具有涡流发生器的燃烧器部件和具有所述燃烧器部件的燃烧器的制作方法

本发明涉及一种用于在燃烧器中使用的燃烧器部件。燃烧器部件的任务是引起或增强燃烧空气与燃料的涡动。

背景技术：

1、为了以尽可能避免污染物为目的的有利燃烧，在燃料燃烧之前进行燃料在燃烧空气中的均匀混合是至关重要的。为了实现这一点，在现有技术中使用了各种解决方案。在许多情况下，这些解决方案基于在燃烧空气与燃料之间产生湍流。尽管湍流会导致流动阻力，但通常不可能在没有湍流的情况下实现所需的基本上无污染物的燃烧。

2、为了将燃烧空气与燃料混合，通常在流动路径中布置扰动元件以使流动偏转并引起涡动。在许多情况下，刀片状结构用于此目的。

3、还已知的是，沿着流动路径在表面上布置扰动波状部，扰动波状部引起燃烧空气的湍流。例如，已知在流动通道的壁上布置所谓的涡流发生器，涡流发生器相应地突出到流动通道中。

4、无论流动模式的类型和用于将燃烧空气与燃料均匀混合的必要装置的设计如何，重要的是保持尽可能低的流动阻力，同时仍然确保充分的混合。因此，本发明的任务是以尽可能低的阻力实现改善的混合。

技术实现思路

1、该任务通过根据权利要求1的教导的燃烧器部件的实施方式来解决。在权利要求12中限定了具有对应燃烧器部件的燃烧器。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

2、这种类型的燃烧器部件意在成为燃烧器的部件。燃烧器的类型最初是不相关的，但是燃烧器部件有利地用于燃气轮机的燃烧器中。在此明显的是，燃烧器布置在燃烧腔的上游侧。在这种情况下，燃烧器具有流动通道，燃烧空气在该流动通道中沿从上游侧至下游侧的流动方向流动。燃烧空气的流动方向限定了流动方向。燃烧器部件有意地布置在燃烧器的流动通道内，并且因此流动方向、上游侧和下游侧也适用于此。其次，横向方向定义为与流动方向交叉的方向。

3、关于燃烧器部件在流动通道中的布置，燃烧器部件在上游侧具有前边缘，并且在下游侧具有下游边缘。前边缘和后边缘意味着位于燃烧器部件的相应的端部。燃烧器部件还包括沿从前边缘至后边缘的流动方向延伸的部件壁。部件壁还从第一壁端部沿横向方向延伸至相反的第二壁端部。通过在流动通道中的布置，燃烧空气沿着部件壁流动。

4、为了提高燃料在燃烧空气内的混合，多个涡流发生器布置在部件壁上并突出到流动通道中。在此，涡流发生器(在本发明的意义上，无论是否存在位于其他地方的其他涡流发生器)布置在前边缘附近并且在横向方向上彼此间隔开。如果各个涡流发生器在相同的横向位置处布置在从前边缘至后边缘的距离的20％的边缘部分内，则认为其靠近前边缘。

5、接下来，涡流发生器具有被分为主涡流发生器和附加涡流发生器的组。在此，第一主涡流发生器作为主涡流发生器中的一个主涡流发生器布置在面对第一壁端部的一侧上。邻近第一涡流发生器布置有第二主涡流发生器。

6、燃烧器部件还包括多个燃料喷嘴。在此，燃料喷嘴(在本发明的意义上，无论是否存在位于其他地方的其他喷嘴)各自布置在相应的主涡流发生器的下游。这意味着总是存在邻近前边缘的主涡流发生器和位于相应的主涡流发生器下游的燃料喷嘴的布置结构。

7、实际上在涡流发生器的下游布置燃料喷嘴本身也是有利的，已经发现，在没有任何燃料喷嘴的情况下，通过附加的涡流发生器可以实现混合的进一步提高。在此，附加涡流发生器位于第一壁端部与第一主涡流发生器之间。如果附加涡流发生器的尺寸太大，则通过添加附加涡流发生器带来的改善就转变成了燃料在燃烧空气中混合方面的缺点。因此，附加涡流发生器在部件壁上的高度需要小于邻近的第一主涡流发生器的高度。

8、涡流发生器可以形成为不同的形状，其中有利的是选择三角形设计，该三角形设计具有在上游侧处位于燃烧壁上的前曲线和在下游侧处与燃烧壁交叉的后曲线。由此，涡流发生器的高度从上游侧至下游侧增加。

9、这有利地导致涡流发生器的顶表面从前曲线延伸至后曲线的自由端部。因此，涡流发生器的高度由从部件壁至后曲线的自由端部的距离来限定。根据三角形设计，涡流发生器有利地包括另外两个相反的侧表面，每个侧表面从后曲线延伸至前曲线的两端部中的一端部。

10、关于靠近前边缘的涡流发生器(主涡流发生器和附加涡流发生器)的位置，将它们相对于流动方向而言布置在相同位置处是进一步有利的。在此，如果涡流发生器中的每个涡流发生器的后边缘位于与前边缘相同距离处(假设距离在+/-10％的范围内)，则是特别有利的。

11、关于涡流发生器的位置，还有利的是将它们布置成靠近前边缘或布置在前边缘处。对于给定的不同尺寸的涡流发生器以及它们的后曲线在流动方向上处于同一位置处的优选布置，明显的是，有利地，最大的主涡流发生器布置为从前边缘到至少一个前曲线的距离小于从前边缘到最大的主涡流发生器的相应的后曲线的距离的10％。

12、根据燃烧器部件的尺寸，特别地根据从第一壁端部至第二壁端部的横向方向上的宽度，有利的是布置至少三个且至多六个主涡流发生器，每个主涡流发生器具有相应的燃料喷嘴，燃料喷嘴布置在相应的主涡流发生器的下游。在此，使用四个或五个主涡流发生器是特别有利的。因此，第三涡流发生器在面对第二壁端部的一侧上邻近第二涡流发生器布置，并且第四涡流发生器在面对第二壁端部的一侧上邻近第三涡流发生器布置。如果适用，第五涡流发生器在面对第二壁端部的一侧上邻近第四涡流发生器布置。

13、如果使用了第三主涡流发生器并且特别地使用了第四主涡流发生器，则有利的是从第一主涡流发生器到第二主涡流发生器开始进一步增大尺寸，使得第三主涡流发生器比第二主涡流发生器大，并且第四主涡流发生器比第三主涡流发生器大。

14、关于没有任何燃料喷嘴的附加涡流发生器的进一步具体位置，有利的是将其布置在第一壁端部与第一主涡流发生器之间的中间。如果该位置在从第一壁端部至第一主涡流发生器的距离的15％的公差范围内，则认为该位置是给定的。

15、必须指出的是，关于涡流发生器在横向方向上的位置，应考虑涡流发生器的中心或后曲线。

16、关于附加涡流发生器在从第一壁端部至第一主涡流发生器的距离的一半处的布置，进一步有利的是将第一主涡流发生器布置在从第一壁端部至第二主涡流发生器的距离的一半处。在此，如果第一主涡流发生器布置在第一壁端部与第二主涡流发生器之间的中间且公差为从第一壁端部至第二主涡流发生器的距离的15％，则也认为该优选位置是给定的。

17、随着附加涡流发生器的这种布置的影响在每个更远的主涡流发生器处减小，优选地是将优选的第三主涡流发生器布置在与第二主涡流发生器的距离是第二主涡流发生器与第一主涡流发生器之间的距离的至少1.2倍且至多1.5倍处。

18、关于燃料喷嘴，有利的是将燃料喷嘴靠近相应的主涡流发生器布置。因此，涡流发生器与相应的燃料喷嘴之间的距离应小于涡流发生器长度的一半。特别优选的是，从相应的主涡流发生器至燃料喷嘴的中心的距离小于相应主涡流发生器的前曲线至后曲线之间的距离的一半。

19、有意布置在流动通道内的燃烧器部件可以设计成具有不同的形状(除了带有涡流发生器和燃料喷嘴的部件壁)。但有利的是将燃烧器部件设计成具有叶片的形状。这使得能够以低阻力导引燃烧空气的流动。

20、本发明的燃烧器部件能够实现具有如前所述的这种燃烧器部件的本发明燃烧器。

21、本发明燃烧器的优选实施方式具有中心燃烧器轴线和从上游侧延伸至下游侧的环形流动通道。流动通道在径向内侧处由内流动通道壁限制，并且在径向外侧处由外流动通道壁限定。在此，多个根据前述描述的燃烧器部件布置在流动通道内。燃烧器部件的第一壁端部附接至内流动通道壁，并且燃烧器部件的第二壁端部附接至外流动通道壁。

22、显然，可以将燃烧器部件实现为单独的部分，例如安装在内通道壁与外通道壁之间的单独的部分。另一方面，可以例如通过增材制造将燃烧器的内通道壁和外通道壁与燃烧器部件一体地构建。其他生产选项明显地也可以将燃烧器部件与内通道壁和外通道壁组合。