Drallerzeuger, Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag in einem Brenner mit wenigstens einem Drallerzeuger und Brenner

Abstract

 Es wird ein Drallerzeuger (31, 131, 231) zur Verfügung gestellt, mit:
- einem zentralen Brennstoffverteilerelement (37),
- einer das zentrale Brennstoffverteilerelement (37) umgebenden, einen axialen Strömungskanal (41) für Verbrennungsluft begrenzenden Außenwand (39),
- Drallschaufeln (47), die sich in radialer Richtung bis zur Außenwand (39) erstrecken und der strömenden Verbrennungsluft eine tangentiale Strömungskomponente aufprägen,
- eine das zentrale Brennstoffverteilerelement (37) umgebende und radial innerhalb der Außenwand (39) gelegene Trennwand (42, 142), welche den Strömungskanal (41) in einen radial inneren Kanalabschnitt (43) und einen radial äußeren Kanalabschnitt (45) trennt.
Der radial innere Kanalabschnitt (43) lässt die Verbrennungsluft ohne Aufprägen einer tangentialen Strömungskomponente oder unter Aufprägung einer der Orientierung der tangentialen Strömungskomponente im radial äußeren Kanalabschnitt (45) entgegengesetzten tangentialen Strömungskomponente passieren.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drallerzeuger mit einem zentralen Brennstoffverteilerelement und auf einen Brenner mit wenigstens einem Drallerzeuger. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag (Falshback) in einem Brenner, der wenigstens einen Drallerzeuger mit einem zentralen Brennstoffverteilerelement umfasst.

[0002] Gasturbinenbrenner mit einem zentralen Brennstoffverteilerelementen und die Brennstoffverteilerelemente umgebenden Drallerzeugern sind beispielsweise in DE 10 2007 004 394 A1, in US 2004/0055306 A1 und in US 6,082,111 beschrieben. Bei den in US 2004/055306 A1 und in US 6,082,111 beschriebenen Brennern erstreckt sich der Drallerzeuger jeweils vom zentralen Brennstoffverteilerelement bis zu einer das zentrale Brennstoffverteilerelement umgebenden, einen axialen Strömungskanal für Verbrennungsluft begrenzenden Wand. Die Brenner umfassen dabei jeweils eine Mehrzahl solcher Anordnungen. In derartigen Brennern sind die Profile des in den Strömungskanal eingedüsten Brennstoffs dahingehend ausgelegt, dass der Zone um das zentrale Brennstoffverteilerelement herum nur sehr wenig Brennstoff zugeführt wird, so dass sich in dieser Zone lediglich ein sehr mageres Gemisch bildet. Der Grund hierfür ist, dass ein Flammenrückschlag vermieden werden soll. In den Wirbeln, die sich abströmseitig des zentralen Verteilerelementes bilden, entsteht nämlich eine Zone verringerter Strömungsgeschwindigkeit. Wenn nun zuviel Brennstoff in der Nähe des zentralen Verteilerelementes eingedüst wird, kann es passieren, dass diese zentrale Region mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit mit zuviel Brennstoff versorgt wird, was zu Flammenrückschlag führen kann, womit im Falle hoher Lasten sehr hohe Temperaturen abströmseitig des Drallerzeugers verbunden sind. Das sehr magere Gemisch im Bereich des zentralen Brennstoffverteilerelementes führt allerdings durch Verminderung der Mischungsgüte zu einer Erhöhung der NO_x-Emissionen, die jedoch zur Vermeidung eines Flammenrückschlags in Kauf genommen werden.

[0003] Um einen Flammenrückschlag zu vermeiden, ist in DE 10 2007 004 394 A1 vorgeschlagen, nahe des zentralen Brennstoffverteilerelementes die Drallschaufeln mit Aussparungen zu versehen, so dass die Drallschaufeln nahe des zentralen Brennstoffverteilerelements in Axialrichtung kürzer sind als entfernt vom Verteilerelement. Die Krümmung der Drallschaufeln in Umfangsrichtung ist dadurch in der Nähe vom zentralen Brennstoffverteilerelement nicht so weit ausgeführt, wie entfernt vom zentralen Verteilerelement. Auf diese Weise wird erreicht, dass die durch den Strömungskanal strömende Luft nahe des Verteilerelementes weniger Drall erfährt und dadurch in Axialrichtung schneller strömt als weiter entfernt vom Verteilerelement. An den dem Verteilerelement zugewandten Innenkanten der Drallschaufeln kann zudem im Bereich der Aussparung eine zylinderförmige Wand vorhanden sein, welche den Kanalabschnitt mit geringer Wirbelbildung von dem Kanalabschnitt mit hoher Wirbelbildung trennt.

[0004] Gegenüber dem zitierten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Drallerzeuger und einen vorteilhaften Brenner zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag in einem Brenner mit wenigstens einem Drallerzeuger zur Verfügung zu stellen.

[0005] Die genannten Aufgaben werden durch einen Drallerzeuger gemäß Anspruch 1, einen Brenner gemäß Anspruch 11 bzw. ein Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0006] Ein erfindungsgemäßer Drallerzeuger umfasst ein zentrales Brennstoffverteilerelement, eine das zentrale Brennstoffverteilerelement umgebende und einen axialen Strömungskanal für Verbrennungsluft begrenzende Außenwand, Drallschaufeln, die sich in radialer Richtung bis zur Außenwand erstrecken und der strömenden Verbrennungsluft eine tangentiale Strömungskomponente aufprägen, sowie eine das zentrale Brennstoffverteilerelement umgebende und radial innerhalb der Außenwand gelegene Trennwand. Die Trennwand trennt den Strömungskanal in einen radial inneren Kanalabschnitt und einen radial äußeren Kanalabschnitt. Hierbei kann sich die Trennwand in axialer Richtung des Drallerzeugers mindestens über die axiale Länge der Drallschaufeln, insbesondere aber auch über deren axiale Länge hinaus erstrecken. Der radial innere Kanalabschnitt lässt die Verbrennungsluft ohne Aufprägen einer tangentialen Strömungskomponente oder unter Aufprägung einer der Orientierung der tangentialen Strömungskomponente im radial äußeren Kanalabschnitt entgegengesetzten tangentialen Strömungskomponente passieren.

[0007] Durch das völlige Vermeiden einer tangentialen Komponente im inneren Kanalbereich lässt sich um das zentrale Brennstoffverteilerelement herum eine diese Element umhüllende Strömung mit hoher axialer Strömungsgeschwindigkeit erzeugen, die einen Flammenrückschlag zuverlässig zu vermeiden hilft. Aber auch das Erzeugen eines Gegendralles im inneren Kanalabschnitt, also eines Dralles, dessen Orientierung dem Drall im äußeren Kanalabschnitt entgegengesetzt ist, kann einen Flammenrückschlag vermeiden helfen, da dadurch die Strömungsverhältnisse im Wirbel abströmseitig des zentralen Brennstoffverteilerelementes positiv beeinflusst werden.

[0008] Das vollständige Vermeiden einer tangentialen Strömungskomponente im inneren Kanalabschnitt lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass in diesem Kanalabschnitt überhaupt keine Drallschaufeln vorhanden sind. Um die im radial äußeren Kanalabschnitt vorhandenen Drallschaufeln mit Brennstoff zu versorgen, können sich dann Brennstoffrohrleitungen durch den radial inneren Kanalabschnitt zu den Drallschaufeln im radial äußeren Kanalabschnitt erstrecken. Zur Vermeidung von Strömungsabrissen an den Brennstoffrohrleitungen weisen diese vorteilhafterweise einen kreisförmigen oder tropfenförmigen Querschnitt auf.

[0009] Falls sich im radial inneren Kanalabschnitt Drallschaufeln befinden, die der durch den radial inneren Kanalabschnitt strömenden Verbrennungsluft eine tangentiale Strömungskomponente aufprägen, deren Orientierung der tangentialen Strömungskomponente im radial äußeren Kanalabschnitt entgegengesetzt ist, können sich die Brennstoffleitungen für die im radial äußeren Kanalabschnitt befindlichen Drallschaufeln durch die Drallschaufeln im radial inneren Kanalabschnitt erstrecken, bspw. in Form von Bohrungen durch die Drallschaufeln.

[0010] Um ein besonders gleichförmiges Brennstoffprofil im inneren Kanalabschnitt zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn sich in den Brennstoffrohrleitungen oder den Drallschaufeln im inneren Kanalabschnitt Brennstoffaustrittsöffnungen befinden. Diese können insbesondere so angeordnet sein, dass sie den Brennstoff im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft im radial inneren Kanalabschnitt in die Verbrennungsluft eindüsen. Ebenso können in den Drallschaufeln im radial äußeren Kanalabschnitt Brennstoffaustrittsöffnungen vorhanden sein, die insbesondere so angeordnet sein können, dass sie den Brennstoff im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft im radial äußeren Kanalabschnitt in die Verbrennungsluft eindüsen. Dadurch kann ein gleichmäßiges Brennstoffprofil auch im radial äußeren Kanalabschnitt erzielt werden. Die Eindüsrichtung braucht aber nicht notwendigerweise senkrecht zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft zu sein. Vielmehr kommen kann die Eindüsrichtung grundsätzlich frei gewählt werden. Der Brennstoff kann also bspw. alternativ oder zusätzlich zur Zuführung senkrecht zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft auch senkrecht zur Radialrichtung und/oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft und/oder parallel zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft zugeführt werden. Andere, nicht ausdrücklich genannte Richtungen und Kombinationen sind auch möglich. Dies gilt sowohl für die Brennstoffzufuhr im inneren Kanalabschnitt als auch für die Brennstoffzufuhr im äußeren im äußeren Kanalabschnitt.

[0011] Um die axiale Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des zentralen Brennstoffverteilerelementes weiter zu erhöhen, kann die Trennwand wenigstens teilweise eine konische Form besitzen, wobei sich der Öffnungsquerschnitt des radial inneren Kanalabschnitts in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft verringert.

[0012] In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drallerzeugers ragt die Trennwand über das abströmseitige Ende der Außenwand hinaus. Diese Weiterbildung kann sowohl bei einer konisch ausgebildeten Trennwand, als auch bei einer nicht konisch ausgebildeten Trennwand realisiert sein.

[0013] Die im Vergleich zu Drallerzeugern nach dem Stand der Technik relativ komplizierte geometrische Form des erfindungsgemäßen Drallerzeugers lässt sich vorteilhaft realisieren, wenn der Drallerzeuger als Gussteil ausgestaltet ist. Wenn erst einmal ein Gießmodell hergestellt ist, unterscheiden sich die Erzeugungskosten für den erfindungsgemäßen Drallerzeuger als Gussteil nicht wesentlich von den Erzeugungskosten für die Drallerzeuger nach Stand der Technik.

[0014] Ein erfindungsgemäßer Brenner ist mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Drallerzeuger ausgestattet. Dadurch lassen sich die mit Bezug auf den Drallerzeuger beschriebenen Vorteile in einem Brenner, der insbesondere ein Gasturbinenbrenner sein kann, realisieren.

[0015] Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag in einem Brenner, der wenigstens einen Drallerzeuger mit einem zentralen Brennstoffverteilerelement und einer das zentrale Brennstoffverteilerelement umgebenden, einen axialen Strömungskanal für Verbrennungsluft begrenzenden Außenwand umfasst, zur Verfügung gestellt. Der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft wird in einem radial äußeren Kanalbereich eine tangentiale Strömungskomponente vermittelt. In einem radial inneren Bereich wird der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft dagegen keine tangentiale Strömungskomponente oder eine der tangentialen Strömungskomponente im radial äußeren Kanalbereich entgegengesetzte tangentiale Strömungskomponente vermittelt.

[0016] Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile hinsichtlich der Vermeidung eines Flammenrückschlags sind bereits mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Drallerzeuger beschrieben worden. Auf diese Beschreibung wird Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden.

[0017] Ein besonders gleichmäßiges Brennstoffprofil kann erzeugt werden, wenn der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft Brennstoff zugeführt wird. Der Brennstoff kann hierbei insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft und/oder senkrecht zur Radialrichtung beigemischt wird. Auch eine Beimischung im wesentlichen entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft und/oder parallel zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft ist alternativ oder als Ergänzung zu den zuvor genannten Varianten möglich.

[0018] Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

Figur 1 zeigt eine Gasturbine in einer stark schematisierten Darstellung.

Figur 2 zeigt einen Gasturbinenbrenner in einer perspektivischen Darstellung.

Figur 3 zeigt einen Drallerzeuger des Brenners aus Figur 2 in einer perspektivischen Darstellung.

Figur 4 zeigt den Drallerzeuger aus Figur 3 in einer teilweise geschnittenen Darstellung.

Figur 5 zeigt den Drallerzeuger aus Figur 3 in einem Schnitt entlang seiner Längsachse.

Figur 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Drallerzeugers in einer teilweise geschnittenen Darstellung.

Figur 7 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung des Drallerzeugers in einer teilweise geschnittenen Darstellung.

[0019] Nachfolgend wird anhand von Figur 1, die eine stark schematisierte Schnittansicht einer Gasturbine zeigt, der Aufbau und die Funktion einer Gasturbine erläutert. Die Gasturbine 1 umfasst einen Verdichterabschnitt 3, einen Verbrennungsabschnitt 4, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Rohrbrennkammern 5 mit daran angeordneten Brennern 6 umfasst, grundsätzlich aber auch eine Ringbrennkammer umfassen kann, und einen Turbinenabschnitt 7. Ein Rotor 9, auch Läufer genannt, erstreckt sich durch alle Abschnitte und trägt im Verdichterabschnitt 3 Verdichterschaufelkränze 11 und im Turbinenabschnitt 7 Turbinenschaufelkränze 13. Zwischen benachbarten Verdichterschaufelkränzen 11 und zwischen benachbarten Turbinenschaufelkränzen 13 sind Kränze aus Verdichterleitschaufeln 15 bzw. Kränze aus Turbinenleitschaufeln 17 angeordnet, die sich von einem Gehäuse 19 der Gasturbine 1 aus radial in Richtung auf den Rotor 9 erstrecken.

[0020] Im Betrieb der Gasturbine 1 wird Luft durch einen Lufteinlass 21 in den Verdichterabschnitt 3 eingesaugt. Dort wird die Luft durch die rotierenden Verdichterlaufschaufeln 11 komprimiert und zu den Brennern 6 im Verbrennungsabschnitt 4 geleitet. In den Brennern 6 wird die Luft mit einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff gemischt und die Mischung in den Brennkammern 5 verbrannt. Die unter hohem Druck stehenden heißen Verbrennungsabgase werden dann als Arbeitsmedium dem Turbinenabschnitt 7 zugeführt. Auf ihrem Weg durch den Turbinenabschnitt übertragen die Verbrennungsabgase Impuls auf die Turbinenlaufschaufeln 13, wobei sie entspannen und abkühlen. Schließlich verlassen die entspannten und abgekühlten Verbrennungsabgase den Turbinenabschnitt 7 durch einen Auspuff 23. Der übertragene Impuls führt zu einer Rotationsbewegung des Rotors, die den Verdichter und einen Verbraucher, beispielsweise einen Generator zum Erzeugen elektrischen Stroms oder eine industrielle Arbeitsmaschine antreibt. Die Kränze von Turbinenleitschaufeln 17 dienen dabei als Düsen zum Leiten des Arbeitsmediums, um den Impulsübertrag auf die Turbinenlaufschaufeln 13 zu optimieren.

[0021] Figur 2 zeigt einen Brenner 6 des Verbrennungsabschnitts 4 in einer perspektivischen Darstellung. Als Hauptkomponenten umfasst der Brenner 6 einen Brennstoffverteiler 27, acht Brennstoffdüsen 29, die sich vom Brennstoffverteiler 27 aus erstrecken und acht im Bereich der Spitzen der Brennstoffdüsen 29 angeordnete Drallerzeuger 31. Der Brennstoffverteiler 27 und die Brennstoffdüsen 29 bilden zusammen ein Brennergehäuse durch welches sich Brennstoffleitungen zu Eindüsöffnungen erstrecken, die innerhalb der Drallerzeuger 31 angeordnet sind und daher in Figur 2 nicht zu erkennen sind. Über eine Anzahl von Rohrstutzen (nicht dargestellt) kann der Brenner an Brennstoffzufuhrleitungen angeschlossen werden. Mittels eines Flansches 35 lässt sich der Brenner 6 an einer Rohrbrennkammer so befestigen, dass die Brennstoffdüsen 29 zum Brennkammerinneren hin zeigen.

[0022] Obwohl der in Figur 2 gezeigte Brenner 6 acht Brennstoffdüsen 29 aufweist, ist es auch möglich, ihn mit einer anderen Zahl an Brennstoffdüsen 29 auszustatten. Die Zahl an Brennstoffdüsen kann dabei größer oder kleiner als acht sein, beispielsweise können sechs Brennstoffdüsen oder zwölf Brennstoffdüsen vorhanden sein, die jeweils einen eigenen Drallerzeuger aufweisen. Weiterhin ist üblicherweise eine Pilotbrennstoffdüse im Zentrum des Brenners angeordnet. Die Pilotbrennstoffdüse ist der Übersichtlichkeit halber in Figur 2 nicht dargestellt.

[0023] Beim Verbrennungsprozess wird Luft aus dem Verdichter durch die Drallerzeuger 31 geleitet, wo sie mit Brennstoff gemischt wird. Anschließend wird das Luft-Brennstoff-Gemisch dann in der Verbrennungszone der Brennkammer 5 verbrannt, um das Arbeitsmedium zu bilden.

[0024] In Figur 3 ist ein Drallerzeuger des Brenners 6 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Der Drallerzeuger 31 weist ein zentrales Brennstoffverteilerelement 37 auf, das von einer Außenwand 39 umgeben ist, die einen axialen Strömungskanal für Verdichterluft bildet. Im Strömungskanal 41 ist zudem eine das zentrale Brennstoffverteilerelement 37 umgebende und radial innerhalb der Außenwand 39 gelegene Trennwand 42 vorhanden, die den Strömungskanal 41 in einen radial inneren Kanalabschnitt 43 und einen radial äußeren Kanalabschnitt 45 trennt. Von der Trennwand 42 aus erstrecken sich Drallschaufeln 47 in radialer Richtung durch den radial äußeren Kanalabschnitt bis zur Außenwand 39. Die Drallschaufeln 47 vermitteln der durch den radial äußeren Kanalabschnitt 45 strömenden Verdichterluft eine tangentiale Strömungs komponente, so dass die Luft nach dem Durchtritt durch den Drallerzeuger 31 einen Wirbel bildet.

[0025] Im radial inneren Kanalabschnitt 43 sind keine Drallschaufeln vorhanden. Stattdessen erstrecken sich, vom zentralen Brennstoffverteilerelement 37 ausgehend, Brennstoffrohrleitungen 49 in radialer Richtung zur Trennwand 42. Wie insbesondere in Figur 4, die eine teilgeschnittene Ansicht des Drallerzeugers 31 zeigt, zu erkennen ist, weisen die Brennstoffrohrleitungen 49 einen tropfenförmigen Querschnitt auf, um einen Strömungsabriss an der Abströmkante der Rohrleitungen 49 zu vermeiden.

[0026] Statt eines tropfenförmigen Querschnittes können die Rohrleitungen 49 grundsätzlich aber auch einen runden Querschnitt aufweisen.

[0027] Die Brennstoffrohrleitungen 49 sind so angeordnet, dass sie mit den Drallschaufeln 47 im radial äußeren Kanalabschnitt fluchten, so dass sich ein Brennstoffkanal 51 in gerader Richtung vom zentralen Brennstoffverteilerelement 37 ausgehend durch die Brennstoffrohrleitungen 49 bis in die Drallschaufeln 47 erstrecken kann. Die Brennstoffkanäle 51 sind insbesondere in Figur 5 zu erkennen, die eine Schnittansicht durch den Drallerzeuger 31 entlang seiner Längsachse zeigt. Mittels der Brennstoffkanäle 51 werden Austrittsöffnungen 53 in den Drallschaufeln 47 und Austrittsöffnungen 55 in den Brennstoffrohrleitungen 49 mit Brennstoff versorgt. Die Austrittsöffnungen 53, 55 sind dabei so angeordnet, dass der Brennstoff im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Verdichterluft in den radial äußeren Kanalabschnitt 45 und den radial inneren Kanalabschnitt 43 eingedüst wird.

[0028] Das beschriebene Drallerzeugerdesign führt dazu, dass der durch den radial inneren Kanalabschnitt 43 strömenden Verdichterluft kein Drall vermittelt wird. Dadurch ist die Strömungsgeschwindigkeit dieser Verdichterluft in Axialrichtung höher als bei der durch den radial äußeren Kanalabschnitt 45 strömenden Verdichterluft, bei der ein Teil der axialen Strömung in eine tangentiale Strömungskomponente umgewandelt wird. Aufgrund der höheren axialen Strömungsgeschwindigkeit im radial inneren Kanalabschnitt, d.h. in dem Bereich, der an das zentrale Brennstoffverteilerelement 37 angrenzt, lässt sich das Entstehen von Zonen mit niedriger axialer Strömungsgeschwindigkeit abströmseitig vom zentralen Brennstoffverteilerelement 37 vermeiden, was wiederum zu einer Vermeidung von Flammenrückschlägen führt. Dies erlaubt es im Vergleich zum Stand der Technik, mehr Brennstoff in der Nähe des zentralen Verteilerelements 37 einzudüsen, was die NO_x - Emissionen bei der Verbrennung senkt.

[0029] Die Trennwand 42 erstreckt sich mindestens über die gesamte axiale Länge der Drallschaufeln 47 im radial äußeren Kanalabschnitt 45, so dass das Zuführen einer tangentialen Strömungskomponente im radial inneren Kanalabschnitt 43 zuverlässig vermieden werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Trennwand 42 außerdem in axialer Richtung über die An- und Abströmkanten der Drallschaufeln 47 hinaus, um eine Beeinflussung der durch den radial inneren Kanalabschnitt 43 strömenden Verdichterluft durch die im radial äußeren Kanalabschnitt 45 strömende wirbelnde Luft zu vermeiden.

[0030] Eine alternative Ausführungsvariante des Drallerzeugers 31 ist in Figur 6 dargestellt. Elemente, die dem Drallerzeuger aus dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, sind in Figur 6 mit den selben Bezugsziffern wie beim ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden.

[0031] Der Drallerzeuger 131 des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Drallerzeuger 31 des ersten Ausführungsbeispiels lediglich durch seine Trennwand 142. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Trennwand 142 des zweiten Ausführungsbeispiels einen konischen Abschnitt 144 auf, der dazu führt, dass sich der Öffnungsquerschnitt des radial inneren Kanalabschnitts 43 zum Ausgang des Drallerzeugers 131 hin verringert. Durch den konischen Abschnitt 144 erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der durch den radial inneren Kanalabschnitt 43 strömenden Verdichterluft im Vergleich zum Drallerzeuger 31 aus dem ersten Ausführungsbeispiel. Das zentrale Brennstoffverteilerelement 37 lässt sich so mit einem Luftmantel umgeben, der eine besonders hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit aufweist und so besonders zuverlässig die Bildung von Gebieten mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit, und damit einhergehend die Bildung von Flammenrückschläge, vermeidet.

[0032] Obwohl die Trennwand 142 im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich abströmseitig einen konischen Abschnitt 144 aufweist, kann sie auch über ihre gesamte axiale Länge konisch ausgebildet sein.

[0033] Eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Drallerzeugers ist in Figur 7 in einer teilweise geschnittenen Ansicht dargestellt. Wie beim Drallerzeuger des zweiten Ausführungsbeispiels sind auch beim Drallerzeuger des dritten Ausführungsbeispiels all diejenigen Elemente, die sich nicht vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden, mit denselben Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiels bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

[0034] Der Drallerzeuger 231 des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Drallerzeuger des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass auch im radial inneren Kanalabschnitt 43 Drallschaufeln 149 vorhanden sind. Im Unterschied zu den Drallschaufeln 47 im radial äußeren Kanalabschnitt 45 sind jedoch Saugseite und Druckseite der Schaufeln vertauscht, so dass der Verdichterluft im radial inneren Kanalabschnitt durch die Verdichterschaufeln 159 eine tangentiale Komponente vermittelt wird, die eine umgekehrte Orientierung bezüglich der axialen Strömungsrichtung aufweist, als die tangentiale Komponente, die der Verdichterluft im radial äußeren Kanalabschnitt 45 durch die dort befindlichen Drallschaufeln 47 vermittelt wird. Auch durch diese Maßnahme lassen sich Flammenrückschläge vermeiden. Wie die Brennstoffrohrleitungen 49 in den ersten beiden Ausführungsbeispielen weisen die Drallschaufeln 149 im radial inneren Kanalabschnitt 43 Brennstoffkanäle 51 und Brennstoffaustrittsöffnungen 155 auf, die so angeordnet sind, dass sie den Brennstoff im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der durch den radial inneren Kanalabschnitt 43 strömenden Luft eindüsen.

[0035] Obwohl der Drallerzeuger 231 des dritten Ausführungsbeispiels in Figur 7 mit einer zylindrischen Trennwand 42 dargestellt ist, kann der Drallerzeuger gemäß dem dritten Ausführungsbeispiels auch mit einer wenigstens teilweise konischen Trennwand, wie sie mit Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ausgestattet sein.

[0036] Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ragen die Trennwände nicht über das abströmseitige Ende der jeweiligen Außenwand hinaus. Die Trennwände können jedoch auch - anders als in den Figuren dargestellt - abströmseitig verlängert sein, so dass sie über das abströmseitige Ende der Außenwand hinausragen. Dies gilt unabhängig davon, ob eine Trennwand konisch ausgebildet ist oder nicht.

[0037] Die relativ komplexe geometrische Form der Drallerzeuger gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen lässt sich in vorteilhafter Weise realisieren, wenn die Drallerzeuger als Gussteile hergestellt werden.

Ansprüche

1. Drallerzeuger (31, 131, 231) mit

- einem zentralen Brennstoffverteilerelement (37),

- einer das zentrale Brennstoffverteilerelement (37) umgebenden, einen axialen Strömungskanal (41) für Verbrennungsluft begrenzenden Außenwand (39),

- Drallschaufeln (47), die sich in radialer Richtung bis zur Außenwand (39) erstrecken und der strömenden Verbrennungsluft eine tangentiale Strömungskomponente aufprägen,

- eine das zentrale Brennstoffverteilerelement (37) umgebende und radial innerhalb der Außenwand (39) gelegene Trennwand (42, 142), welche den Strömungskanal (41) in einen radial inneren Kanalabschnitt (43) und einen radial äußeren Kanalabschnitt (45) trennt,

dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere Kanalabschnitt (43) die Verbrennungsluft ohne Aufprägen einer tangentialen Strömungskomponente oder unter Aufprägung einer der Orientierung der tangentialen Strömungskomponente im radial äußeren Kanalabschnitt (45) entgegengesetzten tangentialen Strömungskomponente passieren lässt.

2. Drallerzeuger (31, 131, 231) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Trennwand (42, 142) in axialer Richtung mindestens über die axiale Länge der Drallschaufeln (47) erstreckt.

3. Drallerzeuger (31, 131) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich nur im radial äußeren Kanalabschnitt (45) Drallschaufeln (47) befinden.

4. Drallerzeuger (31, 131) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich Brennstoffrohrleitungen (49) durch den radial inneren Kanalabschnitt (43) zu den Drallschaufeln (47) im radial äußeren Kanalabschnitt (45) erstrecken.

5. Drallerzeuger (31, 131) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennstoffrohrleitungen (49) einen kreisförmigen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen

6. Drallerzeuger (231) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich im radial inneren Kanalabschnitt (43) Drallschaufeln (149) befinden, die der durch den radial inneren Kanalabschnitt (43) strömenden Verbrennungsluft eine tangentiale Strömungskomponente aufprägen, deren Orientierung der tangentialen Strömungskomponente im radial äußeren Kanalabschnitt (45) entgegengesetzt ist, und sich Brennstoffleitungen (51) durch die Drallschaufeln (149) im radial inneren Kanalabschnitt (43) zu den Drallschaufeln (47) im radial äußeren Kanalabschnitt (45) erstrecken.

7. Drallerzeuger (31, 131, 231) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich in den Brennstoffrohrleitungen (49) oder den Drallschaufeln (149) im inneren Kanalabschnitt (43) Brennstoffaustrittsöffnungen (55, 155) befinden.

8. Drallerzeuger (31, 131, 231) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich in den Drallschaufeln (47) im radial äußeren Kanalabschnitt Brennstoffaustrittsöffnungen (53) befinden.

9. Dallerzeuger (131) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand (142) wenigstens teilweise eine konische Form (144) besitzt, wobei sich der Öffnungsquerschnitt des radial inneren Kanalabschnittes (43) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft verringert.

10. Dallerzeuger (31, 131, 231) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trennwand über das abströmseitige Ende der Außenwand (39) hinausragt.

11. Dallerzeuger (31, 131, 231) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
gekennzeichnet durch
seine Ausgestaltung als Gussteil.

12. Brenner (6) mit wenigstens einem Drallerzeuger (31, 131, 231) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag in einem Brenner (6), der wenigstens einen Drallerzeuger( 31, 131, 231) mit einem zentralen Brennstoffverteilerelement (37) und einer das zentrale Brennstoffverteilerelement umgebenden, einen axialen Strömungskanal (41) für Verbrennungsluft begrenzenden Außenwand (39) umfasst, in dem der durch den Strömungskanal (41) strömenden Verbrennungsluft in einem radial äußeren Kanalbereich (45) eine tangentiale Strömungskomponente vermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der durch den Strömungskanal (41) strömenden Verbrennungsluft in einem radial inneren Kanalbereich (43) keine tangentiale Strömungskomponente oder eine der tangentiale Strömungskomponente im radial äußeren Kanalbereich (45) entgegengesetzte tangentiale Strömungskomponente vermittelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der durch den Strömungskanal (41) strömenden Verbrennungsluft Brennstoff zugeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der durch den Strömungskanal (41) strömenden Verbrennungsluft Brennstoff senkrecht zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft und/oder senkrecht zur Radialrichtung und/oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft und/oder parallel zur Strömungsrichtung der durch den Strömungskanal strömenden Verbrennungsluft zugeführt wird.

Zeichnung