燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及一种燃烧器（１００），它带有一燃烧空气通道（１０４），其中按这样的方式设置一个由一定数量涡流发生器元件（１０８）构成的涡流发生器（１０９），即，通过涡流发生器（１０９）可使流过涡流发生器（１０９）的燃烧空气（１１２）的平均流速提高到至少０．４个马赫数。由此实现燃烧区与燃烧空气输入区的流动声学去耦。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带有燃烧空气输送通道的燃烧器。在Christian Faber的著作“通过对声音旋转开关的设计进行特别考虑来计算涡轮机械的流动通道中的声波传播(Berechnung der Schallausbreitung indurchstroemten Kanaelen von Turbomaschinen unter besondererBeruecksichtigung der Auslegung von Drehtonschaltern)”(Shaker出版社，1993年亚琛)第3.4节中说明了，在流动通道内的不连续性是如何影响在此流动通道中流动的流体内声的传播的。书中导出散射系数、反射系数和透射系数，借助它们可以计算，加入的声能量的哪一部分发生了不连续性，以及哪一部分被反射。DE 4430697C1公开了一种鼓风消声器。此鼓风消声器由一个被不透气的壁围绕的流动管道组成，其中以亚音速流过气态介质。在流动管道内设一抑制空气(传播的)声波发射的装置。此装置沿介质流向布置在发出声波的噪声源之前，并用于逆流向抑制声波发射。该装置的流动管道有拉瓦尔喷管状的收缩。由于该拉瓦尔喷管状收缩，气态介质的速度加速到音速。由此构成了一个空气声波的反射屏障。在燃烧系统中它可能导致形成燃烧振荡。在Abbott A.Putnam的论文“工业中的燃烧驱动振荡(Combustion-Driven-Oscillations in Industry)”(AmeicanElsevier，New York 1971)中描述了这种燃烧振荡。按瑞利(Rayleigh)准则，燃烧振荡的形成发生在向燃烧室内的空气量周期性供热以及这种供热作为燃烧的周期性功率释放以与燃烧室内空气固有振荡相同的周期来进行时。相应地，燃烧振荡可以通过反相的功率释放来抑制。这种燃烧振荡可能导致严重的噪声污染，甚至造成燃烧装置部件的机械损伤。在上述论文第4页的一段“Pulsations in supply rate”中详细说明了，这种燃烧振荡可与空气或燃料供应耦合。为了避免向供应系统内传播脉动，建议在供应系统内造成大的压力损失，以便借此形成反射屏障。但是已经证实这种压力损失通常是不能接受的。在D.Schroeder的论文“避免燃烧振荡的措施-用于在燃烧器上流动声学去耦的特征值(Maβnahmen zur Vermeidung von Verbrennungs-schwingungen-Kennzahl zur stroemungsakustischen Entkopplung amBrenner)”(Gaswaerme International，Band 41，Heft 1，Januar 1992)中发展了一种流动声学的极限值判据，用于燃烧室与相关的管道系统去耦。去耦通过一个反射区实现，尤其在燃烧器中，反射区通过输入管的截面改变以及必要时附加地借助一块设在此横截面收缩处的孔板来形成。这些措施显然是有缺点的，因为输入燃烧器的介质压力损失很大。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种燃烧器，其中，燃烧器汇入其中的燃烧区与燃烧器用的燃烧空气输入管在流动声学上去耦，以及，由于这种去耦在燃烧空气中至多产生一个可认为合理的压力损失。按本专利技术，上述技术问题通过一种具有燃烧空气通道的燃烧器来解决，其中按这样的方式设由一定数量涡流发生器元件构成的涡流发生器(swirlgenerator)，即，通过涡流发生器可使流过涡流发生器的燃烧空气的平均流速提高到马赫数至少为0.4，尤其至少为0.6。在这里，平均流速是空气通过燃烧空气通道的通道截面的平均速度。在燃烧器内经常使用涡流发生器，以便使进入燃烧室内的燃烧用空气有稳定燃烧火焰的涡旋。通过与此同时借助涡流发生器将燃烧室气加速到马赫数至少0.4，使涡流发生器构成了声波的反射屏障。由此减弱或甚至消除在燃烧空气输入管道系统中燃烧振荡的传播。在这里通过借助于涡流发生器形成反射屏障，可以将燃烧空气中的压力损失保持为低水平。因此这种声学的去耦至多对于燃烧器组合在内的燃烧装置的效率造成微小的负面作用。在燃烧空气通道内优选设置由涡流叶片(swirl blade)组成的涡流叶片环(swirl-blade ring)，用于在燃烧室空气内产生涡流。还优选的是，涡流发生器由涡流叶片环构成。也就是说，取代设置附加的用于声学去耦的涡流发生器，将本来就存在的涡流叶片环设计为声学去耦用的涡流发生器。通过将涡流发生器元件设计为涡流叶片，提供了可简单地转换的措施，以便将燃烧空气中的压力损失保持为低水平。由于有效的横截面收缩导致燃烧室空气进入涡流叶片环内时加速，也就是说由于沿流动方向收缩的叶片型面重新扩张，通过扩张导致在燃烧空气内的压力恢复。因此将涡流发生器设计为涡流叶片环带来的优点是，不仅提供了一个本来就需要的用于产生稳定燃烧的涡流的装置，而且可以实现在燃烧空气内对效率起有利作用的压力恢复。优选地，涡流叶片环有第一和第二种叶片，它们沿涡流叶片环的周向彼此交替相继，其中第二种涡流叶片逆燃烧空气的流动方向相对于第一种涡流叶片错开。在这种情况下，优选地第一种涡流叶片有第一个最大叶型厚度，第二种叶片有第二个最大叶型厚度，以及第一个最大叶型厚度大于第二个最大叶型厚度。第一种叶片有第一个弦长而第二种叶片有第二个弦长。优选地第一个弦长小于第二个弦长。因此，此涡流发生器在一定程度上可以说由两个分叶片环构成，它们沿流动方向错开地交错排列。在这里，其中一个分环的叶片比另一个分环的叶片长而薄，确切地说，优选地沿流动方向布置在另一个分环之前的那个分环的叶片较长和较薄。采用这种设计，可以优化涡流叶片环的两种工作方式，亦即不仅发生涡流的功能而且还有声学上去耦的功能，这都可以通过分环恰当的尺寸设计和彼此的调谐充分地满足。此外，这种结构提供了一种简单的可能性按这样的方式在燃烧器内加装一个涡流叶片环，即，它可以附加地实现所要求的声学去耦。为此必须简单地在已有的涡流叶片环内插入另一个涡流叶片环。这通过将一个附加的涡流叶片安置在每两个已经存在的涡流叶片之间实现。通过恰当设计附加的这些涡流叶片的尺寸，将燃烧空气的速度按期望那样加速到马赫数高于0.4，优选地高于0.6。与此同时将附加的涡流叶片的型面曲线设计为，导致在燃烧空气中的压力恢复。这优选地通过一种逐渐扩张的流通截面来实现。尤其是，这种逐渐扩张按这样的方式设计，即它不会导致沿涡流叶片的流动分离。优选地，燃烧空气通道设计为环形。优选地在燃烧空气通道内可加入燃料，燃料在燃烧前在这里与燃烧空气强烈搀混。进一步有利的是，燃料可以从至少一些涡流发生器元件加入。通过燃料与燃烧空气在燃烧前强烈搀混(预混合式燃烧器)，达到减少氮氧化物排放量的目的。这是基于良好的混合通过火焰温度的均衡化带来的结果，因为氮氧化物排放量随火焰温度呈指数上升。附加地搀混燃料和燃烧空气提供了借助涡流发生器声学去耦的另一个优点，因为通过燃烧空气明显的加速和紧接着的压力恢复区域，在燃烧空气内附加的涡流，导致进一步改善燃烧空气和燃料的混合。必要时，也可以将涡流发生器的尺寸设计为能取消压力恢复部分，以及有利于通过提高紊流度改善混合。优选地，燃烧器有一个附加的引燃燃烧器(Pilotbrenner本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器（１００），它具有一燃烧空气通道（１０４），其中按这样的方式设置一个由一定数量涡流发生器元件（１０８）构成的涡流发生器（１０９），即，通过该涡流发生器（１０９）可使流过涡流发生器（１０９）的燃烧空气（１１２）的平均流速提高到至少０．４个马赫数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉夫海因，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]