用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的燃燒室(1)，其具有燃燒室壁(10)，燃燒氣體(G)朝向后接的燃?xì)廨啓C(jī)流過所述燃燒室壁(10)，其中，燃燒室壁(10)具有用于減弱由燃燒氣體(G)引起的熱聲振動(dòng)的減振設(shè)備(20)，并且其中，減振設(shè)備(20)具有至少一個(gè)亥姆霍茲共振器，其這樣設(shè)計(jì)，使得其共振器空間(21)處于燃燒室壁(10)的背離燃燒室內(nèi)壁的側(cè)面上，并且具有至少一個(gè)與共振器空間(21)配合作用的共振器管(22,22’,22’’)，所述共振器管以其與共振器空間(21)對(duì)置的處于燃燒室內(nèi)壁中的共振器管開口(M)連通至燃燒室(1)內(nèi)，并且其中設(shè)置有至少一個(gè)輸入開口(23)，用于阻隔共振器管開口(M)的阻隔空氣(S)借助該輸入開口從可連接在之前的壓縮機(jī)的環(huán)繞燃燒室的壓縮機(jī)通風(fēng)腔室(2)經(jīng)由共振器空間(21)和所述至少一個(gè)共振器管(22,22’,22’’)進(jìn)入燃燒室(1)內(nèi)。在此，所述至少一個(gè)共振器管(22’,22’’)的共振器管軸線(A)這樣設(shè)置在燃燒室壁(10)內(nèi)，使得在共振器管開口(M)的位置上，共振器管軸線(A)位于燃燒室壁(10)的表面法線(N)的外部。
【專利說明】用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的燃燒室
[0001]本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的燃燒室，以及一種按照權(quán)利要求6所述的相應(yīng)構(gòu)造的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備。
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備主要由壓縮機(jī)、具有燃燒器的燃燒室和擴(kuò)張式燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成。吸入的空氣在壓縮機(jī)中被壓縮，此后在連接在之后并且設(shè)置在壓縮機(jī)通風(fēng)腔室中的燃燒器中在燃燒室中與燃料混合并且該混合物燃燒。連接在燃燒室之后的擴(kuò)張式燃?xì)廨啓C(jī)從在燃燒室中形成的燃燒廢氣中抽出熱能并且將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。能與擴(kuò)張式燃?xì)廨啓C(jī)耦連的發(fā)電機(jī)可以將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能以產(chǎn)生電流。
[0003]當(dāng)前，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備以及其它發(fā)電設(shè)備在所有負(fù)載范圍內(nèi)必須在最大效率時(shí)具有盡可能小的有害物質(zhì)排放量。在此，主要影響參數(shù)是:在燃燒器的燃燒室中調(diào)節(jié)形成的燃料質(zhì)量流、被壓縮的空氣的質(zhì)量流以及輸入的用于冷卻燃燒構(gòu)件的冷卻空氣的質(zhì)量流。但是對(duì)有害物質(zhì)排放量、尤其是NOx和未燃燒的燃料(大多以CO形式)的限制在此可能導(dǎo)致內(nèi)燃室中的冷卻空氣量或泄漏空氣量減至最小，并且進(jìn)而導(dǎo)致起到消音作用的雜散流動(dòng)。此夕卜，在限制排放的邊界條件下，通常隨著效率的升高也會(huì)使得燃燒室中體積熱釋放密度升高。兩者一起、也就是在燃燒室內(nèi)的消音作用的降低和熱釋放密度的升高導(dǎo)致出現(xiàn)熱聲感應(yīng)的振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)增大。然而，這種在燃燒室內(nèi)的熱聲振動(dòng)顯現(xiàn)了在設(shè)計(jì)和尤其在運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備時(shí)的問題。
[0004]為了降低這種熱聲的振動(dòng)，當(dāng)前使用亥姆霍茲共振器來減振，其由至少一個(gè)共振器管和共振器空間構(gòu)成。這種亥姆霍茲共振器根據(jù)共振器管的橫截面積和長(zhǎng)度和共振器體積在確定的頻率范圍內(nèi)減弱具有亥姆霍茲頻率的振動(dòng)的振幅。亥姆霍茲共振器作為減振設(shè)備用于限制燃燒室內(nèi)的熱聲振動(dòng)例如由專利文獻(xiàn)EP1605209A1或US2007/0125089A1已知。
[0005]圖1例如示出由US2007/0125089A1已知的亥姆霍茲共振器20在燃燒室壁10的環(huán)上橫向于流動(dòng)方向的布置。燃燒室壁10在此設(shè)計(jì)為管狀并且將燃燒室I與環(huán)繞的壓縮機(jī)通風(fēng)腔室2隔開。燃燒室壁10內(nèi)的處于共振器空間21和燃燒室I之間的穿孔22構(gòu)成亥姆霍茲共振器的共振器管。每個(gè)亥姆霍茲共振器在此可如圖1所示具有多個(gè)共振器管或僅有唯一的共振器管。為了不讓熱的燃燒氣體從燃燒室I進(jìn)入亥姆霍茲共振器20，設(shè)置有用于輸入阻隔空氣的附加開口。在圖1所示的實(shí)施例中，引入開口 23設(shè)置在共振器空間21的與共振器管22相對(duì)置的壁上。這些開口 23使得壓縮空氣S從環(huán)繞燃燒室的壓縮機(jī)通風(fēng)腔室2進(jìn)入共振器空間21并且在那通過共振器管22流入燃燒室I并且由此阻隔熱的燃燒氣體使其不能進(jìn)入共振器管22。
[0006]但是，通過空間體進(jìn)行阻隔空氣輸入的亥姆霍茲共振器的缺點(diǎn)在于，阻隔空氣通過共振器管流入燃燒室并且進(jìn)而影響該處的空氣-燃料混合氣。正是在已知的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中(其中共振器管這樣布置在燃燒室壁內(nèi)，使得在共振器管通入燃燒室的位置上，共振器管軸線位于燃燒室內(nèi)壁的表面法線上)，阻隔空氣以最大的進(jìn)入深度進(jìn)入燃燒室的燃燒空間中。然而，這種相對(duì)燃燒室內(nèi)部流動(dòng)的最大交叉流可能恰恰在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的低負(fù)載范圍內(nèi)導(dǎo)致燃燒的部分熄滅，進(jìn)而增大CO-有害物質(zhì)的排放。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種克服前述缺點(diǎn)的燃燒室。[0008]所述技術(shù)問題通過具有按照權(quán)利要求1所述特征的燃燒室解決。
[0009]由于按照權(quán)利要求1前序部分設(shè)計(jì)的、包含至少一個(gè)亥姆霍茲共振器的燃燒室具有至少一個(gè)共振器管，所述共振器管這樣設(shè)置，使得在共振器管通入燃燒室的位置處，共振器管的共振器管軸線位于燃燒室內(nèi)壁的表面法線之外，所以阻隔空氣進(jìn)入燃燒室的燃燒空間的最大進(jìn)入深度減小，并且共振器管軸線相對(duì)表面法線傾斜越大，進(jìn)入深度減小得越多。由此燃燒室內(nèi)的燃燒不會(huì)受到劇烈影響，從而能夠在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備部分負(fù)載時(shí)很大程度地避免有害氣體排放的增多，尤其是CO排放的增多。
[0010]隨著被噴入的阻隔空氣在燃燒室內(nèi)壁上的傾斜角的增大的同時(shí)，越來越多地形成具有膜冷卻的區(qū)域。因?yàn)閺膲嚎s機(jī)通風(fēng)腔室經(jīng)由亥姆霍茲共振器流入的空氣比燃燒室內(nèi)的燃燒氣體更冷，因此可以實(shí)現(xiàn)改善的燃燒室壁冷卻功率。當(dāng)在燃燒室壁內(nèi)側(cè)的表面法線和朝向下游的共振器管軸線之間傾斜角更大，尤其當(dāng)傾斜角約為45°或更大時(shí)，在阻隔氣體越來越多地與燃燒氣體混合并且進(jìn)而達(dá)到與燃燒氣體相同的溫度之前，通過共振器管流入的阻隔空氣的很大一部分被燃燒室內(nèi)部的流體帶動(dòng)并且流向下游更大的區(qū)域并且沿著燃燒室內(nèi)壁在壁附近冷卻地流動(dòng)。隨著傾斜角的增大，共振器管還會(huì)不斷增長(zhǎng)，由此實(shí)現(xiàn)越來越好的燃燒室壁對(duì)流冷卻。
[0011]其它優(yōu)選的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求得出?；旧显谒械娜紵覍?shí)施例中，在燃燒室內(nèi)這樣設(shè)計(jì)冷卻的阻隔空氣與熱的質(zhì)量流的混合區(qū)域，使得尤其在較低負(fù)載范圍內(nèi)抑制由于更冷的阻隔氣體造成的燃燒部分熄滅，而不會(huì)影響亥姆霍茲共振器的減振屬性。因此，配備這種燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備能夠在所有負(fù)載范圍內(nèi)在最大效率時(shí)盡可能少地排放有害物質(zhì)。
[0012]在此本發(fā)明并不局限于共振器管僅朝燃燒廢氣的流動(dòng)方向傾斜。而是也可以在不對(duì)本發(fā)明有其它限制的情況下考慮這樣的實(shí)施例，其中共振器管相對(duì)燃燒室內(nèi)壁的表面法線具有一定斜度，該斜度由沿流動(dòng)方向的傾斜分量以及橫向于其的傾斜分量組合而成。因此共振器管能夠最佳地與燃燒室內(nèi)部流動(dòng)的局部情況相適配。
[0013]以下結(jié)合附圖示范性地闡述本發(fā)明。在附圖中:
[0014]圖1示意示出由現(xiàn)有技術(shù)已知的減振設(shè)備，
[0015]圖2示意示出減振設(shè)備的按照本發(fā)明的第一實(shí)施例，
[0016]圖3示意示出減振設(shè)備的按照本發(fā)明的第二實(shí)施例。
[0017]以下示范性地參照基于管式燃燒室的燃燒器描述按照本發(fā)明的用于將阻隔空氣S噴入燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的燃燒室I的燃燒空間中的設(shè)計(jì)方案，其中減振設(shè)備20基本安置在燃燒室壁10的外側(cè)上。但是本發(fā)明也適用于使用在燃燒器內(nèi)，其中減振設(shè)備20完全集成在燃燒室壁10內(nèi)，或者也可以在各個(gè)其它實(shí)施例中通過減振設(shè)備20輸入阻隔空氣S。
[0018]在圖2中示出燃燒室I沿燃燒氣體G的流動(dòng)方向的局部剖視圖，其具有阻隔空氣引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)，阻隔空氣S以相對(duì)于燃燒室10的燃燒室內(nèi)壁的表面法線N的大于零的角度α (在此是45° )引入燃燒空間I中。由此阻隔空氣S在燃燒室I中的進(jìn)入深度明顯降低，而且阻隔空氣S與燃燒氣體G的混合區(qū)域沿軸向被矯正。由此與更冷的阻隔空氣貫穿混合的燃燒室內(nèi)部流體的區(qū)域減小，這整體上使得有害物質(zhì)的排放明顯降低。同時(shí)通過在燃燒室內(nèi)壁上的表面附近的流體引導(dǎo)形成區(qū)域B(其中在更冷的阻隔空氣S和燃燒氣體G之間尚未發(fā)生明顯混合)，因此被噴入的阻隔空氣S的膜冷卻屬性可以被改善，由此能夠降低燃燒室壁的熱負(fù)載。
[0019]因?yàn)楹ツ坊羝澒舱衿鞯臏p振屬性通過共振器管的傾斜布置(除此之外在共振器體積相同和共振器管數(shù)量保持恒定的情況下)可能與在現(xiàn)有技術(shù)中已知的具有垂直噴射結(jié)構(gòu)的亥姆霍茲共振器的減振屬性不同，所以任何情況下都需要使減振屬性與共振器參數(shù)適配。這例如可通過改變共振器管22’和/或輸入開口 23的數(shù)量和/或其直徑和/或通過改變共振器體積21實(shí)現(xiàn)。
[0020]對(duì)于將多個(gè)由具有不同亥姆霍茲頻率和進(jìn)而不同的減振屬性的共振器組成的亥姆霍茲共振器組合使用的情況，則推薦其部分由不同類型的亥姆霍茲共振器構(gòu)成。在圖3中示出這種情況，即在燃燒室的不同軸向位置上設(shè)置不同類型的亥姆霍茲共振器。在此所示的變型方案的目的在于，將一部分阻隔空氣S盡可能朝上游、也就是朝向熱釋放的區(qū)域噴射(共振器類型I)，并且將一部分阻隔空氣S盡可能地朝下游噴射(共振器類型2)。為此在第一環(huán)上圍繞管狀燃燒室設(shè)置的類型I的亥姆霍茲共振器具有共振器管22’’，其軸線A朝向上游相對(duì)燃燒室內(nèi)壁的表面法線N傾斜角度α，并且設(shè)置在第二環(huán)內(nèi)的類型2的亥姆霍茲共振器具有共振器管22’，其軸線A朝向下游相對(duì)表面法線N傾斜角度a。由此可以一方面通過具有類型2的共振器的環(huán)實(shí)現(xiàn)盡可能靠近壁地流動(dòng)，以增強(qiáng)氣膜冷卻B，并且同時(shí)借助具有類型I的共振器的環(huán)實(shí)現(xiàn)另一疊加的氣膜冷卻B’，這整體上可使得阻隔空氣減少。但是本發(fā)明在此不僅僅局限于圖2所示的實(shí)施形式。而是還應(yīng)該包括例如僅由類型I或類型2的共振器、或者由具有不同傾角α的共振器類型構(gòu)成的實(shí)施形式。更確切地說可以考慮，環(huán)在燃燒室壁的周向上具有不同的共振器類型，以便與燃燒室內(nèi)部流體的局部實(shí)際情況最佳地適配。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的燃燒室(I)，其具有燃燒室壁(10)，燃燒氣體(G)朝向連接在之后的燃?xì)廨啓C(jī)流過所述燃燒室(1)，其中，燃燒室壁(10)具有用于減弱由燃燒氣體(G)引起的熱聲振動(dòng)的減振設(shè)備(20)，并且其中，減振設(shè)備(20)具有至少一個(gè)亥姆霍茲共振器，其這樣設(shè)計(jì)，使得其共振器空間(21)處于燃燒室壁(10)的背離燃燒室內(nèi)壁的側(cè)面上，所述減振設(shè)備(20)還具有至少一個(gè)與共振器空間(21)配合作用的共振器管(22，22’，22’’)，所述共振器管以其與共振器空間(21)對(duì)置的處于燃燒室內(nèi)壁中的共振器管開口(M)連通至燃燒室(I)內(nèi)，并且其中設(shè)置有至少一個(gè)輸入開口(23)，用于阻隔共振器管開口(M)的阻隔空氣(S)借助該輸入開口從能夠連接在之前的壓縮機(jī)的環(huán)繞燃燒室的壓縮機(jī)通風(fēng)腔室(2)經(jīng)由共振器空間(21)和所述至少一個(gè)共振器管(22，22’，22’’)進(jìn)入燃燒室(I)內(nèi)，其特征在于，所述至少一個(gè)共振器管(22’，22’’)的共振器管軸線(A)這樣設(shè)置在燃燒室壁(10)內(nèi)，使得在共振器管開口(M)的位置上，共振器管軸線(A)位于燃燒室內(nèi)壁的表面法線(N)之外。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃燒室，其特征在于，所述共振器管(22)的共振器管軸線(A)遠(yuǎn)離所述表面法線(N)地朝向流過燃燒室(I)的燃燒氣體的上游或下游傾斜。
3.按照權(quán)利要求2所述的燃燒室，其特征在于，所述亥姆霍茲共振器的位于上游的共振器管的共振器管軸線朝向上游傾斜，并且該亥姆霍茲共振器的位于下游的共振器管的共振器管軸線朝向下游傾斜。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的燃燒室，其特征在于，所述減振設(shè)備包含多個(gè)亥姆霍茲共振器(20)，它們沿燃燒室壁(10)的圓周分散排列呈至少一個(gè)橫向于流通的燃燒氣體(G)的環(huán)地設(shè)置。
5.按照權(quán)利要求4所述的燃燒室，其特征在于，向上游傾斜的共振器管配屬于第一環(huán)的亥姆霍茲共振器，并且向下游傾斜的共振器管配屬于位于下游的第二環(huán)的亥姆霍茲共振器。
6.一種燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，具有用于壓縮吸入空氣的壓縮機(jī)、連接在壓縮機(jī)之后的具有用于混合燃料和用于燃燒燃料-空氣混合物的燃燒器的燃燒室以及連接在燃燒器之后的擴(kuò)張式燃?xì)廨啓C(jī)，所述擴(kuò)張式燃?xì)廨啓C(jī)將燃燒過的燃料-空氣混合物的燃燒廢氣轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其中為了避免熱聲振動(dòng)，燃燒器按照權(quán)利要求1至5之一進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】F23R3/00GK103765107SQ201280042586
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月1日
【發(fā)明者】S.法德勒 申請(qǐng)人:西門子公司