專利名稱：用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器，包括:-燃燒器外殼，以及-先導(dǎo)燃燒室，該先導(dǎo)燃燒室包括供給模塊，該供給模塊將先導(dǎo)燃料和先導(dǎo)空氣提供到由先導(dǎo)燃燒器外殼包圍的先導(dǎo)燃燒空間內(nèi)，先導(dǎo)燃燒器外殼包括漸縮式出口，該漸縮式出口具有在所產(chǎn)生的主流方向上的限定長度的喉部，所述喉部將在先導(dǎo)燃燒區(qū)中產(chǎn)生的基團(tuán)與熱量的匯聚物排出到由所述燃燒器外殼包圍的主燃燒空間內(nèi)，-其中，燃燒器軸線由所述喉部的中心線限定，所述喉部的中心線在穿過所述喉部的所產(chǎn)生的主流方向上延伸。
背景技術(shù)：
由文獻(xiàn)W02009/121777已知一種起初所提及類型的燃燒器。該文獻(xiàn)中描述的該燃燒器的基本特征為:先導(dǎo)燃燒室設(shè)置有由其自身的燃燒外殼包圍的其自身的燃燒空間，并且先導(dǎo)燃燒室將熱量與基團(tuán)的匯聚物排出到主燃燒區(qū)內(nèi)，其使得能夠在點火之后穩(wěn)定燃燒。通常，與燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器設(shè)計相關(guān)聯(lián)的主要目的分別為:提高熱效率和穩(wěn)定性、消除脈動和噪音以及減少污染排放物，特別是減少氮氧化物、一氧化碳以及顆粒排放物后的未燃的碳?xì)浠衔?。這些目標(biāo)中的某些的確存在相矛盾的趨勢，因為熱效率的增大通常伴隨著熱氣體通道的溫度的升高，其會導(dǎo)致更大量的排放物，特別是氮氧化物的產(chǎn)生。此外，旨在完全氧化碳?xì)浠衔?，以避免一氧化碳或未燃的碳?xì)浠衔锏某霈F(xiàn)的特別稀薄的燃燒負(fù)面地影響了穩(wěn)定性，其增大了高頻率及低頻率起伏和噪音。由于所有參量似乎都彼此相關(guān)，因此在要求了創(chuàng)造性的情況下，例如穩(wěn)定性方面的改善應(yīng)當(dāng)也能夠?qū)崿F(xiàn)獲得關(guān)于熱效率方面的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是改善穩(wěn)定性以及避免特別低的頻率起伏，特別低的頻率起伏通常由燃燒器中火焰前緣的位置的起伏引起。本發(fā)明的另外的目的是減少排放物以及提高熱效率。根據(jù)本發(fā)明，提供一種起初所提及類型的燃燒器，該燃燒器還包括權(quán)利要求1的特征部分的特征。如上文提到的W02009/121777中所描述的常規(guī)喉部開口關(guān)于喉部的內(nèi)表面為相應(yīng)的圓筒形形狀的圓形，其中，先導(dǎo)燃燒空間沿到主燃燒空間內(nèi)的流的方向逐漸變細(xì)。穿過喉部的主流排出到主燃燒空間內(nèi)，該喉部是至少部分圓筒形的，其具有在穿過喉部的有效流的方向上的圓筒軸線。本發(fā)明的基本特征為:賦予排出的流關(guān)于周向方向的限定的速度分布。如果沒有不同地指明，則如軸向、徑向和周向的規(guī)定通常指所述燃燒器軸線。在根據(jù)W02009/121777的常規(guī)燃燒器內(nèi)，觀察到，由于火焰前緣從主燃燒區(qū)穿過喉部進(jìn)入到先導(dǎo)燃燒器外殼內(nèi)，所以會出現(xiàn)相對低頻率的不穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明，認(rèn)識到，火焰前緣穿過先導(dǎo)燃燒器的喉部進(jìn)入的可能性會受到以受控及限定方式賦予喉部中的速度流分布周向分量的顯著影響。這樣，能夠消除火焰前緣進(jìn)入先導(dǎo)燃燒器空間的問題。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的消除火焰前緣穿過喉部進(jìn)入先導(dǎo)燃燒器內(nèi)的可能性的非常有效的方式為:在喉部中形成突出部或凹進(jìn)部，以獲得如十字形或星形的徑向橫截面。另一優(yōu)選實施方式提供喉部的徑向橫截面，該徑向橫截面形成三角形、四邊形、五邊形或其他多邊形，而不是圓形。基本上，本發(fā)明的目的能夠通過在喉部中實施徑向橫截面來實現(xiàn)，其抑制了與主燃燒器空間中的周向速度分量對應(yīng)的周向速度分量，該周向速度分量由將空氣和/或燃料排出到主燃燒空間內(nèi)的旋流器來賦予。能夠通過在喉部中設(shè)置有徑向橫截面的優(yōu)選實施方式來獲得關(guān)于低頻率穩(wěn)定性以及關(guān)于穿過喉部的壓力損失的良好結(jié)果，該徑向橫截面包括所述喉部的內(nèi)表面的凸起部分和凹入部分。當(dāng)所述突出部和/或凹進(jìn)部設(shè)置成沿著中心線延伸的基本螺旋形形狀以賦予穿過喉部的流漩渦時，可期望進(jìn)一步的改善。具有類似效果的不同方法提供突出部和/或凹進(jìn)部，所述突出部和/或凹進(jìn)部基本上分別平行于所述燃燒器軸線，以賦予流不帶有漩渦的速度分布，以相比于主燃燒空間中的速度分布將周向速度減小至優(yōu)選地接近O。關(guān)于突出部和/或凹進(jìn)部的螺旋形形狀，有利的是，所述燃燒器包括旋流器，該旋流器將空氣或/和燃料排出到所述主燃燒空間中，從而形成在所述主燃燒空間中第一方向的主漩渦，其中，所述突出部和/或凹進(jìn)部形成為以致賦予離開所述喉部的流反向的漩渦。該設(shè)計應(yīng)當(dāng)非常有效地抑制了火焰前緣從主燃燒空間穿過喉部的任何侵入。通過將噴嘴設(shè)置在喉部中，能夠進(jìn)一步改善有益的效率，該噴嘴用于將燃料排出到穿過喉部的帶有熱量和基團(tuán)的流內(nèi)。如果要利用供給模塊供給至先導(dǎo)燃燒室的燃料的至少一部分而是通過所述噴嘴被噴射，則能夠降低先導(dǎo)燃燒空間中的溫度，從而導(dǎo)致了較低水平的氮氧化物。另一方面，由于燃料被以較小直徑噴射在喉部的區(qū)域中，所以形成所噴射的燃料與穿過喉部的帶有基團(tuán)的流的顯著改善的混合，其容易在噴嘴的位置處使燃料射流侵入到該流內(nèi)。當(dāng)噴嘴設(shè)置在喉部中的所述突出部和/或凹進(jìn)部的側(cè)面或側(cè)壁上時，能夠獲得對混合的進(jìn)一步改善。這樣，燃料在最有可能潛在出現(xiàn)漩渦從而導(dǎo)致所噴射燃料的廣泛分布的位置處被噴射。


通過參照結(jié)合附圖對執(zhí)行本發(fā)明的當(dāng)前最佳模式的以下描述，本發(fā)明的上面提到的屬性和其他特征及優(yōu)點以及達(dá)到它們的方式將變得更加明顯，并且本發(fā)明自身將會被更好地理解，在附圖中:圖1示出了通過根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的縱向截面的示意圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的喉部的三維示意圖，圖3示出了通過根據(jù)本發(fā)明并在圖2中示出的喉部的視圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的喉部的不同的優(yōu)選實施方式的三維圖，以及
圖5以縱向截面示出了根據(jù)本發(fā)明的喉部的另一優(yōu)選實施方式。
具體實施例方式圖1示出了通過根據(jù)本發(fā)明的燃燒器B的縱向截面。燃燒器B包括先導(dǎo)燃燒室PC和主燃燒室MC。先導(dǎo)燃燒室PC將具有熱量H和R團(tuán)的流供應(yīng)到主燃燒室MC的主燃燒空間MCR 內(nèi)。主燃燒室MC包括燃燒器外殼BH，該燃燒器外殼BH包圍主燃燒空間MCR以及供給到主燃燒空間內(nèi)的空氣A和燃料F，而且另外以未圖示的方式，燃燒器外殼BH還包圍先導(dǎo)燃燒室PC。先導(dǎo)燃燒室PC通過喉部THR將熱量H和基團(tuán)R排出到所述主燃燒空間MCR內(nèi)。燃燒器軸線CX由在穿過所述喉部THR的所產(chǎn)生的主流方向上延伸的中心線限定?？諝釧和燃料F到主燃燒空間MCR內(nèi)的供給由兩個環(huán)形通道來提供，即，第一通道CHl和第二通道CH2。第一通道CHl通過分隔板SP與第二通道CH2分開。所述通道CH1、CH2進(jìn)到主燃燒空間MCR內(nèi)的兩個開口具有與燃燒器軸線CX同軸的環(huán)形形狀。此外，通道CHU CH2的開口相對于燃燒器軸線CX以交錯的方式彼此接續(xù)，其中，第一通道CHl相對于第二通道CH2在上游并且相對于先導(dǎo)燃燒室PC的所述喉部THR在下游通到主燃燒空間內(nèi)。設(shè)置在第一通道CHl和第二通道CH2中的主旋流器MSW賦予燃料F與空氣A的混合物限定的漩渦，該限定的漩渦顯著地影響了主燃燒空間MCR中的流分布。主燃燒空間MCR的形狀、通過通道CHl和通道CH2進(jìn)入主燃燒空間的燃料F與空氣A的混合物的流分布、以及通過先導(dǎo)燃燒室PC排出到主燃燒空間MCR內(nèi)的基團(tuán)R形成了主燃燒空間MCR中的重復(fù)循環(huán)區(qū)RCZ，使一部分或可能包含來自燃燒器外殼BH的排氣EXH的未燃碳?xì)浠衔锏难尤既紵龤怏wCG變得有序(training)。主燃燒空間MCR中的速度分布還在所述喉部THR的下游并且在燃燒器軸線CX上形成駐點STP。盡管在重復(fù)循環(huán)區(qū)RCZ的中央處混合物相對稀薄并且溫度高，但混合物富集(enrich)在所述第一通道CHl和所述第二通道CH2的進(jìn)到主燃燒空間MCR內(nèi)的開口處，在所述開口處最可能形成火焰前緣。在主旋流器MSW的上游，在第一通道CHl和第二通道CH2中設(shè)置有主燃料噴射裝置MFI，該主燃料噴射裝置MFI噴射將在燃燒器B中燃燒的燃料F的主要部分。先導(dǎo)燃燒室PC設(shè)置有供應(yīng)模塊SM，該供應(yīng)模塊SM將燃料F和空氣A供應(yīng)到先導(dǎo)燃燒空間PCR內(nèi)。將被供應(yīng)到先導(dǎo)燃燒空間PCS內(nèi)的燃料F和空氣A的量低于流到燃燒器B內(nèi)的燃料F和空氣A的總質(zhì)量流的15%。先導(dǎo)燃燒空間PCR中的燃燒比主燃燒空間MCR中的燃燒更強(qiáng)烈，其導(dǎo)致明顯更高的溫度。先導(dǎo)燃燒空間PCR裝備有在先導(dǎo)燃燒室PC中點燃燃燒的點燃模塊IGN。先導(dǎo)燃燒室PC具有其自身的先導(dǎo)燃燒室外殼PCH，該先導(dǎo)燃燒室外殼PCH由冷卻氣流CAF冷卻。冷卻氣流CAF穿過圍繞先導(dǎo)燃燒室外殼PCH的穿孔板PP，并隨后通過環(huán)形開口 OP進(jìn)入主燃燒空間MCR，該環(huán)形開口 OP與燃燒器軸線CX同軸并且緊靠所述喉部THR的開口且在所述第一通道CHl的上游定位。使冷卻氣流CAF在先導(dǎo)燃燒室外殼PCH上通過的環(huán)繞冷卻腔CCV經(jīng)過上游的單獨的旋流器SWP，進(jìn)入主燃燒空間MCR。通過供應(yīng)模塊SM進(jìn)入先導(dǎo)燃燒空間PCR的燃料F和空氣A被預(yù)先混合。喉部THR設(shè)置有流引導(dǎo)突出部PR0，以賦予進(jìn)入主燃燒空間MCR的流限定的周向速度分布。在喉部THR中通過突出部PRO的側(cè)壁發(fā)生另外的燃料噴射，突出部PRO設(shè)置有噴嘴NOZ，該噴嘴NOZ將燃料F的射流噴射到具有熱量H和基團(tuán)R的流內(nèi)，具有熱量H和基團(tuán)R的流排出到主燃燒空間內(nèi)。噴嘴NOZ將喉部THR的流動通道與設(shè)置在突出部PRO中的內(nèi)腔CV相連接，該內(nèi)腔通過設(shè)置在相鄰的所述旋流器SWP的翼部中的通道來供給燃料F。以未圖示的方式，旋流器SWP的翼部從穿過所述第一通道CHl的側(cè)壁的通道接收燃料F。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的喉部THR的三維圖。喉部THR設(shè)置成沿著所述燃燒器軸線CX同軸延伸的基本上圓形形狀。在以不同透視法示出的圖3中同樣描繪了同一喉部THR。突出部PRO設(shè)置成對稱的，其導(dǎo)致了喉部THR的開口的十字形形狀CSH。內(nèi)表面IS設(shè)置有凸起部分KS和凹入部分KK。同樣地，圖3中描述的徑向橫截面包括喉部THR的內(nèi)表面IS的凹入部分KK和凸起部分KS。圖3中的突出部PRO和凹進(jìn)部REC基本上平行于燃燒器軸線CX。圖4以三維簡化圖示出了根據(jù)本發(fā)明的喉部THR的優(yōu)選實施方式。所述突出部PRO和凹進(jìn)部REC基本上遵循圍繞燃燒器軸線CX同軸布置的螺旋形路徑。由該螺旋形形狀賦予的流的漩渦相對于主燃燒空間MCR中的漩渦是反向的。圖5示出了喉部THR，該喉部THR利用噴嘴NOZ提供有燃料噴射，噴嘴NOZ分別設(shè)置在突出部PRO和凹進(jìn)部REC的側(cè)壁的側(cè)面上。噴嘴NOZ連接所述突出部PRO內(nèi)部的內(nèi)腔CF，該內(nèi)腔被供給加壓燃料F，以通過設(shè)置在喉部THR中的噴嘴噴射到流中。以未圖示的方式，內(nèi)腔CV通過設(shè)置在先導(dǎo)旋流器SWP的旋流器翼部中的未圖示的通道來接收燃料F的流。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器(B)，所述燃燒器(B)包括: -燃燒器外殼(BH)，以及 -先導(dǎo)燃燒室(PC)，所述先導(dǎo)燃燒室(PC)包括供給模塊(SM)，所述供給模塊(SM)將先導(dǎo)燃料(F)和先導(dǎo)空氣(A)提供到由先導(dǎo)燃燒室外殼(PCH)包圍的先導(dǎo)燃燒空間(PCR)內(nèi)，所述先導(dǎo)燃燒室外殼(PCH)包括漸縮式出口，所述漸縮式出口具有在產(chǎn)生的主流方向上的限定長度的喉部(THR)，所述喉部(THR)將所述先導(dǎo)燃燒空間(PCR)中產(chǎn)生的基團(tuán)與熱量(H)的匯聚物排出到由所述燃燒器外殼(BH)包圍的主燃燒空間(MCR)內(nèi)， -其中，燃燒器軸線(CS)由所述喉部(THR)的中心線限定，所述中心線在穿過所述喉部(THR)的所產(chǎn)生的主流方向上延伸， 其特征在于， 所述喉部(THR)的內(nèi)部橫截面區(qū)域借助于流動引導(dǎo)元件(FGE)偏離圓形，所述流動引導(dǎo)元件(FGE)設(shè)置為具有沿著所述燃燒器軸線(CX)的方向縱向延伸的限定徑向高度的突出部(PRO)或具有沿著所述燃燒器軸線(CX)的方向縱向延伸的限定深度的凹進(jìn)部(RCE)，以賦予所述排出的流關(guān)于周向方向的限定的速度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器(B)，其中，所述橫截面突出部或凹進(jìn)部形成所述喉部(THR)的十字形或星形的所述徑向橫截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器(B)，其中，所述橫截面形成三角形、四邊形、五邊形或其他多邊形，而不是圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒器(B)，其中，所述橫截面包括所述喉部(THR)的內(nèi)表面(IS)的凸起部分或凹入部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2前述權(quán)利要求中的至少一項所述的燃燒器(B)，其中，所述突出部(PRO)和/或所述凹進(jìn)部(REC)設(shè)置成沿著所述中心線(CX)延伸的基本上螺旋形形狀，以使通過所述喉部(THR)的所述流具有漩渦。
6.其中，所述突出部和/或所述凹進(jìn)部基本上平行于所述燃燒器軸線(CX)，以賦予所述流不帶有漩渦的速度分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器(B)，其中，所述燃燒器(B)包括旋流器(MSW)，所述旋流器(MSW)將空氣(A)或/和燃料(F)排出到所述主燃燒空間(MCR)內(nèi)，從而形成在所述主燃燒空間(MCR)中的第一方向的主漩渦，其中，所述突出部(PRO)和/或所述凹進(jìn)部(RCE)形成為賦予離開所述喉部(THR)的流相對于在所述主燃燒空間(MCR)中的所述漩渦反向的漩渦。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的至少一項所述燃燒器(B)，其中，所述喉部(THR)設(shè)置有用于將燃料(F)排出到穿過所述喉部(THR)的流內(nèi)的噴嘴(N0Z)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器(B)，其中，所述噴嘴位于所述突出部(PRO)和/或所述凹進(jìn)部(RCE)的側(cè)面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8、9中的一項所述的燃燒器(B)，其中，所述噴嘴(NOZ)被制成用于將氣態(tài)燃料(F)噴射到穿過所述喉部(THR)的所述流內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器(B)，其包括燃燒器外殼(BH)和先導(dǎo)燃燒室(PC)，先導(dǎo)燃燒室包括供給模塊(SM)，其將先導(dǎo)燃料(F)和先導(dǎo)空氣(A)提供到由先導(dǎo)燃燒室外殼(PCH)包圍的先導(dǎo)燃燒空間(PCR)內(nèi)，先導(dǎo)燃燒室外殼(PCH)包括漸縮式出口，其帶有在所產(chǎn)生的主流方向上的限定長度的喉部(THR)，所述喉部(THR)將在所述先導(dǎo)燃燒空間(PCR)中產(chǎn)生的基團(tuán)(CR)與熱量(H)的匯聚物排出到由所述燃燒器外殼(BH)包圍的主燃燒空間(MCR)內(nèi)，其中，燃燒器軸線(CS)由所述喉部(THR)的中心線限定，該中心線在穿過喉部(THR)的所產(chǎn)生的主流方向上延伸。為了改善穩(wěn)定性，本發(fā)明提出所述喉部(THR)的內(nèi)部橫截面區(qū)域借助于流動引導(dǎo)元件(FGE)偏離圓形，流動引導(dǎo)元件(FGE)設(shè)置為沿著燃燒器軸線(CX)的方向縱向延伸的具有限定徑向高度的突出部(PRO)或具有限定深度的凹入部(RCE)，以賦予排出流關(guān)于周向方向的限定的速度分布。
文檔編號F23C3/00GK103140714SQ201180047759
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者安德烈亞斯·卡爾松, 弗拉迪米爾·米洛薩夫列維奇, 馬格努斯·佩爾松 申請人:西門子公司