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1、10申请公布号CN102062412A43申请公布日20110518CN102062412ACN102062412A21申请号201010527061522申请日2010102509014417120091118EPF23R3/2820060171申请人西门子公司地址德国慕尼黑72发明人P黑德兰V桑德森74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人薛峰曹若54发明名称旋流器叶片、旋流器和燃烧器组件57摘要本发明涉及旋流器叶片、旋流器和燃烧器组件。具体地，提供了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3的旋流器叶片10A，包括用于将燃料注入燃烧器1旋流区3的至少一个注入孔1。
2、1以及用于将至少一个注入孔11与主燃料供给4相连的注入供给孔通道12，旋流器叶片10A或所述旋流器叶片10A的布置有至少一个注入孔11的末梢20A通过激光沉积制造，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。本发明还提供了一种包括多个这种旋流器叶片10的旋流器2，以及一种包括具有这种旋流器叶片的旋流器2的燃烧器组件，特别是燃气涡轮发动机的燃烧器组件。30优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图6页CN102062421A1/1页21一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3的旋流器叶片10A，包括用于将所述燃料注入所述燃烧器组件的。
3、所述旋流区3的至少一个注入孔11以及用于将所述至少一个注入孔11与主燃料供给4相连的注入供给孔通道12，其特征在于，所述旋流器叶片10A或所述旋流器叶片10A的布置有所述至少一个注入孔11的末梢20A通过激光沉积制造，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。2根据权利要求1所述的旋流器叶片10A，其特征在于，所述至少一个注入孔11的壁通过激光沉积制造。3根据权利要求1或2所述的旋流器叶片10A，其特征在于，至少所述注入供给孔通道12的终止在所述至少一个注入孔11中的部分是通过激光沉积制造的。4根据权利要求1至3中至少一项所述的旋流器叶片10A，其特征在于，所述旋流器叶片10A成形为扇形区。5根据权。
4、利要求1至4中至少一项所述的旋流器叶片10A，其特征在于，所述至少一个注入孔11具有矩形、圆形、多边形、椭圆形或三角形形状。6一种旋流器2，包括根据权利要求1至5中至少一项所述的多个旋流器叶片10。7根据权利要求6所述的旋流器2，其特征在于，所述旋流器叶片10A形成整个旋流器叶片10的第一部分，所述整个旋流器叶片10的第二部分包括用于将第二种燃料注入所述燃烧器组件的所述旋流区3的至少一个第二注入孔5，以及将所述至少一个第二注入孔5与主第二燃料供给7相连的第二注入供给孔通道6。8根据权利要求7所述的旋流器2，其特征在于，所述整个旋流器叶片10的所述第一部分10A形成内部旋流器2A，所述整个旋流器。
5、叶片10的所述第二部分10B形成外部旋流器2B。9根据权利要求6至8中至少一项所述的旋流器2，其特征在于，所述旋流器2为燃气涡轮发动机的一部分。10一种旋流器2，包括沿径向布置在所述旋流器2的中心轴线周围的多个旋流器叶片10以及用于混合燃料和空气的多个混合通路，其特征在于，所述旋流器2由第一旋流器件2A和分离的第二旋流器件2B组装而成，所述第一旋流器件2A包括其上附接有所述多个旋流器叶片10的多个第一区段10A的第一平台，所述第二旋流器件2B包括其上附接有所述多个旋流器叶片20的多个第二区段10B的第二平台，例如，所述多个第一区段10A构成所述混合通路的壁的下游区段，所述多个第二区段10B构成。
6、所述混合通路的所述壁的上游区段。11一种燃烧器组件，特别是燃气涡轮发动机的燃烧器组件，包括根据前述权利要求6至10中至少一项所述的旋流器2。12根据权利要求10所述的燃烧器组件，其特征在于，所述内部旋流器2A被固定到主燃料入口8，特别是用于液体燃料的主燃料入口，所述内部旋流器2A被连接到主燃料燃烧器区段4。权利要求书CN102062412ACN102062421A1/6页3旋流器叶片、旋流器和燃烧器组件技术领域0001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。
7、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0002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。0003尽管用于减少NOX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。0004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NOX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。00。
8、05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。0006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。0007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。
9、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0008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。0009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。
10、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。说明书CN102062412ACN102062421A2/6页40010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。0011所述旋流器叶片或该旋流器叶片的末梢。
11、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。0012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。
12、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。0013根据需要，一个旋流器叶片可具有两个或更多个注入孔。0014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。
13、止在至少一个注入孔中的至少一部分通过激光沉积制造。0015对旋流器叶片的进一步实施例优选的是，旋流器叶片成形为扇形区。例如，旋流器叶片可为具有大致三角形基座和矩形侧面以及略微曲形外表面的扇形区类型的。旋流器叶片的布置有至少一个注入孔的末梢被引导到燃烧器组件的旋流区。0016至少一个注入孔的形状可改变。注入孔可采取有利于混合的任何形状，这是因为其是利用激光沉积形成的。在旋流器叶片的优选实施例中，旋流器叶片的至少一个注入孔具有三角形、圆形、多边形、椭圆形或三角形形状。旋流器叶片的至少一个注入孔可成形为槽状。注入孔或多个孔可位于旋流槽的压力侧或吸入侧或者两侧，以给出最佳混合。0017对旋流器叶片的进。
14、一步实施例优选的是，旋流器叶片的特征在于，包括一个或多个孔的穿孔板被放置到至少一个注入孔中。这种穿孔板可被放置到激光沉积的注入孔中，以给出对注入到燃烧器组件的旋流区的燃料特别是液体燃料的非常精密的控制。特别是，预标定微型激光钻孔板可被放置到每个激光沉积的旋流器末梢的注入孔中，以给出对注入到燃烧器组件的燃料的精密控制。0018根据本发明的第二方面，所述目的通过一种旋流器特别是燃气涡轮发动机的燃烧器组件的旋流器实现，其包括根据本发明第一方面的多个旋流器叶片。一种旋流器，具有被形成为将燃料特别是液体燃料提供到燃烧器组件的旋流区的多个旋流器叶片，该旋流说明书CN102062412ACN10206242。
15、1A3/6页5器叶片包括用于将所述燃料注入所述燃烧器组件的所述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特别是用于液体燃料相连的注入供给孔通道特别是注入供给孔过道，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，或者至少包括通过激光沉积制造的表面，该旋流器可改善燃料和空气在位于燃烧器组件的燃烧区上游的旋流区中的混合。燃料通过注入孔和注入供给孔通道的流动可分别被增大和更好地控制。燃料与空气的混合可通过将燃料注入旋流器剪切层而改善。这种旋流器可减少燃气涡轮发动机的燃烧器组件的排放。0019在旋流器的一个优选实施例中，旋流器的特征在于，旋流器叶片。
16、形成整个旋流器叶片的第一部分，所述整个旋流器叶片的第二部分包括用于将气态燃料注入所述燃烧器组件的所述旋流区的至少一个第二注入孔，以及将所述至少一个第二注入孔与主气态燃料供给相连的第二注入供给孔通道。优选地，所述整个旋流器叶片的所述第一部分形成内部旋流器，所述整个旋流器叶片的所述第二部分形成外部旋流器。旋流器可被分为两个部分，即内部旋流器和外部旋流器。内部旋流器负责从主液体燃料入口将液体燃料供应到燃烧器的旋流区。外部旋流器负责从空气入口将空气供应到燃烧器组件的旋流区。此外，外部旋流器负责从主气态燃料入口将气态燃料供应到燃烧器组件的旋流区。旋流器被形成为模块式。在安装位置，两个旋流器部分被固定为使。
17、得作为内部旋流器部分的旋流器叶片和作为外部旋流器部分的旋流器叶片形成整体叶片。这些整体叶片优选成形为扇形区。一旦组装好，内部旋流器本身可构成为扇形区形式。内部旋流器部分的叶片的壁和外部旋流器部分的叶片的壁在安装时对准，以得到整体扇形区形式。然后在操作期间，两个部分一起的扇形区形状提供将空气和燃料/空气的混合物供给到燃烧器。该旋流器部件的模块化导致改进的适用性。0020换言之，本发明还涉及一种旋流器，包括沿径向布置在所述旋流器的中心轴线周围的多个旋流器叶片以及用于混合燃料和空气的多个混合通路CHANNEL，其特征在于，所述旋流器由第一旋流器件和分离的第二旋流器件组装而成，所述第一旋流器件包括附接。
18、有所述多个旋流器叶片的多个第一区段的第一平台，所述第二旋流器件包括附接有所述多个旋流器叶片的多个第二区段的第二平台。所述旋流器被组装为，例如所述多个第一区段构成所述混合通路的壁的下游区段，所述多个第二区段构成所述混合通路的所述壁的上游区段。因此，两个分离的件可单独制造并提供旋流器的模块式布局。由于仅仅第一件或仅仅第二件可在服务期间被更换，因此这是有利的。第一和第二件将被组装为使得构成的混合通路带有壁，其中壁的下游区段为壁的上游区段的直接连续，例如特定壁的下游区段与该壁的上游区段处于相同的平面中。优选地，如前所述，第一件将限定旋流器的外部区域。优选地，第一讲讲为具有外半径R的圆形形状，第二件将为。
19、具有内半径的隆起状形状，所述内半径具有与第一件的外半径相同的半径R。0021与已知的燃气涡轮发动机的燃烧器组件相比，固定旋流器部分地引燃燃烧器和适配板可被保留。仅仅旋流器不同于已知的燃气涡轮发动机的燃烧器组件。两个旋流器元件即内部和外部旋流器可利用传统的机加工方法制成。为了允许燃料特别是液体燃料在每个旋流器叶片的末梢注入，末梢的一部分利用激光沉积形成。0022根据本发明的第三方面，所述目的通过一种燃烧器组件特别是燃气涡轮发动机的燃烧器组件实现，其包括根据本发明第二方面的旋流器。一种燃烧器组件，具有包括根说明书CN102062412ACN102062421A4/6页6据本发明第一方面的多个旋流器。
20、叶片的旋流器，该燃烧器组件可改善燃料和空气在燃烧器组件的旋流区中的混合。这意味着，具有包括多个旋流器叶片的旋流器的燃烧器组件可改善燃料和空气在位于燃烧器组件的燃烧区上游的旋流区中的混合，其中所述旋流器叶片被形成为将燃料提供到燃烧器的旋流区，包括用于将所述燃料注入所述燃烧器组件的所述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，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，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。燃料通过注入孔和注入供给孔过道的流动可被增大。这种燃烧器组件可减少燃气涡轮发动机的排放。0023在优选实施例中，燃烧。
21、器组件的特征在于，所述内部旋流器被固定到包括主液体燃料供给的主液体燃料入口。所述内部旋流器可在燃烧器组件的主液体入口处固定摩擦锁定和/或材料锁定。外部旋流器可在燃烧器组件的适配板处固定摩擦锁定和/或材料锁定。0024即使在一些涉及特别流体燃料的情况下，本发明的概念也适用于供给气态燃料或甚至供给两种类型的燃料，。附图说明0025根据以下结合示例性示出的附图对本发明实施例所作的描述，本发明另外的特征、性质和优点将变得更加清楚。0026图1示出了具有本发明的旋流器叶片的本发明的旋流器和燃烧器组件的旋流区的透视图；0027图2示出了燃烧器组件和本发明的旋流器的透视剖视图；0028图3示出了内部旋流器和。
22、主液体燃料供给的一个区段的透视图；0029图4示出了根据图3的内部旋流器和主液体燃料供给的另一透视图；0030图5示出了根据图3的内部旋流器和主液体燃料供给的另一透视图；0031图6示出了经过燃烧器组件的剖视图；0032图7示出了经过内部旋流器的旋流器叶片的注入区域的放大剖视图；0033图8示出了内部旋流器的一些本发明的旋流器叶片的透视图。0034具有相同功能和操作模式的元件在图1至8中由相同的附图标记表示。具体实施方式0035图1示出了具有本发明旋流器叶片10A的本发明的旋流器2和燃烧器组件的旋流区3的可能实施例的透视图，所述燃烧器组件在其中心具有引燃燃烧器1。在该实施例中，旋流器2被分为两。
23、个部分，内部旋流器2A和外部旋流器2B。旋流器叶片10A构成整个旋流器叶片10的第一部分，其中旋流器叶片10B构成旋流器2的整个旋流器叶片10的第二部分。内部旋流器2A包括两个或更多个旋流器叶片10A。每个旋流器叶片10A将燃料优选为液体燃料，但也可以是气体燃料提供到燃烧器组件的旋流区3。在旋流器2的该实施例中，内部旋流器2A的每个旋流器叶片10A的末梢20A利用激光沉积形成。末梢20A整体上可通过激光沉积制造，或者仅仅是末梢20A的表面可通过激光沉积制造。内部旋流器2A的一个旋流器叶片10A和外部旋流器2B的一个旋流器叶片10B构成呈扇形区形状的整个旋流器叶片10。外部旋流器2B的每个旋流器。
24、叶片10B具有至少一个注入孔5，以将空气注入说明书CN102062412ACN102062421A5/6页7旋流区3。0036图2示出了燃烧器组件和本发明的旋流器2的透视剖视图。液体燃料通过主液体燃料燃烧器区段4的主液体燃料供给入口8被引导到在内部旋流器2A中采用过道形式的注入供给孔通道12。内部旋流器2A中的注入供给孔通道12将液体燃料分别引导到旋流器叶片10A中的注入孔11和内部旋流器2A的旋流器叶片10A的末梢。内部旋流器特别被焊接或螺栓固定到适配板9。适配板9接纳主液体燃料燃烧器区段4和内部旋流器2A的有效锁定。而且，适配板9还固定外部旋流器2B。内部旋流器2A被布置在外部旋流器2B内。
25、部。外部旋流器2B的每个旋流器叶片10B具有至少一个注入孔5，用于将空气注入旋流区3。0037图3示出了内部旋流器2A的一个区段和主液体燃料燃烧器区段4的透视图。来自主液体燃料入口8的液体燃料通过内部旋流器2A中的注入供给孔通道12的过道被引导到每个旋流器叶片10A。从作为注入供给孔通道12的一部分的过道，存在以每个旋流器叶片10A的注入孔11结束的连接部。该连接部在图3中由附图标记12标示，这是因为其也为注入供给孔通道12的一部分。每个旋流器叶片10A的布置有注入孔11的末梢20A通过激光沉积制造，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。0038图4示出了根据图3的内部旋流器2A的一个区段和主液。
26、体燃料燃烧器区段4的另一透视图。每个旋流器叶片10A的末梢20A通过激光沉积制造，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。内部旋流器2A被布置为使得注入供给孔通道12与主液体燃料燃烧器区段4的主液体燃料入口8对准。0039图5公开了根据图3的内部旋流器2A的一个区段和主液体燃料燃烧器区段4的另一透视图。内部旋流器2A包括若干旋流器叶片10A。每个旋流器叶片10A的布置有注入孔11的末梢20A通过激光沉积制造，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。主液体燃料燃烧器区段4包括将液体燃料引导到内部旋流器2A的主液体燃料入口8。0040图6为经过所示燃烧器组件的剖视图。主液体燃料燃烧器区段4被固定在引燃燃烧。
27、器1与适配板9之间。旋流器2分为两个部分。第一部分通过内部旋流器2A形成，第二部分通过外部旋流器2B形成。内部旋流器2A负责将来自主液体燃料入口8的液体燃料引导到燃烧器组件的旋流区3。因此，内部旋流器2A包括将液体燃料引导到每个旋流器叶片10A的末梢20A中的注入孔11的注入供给孔通道12。每个旋流器叶片10A的末梢20A通过激光沉积制造。这使得每个旋流器叶片10A的末梢20A中的注入孔11非常明显，从而液体燃料可被非常准确地输送到燃烧器组件的旋流区。这造成液压燃料和空气的较佳混合。0041图7示出经过内部旋流器2A的旋流器叶片2的注入区域的放大剖视图。内部旋流器2A包括若干旋流器叶片10A。。
28、每个旋流器叶片均包括通过激光沉积制造的末梢20A，或至少包括通过激光沉积制造的表面。注入孔11被布置在每个旋流器叶片10A的末梢20A中。在该实施例中，每个旋流器叶片10A的末梢20A具有两个注入孔11。注入孔由于激光沉积而非常精确地形成。这使注入孔11能够非常准确地控制注入的液体燃料的方向和量。0042图8示出内部旋流器2A的一些本发明的旋流器叶片10A的透视图。每个旋流器叶片10A的注入孔11被布置在每个旋流器叶片10A的末梢20A中。末梢20A通过激光沉积制造。特别是，注入孔11通过激光沉积形成，或者至少包括通过激光沉积制造的表面。注入孔11成形为槽状。在旋流器叶片10的该可能的实施例中。
29、，带有三个孔14的穿孔板13说明书CN102062412ACN102062421A6/6页8被布置在每个槽中。通常，穿孔板13可具有一个或更多个孔14。液体燃料的注入可通过穿孔板13非常准确地控制。注入可使用这种穿孔板13非常精密地实现。穿孔板13可为预标定的微型激光钻孔板。这种预标定的微型激光钻孔板给出注入到燃烧器组件的燃料的液体精密控制。0043这种旋流器通过将液体燃料注入到旋流器剪切层而改进液体燃料和空气的混合。由于该改进的液体燃料和空气的混合，布置有燃烧器组件的燃气涡轮机的排放可被减小。另一优点在于通过部件特别是旋流器2的模块化而改进适用性。0044本发明可例如将现有的旋流器分为两个旋。
30、流器部分2A、2B。这意味着液体燃料注入为内部旋流器2A的一部分，空气注入为外部旋流器2B的一部分。引燃燃烧器1和适配板9可被保留在现有的旋流器布局中，内部旋流器2A和外部旋流器可与现有旋流器互换。0045两个旋流器元件2A、2B使用传统机加工方法制成。为了允许液体燃料在内部旋流器2A的旋流器叶片10A的末梢20A处注入，末梢20A或末梢20A的一部分使用激光沉积形成。0046注入孔11可采用有利于良好混合的任何形状，这是因为其使用激光沉积构成。它们可例如为带有单一或多个注入点的矩形、圆形、正方形或三角形。它们可位于注入孔11的压力侧或吸入侧或者两侧，以给出最优混合。0047本发明得到的优点在。
31、于改进的燃料混合、与现有燃烧器组件的互换、发动机排放减少、改进的负荷能力以及被注入燃料的准确控制。0048应该注意到，所论述的实施例并不限于由液体燃料供给。气态燃料可替换地或另外地被提供用于本发明的燃烧器组件、旋流器或旋流器叶片。说明书CN102062412ACN102062421A1/6页9图1说明书附图CN102062412ACN102062421A2/6页10图2图3说明书附图CN102062412ACN102062421A3/6页11图4说明书附图CN102062412ACN102062421A4/6页12图5说明书附图CN102062412ACN102062421A5/6页13图6图7说明书附图CN102062412ACN102062421A6/6页14图8说明书附图CN102062412A。