CN110177976A - 具有用于燃烧器的空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷嘴和制造该燃烧器喷嘴的方法 - Google Patents

具有用于燃烧器的空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷嘴和制造该燃烧器喷嘴的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110177976A
CN110177976A CN201880007153.5A CN201880007153A CN110177976A CN 110177976 A CN110177976 A CN 110177976A CN 201880007153 A CN201880007153 A CN 201880007153A CN 110177976 A CN110177976 A CN 110177976A
Authority
CN
China
Prior art keywords
burner nozzle
fuel channel
air duct
fuel
burner
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.)
Pending
Application number
CN201880007153.5A
Other languages
English (en)
Inventor
C·霍克利
C·基奈
A·克罗伊策
M·萨赫
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
Publication of CN110177976A publication Critical patent/CN110177976A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • F23R3/34—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
    • 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
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07021—Details of lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2213/00—Burner manufacture specifications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2214/00—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00016—Preventing or reducing deposit build-up on burner parts, e.g. from carbon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于安装到燃烧器(11)中的燃烧器喷嘴(19)，其中燃烧器喷嘴(19)具有面向燃烧室(BR)的表面(OF)、引导至表面(OF)并限定空气通道(20)的空气通道结构(21)、以及引导至表面(OF)的燃料通道结构(32)，并且其中燃料通道结构(32)限定燃料通道(33)，该燃料通道在燃烧器喷嘴(19)的表面区域(OFB)中沿着平行于表面(OF)的第一方向延伸，并且随后在表面区域(OFB)中沿着与第一方向(1R)不同的第二方向(2R)至少部分伸回，以使燃烧器喷嘴(19)的表面区域(OFB)通过在燃烧器喷嘴(19)的操作中流过燃料通道(33)的燃料进行冷却。

Description

具有用于燃烧器的空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷 嘴和制造该燃烧器喷嘴的方法
技术领域
本发明涉及一种具有空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷嘴，优选地用于燃气轮机中的燃烧器。此外，描述了一种用于制造燃烧器喷嘴的方法，优选地是增材方法。
背景技术
燃烧器喷嘴优选地设置用于流体机械，优选地设置在燃气轮机的热气路径中。该部件还优选地由镍基合金和/或超合金、特别是镍基或钴基超合金构成。该合金可以是沉淀硬化的或可沉淀硬化的。
例如，由EP 2196733 A1公开了上述类型的燃烧器喷嘴。在该处描述的燃烧器喷嘴可以用在例如燃气轮机中，其中燃烧器喷嘴形成燃烧器喷枪的下游端，燃烧器喷枪布置在用于燃烧空气的主通道中。燃烧器喷嘴具有双壁设计，其中外壁形成隔热罩，该隔热罩应保持所产生的燃烧热远离内壁。因此，在外壁和内壁之间设置有环形空腔、即环形空间，为了冷却目的可以经由开口利用空气穿流该空腔。在所述实施例中，隔热罩必须设计成能承受由后接的燃烧室中发生的燃烧引起的热应力。因此，燃烧器喷嘴的外壁代表了燃烧器喷嘴使用寿命的限制因素。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，开发一种开头所述类型的燃烧器喷嘴，以改善部件的使用寿命。特别地，本发明应能够改善燃烧器喷嘴的冷却。此外，本发明所要解决的问题在于，描述一种制造这种燃烧器喷嘴的方法。
例如，可以通过无芯铸造进行制造。然而根据针对上述问题的一个解决方案，利用增材制造方法来进行制造是特别有利的。在这种情况下，燃烧器喷嘴可以优选地一体制成，并且具有特别复杂和/或关于冷却效果优化的设计，其中增材制造尤其允许几何形状复杂的结构，其有利地具有用于传热的大表面。
在本申请意义上的增材制造方法应理解为是指这样一种方法，在该方法中，在形成期间给部件添加应制成部件的材料。这意味着该部件已经以其最终形态或至少以与此近似的形态形成。构建材料或原材料优选为粉末状，其中通过增材制造方法将用于制造部件的材料在施加能量的情况下进行物理加固。
为了可以制造部件，为所选择的增材制造方法准备描述部件的数据(CAD模型)。为了生成用于生产设备的指令，将数据转换成适合于制造过程的部件数据，以此能在生产设备中进行用于连续制造部件的合适的过程步骤。对此，数据被如下准备，以使得在各种情况下均提供用于待制造的部件的多层(多个切片)的几何数据，这也称为“进行切片”。
作为增材制造的实例，可以提及选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)、选择性激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)、电子束熔化(Electron BeamMelting，EBM)、激光金属沉积(Laser Metal Deposition，LMD)或气体动态冷喷涂(GasDynamic Cold Spray，GDCS)。这些方法特别适用于加工粉末形式的金属材料，利用该金属材料可以制造结构部件。
在SLM、SLS和EBM的情况下，部件在粉末床中被逐层制造。因此，这些方法也称为基于粉末床的增材制造方法。在粉末床中产生各个粉末层，这样的粉末层继而通过能量源(激光或电子束)在部件应形成的那些区域中局部地熔化或烧结。因此，该部件被连续分层地制成，并且可以在制成后从粉末床被去除。
在LMD和GDCS的情况下，将粉末颗粒直接供应到进行材料沉积的表面上。在LMD的情况下，粉末颗粒通过激光在表面上的目标点处熔化，从而构成待制造部件的层。在GDCS的情况下，粉末颗粒被显著加速，使得粉末颗粒主要基于这些粉末颗粒的动能在同时变形时保持粘附在部件的表面上。
GDCS和SLS的共同特征在于：粉末颗粒在这些过程中并未完全熔化。此外，当在颗粒之间保留有间隙时，这也有利于多孔结构的制造。在GDCS的情况下，熔化最多发生在粉末颗粒的周边区域，粉末颗粒由于粉末颗粒表面的严重变形而能够熔化。在SLS的情况下，当选择烧结温度时，重要的是确保烧结温度低于粉末颗粒的熔化温度。另一方面，在SLM、EBM和LMD的情况下，有意地施加足够高的能量以使粉末颗粒完全熔化。
上述问题由独立权利要求的方案来解决。有利的实施例是从属权利要求的方案。
本发明的一个方面涉及一种用于安装到燃烧器中的燃烧器喷嘴，其中燃烧器喷嘴具有：面向燃烧室的表面，引导至该表面并限定空气通道的空气通道结构，以及引导至该表面的燃料通道结构。燃料通道结构限定燃料通道，该燃料通道在燃烧器喷嘴的表面区域中沿着平行于表面的第一方向延伸，并且随后在表面区域中沿着与第一方向不同的第二方向至少部分伸回、或弯曲或转向，以使燃烧器喷嘴的表面区域通过在燃烧器喷嘴的操作中流过燃料通道的燃料进行冷却。
通过燃料通道的“伸回”或弯曲的延伸部，可以在燃烧器喷嘴的操作中(例如使用在燃气轮机中)，有利地以特别有效的方式实现在燃烧器喷嘴的表面区域中通过燃料的冷却作用。因此可以指出的是，在燃烧器喷嘴的表面或表面区域的冷却中，不再依赖于对于流动机器的效率较为昂贵的压缩机空气的消耗。此外，可以节省用于该压缩机空气的供给系统，并且有利地简化了相应的部件。
在一个设计方案中，燃料通道以平行于表面并且在表面区域中的多个回旋延伸。换句话说，燃料通道优选地平行于表面转向多次或者根据转向而伸展。
在一个实施例中，燃料通道至少部分地沿着燃烧器喷嘴的对称轴线或沿着在其操作期间的主流动方向延伸。
在一个设计方案中，燃料通道从其沿着第一方向的延伸部出发伸展到燃烧器喷嘴的内部。根据该实施例，在燃烧器喷嘴的操作期间，还可以有利地冷却表面的、与表面间隔开的区域(表面区域)。这又有利地影响整个结构部件的使用寿命。
在一个设计方案中，第一方向相对于第二方向围出在160°和200°之间的角度，优选地180°。如上所述，该设计方案允许燃料通道的特别有效的循环或转向。
术语“表面区域”优选地描述了燃烧器喷嘴靠近上述表面的结构区域。
在一个设计方案中，燃料通道然后、即在其转向到燃烧器喷嘴内部之后，经过至少一个另外的方向变化，例如70°和110°之间的偏转，通入表面。通过该设计方案，能够在使用燃烧器喷嘴时实现有效冷却，同时实现燃烧器喷嘴的有利设计，因为在使用燃烧器喷嘴时能够由燃料进行有效冷却，同时，可以相应地将待馈送到燃烧室中的燃料预热。
在一个设计方案中，燃料通道在其沿第一方向的延伸部之后并且有利地在通入表面之前具有横截面增大的区域，特别是相互作用空间或收集空间。根据该设计方案，可以特别有利地实现从表面区域到燃料上的热传递，该燃料在燃烧器喷嘴的操作中位于收集空间或者流过收集空间。特别地，通过横截面增大可以提供增大的体积用于相互作用和所述热传递，由此可以有效地提高热容量(用于吸收在燃烧器喷嘴的操作中作用在表面上的热量)。
在一个设计方案中，空气通道结构包括中央空气通道，该中央空气通道引导至燃烧器喷嘴中的中心出口。特别地，空气通道结构可以表示或限定上述中央空气通道。
在一个设计方案中，燃烧器喷嘴具有进入区域。空气通道和燃料通道两者优选地在进入区域中同轴地延伸。换句话说，空气通道结构和燃料通道结构被相应地设计。
在一个设计方案中，燃料通道在进入区域中在空气通道的径向外部延伸。换句话说，燃料通道结构和空气通道结构被相应地设计。
在一个设计方案中，燃烧器喷嘴具有排出区域，该排出区域优选地沿着对称轴线(轴向地)偏移。有利地，空气流和燃料流优选从中排出的排出区域包括所述的表面或表面区域。
在一个设计方案中，燃料通道在排出区域中至少部分地在空气通道的径向内部延伸。
在一个设计方案中，燃料通道和空气通道交错、交叉或彼此交织地延伸，以使燃烧器喷嘴的表面区域有利地额外地通过气流-并且不仅仅通过气流-进行冷却。然而，燃料通道和空气通道优选地在没有彼此流体连通的情况下延伸。可替代地，空气通道和燃料通道可至少部分地彼此流体连通。
在一个设计方案中，燃烧器喷嘴至少主要设计成围绕所述对称轴线旋转对称。
在一个设计方案中，空气通道和/或燃料通道至少部分地沿燃烧器喷嘴的圆周方向或切向方向延伸。
在一个设计方案中，燃料通道结构优选地在排出区域中具有叶片，叶片将燃料通道-至少逐段地-细分为多个子通道。由此可以有利地同样在燃烧器喷嘴的操作中通过改进的热传递来优化冷却作用。上述叶片-就像燃料通道结构或燃烧器喷嘴的其他部分一样-可以具有在某些情况下仅通过增材制造技术才可实现的任何形式。
在一个设计方案中，燃料通道结构在进入区域中形成环形腔室。
在一个设计方案中，燃料通道结构成型为，使得燃料通道在其沿第二方向的延伸部之后并且在其通入表面之前穿过环形腔室延伸。
在一个设计方案中，排出区域中的燃料通道结构具有多个燃料通道，这些燃料通道经过表面引导到燃烧室中或通入上述表面。通过该设计方案，可以有利地实现表面的改进的和/或更均匀的冷却。
在一个设计方案中，空气通道至少部分地穿过燃料通道延伸，或反向进行。该设计方案使得能够实现燃烧器喷嘴的特别紧凑和适宜的设计。
在一个设计方案中，空气通道结构具有多个空气通道，这些空气通道以相对于表面的不同排出角度通入表面或引导到燃烧室中。通过该设计方案，可以特别有利地实现表面的有效表面冷却或薄膜冷却。
在一个设计方案中，空气通道结构和/或燃料通道结构限定了通道横截面，该通道横截面具有不同于类圆形(特别是正圆形)形状的横截面形状，例如通道横截面具有椭圆形或星形横截面。通过该设计方案，在燃烧器喷嘴的操作中，通过与正圆形状的横截面相比增大的横截面积，可以有利地进一步改善和/或优化从表面到燃料或到空气流的热传递。
在一个设计方案中，表面由燃烧器喷嘴的开放多孔的壁或壁结构形成，该壁或臂结构通过其孔隙度限定多个空气通道。根据该设计方案，表面区域因此可以例如特别均匀地由冷却空气流过，以使在燃烧器喷嘴的区域中实现有效的冷却。
在一个设计方案中，燃烧器喷嘴被增材式地或通过增材制造方法制成。
在一个设计方案中，燃烧器喷嘴被集成地或一体地制成。
本发明的另一方面涉及一种包括所述燃烧器喷嘴的流动机器，例如燃气轮机。
本发明的另一方面涉及一种用于制造燃烧器喷嘴的方法，其中燃烧器喷嘴被制造或者尤其可以增材式地和/或一体地制成或可制成。
此外，与燃烧器喷嘴或流动机器有关的设计方案、特征和/或优点可以附加地涉及该方法，并且反之亦然。
附图说明
下面借助于附图描述本发明的进一步细节。
图1示出了燃烧器的示意性剖视图，其中安装了根据本发明的燃烧器喷嘴的实施例。
图2示出了根据本发明的设计方案中的燃烧器喷嘴的示意性剖视图。
图3示出了根据本发明的设计方案的燃烧器喷嘴的一部分的示意性剖视图。
图4示出了另一根据本发明的设计方案中的燃烧器喷嘴的示意性剖视图。
图5示出了另一根据本发明的设计方案的燃烧器喷嘴的一部分的示意性剖视图。
图6以示意性剖视图示出了根据本发明的方法的实施例。
在实施例和附图中，相同的元件或具有相同效果的元件各自具有相同的附图标记。所示元素及其比例原则上不应视为按比例；相反，可以描绘各个元件以用于改进的图示和/或为了更好地理解为不成比例地厚或大。
具体实施方式
图1中示出了燃烧器11，该燃烧器11具有护套12，在护套12中形成用于空气的主通道13。护套12关于纵向轴线和/或对称轴线14对称地构造，并且在主通道13的中心具有燃烧器喷枪15。燃烧器喷枪15利用腹板16而被固定在主通道13中。此外，导向叶片17在燃烧器喷枪15和护套12之间伸展，这些导向叶片使得空气围绕对称轴线14旋转，如可从所示的空气箭头18推断出来。
燃烧器喷枪15在下游端部具有燃烧器喷嘴19，其中经由中央空气通道20来向该燃烧器喷嘴供应空气，并且经由围绕空气通道20布置的环形通道22来向该燃烧器喷嘴供应燃料23。
燃料23可以是气体或液体形式。特别地，燃料可以是天然气、含氢的气体或流体、或其他燃料。
空气(参见气流或空气通道20)和燃料23通过燃烧器喷嘴中未详细示出的开口排出，从而与来自主通道13的空气流混合。空气21通常在此冷却燃烧器喷嘴19(见下文)。燃烧器11遵循引燃器的功能原理。燃烧器可以安装到例如燃气轮机的燃烧室BR中，其中燃烧室BR在这种情况下形成燃烧器喷嘴19的周围环境30。
图2示出了如上所述的燃烧器喷嘴19的示意性剖视图。特别地，描绘了沿对称轴线14的截面。对称轴线14同样可以表示燃烧器喷嘴19的旋转对称性。
燃烧器喷嘴19具有进入区域EB。此外，燃烧器喷嘴19具有排出区域AB。排出区域AB沿着对称轴线14连接到进入区域EB，或者相对于进入区域EB轴向偏移地布置。
在图2中还可以识别出沿着对称轴线14延伸的中央空气通道20。空气通道20引导至燃烧器喷嘴19的排出开口24。在操作中，另一个燃烧器喷枪可以容纳在该空气通道中(见下文)。在燃烧器喷嘴19的操作中，例如当用在燃气轮机中时，空气通道20中的燃烧器喷嘴19由空气、特别是压缩机空气穿流，这通过空气在进入区域EB中进入空气通道20、并且在排出区域AB中又离开空气通道来实现。空气通道20由空气通道结构21限定。
在燃烧器喷嘴19的操作中，空气流在图2中通过空气通道20中的虚线箭头指示。
燃烧器喷嘴19还具有燃料通道结构32。燃料通道结构32限定燃料通道33。
在燃烧器喷嘴19的操作中，燃料流在图2中通过在燃料通道33中的实线箭头指示。
燃料通道33布置在空气通道20的径向外部，使得在燃烧器喷嘴19的操作中，燃料23可以(沿着空气流动方向)在所描述的空气流的径向外部被引导。
燃料通道结构32可包括或限定燃烧器喷嘴19的外壁28。
空气通道结构21可包括或限定燃烧器喷嘴19的内壁29。
燃烧器喷嘴19或空气通道结构21优选地被配置，以使得空气通道20从进入区域EB逐渐变细进入排出区域AB中。在相应的锥形或逐渐变细的延伸部之后，空气通道结构21再次限定平行于对称轴线14的空气通道20。
在附图中，特别是在图2和图4中，为了清楚起见，在中央空气通道20中没有示出其他部件。当使用燃烧器喷嘴19时，例如在具有相应燃烧器喷嘴的燃气轮机(未明确指出)的操作中，其他部件(例如另外的点火和/或油喷枪)被有利地布置在燃烧器喷嘴19的这一中心区域中。上述部件对于燃烧器11的功能是至关重要的，并且优选地同时密封中央空气通道，以使得能够形成如下气隙，该气隙在燃烧器喷嘴的操作中引起上述部件和/或燃烧器喷嘴的有效冷却作用。
此外，在图2中，外壁在排出区域AB中同样逐渐变细或者朝向居中布置的对称轴线14伸展。在排出区域AB中，燃料通道结构32被设计为使得燃料通道33最初平行于燃烧器喷嘴19的外表面OF伸展或平行于表面OF延伸。特别地，在燃烧器喷嘴19的操作中，燃料流沿着平行于表面OF的第一方向1R延伸。
当前，使用参考标记OFB表示具有表面OF的表面区域。特别地，恰好该表面区域OFB、优选地在燃烧器喷嘴19的排出区域AB中应通过燃料23有效地冷却，燃料在燃烧器喷嘴19的操作中被引导通过燃料通道结构32。
在燃料(参见燃料通道33中所示的箭头)沿着平行于表面OF的第一方向延伸一定长度之后，燃料通道就被燃料通道结构32的几何形状沿着第二方向转向，燃料通道因此至少部分地逆着第一方向伸回或转向，以使随后离开燃烧器喷嘴19的表面区域OFB。
换句话说，通过燃料通道在表面区域OFB中的转向，该区域可以在燃烧器喷嘴19的操作中被燃料有效地冷却，这是因为燃料首先被引导靠近部件内部的表面，然后转向，并且稍后(可能引导穿过其自身)可以在所提供的多个燃料排出部(未在图中明确地标出)处被输送到燃烧室BR中(参见下面的图3)。因此，燃料通道33的延伸部或者燃料通道结构32的几何形状可以对应于所谓的“克莱因瓶(Kleinchen Flasche)”的设计，或者类似于此。
第一方向可以描述一个至少部分地或按份额地沿着对称轴线(在流动方向上)或沿着相应的主流动方向的方向。第二方向优选地表示一个与第一方向不同、优选地正好相对的方向。燃料通道33优选地从第一方向转向到第二方向，使得在其平行于第一方向的延伸部之后，燃料通道首先在燃烧器喷嘴或相应的表面区域OFB内伸展。以这种方式，表面区域的较深结构也可以得到有效地冷却。
第二方向同样可以描述一个平行于表面、但优选与主流动方向相反的方向。可替代地或附加地，第二方向可以相对于第一方向倾斜90°或另一角度地延伸。
燃烧器喷嘴19可以关于其对称轴线14旋转对称地或近似旋转对称地构造。例如，第二方向因此可以沿着燃烧器喷嘴19的圆周方向延伸。
沿着圆周方向(图中未明确标出)，燃烧器喷嘴19可以在排出区域AB中相应地具有多个燃料通道33，这些燃料通道-例如在周向上等距地布置-在表面OF上引导进入燃烧室BR(参见下面的图3)。燃料排出部的位置可以对应于燃料喷嘴的传统设计，该燃料排出部相应地通过燃料通道33通入表面OF中而产生。
通过上述转向或伸回，例如约160至220℃之间的角度、优选约为180°，可以通过与通常用于冷却的压缩机空气相比而言较冷的燃料，来有利地改善表面区域OFB的冷却效果。换句话说，不再强制采用压缩空气用于冷却部件的外表面，而是可以将较冷的燃烧气体(对于来自燃气轮机的压缩机部分(未明确示出)的、常规涉及的压缩冷却空气来说，大约是50℃而不是400℃)顺着引导到部件表面正下方以便在表面区域OFB中冷却。
在伸回之后，燃料通道33优选地经历进一步的偏转，例如在70和110°之间的偏转，使得它然后可以通入表面OF或者可以使其在燃烧室BR的方向上离开。换句话说，燃料通过燃料通道结构32的几何形状被保持或收集在表面区域OFB中，以改善冷却作用，并且然后可以在确定的排出角度的情况下再次排出到燃烧室BR中并燃烧。
所描述的燃烧器喷嘴19优选地通过增材制造方法制造，优选地通过选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)制造。特别是增材制造允许生产具有集成功能的部件。特别地，如上所述，所描述的、具有其通道结构的所述复杂性的燃烧器喷嘴19可以通过增材措施一体地制造，而没有传统上必需的隔热罩。
由于燃烧器喷嘴19为了冷却仅需要传导单一流体，因此在某些情况下可以有利地需要较少的连接，由此可以简化部件的制造和功能。
此外，在图2中示出了区域B，在该区域中燃料通道33具有增大的横截面。通过该设计方案可以有利地将更大量的燃料23“收集”在区域B中，以便产生有效的冷却作用。
图3详细示出了燃烧器喷嘴19的横截面视图，优选地是穿过表面区域OFB的截面(参见图2)。以附图标记34标出的燃料开口限定了燃料通道33的形状(参见图2)。
图3中所示的箭头再次表示燃料通道33或燃料23的延伸部。特别地，通过箭头示出了多个燃料通道，特别是分布在燃烧器喷嘴19的圆周上的燃料通道，这些燃料通道优选地被设置、但是在图2和图4中不可见。换句话说，燃料通道33、优选地在周向上通过一个或多个叶片39被分成多个单独的燃料子通道。该多个燃料通道或者以附图标记34标出的子通道优选地沿周向(通过叶片39)彼此间隔开。
优选地，多个子通道34径向向内延伸地组合成燃料喷嘴19的单个燃料通道33，如图3所示。以此方式，在燃烧器喷嘴19的操作中，可以有利地改善从燃烧器喷嘴的结构到通过燃料通道33引导的燃料流上的热传递，进而改善了燃烧器喷嘴的冷却。
特别地，使用传统的制造方法不可实现所描述的叶片的几何形状，并且因此根据所述的教导，例如通过选择性激光熔化增材式地并且优选一体地制造该几何形状。
举例来说，图3中标出了具有矩形横截面的燃料通道34或开口。然而，也可以使用其他横截面形状，例如椭圆形或星形横截面，以通过增大的表面实现改进冷却效果，并且因此实现在燃烧器喷嘴19的操作中改善的热交换。
此外，燃料通道结构32可以特别地根据燃烧器喷嘴19围绕其对称轴线旋转对称的设计方案形成(复杂成型的)环形腔室。此外，燃料通道结构32优选地成型，使得燃料通道33在其沿第二方向2R的延伸部之后并且在其通入排出区域AB中的表面OF之前穿过环形腔室延伸(参见图2中指示燃料23的箭头)。
特别地，图3中的箭头延伸表示由于燃料通道结构32的几何形状导致燃料在燃料通道33中的转向，以便能够在燃烧器喷嘴的操作中有效地冷却燃烧器喷嘴19的表面区域OFB。
图4示出了根据本发明的燃烧器喷嘴的替代设计方案的截面图(纵向截面)。与图2不同，燃料通道33在排出区域AB中至少部分地在空气通道20的径向内部延伸。此外，燃料通道33和空气通道20至少部分地以交错延伸，以使燃烧器喷嘴19的表面区域OFB额外地通过气流进行冷却，这引起进一步改善的冷却效果。
空气通道结构21在进入区域EB中具有在侧壁中的开口25，其将(中央)空气通道20与环形围绕空气通道的环形空间或多个单独的空气通道流体连接。
根据空气通道结构21的设计方案，所述各个空气通道20优选地至少部分地与燃料通道结构33的延伸部相交。
根据图4的描述，所述空气通道还可以以不同的排出角度、例如在相对于表面OF或相应的表面法线的60°和120°之间的排出角度引导到燃烧室BR中。例如，燃料通道33的所述排出角度可以沿燃烧器喷嘴19的对称轴线变化。随着排出角度变小(例如小于90°)，燃烧器喷嘴19的表面OF上的薄膜冷却可能被更强或更弱地设计。
此外，空气通道结构21和燃料通道结构32可以限定通道横截面，该通道横截面具有不同于类圆形、特别是正圆形状的横截面形状。特别地，所述通道结构可以是星形和/或椭圆形。所有这些几何形状都可以使用所述的增材制造方法生产，因此可以利用本发明的创造性优点。
在另一个实施例中，表面OF可以由开放多孔的壁结构(未明确标出)形成，该壁结构限定多个空气通道20。这种几何形状同样可以有利地通过增材制造技术实现，并且有助于在操作时改善燃烧器喷嘴的冷却。
与图3中的描述类似，图5示出了根据图4中说明的燃烧器喷嘴的设计方案的燃烧器喷嘴的横截面视图(垂直于对称轴的截面)。与图3中的描述不同。在图5中，提供了附加的正圆形空气开口35，其通过空气冷却(除了燃料冷却)引起对于燃烧器喷嘴19的冷却效果(参见图4)。虚线箭头来源于开口35，并且应表示空气流动，而实线箭头表示根据本发明的燃料流动的转向，这类似于图3中的描述。
图6详细描述了如何通过利用激光束37的激光熔化来制造根据图2或图4的部件19。粉末床36的部段被示出，其中空气通道结构21和/或燃料通道结构32的一部分被制造。燃料通道结构32例如在类似于图2中的描述被实施，并且此外优选地具有上述叶片(图6中未示出)，并且同样限定了燃料通道的创造性转向。
在制造了完成的结构之后，必须将粉末36从相应空腔中移除，这些空腔形成空气通道或燃料通道系统或相应的通道结构。这例如可以通过抽吸、摇晃或吹出来实现。
本发明并不通过根据实施例的说明来限制实施例，而是包括每个新颖特征和特征的每个组合。这尤其包括专利权利要求中的每个特征组合，即使该特征或该组合本身未在专利权利要求或实施例中明确指出时也如此。

Claims (17)

1.一种用于安装到燃烧器(11)中的燃烧器喷嘴(19)，其中所述燃烧器喷嘴(19)具有面向燃烧室(BR)的表面(OF)、引导至所述表面(OF)并限定空气通道(20)的空气通道结构(21)、以及引导至所述表面(OF)的燃料通道结构(32)，并且其中所述燃料通道结构(32)限定一个燃料通道(33)，所述燃料通道在所述燃烧器喷嘴(19)的表面区域(OFB)中沿着平行于所述表面(OF)的第一方向延伸，并且随后在所述表面区域(OFB)中沿着与所述第一方向(1R)不同的第二方向(2R)至少部分伸回，以使所述燃烧器喷嘴(19)的所述表面区域(OFB)通过在所述燃烧器喷嘴(19)的操作中流过所述燃料通道(33)的燃料进行冷却。
2.根据权利要求1所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道(33)从所述燃料通道沿着所述第一方向(1R)的延伸部开始伸展到所述燃烧器喷嘴(19)的内部中，并且然后经过至少一个另外的方向变化而通入所述表面(OF)，所述另外的方向变化例如是在70°和110°之间的偏转。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述第一方向(1R)相对于所述第二方向(1R)围出在160°和200°之间的角度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道(33)在所述燃料通道沿着所述第一方向(1R)的延伸部之后并且在通入所述表面(OF)之前具有横截面增大的区域(B)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述空气通道结构(21)包括一个中央空气通道(20)，所述中央空气通道引导至所述燃烧器喷嘴(10)中的一个中心出口(24)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃烧器喷嘴(10)具有进入区域(EB)和排出区域(AB)，所述空气通道(20)和所述燃料通道(33)同轴地在所述进入区域中延伸，所述排出区域沿着对称轴线(14)相对于所述进入区域(EB)偏移。
7.根据权利要求6所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道(33)在所述进入区域(EB)中在所述空气通道(20)的径向外部延伸。
8.根据权利要求6或7所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道(33)在所述排出区域(AB)中至少部分地在所述空气通道(20)的径向内部延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道(33)和所述空气通道(20)交错延伸，以使所述燃烧器喷嘴(BS)的所述表面区域(OFB)额外地通过气流进行冷却。
10.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道结构(32)具有多个叶片(39)，所述多个叶片将所述燃料通道(33)细分为多个子通道(34)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃料通道结构(32)在所述进入区域(EB)中限定一个环形腔室，并且其中所述燃料通道结构(32)被成型为，使得所述燃料通道(33)在所述燃料通道沿所述第二方向(2R)的延伸部之后并且在所述燃料通道通入所述表面(OF)之前穿过所述环形腔室延伸。
12.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述空气通道(20)至少部分地穿过所述燃料通道(33)延伸，并且其中所述空气通道结构(21)具有多个空气通道(20)，所述多个空气通道以相对于所述表面(OF)的不同排出角度引导到所述燃烧室(BR)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述空气通道结构(21)和所述燃料通道结构(32)限定多个通道横截面，所述多个通道横截面具有不同于类圆形、特别是正圆形状的横截面形状。
14.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述表面(OF)由开放多孔的壁结构(40)形成，所述壁结构限定多个空气通道(20)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)，其中，所述燃烧器喷嘴(19)被增材式地一体制成。
16.一种燃气轮机，包括根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)。
17.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷嘴(19)的方法，其中，所述燃烧器喷嘴(19)被增材式地一体制成。
CN201880007153.5A 2017-01-17 2018-01-04 具有用于燃烧器的空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷嘴和制造该燃烧器喷嘴的方法 Pending CN110177976A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017200643.9A DE102017200643A1 (de) 2017-01-17 2017-01-17 Brennerspitze mit einer Luftkanalstruktur und einer Brennstoffkanalstruktur für einen Brenner und Verfahren zur Herstellung der Brennerspitze
DE102017200643.9 2017-01-17
PCT/EP2018/050206 WO2018134058A1 (de) 2017-01-17 2018-01-04 Brennerspitze mit einer luftkanalstruktur und einer brennstoffkanalstruktur für einen brenner und verfahren zur herstellung der brennerspitze

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110177976A true CN110177976A (zh) 2019-08-27

Family

ID=61157157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880007153.5A Pending CN110177976A (zh) 2017-01-17 2018-01-04 具有用于燃烧器的空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷嘴和制造该燃烧器喷嘴的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20200018483A1 (zh)
EP (1) EP3526520A1 (zh)
JP (1) JP2020506356A (zh)
KR (1) KR20190108126A (zh)
CN (1) CN110177976A (zh)
CA (1) CA3050180A1 (zh)
DE (1) DE102017200643A1 (zh)
WO (1) WO2018134058A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112459850A (zh) * 2020-10-27 2021-03-09 中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司 燃气轮机主动控制气动冷却系统
CN115264529A (zh) * 2021-04-29 2022-11-01 通用电气公司 燃料混合器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11117155B2 (en) * 2019-10-04 2021-09-14 Delavan Inc. Fluid nozzles with heat shielding
US11774093B2 (en) * 2020-04-08 2023-10-03 General Electric Company Burner cooling structures

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4445461A1 (de) * 1994-08-09 1996-06-27 Bosch Gmbh Robert Heizgerät
CN201106850Y (zh) * 2007-09-20 2008-08-27 上海宝信软件股份有限公司 一种轴向叶片旋流燃烧器
KR20110017693A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 이문기 가스렌지 화력보호기
CN102032594A (zh) * 2009-09-25 2011-04-27 通用电气公司 用于燃料喷射器的内部挡板
CN104870898A (zh) * 2012-12-14 2015-08-26 西门子公司 燃烧器喷尖和燃烧器
CN204717745U (zh) * 2015-03-25 2015-10-21 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种燃气轮机预混合喷嘴
CN102330978B (zh) * 2010-07-13 2016-01-20 通用电气公司 耐火焰副燃料喷嘴
DE102015121653A1 (de) * 2014-12-30 2016-06-30 General Electric Company Pilotdüse in einer Gasturbinenbrennkammer
DE102015202579A1 (de) * 2015-02-12 2016-08-18 Siemens Aktiengesellschaft Dünnwandige intensivgekühlte Brennerspitze mit Wasserkühlung
JP2016161167A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 大陽日酸株式会社 気体燃料バーナ、及び気体燃焼バーナの加熱方法
EP3480521A1 (en) * 2017-11-03 2019-05-08 Berry Metal Company Combustion can

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0449467Y2 (zh) * 1987-11-04 1992-11-20
JP2003247425A (ja) 2002-02-25 2003-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料ノズル、燃焼器およびガスタービン
JP4495179B2 (ja) 2007-02-28 2010-06-30 三菱重工業株式会社 燃料ノズル装置、ガスタービンおよび燃料ノズル装置の制御方法
EP2196733A1 (de) 2008-12-12 2010-06-16 Siemens Aktiengesellschaft Brennerlanze
DE102013202940A1 (de) 2013-02-22 2014-09-11 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung einer Brennstofflanze durch den Brennstoff
DE102013208069A1 (de) 2013-05-02 2014-11-06 Siemens Aktiengesellschaft Brennerlanze für einen Brenner einer Gasturbine
EP2930430A1 (en) * 2014-04-07 2015-10-14 Siemens Aktiengesellschaft A burner tip and a burner for a gas turbine
DE102016200392A1 (de) 2016-01-14 2017-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Staubbrenner für Vergasungsanlagen

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4445461A1 (de) * 1994-08-09 1996-06-27 Bosch Gmbh Robert Heizgerät
CN201106850Y (zh) * 2007-09-20 2008-08-27 上海宝信软件股份有限公司 一种轴向叶片旋流燃烧器
KR20110017693A (ko) * 2009-08-14 2011-02-22 이문기 가스렌지 화력보호기
CN102032594A (zh) * 2009-09-25 2011-04-27 通用电气公司 用于燃料喷射器的内部挡板
CN102330978B (zh) * 2010-07-13 2016-01-20 通用电气公司 耐火焰副燃料喷嘴
CN104870898A (zh) * 2012-12-14 2015-08-26 西门子公司 燃烧器喷尖和燃烧器
DE102015121653A1 (de) * 2014-12-30 2016-06-30 General Electric Company Pilotdüse in einer Gasturbinenbrennkammer
DE102015202579A1 (de) * 2015-02-12 2016-08-18 Siemens Aktiengesellschaft Dünnwandige intensivgekühlte Brennerspitze mit Wasserkühlung
JP2016161167A (ja) * 2015-02-27 2016-09-05 大陽日酸株式会社 気体燃料バーナ、及び気体燃焼バーナの加熱方法
CN107250669A (zh) * 2015-02-27 2017-10-13 大阳日酸株式会社 气体燃料燃烧器及气体燃料燃烧器的加热方法
CN204717745U (zh) * 2015-03-25 2015-10-21 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种燃气轮机预混合喷嘴
EP3480521A1 (en) * 2017-11-03 2019-05-08 Berry Metal Company Combustion can

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112459850A (zh) * 2020-10-27 2021-03-09 中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司 燃气轮机主动控制气动冷却系统
CN112459850B (zh) * 2020-10-27 2023-01-24 中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司 燃气轮机主动控制气动冷却系统
CN115264529A (zh) * 2021-04-29 2022-11-01 通用电气公司 燃料混合器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018134058A1 (de) 2018-07-26
CA3050180A1 (en) 2018-07-26
US20200018483A1 (en) 2020-01-16
JP2020506356A (ja) 2020-02-27
EP3526520A1 (de) 2019-08-21
KR20190108126A (ko) 2019-09-23
DE102017200643A1 (de) 2018-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110177976A (zh) 具有用于燃烧器的空气通道结构和燃料通道结构的燃烧器喷嘴和制造该燃烧器喷嘴的方法
CN103017199B (zh) 燃烧器以及用于向燃烧器供给燃料的方法
CN109798800A (zh) 波形壁热交换器
US9383097B2 (en) Systems and method for cooling a staged airblast fuel injector
CN106715836B (zh) 具有被冷却壁的具体为燃气涡轮发动机组件的涡轮机组件和制造方法
US9551490B2 (en) System for cooling a fuel injector extending into a combustion gas flow field and method for manufacture
CN101846320B (zh) 涡流发生器，在燃烧器内避免火焰反冲的方法和燃烧器
CN104806300B (zh) 用于在涡轮机组中提供密封的密封装置和涡轮机组
US20120006518A1 (en) Mesh cooled conduit for conveying combustion gases
JP6994822B2 (ja) 物品及び物品を形成する方法
JP7239609B2 (ja) 熱電併給システム
CN106996318B (zh) 用于热气体路径构件的冷却补块
CN108019239A (zh) 用于被冷却结构的交织的近表面被冷却通道
CN105972643A (zh) 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴
JP6920011B2 (ja) 物品、構成要素、及び物品を形成する方法。
US20200208840A1 (en) Alm enabled combustion liner assembly
CN102374537A (zh) 燃烧器衬套冷却系统
CN110140014A (zh) 用于燃烧器的具有空气通道系统和燃料通道系统的燃烧器尖部和制造该燃烧器尖部的方法
CN106194273A (zh) 制品、构件及形成制品的方法
US11543129B2 (en) Combustion chamber and heat exchanger
EP3771864B1 (en) Dual fuel lance with cooling microchannels
JP7242237B2 (ja) ガスタービンのトランジションピースのための後部フレームアセンブリ
CN207813753U (zh) 涡轮外环冷却结构、涡轮结构及航空发动机
CN110168283A (zh) 带有微通道冷却的燃料喷嘴组件
JP2019105437A5 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190827

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication