EP1096201A1 - Burner - Google Patents

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EP1096201A1
EP1096201A1 EP99121577A EP99121577A EP1096201A1 EP 1096201 A1 EP1096201 A1 EP 1096201A1 EP 99121577 A EP99121577 A EP 99121577A EP 99121577 A EP99121577 A EP 99121577A EP 1096201 A1 EP1096201 A1 EP 1096201A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
swirl
combustion air
burner
combustion
blades
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99121577A
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German (de)
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Inventor
Olaf Hein
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to DE50007809T priority patent/DE50007809D1/en
Priority to JP2001534984A priority patent/JP4567266B2/en
Priority to EP00972775A priority patent/EP1224423B1/en
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators

Definitions

  • the invention relates to a burner with a combustion air supply duct.
  • the Air intake silencer consists of one of an impermeable Wall enclosed flow line with Subsonic speed of a gaseous medium is flowed through.
  • This Device is in front of one in the flow direction of the medium arranged sound-transmitting noise source and serves the Suppression of airborne noise emissions against the direction of flow.
  • the device has a laval nozzle-like Narrowing of the flow line. Through this laval nozzle-like Narrowing becomes the velocity of the gaseous Medium accelerated to the speed of sound. So that will built a reflection barrier for airborne sound.
  • combustion vibrations In combustion systems, it can develop combustion vibrations come. Such combustion vibrations are described in the article "Combustion-Driven-Oscillations in Industry "by Abbott A. Putnam, American Elsevier, New York 1971. According to the Rayleigh criterion, one is built Combustion vibration with a periodic supply of Heat up an amount of air in a combustion chamber if this Heat supply as a periodic release of combustion power in phase with a natural vibration of the air in the Combustion chamber takes place. Accordingly, the combustion vibration through an anti-phase power release be suppressed. Such combustion vibrations can considerable noise pollution and even mechanical Damage to components of the combustion device to lead.
  • Pulsations in supply rate stated that the Combustion vibration to an air or fuel supply can be coupled.
  • Pulsations in the delivery systems are suggested to bring about great pressure loss in the delivery systems to build a barrier to reflection. But it will be fine noted that such a pressure loss usually is unacceptable.
  • the object of the invention is to provide a burner in which a combustion zone into which the burner opens, from one Supply of combustion air for the burner is decoupled in terms of flow acoustics, with this decoupling at most an acceptable additional pressure loss arises in the combustion air.
  • this object is achieved by a burner with a combustion air duct in which one of a number Swirl generator formed by swirl generator elements arranged in this way is that by the swirl generator the average passage speed of those passed through the swirl generator Combustion air to a Mach number of at least 0.4, in particular at least 0.6, is increased.
  • the average speed of passage is the over averaged a duct cross section of the combustion air duct Speed.
  • Swirl generators are often used in a burner to the combustion air entering the combustion chamber to give a twist which is the combustion flame stabilized.
  • a reflection barrier of at least 0.4 is created via the swirl generator built for sound waves. This will make the Propagation of combustion vibrations in the supply system weakened or even prevented for combustion air.
  • About the construction of the reflection barrier using the Swirl generator can cause a pressure loss in the combustion air be kept small.
  • the acoustic decoupling thus has a slightly negative effect on the Efficiency of a combustion device in which the Burner is integrated.
  • a swirl vane ring in the combustion air duct from swirl blades to generate a swirl in the Combustion air arranged.
  • the swirl generator is further preferred formed by the swirl vane ring. So instead to provide additional swirl generators for acoustic decoupling, is an already existing swirl vane ring as acoustically decoupling swirl generator.
  • an already existing swirl vane ring as acoustically decoupling swirl generator.
  • the Swirl generator as a swirl vane ring thus has both Advantage that it is a necessary means of production anyway a swirl stabilizing the combustion provided will, as well as a favorable on efficiency effective pressure recovery in the combustion air becomes.
  • the swirl vane ring preferably has first and second Scoops up along the circumferential direction of the swirl vane ring alternating successively, the second blades against a flow direction of the Combustion air offset from the first blades are.
  • the first blades preferably have one first maximum profile thickness and the second blades one second maximum profile thickness, the first maximum Profile thickness is greater than the second maximum profile thickness.
  • the first blades have a first chord length and second blades a second chord length. Preferably the first chord length is smaller than the second Chord length.
  • the Shoveling one of the partial rings preferably longer and thinner than the blades of the other partial ring, namely, are preferred the blades of that part of the ring longer and thinner, which is arranged in the direction of flow in front of the other partial ring is.
  • the two functions the swirl vane ring are optimized, d. H. both the Function of the swirl generation as well as the function of the acoustic Decoupling can be done by appropriate dimensioning and matching the partial wreaths to each other in sufficient Dimensions are met.
  • this structure is simple Possibility of a swirl vane ring in a burner like this to retrofit that he subsequently the desired acoustic Decoupling enabled.
  • the combustion air duct is preferably annular.
  • Fuel is preferably in the combustion air duct inlet, which is before combustion with the combustion air intensely mixed.
  • The is more preferred Fuel from at least some of the swirl generator elements openable.
  • Through the intensive mixing of the fuel with the combustion air before the combustion (premix burner), will reduce nitrogen oxide emissions reached. This is done by leveling the flame temperature due to the good mixing, since the Nitrogen oxide emission exponentially with the flame temperature increases.
  • Another advantage of acoustic decoupling an additional mixing results from the swirl generator of fuel and combustion air because through the pronounced acceleration of the combustion air and the subsequent zone of pressure recovery additional swirls in the combustion air for a further improvement the mixing of combustion air and fuel to lead.
  • the swirl generator can also be dimensioned in this way be that on part of the pressure recovery is dispensed with in favor of increased turbulence improved mixing.
  • the burner preferably has an additional pilot burner on, through which a combustion of the combustion air duct escaping fuel-combustion air mixture is stabilized.
  • the pilot burner work as Diffusion burner, d. H.
  • Fuel and combustion air of the Pilot burners are only mixed at the point of combustion, so the burner is also referred to as a hybrid burner, in which both premix combustion and diffusion combustion he follows.
  • the burner is a gas turbine burner educated. Especially when it comes to high performance implementation Gas turbines can have very large combustion vibrations Amplitudes and possibly considerable damage effects occur. The flow acoustic decoupling to the combustion air supply system is particularly important here. this applies especially for stationary gas turbines.
  • FIG. 1 shows a gas turbine 301 in a longitudinal section. Arranged one behind the other along a turbine axis 302 are a compressor 303, a combustor 305 and a Turbine part 307.
  • the combustion chamber 305 opens into the burner 100. This comprises an annular duct-shaped combustion air duct 104 and a central one, from the combustion air duct 104 surrounding pilot burner 106.
  • the pilot burner 106 is as a diffusion burner executed in the fuel 114 and Compressor air 112 mixed in a combustion zone 311 and be burned.
  • fuel 114 of the combustion air 112 admixed from the compressor 303.
  • the combustion air 112 initially mixes intimately with the Fuel 114 before it is also in the combustion zone 311 burns within the combustion chamber 305. This so-called Premixed combustion is achieved through the diffusion combustion of the Pilot burner 106 stabilized.
  • burning in the Combustion chamber 305 generates hot exhaust gas 315, which the Turbine part 307 is fed.
  • Blading shown in turbine part 307 is the energy one of the hot exhaust gases 315 in rotational energy is not closer shown turbine shaft implemented.
  • Fluctuations in the combustion flame 313 result in Propagation of sound waves within the combustion chamber 305, that are reflected from the combustion chamber walls and in place the combustion 311 in turn fluctuations in the flame 313 cause. This interaction can cause a certain combustion chamber vibration at certain frequencies of the fluctuations build up in the combustion chamber 305 that too significant noise or even damage of components of the gas turbine 301 can lead. These combustion vibrations also spread through the combustion air duct 104 out. Through the combustion air duct 104 thus an additional volume to the combustion chamber 305 coupled, through which the formation of combustion chamber vibrations can also be favored. In addition Components upstream of the combustion chamber 305 also below Exposed to damaging vibrations.
  • the combustion air duct 104 flow acoustic to decouple from the combustion chamber 305.
  • a simple and acceptable from the pressure loss Possibility of acoustic decoupling of the combustion chamber 305 and combustion air duct 104 by means of a 2 shows burner 100.
  • FIG. 2 shows partially cut open and one in perspective burner 100 directed along a focal axis 98 an inner wall 101 and an outer wall 102 is an annular channel Combustion air duct 104 is formed. This encloses a centrally arranged, not shown in detail Pilot burner 106.
  • a swirl generator 109 designed as a swirl vane ring arranged. This is made of swirl blades Swirl generator elements 108 are formed.
  • the swirl blades 108 are in their position by adjusting screws 110 in the Outer wall 102 adjustable.
  • the swirl vane ring 109 is thereby alternating along its circumferential direction U. successive, different swirl blades 108 educated.
  • a first swirl vane 108B follows a second swirl vane 108A each.
  • the first swirl blades 108B are opposite the second swirl blades 108a staggered and both shorter and thicker. This is explained in more detail below with reference to FIG 3. Out some, preferably all of the swirl blades 108 is by means of one running inside the swirl vane 108, here invisible fuel channel fuel 114 over Openings, especially around the blade leading edge, let into the combustion air duct 104. By the Combustion air duct 104 flows combustion air 112. This mixes intensively with the fuel 114 Dimensioning of the swirl blades 108 becomes the combustion air 112 accelerated to a Mach number above 0.4. This creates a reflection barrier for sound waves built up.
  • FIG. 3 shows three of the swirl blades 108 in a cross section namely, second swirl blades 108A and an intermediate one first swirl vane 108B.
  • the first swirl vane 108B has a leading edge point 200B, a trailing edge point 202B, a skeletal line 204B, a maximum Profile thickness 206B and an adjustment engagement 208B.
  • each second swirl vane 108A has one Blade leading edge point 208A, a blade trailing edge point 202A, a skeleton line 204A, a maximum profile thickness 206A and an adjustment engagement 208A.
  • Combustion air 112 flows along the flow direction 210 between the first Swirl vane 108B and one of the second swirl vanes 108A through it.
  • the first is along this flow direction 210 Swirl vane 108B opposite second swirl vane 108A set back so that there is a distance L1 between the Tangents to the respective blade leading edge points 200B, 200A results.
  • a passage cross section F1 for the between Combustion air 112 flowing through the swirl vanes 108 shrinks down to a maximum narrowing caused by a minimum distance L4 between the first swirl vane 108B and the second swirl vane 108A. After this maximum constriction, the passage cross section increases F2 again and so moderately that it is not to a stall and thus to pressure losses due to comes from vortex formation. This will result in a high pressure recovery ensured in the combustion air 112.
  • the Blade trailing edge points 202B, 202A 112 are indicated by the Distance L3 spaced apart.
  • the first swirl blades 108B both have a greater maximum profile thickness than 206B also a shorter chord 204B compared to the maximum profile thicknesses 206A or 204A second swirl blades 108A.
  • This alternating Vane design in the swirl vane ring 109 enables both the setting of a sufficiently high swirl Stabilization of a combustion as well as desired acoustic decoupling effect by accelerating the combustion air 112 and then pressure recovery.

Abstract

The gas turbine burner (100) has a combustion air duct (104) in which are several spin-generating elements (108) forming spin-generators (109) in the form of spin blade rings. The ring consists of first (108A) and second (108B) blades. An extra pilot burner (106) stabilizes the mixture of fuel and combustion air emerging from the combustion air duct.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Verbrennungsluftzufuhrkanal.The invention relates to a burner with a combustion air supply duct.

In dem Buch "Berechnung der Schallausbreitung in durchströmten Kanälen von Turbomaschinen unter besonderer Berücksichtigung der Auslegung von Drehtonschaltern "von Christian Faber, Verlag Shaker, Aachen 1993, ist im Abschnitt 3.4 dargestellt, wie Diskontinuitäten in Strömungskanälen die Ausbreitung von Schall in einem in diesen Strömungskanälen strömenden Fluid beeinflussen. Es werden Streu-, Reflexions- und Transmissionsfaktoren abgeleitet, mit den berechnet werden kann, welcher Teil einer einfallenden Schallenergie die Diskontinuität passiert und welcher Teil reflektiert wird.In the book "Calculation of Sound Propagation in Flows Channels of turbomachinery with special consideration the interpretation of rotary switch "by Christian Faber, Verlag Shaker, Aachen 1993, is in section 3.4 shows how discontinuities in flow channels Propagation of sound in one in these flow channels influence flowing fluid. Scattering, reflecting and transmission factors derived, calculated with the can be what part of an incident sound energy the discontinuity happens and which part reflects becomes.

Die DE 44 30 697 Cl zeigt einen Zuluftschalldämpfer. Der Zuluftschalldämpfer besteht aus einer von einer undurchlässigen Wandung umschlossenen Strömungsleitung, die mit Unterschallgeschwindigkeit von einem gasförmigen Medium durchströmt ist. In der Strömungsleitung ist eine Einrichtung zur Unterdrückung von Luftschallemissionen angeordnet. Diese Einrichtung ist in Strömungsrichtung des Mediums vor einer schallabstrahlenden Geräuschquelle angeordnet und dient der Unterdrückung der Luftschallemissionen entgegen der Strömungsrichtung. Die Einrichtung weist eine lavaldüsenartige Verengung der Strömungsleitung auf. Durch diese lavaldüsenartige Verengung wird die Geschwindigkeit des gasförmigen Mediums auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Damit wird eine Reflexionsbarriere für den Luftschall aufgebaut.DE 44 30 697 Cl shows a supply air silencer. The Air intake silencer consists of one of an impermeable Wall enclosed flow line with Subsonic speed of a gaseous medium is flowed through. There is a device in the flow line arranged to suppress airborne noise emissions. This Device is in front of one in the flow direction of the medium arranged sound-transmitting noise source and serves the Suppression of airborne noise emissions against the direction of flow. The device has a laval nozzle-like Narrowing of the flow line. Through this laval nozzle-like Narrowing becomes the velocity of the gaseous Medium accelerated to the speed of sound. So that will built a reflection barrier for airborne sound.

In Verbrennungssystemen kann es zur Ausbildung von Verbrennungsschwingungen kommen. Solche Verbrennungsschwingungen sind beschrieben in dem Artikel "Combustion-Driven-Oscillations in Industry" von Abbott A. Putnam, American Elsevier, New York 1971. Gemäß dem Rayleigh-Kriterium baut sich eine Verbrennungsschwingung bei einer periodischen Zufuhr von Wärme zu einer Luftmenge in einer Brennkammer auf, wenn diese Wärmezufuhr als periodische Leistungsfreisetzung der Verbrennung in Phase mit einer Eigenschwingung der Luft in der Brennkammer erfolgt. Entsprechend kann die Verbrennungsschwingung durch eine gegenphasige Leistungsfreisetzung unterdrückt werden. Solche Verbrennungsschwingungen können zu einer erheblichen Lärmbelastung und sogar zu einer mechanischen Beschädigung von Komponenten der Verbrennungsvorrichtung führen. In dem genannten Artikel wird auf Seite 4 unter dem Absatz "Pulsations in supply rate" ausgeführt, daß die Verbrennungsschwingung an eine Luft oder Brennstoffzufuhr gekoppelt sein kann. Zur Vermeidung der Ausbreitung der Pulsationen in den Zufuhrsystemen ist vorgeschlagen, einen großen Druckverlust in den Zufuhrsystemen herbeizuführen um damit eine Refexionsbarriere aufzubauen. Es wird aber schon darauf hingewiesen, daß ein solcher Druckverlust in der Regel nicht hinnehmbar ist.In combustion systems, it can develop combustion vibrations come. Such combustion vibrations are described in the article "Combustion-Driven-Oscillations in Industry "by Abbott A. Putnam, American Elsevier, New York 1971. According to the Rayleigh criterion, one is built Combustion vibration with a periodic supply of Heat up an amount of air in a combustion chamber if this Heat supply as a periodic release of combustion power in phase with a natural vibration of the air in the Combustion chamber takes place. Accordingly, the combustion vibration through an anti-phase power release be suppressed. Such combustion vibrations can considerable noise pollution and even mechanical Damage to components of the combustion device to lead. In the article mentioned on page 4 under the paragraph "Pulsations in supply rate" stated that the Combustion vibration to an air or fuel supply can be coupled. To avoid the spread of the Pulsations in the delivery systems are suggested to bring about great pressure loss in the delivery systems to build a barrier to reflection. But it will be fine noted that such a pressure loss usually is unacceptable.

In dem Artikel "Maßnahmen zur Vermeidung von Verbrennungsschwingungen - Kennzahl zur strömungsakustischen Entkopplung am Brenner" von D. Schröder, Gaswärme International, Band 41, Heft 1, Januar 1992 wird ein strömungsakustisches Grenzwertkriterium zur Entkopplung eines Brennraumes von einem angekoppelten Leitungssystem entwickelt. Die Entkopplung geschieht durch einen Reflexionsbereich, der insbesondere am Brenner über eine Querschnittveränderung eines Zuleitungsrohres und ggf. zusätzlich durch eine an dieser Querschnittsverengung angeordnete Lochplatte erzeugt wird. Diese Maßnahmen haben allerdings den Nachteil eines erheblichen Druckverlustes für das dem Brenner zugeleitete Medium.In the article "Measures to avoid combustion vibrations - Key figure for flow acoustic decoupling am Brenner "by D. Schröder, Gaswärme International, Volume 41, Issue 1, January 1992 becomes a flow acoustic limit criterion for decoupling a combustion chamber from a coupled one Line system developed. The decoupling happens through a reflection area, which in particular on Burner over a change in cross section of a feed pipe and if necessary additionally by a narrowing of this cross section arranged perforated plate is generated. These measures have the disadvantage of a considerable one Pressure loss for the medium fed to the burner.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Brenners, bei dem eine Verbrennungszone, in die der Brenner mündet, von einer Zuleitung von Verbrennungsluft für den Brenner strömungsakustisch entkoppelt ist, wobei durch diese Entkopplung allenfalls ein vertretbarer zusätzlicher Druckverlust in der Verbrennungsluft entsteht.The object of the invention is to provide a burner in which a combustion zone into which the burner opens, from one Supply of combustion air for the burner is decoupled in terms of flow acoustics, with this decoupling at most an acceptable additional pressure loss arises in the combustion air.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Brenner mit einem Verbrennungsluftkanal, in dem ein aus einer Anzahl von Drallerzeugerelementen gebildeter Drallerzeuger so angeordnet ist, daß durch den Drallerzeuger die mittlere Durchtrittsgeschwindigkeit von durch den Drallerzeuger durchgeleiteter Verbrennungsluft auf eine Machzahl von mindestens 0,4, insbesondere mindestens 0,6, erhöht wird.According to the invention, this object is achieved by a burner with a combustion air duct in which one of a number Swirl generator formed by swirl generator elements arranged in this way is that by the swirl generator the average passage speed of those passed through the swirl generator Combustion air to a Mach number of at least 0.4, in particular at least 0.6, is increased.

Die mittlere Durchtrittsgeschwindikeit ist hierbei die über einen Kanalquerschnitt des Verbrennungsluftkanals gemittelte Geschwindigkeit.The average speed of passage is the over averaged a duct cross section of the combustion air duct Speed.

Drallerzeuger werden in einem Brenner häufig eingesetzt, um der in den Verbrennungsraum eintretenden Verbrennungsluft einen Drall zu erteilen, welcher die Verbrennungsflamme stabilisiert. Durch eine gleichzeitige Beschleunigung der Verbrennungsluft mittels der Drallerzeuger auf eine Machzahl von mindestens 0,4 wird über die Drallerzeuger eine Reflexionsbarriere für Schallwellen aufgebaut. Hierdurch wird die Ausbreitung von Verbrennungsschwingungen in das Zuleitungssystem für Verbrennungsluft abgeschwächt oder gar unterbunden. Über den Aufbau der Reflexionsbarriere mittels des Drallerzeugers kann dabei ein Druckverlust in der Verbrennungsluft klein gehalten werden. Die akustische Entkopplung wirkt sich somit allenfalls geringfügig negativ auf den Wirkungsgrad einer Verbrennungseinrichtung aus, in die der Brenner integriert ist.Swirl generators are often used in a burner to the combustion air entering the combustion chamber to give a twist which is the combustion flame stabilized. By simultaneously accelerating the Combustion air to a Mach number using the swirl generator A reflection barrier of at least 0.4 is created via the swirl generator built for sound waves. This will make the Propagation of combustion vibrations in the supply system weakened or even prevented for combustion air. About the construction of the reflection barrier using the Swirl generator can cause a pressure loss in the combustion air be kept small. The acoustic decoupling thus has a slightly negative effect on the Efficiency of a combustion device in which the Burner is integrated.

Vorzugsweise ist im Verbrennungsluftkanal ein Drallschaufelkranz aus Drallschaufeln zur Erzeugung eines Dralles in der Verbrennungsluft angeordnet. Weiter bevorzugt ist der Drallerzeuger durch den Drallschaufelkranz gebildet. Statt also zusätzliche Drallerzeuger zur akustischen Entkopplung vorzusehen, wird ein ohnehin vorhandener Drallschaufelkranz als akustisch entkoppelnder Drallerzeuger ausgebildet. Durch die Ausbildung der Drallerzeugerelemente als Drallschaufel ergibt sich eine einfach umsetzbare Maßnahme, um den Druckverlust in der Verbrennungsluft klein zu halten. Auf eine Beschleunigung der Verbrennungsluft bei Eintritt in den Drallschaufelkranz aufgrund einer effektiven Querschnittsverengung folgt nämlich aufgrund der sich in Strömungsrichtung verjüngenden Schaufelprofile wiederum eine Erweiterung, durch die ein Druckrückgewinn in der Verbrennungsluft bewirkt wird. Die Ausbildung des Drallerzeugers als Drallschaufelkranz hat somit sowohl den Vorteil, daß damit ein ohnehin benötigtes Mittel zur Erzeugung eines die Verbrennung stabilisierenden Dralles bereitgestellt wird, als auch ein sich günstig auf den Wirkungsgrad auswirkender Druckrückgewinn in der Verbrennungsluft ermöglicht wird.There is preferably a swirl vane ring in the combustion air duct from swirl blades to generate a swirl in the Combustion air arranged. The swirl generator is further preferred formed by the swirl vane ring. So instead to provide additional swirl generators for acoustic decoupling, is an already existing swirl vane ring as acoustically decoupling swirl generator. Through the Formation of the swirl generator elements results as a swirl vane an easy-to-implement measure to reduce the pressure drop in to keep the combustion air small. For acceleration the combustion air when entering the swirl vane ring due to an effective narrowing of the cross section follows due to the blade profiles tapering in the direction of flow again an extension through which a pressure recovery is caused in the combustion air. Training the Swirl generator as a swirl vane ring thus has both Advantage that it is a necessary means of production anyway a swirl stabilizing the combustion provided will, as well as a favorable on efficiency effective pressure recovery in the combustion air becomes.

Bevorzugt weist der Drallschaufelkranz erste und zweite Schaufeln auf, die entlang der Umfangsrichtung des Drallschaufelkranzes wechselnd aufeinanderfolgen, wobei die zweiten Schaufeln entgegen einer Strömungsrichtung der Verbrennungsluft gegenüber den ersten Schaufeln versetzt sind. Vorzugsweise weisen dabei die ersten Schaufeln eine erste maximale Profildicke und die zweiten Schaufeln eine zweite maximale Profildicke auf, wobei die erste maximale Profildicke größer ist, als die zweite maximale Profildicke. Die ersten Schaufeln weisen eine erste Sehnenlänge und die zweiten Schaufeln eine zweite Sehnenlänge auf. Vorzugsweise ist dabei die erste Sehnenlänge kleiner als die zweite Sehnenlänge. Der Drallerzeuger ist somit gewissermaßen aus zwei Teilschaufelkränzen gebildet, die entlang der Strömungsrichtung versetzt ineinandergreifen. Dabei sind die Schaufeln eines der Teilkränze vorzugsweise länger und dünner als die Schaufeln des anderen Teilkranzes und zwar sind bevorzugt die Schaufeln jenes Teilkranzes länger und dünner, der in Strömungsrichtung vor dem anderen Teilkranz angeordnet ist. Durch diese Ausbildung können die beiden Funktionsweisen des Drallschaufelkranzes optimiert werden, d. h. sowohl die Funktion der Drallerzeugung als auch die Funktion der akustischen Entkopplung kann durch eine geeignete Dimensionierung und Abstimmung der Teilkränze aufeinander in ausreichendem Maße erfüllt werden. Zudem ergibt dieser Aufbau eine einfache Möglichkeit, einen Drallschaufelkranz in einem Brenner so nachzurüsten, daß er nachträglich die gewünschte akustische Entkopplung ermöglicht. Dazu muß einfach in den vorhandenen Drallschaufelkranz ein weiterer Drallschaufelkranz eingefügt werden. Dies geschieht durch Anordnung einer zusätzlichen Drallschaufel zwischen jeweils zwei bereits vorhandenen Drallschaufeln. Durch geeignete Dimensionierung der zusätzlichen Drallschaufeln wird die gewünschte Beschleunigung der Verbrennungsluft auf eine Machzahl oberhalb von 0,4, vorzugsweise oberhalb von 0,6, weiter bevorzugt oberhalb von 0,8, erreicht. Gleichzeitig wird der Profilverlauf der zusätzlichen Drallschaufeln so gestaltet, daß ein Druckrückgewinn in der Verbrennungsluft bewirkt wird. Dies geschieht vorzugsweise durch einen sich allmählich erweiternden Durchtrittsquerschnitt. Insbesondere ist diese allmähliche Erweiterung so auszugestalten, daß es nicht zu einem Strömungsabriß entlang der Drallschaufeln kommt.The swirl vane ring preferably has first and second Scoops up along the circumferential direction of the swirl vane ring alternating successively, the second blades against a flow direction of the Combustion air offset from the first blades are. The first blades preferably have one first maximum profile thickness and the second blades one second maximum profile thickness, the first maximum Profile thickness is greater than the second maximum profile thickness. The first blades have a first chord length and second blades a second chord length. Preferably the first chord length is smaller than the second Chord length. The swirl generator is thus to a certain extent out two sub-vane rings formed along the flow direction interlocked. Here are the Shoveling one of the partial rings preferably longer and thinner than the blades of the other partial ring, namely, are preferred the blades of that part of the ring longer and thinner, which is arranged in the direction of flow in front of the other partial ring is. Through this training, the two functions the swirl vane ring are optimized, d. H. both the Function of the swirl generation as well as the function of the acoustic Decoupling can be done by appropriate dimensioning and matching the partial wreaths to each other in sufficient Dimensions are met. In addition, this structure is simple Possibility of a swirl vane ring in a burner like this to retrofit that he subsequently the desired acoustic Decoupling enabled. To do this, simply put it in the existing one Swirl vane ring another swirl vane ring inserted become. This is done by ordering an additional one Swirl blade between two existing ones Swirl blades. By appropriately dimensioning the additional Swirl blades are the desired acceleration of the Combustion air to a Mach number above 0.4, preferably above 0.6, more preferably above 0.8. At the same time, the profile of the additional swirl blades designed so that pressure recovery is caused in the combustion air. this happens preferably by gradually widening Passage cross-section. In particular, this is gradual Design expansion so that it does not stall comes along the swirl blades.

Bevorzugt ist der Verbrennungsluftkanal ringförmig ausgebildet.The combustion air duct is preferably annular.

Bevorzugtermaßen ist in den Verbrennungsluftkanal Brennstoff einlaßbar, der sich dabei vor einer Verbrennung mit der Verbrennungsluft intensiv vermischt. Weiter bevorzugt ist der Brennstoff dabei aus zumindest einigen der Drallerzeugerelemente einlaßbar. Durch die intensive Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft vor der Verbrennung (Vormischbrenner), wird eine Reduktion von Stickoxidemissionen erreicht. Dies wird durch eine Vergleichmäßigung der Flammentemperatur aufgrund der guten Vermischung bewirkt, da die Stickoxidemission expotentiell mit der Flammentemperatur ansteigt. Als weiteren Vorteil der akustischen Entkopplung mittels des Drallerzeugers ergibt sich eine zusätzliche Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft, da durch die ausgeprägte Beschleunigung der Verbrennungsluft und der anschließenden Zone eines Druckrückgewinnes zusätzliche Verwirbelungen in der Verbrennungsluft zu einer weiteren Verbesserung der Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff führen. Gegebenenfalls kann der Drallerzeuger auch so dimensioniert werden, daß auf einen Teil des Druckrückgewinns verzichtet wird, zugunsten einer durch erhöhte Turbulenz verbesserten Durchmischung.Fuel is preferably in the combustion air duct inlet, which is before combustion with the combustion air intensely mixed. The is more preferred Fuel from at least some of the swirl generator elements openable. Through the intensive mixing of the fuel with the combustion air before the combustion (premix burner), will reduce nitrogen oxide emissions reached. This is done by leveling the flame temperature due to the good mixing, since the Nitrogen oxide emission exponentially with the flame temperature increases. Another advantage of acoustic decoupling an additional mixing results from the swirl generator of fuel and combustion air because through the pronounced acceleration of the combustion air and the subsequent zone of pressure recovery additional swirls in the combustion air for a further improvement the mixing of combustion air and fuel to lead. If necessary, the swirl generator can also be dimensioned in this way be that on part of the pressure recovery is dispensed with in favor of increased turbulence improved mixing.

Vorzugsweise weist der Brenner einen zusätzlichen Pilotbrenner auf, durch den eine Verbrennung des aus dem Verbrennungsluftkanal austretenden Brennstoff-Verbrennungsluftgemisches stabilisiert wird. Arbeitet der Pilotbrenner dabei als Diffusionsbrenner, d. h. Brennstoff und Verbrennungsluft des Pilotbrenners werden erst am Ort der Verbrennung gemischt, so bezeichnet man den Brenner auch als Hybridbrenner, bei dem sowohl eine Vormischverbrennung als auch eine Diffusionsverbrennung erfolgt.The burner preferably has an additional pilot burner on, through which a combustion of the combustion air duct escaping fuel-combustion air mixture is stabilized. Does the pilot burner work as Diffusion burner, d. H. Fuel and combustion air of the Pilot burners are only mixed at the point of combustion, so the burner is also referred to as a hybrid burner, in which both premix combustion and diffusion combustion he follows.

Vorzugsweise ist der Brenner als ein Gasturbinenbrenner ausgebildet. Gerade bei der hohen Leistungsumsetzung einer Gasturbine können Verbrennungsschwingungen mit sehr großen Amplituden und eventuell erheblichen Schädigungswirkungen auftreten. Die strömungsakustische Entkopplung zum Verbrennungsluftzuführsystem ist hier besonders wichtig. Dies gilt insbesondere für stationäre Gasturbinen.Preferably the burner is a gas turbine burner educated. Especially when it comes to high performance implementation Gas turbines can have very large combustion vibrations Amplitudes and possibly considerable damage effects occur. The flow acoustic decoupling to the combustion air supply system is particularly important here. this applies especially for stationary gas turbines.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblich:

FIG 1
eine Gasturbine,
FIG 2
einen Brenner und
FIG 3
Drallschaufeln eines Drallschaufelkranzes.
The invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. Some of them show schematically and not to scale:
FIG. 1
a gas turbine,
FIG 2
a burner and
FIG 3
Swirl blades of a swirl blade ring.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference numerals have in the different figures same meaning.

FIG 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Gasturbine 301. Entlang einer Turbinenachse 302 hintereinander angeordnet sind ein Verdichter 303, eine Brennkammer 305 und ein Turbinenteil 307. Die Brennkammer 305 mündet in den Brenner 100. Dieser umfaßt einen ringkanalförmigen Verbrennungsluftkanal 104 und einen zentralen, vom Verbrennungsluftkanal 104 umgebenen Pilotbrenner 106. Der Pilotbrenner 106 ist als ein Diffusionsbrenner ausgeführt, bei dem Brennstoff 114 und Verdichterluft 112 in einer Verbrennungszone 311 vermischt und verbrannt werden. In den Verbrennungsluftkanal 104 wird stromauf der Verbrennungszone 311 Brennstoff 114 der Verbrennungsluft 112 aus dem Verdichter 303 beigemischt. Die Verbrennungsluft 112 vermischt sich somit zunächst innig mit dem Brennstoff 114 bevor sie ebenfalls in der Verbrennungszone 311 innerhalb der Brennkammer 305 verbrennt. Diese sogenannte Vormischverbrennung wird durch die Diffusionsverbrennung des Pilotbrenners 106 stabilisiert. Bei der Verbrennung in der Brennkammer 305 wird heißes Abgas 315 erzeugt, welches dem Turbinenteil 307 zugeleitet wird. Durch eine nicht näher gezeigte Beschaufelung im Turbinenteil 307 wird die Energie der heißen Abgase 315 in Rotationsenergie einer nicht näher dargestellten Turbinenwelle umgesetzt.1 shows a gas turbine 301 in a longitudinal section. Arranged one behind the other along a turbine axis 302 are a compressor 303, a combustor 305 and a Turbine part 307. The combustion chamber 305 opens into the burner 100. This comprises an annular duct-shaped combustion air duct 104 and a central one, from the combustion air duct 104 surrounding pilot burner 106. The pilot burner 106 is as a diffusion burner executed in the fuel 114 and Compressor air 112 mixed in a combustion zone 311 and be burned. In the combustion air duct 104 upstream of combustion zone 311, fuel 114 of the combustion air 112 admixed from the compressor 303. The combustion air 112 initially mixes intimately with the Fuel 114 before it is also in the combustion zone 311 burns within the combustion chamber 305. This so-called Premixed combustion is achieved through the diffusion combustion of the Pilot burner 106 stabilized. When burning in the Combustion chamber 305 generates hot exhaust gas 315, which the Turbine part 307 is fed. By one not closer Blading shown in turbine part 307 is the energy one of the hot exhaust gases 315 in rotational energy is not closer shown turbine shaft implemented.

Durch Fluktuationen der Verbrennungsflamme 313 kommt es zur Ausbreitung von Schallwellen innerhalb der Brennkammer 305, die von den Brennkammerwänden reflektiert werden und am Ort der Verbrennung 311 wiederum Fluktuationen der Flamme 313 hervorrufen. Durch diese Wechselwirkung kann sich bei bestimmten Frequenzen der Fluktuationen eine stabile Brennkammerschwingung in der Brennkammer 305 aufbauen, die zu einer erheblichen Lärmentwicklung oder sogar zur Schädigung von Bauteilen der Gasturbine 301 führen kann. Diese Verbrennungsschwingungen breiten sich auch durch den Verbrennungsluftkanal 104 aus. Durch den Verbrennungsluftkanal 104 wird somit ein zusätzliches Volumen an die Brennkammer 305 angekoppelt, durch welches die Ausbildung von Brennkammerschwingungen zusätzlich begünstigt werden kann. Zudem werden Bauteile stromaufwärts der Brennkammer 305 ebenfalls unter Umständen schädigenden Schwingungen ausgesetzt. Wünschenswert ist daher, den Verbrennungsluftkanal 104 strömungsakustisch von der Brennkammer 305 zu entkoppeln. Dazu muß eine Reflexionsbarriere für die Schallwellen aus der Brennkammer 305 aufgebaut werden. Eine einfache Querschnittsverengung oder die Verwendung eines Lochbleches oder dergleichen würde allerdings den Wirkungsgrad der Gasturbine 301 so erheblich beeinträchtigen, daß kein wirtschaftlicher Betrieb mehr möglich wäre. Eine einfache und vom Druckverlust her hinnehmbare Möglichkeit zur akustischen Entkopplung von Brennkammer 305 und Verbrennungsluftkanal 104 mittels eines Brenners 100 zeigt FIG 2.Fluctuations in the combustion flame 313 result in Propagation of sound waves within the combustion chamber 305, that are reflected from the combustion chamber walls and in place the combustion 311 in turn fluctuations in the flame 313 cause. This interaction can cause a certain combustion chamber vibration at certain frequencies of the fluctuations build up in the combustion chamber 305 that too significant noise or even damage of components of the gas turbine 301 can lead. These combustion vibrations also spread through the combustion air duct 104 out. Through the combustion air duct 104 thus an additional volume to the combustion chamber 305 coupled, through which the formation of combustion chamber vibrations can also be favored. In addition Components upstream of the combustion chamber 305 also below Exposed to damaging vibrations. Desirable is therefore, the combustion air duct 104 flow acoustic to decouple from the combustion chamber 305. This requires a reflection barrier for the sound waves from the combustion chamber 305 being constructed. A simple cross-sectional narrowing or would use a perforated plate or the like however, the efficiency of the gas turbine 301 is so significant affect that no more economical operation it is possible. A simple and acceptable from the pressure loss Possibility of acoustic decoupling of the combustion chamber 305 and combustion air duct 104 by means of a 2 shows burner 100.

FIG 2 zeigt teilweise aufgeschnitten und perspektivisch einen entlang einer Brennachse 98 gerichteten Brenner 100. Durch eine Innenwand 101 und eine Außenwand 102 ist ein ringkanalförmiger Verbrennungsluftkanal 104 gebildet. Dieser umschließt einen zentral angeordneten, nicht detailliert dargestellten Pilotbrenner 106. Im Verbrennungsluftkanal 104 ist ein als Drallschaufelkranz ausgeführter Drallerzeuger 109 angeordnet. Dieser wird aus als Drallschaufeln ausgeführten Drallerzeugerelementen 108 gebildet. Die Drallschaufeln 108 sind in ihrer Stellung durch Justierschrauben 110 in der Außenwand 102 justierbar. Der Drallschaufelkranz 109 wird dabei aus entlang seiner Umfangsrichtung U abwechselnd aufeinanderfolgenden, unterschiedlichen Drallschaufeln 108 gebildet. Auf jeweils eine erste Drallschaufel 108B folgt jeweils eine zweite Drallschaufel 108A. Die ersten Drallschaufeln 108B sind gegenüber den zweiten Drallschaufeln 108a versetzt und sowohl kürzer als auch dicker ausgebildet. Dies wird weiter unten näher anhand von FIG 3 erläutert. Aus einigen, bevorzugt allen Drallschaufeln 108 wird mittels eines im Inneren der Drallschaufel 108 verlaufenden, hier nicht sichtbaren Brennstoffkanal Brennstoff 114 über Öffnungen, insbesondere um die Schaufeleintrittskante herum, in den Verbrennungsluftkanal 104 eingelassen. Durch den Verbrennungsluftkanal 104 strömt Verbrennungsluft 112. Diese vermischt sich intensiv mit dem Brennstoff 114. Durch die Dimensionierung der Drallschaufeln 108 wird die Verbrennungsluft 112 auf eine Machzahl oberhalb von 0,4 beschleunigt. Dadurch wird eine Reflexionsbarriere für Schallwellen aufgebaut. Dies führt zu einer akustischen Entkopplung der Brennkammer 305, in die der Brenner 100 mündet und den stromauf des Drallerzeugers 109 gelegenen Teil des Verbrennungsluftkanals 104. Die Beschleunigung der Verbrennungsluft 112 wird durch eine Verengung des Durchtrittsquerschnittes für die Verbrennungsluft 112 erreicht. An diese Verengung schließt sich durch die Profilgestaltung der Drallschaufel 108 eine Erweiterung dieses Durchtrittsquerschnittes so an, daß möglichst kein Strömungsabriß für die Verbrennungsluft 112 erfolgt. Damit wird ein hoher Druckrückgewinn in der Verbrennungsluft 112 sichergestellt, so daß es allenfalls zu geringen Wirkungsgradeinbußen kommt.2 shows partially cut open and one in perspective burner 100 directed along a focal axis 98 an inner wall 101 and an outer wall 102 is an annular channel Combustion air duct 104 is formed. This encloses a centrally arranged, not shown in detail Pilot burner 106. In the combustion air duct 104 a swirl generator 109 designed as a swirl vane ring arranged. This is made of swirl blades Swirl generator elements 108 are formed. The swirl blades 108 are in their position by adjusting screws 110 in the Outer wall 102 adjustable. The swirl vane ring 109 is thereby alternating along its circumferential direction U. successive, different swirl blades 108 educated. A first swirl vane 108B follows a second swirl vane 108A each. The first swirl blades 108B are opposite the second swirl blades 108a staggered and both shorter and thicker. This is explained in more detail below with reference to FIG 3. Out some, preferably all of the swirl blades 108 is by means of one running inside the swirl vane 108, here invisible fuel channel fuel 114 over Openings, especially around the blade leading edge, let into the combustion air duct 104. By the Combustion air duct 104 flows combustion air 112. This mixes intensively with the fuel 114 Dimensioning of the swirl blades 108 becomes the combustion air 112 accelerated to a Mach number above 0.4. This creates a reflection barrier for sound waves built up. This leads to an acoustic decoupling of the Combustion chamber 305, into which the burner 100 opens and the part of the combustion air duct located upstream of the swirl generator 109 104. The acceleration of the combustion air 112 is due to a narrowing of the passage cross section reached for the combustion air 112. This narrowing closes with the profile design of the swirl vane 108 an expansion of this passage cross section in such a way that if possible no stall for the combustion air 112 takes place. This ensures a high pressure recovery in the Combustion air 112 ensures that it is at most low efficiency loss comes.

FIG 3 zeigt in einem Querschnitt drei der Drallschaufeln 108 und zwar zweite Drallschaufeln 108A und eine dazwischengelegene erste Drallschaufel 108B. Die erste Drallschaufel 108B weist einen Schaufelvorderkantenpunkt 200B, einen Schaufelhinterkantenpunkt 202B, eine Skelettlinie 204B, eine maximale Profildicke 206B und einen Justiereingriff 208B auf. Entsprechend weist jede zweite Drallschaufel 108A jeweils einen Schaufelvorderkantenpunkt 208A, einen Schaufelhinterkantenpunkt 202A, eine Skelettlinie 204A, eine maximale Profildicke 206A und einen Justiereingriff 208A auf. Verbrennungsluft 112 strömt entlang der Strömungsrichtung 210 zwischen der ersten Drallschaufel 108B und einer der zweiten Drallschaufeln 108A hindurch. Entlang dieser Strömungsrichtung 210 ist die erste Drallschaufel 108B gegenüber den zweiten Drallschaufeln 108A zurückversetzt, so daß sich ein Abstand L1 zwischen den Tangenten an die jeweiligen Schaufelvorderkantenpunkte 200B, 200A ergibt. Ein Durchtrittsquerschnitt F1 für die zwischen den Drallschaufeln 108 hindurchströmende Verbrennungsluft 112 verkleinert sich bis auf eine maximale Verengung, die durch einen minimalen Abstand L4 zwischen der ersten Drallschaufel 108B und der zweiten Drallschaufel 108A gekennzeichnet ist. Nach dieser maximalen Verengung vergrößert sich der Durchtrittsquerschnitt F2 wieder und zwar so moderat, daß es nicht zu einem Strömungsabriß und damit zu Druckverlusten aufgrund von Wirbelbildung kommt. Dadurch wird ein hoher Druckrückgewinn in der Verbrennungsluft 112 sichergestellt. Zwischen den Schaufelhinterkantenpunkten 202B, 202A tritt die Verbrennungsluft 112 wieder zwischen den zwei Schaufeln 108 aus. Die Schaufelhinterkantenpunkte 202B, 202A sind dabei durch den Abstand L3 voneinander beabstandet. Die ersten Drallschaufeln 108B weisen sowohl eine größere maximale Profildicke 206B als auch eine kürzere Profilsehne 204B auf verglichen mit den maximalen Profildicken 206A bzw. den Profilsehenen 204A der zweiten Drallschaufeln 108A. Diese alternierend wechselnde Schaufelgestaltung im Drallschaufelkranz 109 ermöglicht sowohl die Einstellung eines genügend hohen Dralles zur Stabilisierung einer Verbrennung als auch denn gewünschten akustischen Entkopplungseffekt durch Beschleunigung der Verbrennungsluft 112 und anschließendem Druckrückgewinn.3 shows three of the swirl blades 108 in a cross section namely, second swirl blades 108A and an intermediate one first swirl vane 108B. The first swirl vane 108B has a leading edge point 200B, a trailing edge point 202B, a skeletal line 204B, a maximum Profile thickness 206B and an adjustment engagement 208B. Corresponding each second swirl vane 108A has one Blade leading edge point 208A, a blade trailing edge point 202A, a skeleton line 204A, a maximum profile thickness 206A and an adjustment engagement 208A. Combustion air 112 flows along the flow direction 210 between the first Swirl vane 108B and one of the second swirl vanes 108A through it. The first is along this flow direction 210 Swirl vane 108B opposite second swirl vane 108A set back so that there is a distance L1 between the Tangents to the respective blade leading edge points 200B, 200A results. A passage cross section F1 for the between Combustion air 112 flowing through the swirl vanes 108 shrinks down to a maximum narrowing caused by a minimum distance L4 between the first swirl vane 108B and the second swirl vane 108A. After this maximum constriction, the passage cross section increases F2 again and so moderately that it is not to a stall and thus to pressure losses due to comes from vortex formation. This will result in a high pressure recovery ensured in the combustion air 112. Between Combustion air enters the blade trailing edge points 202B, 202A 112 again between the two blades 108. The Blade trailing edge points 202B, 202A are indicated by the Distance L3 spaced apart. The first swirl blades 108B both have a greater maximum profile thickness than 206B also a shorter chord 204B compared to the maximum profile thicknesses 206A or 204A second swirl blades 108A. This alternating Vane design in the swirl vane ring 109 enables both the setting of a sufficiently high swirl Stabilization of a combustion as well as desired acoustic decoupling effect by accelerating the combustion air 112 and then pressure recovery.

Die zweiten Drallschaufeln 108A weisen in ihrem vorderen Bereich, d. h. entlang der Skelettlinie 204A vom Schaufelvorderkantenpunkt 200A im ersten Viertel Zufuhrkanäle 212 auf, durch die im Innern der Drallschaufeln 108A geführter Brennstoff 114 in die Verbrennungsluft 112 auslaßbar ist. Dies führt zu einer besonders guten Durchmischung von Verbrennungsluft 112 und Brennstoff 114 schon im Bereich des Drallerzeugers 109. Zudem ist der Ort der Verbrennung vom Ort der Gemischbildung getrennt, da die entkoppelnde Verengung stromab von in der Brennstoffzuführung liegt. Hierdurch wird die in der Regel häufig als Ursache anzusehende, Fluktuationen hervorrufende, Brennstoffzufuhr von der Verbrennung akustisch entkoppelt. Durch diese akustische Entkopplung der Ursache von Verbrennungsschwingungen kommt es zu einer besonders effektiven Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen. Vorzugsweise werden folgende Werte für die Dimensionierung der Drallschaufeln 108 und ihrer Abstände eingestellt:

  • L1 = Abstand der Tangenten an die Schaufelvorderkantenpunkte 200B, 200A = 1 bis 5 cm,
  • L2 = Abstand zwischen den Schaufelvorderkantenpunkten 200B,200A = 2 bis 8 cm,
  • L3 = Abstand der Schaufelhinterkantenpunkte 202B, 202A 1 bis 5 cm,
  • L4 = minimaler Abstand der ersten Drallschaufeln 108B von den zweiten Drallschaufeln 108A = 0,3 bis 3 cm,
  • maximale Profildicke 206B der ersten Drallschaufeln 108B = 2 bis 6 cm,
  • Länge der Skelettlinie 204B der ersten Drallschaufel 108B = 5 bis 17 cm,
  • Maximale Profildicke 206A der zweiten Drallschaufel 108A = 0,5 bis 4 cm,
  • Skelettlinienlänge der Profilsehne 204A der zweiten Drallschaufel 208A = 8 bis 20 cm.
    • The second swirl blades 108A have in their front region, ie along the skeleton line 204A from the blade leading edge point 200A in the first quarter, supply channels 212 through which fuel 114 guided inside the swirl blades 108A can be discharged into the combustion air 112. This leads to a particularly good mixing of combustion air 112 and fuel 114 already in the area of the swirl generator 109. In addition, the location of the combustion is separated from the location of the mixture formation, since the decoupling constriction is located downstream of the fuel supply. As a result, the fuel supply, which is generally regarded as the cause and which causes fluctuations, is acoustically decoupled from the combustion. This acoustic decoupling of the cause of combustion vibrations results in particularly effective suppression of combustion vibrations. The following values are preferably set for the dimensioning of the swirl blades 108 and their distances:
  • L1 = distance of the tangents to the blade leading edge points 200B, 200A = 1 to 5 cm,
  • L2 = distance between the blade leading edge points 200B, 200A = 2 to 8 cm,
  • L3 = distance of the blade trailing edge points 202B, 202A 1 to 5 cm,
  • L4 = minimum distance of the first swirl vanes 108B from the second swirl vanes 108A = 0.3 to 3 cm,
  • maximum profile thickness 206B of the first swirl blades 108B = 2 to 6 cm,
  • Length of the skeleton line 204B of the first swirl vane 108B = 5 to 17 cm,
  • Maximum profile thickness 206A of the second swirl vane 108A = 0.5 to 4 cm,
  • Skeleton line length of the chord 204A of the second swirl vane 208A = 8 to 20 cm.

    • Claims (12)

    Brenner (100) mit einem Verbrennungsluftkanal (104), in dem ein aus einer Anzahl von Drallerzeugerelementen (108) gebildeter Drallerzeuger (109) so angeordnet ist, daß durch den Drallerzeuger (109) die mittlere Durchtrittsgeschwindigkeit von durch den Drallerzeuger (109) durchgeleiteter Verbrennungsluft (112) auf eine Machzahl von mindestens 0,4 erhöhbar ist.Burner (100) with a combustion air duct (104), in one of a number of swirl generator elements (108) formed swirl generator (109) is arranged so that by the swirl generator (109) the average passage speed of combustion air passed through the swirl generator (109) (112) to a Mach number of at least 0.4 can be increased. Brenner (100) nach Anspruch 1, bei dem im Verbrennungsluftkanal (104) ein Drallschaufelkranz (109) aus Drallschaufeln (108) zur Erzeugung eines die Verbrennung stabilisierenden Dralles in der Verbrennungsluft (112) angeordnet ist.Burner (100) according to claim 1, in which in the combustion air duct (104) a swirl blade ring (109) made of swirl blades (108) to produce a combustion stabilizing Swirl is arranged in the combustion air (112). Brenner (100) nach Anspruch 2, bei dem der Drallerzeuger (109) durch den Drallschaufelkranz (109) gebildet ist, wobei die Drallerzeugerelemente (108) durch die Drallschaufeln (108) gebildet sind.The burner (100) of claim 2, wherein the swirl generator (109) is formed by the swirl vane ring (109), wherein the swirl generator elements (108) through the swirl blades (108) are formed. Brenner (100) nach Anspruch 3, bei dem der Drallschaufelkranz (109) aus ersten Drallschaufeln (108B) und aus zweiten Drallschaufeln (108A) gebildet ist, die entlang der Umfangsrichtung (U) des Drallschaufelkranzes (109) wechselnd aufeinander folgen, wobei die zweiten Drallschaufeln (108A) entgegen einer Strömungsrichtung (210) der Verbrennungsluft (112) gegenüber den ersten Drallschaufeln (108B) versetzt sind.The burner (100) of claim 3, wherein the swirl vane ring (109) from first swirl blades (108B) and out second swirl blades (108A) is formed along the The circumferential direction (U) of the swirl vane ring (109) changes follow each other with the second swirl vanes (108A) against a flow direction (210) of the combustion air (112) offset from the first swirl blades (108B) are. Brenner (100) nach Anspruch 4, bei dem die ersten Drallschaufeln (108B) eine erste maximale Profildicke (206B) und die zweiten Drallschaufeln (108A) eine zweite maximale Profildicke (206A) aufweisen, wobei die erste maximale Profildicke (206B) größer ist, als die zweite maximale Profildicke (206A). The burner (100) of claim 4, wherein the first Swirl blades (108B) a first maximum profile thickness (206B) and the second swirl vanes (108A) have a second maximum Profile thickness (206A), the first maximum Profile thickness (206B) is greater than the second maximum Profile thickness (206A). Brenner (100) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die ersten Drallschaufeln (108B) eine erste Profilsehnenlänge (204B) und die zweiten Drallschaufeln (108A) eine zweite Profilsehnenlänge (204A) aufweisen, wobei die erste Profilsehnenlänge (204B) kleiner ist, als die zweite Profilsehnenlänge (204A).A burner (100) according to claim 4 or 5, wherein the first Swirl blades (108B) a first chord length (204B) and the second swirl blades (108A) have a second chord length (204A), the first chord length (204B) is smaller than the second chord length (204A). Brenner (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erhöhung der Durchtrittsgeschwindigkeit durch eine Verengung eines freien Durchtrittsquerschnittes (F1) für die Verbrennungsluft (112) und ein anschließender Druckrückgewinn in der Verbrennungsluft (112) durch einen sich allmählich so erweiternden freien Durchtrittsquerschnitt (F2) bewirkt wird, daß die Verbrennungsluft (112) im wesentlichen frei von einem Strömungsabriß zwischen den Drallerzeugerelementen (108) strömt.Burner (100) according to one of the preceding claims, where the increase in the speed of passage through a narrowing of a free passage cross section (F1) for the combustion air (112) and a subsequent pressure recovery in the combustion air (112) gradually through one thus expanding free passage cross section (F2) is that the combustion air (112) essentially free of stall between the swirl generator elements (108) flows. Brenner (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbrennungsluftkanal (104) ringförmig ausgebildet ist.Burner (100) according to one of the preceding claims, in which the combustion air duct (104) is annular is. Brenner (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in den Verbrennungsluftkanal (104) Brennstoff (114) einlaßbar ist, der sich dabei vor einer Verbrennung mit der Verbrennungsluft (112) intensiv vermischt.Burner (100) according to one of the preceding claims, with the fuel (114) in the combustion air duct (104) is admitted, which is before a combustion with the Combustion air (112) mixed intensively. Brenner (100) nach Anspruch 9, bei dem der Brennstoff (114) aus zumindest einigen der Drallerzeugerelemente (108) einlaßbar ist.The burner (100) of claim 9, wherein the fuel (114) from at least some of the swirl generator elements (108) is open. Brenner (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen zusätzlichen Pilotbrenner (106) umfaßt, durch den eine Verbrennung des aus dem Verbrennungsluftkanal (104) austretenden Brennstoff/Verbrennungsluftgemisches stabilisierbar ist.Burner (100) according to one of the preceding claims, which comprises an additional pilot burner (106) through which combustion of the combustion air duct (104) escaping fuel / combustion air mixture can be stabilized is. Brenner (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der als ein Gasturbinenbrenner (100) ausgebildet ist.Burner (100) according to one of the preceding claims, which is designed as a gas turbine burner (100).
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