[发明专利]旋流器叶片、旋流器和燃烧器组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将燃料(特别是液体燃料)提供到燃烧器组件的旋流区的旋流器叶片，其包括用于将燃料注入燃烧器的旋流区的至少一个注入孔以及将至少一个注入孔与主燃料供给相连的注入供给孔。本发明进一步涉及一种包括多个旋流器叶片的旋流器，以及一种燃烧器组件，特别是燃气涡轮发动机的燃烧器组件。

背景技术

空气污染受到世界关注，许多国家颁布了严格的法律来进一步限制燃气涡轮发动机的污染物排放，或者符合环境要求的设施提供财政支持或其他利益。

尽管用于减少NO_X从燃气涡轮发动机排放的现有技术沿正确的方向逐步发展，但仍然需要另外的改进。

燃气涡轮发动机燃烧器组件的主要目的在于将燃料与空气混合，以在良好的火焰稳定性下获得稳定有效的燃烧以及最小可能的NO_X排放量。因此，燃烧器组件设计必须确保合适的燃料量被引入燃烧器组件的正确位置，这些燃料量与空气彻底混合，且进行期望的燃料蒸发。

为了实现低排放，燃料的燃烧效率必须得到提高。这可例如通过液体燃料的良好雾化和良好蒸发而实现，其中较佳的雾化允许更多的蒸发。

通常，液体燃料和空气在燃气涡轮发动机中的预混合是通过将液体燃料注入燃烧器组件的位于该燃烧器组件燃烧区上游的旋流区中的气流中进行的。该旋流在混合物进入燃烧区之前引起液体燃料和空气的混合。液体燃料和空气混合得越好且液体燃料蒸发得越好，则可实现越少的排放。

旋流器可被提供，以获得燃料和空气的较佳混合。旋流器包括限定旋流槽的旋流器叶片，其被布置为使得注入燃料的空气将开始进行旋转运动，这会形成较佳的燃料和空气混合。由主液体燃料供给提供的液体燃料将通过注入供给孔被注入气流。旋流器叶片引导富含燃料的空气流至燃烧区。液体燃料进一步使用位于注入孔或旋流槽的基部的喷嘴雾化。该喷嘴的一个缺点在于其由于系统的机械约束而将燃料注入在非优化的位置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的旋流器叶片、一种改进的旋流器和一种改进的燃烧器组件，它们允许良好的燃料和空气混合(特别是液体燃料和空气的混合)，并减少燃气涡轮的燃烧器组件的排放。更进一步地，希望实现对旋流器和燃烧器组件适用性的改进。

该目的通过一种具有权利要求1所述特征的旋流器叶片、分别具有权利要求6和权利要求10所述特征的旋流器、以及具有权利要求11所述特征的燃烧器组件来实现。本发明的优点、特征、细节、各个方面和效果由从属权利要求、说明书和附图给出。结合旋流器叶片描述的特征和细节也适用于旋流器和燃烧器组件，反之亦然。

根据本发明的第一方面，所述目的通过一种用于将燃料(特别是液体燃料)提供到燃烧器组件的旋流区的旋流器叶片实现，其包括用于将燃料注入燃烧器组件的旋流区的至少一个注入孔以及用于将该至少一个注入孔与主燃料供给相连的注入供给孔通道(特别是包括采用过道形式的一个区段)，其中所述旋流器叶片或该旋流器叶片的布置有所述至少一个注入孔的末梢通过激光沉积制造(即形成)，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。

所述旋流器叶片或该旋流器叶片的末梢利用激光沉积形成。这种激光沉积生长的旋流器叶片或这种旋流器叶片的末梢的一个优点在于，在激光沉积期间的热处理减小因旋流器叶片中(特别是旋流器叶片与膜之间)的热膨胀不匹配造成的应力，这是因为生长发生在约800℃附近的高温下。旋流器叶片或旋流器叶片的末梢的设计和形状可受到非常精确的控制。旋流器自身可利用传统机加工方法制成。为了允许燃料(特别是液体燃料)在旋流器叶片的末梢被注入，末梢的至少一部分利用激光沉积形成。

激光沉积或脉冲激光沉积为这样一种薄膜沉积技术，其中高功率脉冲激光束聚焦在真空室内，以击中期望合成物的目标(或称靶)。由此，材料从该目标蒸发，并分别在旋流器叶片以及旋流器叶片内的注入孔的壁和/或注入供给孔通道上沉积成薄膜。这种旋流器叶片或这种旋流器叶片的末梢非常耐热。注入孔和/或注入供给孔的抗摩擦性通过激光沉积的表面而减小。因此，燃料可被更为精确地引导通过注入供给孔通道和/或注入孔。利用激光沉积形成的旋流器叶片和/或旋流器叶片的末梢可精确地控制燃料被注入。这样的旋流器叶片可改进燃料和空气的混合。燃料可被非常精确地注入旋流器剪切层。这种旋流器叶片可减少燃烧器组件的排放。

根据需要，一个旋流器叶片可具有两个或更多个注入孔。

因此，在旋流器叶片的优选实施例中，旋流器叶片的特征在于：至少一个注入孔的壁通过激光沉积制造(即形成或构成)。另外地或可替换地，对旋流器叶片优选的是，注入供给孔通道的终止在至少一个注入孔中的至少一部分通过激光沉积制造。