在基板中具有冷卻通道的噴射燃燒器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)中，局部的熱氣溫度有時(shí)超過(guò)具有隔熱層的超合金的允許的溫度，因此附加的冷卻是必需的。
[0002]因此，本發(fā)明涉及噴射燃燒器的噴嘴承載件的冷卻。
【背景技術(shù)】
[0003]在燃燒器的下游燃料在噴射火焰中燃燒的噴射穩(wěn)定的燃燒系統(tǒng)與渦流穩(wěn)定的系統(tǒng)相比具有簡(jiǎn)單的預(yù)混合區(qū)。因?yàn)槿紵髦械膲翰顑H轉(zhuǎn)換成軸向速度分量，所以所述燃燒器的特征在于小的回火趨勢(shì)，因此具有較高的氫份額的較高反應(yīng)性的燃燒混合物也能夠借助所述燃燒器燃燒。
[0004]此外，在噴射穩(wěn)定的燃燒系統(tǒng)中，不產(chǎn)生渦流引起的漩渦結(jié)構(gòu)，所述漩渦結(jié)構(gòu)能夠造成火焰不穩(wěn)定。例如US 2010/0300104 Al公開(kāi)了這種噴射穩(wěn)定的燃燒系統(tǒng)。為了容納預(yù)混合通道，需要所謂的“Jet Carrier"(噴嘴承載件)，所述噴嘴承載件根據(jù)結(jié)構(gòu)類型具有不同數(shù)量的能夠同心地設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)環(huán)上的噴嘴。
[0005]噴嘴承載件通常由實(shí)心的鍛造材料制成，這是非常昂貴的、但是對(duì)于樣機(jī)設(shè)計(jì)是有利的，因?yàn)檫@樣可相對(duì)簡(jiǎn)單地制造所述噴嘴承載件。此外，在噴嘴承載件的熱氣側(cè)上，由于在噴嘴承載件中的空氣和噴嘴承載件之間的良好的機(jī)械特性和良好的熱傳遞，不需要冷卻。
[0006]由于噴嘴承載件當(dāng)前通過(guò)鍛造例如由鎳合金制成，對(duì)必需的孔的加工是耗費(fèi)的，構(gòu)造方式是實(shí)心的進(jìn)而重量也是高的，此外，構(gòu)件幾何形狀受制造方法限制。據(jù)此，得出對(duì)于具有部分不可實(shí)現(xiàn)的特征的構(gòu)件的非常昂貴的制造。至少成本非常高的是，將附加的特征或特點(diǎn)、如冷卻或沖洗通道引入到噴嘴承載件中。
[0007]由于成本原因也不考慮批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是，改進(jìn)所述噴射燃燒器，使得能夠使制造成本最小化并且能夠集成附加的有利地影響燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行的設(shè)計(jì)特征。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的改進(jìn)形式在從屬權(quán)利要求中限定。與實(shí)心結(jié)構(gòu)方式的情況相比，能夠明顯性價(jià)比更高地制造迄今的噴嘴承載件，這通過(guò)一種噴射燃燒器來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述噴射燃燒器具有在運(yùn)行中朝向燃燒室的熱氣側(cè)和背離燃燒室的冷氣側(cè)，所述噴射燃燒器包括基板，在所述基板上設(shè)置有多個(gè)噴射噴嘴，其中基板具有至少一個(gè)冷卻通道，至少一個(gè)冷卻通道通到燃燒器級(jí)中，所述燃燒器級(jí)包括設(shè)置在基板上的引燃器。
[0010]只有通過(guò)主動(dòng)的冷卻，能夠?qū)⑿詢r(jià)比更高的材料用于噴嘴承載件以補(bǔ)償通過(guò)較輕的構(gòu)造方式而喪失的機(jī)械的負(fù)荷能力。在此，冷卻通道能夠是多個(gè)冷卻通道中的一個(gè)，或者但是也能夠是一種空心腔，所述空心腔幾乎在基板的整個(gè)面積之上延伸并且由冷卻空氣穿流。
[0011]例如通過(guò)隙透冷卻進(jìn)行的主動(dòng)的冷卻不利地影響NOx排放，因?yàn)槌蚧鹧媲岸说目諝赓|(zhì)量流減少。由此，火焰溫度進(jìn)而NOx排放局部地提高。這通過(guò)下述方式避免:根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)冷卻通道通到燃燒器級(jí)中，由此冷卻空氣不再簡(jiǎn)單地僅輸出到燃燒室中。
[0012]在此重要的是，燃燒器級(jí)包括設(shè)置在基板上的引燃器。所述引燃器與主燃燒器的噴射噴嘴相比能夠在較小的壓力損耗下運(yùn)行。
[0013]尤其有利的是，燃燒器級(jí)由設(shè)置在基板上的引燃器構(gòu)成，并且引燃器運(yùn)行所需要的空氣能夠從冷卻通道輸送，即引燃器直接地并且僅僅經(jīng)由冷卻通道由必需的空氣供給，并且確保朝向火焰前端的均勻的空氣質(zhì)量流。
[0014]有利的是，基板在熱氣側(cè)具有隔熱層(thermal barrier coating)，由此在燃燒器運(yùn)行時(shí)或在需要冷卻時(shí)的材料溫度降低。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式中，至少一個(gè)冷卻通道能夠經(jīng)由基板的環(huán)繞的邊緣上的開(kāi)口加載有冷卻空氣。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)替選的有利的實(shí)施方式中，至少一個(gè)冷卻通道能夠經(jīng)由基板的冷氣側(cè)上的開(kāi)口加載有冷卻空氣。
[0017]在本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方式中，至少一個(gè)冷卻通道能夠經(jīng)由在包圍噴射噴嘴、連接于基板的壁部中設(shè)置的、朝向噴射燃燒器的冷氣側(cè)敞開(kāi)的并且通到基板中的冷卻空氣管道加載。
[0018]如果冷卻通道構(gòu)成為一種空心腔，那么死水區(qū)域能夠在由冷卻空氣環(huán)流的預(yù)混合通道之后構(gòu)成。在該區(qū)域中，基板通過(guò)冷卻空氣的熱傳遞或冷卻減小。為了避免或者至少最小化在噴射噴嘴之后的死水區(qū)域，能夠?qū)⒂糜谔岣邿醾鬟f的或引流的元件引入到流動(dòng)路徑中。例如，冷卻通道在基板中能夠具有轉(zhuǎn)向板(spoilers)或漩渦生成器、如肋片或相似的小的凹部(dimples)。
[0019]在一個(gè)有利的實(shí)施方式中，至少基板是鑄造件。由現(xiàn)有技術(shù)中的鍛造法造成的限制能夠通過(guò)使用鑄造工藝以對(duì)噴嘴承載件進(jìn)行造型來(lái)最小化。所述工藝的應(yīng)用允許制造接近最終輪廓的坯件，所述坯件必須細(xì)微加工成最終輪廓。例如，孔能夠通過(guò)使用型芯已經(jīng)在鑄造工藝中顯示出，這節(jié)約體積和質(zhì)量。此外，借助鑄造法能夠?qū)崿F(xiàn)較復(fù)雜的幾何形狀。由此，能夠?qū)⒏郊拥墓δ芤氲綐?gòu)件中進(jìn)而改進(jìn)構(gòu)件特性。構(gòu)件幾何形狀的通過(guò)鑄造工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的靈活性在充分優(yōu)化冷卻的情況下降低構(gòu)件的運(yùn)行溫度，使得替代鎳基合金能夠使用更低成本的鑄鋼材料。此外，能夠根據(jù)應(yīng)力來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)件。
[0020]有利地，鑄造件還包括噴射噴嘴，所述噴射噴嘴形成主燃燒器。所述噴射噴嘴能夠在鑄造基板時(shí)直接一起鑄造。
[0021]在一個(gè)替選的實(shí)施方式中，基板是板結(jié)構(gòu)。借助該解決方案，與具有實(shí)心的鍛造材料的變型形式相比，僅由于明顯更小的原材料成本已經(jīng)能夠減小制造成本。
[0022]尤其在板結(jié)構(gòu)的情況下，但是不僅僅在這種情況下，有利的是，經(jīng)由基板的冷氣側(cè)延伸出的環(huán)繞的壁隨著距基板的間距增大而靠近噴射燃燒器的中軸線。因此，所述壁和包圍所述壁的、典型柱形的靠外的殼體部分形成一種擴(kuò)散器，由此由壓縮機(jī)提供的空氣流減慢并且有利地提高壓力。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的噴射燃燒器中，將引燃器的和主燃燒器的空氣供給分離。由此，引燃器空氣質(zhì)量流能夠用于冷卻燃燒器。通過(guò)借助于鑄造或者使用板結(jié)構(gòu)來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的噴射燃燒器，不僅能夠節(jié)約成本，而且也能夠?qū)⒏郊拥挠欣赜绊懭紵到y(tǒng)的運(yùn)行(例如，改進(jìn)的使用壽命、更高的回火安全性和更小的壓力損耗)的設(shè)計(jì)特征集成到噴嘴承載件中。所述有利的特性在本發(fā)明中通過(guò)引入冷卻和沖洗空氣通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]本發(fā)明示例性地根據(jù)附圖來(lái)詳細(xì)闡述。附圖示意地但是并非按照比例地示出:
[0025]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的噴射燃燒器，
[0026]圖2示出垂直于燃燒器的中軸線貫穿一個(gè)噴射燃燒器的剖面，
[0027]圖3示出垂直于燃燒器的中軸線貫穿另一個(gè)噴射燃燒器的剖面，
[0028]圖4示出貫穿根據(jù)本發(fā)明的具有提取冷卻空氣的可能途徑的噴射燃燒器的一部分的剖面，
[0029]圖5示出提取冷卻空氣的另一個(gè)可能途徑，
[0030]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻設(shè)計(jì)的實(shí)施方案，其中空氣流過(guò)呈空心腔形式的冷卻通道，以及
[0031]圖7以朝向空心腔的視角示出垂直于中軸線貫穿根據(jù)本發(fā)明的噴射燃燒器的剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1示意地示出沿著根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器I的縱向方向、即沿著其中軸線2貫穿噴射燃燒器I的一部分的剖面。燃燒器I具有至少一個(gè)設(shè)置在噴嘴承載件3中的噴射噴嘴4。噴射噴嘴4包括噴射噴嘴入口 5和噴射噴嘴出口 6。在噴射噴嘴出口 6上連接有燃燒室7。此外，噴射噴嘴4設(shè)置在噴嘴承載件3中，使得噴射噴嘴入口 5朝向燃燒器I的后壁8。噴射燃燒器I的朝向燃燒室7的一側(cè)稱作為熱氣側(cè)9，背離燃燒室7的一側(cè)稱作為冷氣側(cè)10。在噴射噴嘴4的噴射噴嘴入口 5的區(qū)域中設(shè)置有燃料噴嘴11。通過(guò)燃料噴嘴11，將燃料噴入到噴射噴嘴4中。燃燒器I還包括徑向地關(guān)于燃燒器I的中軸線2靠外的殼體部分12，所述殼體部分與噴嘴承載件3形成環(huán)形通道13。通過(guò)所述環(huán)形通道13，空氣
14從壓縮機(jī)朝向燃燒器I的后壁8的方向流動(dòng)并且在那里轉(zhuǎn)向，使得空氣穿過(guò)噴射噴嘴入口 5到達(dá)噴射噴嘴4中。
[0033]圖1沒(méi)有示出的是，燃燒器、尤其預(yù)混合燃燒器、如示出的噴射燃燒器I能夠配設(shè)有附加的引燃器，以便在大的運(yùn)行范圍上、尤其在空轉(zhuǎn)和部分負(fù)荷范圍中確保穩(wěn)定的燃燒。此外，這種引燃器典型地設(shè)置在燃燒器的中軸線2上。
[0034]圖2示意地示出垂