具有隔热覆层的燃料喷枪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于改进的燃料喷枪的制造方法、一种改进的燃料喷枪和一种具有这种燃料喷枪的燃烧器。
【背景技术】
[0002]燃烧喷枪在燃烧器中使用，所述燃烧器能够借助液态燃料和气态燃料运行。通常，燃料喷枪为了运行具有液态燃料、例如油。液态燃料流过燃料喷枪并且在其尖部穿过燃料喷嘴流出到燃烧室中，其中燃料被雾化。此外，燃料喷枪包含冷却空气通道，由压缩机压缩的空气穿过所述冷却空气通道到达燃烧室中，所述空气与由燃料喷嘴雾化的液态燃料混合。压缩空气与液态燃料燃烧成热废气。由热废气产生的流动压力通常驱动燃气轮机，所述燃气轮机除了用于冷却空气或燃烧空气的压缩机之外例如能够驱动发电机。
[0003]在运行中，燃料喷枪的尖部由于靠近火焰承受在直至大约1000度的范围中的高温。相反地，液态燃料和冷却空气具有明显更低的温度并且在围绕相应的出口的区域中冷却燃料喷嘴。由此，在燃料喷枪的尖部上通常出现强的温度梯度，所述温度梯度产生机械应力并且最终造成裂纹。
[0004]在WO 2010/066516 A2中提出，燃料喷枪的尖部设有缝隙，所述缝隙允许被加热的材料的热膨胀进而会减少燃烧喷枪的尖部中的机械应力。然而，这种缝隙不能够设置在燃料喷枪的尖部的全部表面部位上，而不损坏其稳定性。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是，提出一种用于制造改进的燃料喷枪的方法、一种改进的燃料喷枪和一种具有这种燃料喷枪的燃烧器。
[0006]因此，第一发明方面提出一种用于制造用于燃烧器的、尤其用于燃气轮机燃烧器的燃料喷枪的方法。方法至少具有下述方法步骤:
[0007]-制造具有尖部的燃料喷枪体，所述尖部具有通到围绕燃料喷枪体的纵轴线延伸的出口中的冷却空气通道和围绕出口设置的具有多个燃料喷嘴的喷嘴面；
[0008]-确定热量输入的与位置相关的分布，喷嘴面在运行中在通过燃料喷嘴流出的燃料燃烧时经受热量输入；并且
[0009]-根据热量输入的与位置相关的分布将隔热层施加到喷嘴面上。
[0010]在此，对于特定类型的燃料喷枪体而言仅需要执行一次确定热量输入的与位置相关的分布的步骤，而能够任意频繁地重复其他步骤以制造更大量的根据本发明的燃料喷枪。对此，能够存储热量输入的与位置相关的分布以用于今后的应用。在此，热量输入例如能够通过在(试)运行中的测量或根据计算机模拟或计算来确定。
[0011]本发明的方法提供制造改进的燃料喷枪的可能性。通过根据燃料喷枪运行中产生的热量输入的与位置相关的分布将隔热层施加到喷嘴面上，能够大幅减小燃料喷枪的尖部中的温度梯度，这防止在燃料喷枪的尖部之内产生大的机械应力。由此，能够防止裂纹的出现，这延长燃料喷枪的使用寿命。
[0012]优选地，确定热量输入的与位置相关的分布的步骤能够包括确定第一热量输入的第一步骤和确定第二热量输入的第二步骤。在此，第一热量输入是喷嘴面的第一表面部位在运行中在通过燃料喷嘴流出的燃料燃烧时经受的热量输入。与此相应地，第二热量输入是喷嘴面的第二表面部位在运行中在通过燃料喷嘴流出的燃料燃烧时经受的热量输入。在此，将隔热层以第一层厚度涂覆到第一表面部位上并且以第二层厚度涂覆到第二表面部位上。
[0013]这就是说，例如当第一表面部位与第二表面部位相比经受较大的热量输入时，涂覆到第一表面部位上的隔热层与涂覆到第二表面部位上的隔热层相比具有较大的层厚度并且反之亦然。这提供下述优点:使在燃料喷枪的尖部中的温度分布尤其好地被拉平，由此很大程度地减小温度梯度。但本发明也包括涂覆具有尽可能恒定的层厚度的隔热层的实施方式。
[0014]也能够视作为有利的是，将在上文中提到的方法步骤一一即将隔热层以第一层厚度涂覆到第一表面部位上并且以第二层厚度涂覆到第二表面部位上一一通过下述方式补充:使得从第一和第二层厚度中选出的一个层厚度选择成大于第一和第二层厚度中另一个层厚度，当第一和第二热量输入的与选出的层厚度相关联的热量输入大于第一和第二热量输入的与另一个层厚度相关联的热量输入时。
[0015]这就是说，例如在第一表面部位与第二表面部位相比经受更大的热量输入时，涂覆到第一表面部位上的隔热层与涂覆到第二表面部位上的隔热层相比应当具有更大的层厚度并且反之亦然。这提供下述优点，使在燃料喷枪的尖部中的温度分布尤其好地被拉平，由此很大程度地减小温度梯度。但本发明也包括涂覆具有尽可能恒定的层厚度的隔热层的实施方式。
[0016]在方法的一个实施方案变型形式中，能够将隔热层通过下述方式涂覆到第一和第二表面部位上:在第一步骤中将隔热层的第一子层涂覆到第一和第二表面部位上并且在第二步骤中将隔热层的第二子层涂覆到第一或第二表面部位上。
[0017]将隔热层以可变的层厚度作为一排上下叠置的子层施加允许精确地与位置相关地控制隔热层的层厚度。在此，视作为等效的是，将具有较小的与位置相关的膨胀的子层施加在具有较大的与位置相关的膨胀的子层之上或之下(或者说将具有较小的与位置相关的膨胀的子层在时间上在施加具有较大的与位置相关的膨胀的子层之前或之后施加)。
[0018]优选地，将隔热层仅涂覆在喷嘴面的热量输入大于预定的第一阈值的区域上。
[0019]由此，简化了隔热层的涂覆并且节约了材料。此外，隔热层也可能不完全阻止到燃料喷枪的尖部中的热量输入，因此在热量输入小于第一阈值的部位上省去隔热层，可能造成没有隔热层的部分的加温对应于在具有隔热层的区域中的部分的加温，由此又减小或减弱温度梯度。
[0020]在一个优选的实施方式中，将第一子层涂覆到喷嘴面的热量输入大于预定的第一阈值的区域上。此外，将第二子层附加地涂覆到喷嘴面的热量输入大于预定的第二阈值的区域上，所述第二阈值大于第一阈值。
[0021]结果是，喷嘴面具有至少三个区域，即不具有隔热层的第一区域、仅具有第一子层的第二区域和具有第一和第二子层的第三区域，由此第三区域中的得出的隔热层的层厚度大于第二区域中的隔热层的层厚度。在此，第三区域中的热量输入大于第二区域中的热量输入，所述第二区域中的热量输入又大于第一区域中的热量输入，使得尽可能地补偿出现的温度梯度。
[0022]优选地，隔热层的与位置相关的层厚度选择成热量输入的与位置相关的分布的函数。
[0023]这就是说，隔热层构成为具有与对于这些部位所期望的热量输入相关的厚度。
[0024]尤其地，能够与热量输入的与位置相关的分布成比例地选择隔热层的与位置相关的层厚度。
[0025]本发明的第二方面提出一种用于燃烧器的、尤其用于燃气轮机燃烧器的燃料喷枪，所述燃料喷枪能够通过根据本发明的方法制造或是通过根据本发明的方法制造的。
[0026]所述燃料喷枪具有带有尖部的燃料喷枪体，所述尖部具有通到围绕燃料喷枪体的纵轴线延伸的出口中的冷却空气通道和围绕出口设置的具有多个燃料喷嘴的喷嘴面。根据本发明，燃料喷枪还包括根据喷嘴面在运行中在通过燃料喷嘴流出的燃料燃烧时所经受的热量输入涂覆在喷嘴面上的隔热层。
[0027]有利地能够提出，隔热层至少局部地环形地围绕冷却空气通道的出口设置。
[0028]在该处，压缩空气和液态燃料首先相遇，因此火焰在此具有距燃料喷枪的小的间距进而也引起特别高的热量输入。此外，燃料喷枪在出口和油喷嘴之间具有相对窄地构成的结构，所述结构可能承受尤其强和高的温度梯度和机械应力。
[0029]此外，能够有利地提出，隔热层具有多个凸起，所述凸起中，各一个凸起在喷嘴面上的两个相邻的燃料喷嘴之间延伸。
[0030]发明人认识到，由于在燃料喷嘴上通过流出的液态燃料进行的局部冷却，在燃料喷嘴和各个燃料喷嘴之间的喷嘴面的区域之间出现特别大的温度梯度，所述温度梯度应通过隔热层的凸起减小。
[0031]另一个发明方面提出一种燃烧器、尤其燃气轮机燃烧器。根据本发明，燃烧器包括至少一个燃料喷枪，所述燃料喷枪根据权利要求9至12中任一项构成。
【附图说明】
[0032]下面，根据附图详细阐述本发明。在此示出:
[0033]图1示出常规的燃料喷枪的尖部的立体图以及在燃料喷枪运行中的热量输入的与位置相关