧空气流内的装置(6)， 所述旋流发生器(I)下游的混合管(3)，用于在将燃料-空气混合物引入发生点火的燃烧室内之前使燃料和燃烧空气均匀地混合， 所述旋流发生器(I)与所述混合管(3)之间的过渡件(2)，用于将燃烧空气和燃料流从所述旋流发生器(I)传送到所述混合管(3)内， 其特征在于， 所述过渡件(2)包括连接到所述旋流发生器(I)的入口(14)、连接到所述混合管(3)的出口(15)以及在所述入口(14)与所述出口(15)之间的连续限流内部轮廓(12)，其中所述内部轮廓(12)至少在入口区段中朝所述混合管(3)的内径径向向内弯曲，并且其中所述内部轮廓(12)在所述出口(15)处与所述混合管(3)的内部限流轮廓齐平。
2.根据权利要求1所述的预混喷燃器，其特征在于，所述过渡件(2)的所述径向向内弯曲的内部轮廓(12)在所述旋流发生器(I)的下游端始于所述槽(5)的前缘。
3.根据权利要求1或2所述的预混喷燃器，其特征在于，所述内部轮廓(12)在所述过渡件(2)的所述入口区段处的配备有凹入形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的预混喷燃器，其特征在于，所述径向向内弯曲轮廓(12)具有梯度(13)，且该梯度(13)沿下游方向下降。
5.根据权利要求4所述的预混喷燃器，其特征在于，所述内部轮廓(12)在所述过渡件(2)的所述入口区段处配备有圆弧型面。
6.根据权利要求5所述的预混喷燃器，其特征在于，所述圆弧型面区段包括中心角(μ )且其中μ≤90°。
7.根据权利要求6所述的预混喷燃器，其特征在于，μ<45°。
8.根据权利要求1所述的预混喷燃器，其特征在于，所述内部轮廓(12)的所述径向向内弯曲区段从所述过渡件⑵的入口(14)向上延伸到其出口(15)。
9.根据权利要求1所述的预混喷燃器，其特征在于，所述内部轮廓(12)的径向向内弯曲区段止于所述出口(15)的上游。
10.根据权利要求9所述的预混喷燃器，其特征在于，所述过渡件(2)包括带有径向向内弯曲的入口区段和圆柱形出口区段的内部限流轮廓(12)。
11.根据权利要求10所述的预混喷燃器，其特征在于，所述圆柱形出口区段与所述混合管(3)的内部轮廓齐平。
12.根据权利要求1所述的预混喷燃器，其特征在于，所述过渡件(2)为所述旋流发生器(I)的整体部分。
13.一种用于预混喷燃器的过渡件，其中所述预混喷燃器主要包括: 旋流发生器(I)，所述旋流发生器(I)具有至少两个喷燃器外壳(4)，其彼此互补以形成轴向成圆锥形地展宽的旋流空间(9)且其在轴向锥体纵向方向上互相限定切向槽(5)，燃烧空气经所述切向槽被引入所述旋流空间(9)内，以及用于将燃料供给到至少布置在沿着所述切向槽(5)的区段中的燃烧空气流内的装置(6)， 并且其中，所述过渡件(2)被设计成连接到该预混喷燃器的所述旋流发生器(I)的出Π, 其特征在于， 所述过渡件(2)至少包括壳体，所述壳体带有内通道、入口(14)、出口(15)、以及在所述入口(14)与所述出口(15)之间的连续限流内部轮廓(12)，其中所述内部轮廓(12)至少在所述入口区段中径向向内弯曲。
14.根据权利要求13所述的过渡件，其特征在于，所述内部轮廓(12)至少在所述入口区段中配备有凹入形状。
15.根据权利要求13或14所述的过渡件，其特征在于，所述径向向内弯曲轮廓(12)具有梯度(13)，且该梯度(13)沿下游方向下降。
16.根据权利要求15所述的过渡件，其特征在于，所述内部轮廓(12)至少在所述入口区段中配备有圆弧型面。
17.根据权利要求15所述的过渡件，其特征在于，所述圆弧型面包括中心角(μ)且其中μ≤90°。
18.根据权利要求15所述的过渡件，其特征在于，μ<45°。
19.根据权利要求13至18中的一项所述的过渡件，其特征在于，所述径向向内弯曲入口区段从其入口(14)向上延伸到其出口(15)。
20.根据权利要求13至18中的一项所述的过渡件，其特征在于，所述内部轮廓(12)包括径向向内弯曲的入口区段和圆柱形出口区段。
【文档编号】F23D14/64GK103672891SQ201310387167
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】F.M.根恩, M.里伊克, B.派科特 申请人:阿尔斯通技术有限公司