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EP3910238A1 - Pilot cone - Google Patents

Pilot cone Download PDF

Info

Publication number
EP3910238A1
EP3910238A1 EP20174892.8A EP20174892A EP3910238A1 EP 3910238 A1 EP3910238 A1 EP 3910238A1 EP 20174892 A EP20174892 A EP 20174892A EP 3910238 A1 EP3910238 A1 EP 3910238A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling air
pilot
burner
pilot cone
air passages
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20174892.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Beck
Jürgen MEISL
Stefan Reich
Sabrina Isolde Siebelist
Christopher Grandt
Benjamin WITZEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP20174892.8A priority Critical patent/EP3910238A1/en
Priority to CN202180035346.3A priority patent/CN115605712B/en
Priority to PCT/EP2021/054508 priority patent/WO2021228447A1/en
Priority to EP21711744.9A priority patent/EP4121696A1/en
Priority to US17/923,588 priority patent/US11971171B2/en
Publication of EP3910238A1 publication Critical patent/EP3910238A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion

Definitions

  • the invention relates to a pilot cone for use in a burner arrangement, as well as a burner arrangement.
  • the invention also relates to a method for cooling a pilot cone of a burner arrangement.
  • Providing a central pilot burner with a cone for flame design is a widely used measure.
  • a pilot cone is cooled.
  • cooling air is guided on the rear side of the pilot cone or in cooling channels within the pilot cone. It is common here for the cooling air to be directed into the combustion chamber downstream of the pilot cone. This is to be regarded as unfavorable in terms of reducing NO x emissions.
  • closed cooling with reuse of the cooling air in the pilot burner is necessary.
  • the pilot cone With closed cooling, the pilot cone is usually cooled by an integrated design with air, which is used as combustion air after the cooling task has been completed. For this purpose, it is known to provide the pilot cone with large-volume cooling channels which finally lead the cooling air as combustion air to the pilot burner.
  • the object of the invention is to provide a pilot cone in which cooling air and scavenging air consumption are as small as possible and which is at the same time as simple and inexpensive to manufacture as possible.
  • Another object of the invention is to provide a burner arrangement with a pilot cone.
  • the generic pilot cone is intended for use in a burner arrangement.
  • the pilot cone has a conically shaped jacket which widens downstream along a burner axis. It is provided that a plurality of cooling air passages are arranged in the jacket, by means of which cooling of the jacket is made possible.
  • the pilot cone also has an inner wall which extends upstream from the upstream end of the shell. It is provided that an annular gap is arranged along the inner jacket on the radially outer side, through which a cooling air can be supplied. On the jacket adjacent to the annular gap, a plurality of cooling air openings are required, which establish a connection from the annular gap to the cooling air passages. In this way, during operation of the burner arrangement, cooling air can be guided outside the inner wall through the annular gap and through the cooling air openings and through the cooling air passages, thus cooling the jacket.
  • the invention provides that an outer wall is arranged spaced from the inner wall on the radially outer side. This limits the annular gap on the radially outer side and also extends upstream from the jacket. This opens up targeted cooling air guidance to the cooling air openings.
  • annular gap is formed on the pilot cone by two preferably coaxial, radially inner and radially outer walls arranged on the jacket and extending upstream in the circumferential direction, over which the air supplied to the pilot cone for cooling is distributed according to its use.
  • cooling air is supplied through the annular gap than the jacket needs.
  • the compensation and thus the optimal setting of the cooling air flow in the cooling air passages is made possible by providing the inner wall with a plurality of openings. This leads to a division of the air flow supplied through the annular gap, on the one hand, to a flow through the openings and, on the other hand, to a cooling air flow through the cooling air openings into the cooling air passages of the jacket.
  • pilot cone By utilizing the design options that additive manufacturing allows, it is possible to manufacture a pilot cone with integrated cooling.
  • the pilot cone is therefore a compact component that can be easily integrated into an existing burner and that enables a long service life.
  • the complexity of the cooling air routing is completely hidden inside the pilot cone and can advantageously be produced using additive manufacturing methods.
  • the cooling air throughput is limited to the air throughput required for cooling, so that more air is available for premixing with the fuel.
  • the sum of the cross-sectional areas of all openings is greater than the sum of the cross-sectional areas of all cooling air openings on the jacket of the pilot cone.
  • cooling air flow supplied to the jacket can be adjusted by appropriately dimensioning the cooling air openings. It is necessary that the sum of the cross-sections of the cooling air openings is smaller than the sum of the cross-sections of the cooling air passages, which flow parallel to each other.
  • opening cross sections of the respective cooling air openings are smaller than the cross sections of the respective cooling air passages.
  • the openings which, as it were, represent the inlet openings into the cooling air duct in the pilot cone, are the smallest passages in the system and can intercept particles that could block subsequent cooling channels. They are viewed as an integrated filter device.
  • the number of cooling air openings exceeds the number of cooling air passages running in parallel in terms of flow. This enables the cross section of the individual cooling air openings to be selected to be small in relation to the cross section of the cooling air passages, thus preventing the cooling air passage from being clogged by particles.
  • annular distributor is arranged in the jacket of the pilot cone, into which the cooling air openings arranged in the circumferential direction open in order to distribute the cooling air evenly over the circumference of the pilot cone. This ensures that even if individual cooling air openings are blocked, a more or less uniform distribution of the cooling air flow over the cooling air passages can be guaranteed. It is provided that cooling air passages branch off from the distributor.
  • the arrangement of the pilot cone in the burner arrangement is advantageously made possible if the pilot cone has a centering collar for receiving a pilot burner. It is provided that the centering collar is upstream of the jacket is arranged radially inward of the inner wall. In a particularly advantageous manner, the centering collar forms a cylindrical fitting surface.
  • annular groove is arranged between the centering collar and the jacket. This is obviously designed to be open towards the burner axis.
  • sealing air outlets in the annular groove.
  • the sealing air outlets here form the end of the cooling air passages, so that the cooling air fed through the cooling air openings flows out through the sealing air outlets.
  • these are advantageously distributed equidistantly over the circumference, so that there is a uniform supply of sealing air in the area of the interface between the pilot cone and the pilot burner.
  • the blocking air outlets are aligned at an incline.
  • a swirling pilot burner flow can be taken into account and, on the other hand, the flow can be applied downstream of the annular groove along the surface of the jacket, or a detachment of the flow is avoided.
  • An advantageous cooling air duct in the jacket is achieved if downstream first cooling air passages and circumferentially offset upstream second cooling air passages are used, the first cooling air passages being connected to the second cooling air passages via the first transverse passages at the downstream end of the jacket. It is provided that the cooling air is supplied from the cooling air openings to the first cooling air passages, the cooling air flowing back to the upstream end of the jacket after being deflected at the first transverse passages through the second cooling air passages.
  • the transverse passages extend in the circumferential direction.
  • the first cooling air passages begin at the distributor.
  • a first transverse passage connects at least two first cooling air passages and at least two second cooling air passages with one another. If at least two first cooling air passages open into a first transverse passage and at least two second cooling air passages branch off from the first transverse passage, there are two advantages. On the one hand, the temperature can be distributed more evenly over the circumference of the pilot cone. On the other hand, if a cooling air passage is blocked, an entire path does not immediately fail, but rather only the flow in one direction along an individual cooling air passage is disturbed or interrupted, while cooling air can continue to flow in the neighboring area.
  • two second cooling air passages are advantageously arranged adjacent to one another between two first cooling air passages.
  • first cooling air passages which are not connected to one another via a first transverse passage, are connected to one another via second transverse passages.
  • first cooling air passages are adjacent in the connection via the first transverse passage are arranged to each other between two second cooling air passages.
  • the second transverse passage is arranged in the direction of the combustion chamber axis, offset upstream from the first transverse passage. A flow in the second transverse passages is therefore only relevant in cases when there is a restriction in the flow through the connected cooling air passages.
  • the first and second cooling air passages are round in cross section. With rectangular cooling air passages, larger duct cross-sections can be realized, but round cooling air passages are more advantageous with regard to material stresses and service life.
  • the inner surface of the jacket of the pilot cone i.e. the surface on the combustion chamber side
  • a thermal insulation layer as is generally the case.
  • the additive manufacturing method enables the simple addition of additional features. It can therefore be expedient if at least three protruding prongs are arranged on the outside of the pilot cone as a safety catch. This safety catch keeps the pilot cone in the main burner in the unlikely event of an unintentional loosening of the pilot cone.
  • the inner wall surrounds the pilot burner in sections as intended.
  • the inner wall is designed in such a way that it expands upstream from the jacket. This creates a larger installation space for the pilot burner.
  • the annular gap also inevitably widens upstream, starting from the jacket of the pilot cone.
  • this has a shape that widens accordingly upstream.
  • a novel pilot cone enables the implementation of a new burner arrangement according to the invention.
  • This generic first of all comprises a centrally arranged pilot burner extending along a burner axis.
  • a pilot cone is arranged at the downstream end of the pilot burner.
  • the burner arrangement comprises a main burner which comprises a central opening. Inside there is a pilot burner with the pilot cone.
  • the pilot cone here has a shape as described above.
  • a contact point between the pilot burner and the pilot cone is advantageously designed as a sliding seat.
  • a sliding fit is understood here to mean a fit that can be easily joined and furthermore allows different thermal expansions in the direction of the burner axis.
  • the design of the contact point allows leakage with a slight flow of cooling air. This prevents a fixed connection between the pilot cone and the pilot burner at the contact point due to excessive thermal loads and / or deposits, which prevents relative displacement, in particular due to different thermal expansions, and can lead to thermal stresses.
  • the existing sealing air outlets in the pilot cone are directed towards an end section of the pilot burner immediately downstream of the contact point. This enables optimal protection of the contact point.
  • the cooling air of the pilot cone is thus used again after the pilot cone has been cooled for flushing at the contact point between the pilot burner and the pilot cone. Otherwise air would have to be fed separately to this area.
  • annular groove in the pilot cone is partially covered by an end section of the pilot burner. This enables the contact point, in particular the sliding seat, to be in a protected position between the pilot cone and the pilot burner. On the other hand, this creates an annular cavity that promotes further cooling air flow. The supplied cooling air then emerges from a sealing air gap between the upstream end of the jacket of the pilot cone and the end section of the pilot burner.
  • pilot cone is fastened to a pilot cone carrier.
  • connection is particularly preferably made to the upstream end of the inner wall.
  • the inner wall can, for example, merge seamlessly into the pilot cone carrier.
  • pilot cone carrier also enables the cooling air to be guided.
  • a cooling air supply runs radially outside of the pilot cone carrier and merges into the annular gap.
  • the pilot cone carrier is formed in a simple and advantageous manner in the form of a cylinder.
  • a main burner carrier is advantageously arranged radially outside the pilot cone carrier. If there is a cooling air supply radially outside of the pilot cone carrier limits the cooling air supply on the radially outer side of the main burner carrier.
  • the outer wall is mounted on the main burner support at its upstream end. It can be provided that a fixed connection / assembly takes place or a sliding seat is provided which allows different thermal expansion.
  • annular chamber is advantageously arranged on the side of the inner wall facing the burner axis, which is fluidically connected to a pilot burner inlet.
  • the amount of air supplied for cooling the pilot cone can thus be divided into a part necessary for cooling the pilot cone with a flow through the cooling air openings and an excess part with a flow through the openings, which is fed to the pilot burner for combustion.
  • the object directed to a method is achieved by a method for cooling a pilot cone of a burner arrangement with a pilot burner, wherein the pilot cone comprises a jacket that widens downstream and is arranged immediately downstream of the pilot burner and is fluidically connected to it, in which cooling air is guided inside the jacket and the cooling air leaving the jacket flushes an interface between the pilot burner and the pilot cone.
  • Cooling air is advantageously supplied in the jacket of the pilot cone via a first cooling air passage and is returned via a second cooling air passage adjacent to the first cooling air passage.
  • First and second cooling air passages are connected to one another in the vicinity of the downstream end of the pilot burner via comparatively short first transverse passages.
  • the cooling air is guided on the shortest path from the annular distributor at the upstream end to the vicinity of the downstream end of the pilot cone and from returned there by the shortest route. This results in an efficient and as uniform as possible cooling or temperature distribution in the pilot cone.
  • cooling air is returned via a second cooling air passage adjacent to the blocked second cooling air passage.
  • the main advantages of the invention are, in particular, a compact pilot cone without expansion hindrance with a uniform component temperature and the resulting long component service life.
  • closed air cooling of the pilot cone can be implemented with flushing of the interface between the pilot cone and the pilot burner, in which the cooling air already used to cool the jacket of the pilot cone is used again. It is also particularly advantageous here that the cooling air exiting at the contact point between the pilot cone and the pilot burner can also be used as combustion air.
  • Another advantage is the improved insensitivity to a blockage of cooling air openings or individual cooling air passages and an undiminished guarantee of an advantageous cooling of the jacket of the pilot cone.
  • the complex internal channel structure is favorably favored by the use of additive manufacturing.
  • the component can therefore be constructed very efficiently in terms of cooling performance and cooling air balance.
  • Another advantage of additive manufacturing is the very short production times.
  • a pilot cone 01 according to the invention is shown in a perspective view in longitudinal section.
  • the pilot cone 01 has a jacket 04 widening downstream in a main flow direction of fuel and air.
  • the information upstream always refers to the side opposite to a combustion chamber following the pilot cone, while downstream always refers to the side facing the combustion chamber.
  • An inner surface 16 of the jacket 04 of the pilot cone 01 is provided with a thermal insulation layer 17.
  • a cooling air duct 05 runs inside the jacket 04 (not visible in this view).
  • an inner wall 07 extends upstream, which 07 also expands in the process.
  • the outer wall 08 is located on the radially outer side.
  • an annular gap 06 is formed between the inner wall 07 and the outer wall 08, which is used to guide the cooling air.
  • a section of a burner arrangement with the pilot cone 01 and a pilot burner 03 arranged therein is sketched.
  • the inner wall 07 has a plurality of perforations 09 distributed around the circumference, which establish a connection between the annular gap 06 and the annular chamber 26 09.
  • the cooling air duct from the annular gap 06 into the jacket 04 of the pilot cone 01 is off Fig. 6 can be seen and is explained in more detail below.
  • a centering collar 17 can also be seen at the upstream end of the jacket 04, in which 17 the pilot burner 03 is mounted in a contact point 23 with a sliding seat.
  • the contact point 23 allows a relative displacement of the pilot burner 03 relative to the pilot cone 01 and thus prevents thermal stresses.
  • the contact point 23 between the pilot burner 03 and the pilot cone 01 as sliding seats allows the cooling air to leak from the Annular chamber 26 and thus counteracts the two components 01, 03 from sticking to one another in the contact point 23.
  • An annular groove 30 is located between the contact point 23 and the jacket 04 of the pilot cone. This is covered in sections on the radially inner side by an end section of the pilot burner 03. This forms a circumferential cavity 29.
  • a sealing air gap 28 is located between the end section of the pilot burner 03 and the upstream end of the jacket 04 of the pilot cone 01.
  • the Fig. 3 shows schematically and by way of example a section of a burner arrangement 02 with a central burner axis 21, comprising a main burner 19 and a pilot burner 03 arranged in the main burner 19.
  • the pilot cone 01 is arranged directly downstream of the pilot burner 03.
  • the main burner 19 is supported on the radially inner side via a main burner support 22.
  • a main burner support 22 it is provided in this exemplary embodiment that the outer wall 08 of the pilot cone 01 is supported at its 08 upstream end in the main burner support 22 and thus centering takes place.
  • a pilot cone carrier 25 is located in relation to the main burner carrier 22 on the side facing the burner axis 21.
  • the inner wall 07 of the pilot cone 01 adjoins the end of the pilot cone carrier 25.
  • a plurality of protruding prongs 18 are distributed around the circumference in this exemplary embodiment and are arranged on the outside. These prevent a displacement out of the main burner 19 when the pilot cone 01 is released.
  • the main burner support 22 and the pilot cone support 25 are designed to be cylindrical in this exemplary embodiment and are arranged coaxially to one another and effect a fluidic separation. This is between the main burner support 22 and the pilot cone carrier 25 a cooling air supply 24 is formed. The cooling air flowing through the cooling air supply 24 also causes the main burner support 22 to be cooled.
  • the cooling air supply 24 is optimized in order to generate the flow velocity necessary for the heat transfer with a low pressure loss at the same time.
  • the high pressure gradient between the cooling air inlet and outlet of the pilot cone 1 enables efficient cooling with a comparatively low air mass flow.
  • the outer cooling air supply 24 opens into the annular gap 06 of the pilot cone 01, which 06 is formed by the two upstream inclined coaxial, radially inner and radially outer walls 07, 08 arranged on the jacket 04 and extending in the circumferential direction.
  • the radially inner wall 07 is connected to the pilot cone carrier 25 and the radially outer wall 08 is connected to the main burner carrier 22, so that a closed cooling air duct to the pilot cone 01 is formed between the main burner 19 and the pilot burner 03.
  • the cooling air flows proportionally through the openings 09 in the inner wall 07 into the annular chamber 26 and then to the main flow path of the combustion air supplied to the pilot burner to a pilot burner inlet 27.
  • the cooling air duct 05 in the jacket 04 of the pilot cone 01 is based on the Figures 4 to 9 explained in more detail - see in particular Fig. 7 .
  • the cooling air duct 05 has a pattern that is repeated in its circumference, so that the Figures 4 to 6 , 8 and 9 obviously the structure in the jacket 04 of the pilot cone 01 opens up.
  • a plurality of cooling air openings 10 are distributed around the circumference near the upstream end of the jacket 04 - see Fig. 5 and 6th , which establish a connection from the annular gap 06 to the cooling air passages 12, 14 in the jacket 04.
  • An annular distributor 11 is located in the jacket 04 of the pilot cone 01 arranged, in the 11, the circumferential cooling air openings 10 open. When the burner arrangement 02 is in operation, the air for cooling the pilot cone 01 thus initially flows through a multiplicity of cooling air openings 10, which are arranged distributed in the circumferential direction, into the aforementioned annular distributor 11.
  • First cooling air passages 12 branch off from the distributor 11 and extend essentially downstream within the jacket 04 - see FIG Fig. 5 and Fig. 8 .
  • the first cooling air passages 12 each open into first transverse passages 13 which extend in the circumferential direction - see FIG Fig. 9 . From the first transverse passages 13, in turn, upstream second cooling air passages 14 branch off - see FIG Fig. 4 . In this embodiment it is provided that two adjacent first cooling air passages 12 open into a first transverse passage 13 and two second cooling air passages 14 branch off from the first transverse passage 13.
  • the first and second cooling air passages 12, 14 are round in cross section as an advantageous and simplest embodiment.
  • the air thus flows through the first cooling air passages 12 to the front edge of the pilot cone 01 and there flows via first transverse passages 13 to respectively adjacent second cooling air passages 14, which are provided for returning the air to the interface with the pilot burner 03.
  • the first and second cooling air passages 12, 14, that is, the supply and return channels, are arranged alternately and adjacent second cooling air passages 14 are connected by second transverse passages 15 in order to allow, in the unlikely event of a blocked cooling passage, an albeit reduced cooling air flow through unblocked sections .
  • This emergency cooling property is intended to counteract further damage to the pilot cone 01 after damage with blocked cooling passages 12, 14, so that more or less uniform cooling can be ensured even if an individual cooling air passage 12, 14 is blocked.
  • the cross-sections of the cooling air openings 10 are selected to be smaller than the cross-sections of the first and second cooling air passages 12, 14 or the first and second transverse passages 13, 15, so that a filter function results at the entrance to the cooling air duct 05.
  • the second cooling air passages 14 open into the annular groove 30 or into the circumferential cavity 29 at the contact point 23 of the pilot cone 01 with the pilot burner 03 - see Fig. 4 (even Fig. 2 ). That is to say, after flowing through the pilot cone 01, the cooling air enters a circumferential cavity 29 which blocks the interface between the pilot cone 01 and the pilot burner 03 against the penetration of hot gas. The cooling air then mixes with the pilot burner flow.
  • the passages of the second cooling air passages 14 near the exit are arranged equidistantly over the circumference in the annular groove 30 and are oriented in such a way that, when the burner arrangement 02 is in operation, they are inclined in the direction of a swirling pilot burner flow, so that the flow is present downstream of the annular groove 30 to effect the jacket 04, or to avoid detachment. As a side effect of the overlap, the sealing air outlets 32 are protected.
  • the cooling is viewed as closed or cooling air-neutral. Due to the high pressure gradient between the cooling air inlet and outlet, a high cooling effect is achieved with a low cooling air mass flow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pilotkonus (1) für die Verwendung in einer Brenneranordnung (2) mit einem Pilotbrenner (3). Der Pilotkonus (1) weist auf einen Mantel (4), welcher sich entlang einer Brennerachse stromabwärts erweitert und von einer Mehrzahl an Kühlluftpassagen (12, 14) durchzogen ist, eine innere Wand (7), welche sich ausgehend vom stromaufwärtigen Ende des Mantels (4) stromaufwärts erstreckt, einen Ringspalt (6), welcher auf der radial äußeren Seite entlang der inneren Wand (7) verläuft, und eine Mehrzahl Kühlluftöffnungen (10), welche (10) eine Verbindung vom Ringspalt (6) zu den Kühlluftpassagen (12, 14) herstellen. Eine äußere Wand (8) erstreckt sich beabstandet von der inneren Wand (7) ausgehend vom Mantel (4) entlang stromaufwärts und begrenzt den Ringspalt (6) auf der radial äußeren Seite, wobei die innere Wand (7) eine Mehrzahl Durchbrüche (9) aufweist.The invention relates to a pilot cone (1) for use in a burner arrangement (2) with a pilot burner (3). The pilot cone (1) has a jacket (4) which expands downstream along a burner axis and is traversed by a plurality of cooling air passages (12, 14), an inner wall (7) which extends from the upstream end of the jacket ( 4) extends upstream, an annular gap (6) which runs on the radially outer side along the inner wall (7), and a plurality of cooling air openings (10) which (10) connect the annular gap (6) to the cooling air passages (12 , 14). An outer wall (8) extends at a distance from the inner wall (7) starting from the jacket (4) upstream and delimits the annular gap (6) on the radially outer side, the inner wall (7) having a plurality of openings (9) having.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pilotkonus für die Verwendung in einer Brenneranordnung, sowie eine Brenneranordnung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen eines Pilotkonus einer Brenneranordnung.The invention relates to a pilot cone for use in a burner arrangement, as well as a burner arrangement. The invention also relates to a method for cooling a pilot cone of a burner arrangement.

Einen zentralen Pilotbrenner mit einem Konus zur Flammengestaltung zu versehen, ist eine weit verbreitete Maßnahme. Typischerweise ist ein solcher Pilotkonus gekühlt. In der Regel ist hierbei vorgesehen, dass Kühlluft auf der Rückseite des Pilotkonus oder in Kühlkanälen innerhalb des Pilotkonus geführt wird. Dabei ist es üblich, dass die Kühlluft stromab des Pilotkonus in den Brennraum geleitet wird. Dies ist als ungünstig im Hinblick auf Reduzierung von NOx-Emissionen anzusehen. Für ein Hochtemperatur-Verbrennungssystem ist eine geschlossene Kühlung mit Wiederverwendung der Kühlluft im Pilotbrenner notwendig.Providing a central pilot burner with a cone for flame design is a widely used measure. Typically, such a pilot cone is cooled. As a rule, it is provided here that cooling air is guided on the rear side of the pilot cone or in cooling channels within the pilot cone. It is common here for the cooling air to be directed into the combustion chamber downstream of the pilot cone. This is to be regarded as unfavorable in terms of reducing NO x emissions. For a high-temperature combustion system, closed cooling with reuse of the cooling air in the pilot burner is necessary.

Bei einer geschlossenen Kühlung wird der Pilotkonus üblicherweise durch ein integriertes Design mit Luft gekühlt, die nach erfolgter Kühlaufgabe als Verbrennungsluft genutzt wird. Hierzu ist es bekannt, den Pilotkonus mit großvolumigen Kühlkanälen zu versehen, welche die Kühlluft als Verbrennungsluft abschließend zum Pilotbrenner führen.With closed cooling, the pilot cone is usually cooled by an integrated design with air, which is used as combustion air after the cooling task has been completed. For this purpose, it is known to provide the pilot cone with large-volume cooling channels which finally lead the cooling air as combustion air to the pilot burner.

Diese Designs mit internen Kanälen für eine Luftmenge, die deutlich größer ist als für die Kühlaufgabe notwendig, sind allerdings nicht mehr als einfach zu bezeichnen. Die komplexen und recht großen Strukturen sind weder kostengünstig herzustellen noch lassen sich Lebensdauerziele einfach erreichen. Abgesehen von Komplexität und Kosten sind auch die Leistungswerte nicht zufriedenstellend.These designs with internal channels for a volume of air that is significantly larger than necessary for the cooling task, however, can no longer be described as simple. The complex and quite large structures are neither inexpensive to manufacture, nor can service life goals be easily achieved. Apart from the complexity and costs, the performance values are also unsatisfactory.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pilotkonus bereitzustellen, bei dem Kühlluft- und Spülluftverbrauch möglichst klein sind und der zugleich möglichst einfach und kostengünstig herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brenneranordnung mit einem Pilotkonus anzugeben. Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer solchen Brenneranordnung anzugeben.The object of the invention is to provide a pilot cone in which cooling air and scavenging air consumption are as small as possible and which is at the same time as simple and inexpensive to manufacture as possible. Another object of the invention is to provide a burner arrangement with a pilot cone. Finally, it is an object of the invention to specify a corresponding method for operating such a burner arrangement.

Der gattungsgemäße Pilotkonus dient bestimmungsgemäß zur Verwendung in einer Brenneranordnung. Dabei weist der Pilotkonus einen konisch geformten Mantel auf, der sich entlang einer Brennerachse stromabwärts erweitert. Dabei ist vorgesehen, dass im Mantel eine Mehrzahl von Kühlluftpassagen angeordnet sind, mittels denen eine Kühlung des Mantels ermöglicht wird. Weiterhin weist der Pilotkonus eine innere Wand auf, welche sich vom stromaufwärtigen Ende des Mantels stromaufwärts erstreckt. Dabei ist vorgesehen, dass sich entlang des inneren Mantels auf der radial äußeren Seite ein Ringspalt angeordnet ist, durch den eine Kühlluft zugeführt werden kann. Am Mantel angrenzend zum Ringspalt sind eine Mehrzahl Kühlluftöffnungen erforderlich, welche eine Verbindung vom Ringspalt zu den Kühlluftpassagen herstellen. Somit wird im Betrieb der Brenneranordnung eine Kühlluftführung außerhalb der inneren Wand durch den Ringspalt und durch die Kühlluftöffnungen und durch die Kühlluftpassagen ermöglicht und somit eine Kühlung des Mantels bewirkt.The generic pilot cone is intended for use in a burner arrangement. The pilot cone has a conically shaped jacket which widens downstream along a burner axis. It is provided that a plurality of cooling air passages are arranged in the jacket, by means of which cooling of the jacket is made possible. The pilot cone also has an inner wall which extends upstream from the upstream end of the shell. It is provided that an annular gap is arranged along the inner jacket on the radially outer side, through which a cooling air can be supplied. On the jacket adjacent to the annular gap, a plurality of cooling air openings are required, which establish a connection from the annular gap to the cooling air passages. In this way, during operation of the burner arrangement, cooling air can be guided outside the inner wall through the annular gap and through the cooling air openings and through the cooling air passages, thus cooling the jacket.

Zur Ermöglichung einer optimalen Einstellung des Kühlluftstroms zur Gewährleistung der hinreichenden Kühlung des Mantels bei einem möglichst geringen Verbrauch von Kühlluft ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beanstandet zur inneren Wand auf der radial äußeren Seite eine äußere Wand angeordnet ist. Diese begrenzt den Ringspalt auf der radial äußeren Seite und erstreckt sich dabei ebenso vom Mantel ausgehend stromaufwärts. Somit wird eine gezielte Kühlluftführung zu den Kühlluftöffnungen eröffnet.To enable an optimal setting of the cooling air flow to ensure adequate cooling of the jacket with the lowest possible consumption of cooling air, the invention provides that an outer wall is arranged spaced from the inner wall on the radially outer side. This limits the annular gap on the radially outer side and also extends upstream from the jacket. This opens up targeted cooling air guidance to the cooling air openings.

Somit ist am Pilotkonus ein Ringspalt durch zwei auf dem Mantel angeordnete, sich in Umfangsrichtung stromaufwärts erstreckende, vorzugsweise koaxiale, radial innere und radial äußere Wände gebildet, über den die dem Pilotkonus zur Kühlung zugeführte Luft entsprechend ihrer Verwendung verteilt wird.Thus, an annular gap is formed on the pilot cone by two preferably coaxial, radially inner and radially outer walls arranged on the jacket and extending upstream in the circumferential direction, over which the air supplied to the pilot cone for cooling is distributed according to its use.

Um nun den Kühlluftstrom optimal einstellen zu können ist weiterhin vorgesehen, dass durch den Ringspalt mehr Kühlluft zugeführt wird als der Mantel benötigen wird. Der Ausgleich und somit die optimale Einstellung des Kühlluftstroms in den Kühlluftpassagen wird ermöglicht indem die innere Wand mit einer Mehrzahl Durchbrüche versehen wird. Dieses führt zu einer Aufteilung des durch den Ringspalt zugeführten Luftstroms einerseits zu einer Strömung durch die Durchbrüche und andererseits zu einem Kühlluftstrom durch die Kühlluftöffnungen in die Kühlluftpassagen des Mantels.In order to be able to optimally adjust the flow of cooling air, it is also provided that more cooling air is supplied through the annular gap than the jacket needs. The compensation and thus the optimal setting of the cooling air flow in the cooling air passages is made possible by providing the inner wall with a plurality of openings. This leads to a division of the air flow supplied through the annular gap, on the one hand, to a flow through the openings and, on the other hand, to a cooling air flow through the cooling air openings into the cooling air passages of the jacket.

Durch Ausnutzung der gestalterischen Möglichkeiten, die die Anwendung der additiven Fertigung erlaubt, ist es möglich, einen Pilotkonus mit integrierter Kühlung zu fertigen. Der Pilotkonus ist daher ein kompaktes Bauteil, das sich leicht in einen bestehenden Brenner integrieren lässt und das hohe Lebensdauern ermöglicht. Die Komplexität der Kühlluftführung ist vollständig im Innern des Pilotkonus verborgen und lässt sich vorteilhaft mit additiven Fertigungsmethoden herstellen. Der Kühlluftdurchsatz ist auf den für die Kühlung notwendigen Luftdurchsatz begrenzt, so dass mehr Luft zur Vormischung mit dem Brennstoff zur Verfügung steht.By utilizing the design options that additive manufacturing allows, it is possible to manufacture a pilot cone with integrated cooling. The pilot cone is therefore a compact component that can be easily integrated into an existing burner and that enables a long service life. The complexity of the cooling air routing is completely hidden inside the pilot cone and can advantageously be produced using additive manufacturing methods. The cooling air throughput is limited to the air throughput required for cooling, so that more air is available for premixing with the fuel.

Zur optimalen Einstellung des durch Passagen zu führenden Kühlluftstroms ist es besonders vorteilhaft, wenn die Summe der Querschnittsflächen aller Durchbrüche größer ist als die Summe der Querschnittsflächen aller Kühlluftöffnungen am Mantel des Pilotkonus. Mit der Wahl der Größe der Querschnittsflächen der Durchbrüche lässt sich die für die Kühlung des Pilotkonus nicht benötigte Luftmenge abtrennen.For optimal adjustment of the cooling air flow to be guided through passages, it is particularly advantageous if the sum of the cross-sectional areas of all openings is greater than the sum of the cross-sectional areas of all cooling air openings on the jacket of the pilot cone. With the choice of the size of the cross-sectional areas of the openings, the amount of air not required for cooling the pilot cone can be separated off.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der dem Mantel zugeführte Kühlluftstrom durch die entsprechende Dimensionierung der Kühlluftöffnungen eingestellt werden kann. Dabei ist es notwendig, dass die Summe der Querschnitte der Kühlluftöffnungen kleiner ist als die Summe der Querschnitte der strömungstechnisch parallel führenden Kühlluftpassagen.It is also advantageous if the cooling air flow supplied to the jacket can be adjusted by appropriately dimensioning the cooling air openings. It is necessary that the sum of the cross-sections of the cooling air openings is smaller than the sum of the cross-sections of the cooling air passages, which flow parallel to each other.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Öffnungsquerschnitte der jeweiligen Kühlluftöffnungen kleiner als die Querschnitte der jeweiligen Kühlluftpassagen. Somit sind in dieser Ausführungsform die Durchbrüche, die quasi die Eintrittsöffnungen in die Kühlluftführung im Pilotkonus darstellen, die kleinsten Passagen im System und können Partikel abfangen, die nachfolgende Kühlkanäle verstopfen könnten. Sie werden als integrierte Filtereinrichtung angesehen.In a further advantageous embodiment, opening cross sections of the respective cooling air openings are smaller than the cross sections of the respective cooling air passages. Thus, in this embodiment, the openings, which, as it were, represent the inlet openings into the cooling air duct in the pilot cone, are the smallest passages in the system and can intercept particles that could block subsequent cooling channels. They are viewed as an integrated filter device.

Dabei ist in besonders vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Anzahl der Kühlluftöffnungen die Anzahl der strömungstechnisch parallel verlaufenden Kühlluftpassagen übersteigt. Somit wird es ermöglicht, den Querschnitt der einzelnen Kühlluftöffnungen klein im Verhältnis zum Querschnitt der Kühlluftpassagen gewählt werden kann und somit ein Verstopfen der Kühlluftpassage durch Partikel verhindert wird.It is provided in a particularly advantageous manner that the number of cooling air openings exceeds the number of cooling air passages running in parallel in terms of flow. This enables the cross section of the individual cooling air openings to be selected to be small in relation to the cross section of the cooling air passages, thus preventing the cooling air passage from being clogged by particles.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Mantel des Pilotkonus ein ringförmiger Verteiler angeordnet, in den die in Umfangsrichtung angeordneten Kühlluftöffnungen münden, um die Kühlluft gleichmäßig über den Umfang des Pilotkonus zu verteilen. Somit wird gewährleistet, dass auch bei einer Verstopfung einzelner Kühlluftöffnungen eine einigermaßen gleichmäßige Verteilung des Kühlluftstroms auf die Kühlluftpassagen gewährleistet werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass Kühlluftpassagen vom Verteiler abzweigen.In an advantageous embodiment of the invention, an annular distributor is arranged in the jacket of the pilot cone, into which the cooling air openings arranged in the circumferential direction open in order to distribute the cooling air evenly over the circumference of the pilot cone. This ensures that even if individual cooling air openings are blocked, a more or less uniform distribution of the cooling air flow over the cooling air passages can be guaranteed. It is provided that cooling air passages branch off from the distributor.

Die Anordnung des Pilotkonus in der Brenneranordnung wird vorteilhaft ermöglicht, wenn der Pilotkonus einen Zentrierbund zur Aufnahme eines Pilotbrenners aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Zentrierbund stromaufwärts vom Mantel radial innerhalb der inneren Wand angeordnet ist. In besonders vorteilhafter Weise bildet hierbei der Zentrierbund eine zylinderförmige Passfläche.The arrangement of the pilot cone in the burner arrangement is advantageously made possible if the pilot cone has a centering collar for receiving a pilot burner. It is provided that the centering collar is upstream of the jacket is arranged radially inward of the inner wall. In a particularly advantageous manner, the centering collar forms a cylindrical fitting surface.

Zur vorteilhaften Einpassung des Pilotbrenners in den Zentrierbund ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass zwischen dem Zentrierbund und dem Mantel eine Ringnut angeordnet ist. Diese ist hierbei naheliegend zur Brennerachse hin offen ausgeführt.For the advantageous fitting of the pilot burner into the centering collar, it is furthermore advantageously provided that an annular groove is arranged between the centering collar and the jacket. This is obviously designed to be open towards the burner axis.

Dieses ermöglicht im Weiteren die vorteilhafte Anordnung von Sperrluftauslässen in der Ringnut. Die Sperrluftauslässe bilden hierbei das Ende von Kühlluftpassagen, sodass die durch die Kühlluftöffnungen zu geführte Kühlluft durch die Sperrluftauslässe ausströmt. Diese sind hierbei vorteilhaft äquidistant über den Umfang verteilt, so dass sich eine gleichmäßige Versorgung mit Sperrluft im Bereich der Schnittstelle des Pilotkonus mit dem Pilotbrenner ergibt.This also enables the advantageous arrangement of sealing air outlets in the annular groove. The sealing air outlets here form the end of the cooling air passages, so that the cooling air fed through the cooling air openings flows out through the sealing air outlets. In this case, these are advantageously distributed equidistantly over the circumference, so that there is a uniform supply of sealing air in the area of the interface between the pilot cone and the pilot burner.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Sperrluftauslässe geneigt ausgerichtet sind. Hierdurch kann einerseits eine drallbehaftete Pilotbrennerströmung berücksichtigt werden und zum anderen wird ein Anliegen der Strömung stromab der Ringnut entlang der Oberfläche des Mantels ermöglicht, bzw. somit ein Ablösen der Strömung vermieden.It is also advantageous if the blocking air outlets are aligned at an incline. In this way, on the one hand, a swirling pilot burner flow can be taken into account and, on the other hand, the flow can be applied downstream of the annular groove along the surface of the jacket, or a detachment of the flow is avoided.

Eine vorteilhafte Kühlluftführung im Mantel wird erreicht, wenn sich stromabwärts erstreckende erste Kühlluftpassagen und Umfangsrichtung versetzte stromaufwärts erstreckende zweite Kühlluftpassagen eingesetzt werden, wobei die ersten Kühlluftpassagen mit den zweiten Kühlluftpassage über die erste Querpassagen am stromabseitigen Ende des Mantels miteinander verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Kühlluft von den Kühlluftöffnungen den ersten Kühlluftpassagen zugeführt wird, wobei die Kühlluft nach der Umlenkung an den ersten Querpassagen durch die zweiten Kühlluftpassagen zurück zum stromaufseitigen Ende des Mantels strömt. In einfachster Form erstrecken sich hierbei die Querpassagen in Umfangsrichtung.An advantageous cooling air duct in the jacket is achieved if downstream first cooling air passages and circumferentially offset upstream second cooling air passages are used, the first cooling air passages being connected to the second cooling air passages via the first transverse passages at the downstream end of the jacket. It is provided that the cooling air is supplied from the cooling air openings to the first cooling air passages, the cooling air flowing back to the upstream end of the jacket after being deflected at the first transverse passages through the second cooling air passages. In the simplest The transverse passages extend in the circumferential direction.

Bei Vorhandensein eines vorteilhaften Verteilers im Mantel beginnen die ersten Kühlluftpassagen am Verteiler.If there is an advantageous distributor in the jacket, the first cooling air passages begin at the distributor.

Bei Vorhandensein von Sperrluftauslässen befindet diese sich vorteilhaft am Ende der zweiten Kühlluftpassagen.If there are sealing air outlets, these are advantageously located at the end of the second cooling air passages.

Eine vorteilhafte Umlenkung des Kühlluftstroms am stromabseitigen Ende des Mantels wird ermöglicht, wenn jeweils eine erste Querpassage zumindest zwei erste Kühlluftpassagen und zumindest zwei zweite Kühlluftpassagen miteinander verbindet. Wenn mindestens zwei erste Kühlluftpassagen in eine erste Querpassage münden und mindestens zwei zweite Kühlluftpassagen von der ersten Querpassage abzweigen ergeben sich zweierlei Vorteile. Zum einen kann eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über den Umfang des Pilotkonus erfolgen. Zum anderen fällt bei Verstopfung einer Kühlluftpassage nicht gleich ein ganzer Pfad aus, sondern lediglich die Durchströmung in einer Richtung entlang einer einzelnen Kühlluftpassage ist gestört oder unterbrochen, während hingegen benachbart weiterhin Kühlluft strömen kann.An advantageous deflection of the cooling air flow at the downstream end of the jacket is made possible when a first transverse passage connects at least two first cooling air passages and at least two second cooling air passages with one another. If at least two first cooling air passages open into a first transverse passage and at least two second cooling air passages branch off from the first transverse passage, there are two advantages. On the one hand, the temperature can be distributed more evenly over the circumference of the pilot cone. On the other hand, if a cooling air passage is blocked, an entire path does not immediately fail, but rather only the flow in one direction along an individual cooling air passage is disturbed or interrupted, while cooling air can continue to flow in the neighboring area.

In Verbindung mit einer ersten Querpassage sind dabei vorteilhaft zwei zweite Kühlluftpassagen benachbart zueinander zwischen zwei ersten Kühlluftpassagen angeordnet.In connection with a first transverse passage, two second cooling air passages are advantageously arranged adjacent to one another between two first cooling air passages.

Zur Sicherstellung einer Kühlluftführung auch bei einer möglichen Einschränkung im Durchfluss einer ersten Kühlluftpassage ist es dabei weiterhin vorteilhaft, wenn einander benachbarte erste Kühlluftpassagen, die nicht über eine erste Querpassage miteinander verbunden sind, über zweite Querpassagen miteinander verbunden sind.To ensure a cooling air flow even with a possible restriction in the flow of a first cooling air passage, it is further advantageous if adjacent first cooling air passages, which are not connected to one another via a first transverse passage, are connected to one another via second transverse passages.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn in der Verbindung über die erste Querpassage zwei erste Kühlluftpassagen benachbart zueinander zwischen zwei zweiten Kühlluftpassagen angeordnet sind.However, it is particularly advantageous if two first cooling air passages are adjacent in the connection via the first transverse passage are arranged to each other between two second cooling air passages.

Analog ist es zur Sicherstellung einer Kühlluftführung auch bei einer möglichen Einschränkung im Durchfluss einer zweiten Kühlluftpassage weiterhin vorteilhaft, wenn einander benachbarte zweite Kühlluftpassagen, die nicht über eine erste Querpassage miteinander verbunden sind, über eine zweite Querpassagen miteinander zu verbinden.Analogously, to ensure a cooling air flow, even with a possible restriction in the flow of a second cooling air passage, it is further advantageous if adjacent second cooling air passages, which are not connected to one another via a first transverse passage, are connected to one another via a second transverse passage.

Die Anordnung der zweiten Querpassage erfolgt hierbei in Richtung der Brennkammerachse stromaufwärts versetzt zur ersten Querpassage. Somit wird eine Strömung in den zweiten Querpassagen lediglich in den Fällen relevant, wenn eine Einschränkung in der Durchströmung der verbundenen Kühlluftpassagen gegeben ist.The second transverse passage is arranged in the direction of the combustion chamber axis, offset upstream from the first transverse passage. A flow in the second transverse passages is therefore only relevant in cases when there is a restriction in the flow through the connected cooling air passages.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die ersten und zweiten Kühlluftpassagen im Querschnitt rund. Mit rechteckigen Kühlluftpassagen lassen sich zwar größere Kanalquerschnitte realisieren, runde Kühlluftpassagen sind aber im Hinblick auf Materialspannungen und Lebensdauer vorteilhafter.In an advantageous embodiment, the first and second cooling air passages are round in cross section. With rectangular cooling air passages, larger duct cross-sections can be realized, but round cooling air passages are more advantageous with regard to material stresses and service life.

Zur generellen Verminderung des Kühlluftbedarfs ist es zweckmäßig, wenn die innere Oberfläche des Mantels des Pilotkonus, d.h. die brennraumseitige Oberfläche, wie generell üblich, mit einer Wärmedämmschicht versehen ist.To generally reduce the cooling air requirement, it is useful if the inner surface of the jacket of the pilot cone, i.e. the surface on the combustion chamber side, is provided with a thermal insulation layer, as is generally the case.

Die additive Fertigungsmethode ermöglicht das einfache Zufügen von zusätzlichen Merkmalen. Daher kann es zweckmäßig sein, wenn mindestens drei überstehende Zinken außen am Pilotkonus als Fangsicherung angeordnet sind. Diese Fangsicherung hält in dem unwahrscheinlichen Fall eines unbeabsichtigten Lösens des Pilotkonus diesen im Hauptbrenner fest.The additive manufacturing method enables the simple addition of additional features. It can therefore be expedient if at least three protruding prongs are arranged on the outside of the pilot cone as a safety catch. This safety catch keeps the pilot cone in the main burner in the unlikely event of an unintentional loosening of the pilot cone.

Wie die innere Wand und - sofern vorhanden - die zweite Wand konkret ausgeführt sind, ist zunächst unerheblich. Zumindest umgibt die innere Wand bei der Brenneranordnung bestimmungsgemäß abschnittsweise den Pilotbrenner. Dazu wird in bevorzugter Ausführungsform, die innere Wand derart ausgeführt, dass sich diese vom Mantel ausgehend stromaufwärts erweitert. Somit wird ein größerer Bauraum für den Pilotbrenner geschaffen. Zwangsläufig erweitert sich in dieser Ausführungsform ebenso der Ringspalt ausgehend vom Mantel des Pilotkonus stromaufwärts. Entsprechend der beanstandeten Anordnung der zweiten Wand - sofern vorhanden - von der ersten Wand, weist diese eine sich entsprechend stromaufwärts erweiternde Gestalt auf.How the inner wall and - if present - the second wall are actually designed is initially irrelevant. At least in the burner arrangement, the inner wall surrounds the pilot burner in sections as intended. For this purpose, in a preferred embodiment, the inner wall is designed in such a way that it expands upstream from the jacket. This creates a larger installation space for the pilot burner. In this embodiment, the annular gap also inevitably widens upstream, starting from the jacket of the pilot cone. Corresponding to the displaced arrangement of the second wall - if present - of the first wall, this has a shape that widens accordingly upstream.

Die Bereitstellung eines neuartigen Pilotkonus ermöglicht die Realisierung einer neuen erfindungsgemäßen Brenneranordnung. Hierbei umfasst diese gattungsgemäße zunächst einmal einen sich entlang einer Brennerachse erstreckenden zentrisch angeordneten Pilotbrenner. Am stromabseitigen Ende des Pilotbrenners ist dabei ein Pilotkonus angeordnet. Weiterhin umfasst die Brenneranordnung einen Hauptbrenner, welcher eine zentrale Öffnung umfasst. Darin befindet sich Pilotbrenner mit dem Pilotkonus. Erfindungsgemäß weist hierbei der Pilotkonus eine Gestalt wie zuvor beschrieben auf.The provision of a novel pilot cone enables the implementation of a new burner arrangement according to the invention. This generic first of all comprises a centrally arranged pilot burner extending along a burner axis. A pilot cone is arranged at the downstream end of the pilot burner. Furthermore, the burner arrangement comprises a main burner which comprises a central opening. Inside there is a pilot burner with the pilot cone. According to the invention, the pilot cone here has a shape as described above.

Vorteilhafterweise ist eine Kontaktstelle zwischen dem Pilotbrenner und dem Pilotkonus als Schiebesitz ausgeführt. Unter einem Schiebesitz wird hierbei eine Passung verstanden, welche sich leicht fügen lässt und des Weiteren unterschiedliche thermische Dehnungen in Richtung der Brennerachse zulässt.A contact point between the pilot burner and the pilot cone is advantageously designed as a sliding seat. A sliding fit is understood here to mean a fit that can be easily joined and furthermore allows different thermal expansions in the direction of the burner axis.

Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Ausführung der Kontaktstelle eine Leckage mit einer geringfügigen Kühlluftströmung zulässt. Somit kann verhindert werden, dass an der Kontaktstelle sich aufgrund zu hoher thermischer Belastungen und/oder aufgrund von Ablagerungen eine feste Verbindung zwischen dem Pilotkonus und dem Pilotbrenner entsteht, die eine relative Verschiebung insbesondere aufgrund unterschiedlicher thermischer Dehnungen verhindert und zu thermischen Spannungen führen kann.It is particularly advantageous if the design of the contact point allows leakage with a slight flow of cooling air. This prevents a fixed connection between the pilot cone and the pilot burner at the contact point due to excessive thermal loads and / or deposits, which prevents relative displacement, in particular due to different thermal expansions, and can lead to thermal stresses.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die vorhandenen Sperrluftauslässe im Pilotkonus, insbesondere in der Ringnut, auf einen Endabschnitt des Pilotbrenners unmittelbar stromab der Kontaktstelle gerichtet sind. Somit wird ein optimaler Schutz der Kontaktstelle ermöglicht. Die Kühlluft des Pilotkonus wird somit nach erfolgter Kühlung des Pilotkonus zur Spülung an der Kontaktstelle zwischen dem Pilotbrenner und dem Pilotkonus nochmals verwendet. Ansonsten müsste Luft separat diesem Bereich zugeführt werden.Furthermore, it is advantageous if the existing sealing air outlets in the pilot cone, in particular in the annular groove, are directed towards an end section of the pilot burner immediately downstream of the contact point. This enables optimal protection of the contact point. The cooling air of the pilot cone is thus used again after the pilot cone has been cooled for flushing at the contact point between the pilot burner and the pilot cone. Otherwise air would have to be fed separately to this area.

Dabei ist es vorteilhaft, wen die Ringnut im Pilotkonus teilweise durch einen Endabschnitt des Pilotbrenners überdeckt wird. Dieses ermöglicht eine geschützte Lage der Kontaktstelle, insbesondere des Schiebesitzes, zwischen dem Pilotkonus und dem Pilotbrenner. Zum anderen entsteht hierdurch eine Ringkavität, die die weitere Kühlluftführung begünstigt. Die zugeführte Kühlluft tritt dann aus einem Sperrluftspalt zwischen dem stromaufseitigen Ende des Mantels des Pilotkonus und dem Endabschnitt des Pilotbrenners aus.It is advantageous if the annular groove in the pilot cone is partially covered by an end section of the pilot burner. This enables the contact point, in particular the sliding seat, to be in a protected position between the pilot cone and the pilot burner. On the other hand, this creates an annular cavity that promotes further cooling air flow. The supplied cooling air then emerges from a sealing air gap between the upstream end of the jacket of the pilot cone and the end section of the pilot burner.

Eine vorteilhafte Befestigung des Pilotkonus wird geschaffen, wenn der Pilotkonus an einem Pilotkonusträger befestigt ist. Die Anbindung erfolgt hierbei besonders bevorzugt an das stromaufseitige Ende der inneren Wand. Dabei kann die innere Wand beispielsweise nahtlos in den Pilotkonusträger übergehen.An advantageous fastening of the pilot cone is created when the pilot cone is fastened to a pilot cone carrier. The connection is particularly preferably made to the upstream end of the inner wall. The inner wall can, for example, merge seamlessly into the pilot cone carrier.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn der Pilotkonusträger zugleich eine Führung der Kühlluft ermöglicht. Hierzu verläuft radial außerhalb des Pilotkonusträgers eine Kühlluftzuführung, welche in den Ringspalt übergeht. In einfacher und vorteilhafter Weise wird der Pilotkonusträger in Form eines Zylinders gebildet.Furthermore, it is particularly advantageous if the pilot cone carrier also enables the cooling air to be guided. For this purpose, a cooling air supply runs radially outside of the pilot cone carrier and merges into the annular gap. The pilot cone carrier is formed in a simple and advantageous manner in the form of a cylinder.

Zur Lagerung des Hauptbrenners wird vorteilhaft radial außerhalb des Pilotkonusträgers ein Hauptbrennerträger angeordnet. Bei Vorhandensein einer Kühlluftzuführung radial außerhalb des Pilotkonusträgers begrenzt auf der radial außen liegenden Seite der Hauptbrennerträger die Kühlluftzuführung.To mount the main burner, a main burner carrier is advantageously arranged radially outside the pilot cone carrier. If there is a cooling air supply radially outside of the pilot cone carrier limits the cooling air supply on the radially outer side of the main burner carrier.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die äußere Wand an dessen stromaufseitigem Ende am Hauptbrennerträger gelagert ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine feste Verbindung/Montage erfolgt oder ein Schiebesitz vorgesehen ist, welcher eine unterschiedliche thermische Dehnung zulässt.It is advantageous if the outer wall is mounted on the main burner support at its upstream end. It can be provided that a fixed connection / assembly takes place or a sliding seat is provided which allows different thermal expansion.

Zur Ausnutzung der durch den Ringspalt dem Pilotkonus zugeführten Kühlluft als Verbrennungsluft wird in vorteilhafter Weise auf der zur Brennerachse weisenden Seite der inneren Wand eine Ringkammer angeordnet, die strömungstechnisch mit einem Pilotbrennereingang verbunden ist. Damit ist die für die Kühlung des Pilotkonus zugeführte Luftmenge aufteilbar, in einen für die Kühlung des Pilotkonus notwendigen Teil mit einer Strömung durch die Kühlluftöffnungen und einen überschüssigen Teil mit einer Strömung durch die Durchbrüche, der dem Pilotbrenner zur Verbrennung zugeführt wird.To utilize the cooling air supplied to the pilot cone through the annular gap as combustion air, an annular chamber is advantageously arranged on the side of the inner wall facing the burner axis, which is fluidically connected to a pilot burner inlet. The amount of air supplied for cooling the pilot cone can thus be divided into a part necessary for cooling the pilot cone with a flow through the cooling air openings and an excess part with a flow through the openings, which is fed to the pilot burner for combustion.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Kühlen eines Pilotkonus einer Brenneranordnung mit Pilotbrenner, wobei der Pilotkonus einen sich stromabwärts erweiternden Mantel umfasst und unmittelbar stromab des Pilotbrenners angeordnet und mit diesem strömungstechnisch verbundenen ist, bei dem Kühlluft im Inneren des Mantels geführt wird und den Mantel verlassende Kühlluft eine Schnittstelle zwischen Pilotbrenner und Pilotkonus spült.The object directed to a method is achieved by a method for cooling a pilot cone of a burner arrangement with a pilot burner, wherein the pilot cone comprises a jacket that widens downstream and is arranged immediately downstream of the pilot burner and is fluidically connected to it, in which cooling air is guided inside the jacket and the cooling air leaving the jacket flushes an interface between the pilot burner and the pilot cone.

Vorteilhafterweise wird Kühlluft im Mantel des Pilotkonus über eine erste Kühlluftpassage zugeführt und über eine der ersten Kühlluftpassage benachbarte zweite Kühlluftpassage rückgeführt. Erste und zweite Kühlluftpassagen sind in der Nähe des stromabwärtigen Endes der Pilotbrenners über vergleichsweise kurze erste Querpassagen miteinander verbunden. Insbesondere wird die Kühlluft auf dem kürzesten Weg vom ringförmigen Verteiler am stromaufwärtigen Ende bis in die Nähe des stromabwärtigen Endes des Pilotkonus geführt und von dort wieder auf dem kürzesten Weg zurückgeführt. Dadurch ergibt sich eine effiziente und möglichst gleichmäßige Kühlung bzw. Temperaturverteilung im Pilotkonus.Cooling air is advantageously supplied in the jacket of the pilot cone via a first cooling air passage and is returned via a second cooling air passage adjacent to the first cooling air passage. First and second cooling air passages are connected to one another in the vicinity of the downstream end of the pilot burner via comparatively short first transverse passages. In particular, the cooling air is guided on the shortest path from the annular distributor at the upstream end to the vicinity of the downstream end of the pilot cone and from returned there by the shortest route. This results in an efficient and as uniform as possible cooling or temperature distribution in the pilot cone.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn Kühlluft im Falle einer blockierten zweiten Kühlluftpassage über eine der blockierten zweiten Kühlluftpassage benachbarten zweite Kühlluftpassage rückgeführt wird.Furthermore, it is advantageous if, in the case of a blocked second cooling air passage, cooling air is returned via a second cooling air passage adjacent to the blocked second cooling air passage.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind insbesondere ein kompakter Pilotkonus ohne Dehnungsbehinderung mit gleichmäßiger Bauteiltemperatur und daraus resultierender hoher Bauteil-Lebensdauer.The main advantages of the invention are, in particular, a compact pilot cone without expansion hindrance with a uniform component temperature and the resulting long component service life.

Weiterhin kann eine geschlossene Luftkühlung des Pilotkonus mit einer Spülung der Schnittstelle zwischen dem Pilotkonus und den Pilotbrenner realisiert werden, bei der die bereits zur Kühlung des Mantels des Pilotkonus genutzte Kühlluft nochmals verwendet wird. Besonders vorteilhaft ist es hierbei weiter, dass an in der Kontaktstelle zwischen dem Pilotkonus und dem Pilotbrenner austretenden Kühlluft im Weiteren zusätzlich als Verbrennungsluft genutzt werden kann.Furthermore, closed air cooling of the pilot cone can be implemented with flushing of the interface between the pilot cone and the pilot burner, in which the cooling air already used to cool the jacket of the pilot cone is used again. It is also particularly advantageous here that the cooling air exiting at the contact point between the pilot cone and the pilot burner can also be used as combustion air.

Ein weiterer Vorteil ist die verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber einer Blockierung von Kühlluftöffnungen oder einzelner Kühlluftpassagen und eine unverminderte Gewährleistung einer vorteilhaften Kühlung des Mantels des Pilotkonus.Another advantage is the improved insensitivity to a blockage of cooling air openings or individual cooling air passages and an undiminished guarantee of an advantageous cooling of the jacket of the pilot cone.

Die komplexe interne Kanalstruktur wird durch die Anwendung der additiven Fertigung vorteilhaft begünstigt. Daher kann das Bauteil sehr effizient, im Hinblick auf Kühlleistung und Kühlluftbilanz, aufgebaut werden. Ein weiterer Vorteil der additiven Fertigung besteht in den sehr kurzen Fertigungszeiten.The complex internal channel structure is favorably favored by the use of additive manufacturing. The component can therefore be constructed very efficiently in terms of cooling performance and cooling air balance. Another advantage of additive manufacturing is the very short production times.

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

Fig. 1
eine perspektivische Ansicht auf einen Pilotkonus im Längsschnitt;
Fig. 2
ein Ausschnitt des Pilotkonus aus Fig. 1 mit dem darin angeordneten Pilotbrenner;
Fig. 3
ein Ausschnitt einer Brenneranordnung mit dem Pilotkonus aus Fig. 1 sowie einem Pilotbrenner und abschnittsweise einem Hauptbrenner;
Fig. 4
nochmals der Pilotkonus aus Fig. 1 mit einem Schnitt durch die zweiten Kühlluftpassagen;
Fig. 5
nochmals der Pilotkonus aus Fig. 1 mit einem Schnitt durch die ersten Kühlluftpassagen;
Fig. 6
eine weitere Detailansicht des Pilotkonus im Bereich der Kühlluftöffnungen und der Kühlluftdurchbrüche;
Fig. 7
die Kühlluftführung im Mantel des Pilotkonus;
Fig. 8
schematisch die Kühlluftführung im Mantel ausgehend von den Kühlluftöffnungen;
Fig. 9
schematisch die Kühlluftführung im Bereich der Querpassagen.
The invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawings. They show schematically and not to scale:
Fig. 1
a perspective view of a pilot cone in longitudinal section;
Fig. 2
a section of the pilot cone Fig. 1 with the pilot burner arranged therein;
Fig. 3
a section of a burner assembly with the pilot cone Fig. 1 as well as a pilot burner and in sections a main burner;
Fig. 4
the pilot cone again Fig. 1 with a section through the second cooling air passages;
Fig. 5
the pilot cone again Fig. 1 with a section through the first cooling air passages;
Fig. 6
a further detailed view of the pilot cone in the area of the cooling air openings and the cooling air openings;
Fig. 7
the cooling air duct in the jacket of the pilot cone;
Fig. 8
schematically the cooling air duct in the jacket starting from the cooling air openings;
Fig. 9
schematically the cooling air routing in the area of the transverse passages.

In der Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Pilotkonus 01 im Längsschnitt dargestellt. Der Pilotkonus 01 weist einen sich in einer Hauptströmungsrichtung von Brennstoff und Luft stromabwärts erweiternden Mantel 04 auf. Die Angabe stromaufwärts bezieht sich immer auf die Seite gegenüberliegend zu einer dem Pilotkonus folgenden Brennkammer, während stromabwärts sich immer auf die zur Brennkammer weisenden Seite bezieht.In the Fig. 1 an exemplary embodiment for a pilot cone 01 according to the invention is shown in a perspective view in longitudinal section. The pilot cone 01 has a jacket 04 widening downstream in a main flow direction of fuel and air. The information upstream always refers to the side opposite to a combustion chamber following the pilot cone, while downstream always refers to the side facing the combustion chamber.

Eine innere Oberfläche 16 des Mantels 04 des Pilotkonus 01 ist mit einer Wärmedämmschicht 17 versehen. Im Inneren des Mantels 04 verläuft eine Kühlluftführung 05 (in dieser Ansicht nicht sichtbar).An inner surface 16 of the jacket 04 of the pilot cone 01 is provided with a thermal insulation layer 17. A cooling air duct 05 runs inside the jacket 04 (not visible in this view).

Vom stromaufwärts weisenden Ende des Mantels 11 erstreckt sich eine innere Wand 07 stromaufwärts, welche 07 sich dabei gleichfalls aufweitet. Beanstandet zur inneren Wand 07 befindet sich auf der radial außen liegenden Seite die äußere Wand 08. Hierbei wird eine Ringspalt 06 zwischen der inneren Wand 07 und der äußeren Wand 08 gebildet, der zur Kühlluftführung dient.From the upstream end of the jacket 11, an inner wall 07 extends upstream, which 07 also expands in the process. In relation to the inner wall 07, the outer wall 08 is located on the radially outer side. Here, an annular gap 06 is formed between the inner wall 07 and the outer wall 08, which is used to guide the cooling air.

In der Fig. 2 wird ein Ausschnitt einer Brenneranordnung mit dem Pilotkonus 01 sowie einem darin angeordneten Pilotbrenner 03 skizziert. Auf der zur Brennerachse 21 weisenden Seite angrenzend an die innere Wand 07 radial außerhalb des Pilotbrenners 03 befindet sich eine Ringkammer 26.In the Fig. 2 a section of a burner arrangement with the pilot cone 01 and a pilot burner 03 arranged therein is sketched. On the side facing the burner axis 21 and adjacent to the inner wall 07 radially outside of the pilot burner 03 there is an annular chamber 26.

Wesentlich für die Erfindung ist die Aufteilung der durch den Ringspalt 06 zugeführten Kühlluft einerseits zur Kühlung des Mantels 04 und anderseits zur Vermischung mit der dem Pilotbrenner 03 zugeführten Verbrennungsluft. Hierzu weist die inneren Wand 07 eine Mehrzahl im Umfang verteilte Durchbrüche 09 auf, die 09 eine Verbindung zwischen dem Ringspalt 06 und der Ringkammer 26 herstellen. Die Kühlluftführung vom Ringspalt 06 in den Mantel 04 des Pilotkonus 01 ist aus Fig. 6 ersichtlich und wird im Folgenden noch weiter erläutert.The division of the cooling air supplied through the annular gap 06 on the one hand for cooling the jacket 04 and on the other hand for mixing with the combustion air supplied to the pilot burner 03 is essential for the invention. For this purpose, the inner wall 07 has a plurality of perforations 09 distributed around the circumference, which establish a connection between the annular gap 06 and the annular chamber 26 09. The cooling air duct from the annular gap 06 into the jacket 04 of the pilot cone 01 is off Fig. 6 can be seen and is explained in more detail below.

Weiterhin zu erkennen ist ein Zentrierbund 17 am stromaufseitigen Ende des Mantels 04, in dem 17 der Pilotbrenner 03 in einer Kontaktstelle 23 mit einem Schiebesitz gelagert ist. Die Kontaktstelle 23 gestattet hierbei eine relative Verschiebung des Pilotbrenners 03 relativ zum Pilotkonus 01 und verhindert somit thermische Spannungen. Weiterhin erlaubt die Kontaktstelle 23 zwischen dem Pilotbrenner 03 und dem Pilotkonus 01 als Schiebesitze eine Leckage der Kühlluft aus der Ringkammer 26 und wirkt somit einem Festhaften der beiden Bauteile 01, 03 in der Kontaktstelle 23 aneinander entgegen.A centering collar 17 can also be seen at the upstream end of the jacket 04, in which 17 the pilot burner 03 is mounted in a contact point 23 with a sliding seat. The contact point 23 allows a relative displacement of the pilot burner 03 relative to the pilot cone 01 and thus prevents thermal stresses. Furthermore, the contact point 23 between the pilot burner 03 and the pilot cone 01 as sliding seats allows the cooling air to leak from the Annular chamber 26 and thus counteracts the two components 01, 03 from sticking to one another in the contact point 23.

Zwischen der Kontaktstelle 23 und dem Mantel 04 des Pilotkonus befindet sich eine Ringnut 30. Diese wird abschnittsweise auf der radial inneren Seite von einem Endabschnitt des Pilotenbrenners 03 abgedeckt. Hierdurch wird eine Umfangskavität 29 gebildet. Zwischen dem Endabschnitt des Pilotbrenners 03 und dem stromaufseitigen Ende des Mantels 04 des Pilotkonus 01 befindet sich ein Sperrluftspalt 28.An annular groove 30 is located between the contact point 23 and the jacket 04 of the pilot cone. This is covered in sections on the radially inner side by an end section of the pilot burner 03. This forms a circumferential cavity 29. A sealing air gap 28 is located between the end section of the pilot burner 03 and the upstream end of the jacket 04 of the pilot cone 01.

Die Fig. 3 zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt einer Brenneranordnung 02 mit einer zentrischen Brennerachse 21, umfassend einen Hauptbrenner 19 und einem im Hauptbrenner 19 angeordneten Pilotbrenner 03. Hierbei ist unmittelbar stromab des Pilotbrenners 03 der Pilotkonus 01 angeordnet.the Fig. 3 shows schematically and by way of example a section of a burner arrangement 02 with a central burner axis 21, comprising a main burner 19 and a pilot burner 03 arranged in the main burner 19. Here, the pilot cone 01 is arranged directly downstream of the pilot burner 03.

Der Hauptbrenner 19 wird hierbei auf der radial inneren Seite über einen Hauptbrennerträger 22 gelagert. Zugleich ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die äußere Wand 08 des Pilotkonus 01 an dessen 08 stromaufseitigem Ende im Hauptbrennerträger 22 gelagert ist und somit eine Zentrierung erfolgt.The main burner 19 is supported on the radially inner side via a main burner support 22. At the same time, it is provided in this exemplary embodiment that the outer wall 08 of the pilot cone 01 is supported at its 08 upstream end in the main burner support 22 and thus centering takes place.

Beanstandet zum Hauptbrennerträger 22 auf der zur Brennerachse 21 weisenden Seite befindet sich ein Pilotkonusträger 25. Am Ende des Pilotkonusträgers 25 schließt sich die innere Wand 07 des Pilotkonus 01 an. An dieser 07 sind im in diesem Ausführungsbeispiel im Umfang verteilt mehrere überstehende Zinken 18 auf der Außenseite angeordnet. Diese verhindern bei einem Lösen des Pilotkonus 01 eine Verschiebung aus dem Hauptbrenner 19 heraus.A pilot cone carrier 25 is located in relation to the main burner carrier 22 on the side facing the burner axis 21. The inner wall 07 of the pilot cone 01 adjoins the end of the pilot cone carrier 25. At this 07, a plurality of protruding prongs 18 are distributed around the circumference in this exemplary embodiment and are arranged on the outside. These prevent a displacement out of the main burner 19 when the pilot cone 01 is released.

Der Hauptbrennerträger 22 sowie der Pilotkonusträger 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgeführt und koaxial zueinander angeordnet und bewirken eine strömungstechnische Trennung. Hierdurch wird zwischen dem Hauptbrennerträger 22 und dem Pilotkonusträger 25 eine Kühlluftzuführung 24 gebildet. Die durch die Kühlluftzuführung 24 strömende Kühlluft bewirkt weiterhin eine Kühlung des Hauptbrennerträgers 22.The main burner support 22 and the pilot cone support 25 are designed to be cylindrical in this exemplary embodiment and are arranged coaxially to one another and effect a fluidic separation. This is between the main burner support 22 and the pilot cone carrier 25 a cooling air supply 24 is formed. The cooling air flowing through the cooling air supply 24 also causes the main burner support 22 to be cooled.

Die Kühlluftzuführung 24 ist optimiert, um die für den Wärmeübergang nötige Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitig niedrigem Druckverlust zu generieren. Das hohe Druckgefälle zwischen Kühllufteintritt und -austritt des Pilotkonus 1 ermöglicht eine effiziente Kühlung bei vergleichsweise niedrigem Luftmassenstrom.The cooling air supply 24 is optimized in order to generate the flow velocity necessary for the heat transfer with a low pressure loss at the same time. The high pressure gradient between the cooling air inlet and outlet of the pilot cone 1 enables efficient cooling with a comparatively low air mass flow.

Die äußere Kühlluftzuführung 24 mündet in den Ringspalt 06 des Pilotkonus 01, welcher 06 durch die zwei auf dem Mantel 04 angeordnete, sich in Umfangsrichtung erstreckende, stromaufwärts geneigte koaxiale radial innere und radial äußere Wände 07, 08 gebildet wird. Die radial innere Wand 07 ist mit dem Pilotkonusträger 25 und die radial äußere Wand 08 ist mit dem Hauptbrennerträger 22 verbunden, so dass zwischen dem Hauptbrenner 19 und dem Pilotbrenner 03 eine geschlossene Kühlluftführung zum Pilotkonus 01 gebildet wird.The outer cooling air supply 24 opens into the annular gap 06 of the pilot cone 01, which 06 is formed by the two upstream inclined coaxial, radially inner and radially outer walls 07, 08 arranged on the jacket 04 and extending in the circumferential direction. The radially inner wall 07 is connected to the pilot cone carrier 25 and the radially outer wall 08 is connected to the main burner carrier 22, so that a closed cooling air duct to the pilot cone 01 is formed between the main burner 19 and the pilot burner 03.

Vom Ringspalt 06 strömt die Kühlluft anteilig durch die Durchbrüche 09 in der inneren Wand 07 in die Ringkammer 26 und im Folgenden zum Hauptströmungspfad der dem Pilotbrenner zugeführten Verbrennungsluft zu einem Pilotbrennereingang 27.From the annular gap 06, the cooling air flows proportionally through the openings 09 in the inner wall 07 into the annular chamber 26 and then to the main flow path of the combustion air supplied to the pilot burner to a pilot burner inlet 27.

Die Kühlluftführung 05 im Mantel 04 des Pilotkonus 01 wird anhand der Figuren 4 bis 9 näher erläutert - siehe insbesondere Fig. 7. Die Kühlluftführung 05 weist ein sich im Umfang wiederholendes Muster auf, so dass sich aus den Figuren 4 bis 6, 8 und 9 naheliegend die Struktur im Mantel 04 des Pilotkonus 01 erschließt.The cooling air duct 05 in the jacket 04 of the pilot cone 01 is based on the Figures 4 to 9 explained in more detail - see in particular Fig. 7 . The cooling air duct 05 has a pattern that is repeated in its circumference, so that the Figures 4 to 6 , 8 and 9 obviously the structure in the jacket 04 of the pilot cone 01 opens up.

Im Umfang verteilt befinden sich nahe dem stromaufseitigen Ende des Mantels 04 eine Mehrzahl an Kühlluftöffnungen 10 - siehe Fig. 5 und 6, die eine Verbindung vom Ringspalt 06 zu den Kühlluftpassagen 12, 14 im Mantel 04 herstellen. Im Mantel 04 des Pilotkonus 01 ist ein ringförmiger Verteiler 11 angeordnet, in den 11 die in Umfangsrichtung angeordneten Kühlluftöffnungen 10 münden. Im Betrieb der Brenneranordnung 02 strömt die Luft zum Kühlen des Pilotkonus 01 also zunächst durch eine Vielzahl an Kühlluftöffnungen 10, welche 10 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, in den genannten ringförmigen Verteiler 11.A plurality of cooling air openings 10 are distributed around the circumference near the upstream end of the jacket 04 - see Fig. 5 and 6th , which establish a connection from the annular gap 06 to the cooling air passages 12, 14 in the jacket 04. An annular distributor 11 is located in the jacket 04 of the pilot cone 01 arranged, in the 11, the circumferential cooling air openings 10 open. When the burner arrangement 02 is in operation, the air for cooling the pilot cone 01 thus initially flows through a multiplicity of cooling air openings 10, which are arranged distributed in the circumferential direction, into the aforementioned annular distributor 11.

Erste Kühlluftpassagen 12 zweigen vom Verteiler 11 ab und erstrecken sich innerhalb des Mantels 04 im Wesentlichen stromabwärts - siehe Fig. 5 und Fig. 8.First cooling air passages 12 branch off from the distributor 11 and extend essentially downstream within the jacket 04 - see FIG Fig. 5 and Fig. 8 .

Am stromabwärtsseitigen Ende des Mantels 04 münden die ersten Kühlluftpassagen 12 jeweils in erste Querpassagen 13, welche sich in Umfangsrichtung erstrecken - siehe Fig. 9. Von den ersten Querpassagen 13 zweigen wiederum sich stromaufwärts erstreckenden zweiten Kühlluftpassagen 14 ab - siehe Fig. 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass zwei benachbarte erste Kühlluftpassagen 12 in eine erste Querpassage 13 münden und zwei zweite Kühlluftpassagen 14 von der ersten Querpassage 13 abzweigen.At the downstream end of the jacket 04, the first cooling air passages 12 each open into first transverse passages 13 which extend in the circumferential direction - see FIG Fig. 9 . From the first transverse passages 13, in turn, upstream second cooling air passages 14 branch off - see FIG Fig. 4 . In this embodiment it is provided that two adjacent first cooling air passages 12 open into a first transverse passage 13 and two second cooling air passages 14 branch off from the first transverse passage 13.

Die ersten und zweiten Kühlluftpassagen 12, 14 sind als vorteilhafte und einfachste Ausführung im Querschnitt rund.The first and second cooling air passages 12, 14 are round in cross section as an advantageous and simplest embodiment.

Die Luft strömt also durch die ersten Kühlluftpassagen 12 zur Vorderkante des Pilotkonus 01 und strömt dort über erste Querpassagen 13 zu jeweils benachbarten zweiten Kühlluftpassagen 14, die für die Rückführung der Luft zur Schnittstelle mit dem Pilotbrenner 03 vorgesehen sind.The air thus flows through the first cooling air passages 12 to the front edge of the pilot cone 01 and there flows via first transverse passages 13 to respectively adjacent second cooling air passages 14, which are provided for returning the air to the interface with the pilot burner 03.

Die ersten und zweiten Kühlluftpassagen 12, 14, d.h., die zuführenden und rückführenden Kanäle, sind wechselseitig angeordnet und benachbarte zweite Kühlluftpassagen 14 sind durch zweite Querpassagen 15 verbunden, um im unwahrscheinlichen Fall einer blockierten Kühlpassage einen wenn auch reduzierten Kühlluftstrom durch nicht blockierte Abschnitte zu ermöglichen.The first and second cooling air passages 12, 14, that is, the supply and return channels, are arranged alternately and adjacent second cooling air passages 14 are connected by second transverse passages 15 in order to allow, in the unlikely event of a blocked cooling passage, an albeit reduced cooling air flow through unblocked sections .

Diese Notkühleigenschaft soll nach einem Schaden mit blockierten Kühlpassagen 12, 14 der weiteren Schädigung des Pilotkonus 01 entgegenwirken, so dass eine einigermaßen gleichmäßige Kühlung auch bei der Blockade einer einzelnen Kühlluftpassage 12, 14 gewährleistet werden kann.This emergency cooling property is intended to counteract further damage to the pilot cone 01 after damage with blocked cooling passages 12, 14, so that more or less uniform cooling can be ensured even if an individual cooling air passage 12, 14 is blocked.

Die Querschnitte der Kühlluftöffnungen 10 sind kleiner als die Querschnitte der ersten und zweiten Kühlluftpassagen 12, 14 bzw. der ersten und zweiten Querpassagen 13, 15 gewählt, so dass sich eine Filterfunktion am Eingang zur Kühlluftführung 05 ergibt.The cross-sections of the cooling air openings 10 are selected to be smaller than the cross-sections of the first and second cooling air passages 12, 14 or the first and second transverse passages 13, 15, so that a filter function results at the entrance to the cooling air duct 05.

Die zweiten Kühlluftpassagen 14 münden die Ringnut 30 bzw. in die Umfangskavität 29 an der Kontaktstelle 23 des Pilotkonus 01 mit dem Pilotbrenner 03 - siehe Fig. 4 (auch Fig. 2). D.h. nach Durchströmen des Pilotkonus 01 tritt die Kühlluft in eine Umfangskavität 29 ein, die die Schnittstelle zwischen dem Pilotkonus 01 und dem Pilotbrenner 03 gegen ein Eindringen von Heißgas sperrt. Im Folgenden vermischt sich die Kühlluft mit der Pilotbrennerströmung.The second cooling air passages 14 open into the annular groove 30 or into the circumferential cavity 29 at the contact point 23 of the pilot cone 01 with the pilot burner 03 - see Fig. 4 (even Fig. 2 ). That is to say, after flowing through the pilot cone 01, the cooling air enters a circumferential cavity 29 which blocks the interface between the pilot cone 01 and the pilot burner 03 against the penetration of hot gas. The cooling air then mixes with the pilot burner flow.

Die als Sperrluftauslässe 32 bezeichneten austrittsnahen Passagen der zweiten Kühlluftpassagen 14 sind in der Ringnut 30 äquidistant über den Umfang angeordnet und so orientiert, dass sie im Betrieb der Brenneranordnung 02 in Richtung einer drallbehafteten Pilotbrennerströmung geneigt sind, um ein Anliegen der Strömung stromab der Ringnut 30 entlang des Mantels 04 zu bewirken, bzw. ein Ablösen zu vermeiden. Als Nebeneffekt der Überdeckung sind die Sperrluftauslässe 32 geschützt.The passages of the second cooling air passages 14 near the exit, referred to as blocking air outlets 32, are arranged equidistantly over the circumference in the annular groove 30 and are oriented in such a way that, when the burner arrangement 02 is in operation, they are inclined in the direction of a swirling pilot burner flow, so that the flow is present downstream of the annular groove 30 to effect the jacket 04, or to avoid detachment. As a side effect of the overlap, the sealing air outlets 32 are protected.

Die aus Sicherheitsaspekten notwendige Spülung des Sperrluftspaltes 28 an der Kontaktstelle 23 zwischen dem Pilotkonus 01 und dem Pilotbrenner 03 ist mit einer Wiederverwendung der Kühlluft verbunden. Somit wird die Kühlung als geschlossen oder kühlluftneutral angesehen. Durch das hohe Druckgefälle zwischen Kühllufteintritt und -austritt wird eine hohe Kühlwirkung bei geringem Kühlluftmassenstrom erzielt.The flushing of the sealing air gap 28 at the contact point 23 between the pilot cone 01 and the pilot burner 03, which is necessary for safety reasons, involves reuse of the cooling air. Thus, the cooling is viewed as closed or cooling air-neutral. Due to the high pressure gradient between the cooling air inlet and outlet, a high cooling effect is achieved with a low cooling air mass flow.

Claims (17)

Pilotkonus (01) für die Verwendung in einer Brenneranordnung (02),
mit einem Mantel (04), welcher (04) sich entlang einer Brennerachse stromabwärts erweitert und von einer Mehrzahl an Kühlluftpassagen (12, 14) durchzogen ist, und mit einer inneren Wand (07), welche (07) sich ausgehend vom stromaufwärtigen Ende des Mantels (04) stromaufwärts erstreckt, und
mit einem Ringspalt (06), welcher (06) auf der radial äußeren Seite entlang der inneren Wand (07) verläuft, und mit einer Mehrzahl Kühlluftöffnungen (10), welche (10) eine Verbindung vom Ringspalt (06) zu den Kühlluftpassagen (12, 14) herstellen,
gekennzeichnet durch
eine äußere Wand (08), welche (08) sich beabstandet von der inneren Wand (07) ausgehend vom Mantel (04) entlang stromaufwärts erstreckt und den Ringspalt (06) auf der radial äußeren Seite begrenzt,
wobei die innere Wand (07) eine Mehrzahl Durchbrüche (09) aufweist.Pilot cone (01) for use in a burner arrangement (02),
with a jacket (04) which (04) expands downstream along a burner axis and is traversed by a plurality of cooling air passages (12, 14), and with an inner wall (07) which (07) extends from the upstream end of the Jacket (04) extends upstream, and
with an annular gap (06) which (06) runs on the radially outer side along the inner wall (07), and with a plurality of cooling air openings (10) which (10) provide a connection from the annular gap (06) to the cooling air passages (12 , 14) manufacture,
marked by
an outer wall (08) which (08) extends at a distance from the inner wall (07) starting from the jacket (04) along upstream and delimits the annular gap (06) on the radially outer side,
wherein the inner wall (07) has a plurality of openings (09). Pilotkonus (01) nach Anspruch 1,
wobei die Summe der Querschnittsflächen aller Durchbrüche (9) größer ist als die Summe der Querschnittsflächen aller Kühlluftöffnungen (10).Pilot cone (01) according to claim 1,
wherein the sum of the cross-sectional areas of all openings (9) is greater than the sum of the cross-sectional areas of all cooling air openings (10). Pilotkonus (01) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Summe der Querschnittsflächen aller Kühlluftöffnungen (10) kleiner ist als ist als die Summe der Querschnittsflächen aller Kühlluftpassagen (12, 14); und/oder
wobei die Querschnittsfläche jeder einzelnen Kühlluftöffnung kleiner ist als die Querschnittsfläche der Kühlluftpassagen (12, 14).Pilot cone (01) according to claim 1 or 2,
wherein the sum of the cross-sectional areas of all cooling air openings (10) is smaller than the sum of the cross-sectional areas of all cooling air passages (12, 14); and or
wherein the cross-sectional area of each individual cooling air opening is smaller than the cross-sectional area of the cooling air passages (12, 14). Pilotkonus (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei im Mantel (4) ein ringförmiger Verteiler (11) angeordnet ist, welcher (11) mit den Kühlluftöffnungen (10) und mit Kühlluftpassagen (12) verbunden ist, von dem (11) insbesondere erste Kühlluftpassagen (12) abzweigen.Pilot cone (01) according to one of claims 1 to 3,
wherein an annular distributor (11) is arranged in the jacket (4), which (11) is connected to the cooling air openings (10) and to cooling air passages (12), from which (11) in particular first cooling air passages (12) branch off. Pilotkonus (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei stromaufwärts vom Mantel (04) ein Zentrierbund (17) zur Aufnahme eines Pilotbrenners (03) angeordnet ist.Pilot cone (01) according to one of Claims 1 to 4,
a centering collar (17) for receiving a pilot burner (03) is arranged upstream of the jacket (04). Pilotkonus (01) nach Anspruch 5,
wobei zwischen dem Mantel (04) und dem Zentrierbund (17) eine umlaufende zur Brennerachse (21) offenen Ringnut (30) angeordnet ist.Pilot cone (01) according to claim 5,
a circumferential annular groove (30) open to the burner axis (21) being arranged between the jacket (04) and the centering collar (17). Pilotkonus (01) nach Anspruch 6,
wobei Sperrluftauslässe (32) in Verbindung mit Kühlluftpassagen (14) an der Ringnut (30) angeordnet sind, welche (32) insbesondere derart geneigt sind, dass eine anteilig tangentiale Kühlluftströmung auftritt; und/oder
welche (32) insbesondere das Ende der zweiten Kühlluftpassagen (14) bilden.Pilot cone (01) according to claim 6,
sealing air outlets (32) in connection with cooling air passages (14) being arranged on the annular groove (30), which (32) are inclined in particular in such a way that a proportionately tangential flow of cooling air occurs; and or
which (32) in particular form the end of the second cooling air passages (14). Pilotkonus (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei sich innerhalb des Mantels (04) erste Kühlluftpassagen (12) stromabwärts und zweite Kühlluftpassagen (14) stromaufwärts erstrecken, wobei benachbarte Kühlluftpassagen (12, 14) über erste Querpassagen (13) miteinander verbunden sind.Pilot cone (01) according to one of Claims 1 to 7,
first cooling air passages (12) extending downstream and second cooling air passages (14) extending upstream within the jacket (04), adjacent cooling air passages (12, 14) being connected to one another via first transverse passages (13). Pilotkonus (01) nach Anspruch 8,
wobei jeweils zumindest zwei erste Kühlluftpassagen (12) und zumindest zwei zweite Kühlluftpassagen (14) über jeweils eine erste Querpassage (13) miteinander verbunden sind; oder
wobei jeweils zwei benachbarte erste Kühlluftpassagen (12) und zwei zweite Kühlluftpassagen (14) über jeweils eine erste Querpassage (13) miteinander verbunden sind; oder
wobei jeweils zwei benachbarte zweite Kühlluftpassagen und zwei erste Kühlluftpassagen über jeweils eine erste Querpassage miteinander verbunden sind.Pilot cone (01) according to claim 8,
wherein in each case at least two first cooling air passages (12) and at least two second cooling air passages (14) are connected to one another via a respective first transverse passage (13); or
two adjacent first cooling air passages (12) and two second cooling air passages (14) being connected to one another via a respective first transverse passage (13); or
wherein two adjacent second cooling air passages and two first cooling air passages are each connected to one another via a first transverse passage. Pilotkonus (01) nach Anspruch 9,
wobei einander benachbarte (nicht über erste Querpassagen verbundene) Kühlluftpassagen (14) über zu den ersten Querpassagen stromaufwärts versetzte zweite Querpassagen (15) miteinander verbunden sind.Pilot cone (01) according to claim 9,
wherein adjacent cooling air passages (14) (not connected via first transverse passages) are connected to one another via second transverse passages (15) offset upstream of the first transverse passages. Pilotkonus (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei sich die innere Wand (07) und der Ringspalt (06), und insbesondere die zweite Wand (08), stromaufwärts erweitern.Pilot cone (01) according to one of claims 1 to 10,
wherein the inner wall (07) and the annular gap (06), and in particular the second wall (08), widen upstream. Brenneranordnung (02) mit einer Brennerachse umfassend einen Hauptbrenner (19) und einen darin (19) zentral angeordneten Pilotbrenner (03) und einen am stromabwärtigen Ende des Pilotbrenners (03) angeordneten Pilotkonus (01), gekennzeichnet durch
eine Ausführung nach einer der vorhergehenden Ansprüche.Burner arrangement (02) with a burner axis comprising a main burner (19) and a pilot burner (03) arranged centrally therein (19) and a pilot cone (01) arranged at the downstream end of the pilot burner (03), characterized by
an embodiment according to one of the preceding claims. Brenneranordnung (02) nach Anspruch 12,
wobei eine Kontaktstelle (23) zwischen dem Pilotbrenner (03) und dem Pilotkonus (01), insbesondere dem Zentrierbund (17), als Schiebesitz ausgeführt ist,
wobei insbesondere die Kontaktstelle eine geringe Kühlluftströmung zulässt.Burner arrangement (02) according to claim 12,
wherein a contact point (23) between the pilot burner (03) and the pilot cone (01), in particular the centering collar (17), is designed as a sliding fit,
the contact point in particular allowing a low flow of cooling air. Brenneranordnung (2) nach Anspruch 13,
wobei die Ringnut (30) zumindest abschnittsweise von einem Endabschnitt des Pilotbrenners (03) abgedeckt wird und eine Umfangskavität (29) gebildet ist.Burner arrangement (2) according to claim 13,
wherein the annular groove (30) is covered at least in sections by an end section of the pilot burner (03) and a circumferential cavity (29) is formed. Brenneranordnung (02) nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
wobei der Pilotkonus (01), insbesondere die innere Wand (07), an einem Pilotkonusträger (25) befestigt ist, wobei insbesondere eine Kühlluftzuführung (24) radial au-ßerhalb des Pilotkonusträgers (25) verläuft und in den Ringspalt (06) übergeht.Burner arrangement (02) according to one of Claims 12 to 14,
wherein the pilot cone (01), in particular the inner wall (07), is fastened to a pilot cone carrier (25), with in particular a cooling air supply (24) radially outside of the pilot cone carrier (25) and merges into the annular gap (06). Brenneranordnung (2) nach Anspruch 15,
wobei radial außerhalb des Pilotkonusträgers (25), insbesondere radial außerhalb der Kühlluftzuführung (24), ein Hauptbrennerträger (22) angeordnet ist,
an dem (22) insbesondere die äußere Wand (08) gelagert ist.Burner arrangement (2) according to claim 15,
a main burner carrier (22) being arranged radially outside the pilot cone carrier (25), in particular radially outside the cooling air supply (24),
on which (22) in particular the outer wall (08) is mounted. Brenneranordnung (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
wobei die Durchbrüche (09) zu einer Ringkammer (09) führen, welche (09) strömungstechnisch mit einem Pilotbrennereingang (27) des Pilotbrenners (03) verbunden ist.Burner arrangement (2) according to one of Claims 12 to 16,
wherein the openings (09) lead to an annular chamber (09) which (09) is fluidically connected to a pilot burner inlet (27) of the pilot burner (03).
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