CH708977A2 - Wirbelschleppenreduzierende Struktur für ein Turbinensystem. - Google Patents

Wirbelschleppenreduzierende Struktur für ein Turbinensystem. Download PDF

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CH708977A2
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Richard Martin Dicintio
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Gen Electric
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Abstract

Eine wirbelschleppenreduzierende Struktur weist eine Brennkammerauskleidung (32) mit einer inneren Oberfläche (36) und einer äusseren Oberfläche (38) auf, wobei die innere Oberfläche (36) einen Brennraum definiert. Es ist auch ein Luftströmungspfad enthalten, der entlang der äusseren Oberfläche (38) der Brennkammerauskleidung (32) angeordnet ist. Ferner ist eine wirbelschleppenerzeugende Komponente (42) enthalten, die in dem Luftströmungspfad und in der Nähe der Brennkammerauskleidung (32) angeordnet ist, wobei die wirbelschleppenerzeugende Komponente (42) einen Wirbelschleppenbereich (44) erzeugt, der sich stromabwärts von der wirbelschleppenerzeugenden Komponente (42) befindet. Noch weiter ist ein runder Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente (42) enthalten, der mit der Brennkammerauskleidung (32) wirkverbunden und innerhalb einer Brennkammerauskleidungsöffnung angeordnet ist. Es ist ferner ein Kühlkanal angeordnet, der sich durch den runden Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente (42) erstreckt, wobei der Kühlkanal einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente (42) und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente (42) aufweist, wobei der Kühlkanal eingerichtet ist, um Luft dem Wirbelschleppenbereich (44) zuzuführen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Turbinensysteme und insbesondere eine wirbelschleppenreduzierende Struktur für solche Turbinensysteme.
[0002] Brennkammeranordnungen weisen häufig eine Rückstromkonfiguration auf und enthalten eine aus einem Blech ausgebildete Auskleidung (ein Flammrohr). Das Blech und eine äussere Begrenzungskomponente, auf die häufig als Hülse Bezug genommen wird, bilden einen Pfad für Luft, die aus dem Verdichterauslass empfangen wird, um in Richtung eines Kopfendes der Brennkammer zu strömen, wo die Luft dann in Düsen hinein gelenkt und in einem Brennraum mit einem Brennstoff vermischt wird. Vielfältige Komponenten, die strukturelle und funktionelle Vorteile erbringen, können entlang des Luftströmungspfads angeordnet sein. Diese Komponenten haben Wirbelschleppenbereiche zur Folge, die sich nahe an einer stromabwärtigen Seite der Komponenten befinden. Diese Wirbelschleppenbereiche führen zu Druckverlusten und zu einer ungleichmässigen Luftströmung, während die Luft den Düsen an dem Kopfende zugeführt wird, was dadurch zu unerwünschten Auswirkungen, wie z.B. erhöhter NOx-Emission und einem weniger effizienten Gesamtbetrieb führt.
KÜRZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0003] Gemäss einem Aspekt der Erfindung weist eine wirbelschleppenreduzierende Struktur für ein Turbinensystem ein Brennkammerflammrohr mit einer inneren Oberfläche und einer äusseren Oberfläche auf, wobei die innere Oberfläche einen Brennraum definiert. Ferner ist ein Luftströmungspfad enthalten, der entlang der äusseren Oberfläche des Brennkammerflammrohrs angeordnet ist. Ferner ist eine wirbelschleppenerzeugende Komponente enthalten, die in dem Luftströmungspfad und in der Nähe des Brennkammerflammrohrs angeordnet ist, wobei die wirbelschleppenerzeugende Komponente einen Wirbelschleppenbereich erzeugt, der sich stromabwärts von der wirbelschleppenerzeugenden Komponente befindet. Noch ferner ist ein runder Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente enthalten, der mit dem Brennkammerflammrohr wirkverbunden und innerhalb einer Brennkammerflammrohröffnung angeordnet ist. Ausserdem ist ein Kühlkanal enthalten, der sich durch den runden Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente erstreckt, wobei der Kühlkanal einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente aufweist, wobei der Kühlkanal eingerichtet ist, um Luft zu dem Wirbelschleppenbereich der wirbelschleppenerzeugenden Komponente zu liefern.
[0004] Die wirbelschleppenerzeugende Komponente kann einen Brennstoffinjektor aufweisen.
[0005] Der runde Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente jeder beliebigen vorstehend erwähnten wirbelschleppenreduzierenden Struktur kann mittels eines additiven Fertigungsverfahrens erzeugt sein.
[0006] Das additive Fertigungsverfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten wirbelschleppenreduzierenden Struktur kann Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) aufweisen.
[0007] Das additive Fertigungsverfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten wirbelschleppenreduzierenden Struktur kann Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) aufweisen.
[0008] Der runde Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponenten jeder beliebigen vorstehend erwähnten wirbelschleppenreduzierenden Struktur kann an dem Brennkammerflammrohr angeschweisst sein.
[0009] Die wirbelschleppenreduzierende Struktur jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ferner mehrere Kühlkanäle aufweisen, die sich durch den runden Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente hindurch erstrecken.
[0010] Die mehreren Kühlkanäle jeder beliebigen vorstehend erwähnten wirbelschleppenreduzierenden Struktur können jeweils einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenreduzierenden Komponente und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenreduzierenden Komponente aufweisen, und die mehreren Kühlkanäle können eingerichtet sein, um Luft dem Wirbelschleppenbereich zuzuführen, der sich stromabwärts von der wirbelschleppenerzeugenden Komponente befindet.
[0011] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Brennstoffinjektoranordnung für eine Brennkammeranordnung einer Gasturbine ein Brennkammerflammrohr mit einer äusseren Oberfläche auf. Ferner ist eine Hülse enthalten, die das Brennkammerflammrohr an einer radial nach aussen beabstandeten Stelle umgibt. Ferner ist ein Luftströmungspfad enthalten, der durch die äussere Oberfläche des Brennkammerflammrohrs und die Hülse definiert ist. Noch ferner ist ein Brennstoffinjektor enthalten, der in dem Luftströmungspfad angeordnet ist und sich wenigstens teilweise durch eine Brennkammerflammrohröffnung und eine Hülsenöffnung erstreckt. Auch ist ein runder Vorsprung in dem Luftströmungspfad enthalten und mit einer Brennkammerflammrohröffnungswand wirkverbunden, wobei der runde Vorsprung durch ein additives Fertigungsverfahren erzeugt ist. Ferner ist ein Kühlkanal enthalten, der sich durch den runden Vorsprung hindurch erstreckt, wobei der Kühlkanal einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs aufweist, wobei der Kühlkanal eingerichtet ist, um Luft einem Wirbelschleppenbereich zuzuführen, der sich stromabwärts von dem Brennstoffinjektor befindet.
[0012] [0012] Das additive Fertigungsverfahren kann Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) aufweisen.
[0013] Das additive Fertigungsverfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten Brennstoffinjektoranordnung kann Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) aufweisen.
[0014] Der runde Vorsprung jeder vorstehend erwähnten Brennstoffinjektoranordnung kann an der Brennkammerflammrohröffnungswand angeschweisst sein.
[0015] Die Brennstoffinjektoranordnung kann ferner mehrere Kühlkanäle aufweisen, die sich durch den runden Vorsprung hindurch erstrecken.
[0016] Die mehreren Kühlkanäle jeder beliebigen vorstehend erwähnten Brennstoffinjektoranordnung können jeweils einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs aufweisen, und die mehreren Kühlkanäle können eingerichtet sein, um Luft dem Wirbelschleppenbereich zuzuführen, der sich stromabwärts von dem Brennstoffinjektor befindet.
[0017] Der Kühlkanal jeder beliebigen vorstehend erwähnten Brennstoffinjektoranordnung kann eine Querschnittsabmessung aufweisen, die im Bereich von ungefähr 100 Mikrometern (um) bis ungefähr 3 Millimetern (mm) liegt.
[0018] Gemäss einem noch weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Gasturbine einen Verdichterabschnitt, einen Turbinenabschnitt und eine Brennkammeranordnung auf. Die Brennkammeranordnung weist einen Luftströmungspfad auf, der durch eine äussere Oberfläche eines Brennkammerflammrohrs und eine das Brennkammerflammrohr umgebende Hülse definiert ist. Die Brennkammeranordnung weist ferner einen Brennstoffinjektor auf, die in dem Luftströmungspfad angeordnet ist und sich wenigstens teilweise durch eine Brennkammerflammrohröffnung und eine Hülsenöffnung erstreckt. Die Brennkammeranordnung weist ferner einen runden Vorsprung auf, der in dem Luftströmungspfad angeordnet und mit einer Brennkammerflammrohröffnungswand wirkverbunden ist, wobei der runde Vorsprung durch ein additives Fertigungsverfahren erzeugt ist. Die Brennkammeranordnung weist noch weiter mehrere Kühlkanäle auf, die sich durch den runden Vorsprung erstrecken, wobei die mehreren Kühlkanäle jeweils einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs aufweisen, wobei die mehreren Kühlkanäle eingerichtet sind, um Luft einem Wirbelschleppenbereich zuzuführen, der sich stromabwärts von der Brennstoffinjektor befindet.
[0019] Das additive Fertigungsverfahren kann Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) aufweisen.
[0020] Die Gasturbine jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das additive Fertigungsverfahren Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) aufweist.
[0021] Die Gasturbine jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der runde Vorsprung an der Brennkammerflammrohröffnungswand angeschweisst ist.
[0022] Die Gasturbine jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann dadurch gekennzeichnet sein, dass jeder der mehreren Kühlkanäle eine Querschnittsabmessung im Bereich von ungefähr 100 Mikrometern (um) bis ungefähr 3 Millimetern (mm) aufweist.
[0023] Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0024] Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschliessen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Darstellung einer Gasturbine; <tb>Fig. 2<SEP>eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Brennkammeranordnung der Gasturbine; <tb>Fig. 3<SEP>eine Seitenansicht eines Abschnitts der Brennkammeranordnung, die eine wirbelschleppenerzeugende Komponente veranschaulicht; <tb>Fig. 4<SEP>eine vergrösserte Seitenansicht der wirbelschleppenerzeugenden Komponente; und <tb>Fig. 5<SEP>eine vergrösserte Seitenansicht des Ausschnitts V aus Fig. 4 , die die wirbelschleppenerzeugende Komponente in grösseren Einzelheiten veranschaulicht.
[0025] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0026] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Turbinensystem, wie z.B. eine Gasturbine 10, die gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, schematisch veranschaulicht. Die Gasturbine 10 weist einen Verdichter 12 und mehrere Brennkammeranordnungen auf, die in einer ringrohrförmigen Anordnung angeordnet sind, wobei eine von denen bei 14 angezeigt ist. Wie veranschaulicht, enthält die Brennkammeranordnung 14 eine Endabdeckungsanordnung 16, die einen Brennraum 18 dichtend verschliesst und wenigstens teilweise definiert. Mehrere Düsen 20–22 sind von der Endabdeckungsanordnung 16 getragen und erstrecken sich in den Brennraum 18 hinein. Die Düsen 20–22 empfangen einen Brennstoff durch einen gemeinsamen Brennstoffeinlass (nicht veranschaulicht) und verdichtete Luft von dem Verdichter 12. Der Brennstoff und die verdichtete Luft werden in den Brennraum 18 geleitet und entzündet, um ein Verbrennungsprodukt oder einen Luftstrom mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen, das bzw. der verwendet wird, um eine Turbine 24 anzutreiben. Die Turbine 24 enthält mehrere Stufen 26–28, die mit dem Verdichter 12 über eine Verdichter/Turbinen-Welle 30 (die auch als ein Rotor bezeichnet wird) betriebsmässig verbunden sind.
[0027] Im Betrieb strömt Luft in den Verdichter 12 hinein und wird zu einem Hochdruckgas verdichtet. Das Hochdruckgas wird zu der Brennkammeranordnung 14 geliefert und mit einem Brennstoff, z.B. Erdgas, Heizöl, Prozessgas und/oder synthetischem Gas (Synthesegas), in dem Brennraum 18 vermischt. Das Brennstoff/Luft-Gemisch oder brennbare Gemisch entzündet sich, um einen Verbrennungsgasstrom hohen Drucks und hoher Temperatur zu bilden. In jedem Fall leitet die Brennkammeranordnung 14 den Verbrennungsgasstrom zu der Turbine 24, die Wärmeenergie in mechanische Rotationsenergie umwandelt.
[0028] Indem nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen wird, sind Abschnitte der Brennkammeranordnung 14 veranschaulicht. Wie vorstehend beschrieben, ist die Brennkammeranordnung 14 typischerweise eine von verschiedenen Brennkammern, die innerhalb der Gasturbine 10 angeordnet sind, die häufig längs des Umfangs angeordnet sind. Die Brennkammeranordnung 14 weist häufig eine rohrförmige Geometrie auf und leitet die heissen unter Druck stehenden Gase 90 in den Turbinenabschnitt 24 der Gasturbine 10 hinein.
[0029] Wie aus der nachstehenden Beschreibung erkannt wird, weist die Brennkammeranordnung ein Flammrohr bzw. eine Auskleidung auf, das bzw. die einen Innenbereich definiert, der eine Verbrennungszone oder eine Übergangszone sein kann. Die zu Veranschaulichungszwecken nachstehend beschriebene spezielle Ausführungsform betrifft ein Brennkammerflammrohr, das von einer Hülse umgeben ist. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit vielfältigen anderen Ausführungsformen der Brennkammeranordnung 14 verwendet werden können. Insbesondere kann eine Übergangsstückauskleidung verwendet und von einer Prallhülse oder von einem einzigen Mantel umgeben sein, der die Übergangsstückauskleidung und das Brennkammerflammrohr umgibt. Darüber hinaus kann ein einziges Flammrohr bzw. eine einzige Auskleidung verwendet werden, das bzw. die die Verbrennungszone und die Übergangszone definiert. Das einzige Flammrohr bzw. die einzige Auskleidung kann (muss aber nicht) von einer oder mehreren Hülsen umgeben sein.
[0030] In einer Ausführungsform ist die Brennkammeranordnung 14 durch ein Brennkammerflammrohr 32 definiert, das wenigstens teilweise an einer nach äusseren Stelle von einer äusseren Begrenzungskomponente, wie z.B. einer Hülse 34, umgeben ist. Insbesondere weist das Brennkammerflammrohr 32 eine innere Oberfläche 36 und eine äussere Oberfläche 38 auf, wobei die innere Oberfläche 36 den Brennraum 18 definiert. Ein zwischen der äusseren Oberfläche 38 des Brennkammerflammrohrs 32 und der Hülse 34 ausgebildeter Strömungspfad 40 stellt einen Bereich bereit, in dem eine Luftströmung in Richtung der Düsen der Brennkammeranordnung 14 strömen kann. Obwohl es veranschaulicht und beschrieben ist, wie es die Hülse 34 aufweist, die das Brennkammerflammrohr umgibt, wird erwogen, dass lediglich das Brennkammerflammrohr 32 vorhanden ist, wobei die äussere Begrenzungskomponente ein äusseres Gehäuse oder dergleichen aufweist. Wenigstens eine wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 ist innerhalb des Luftströmungspfads 40 angeordnet oder ragt teilweise in diesen hinein. Die wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 bezieht sich allgemein auf jedes beliebige strukturelle Element und kann für die Gasturbine 10 vielfältige strukturelle und/oder funktionelle Vorteile ergeben. In einer Ausführungsform weist die wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 einen Brennstoffinjektor, der sich durch das Brennkammerflammrohr 32 hindurch radial nach innen erstreckt, wie z.B. einen Injektor für späte Magergemischeinspritzung (LLI), auf. Alternativ kann die wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 ein Rohr, wie z.B. ein Überschlagrohr, das benachbarte Brennkammerräume strömungsmässig verbindet, eine Kamera, usw. sein. Die vorstehende Liste ist lediglich beispielhaft, und es sollte verständlich sein, dass sich die wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 auf jedes beliebige strukturelle Element beziehen kann, das in dem Luftströmungspfad 40 angeordnet ist.
[0031] Wenn innerhalb des Luftströmungspfads 40 strömende Luft auf die wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 trifft, wird ein Wirbelschleppenbereich 44 stromabwärts von der wirbelschleppenerzeugenden Komponente 42 erzeugt. Insbesondere kann sich der Wirbelschleppenbereich 44 von einer an ein stromabwärtiges Ende der wirbelschleppenerzeugenden Komponente 42 unmittelbar angrenzenden Stelle bis zu Stellen in der Nähe des stromabwärtigen Endes der wirbelschleppenerzeugenden Komponente 42 erstrecken.
[0032] Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 ist die wirbelschleppenerzeugende Komponente 42 in grösseren Details veranschaulicht. Insbesondere ist eine LLI-Brennstoffinjektoranordnung als die Ausführung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente 42 veranschaulicht. Die LLI-Brennstoffinjektoranordnung ist eingerichtet, um Brennstoff in den Brennraum 18 zu injizieren. Die LLI-Brennstoffinjektoranordnung enthält einen Injektor 46 und eine strukturelle Traganordnung 48, die mit dem Injektor 46 wirkverbunden oder mit dem Injektor 46 integral ausgebildet sein kann. Es ist ein runder Vorsprung oder Ansatz 50 enthalten, um den Injektor 46 innerhalb des Luftströmungspfads 40 anzuordnen und zu halten. Der runde Vorsprung 50 ist mit dem Brennkammerflammrohr 32 wirkverbunden. In einer Ausführungsform ist der runde Vorsprung 50 innerhalb einer Brennkammerflammrohröffnung 52 angeordnet und an eine Brennkammerflammrohröffnungswand 54 angeschweisst, die die Brennkammerflammrohröffnung 52 definiert.
[0033] Der runde Vorsprung bzw. Ansatz 50 der LLI-Brennstoffinjektoranordnung weist wenigstens einen, aber typischerweise mehrere Kühlmikrokanäle 60 auf, die innerhalb des runden Vorsprungs 50 angeordnet sind. Der runde Vorsprung 50 und insbesondere die mehreren Mikrokanäle 60 bilden eine wirbelschleppenreduzierende Struktur, wie aus der nachstehenden Beschreibung erkannt wird. Die mehreren Kühlmikrokanäle 60 können die gleiche oder eine voneinander unterschiedliche Grösse und Form aufweisen. Gemäss einer Ausführungsform können die mehreren Kühlmikrokanäle 60 eine Querschnittsabmessung (z.B. Weite, Durchmesser, usw.) zwischen etwa 100 Mikrometern (um) und etwa 3 Millimetern (mm) aufweisen. Die mehreren Kühlmikrokanäle 60 können kreisförmige, halbkreisförmige, ovale, gekrümmte, rechteckige, dreieckige oder rautenförmige Querschnitte aufweisen. Die vorstehende Liste ist lediglich veranschaulichend und ist nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein. In bestimmten Ausführungsformen können die Mikrokanäle 60 variierende Querschnittsflächen aufweisen. Es können auch Wärmeübertragungsverstärkungen, wie z.B. Turbulatoren oder Vertiefungen, in den mehreren Kühlmikrokanälen 60 eingerichtet sein.
[0034] Jeder der mehreren Mikrokanäle 60 weist einen Lufteinlass 62 und einen Luftauslass 64 auf. Der Lufteinlass 62 ist eine Öffnung in dem runden Vorsprung 50 in dem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs 50. Insbesondere ist der Lufteinlass 62 auf der stromaufwärtigen Seite der LLI-Brennstoffinjektoranordnung angeordnet. Der Luftauslass 64 ist eine Öffnung in dem runden Vorsprung 50 in dem stromabwärtigen Bereich des Vorsprungs 50. Jeder Kühlmikrokanal erstreckt sich ununterbrochen von dem Lufteinlass 62 zu dem Luftauslass 64, um einen Durchgang durch den runden Vorsprung 50 zu schaffen. Eine Luftströmung 68 tritt in den Lufteinlass 62 ein und wird dem Kühlmikrokanal zur Durchleitung zu dem Luftauslass 64 zugeführt, der innerhalb des vorstehend beschriebenen Wirbelschleppenbereichs 44 angeordnet ist. Die Luftströmung 68 kann direkt von dem Luftstrom bezogen werden, der durch den Luftströmungspfad 40 strömt. Zusätzlich kann die Luftströmung 68 von einer sekundären Luftversorgung bezogen werden, die mit dem Kühlmikrokanal in Fluidverbindung steht. Unabhängig von der genauen Quelle der Luftströmung 68 wird aufgrund des niedrigeren Drucks des Wirbelschleppenbereichs 44 relativ zu dem Bereich des Luftströmungspfads 40, der sich gerade stromaufwärts von dem runden Vorsprung 50 (d.h. an dem Lufteinlass 62) befindet, ein Ansaugen der Luftströmung 68 durch den Kühlmikrokanal hindurch und in den Wirbelschleppenbereich 44 hinein erreicht. Wenn die Luftströmung 68 durch den Kühlmikrokanal angesaugt wird, «füllt» die angesaugte Luft den Wirbelschleppenbereich 44 auf, wodurch unerwünschte Effekte, die mit grossen Wirbelschleppenbereichen verbunden sind, reduziert werden.
[0035] Obwohl vorgesehen ist, dass jeder beliebige herkömmliche Herstellungsprozess angewendet werden kann, um die mehreren Kühlmikrokanäle 60 und möglicherweise den gesamten runden Vorsprung 50 auszubilden, ist eine Kategorie von Herstellungsprozessen zur Erzeugung der mehreren Kühlmikrokanäle 60 besonders nützlich. Insbesondere kann eine additive Fertigung angewendet werden, um den runden Vorsprung 50 und die mehreren Kühlmikrokanäle 60 auszubilden. Der Begriff «additiv gefertigt» sollte derart verstanden werden, dass er Komponenten beschreibt, die durch Bildung und Verfestigung aufeinanderfolgender Materialschichten eine über der anderen aufgebaut werden. Insbesondere wird eine Schicht eines Pulvermaterials auf einem Substrat angeordnet und durch die Einwirkung von Hitze, eines Lasers, eines Elektronenstrahls oder durch irgendeinen anderen Prozess aufgeschmolzen und daraufhin verfestigt. Wenn sie einmal verfestigt ist, wird eine neue Schicht aufgebracht, verfestigt und mit der vorherigen Schicht verschmolzen, bis die Komponente geschaffen ist. Beispielhafte additive Fertigungsprozesse umfassen Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) und Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS).
[0036] Vorteilhafterweise wird die Luftströmungsgleichförmigkeit erhöht, wenn die Luftströmung zu den Kopfenddüsen geleitet wird, was eine erhöhten Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine 10 als auch eine reduzierte NOx-Emission fördert. Zusätzlich kühlt die durch die mehreren Mikrokanäle 60 hindurchströmende Luftströmung 68 den runden Vorsprung bzw. Ansatz 50, der an dem Brennkammerflammrohr 32 befestigt ist.
[0037] Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben ist, sollte ohne Weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Ausserdem soll verstanden werden, dass, während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Bezugszeichenliste
[0038] <tb>10<SEP>Gasturbine <tb>12<SEP>Verdichter <tb>14<SEP>Brennkammeranordnung <tb>16<SEP>Endabdeckungsanordnung <tb>18<SEP>Brennraum <tb>20–22<SEP>Mehrere Düsen <tb>24<SEP>Turbine <tb>26–28<SEP>Mehrere Stufen <tb>30<SEP>Verdichter-/Turbinenwelle <tb>32<SEP>Brennkammerauskleidung/-flammrohr <tb>34<SEP>Hülse <tb>36<SEP>Innere Oberfläche <tb>38<SEP>Äussere Oberfläche <tb>40<SEP>Luftströmungspfad <tb>42<SEP>Wenigstens eine wirbelschleppenerzeugende Komponente <tb>44<SEP>Wirbelschleppenbereich <tb>46<SEP>Injektor <tb>48<SEP>Strukturelle Traganordnung <tb>50<SEP>runder Vorsprung, Ansatz <tb>52<SEP>Brennkammerauskleidungsöffnung/-flammrohröffnung <tb>54<SEP>Brennkammerauskleidungsöffnungswand/-flammrohröffnungswand <tb>60<SEP>Mehrere Kühlmikrokanäle <tb>62<SEP>Lufteinlass <tb>64<SEP>Luftauslass <tb>68<SEP>Luftströmung <tb>90<SEP>Heisses oder unter Druck stehendes Gas

Claims (10)

1. Wirbelschleppenreduzierende Struktur für ein Turbinensystem, die aufweist: ein Brennkammerflammrohr mit einer inneren Oberfläche und einer äusseren Oberfläche auf, wobei die innere Oberfläche einen Brennraum definiert; einen Luftströmungspfad, der entlang der äusseren Oberfläche des Brennkammerflammrohrs angeordnet ist; eine wirbelschleppenerzeugende Komponente, die in dem Luftströmungspfad und in der Nähe des Brennkammerflammrohrs angeordnet ist, wobei die wirbelschleppenerzeugende Komponente einen Wirbelschleppenbereich erzeugt, der sich stromabwärts von der wirbelschleppenerzeugenden Komponente befindet; einen runden Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente, der mit dem Brennkammerflammrohr wirkverbunden und innerhalb einer Brennkammerflammrohröffnung angeordnet ist; und einen Kühlkanal, der sich durch den runden Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente erstreckt, wobei der Kühlkanal einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereichs des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente aufweist, wobei der Kühlkanal eingerichtet ist, um Luft dem Wirbelschleppenbereich der wirbelschleppenerzeugenden Komponente zuzuführen.
2. Wirbelschleppenreduzierende Struktur gemäss Anspruch 1, wobei die wirbelschleppenerzeugende Komponente einen Brennstoffinjektor aufweist.
3. Wirbelschleppenreduzierende Struktur gemäss Anspruch 1, wobei der runde Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente durch ein additives Fertigungsverfahren geschaffen ist; und/oder wobei der runde Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente an dem Brennkammerflammrohr angeschweisst ist.
4. Wirbelschleppenreduzierende Struktur gemäss Anspruch 3, wobei das additive Fertigungsverfahren Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) aufweist; und/oder wobei das additive Fertigungsverfahren Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) aufweist.
5. Wirbelschleppenreduzierende Struktur gemäss Anspruch 1, die ferner mehrere Kühlkanäle aufweist, die sich durch den runden Vorsprung der wirbelschleppenerzeugenden Komponente erstrecken; und/oder wobei die mehreren Kühlkanäle jeweils einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs der wirbelschleppenerzeugenden Komponente aufweisen, wobei die mehreren Kühlkanäle eingerichtet sind, um Luft zu dem Wirbelschleppenbereich zu liefern, der sich stromabwärts von der wirbelschleppenerzeugenden Komponente befindet.
6. Brennstoffinjektoranordnung für eine Brennkammeranordnung einer Gasturbine, die aufweist: ein Brennkammerflammrohr, das eine äussere Oberfläche aufweist; eine Hülse, die das Brennkammerflammrohr an einer radial nach aussen beabstandeten Stelle umgibt; einen Luftströmungspfad, der durch die äussere Oberfläche des Brennkammerflammrohrs und die Hülse definiert ist; einen Brennstoffinjektor, der in dem Luftströmungspfad angeordnet ist und sich wenigstens teilweise durch eine Brennkammerflammrohröffnung und eine Hülsenöffnung erstreckt; einen runden Vorsprung, der in dem Luftströmungspfad angeordnet und mit einer Brennkammerflammrohröffnungswand wirkverbunden ist, wobei der runde Vorsprung durch ein additives Fertigungsverfahren gebildet ist; und einen Kühlkanal, der sich durch den runden Vorsprung hindurch erstreckt, wobei der Kühlkanal einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs aufweist, wobei der Kühlkanal eingerichtet ist, um Luft einem Wirbelschleppenbereich zuzuführen, der sich stromabwärts von dem Brennstoffinjektor befindet.
7. Brennstoffinjektoranordnung gemäss Anspruch 6, wobei das additive Fertigungsverfahren Direktes Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) aufweist; und/oder wobei das additive Fertigungsverfahren Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) aufweist; und/oder wobei der runde Vorsprung an der Brennkammerflammrohröffnungswand angeschweisst ist.
8. Brennstoffinjektoranordnung gemäss Anspruch 6, die ferner mehrere Kühlkanäle aufweist, die sich durch den runden Vorsprung hindurch erstrecken.
9. Brennstoffinjektoranordnung gemäss Anspruch 8, wobei die mehreren Kühlkanäle jeweils einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs aufweisen, wobei die mehreren Kühlkanäle eingerichtet sind, um Luft zu dem Wirbelschleppenbereich zu liefern, der sich stromabwärts von dem Brennstoffinjektor befindet; und/oder wobei der Kühlkanal eine Querschnittsabmessung im Bereich von etwa 100 Mikrometern (um) bis etwa 3 Millimetern (mm) aufweist.
10. Gasturbine, der aufweist: einen Verdichterabschnitt; einen Turbinenabschnitt; und eine Brennkammeranordnung, die aufweist: einen Luftströmungspfad, der durch eine äussere Oberfläche eines Brennkammerflammrohrs und eine das Brennkammerflammrohr umgebende Hülse definiert ist; einen Brennstoffinjektor, der in dem Luftströmungspfad angeordnet ist und sich wenigstens teilweise durch eine Brennkammerflammrohröffnung und eine Hülsenöffnung erstreckt; einen runden Vorsprung, der in dem Luftströmungspfad angeordnet und mit einer Brennkammerflammrohröffnungswand wirkverbunden ist, wobei der runde Vorsprung durch ein additives Fertigungsverfahren gebildet ist; und mehrere Kühlkanäle, die sich durch den runden Vorsprung erstrecken, wobei die mehreren Kühlkanäle jeweils einen Lufteinlass in einem stromaufwärtigen Bereich des runden Vorsprungs und einen Luftauslass in einem stromabwärtigen Bereich des runden Vorsprungs aufweisen, wobei die mehreren Kühlkanäle eingerichtet sind, um Luft einem Wirbelschleppenbereich zuzuführen, der sich stromabwärts von dem Brennstoffinjektor befindet.
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