RU2833740C2 - Burner and method of its manufacturing - Google Patents
Burner and method of its manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2833740C2 RU2833740C2 RU2024109542A RU2024109542A RU2833740C2 RU 2833740 C2 RU2833740 C2 RU 2833740C2 RU 2024109542 A RU2024109542 A RU 2024109542A RU 2024109542 A RU2024109542 A RU 2024109542A RU 2833740 C2 RU2833740 C2 RU 2833740C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- swirl
- fuel
- channels
- swirling
- channel
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000003260 vortexing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к горелке для турбины, имеющей множество криволинейных завихрительных каналов, через которые подвергается завихрению топливно-воздушная смесь, протекающая по завихрительным каналам, а также к способу изготовления такой горелки.The invention relates to a burner for a turbine having a plurality of curvilinear swirl channels through which a fuel-air mixture flowing through the swirl channels is subjected to swirl, as well as to a method for manufacturing such a burner.
Горелки, например, для газовых турбин, используют газ в качестве топлива, в результате чего в горелках в основном сгорает газовоздушная смесь или, как правило, топливно-воздушная смесь.Burners, such as those for gas turbines, use gas as fuel, resulting in the burners burning primarily a gas-air mixture, or more commonly a fuel-air mixture.
В принципе возможно также использование в горелке жидкого топлива.In principle, it is also possible to use liquid fuel in the burner.
Горелки с низким уровнем выбросов обычно смешивают воздух и топливо перед горением, чтобы избежать температурных пиков и, следовательно, выбросов загрязняющих веществ.Low emission burners typically mix air and fuel before combustion to avoid temperature peaks and therefore pollutant emissions.
Для этой цели в предшествующем уровне техники обычно используются горелки, выполненные в виде горелок с вихревым потоком, которые используют радиальные или осевые вихревые каскады для придания завихрения топливно-воздушной смеси.For this purpose, the prior art typically uses burners designed as swirl-flow burners, which use radial or axial swirl cascades to impart swirl to the fuel-air mixture.
В случае высококалорийного топлива, такого как, например, водород, сгорание с низким содержанием вредных веществ затруднено, поскольку топливно-воздушная смесь сгорает так быстро, что происходит обратное зажигание пламени. По этой причине такие виды топлива или такие смеси часто сжигают без предварительного смешивания.In the case of high-calorific fuels, such as hydrogen, low-emission combustion is difficult because the fuel-air mixture burns so quickly that backfiring occurs. For this reason, such fuels or mixtures are often burned without premixing.
Иногда для сжигания высококалорийного топлива используются горелки, также называемые струйными горелками. В таких струйных горелках отсутствует вихревой каскад или вообще завихрение смеси, а пламя стабилизируется на свободных струях.Sometimes, burners also called jet burners are used to burn high-calorific fuel. In such jet burners, there is no vortex cascade or swirl of the mixture at all, and the flame is stabilized on free streams.
Это имеет преимущества в отношении устойчивости к обратному удару пламени, но это преимущество достигается в ущерб стабильности пламени и выбросов. В данном случае воздух протекает через отдельные трубки, расположенные идеально прямо и параллельно друг другу, и смешивается с топливом в трубках. На выходе из горелки топливо сгорает в многочисленных небольших струях. Струйная горелка имеет более значительную устойчивость к обратному удару пламени, поскольку весь воздух или смесь подаются в осевом направлении.This has advantages in terms of flashback resistance, but this advantage is achieved at the expense of flame stability and emissions. In this case, the air flows through individual tubes, which are perfectly straight and parallel to each other, and mixes with the fuel in the tubes. At the outlet of the burner, the fuel burns in numerous small jets. The jet burner has greater flashback resistance because all the air or mixture is fed in an axial direction.
Не говоря уже о том, что время задержки по сравнению с горелкой с вихревым потоком является более коротким, а выбросы NOx при очень высоких температурах более низкими.Not to mention that the delay time compared to the swirl flow burner is shorter and NOx emissions at very high temperatures are lower.
Напротив, горелка с вихревым потоком обеспечивает значительно лучшую стабильность и меньшие выбросы при частичной нагрузке. Смесительные секции горелок с завихряющимся потоком зачастую более длинные, что обеспечивает хорошее смешивание воздуха и топлива.In contrast, a swirl flow burner provides significantly better stability and lower emissions at part load. The mixing sections of swirl flow burners are often longer, which ensures good mixing of air and fuel.
Таким образом, изобретение основано на задаче преодоления вышеупомянутых недостатков и создания горелки, которая обеспечивает как высокую устойчивость к обратному удару пламени, так и хорошее смешивание воздуха с топливом, и в то же время имеет стабильное поведение во время горения, в результате чего, в частности водород или газообразный водород, также можно сжигать в качестве топлива с низким уровнем выбросов.The invention is therefore based on the problem of overcoming the above-mentioned disadvantages and creating a burner that provides both high resistance to flashback and good air-fuel mixing, and at the same time has stable combustion behavior, as a result of which, in particular, hydrogen or hydrogen gas can also be burned as a low-emission fuel.
Эта задача решается посредством совокупностей признаков согласно пункту 1 формулы изобретения.This problem is solved by means of a set of features according to paragraph 1 of the invention formula.
Таким образом, согласно изобретению, предлагается горелка с пространством сгорания и множеством завихрительных каналов, причём завихрительный канал содержит по меньшей мере одну топливную форсунку для введения топлива в соответствующий завихрительный канал. В данном случае множество завихрительных каналов образует, в частности совместно, завихрительный генератор. Каждый из завихрительных каналов проходит от впускной стороны, на которой топливо из соответствующей топливной форсунки способно вводиться в соответствующий завихрительный канал, к выпускной стороне, ведущей в пространство сгорания. Пространство сгорания, которое также можно назвать зоной сгорания, может быть окружено или ограничено камерой сгорания. Кроме того, пространство сгорания, по существу, определяет только объем, в котором происходит сгорание топливно-воздушной смеси или газовоздушной смеси. Каждый из завихрительных каналов способен пропускать по пути потока, проходящему от впускной стороны к выпускной стороне, топливно-воздушную смесь из топлива и воздуха, протекающую в завихрительный канал.Thus, according to the invention, a burner with a combustion space and a plurality of swirl channels is proposed, wherein the swirl channel comprises at least one fuel nozzle for introducing fuel into the corresponding swirl channel. In this case, the plurality of swirl channels form, in particular together, a swirl generator. Each of the swirl channels extends from the inlet side, on which the fuel from the corresponding fuel nozzle can be introduced into the corresponding swirl channel, to the outlet side leading to the combustion space. The combustion space, which can also be called the combustion zone, can be surrounded or limited by a combustion chamber. In addition, the combustion space essentially determines only the volume in which the combustion of the fuel-air mixture or the gas-air mixture occurs. Each of the swirl channels is capable of passing along the flow path passing from the inlet side to the outlet side, a fuel-air mixture of fuel and air flowing into the swirl channel.
В такой горелке завихрительный канал, множество завихрительных каналов, или все завихрительные каналы могут содержать одну или множество топливных форсунок.In such a burner, the swirl channel, multiple swirl channels, or all swirl channels may contain one or multiple fuel nozzles.
Топливом является жидкое топливо или газ. Газ предпочтительно представляет собой водород или газообразный водород.The fuel is liquid fuel or gas. The gas is preferably hydrogen or hydrogen gas.
Кроме того, горелка содержит центральную ось, проходящую через пространство сгорания. Согласно изобретению, существенным является то, что завихрительные каналы, исходящие от стороны выпуска, по меньшей мере частично закручены по спирали вокруг центральной оси. Альтернативно, спиральное формирование завихрительных каналов по меньшей мере частично может быть раскрыто так, что каждый из завихрительных каналов и/или путей потока, определяемых завихрительными каналами, выполнен спирально или в виде спирали, по меньшей мере частично. Таким образом, завихрительные каналы также можно назвать криволинейными завихрительными каналами. Выходящие от впускной стороны проточные каналы или определяемые ими пути потока, закрученные на выпускной стороне или наклонённые относительно центральной оси, ведут в пространство сгорания. Это приводит к тому, что топливно-воздушная смесь, протекающая от впускной стороны вдоль пути потока к выпускной стороне, в каждом случае подвергается завихрению с помощью спирально закрученных частей завихрительных каналов и втекает в пространство сгорания в завихренном виде. Таким образом, топливно-воздушная смесь, подвергнутая завихрению, предпочтительно протекает через каждый отдельный из завихрительных каналов.Furthermore, the burner comprises a central axis passing through the combustion space. According to the invention, it is essential that the swirl channels emanating from the outlet side are at least partially twisted in a spiral around the central axis. Alternatively, the spiral formation of the swirl channels can be at least partially disclosed such that each of the swirl channels and/or flow paths defined by the swirl channels is designed spirally or in the form of a spiral, at least partially. Thus, the swirl channels can also be called curved swirl channels. The flow channels emanating from the inlet side or the flow paths defined by them, twisted on the outlet side or inclined relative to the central axis, lead into the combustion space. This results in the fuel-air mixture flowing from the inlet side along the flow path to the outlet side, in each case, being subjected to swirl by means of the spirally twisted parts of the swirl channels and flows into the combustion space in a swirled form. Thus, the fuel-air mixture subjected to swirl flows preferentially through each individual swirl channel.
В процессе работы множество отдельных или свободных струй создаются посредством завихрительных каналов на выпускной стороне или в пространстве сгорания, однако эти струи уже были подвергнуты завихрению посредством завихрения или закручивания вокруг центральной оси.During operation, a multitude of individual or free jets are created by means of swirl channels on the outlet side or in the combustion space, but these jets have already been subjected to swirl by means of vortexing or twisting around a central axis.
Таким образом, вихревые камеры с помощью спирального закручивания вокруг центральной оси уже имеют кривизну, которая при прохождении воздуха или топливно-воздушной смеси через проточные каналы придаёт им составляющую вращения.Thus, the vortex chambers, by means of a spiral twist around the central axis, already have a curvature, which, when air or a fuel-air mixture passes through the flow channels, gives them a rotation component.
На выпуске из горелки или при выходе топливно-воздушной смеси из завихрительных каналов в пространство сгорания возникает структура горения, подобная горелке с завихряющимся потоком, при которой вихрь, материализующийся из свободных струй, раскрывается и стабилизирует пламя в пространстве горения в сдвиговых слоях вихря.At the outlet of the burner or when the fuel-air mixture exits the swirl channels into the combustion space, a combustion structure similar to a burner with a swirling flow arises, in which the vortex, materializing from free jets, opens up and stabilizes the flame in the combustion space in the shear layers of the vortex.
Ввиду того факта, что горелка содержит множество завихрительных каналов, которые в совокупности также могут называться вихревыми генераторами, топливно-воздушная смесь подаётся в камеру сгорания не через отдельный питающий трубопровод, а через множество завихрительных каналов, выполненных, например, в виде трубок, в результате чего горелка, согласно изобретению, имеет такую же хорошую устойчивость к обратному удару пламени или такую же хорошую сопротивляемость к обратному удару пламени, что и струйные горелки, известные из существующего уровня техники, при этом благодаря применению вихревого принципа сохраняется низкий уровень выбросов продуктов горения.Due to the fact that the burner comprises a plurality of swirl channels, which collectively may also be referred to as swirl generators, the fuel-air mixture is fed into the combustion chamber not through a separate feed line, but through a plurality of swirl channels, for example in the form of tubes, as a result of which the burner according to the invention has the same good flashback resistance or the same good flashback resistance as the jet burners known from the existing state of the art, while, thanks to the use of the swirl principle, a low level of combustion product emissions is maintained.
Поскольку на впускной стороне топливо, и предпочтительно также воздух, вводятся в завихрительные каналы, топливо и воздух смешиваются вдоль путей потока через завихрительные каналы с образованием требуемой топливно-воздушной смеси.Since on the intake side fuel and preferably also air are introduced into the swirl passages, the fuel and air are mixed along the flow paths through the swirl passages to form the desired fuel-air mixture.
С помощью обеспечения множества каналов завихрения, образующих генератор завихрения, каждый из которых выполнен спиральным по меньшей мере на отдельных участках, генератор завихрения формируется в виде множественной спирали, которая имеет количество витков, соответствующее количеству завихрительных каналов. Витки или завихрительные каналы могут быть дополнительно выполнены в виде слоёв или плоскостей, перекрывающих друг друга, в результате чего, например, внутренняя плоскость завихрительных каналов может быть окружена внешней плоскостью завихрительных каналов. При этом завихрительные каналы могут быть как левостороннего, так и правостороннего типа.By providing a plurality of swirl channels forming a swirl generator, each of which is spiral at least in individual sections, the swirl generator is formed in the form of a multiple spiral, which has a number of turns corresponding to the number of swirl channels. The turns or swirl channels can be additionally made in the form of layers or planes overlapping each other, as a result of which, for example, the inner plane of the swirl channels can be surrounded by an outer plane of the swirl channels. In this case, the swirl channels can be of both left-hand and right-hand types.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения обеспечивает то, что каждый из путей потока и/или центральных линий завихрительных каналов на участке завихрительных каналов, проходящем по спирали вокруг центральной оси, имеет угол поворота больше 0° и меньше 90°, в частности больше, чем 60° и меньше, чем 90°, далее, в частности, точно равный 60°.A preferred embodiment of the invention provides that each of the flow paths and/or central lines of the swirl channels in a section of the swirl channels that runs in a spiral around the central axis has a rotation angle greater than 0° and less than 90°, in particular greater than 60° and less than 90°, further, in particular, exactly equal to 60°.
Угол поворота завихрительных каналов или путей потока и/или центральных линий завихрительных каналов определяется в соответствии с углом поворота спирали.The angle of rotation of the swirl channels or flow paths and/or the center lines of the swirl channels is determined in accordance with the angle of rotation of the spiral.
Кроме того, все пути потока и/или центральные линии предпочтительно имеют одинаковый угол поворота.In addition, all flow paths and/or center lines preferably have the same turning angle.
Если завихрительные каналы изготавливаются способом аддитивного производства, таким как, например, селективное лазерное плавление (СЛП), максимальный или минимальный шаг или угол поворота могут быть ограничены техническими ограничениями способа изготовления. Например, по меньшей мере на момент применения, способом СЛП невозможно создать завихрительные каналы с углом поворота менее 40°, или это потребует больших затрат.If the swirl channels are manufactured by an additive manufacturing method, such as selective laser melting (SLM), the maximum or minimum pitch or rotation angle may be limited by technical limitations of the manufacturing method. For example, at least at the time of application, it is not possible to create swirl channels with a rotation angle of less than 40° using the SLM method, or this would require high costs.
Кроме того, предпочтительный вариант горелки обеспечивает то, что каждый завихрительный канал содержит на выпускной стороне участок, закрученный по спирали вокруг центральной оси, а на впускной стороне содержит участок, проходящий параллельно центральной оси. В данном случае каждый из завихрительных каналов имеет переходный участок между спирально закрученным или криволинейным участком и участком, проходящим параллельно центральной оси, т.е. прямым участком, который является плавным, в результате чего топливно-воздушная смесь, протекающая через завихрительные каналы от участка, который является прямым или параллельным центральной оси, к спирально закрученному или криволинейному участку, отклоняется непрерывно или равномерно, а не внезапно вдоль или в области переходного участка.In addition, the preferred embodiment of the burner provides that each swirl channel comprises on the outlet side a section twisted in a spiral around the central axis, and on the inlet side comprises a section extending parallel to the central axis. In this case, each of the swirl channels has a transition section between the spirally twisted or curved section and the section extending parallel to the central axis, i.e. a straight section that is smooth, as a result of which the fuel-air mixture flowing through the swirl channels from the section that is straight or parallel to the central axis to the spirally twisted or curved section is deflected continuously or uniformly, and not suddenly along or in the region of the transition section.
Кроме того, предпочтительно обеспечено то, что каждый завихрительный канал имеет кольцевое поперечное сечение и выполнен в виде завихрительной трубки.In addition, it is preferably ensured that each vortex channel has an annular cross-section and is designed in the form of a vortex tube.
Также предпочтительным является вариант, в котором каждая топливная форсунка проходит в соответствующий завихрительный канал на впускной стороне.Also preferred is a variant in which each fuel injector passes into a corresponding swirl channel on the inlet side.
При этом предпочтительно, в варианте осуществления изобретения дополнительно обеспечено то, что каждая из завихрительных камер на впускной стороне содержит, в частности, воронкообразный впускной участок, в который проходят соответствующие топливные форсунки, при этом между внешней поверхностью соответствующей топливной форсунки и внутренней поверхностью соответствующего завихрительного канала в его приточной части образован воздушный проход, который предпочтительно определяется кольцевой формой в поперечном сечении, через который воздух способен протекать в соответствующий завихрительный канал.In this case, it is preferable that in an embodiment of the invention it is additionally ensured that each of the swirl chambers on the inlet side comprises, in particular, a funnel-shaped inlet section into which the respective fuel injectors pass, wherein between the outer surface of the respective fuel injector and the inner surface of the respective swirl channel in its inlet part an air passage is formed, which is preferably defined by an annular shape in cross-section, through which air is able to flow into the respective swirl channel.
Кроме того, для оптимизации потока в завихрительных каналах и/или на топливных форсунках могут иметься направляющие текучую среду элементы, выполненные, в частности, в виде крыльев.In addition, to optimize the flow in the swirl channels and/or on the fuel injectors, there may be fluid guide elements, made, in particular, in the form of wings.
Направляющие текучую среду элементы спроектированы для воздействия на поток протекающей через них текучей среды предварительно определенным образом. Например, направляющие текучую среду элементы могут быть обеспечены аэродинамическим профилем на топливных форсунках в области воздушного прохода, который направляет воздух, протекающий через воздушный проход, предварительно определенным образом в топливо, впрыскиваемое или вводимое топливными форсунками, чтобы тем самым улучшить смешивание воздуха с топливом.The fluid guide elements are designed to influence the flow of fluid flowing through them in a predetermined manner. For example, the fluid guide elements may be provided with an airfoil on the fuel injectors in the air passage area, which directs the air flowing through the air passage in a predetermined manner into the fuel injected or introduced by the fuel injectors, thereby improving the mixing of air and fuel.
Предпочтительно, каждый из завихрительных каналов проходит в предварительно определенной плоскости или в пределах внутренней и внешней боковой поверхности полого цилиндра. Соответственно, может быть обеспечено то, что завихрительные каналы или их центральные линии/пути потока расположены по меньшей мере на одной кольцевой траектории, соосной центральной оси. Соответственно, также может иметься множество траекторий, каждая из которых является кольцевой и является соосной центральной оси, при этом на каждой из траекторий проходит множество путей потока.Preferably, each of the swirl channels extends in a predetermined plane or within the inner and outer side surface of the hollow cylinder. Accordingly, it can be ensured that the swirl channels or their central lines/flow paths are located on at least one annular trajectory, coaxial with the central axis. Accordingly, there can also be a plurality of trajectories, each of which is annular and is coaxial with the central axis, wherein a plurality of flow paths extend on each of the trajectories.
Чтобы обеспечить как можно больше завихрительных каналов, завихрительные каналы из множества завихрительных каналов прилегают друг к другу. Следовательно, завихрительные каналы, которые непосредственно примыкают друг к другу, прилегают друг к другу, например, наружными поверхностями своих стенок.In order to provide as many swirl channels as possible, the swirl channels of the plurality of swirl channels are adjacent to each other. Therefore, the swirl channels that are directly adjacent to each other are adjacent to each other, for example, by the outer surfaces of their walls.
В частности, когда завихрительные каналы или образованные ими завихрительные генераторы изготавливают способом аддитивного производства, может быть дополнительно обеспечено то, что завихрительные каналы не просто прилегают друг к другу, но частично формируются как одно целое друг с другом. Каждый из завихрительных каналов имеет стенку, ограничивающую соответствующий завихрительный канал в радиальном направлении. При этом обеспечено то, что стенки завихрительных каналов, прилегающие друг к другу или примыкающие друг к другу, выполнены как одно целое и/или как одна деталь.In particular, when the swirl channels or the swirl generators formed by them are manufactured by additive manufacturing, it can be additionally ensured that the swirl channels are not simply adjacent to each other, but are partially formed as a single whole with each other. Each of the swirl channels has a wall that limits the corresponding swirl channel in the radial direction. In this case, it is ensured that the walls of the swirl channels adjacent to each other or adjoining each other are made as a single whole and/or as a single part.
Для улучшения смешивания топлива и воздуха можно дополнительно обеспечить то, чтобы топливные форсунки были выполнены с возможностью введения топлива на впускной стороне, по существу, поперечно в соответствующий завихрительный канал.In order to improve the mixing of fuel and air, it can be further ensured that the fuel injectors are designed to introduce fuel on the inlet side, substantially transversely into the corresponding swirl channel.
Как уже упоминалось, предпочтительно обеспечено то, чтобы завихрительные каналы были изготовлены из металла способом селективного лазерного плавления (СЛП).As already mentioned, it is preferably ensured that the swirl channels are manufactured from metal using a selective laser melting (SLM) method.
Дополнительный аспект изобретения относится к способу изготовления горелки согласно изобретению. В данном случае завихрительные каналы изготавливают способом селективного лазерного плавления (СЛП), т.е. способом аддитивного производства, из металлического порошка, который для формирования завихрительных каналов или генераторов завихрения, образованных завихрительными каналами, плавят послойно. В данном случае завихрительные каналы изготавливаются отдельно и образуют генератор завихрения, расположенный вокруг центральной оси. Альтернативно этому, завихрительные каналы также могут быть изготовлены соединенными в группы за одно целое и/или в виде одной детали, и группы завихрительных каналов, соединённых друг с другом, расположены вокруг центральной оси для создания генератора завихрения. В качестве альтернативы изготовлению отдельных вихревых каналов и в качестве альтернативы изготовлению групп соединённых вихревых каналов, весь генератор завихрения, т.е. все завихрительные каналы, можно изготовить соединёнными как одно целое и/или в виде одной детали и расположенными вокруг центральной оси.An additional aspect of the invention relates to a method for manufacturing a burner according to the invention. In this case, the swirl channels are manufactured by the selective laser melting (SLM) method, i.e. by the additive manufacturing method, from a metal powder which is melted layer by layer to form the swirl channels or the swirl generators formed by the swirl channels. In this case, the swirl channels are manufactured separately and form a swirl generator arranged around a central axis. Alternatively, the swirl channels can also be manufactured connected in groups as a single unit and/or as a single part, and the groups of swirl channels connected to each other are arranged around a central axis to form a swirl generator. As an alternative to manufacturing individual swirl channels and as an alternative to manufacturing groups of connected swirl channels, the entire swirl generator, i.e. all the swirl channels, can be manufactured connected as a single unit and/or as a single part and arranged around a central axis.
Раскрытые выше особенности можно комбинировать по желанию, если это технически возможно, и если они не противоречат друг другу.The features disclosed above can be combined as desired, if technically possible and if they do not contradict each other.
Другие предпочтительные дальнейшие разработки изобретения отмечены в пунктах формулы изобретения или представлены более подробно посредством фигур вместе с описанием предпочтительного варианта осуществления изобретения. Other preferred further developments of the invention are noted in the claims or are presented in more detail by means of figures together with the description of the preferred embodiment of the invention.
На фиг. 1 показан вариант горелки;Fig. 1 shows a variant of the burner;
на фиг. 2 - выделенная часть варианта горелки.Fig. 2 - a highlighted part of the burner variant.
Чертежи являются показательными и выполнены схематично. Одни и те же ссылочные номера позиций на фигурах указывают на одни и те же функциональные и/или конструктивные признаки.The drawings are illustrative and schematic. The same reference numbers of positions on the figures indicate the same functional and/or design features.
На фиг. 1 показана горелка, которая содержит генератор завихрения, содержащий множество завихрительных каналов 2, которые в данном случае выполнены в виде завихрительных трубок, расположенных вокруг центральной продольной оси X, и в которые на впускной стороне 21 каждой из трубок проходит топливная форсунка 3, через которую топливо G может впрыскиваться в завихрительные каналы 2. В данном случае каждый из завихрительных каналов 2 на впускной стороне содержит воронкообразный впускной участок 27, в котором между внутренней стенкой или внутренней поверхностью соответствующего завихрительного канала 2 и внешней стенкой или внешней поверхностью соответствующей топливной форсунки 3 формируется воздушный проход 28, через который воздух L способен протекать в соответствующий завихрительный канал 2, по существу, параллельно топливу G. Топливо G и воздух L смешиваются в завихрительных каналах 2 и протекают в виде топливно-воздушной смеси вдоль соответствующего пути 23 потока от впускной стороны 21 к выпускной стороне 22 соответствующего завихрительного канала 2.Fig. 1 shows a burner which comprises a swirl generator comprising a plurality of swirl channels 2, which in this case are in the form of swirl tubes arranged around a central longitudinal axis X, and into which a fuel nozzle 3 passes on the inlet side 21 of each of the tubes, through which fuel G can be injected into the swirl channels 2. In this case, each of the swirl channels 2 on the inlet side comprises a funnel-shaped inlet section 27, in which an air passage 28 is formed between the inner wall or the inner surface of the corresponding swirl channel 2 and the outer wall or the outer surface of the corresponding fuel nozzle 3, through which air L is able to flow into the corresponding swirl channel 2, substantially parallel to the fuel G. The fuel G and the air L are mixed in the swirl channels 2 and flow as a fuel-air mixture along the corresponding flow path 23 from the inlet side 21 to the outlet side 22 of the corresponding swirl channel 2.
В данном случае топливно-воздушная смесь первоначально протекает через участок 24 (прямой участок 24), первоначально проходящий параллельно центральной оси соответствующего завихрительного канала 2, который посредством устойчивого плавного переходного участка 25 объединяется с участком 26, закрученным по спирали вокруг центральной оси X, который также можно назвать криволинейным участком 26.In this case, the fuel-air mixture initially flows through section 24 (straight section 24), initially running parallel to the central axis of the corresponding swirl channel 2, which, by means of a stable smooth transition section 25, is combined with section 26, twisted in a spiral around the central axis X, which can also be called a curved section 26.
В этом процессе топливно-воздушной смеси при прохождении через криволинейный участок 26 придаётся завихрение или вращение, в результате чего каждый поток топливно-воздушной смеси, выходящий из завихрительного канала 2 в пространство 1 сгорания с выпускной стороны, подвергается завихрению. В данном случае поток топливно-воздушной смеси через единственный завихрительный канал 2 образует только часть от всего потока топливно-воздушной смеси, протекающего через завихрительные каналы 2.In this process, the fuel-air mixture is given a swirl or rotation when passing through the curved section 26, as a result of which each flow of the fuel-air mixture exiting the swirl channel 2 into the combustion space 1 from the outlet side is subject to swirl. In this case, the flow of the fuel-air mixture through the only swirl channel 2 forms only a part of the entire flow of the fuel-air mixture flowing through the swirl channels 2.
В пространстве 1 сгорания сгорает топливно-воздушная смесь, протекающая вместе со всем потоком топливно-воздушной смеси, причём посредством завихрения отдельной части потока весь поток подвергается завихрению, что приводит к сгоранию с низким уровнем выбросов, при этом благодаря множеству завихрительных каналов 2, проходящих вдоль центральной оси X, одновременно достигается высокая устойчивость к обратному удару пламени, в результате чего пламя во время горения, по существу, не выбрасывается обратно из пространства 1 сгорания в завихрительные каналы 2.In combustion space 1, the fuel-air mixture is burned, flowing together with the entire flow of the fuel-air mixture, whereby by means of swirling a separate part of the flow, the entire flow is subjected to swirling, which leads to combustion with a low level of emissions, while due to the plurality of swirling channels 2, passing along the central axis X, at the same time, high resistance to flame backlash is achieved, as a result of which the flame during combustion is essentially not thrown back from combustion space 1 into swirling channels 2.
На фиг. 2 показан увеличенный фрагмент участка 24 горелки, проходящего параллельно центральной оси, которая может представлять собой горелку согласно фиг. 1. По меньшей мере одна часть завихрительных каналов 2 дополнительно показана в половинном разрезе, таким образом сечение проходит через стенки 29 части завихрительных каналов 2, в результате чего видны, в частности, топливные форсунки 3 в области впускных участков 27, выполненных в виде воронки.Fig. 2 shows an enlarged fragment of a section 24 of the burner, running parallel to the central axis, which may be a burner according to Fig. 1. At least one part of the swirl channels 2 is additionally shown in half-section, so that the section passes through the walls 29 of the part of the swirl channels 2, as a result of which, in particular, the fuel nozzles 3 are visible in the region of the inlet sections 27, made in the form of a funnel.
Как описано выше, воздушный проход 28, каждый из которых проходит кольцеобразно вокруг топливной форсунки 3, образован между внешними поверхностями 27 топливных форсунок и внутренними поверхностями завихрительных каналов 2 в области впускных участков 27, через которые воздух L протекает в соответствующий завихрительный канал 2. Там на топливных форсунках 3 имеется по меньшей мере один направляющий текучую среду элемент 4, каждый из которых имеет аэродинамический профиль, этот элемент проходит в кольцевой воздушный проход 28 и направляет входящий воздух L в соответствующий завихрительный канал 2 оптимизированным по потоку образом.As described above, an air passage 28, each of which extends annularly around a fuel injector 3, is formed between the outer surfaces 27 of the fuel injectors and the inner surfaces of the swirl channels 2 in the region of the inlet sections 27, through which the air L flows into the corresponding swirl channel 2. There, on the fuel injectors 3, there is at least one fluid guide element 4, each of which has an aerodynamic profile, this element extends into the annular air passage 28 and directs the incoming air L into the corresponding swirl channel 2 in a flow-optimized manner.
Список ссылочных обозначенийList of reference designations
1 Пространство сгорания1 Combustion space
2 Завихрительный канал2 Swirl channel
3 Топливная форсунка3 Fuel injector
21 Впускная сторона 21 Inlet side
22 Выпускная сторона 22 Outlet side
23 Путь потока23 Flow Path
24 Прямой участок/участок, идущий параллельно центральной оси24 Straight section/section running parallel to the central axis
25 Переход25 Transition
26 Криволинейный участок/участок со спиральной намоткой26 Curved section/section with spiral winding
27 Впускной участок27 Inlet section
28 Воздушный проход28 Air passage
29 Стенка29 Wall
X Центральная ось X Central axis
G ТопливоG Fuel
L ВоздухL Air
Claims (20)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021123513.8 | 2021-09-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024109542A RU2024109542A (en) | 2024-05-15 |
| RU2833740C2 true RU2833740C2 (en) | 2025-01-28 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4222232A (en) * | 1978-01-19 | 1980-09-16 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for reducing nitrous oxide emissions from combustors |
| US5596873A (en) * | 1994-09-14 | 1997-01-28 | General Electric Company | Gas turbine combustor with a plurality of circumferentially spaced pre-mixers |
| JP2011058775A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Hitachi Ltd | Gas turbine combustor |
| US8281595B2 (en) * | 2008-05-28 | 2012-10-09 | General Electric Company | Fuse for flame holding abatement in premixer of combustion chamber of gas turbine and associated method |
| US20160146469A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-05-26 | General Electric Company | Bundled tube fuel nozzle |
| US20160186662A1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-06-30 | General Electric Company | Pilot nozzle in gas turbine combustor |
| US20190186749A1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-20 | General Electric Company | Premixed pilot nozzle for gas turbine combustor |
| RU204328U1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) | GAS GENERATOR |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4222232A (en) * | 1978-01-19 | 1980-09-16 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for reducing nitrous oxide emissions from combustors |
| US5596873A (en) * | 1994-09-14 | 1997-01-28 | General Electric Company | Gas turbine combustor with a plurality of circumferentially spaced pre-mixers |
| US8281595B2 (en) * | 2008-05-28 | 2012-10-09 | General Electric Company | Fuse for flame holding abatement in premixer of combustion chamber of gas turbine and associated method |
| JP2011058775A (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Hitachi Ltd | Gas turbine combustor |
| US20160146469A1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-05-26 | General Electric Company | Bundled tube fuel nozzle |
| US20160186662A1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-06-30 | General Electric Company | Pilot nozzle in gas turbine combustor |
| US20190186749A1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-06-20 | General Electric Company | Premixed pilot nozzle for gas turbine combustor |
| RU204328U1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (ВГТУ) | GAS GENERATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12111057B2 (en) | Gas turbine fuel mixer comprising a plurality of mini tubes for generating a fuel-air mixture | |
| EP2522911B1 (en) | Burner with a lobed swirler | |
| KR101749875B1 (en) | Gas turbine combustor and gas turbine engine equipped with same | |
| US8316644B2 (en) | Burner having swirler with corrugated downstream wall sections | |
| US8220271B2 (en) | Fuel lance for a gas turbine engine including outer helical grooves | |
| US10125993B2 (en) | Burner, gas turbine having such a burner, and fuel nozzle | |
| KR102290152B1 (en) | Air fuel premixer for low emissions gas turbine combustor | |
| US9182124B2 (en) | Gas turbine and fuel injector for the same | |
| CN102032569A (en) | Combustor | |
| US10920986B2 (en) | Gas turbine combustor base plate configuration | |
| WO2011054766A2 (en) | Reheat burner injection system | |
| CN1571905A (en) | Burner for synthesis gas | |
| EP4056902B1 (en) | Fuel mixer | |
| JP2002106845A (en) | Multiple injection port combustor | |
| WO2015080131A1 (en) | Nozzle, combustion apparatus, and gas turbine | |
| CN115307177B (en) | Bifurcated pilot premixer for main micromixer array in gas turbine engine | |
| JP3878980B2 (en) | Fuel injection device for combustion device | |
| CN117916526A (en) | Burner and method for manufacturing the same | |
| RU2833740C2 (en) | Burner and method of its manufacturing | |
| JP2001254947A (en) | Gas turbine combustor | |
| JP6417620B2 (en) | Combustor, gas turbine | |
| US4145879A (en) | Modified vorbix burner concept | |
| US20130152594A1 (en) | Gas turbine and fuel injector for the same | |
| RU2024109542A (en) | BURNER AND METHOD OF ITS MANUFACTURE |