本发明专利技术涉及一种用于混合燃料（25、26）和空气（6）的旋流器（2），燃烧腔以及燃气涡轮机，所述旋流器（2）包括位于所述旋流器（2）的中心轴线（12）径向周围的多个叶片（15）以及用于混合燃料（25、26）和空气（6）的多个混合槽。所述多个混合槽中的至少一个混合槽（16）由所述多个叶片（15）中两个相邻叶片的相对壁（17）限定并且包括布置在所述至少一个混合槽（16）上游区段的至少一个燃料注入口（21、22）。此外，所述至少一个混合槽（16）包括布置在所述至少一个混合槽（16）的下游区段的轴向旋流器（20）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种旋流器，特别是燃气涡轮机的旋流器，以及对进一步降低诸如氧化氮(NOx)的空气污染物的改进。
技术介绍
在燃气涡轮机燃烧器中，燃料燃烧产生高温高压废气，该高温高压废气接着被供应到涡轮机级，在涡轮机级处，将动量传递给涡轮机叶片，由此使涡轮机转子转动，同时高温高压废气膨胀冷却。然后，涡轮机转子的机械能可以用于驱动产生电能的发电机或驱动机器。然而，燃烧燃料导致在废气中存在一些会污染环境的不期望的污染物。因此，花费很大精力使污染物尽可能低。其中一种污染物是氧化氮(N0X)。氧化氮的形成率随燃烧火焰的温度指数增长。因此试图通过降低燃烧火焰的温度来尽可能减少氧化氮的形成。可以实现降低燃烧火焰的温度的方法主要有两种。第一种是使用在空气中细密分布的小化学计量燃料，产生馏分小的燃料/空气混合物。馏分相对小的燃料导致燃烧火焰的温度低。第二种方法是在进行燃烧前提供完全混合的燃料和空气。混合得越充分，则燃料在燃烧区的分布越均勻并且燃料浓度显著高于平均的区域越少。这有助于防止因燃料/ 空气混合率达到局部最大值而导致的在燃烧区产生热点。当局部燃料/空气浓度高时，温度将在该局部区域升高，因而导致废气中的NOx也增加。因此，当今的燃气涡轮发动机使用在燃料/空气混合物燃烧之前以小化学计量预混合空气和燃料的方式。通常，通过将燃料注入燃烧室的涡流区中的空气流来实现预混合， 所述燃烧室位于燃烧区的上游。涡流使得燃料和空气的混合发生在该混合物进入燃烧区之、r -GB 2334087 A论述了在“贫油燃烧”燃烧室的启动期间提高燃料空气比的具体问题。燃烧室包括旋流器，该旋流器具有限制流过燃烧室的液流的至少一个节流器。优选地， 该节流器根据气流的压力在限制位置和非限制位置之间偏转或切换。这可以优化燃料/空气混合物。另一方面，节流器会形成气流不稳定或因可能发生逆流而停滞的死区。根据美国专利US 6，192，669 Bi,已知布置多个燃烧器，所述多个燃烧器以下述方式有效地互相连接，使得涡流在确保火焰前缘的稳定性的通用燃烧腔中开始。这是有利的， 因为这样可以在部分负荷情况下降低污染物(例如NOx)的排放。美国专利申请US 2006/0257807 Al公开一种具有旋流器的燃烧室。环形混合管道可以应用于径向式旋流器。优点在于没有会阻塞过量燃料的转角。至于上述现有技术水平，本专利技术的目的是提供旋流器，尤其是在燃气涡轮机燃烧腔中的旋流器；装配有这种旋流器的燃烧腔；以及具有多个这种燃烧腔的燃气涡轮机，从而通过提供均勻燃料/空气混合物，尤其是在燃气涡轮机的所有可能负荷情况下，改善涡轮机区域中的燃料和空气混合
技术实现思路
此目的由独立权利要求达到。从属权利要求描述本专利技术的有利的发展和改进。根据本专利技术，提供一种用于混合燃料和空气的旋流器，所述旋流器包括位于旋流器的中心轴线径向周围的多个叶片并且包括用于混合燃料和空气的多个混合槽。所述多个混合槽中的至少一个混合槽由所述多个叶片中两个相邻叶片的相对壁限定。所述多个混合槽中的至少一个包括布置在所述至少一个混合槽上游区段的至少一个燃料注入口，而且包括布置在所述至少一个混合槽的下游区段的轴向旋流器。此外，本专利技术还涉及包括这种旋流器的部件，尤其是燃气涡轮机的燃烧腔。此外， 本专利技术还涉及包括至少一个这种燃烧腔的燃气涡轮机。本专利技术的旋流器在于轴向旋流器提供额外的旋流器，从而燃料和空气混合物更加均勻。有利地，可以设置多个旋流器扰流片，从而为多个混合槽中的至少一个提供混合槽单独转动气流。具体地，多个叶片可以被配置为经混合的燃料和空气混合物在旋流器的中心轴线周围产生涡流。优选地，轴向旋流器在应用所述轴向旋流器的混合槽的横轴周围提供转动运动。结果，这种转动的燃料/空气混合物从每个混合槽进入旋流器的径向内部，在旋流器的轴周围的转动在所述旋流器中开始。因此，进行转动运动(由轴向旋流器产生)和在混合槽方向上侧向运动的若干燃料/空气流被旋流器进一步混合，使得整个转动运动沿旋流器的中心轴线进行。这改善了燃料和空气的混合。混合槽是燃料和空气的通道。该通道的方向由两个相邻的相对壁的壁的取向限定。优选地，所述壁的取向(忽略位于混合槽中的轴向旋流器的作用)为燃料和空气将朝向旋流器或燃烧器的中心区域前进并且进入该中心区域，稍微偏离正中心，从而燃料和空气的整体运动将为围绕旋流器或燃烧器的中心轴线的螺旋状运动。优选地，旋流器的中心轴线与应用该旋流器的燃烧器的中心轴线相同。仍然忽略位于混合槽中的轴向旋流器的作用，然而，此螺旋状运动的转动可以比混合流流动的平均速度低。由于混合流是旋转，在燃烧器的中心轴线周围给出更加正切的路径(这提高了在流动通道中相邻两个旋流器叶片之间的压力差)，从而产生此现象。在优选实施例中，轴向旋流器可以在两个相邻叶片的壁之间延伸。优选地，轴向旋流器延伸了混合槽(燃料和空气混合物在其中流动)的整个横截面，从而有利地，所有燃料和空气混合物都将穿过轴向旋流器。在替换实施例中，部分燃料和空气混合物可以绕过轴向旋流器。如果轴向旋流器未延伸混合槽的整个横截面，则会发生这种情况。在另一优选实施例中，轴向旋流器可以布置成基本垂直于两个相邻叶片的壁。这会引起没有任何不均勻的湍流的更加对称的涡流。在替换结构中，轴向旋流器可以与两个相邻叶片的壁成非90度的角度。如果两个相邻叶片的壁不平行，则轴向旋流器可以被布置成基本垂直于混合槽中的主要流动方向。再次，在替换方案中，与混合槽中的主要流动方向所成的角度也可以非90度角。在另一优选实施例中，轴向旋流器可以具有多个旋流器扰流片。该扰流片可以重定向燃料/空气流并且向穿过混合槽的燃料/空气流提供额外的转动运动的挡板。这会使得在混合槽的末端进行螺旋状运动。在另一实施例中，轴向旋流器可以具有环绕多个旋流器扰流片的矩形实体框架。有利地，所述框架的形状与混合槽的横截面匹配。在另一实施例中，多个旋流器扰流片可以具有椭圆形，尤其是圆形的外缘，所述多个旋流器扰流片经由此外缘连接到所述实体框架。可以根据所述壁的已知布置和燃料注入口的位置优化旋流器扰流片的外观，以提供最佳混合。在一个实施例中，多个旋流器扰流片中的每个都可以具有直线导引缘。或者， 多个旋流器扰流片中的每个都可以具有曲线导引缘。此外，多个旋流器扰流片中的每个可以具有平坦的或弯曲的表面。所述旋流器可以应用于采用液体和/或气体燃料进行操作的燃烧腔。在一个优选实施例中，至少一个燃料注入口可以布置成将液体燃料注入流过多个混合槽中的至少一个的空气流。在替换实施例中，至少一个燃料注入口可以布置成将气体燃料注入流过多个混合槽中的至少一个的空气流。作为另一个选择，燃料注入口提供液体和气体燃料两者。燃料注入口可以布置在多个混合槽中的同一至少一个混合槽中，用于两种燃料。或者，多个混合槽可以交替地或以其它有利的顺序安装有用于液体和气体燃料的燃料注入口。可以以多种方式布置燃料注入口。优选地，它们位于旋流器的基板中，每个燃料注入口基本位于各个混合槽的中间。或者，燃料注入口可以位于叶片的壁中。用于气体燃料的燃料注入口可以与用于液体燃料的燃料注入口分离。或者，它们可以同轴地布置。用于气体燃料的燃料注入口可以位于用于液体燃料的燃料注入口的上游。考虑到它们的外观、取向和位置，优选地，以均勻并且基本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于混合燃料（２５、２６）和空气（６）的旋流器（２），包括：多个叶片（１５），位于所述旋流器（２）的中心轴线（１２）径向周围；多个混合槽，用于混合燃料（２５、２６）和空气（６），所述多个混合槽中的至少一个混合槽（１６）由所述多个叶片（１５）中两个相邻叶片的相对壁（１７）限定，并且包括布置在所述至少一个混合槽（１６）上游区段的至少一个燃料注入口（２１、２２）以及包括轴向旋流器（２０），特别地，所述轴向旋流器（２０）在所述两个相邻叶片的壁（１７）之间延伸并且被布置在所述至少一个混合槽（１６）的下游区段。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘可心，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE
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