一种燃烧器(30)，包括：先导燃烧器(58)、燃烧室以及旋流器(52)，其中旋流器(52)位于燃烧室的径向外侧并且适于在燃料/空气混合物上施加绕燃烧室的轴向中心线(86)的涡旋运动，先导燃烧器(58)包括先导燃烧器面(60)，先导燃烧器面(60)位于旋流器(52)的径向内侧并且形成燃烧室的轴向上游壁，先导燃烧器面(60)结合有先导燃料喷射器(64)和点火器(84)，先导燃料喷射器(64)和点火器(84)都定位成与轴向中心线(86)径向地偏离，其特征在于，在先导燃烧器面(60)内与轴向中心线(86)径向偏离地设置有凹部(90)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃烧装置(combustor)以及包括这种燃烧装置的燃气涡轮发动机。
技术介绍
一般的燃气涡轮发动机包括空气入口，空气入口之后是压缩机部分，进入的空气在压缩机部分中被压缩，以用于应用至燃气涡轮发动机的燃烧装置部分的一个或多个燃烧装置。燃料(可以是气态燃料或液体燃料)被引入到燃烧装置中并且与压缩空气的部分混合。由燃烧装置中的燃料/空气混合物的燃烧产生的热燃烧气体被引导至涡轮机部分，其中该涡轮机部分包括一组涡轮机轮叶以及一组涡轮机导向叶片。贴靠涡轮机轮叶流动的燃烧气体导致附接有涡轮机轮叶的燃气涡轮发动机的轴的旋转。由于压缩机部分的轮叶也附接至所述轴，所以由涡轮机部分产生的机械动力的一部分被用来使压缩机部分运行。燃气涡轮发动机的燃烧装置通常至少包括燃烧器、旋流器(swirler)以及预燃室(combustion prechamber)，该预燃室适于与主燃烧室在下游流体连通。通常平面形的燃烧器表面在上游方向上对预燃室限界。燃烧器的主要目的是将燃料和空气引入到预燃室中，而燃料与空气的充分的混合是获得具有良好的火焰稳定性和最小可能的NOX排放量的稳定而高效的燃烧所必需的。因此，燃烧装置的设计必须确保适当量的燃料被引入到燃烧装置内的正确位置，并且这些量的燃料与空气充分地混合，且发生充分的燃料蒸发。可以设置旋流器以实现燃料与空气更好的混合。旋流器包括旋流器叶片，旋流器叶片布置成使得被引导经过位于旋流器叶片之间的旋
流器缝的压缩空气将被迫发生绕预燃室的轴向中心线的涡旋运动。空气的涡旋运动增强了空气与燃料的混合。为了减少燃气涡轮发动机产生的氮氧化物，使用了所谓的稀燃预混合燃烧装置，在该稀燃预混合燃烧装置中，在较高的运行范围内，燃料空气比被尽可能地减小。然而，当发动机负载减小时，这些稀燃料空气比在维持火焰稳定性方面是有问题的。已知的是将先导燃料系统结合到燃烧器中，该先导燃料系统将喷射补充量的(先导)燃料到预燃室中以局部地升高燃料空气比。通常，在燃烧装置起动时也使用先导燃料系统。燃料从先导面朝向预燃室喷射并且被点火器点燃，其中点火器可以定位在先导燃烧器面内的某个位置。例如在US 6,151,899 A1中公开了包括先导燃料系统的燃烧装置。该先导燃料系统包括用于将先导燃料喷射到预燃室中的喷嘴，该喷嘴在如下这样的位置和定向而布置在燃烧器面的中央凹部内，即：使得燃料基本切向地喷射到该凹部中，从而绕该凹部的周壁流动。为了起动，通过可以位于先导燃烧器面内的电火花点火器点燃燃料。在US 6,532,726 B2中公开了一种对先导燃料喷射器的替代性定位。通过该专利中公开的燃烧装置，单个液体喷枪布置在燃烧器面上。通过该喷枪在预燃室的轴向方向上喷射液体先导燃料。通过同样定位在燃烧器面内的火花点火单元实现燃料/空气混合物的点火。特别地，如果这种燃烧装置以液体燃料运行，则可能遇到较差的起动稳定性。情况之所以如此是因为点火要求在点火器附近存在具有正确的比例的足够量的燃料/空气混合物。已经证明，利用液体燃料实现这一点比利用气态燃料要更加困难，这是因为与气态燃料相比，液体燃料与空气的混合较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于燃气涡轮发动机的燃烧装置，即使是液体燃料的情况下也具有良好的起动可靠性。该目的通过根据权利要求1的燃烧装置而实现。在权利要求8中要求保护包括这种燃烧装置的燃气涡轮发动机。本专利技术的其他特征和细节是其他权利要求的主题和/或从说明书和附图中显见。关于燃烧装置论述的特征和细节同样适用于燃气涡轮机发动机，反之，关于燃气涡轮机发动机论述的特征和细节也适用于燃烧装置。根据本专利技术的燃烧装置包括燃烧器、燃烧室以及旋流器，该旋流器位于燃烧室的径向外侧并且适于在燃料/空气混合物上施加绕燃烧室的轴向中心线的涡旋运动；燃烧器面位于旋流器的径向内侧并且形成燃烧室的轴向上游壁，燃烧器面结合有先导燃料喷射器和点火器，先导燃料喷射器和点火器两者都定位成与所述轴向中心线径向地偏离，其中在燃烧器面内与所述轴向中心线径向偏离地设置有凹部。燃烧室(其可以为轴流式燃烧室)可以包括(沿流动顺序)预燃室和主燃烧室，其中预燃室位于旋流器的径向内侧，主燃烧室可以具有与预燃室大的横截面面积。先导燃料喷射器优选地适于沿平行于所述轴向中心线的方向(至少具有平行于所述轴向中心线的分量)将(先导)燃料喷射到燃烧室中。通常，燃料/空气混合物的涡旋流不仅具有周向分量，而且还具有在远离燃烧器面的方向上的轴向分量，其中点火器(可以是火花点火器)集成在该燃烧器面内，因而导致了燃烧装置的起动可靠性较差。可以具有圆形形状的凹部产生了局部空气动力学效应，该局部空气动力学效应将燃料/空气混合物流朝向点火器拖拽并且因此提高了起动可靠性，这是因为足够量的燃料/空气混合物将被拖拽到点火器中。优选地，所述凹部相对于旋流器施加在空气或燃料/气体混合物上的绕轴向中心线的涡旋运动(这可能要求具有结合在旋流器内的空气喷嘴和/或主燃料喷嘴)的旋转方向位于先导燃料喷射器与点火器之间。施加这种涡旋运动可以通过旋流器实现，该旋流器包括以圆形配置布置的多个旋流器叶片并且所述多个旋流器叶片之间形成旋流器缝，而旋流器缝具有相对于由旋流器叶片的径向外端限定的圆的弦向
方位。如果先导燃料喷射器与点火器之间的角度距离在145°至225°之间、优选地在165°至195°之间、特别是大约180°，则将燃料/空气混合物流引导至点火器中可能是特别有意义的。如果凹部(的中心)一方面与点火器(的中心)和/或另一方面与先导燃料喷射器(的中心喷射轴线)距燃烧室的轴向中心线同样的径向距离，则可以进一步增强燃料/空气混合物向点火器的引导。另外，先导燃料喷射器与所述凹部之间的角度距离可以小于所述凹部与点火器之间的角度距离。在根据本专利技术的燃烧装置的一个优选实施方式中，燃烧器面为平面形，因此不包括可能干扰燃料/空气混合物的涡旋运动的任何高台部。如果先导燃料喷射器和点火器(完全)位于燃烧器面内的孔中，这能够实现。为了支持先导燃料与进入燃烧器的(来自旋流器)的空气或燃料/空气混合物的混合，先导燃料喷射器可以适于产生先导燃料的锥形喷射和/或先导燃料喷射器可以包括(用于先导燃料的)燃料管和压缩空气管。先导燃料因此可以与同样位于先导燃料喷射器内的压缩空气混合，这有助于使燃料雾化并且因而带来燃料与空气更好的混合。根据本专利技术的燃气涡轮发动机的特征在于(至少一个)根据本专利技术的燃烧装置。除了燃烧装置之外，该燃气涡轮发动机还可以包括空气入口、压缩机部分、涡轮机部分以及排气出口。通过空气入口进入燃气涡轮发动机的空气(或者至少是氧气)可以在压缩机部分中被压缩，然后被引导至一个或多个燃烧装置。压缩气体可以与燃料混合并且燃料/空气混合物在一个或多个燃烧装置内燃烧。热燃烧气体然后可以在涡轮机部分内膨胀，从而产生燃气涡轮发动机的轴上的机械动力。燃烧气体然后可以通过排气出口从燃气涡轮发动机排出。附图说明现在将参照附图更详细地论述根据本专利技术的燃气涡轮发动机的
特定实施方式。附图示出了：图1：燃气涡轮发动机的纵截面视图；图2：燃气涡轮发动机的燃烧装置的总体结构；图3：燃气涡轮发动机的燃烧器的组件的详细立体图；图4：本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃烧器(30)，包括：先导燃烧器(58)、燃烧室以及旋流器(52)，其中所述旋流器(52)位于所述燃烧室的径向外侧并且适于在燃料/空气混合物上施加绕所述燃烧室的轴向中心线(86)的涡旋运动，所述先导燃烧器(58)包括先导燃烧器面(60)，所述先导燃烧器面(60)位于所述旋流器(52)的径向内侧并且形成所述燃烧室的轴向上游壁，所述先导燃烧器面(60)结合有先导燃料喷射器(64)和点火器(84)，所述先导燃料喷射器(64)和所述点火器(84)都定位成与所述轴向中心线(86)径向地偏离，其特征在于，在所述先导燃烧器面(60)内与所述轴向中心线(86)径向偏离地设置有凹部(90)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.06 EP 14154207.61.一种燃烧器(30)，包括：先导燃烧器(58)、燃烧室以及旋流器(52)，其中所述旋流器(52)位于所述燃烧室的径向外侧并且适于在燃料/空气混合物上施加绕所述燃烧室的轴向中心线(86)的涡旋运动，所述先导燃烧器(58)包括先导燃烧器面(60)，所述先导燃烧器面(60)位于所述旋流器(52)的径向内侧并且形成所述燃烧室的轴向上游壁，所述先导燃烧器面(60)结合有先导燃料喷射器(64)和点火器(84)，所述先导燃料喷射器(64)和所述点火器(84)都定位成与所述轴向中心线(86)径向地偏离，其特征在于，在所述先导燃烧器面(60)内与所述轴向中心线(86)径向偏离地设置有凹部(90)。2.根据权利要求1所述的燃烧器(30)，其特征在于，所述凹部(90)相对于由所述旋流器(52)施加在燃料/气体混合物上的绕所述轴向中心线(86)的涡旋运动的旋转方向位于所述先导燃料喷射器(64)与所述点火器(84)之间。3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·布查南，S·萨达西伍尼，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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