DE102015111396A1

DE102015111396A1 - Brennkammerkappe mit Kühlkanal

Info

Publication number: DE102015111396A1
Application number: DE102015111396.1A
Authority: DE
Inventors: Richard Martin DiCintio; Patrick Benedict MELTON
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-01-21
Also published as: US20160017805A1; CN105276621A; US9650958B2; JP2016023644A; CN105276621B; JP6612071B2

Abstract

Es ist eine Brennkammerkappe für einen Brennraum eines Verbrennungssystems geschaffen. Die Brennkammerkappe weist ein Plattenelement auf, das enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems; einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelementes.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Offenbarung betrifft allgemein Verbrennungssysteme und insbesondere eine Brennkammerkappe mit einem sich darin befindenden Kühlkanal, ein Verbrennungssystem, das die Brennkammerkappe verwendet und eine Datei für additive Fertigung der Brennkammerkappe.
Verbrennungssysteme, wie z.B. solche, die in einer Gasturbine verwendet werden, enthalten eine Anzahl von Brennstoffdüsen, die benachbart zu einem Brennraum angeordnet sind. Eine Brennkammerkappe ist ein plattenartiges Element, das mehrere große Löcher enthält, um eine Barriere zwischen einem Düsenbereich zu erzeugen und/oder die Brennstoffdüsen in einer beabstandeten Beziehung relativ zu dem Brennraum zu positionieren. Aus den Brennstoffdüsen stammender Brennstoff wird innerhalb des Brennraums mit Luft aus dem Verdichter vermischt und verbrannt, um eine Turbine drehend anzutreiben. Brennkammerkappen sind den Verbrennungsgasen innerhalb des Brennraums ausgesetzt und erfahren somit die thermischen Bedingungen innerhalb des Raums. Für eine Kühlung der Brennkammerkappe wird herkömmlicherweise eine große Anzahl kleiner Effusionslöcher in der Platte geschaffen, die es einem Kühlfluid ermöglichen, durch sie hindurch in den Brennraum hinein zu treten und die Kappe zu kühlen. Diese Anordnung stellt eine Anzahl von Herausforderungen dar. Als erstes können die Effusionslöcher in der Kappe aufgrund der wärmebedingten Belastung Spannungserhöhungen innerhalb der Kappe hervorrufen. In anderen Anordnungen kann eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC) auf Teile aufgebracht werden, die einer derartigen Hitze ausgesetzt sind, um die Teile vor wärmebedingten Belastungen zu schützen. Die Aufbringung einer TBC auf eine Brennkammerkappe, die die kleineren Effusionslöcher enthält, ist jedoch, aufgrund der Notwendigkeit die Effusionslöcher nicht zu verschließen, sehr schwierig und kostspielig. Außerdem erfordern es die Effusionslöcher, dass das Kühlfluid in den Brennraum einströmt, was die Emissionen des Verbrennungssystems negativ beeinflussen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der Offenbarung ergibt eine Brennkammerkappe für einen Brennraum eines Verbrennungssystems, wobei die Brennkammerkappe aufweist: ein Plattenelement, das enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems; einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelements hindurch erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelements.
In der zuvor erwähnten Brennkammerkappe kann die Eintrittsöffnung dazu eingerichtet sein, mit einem Zuführkanal in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid aus einem Verdichterauslass eines Verdichters des Verbrennungssystems führt.
Außerdem kann die Austrittsöffnung dazu eingerichtet sein, mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einer Kammer zwischen einem Brennkammergehäuse und einer Düsenummantelung des Verbrennungssystems führt.
Weiter zusätzlich oder in einer Alternative kann die Austrittsöffnung dazu eingerichtet sein, mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr von zumindest einer der mehreren Düsen des Verbrennungssystems führt.
In einer Ausführungsform kann die Eintrittsöffnung dazu eingerichtet sein, mit einem Zuführkanal in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid aus einer Kammer zwischen einer Strömungshülse und einem Brennkammerflammrohr des Verbrennungssystems führt.
Zusätzlich kann die Austrittsöffnung dazu eingerichtet sein, mit einem Kanal in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr von zumindest einer der mehreren Düsen des Verbrennungssystems führt.
Jede von der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung kann in einer Stirnseite des Plattenelements innerhalb einer Düsenummantelung des Verbrennungssystems angeordnet sein.
In der Brennkammerkappe einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann sich der Kühlkanal durch die Ebene des Plattenelements erstrecken, um zwischen den mehreren Öffnungen zu verlaufen.
In einer Ausführungsform der Brennkammerkappe einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Kühlkanal zumindest einen Abschnitt enthalten, der sich durch die Ebene des Plattenelementes in einer im Wesentlichen serpentinenartigen Weise erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Kühlkanal mehrere Kühlkanäle enthalten, wobei jeder Kühlkanal eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung zu dem jeweiligen Kühlkanal enthält.
Jede vorstehend erwähnte Brennkammerkappe kann ferner eine Wärmeschutzbeschichtung auf dem Plattenelement aufweisen.
Ein zweiter Aspekt der Offenbarung ergibt ein Verbrennungssystem, das aufweist: ein Brennkammergehäuse; eine Strömungshülse innerhalb des Gehäuses, die ein Brennkammerflammrohr umgibt, das einen Brennraum definiert; mehrere Brennstoffdüsen zur Zuführung eines Brennstoff-Luft-Gemisches zu dem Brennkammerflammrohr; und eine Brennkammerkappe für das Brennkammerflammrohr, wobei die Brennkammerkappe ein Plattenelement aufweist, wobei das Plattenelement enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen, einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelements hindurch erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelements.
In dem zuvor erwähnten System kann die Eintrittsöffnung mit einem Zuführkanal in Fluidverbindung stehen, der ein Kühlfluid aus einem Verdichterauslass eines Verdichters des Verbrennungssystems führt.
Außerdem kann die Austrittsöffnung mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung stehen, der das Kühlfluid zu einer Kammer zwischen einem Brennkammergehäuse und einer Düsenummantelung des Verbrennungssystems führt.
Weiter zusätzlich oder in einer Alternative kann die Austrittsöffnung mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr von zumindest einer der mehreren Düsen des Verbrennungssystems führt.
In einer Ausführungsform kann die Eintrittsöffnung mit einem Zuführkanal in Fluidverbindung stehen, der ein Kühlfluid aus einer Kammer zwischen der Strömungshülse und dem Brennkammerflammrohr des Verbrennungssystems führt.
Außerdem kann die Austrittsöffnung mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr von zumindest einer der mehreren Düsen des Verbrennungssystems führt.
Sowohl die Eintrittsöffnung als auch die Austrittsöffnung kann in einer Stirnseite des Plattenelementes innerhalb einer Düsenummantelung des Verbrennungssystems angeordnet sein.
In dem Verbrennungssystem einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann sich der Kühlkanal durch die Ebene des Plattenelements derart erstrecken, dass er zwischen den mehreren Öffnungen verläuft.
In einer Ausführungsform des Verbrennungssystems einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Kühlkanal zumindest einen Abschnitt enthalten, der sich durch die Ebene des Plattenelements in einer im Wesentlichen serpentinenartigen Weise erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Kühlkanal mehrere Kühlkanäle enthalten, wobei jeder Kühlkanal eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung zu dem jeweiligen Kühlkanal enthält.
Jedes vorstehend erwähnte Verbrennungssystem kann ferner eine Wärmeschutzbeschichtung auf dem Plattenelement aufweisen.
Ein dritter Aspekt der Offenbarung ergibt ein nicht transitorisches computerlesbares Speichermedium, das einen Code speichert, der für eine Brennkammerkappe für ein Verbrennungssystem repräsentativ ist, wobei die Brennkammerkappe bei der Ausführung des Codes durch ein computergestütztes additives Fertigungssystem physisch erzeugt wird, wobei der Code aufweist: einen Code, der die Brennkammerkappe repräsentiert, wobei die Brennkammerkappe enthält: ein Plattenelement, das enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems; einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelements hindurch erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelements.
In dem zuvor erwähnten Speichermedium kann sich der Kühlkanal durch die Ebene des Plattenelementes hindurch derart erstrecken, dass er zwischen den mehreren Öffnungen verläuft.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann der Kühlkanal zumindest einen Abschnitt enthalten, der sich durch die Ebene des Plattenelementes in einer im Wesentlichen serpentinenartigen Weise erstreckt.
Weiter zusätzlich oder als eine weitere Alternative kann der Kühlkanal mehrere Kühlkanäle enthalten, wobei jeder Kühlkanal eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung zu dem jeweiligen Kühlkanal enthält.
Die dargestellten Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind dazu vorgesehen, die hierin beschriebenen Probleme und/oder andere nicht erläuterte Probleme zu beheben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale dieser Offenbarung werden anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung der vielfältigen Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Verbrennungssystems zeigt, das eine Brennkammerkappe verwendet, die einen Kühlkanal enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Brennkammerkappe des Verbrennungssystems aus 1 zeigt, die ein Plattenelement aufweist, das einen Kühlkanal enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
3 eine perspektivische Ansicht des Plattenelementes aus 2 zeigt, das einen Kühlkanal enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Brennkammerkappe des Verbrennungssystems zeigt, die ein Plattenelement aufweist, das einen Kühlkanal enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
5 eine perspektivische Ansicht des Plattenelementes aus 4 zeigt, das einen Kühlkanal enthält, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung;
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Brennkammerkappe des Verbrennungssystems zeigt, die ein Plattenelement aufweist, das einen Kühlkanal enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
7 eine perspektivische Ansicht des Plattenelementes aus 6 zeigt, das einen Kühlkanal enthält, gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Offenbarung;
8 ein Blockdiagramm eines additiven Fertigungsverfahrens zeigt, das ein nicht transitorisches computerlesbares Speichermedium enthält, das einen Code speichert, welches für eine Brennkammerkappe repräsentativ ist, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
Es sei erwähnt, dass die Zeichnungen der Beschreibung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Offenbarung darstellen und sollten daher nicht als beschränkend für den Geltungsbereich der Offenbarung betrachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Nummern in den Zeichnungen gleiche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung betrifft eine Brennkammerkappe für ein Brennkammerflammrohr eines Verbrennungssystems. Die Brennkammerkappe enthält ein Plattenelement, das mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems und einen Kühlkanal enthält, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt. Die Brennkammerkappe wird mit Bezug auf ein Brennkammerflammrohr für eine Gasturbine beschrieben. Man wird jedoch verstehen, dass die Brennkammerkappe andere Anwendungen als in einer Gasturbine aufweisen kann. Ein Verbrennungssystem, das die Brennkammerkappe enthält, wird ebenso beschrieben wie eine Datei für ein additives Fertigungsverfahren, die zur Erzeugung der Brennkammerkappe verwendbar ist.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen zeigt 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungssystems 100 für eine Gasturbine. Das System 100 enthält eine Brennkammerkappe 102, die in einer Brennkammeranordnung 104 einer (nicht gezeigten) Gasturbine eingebaut ist. Die Brennkammerkappe 102 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Offenbarung kann in eine Brennkammeranordnung 104 mit variierenden Konfigurationen eingebaut sein und sollte nicht auf die in 1 gezeigte Konfiguration beschränkt werden. Weitere Details des Verbrennungssystems 100 werden hierin beschrieben.
Bezugnehmend auf 1 und 2 sind relevante Teile des Verbrennungssystems 100, einschließlich einer beispielhaften Brennkammeranordnung 104, dargestellt. 1 zeigt eine Querschnittsansicht des Verbrennungssystems 100, und 2 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht einer Brennkammerkappe 102. Das Verbrennungssystem 100 kann einen Brennraum 108 enthalten, die zumindest teilweise durch ein Brennkammerflammrohr 110 definiert ist, das im Innern eines Gehäuses 112 angeordnet ist. Eine Strömungshülse 114 kann im Innern des Gehäuses 112 befestigt sein und umgibt das Brennkammerflammrohr 110. Die Strömungshülse 114 ist innerhalb des Brennkammergehäuses 112 in einem Abstand zu dem Brennkammerflammrohr 110 angeordnet. Ein Raum zwischen der Strömungshülse 114 und dem Brennkammerflammrohr 110 bildet einen Abschnitt einer Kammer 120, die eine Kühlfluidströmung 122 (2) (z.B. Luft) aus dem Verdichter aufnimmt, die durch Öffnungen in der Strömungshülse und einer Aufprallhülse 128 eines Übergangsstücks einströmt. Außerdem bildet ein Raum zwischen der Strömungshülse 114 und dem Gehäuse 112 einen Abschnitt einer Kammer 124, die eine Kühlfluidströmung 126 (2)(z.B. Luft) aufnimmt. Die Kühlfluide 126, 122 können ein beliebiges heutzutage bekanntes oder künftig entwickeltes Fluid, wie z.B. Luft, enthalten. In einer Ausführungsform kann das Kühlfluid 126 Druckluft aus einem (nicht gezeigten) Verdichterauslass sein, der Luft mit einem Druck P_cd bereitstellt. Das Kühlfluid 126 kann z.B. eine Temperatur in dem Bereich von ungefähr 370–430°C aufweisen, während das Kühlfluid 122 eine Temperatur in dem Bereich von ungefähr 380–450°C aufweisen kann. Das Kühlfluid 122 ist typischerweise wärmer als das Kühlfluid 126. Verbrennungsgase innerhalb des Brennkammerflammrohrs 110 können z.B. eine Temperatur im Bereich von ungefähr 1480–1650°C aufweisen.
Wie in den 1–2 gezeigt, ist eine Quelle eines Brennstoff-Luft-Gemisches 106 für das Brennkammerflammrohr 110 vorgesehen. Die Quelle 106 kann unter anderem mehrere Brennstoffdüsen 130 enthalten (von denen in 1 lediglich zwei gezeigt sind), die einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff in einen Brennraum 108 einspritzen, worin dieser mit durch die Kammer 124 eintretender Luft verbrannt wird. Die Düsen 130 können jeweils eine (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigte) Brennstoffdüsenanordnung innerhalb eines Brennerrohrs 132 enthalten. Jedes Brennerrohr 132 kann innerhalb einer Öffnung 142 (3, 5 und 7) der Brennkammerkappe 102 angeordnet sein. Ein Innenraum jedes Brennerrohrs 132 ist zu dem Brennraum 108 hin offen. Eine (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigte) Düsenanordnung jeder Düse 130 kann sich in einer bekannten Weise in das Brennerrohr 132 hinein erstrecken. Eine Länge der Brennerrohre 132 kann innerhalb eines Brennkammerkappenraums 146 der Brennkammerkappe 102, angrenzend an das Brennkammerflammrohr 110 angeordnet sein. Im Betrieb wird Brennstoff in die Düsen 130 eingespeist und im Innern des Brennkammerflammrohrs 110, dem Brennraum 108, gezündet. Eine heiße energetische Abgasströmung von Verbrennungsprodukten, überschüssigem Brennstoff und/oder überschüssiger Luft wandert in Richtung (nicht gezeigter) Turbinenschaufeln, um in einer bekannten Weise die gewünschte Arbeit zu verrichten.
Bezugnehmend auf die 2–7 werden nun Details der Brennkammerkappe 102 für das Brennkammerflammrohr 110 des Brennkammersystems 100 beschrieben. 2, 4 und 6 zeigen detaillierte Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der Brennkammerkappe 102, und 3, 5 und 7 zeigen perspektivische Ansichten der verschiedenen Ausführungsformen der Brennkammerkappe 102. (Man beachte, dass die entsprechenden Querschnitte und perspektivischen Ansichten hinsichtlich der Lage der dargestellten Struktur nicht notwendigerweise übereinstimmen). Die Brennkammerkappe 102 kann ein Plattenelement 140 enthalten, das mehrere Öffnungen 142 zur Aufnahme mehrerer Brennerrohre 132 der Brennstoffdüsen (die in Phantom dargestellt sind, wobei lediglich eine in den 3, 5 und 6 gezeigt ist) des Verbrennungssystems 100 enthält. Die Öffnungen 142 können insbesondere bemessen sein, um Brennerrohre 132 der Düsen 130 aufzunehmen. Wie in 2, 4 und 6 beobachtet werden kann, ist das Plattenelement 140 an einer brennkammerseitigen Stirnseite 144 zu dem Brennraums 108 freigelegt, und ein Brennkammerkappenraum 146 umgibt die Brennerrohre 132 an einer rückwärtigen Stirnseite 148. Eine Düsenummantelung 150 kann den Brennkammerkappenraum 146 umgeben und definieren. Die Düsenummantelung 150 kann z.B. aus einem Metallblech hergestellt sein. Man beachte, dass in den 2, 4 und 6 viele der Brennerrohre 132 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennkammerkappen, und wie am besten in den 3, 5 und 7 in Phantomdarstellung gezeigt, enthält das Plattenelement 140 der Brennkammerkappe 102 ferner einen Kühlkanal 160, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt. D.h. der Kühlkanal 160 erstreckt sich innerhalb der Platte 140 ohne diese zu verlassen, ausgenommen an bestimmten hierin beschriebenen Austritts- und Eintrittsöffnungen. Der Kühlkanal 160 kann auch als in dem Plattenelement 140 eingebettet bezeichnet werden, da er sein integraler Bestandteil von diesem ist, weil er, wie hierin beschrieben wird, gleichzeitig mit dem Plattenelement 140 unter Verwendung additiver Fertigung erzeugt werden kann. Jeder Kühlkanal 160 kann einen Durchmesser von ungefähr 0,80–1,2 Millimeter aufweisen, und das Plattenelement 140 kann eine Dicke in dem Bereich von ungefähr 2,4–3,6 Millimeter (mm) aufweisen. Wie beschrieben wird, erstrecken sich die Austrittsöffnungen zu einer zu dem Brennraum 108 entgegengesetzten Stirnseite 148 (auf der Seite des Brennkammerkappenraums 146) des Plattenelementes 140. Das Plattenelement 140 kann eine beliebige Form aufweisen, die zur Aufnahme einer Befestigung benachbart zu dem Brennkammerflammrohr 110 notwendig ist. In dem gezeigten Beispiel ist das Plattenelement 140 im Wesentlichen kreisförmig; andere Formen können jedoch möglich sein. Jede Öffnung 142 ist bemessen und geformt, um eine jeweilige Düse 130, z.B. ein Brennerrohr 132 von dieser, aufzunehmen. In dem gezeigten Beispiel ist jede Öffnung 142 im Wesentlichen kreisförmig, um ein im Wesentlichen kreisförmiges Brennerrohr 132 (3, 5 und 7) einer Düse unterzubringen; andere Formen können jedoch möglich sein. Wie in den 2, 4 und 6 gezeigt, kann die Brennkammerkappe 102 ferner ein Ablenkplattenelement 152 enthalten, das an einem gegenüberliegenden Ende des Brennkammerkappenraums 146 dem Plattenelement 140 gegenüberliegend angeordnet ist.
Der Kühlkanal 160 kann vielfältige Pfade durch das Plattenelement 140 einnehmen, um eine Kühlung für jeden notwendigen Abschnitt der Brennkammerkappe 102 zu erzielen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kappen, erlaubt jedoch der Kühlkanal 160 dem Kühlfluid nicht, in den Brennraum 108 des Verbrennungssystems 100 einzutreten. D.h. es gibt keine Effusionslöcher, die es dem Kühlfluid erlauben, direkt in den Brennraum 108 hindurchzutreten. Der Kühlkanal 160 kann sich durch die Ebene des Plattenelementes 140 derart erstrecken, dass der Kanal die entgegengesetzten Stirnseiten 144, 148 des Plattenelementes 140 nicht verlässt, ausgenommen an einer bestimmten, begrenzten Anzahl von Eintritts- und Austrittsöffnungen, wie hierin beschrieben. Die Austrittsöffnungen aus dem Kühlkanal 160 erstrecken sich wiederum zu einer Seite (der Seite des Brennkammerkappenraums 146) des Plattenelementes 140 hin, entgegengesetzt zu dem Brennraum 108. Wie in den 3, 5 und 7 dargestellt, kann sich der Kühlkanal 160 durch die Ebene des Plattenelementes 140 erstrecken, um so zwischen den mehreren Öffnungen 142 für die Brennerrohre 132 zu verlaufen, wodurch er eine Kühlung für diese Zwischenräume schafft. Der Kühlkanal 160 kann auch spezielle Pfadabschnitte enthalten, die eine gezielte Kühlung für Heißstellen oder andere Bereiche erzielen, die eine einzigartige Wärmeableitung erfordern. Wie in 5 gezeigt ist, kann sich z.B. zumindest ein Abschnitt 166 des Kanals 160, der sich durch die Ebene des Plattenelementes erstreckt, in einer im Wesentlichen serpentinenartigen Weise erstrecken. In anderen Beispielen kann der Pfad sein: spiralförmig innerhalb des Plattenelementes 140, kreisförmig um die Öffnungen 142 herum, kann sich sinusförmig innerhalb des Plattenelementes 140 erstrecken und/oder kann sich zu einer bestimmten Heißstelle der Brennkammerkappe 102 erstrecken und dort enden. Wie in 7 gezeigt, kann der Kühlkanal 160 ferner auch einen Abschnitt 168 enthalten, der sich über zumindest einen Teil seiner Länge, außer an seinen Austritts- und Eintrittsöffnungen, axial zwischen den Stirnseiten 144, 148 des Plattenelementes 140, aber nicht aus den Stirnseiten 144, 148 heraus, z.B. in Richtung des Brennraums 108 oder von dieser weg, erstreckt.
Hinsichtlich des Kühlfluideintritts und -austritts zu bzw. aus der Brennkammerkappe zeigen 2–7 verschiedene Ausführungsformen, deren Teile zwischen den Ausführungsformen ausgetauscht werden können.
In einer Ausführungsform, wie in den 2 und 3 gezeigt, enthält die Brennkammerkappe 102 eine Eintrittsöffnung 170 zu dem Kühlkanal 160. In diesem Falle ist die Eintrittsöffnung 170 dazu eingerichtet, mit einem Zuführkanal 172 in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid 126 aus einem Verdichterauslass eines Verdichters des Verbrennungssystems führt. Obwohl in 2 eine spezielle Gestaltung veranschaulicht ist, kann der Zuführkanal 172 zu einer beliebigen Stelle geführt werden, die in der Lage ist, ein Kühlfluid 126 z.B. über einen Zwischenkanal oder direkt von der Kammer 124 abzuzapfen. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Austrittsöffnung 174 für den Kühlkanal 160. In diesem Falle ist die Austrittsöffnung 174 dazu eingerichtet, mit einem Austrittskanal 172 in Fluidverbindung zu stehen, der mit einer Kammer 176 zwischen einem Brennkammergehäuse 112 und einer Düsenummantelung 150 des Verbrennungssystems in Fluidverbindung steht, die das Kühlfluid 122 führt. Wie in 2 gezeigt, kann die Kammer 176 mit der Kammer 120 in Fluidverbindung stehen, obwohl andere Leitungsmöglichkeiten für das Kühlfluid existieren können. Verständlicherweise stellt das Kühlfluid 126 aus dem Verdichterauslass einen relativ hohen Druck im Vergleich zu dem teilweise thermisch belasteten/verbrauchten Kühlfluid 122 aus der Kammer 120 zwischen der Strömungshülse 114 und dem Brennkammerflammrohr 110 bereit. Das Kühlfluid 126, das in den Eintritt 170 einströmt, weist folglich einen ausreichend hohen Druck auf, um durch den Kühlkanal 160 hindurchzutreten und aus der Austrittsöffnung 174 auszutreten, um sich mit dem Kühlfluid 122 niedrigeren Drucks zu verbinden. Während das Kühlfluid 126 durch den Kühlkanal 160 hindurchströmt, kühlt es die Brennkammerkappe 102, d.h. das Plattenelement 140, aber tritt nicht heraus in den Brennraum 108 hinein (wie in den herkömmlichen Typen von Brennkammerkappen mit Effusionslöchern). Das Kühlfluid, das aus der Austrittsöffnung 174 herausströmt, kann anschließend zur weiteren Kühlung und/oder Verbrennung verwendet werden.
Bezugnehmend auf die 4 und 5 enthält die Brennkammerkappe 102 in einer weiteren Ausführungsform eine Eintrittsöffnung 170 zu dem Kühlkanal 160, wie in der Ausführungsform der 2–3. D.h., die Eintrittsöffnung 170 ist dazu eingerichtet, mit einem Zuführkanal 172 in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid 126 aus einem Verdichterauslass eines Verdichters des Verbrennungssystems führt. Wiederum kann, obwohl in 3 eine spezielle Anordnung veranschaulicht ist, der Zuführkanal 172 zu jeder beliebigen Stelle geführt werden, die in der Lage ist, ein Kühlfluid 126 z.B. mittels eines Zwischenkanals oder direkt von der Kammer 124 abzuzapfen. Im Gegensatz zu 3, ist, wie in den 4–5 gezeigt, eine Austrittsöffnung 274 für den Kühlkanal 160 dazu eingerichtet, mit einem Austrittskanal 276 in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr 132 von zumindest einer der mehreren Düsen 130 des Verbrennungssystems führt. Wie am besten in 5 gezeigt, kann der Kanal 276 von der Austrittsöffnung 274 aus eine Vielzahl von Teilen enthalten. Der Kanal 276 kann beispielsweise von der Austrittsöffnung 274 aus einen linearen Abschnitt 277 enthalten, der mit einer ringartigen Leitung 278 in Fluidverbindung steht, die das Kühlfluid 126 in einer umlaufenden, gleichmäßig verteilten Weise in das Brennerrohr 132 liefert. Das Brennerrohr 132 kann jegliche notwendige (nicht nummerierte) Anschlüsse enthalten, um dem Kühlfluid 126 zu ermöglichen, darin einzuströmen. Obwohl der Kanal 276 in einer besonderen Anordnung beschrieben wurde, kann jede Art der Zuführung des Kühlfluids 126 aus der Austrittsöffnung 274 für das Brennerrohr 132 verwendet werden, z.B. ein direkter, einziger Kanal in das Brennerrohr 132 hinein. Verständlicherweise stellt das Kühlfluid 126 aus einem Verdichterauslass einen relativ hohen Druck im Vergleich zu demjenigen der Verbrennungsgase in dem Brennraum 108 und somit in den Brennerrohren 132 bereit. Das in den Eintritt 170 einströmende Kühlfluid 126 weist folglich einen ausreichend hohen Druck auf, um durch den Kühlkanal 160 hindurchzutreten und aus der Austrittsöffnung 274 auszutreten, um sich innerhalb der Brennerrohre 132 mit dem Verbrennungsfluid 182 geringeren Drucks, z.B. mit Luft, zu verbinden. Während das Kühlfluid 126 durch den Kühlkanal 160 hindurch strömt, kühlt es die Brennkammerkappe 102, d.h. das Plattenelement 140, aber tritt nicht heraus, in den Brennraum 108 hinein. Das Kühlfluid, das aus der Austrittsöffnung 274 herausströmt, wird anschließend zur Verbrennung mit dem Verbrennungsfluid 182 innerhalb des Brennerrohrs 132 und des Brennraums 108 verwendet.
Bezugnehmend auf die 6 und 7 kann die Brennkammerkappe 102 in einer weiteren Ausführungsform eine Eintrittsöffnung 270 zu dem Kühlkanal 160 enthalten. Hier ist die Eintrittsöffnung 270 dazu eingerichtet, mit einem Zuführkanal 272 in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid 122 aus einer Kammer 120 zwischen einer Strömungshülse 114 und dem Brennkammerflammrohr 110 des Verbrennungssystems führt. Der Zuführkanal 272 kann mit der Kammer 120 direkt strömungsmäßig verbunden sein oder mit einer Kammer, die mit einer Kammer, wie z.B. der Kammer 176 zwischen dem Gehäuse 112 und der Düsenummantelung 150, in Fluidverbindung steht. Hier ist, wie in der Ausführungsform der 4–5, die Austrittsöffnung 274 zu dem Kühlkanal 160 dazu eingerichtet, mit dem Kanal 276 in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu dem Brennerrohr 132 von zumindest einer der mehreren Düsen 130 des Verbindungssystems führt. Der Kanal 276 kann dem unter Bezugnahme auf die 4–5 beschriebenen im Wesentlichen ähnlich sein. Verständlicherweise stellt das Kühlfluid 122 aus dem Kanal 120 (6) einen relativ hohen Druck im Vergleich zu demjenigen der Verbrennungsgase 182 in dem Brennraum 108 und somit innerhalb der Brennerrohre 132 bereit. Das Kühlfluid 122, das in den Eintritt 270 einströmt, weist folglich einen ausreichend hohen Druck auf, um durch den Kühlkanal 160 hindurchzutreten und aus der Austrittsöffnung 274 auszutreten, um sich innerhalb der Brennerrohre 132 mit dem Verbrennungsfluid 182 geringeren Drucks zu verbinden. Wie unter Bezugnahme auf die 4–5 beschrieben ist, kann der Kanal 276 von der Austrittsöffnung aus mit einer ringartigen Leitung 278 fluidmäßig verbunden sein, um das Kühlfluid 122 in einer umlaufenden, gleichmäßig verteilten Weise in das Brennerrohr 132 zu liefern. Das Brennerrohr 132 kann jegliche notwendige (nicht nummerierte) Anschlüsse enthalten, um dem Kühlfluid 126 zu ermöglichen, darin einzutreten. Es sei erneut erwähnt, dass, obwohl die Kanäle 276 und 278 in einer besonderen Anordnung beschrieben wurden, jede Art der Zuführung des Kühlfluids 126 aus der Austrittsöffnung 274 für das Brennerrohr 132 verwendet werden kann.
7 veranschaulicht auch, wie eine Anzahl von Kühlkanälen 160A, 160B, die jeweils eine eigene Austritts- und Eintrittsöffnung aufweisen, innerhalb des Plattenelementes 140 verwendet werden kann. Es kann jede beliebige Anzahl von Kühlkanälen verwendet werden. In einer nicht gezeigten weiteren Alternative kann es möglich sein, einen einzigen Eintritt und zahlreiche Austritte vorzusehen, vorausgesetzt, dass ein hinreichender Kühlfluiddruck vorhanden ist, um dies zu tun. Auf diese Weise kann ein Kühlfluid von einer bestimmten Stelle aus eintreten und an mehr als einer anderen Stelle heraustreten, wodurch das Kühlfluid vielfältigen Stellen zugeführt wird.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen von Eintritts- und Austrittsöffnungen für den Kühlkanal 160 beschrieben wurden, ist jede Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung in einer rückwärtigen Stirnseite 148 (einer Seite des Brennkammerkappenraums 146) des Plattenelementes 140 innerhalb einer Düsenummantelung 150 des Verbrennungssystems angeordnet. Auf diese Weise strömt kein Kühlfluid 126, 122, das in den Kühlkanal 160 eintritt, direkt in den Brennraum 108 ein, wie in herkömmlichen Typen von Brennkammerplatten mit Effusionslöchern.
Jeder der vielfältigen Zuführkanäle, z.B. 172, 276, 278, usw., die hierin beschrieben sind, kann jede beliebigen bereits bekannte oder künftig entwickelte Rohrleitung oder Leitungen enthalten, die mit den notwendigen Kurven, Verbindungen, usw. hergestellt werden können und die in der Lage sind, der thermischen Umgebung des Verbrennungssystems 100 standzuhalten. In einem Beispiel können die Zuführkanäle Rohrleitungen aus rostfreiem Stahl enthalten; andere Materialien können jedoch ebenfalls anwendbar sein. Zusätzlich können beliebige bereits bekannte oder künftig entwickelte Dichtungen oder Verbinder für die verschiedenen Kanäle vorgesehen sein, um eine fluidmäßig abgedichtete Verbindung mit dem Plattenelement 140, dem Kanal durch die Düsenummantelung 150 oder anderen Komponenten, usw. zu ermöglichen.
Wie hierin beschrieben, ermöglichen Ausführungsformen der Offenbarung der Brennkammerkappe 102, gekühlt zu werden, ohne ein Kühlfluid in den Brennraum 108 einzuleiten, wodurch Emissionen verbessert werden. Abgesehen davon kann das verwendete Kühlfluid zur Verbrennung bei den Düsen 130 oder in anderen Kühlkanälen wiederverwendet werden. Der Kühlkanal 160 kann die Lebensdauer/Haltbarkeit der Brennkammerkappe 102 verlängern, indem er die Belastung durch Spannungserhöhungen reduziert. Da Effusionslöcher auf keiner der Stirnseiten 144, 148 des Plattenelementes 140 geschaffen sind, kann außerdem eine (lediglich in 7 gezeigte) Wärmeschutzbeschichtung (TBC) 190 auf das Plattenelement 140 aufgebracht werden, was zu einer beliebigen einer Vielfalt von verbesserten Wärmeeigenschaften, die durch TBCs geschaffen werden, führt, wie z.B., aber ohne auf diese beschränkt zu sein, zu einem Schutz des Plattenelementes 140 vor thermisch bedingten Belastungen und einer verbesserten Langlebigkeit von Teilen. Die Brennkammerkappe 102 kann so gefertigt werden, dass sie hinsichtlich der Außengestalt und Abmessungen im Wesentlichen gleich ist, so dass sie mit derzeitigen Verbrennungssystemen 100 kompatibel ist und deshalb für den Austausch derzeitiger Kappen verwendet werden kann.
Die vorstehend beschriebene Brennkammerkappe 102 kann unter Verwendung beliebiger bekannter oder künftig entwickelter Technologien, z.B. Zerspannung, Gießen, usw., gefertigt sein. In einer Ausführungsform ist jedoch eine additive Fertigung besonders geeignet. Wie hierin verwendet, kann additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) jeden beliebigen Prozess zur Erzeugung eines Gegenstands durch aufeinanderfolgende Schichtung von Material umfassen, anstatt ein Material zu entfernen, wie es der Fall in herkömmlichen Fertigungsprozessen ist. Additive Fertigung kann komplexe Geometrien ohne den Einsatz irgendeiner Art von Werkzeugen, Gießformen oder Haltevorrichtungen und mit wenig oder keinem Abfallmaterial erzeugen. Anstatt Komponenten aus massiven Metallblöcken zu zerspanen, von denen ein Großteil weggeschnitten und entsorgt wird, ist das einzige Material, das bei der additiven Fertigung verwendet wird, dasjenige, das zur Ausbildung des Teils erforderlich ist. Additive Fertigungsprozesse können enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt: 3D-Druck, schnelle Prototypenherstellung (RP), direkte digitale Fertigung (DDM), Selektives-Laser-Schmelzen (SLM) und Direktes-Metall-Laser-Schmelzen (DMLM). In derzeitigen Anordnungen hat sich DMLM als vorteilhaft erwiesen.
Um einen beispielhaften additiven Fertigungsprozess darzustellen, zeigt 8 eine schematische Ansicht/Blockansicht eines veranschaulichenden computergestützten additiven Fertigungssystems 900 zur Erzeugung eines Objektes 902. In diesem Beispiel ist das System 900 für DMLM eingerichtet. Es versteht sich, dass die allgemeinen Lehren der Offenbarung gleichsam für andere Formen additiver Fertigung anwendbar sind. Das Objekt 902 ist als ein doppelwandiges Turbinenelement dargestellt; es versteht sich jedoch, dass der additive Fertigungsprozess ohne Weiteres zur Fertigung einer Brennkammerkappe 102 (1–7) angepasst werden kann. Das AM-System 900 enthält allgemein ein Steuersystem 904 für computergestützte additive Fertigung (AM) und einen AM-Drucker 906. Das AM-System 900 führt, wie es beschrieben wird, einen Code 920 aus, der einen Satz von computerausführbaren Anweisungen enthält, die eine Brennkammerkappe definieren, um das Objekt unter Verwendung des AM-Druckers 906 zu erzeugen. Jeder AM-Prozess kann verschiedene Rohmaterialien verwenden, beispielsweise in Form eines feinkörnigen Pulvers, einer Flüssigkeit (z.B. von Polymeren), eines Blechs, usw., von denen ein Vorrat in einer Kammer 910 des AM-Druckers 906 aufbewahrt werden kann. Im vorliegenden Fall kann die Brennkammerkappe 102 aus jedem herkömmlichen Material für Brennkammerkappen hergestellt sein, wie z.B. aus Legierungen auf Nickelbasis oder aus anderen geeigneten Materialien für Anwendungen in Verbrennungssystemen. Wie veranschaulicht, kann eine Auftragsvorrichtung 912 eine dünne Schicht eines Rohmaterials 914 erzeugen, die als eine blanke Plane ausgebreitet wird, von der aus jede aufeinanderfolgende Schicht des endgültigen Objekts erzeugt wird. In anderen Fällen, z.B. wenn das Material ein Polymer ist, kann die Auftragsvorrichtung 912, wie durch den Code 920 definiert, die nächste Schicht auf eine vorherige Schicht direkt aufbringen oder drucken. In dem gezeigten Beispiel schmilzt ein Laser- oder Elektronenstrahl 916 Partikel für jede Schicht, wie durch den Code 920 definiert. Verschiedene Teile des AM-Druckers 906 können sich bewegen, um das Hinzufügen jeder neuen Schicht zu ermöglichen, z.B. kann sich eine Aufbauplattform 918 senken, und/oder die Kammer 910 und/oder die Auftragsvorrichtung 912 können/können nach jeder Schicht ansteigen.
Ein AM-Steuersystem 904 ist auf einem Computer 930 als ein Computerprogrammcode gezeigt. In dieser Hinsicht ist der Computer 930 gezeigt, wie er einen Speicher 932, einen Prozessor 934, eine Eingabe-/Ausgabe (I/O)-Schnittstelle 936 und einen Bus 938 enthält. Der Computer 932 ist ferner in Verbindung mit einer externen I/O-Vorrichtung/-Ressource 940 und einem Speichersystem 942 gezeigt. Im Allgemeinen führt der Prozessor 934 unter Anweisungen aus dem Codes 920, der für die hierin beschriebene Brennkammerkappe 102 (1–7) repräsentativ ist, einen Computerprogrammcode aus, wie z.B. das AM-Steuersystem 904, das in dem Speicher 932 und/oder dem Speichersystem 942 gespeichert ist. Während der Ausführung des Computerprogrammcodes kann der Prozessor 934 Daten aus dem Speicher 932, dem Speichersystem 942, der I/O-Vorrichtung 940 und/oder dem AM-Drucker 906 lesen und/oder in diese schreiben. Der Bus 938 schafft eine Kommunikationsverbindung zwischen jeder der Komponenten in dem Computer 930, und die I/O-Vorrichtung 940 kann jede beliebige Vorrichtung (z.B. eine Tastatur, eine Zeigervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, usw.) aufweisen, die einem Bediener ermöglicht, mit dem Computer 940 zu interagieren. Der Computer 930 ist lediglich repräsentativ für vielfältige Kombinationen aus Hardware und Software. Der Prozessor 934 kann z.B. eine einzige Verarbeitungseinheit aufweisen oder kann über eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten an einem oder mehreren Orten, z.B. auf einem Client und Server, verteilt sein. In ähnlicher Weise können der Speicher 932 und/oder das Speichersystem 942 an einem oder an mehreren physikalischen Orten angeordnet sein. Der Speicher 932 und/oder das Speichersystem 942 können jede beliebige Kombination aus vielfältigen Typen von nicht transitorischen computerlesbaren Speichermedien aufweisen, einschließlich magnetischer Medien, optischer Medien, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), usw. Der Computer 930 kann jeden Typ von Rechenvorrichtung aufweisen, wie z.B. einen Netzwerkserver, einen Desktopcomputer, einen Laptop, ein Handgerät, ein Mobilfunktelefon, ein Rufgerät, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), usw.
Additive Fertigungsprozesse beginnen mit einem nicht transitorischen computerlesbaren Speichermedium (z.B. dem Speicher 932, dem Speichersystem 942, usw.), das den Code 920 speichert, der für die Brennkammerkappe 102 repräsentativ ist. Wie erwähnt, enthält der Code 920 einen Satz computerlesbarer Anweisungen, die eine Brennkammerkappe definieren und verwendet werden können, um bei der Ausführung des Codes durch das System 900 die Spitze physisch zu erzeugen. Der Code 920 kann beispielsweise ein präzise definiertes 3D-Modell einer Brennkammerkappe enthalten und kann von einem beliebigen von in großer Vielfalt vorhandenen bekannten computergestützten Konstruktions (CAD)-Softwaresystemen, wie z.B. AutoCAD^®, TurboCAD^®, DesignCAD 3D Max, usw., erzeugt sein. In dieser Hinsicht kann der Code 920 jedes beliebige bereits bekannten oder künftig entwickelte Dateiformat einnehmen. Der Code 920 kann z.B. in der Standard Tessellation Language (STL) vorliegen, welche für Stereolithographie-CAD-Programme von 3D-Systemen kreiert wurde, oder als Additive Manufacturing File (AMF), der ein Standard der American Society of Mechanical Engineers (ASME) ist, der ein auf dem Extensible Markup Language (XML) basierender Format ist, der entworfen wurde, um jeder CAD-Software zu ermöglichen, die Gestalt und Zusammensetzung jedes dreidimensionalen Objekts zu beschreiben, das auf irgendeinem AM-Drucker gefertigt werden soll. Der Code 920 kann wie erforderlich zwischen mehreren verschiedenen Formaten übersetzt werden, in einen Satz von Datensignalen umgewandelt und übertragen werden, als ein Satz von Datensignalen empfangen und in einen Code umgewandelt werden, gespeichert werden, usw. Der Code 920 kann eine Eingabe zu dem System 900 sein und kann von einem Teileentwickler, einem Dienstleister für geistiges Eigentum, einer Designfirma, dem Bediener oder Besitzer des Systems 900 oder aus anderen Quellen stammen. In jedem Falle führt das AM-Steuersystem 904 den Code 920 aus, wobei es die Brennkammerkappe 102 (1–7) in eine Reihe von dünnen Schnitten unterteilt, die es unter Verwendung des AM-Druckers 906 in aufeinanderfolgenden Schichten einer Flüssigkeit, eines Pulvers, eines Blatt- oder anderen Materials zusammensetzt. In dem DMLM-Beispiel wird jede Schicht auf die exakte Geometrie geschmolzen, die durch den Code 920 definiert ist, und mit der vorherigen Schicht verschmolzen. Die Brennkammerkappe kann anschließend beliebigen vielfältigen Fertigbearbeitungsprozessen, z.B. einer geringfügigen maschinellen Bearbeitung, Abdichten, Polieren, usw, ausgesetzt werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen, und soll nicht die Offenbarung einschränken. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen mit einschließen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe ”weist auf” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen der angegebenen Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder Schritte-plus-Funktion-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede(s) beliebige Struktur, Material oder Handlung zum Durchführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie ausdrücklich beansprucht, beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung erfolgte zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung, soll aber nicht erschöpfend oder auf die Offenbarung in der dargestellten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Änderungen werden für den Fachmann ohne Abweichung von dem Schutzumfang und Gedanken der Offenbarung ersichtlich sein. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um am besten die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung zu erläutern und um anderen Fachleuten das Verständnis der Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen für den in Betracht gezogenen Einsatz geeigneten Modifikationen zu ermöglichen.
Es ist eine Brennkammerkappe für einen Brennraum eines Verbrennungssystems geschaffen. Die Brennkammerkappe weist ein Plattenelement auf, das enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems; einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelementes.
Bezugszeichenliste

100: Verbrennungssystem
102: Brennkammerkappe
104: Brennkammeranordnung
106: Quelle
108: Brennraum
110: Brennkammerflammrohr
112: Gehäuse
114: Strömungshülse
120: Kammer
122: Kühlfluid
124: Kammer
126: Kühlfluid
128: Aufprallhülse des Übergangsstücks
130: Brennstoffdüse(n)
132: Brennerrohr
140: Plattenelement
142: Öffnung
144: Brennkammerseitige Stirnseite
146: Brennkammerkappenraum
148: Rückwärtige Stirnseite
150: Düsenummantelung
152: Ablenkplattenelement
160: Kühlkanal
166: Abschnitt
168: Abschnitt
170: Eintrittsöffnung
172: Zuführkanal
174: Austrittsöffnung
176: Kammer
182: Verbrennungsgase
182: Verbrennungsfluid mit geringerem Druck
270: Eintrittsöffnung
272: Zuführkanal
274: Austrittsöffnung
276: Austrittskanal
277: linearer Abschnitt
278: ringartige Leitung
900: computergestütztes additives Fertigungssystem
902: Objekt
904: Steuersystem eines computergestützten additiven Fertigungs(AM)-Systems
906: AM-Drucker
910: Kammer
912: Auftragsvorrichtung
914: Rohmaterial
916: Elektronenstrahl
918: Aufbauplattform
920: Code
930: Computer
932: Speicher
934: Prozessor
936: Eingabe-/Ausgabe(I/O)-Schnittstelle
938: Bus
940: externe Eingabe-/Ausgabe(I/O)-Vorrichtung/Ressource
942: Speichersystem

Claims

Brennkammerkappe für einen Brennraum eines Verbrennungssystems, wobei die Brennkammerkappe aufweist: ein Plattenelement, das enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems; einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelementes.
Brennkammerkappe gemäß Anspruch 1, wobei die Eintrittsöffnung dazu eingerichtet ist, mit einem Zuführkanal in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid aus einem Verdichterauslass eines Verdichters des Verbrennungssystems führt.
Brennkammerkappe gemäß Anspruch 2, wobei die Austrittsöffnung dazu eingerichtet ist, mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einer Kammer zwischen einem Brennkammergehäuse und einer Düsenummantelung des Verbrennungssystems führt; und/oder wobei die Austrittsöffnung dazu eingerichtet ist, mit einem Austrittskanal in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr von zumindest einer der mehreren Düsen des Verbrennungssystems führt.
Brennkammerkappe gemäß Anspruch 1, wobei die Eintrittsöffnung dazu eingerichtet ist, mit einem Zuführkanal in Fluidverbindung zu stehen, der ein Kühlfluid aus einer Kammer zwischen einer Strömungshülse und einem Brennkammerflammrohr des Verbrennungssystems führt; wobei die Austrittsöffnung außerdem dazu eingerichtet sein kann, mit einem Kanal in Fluidverbindung zu stehen, der das Kühlfluid zu einem Brennerrohr von zumindest einer der mehreren Düsen des Verbrennungssystems führt.
Brennkammerkappe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei jede von der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung in einer Stirnseite des Plattenelementes innerhalb einer Düsenummantelung des Verbrennungssystems positioniert ist.
Brennkammerkappe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Kühlkanal durch die Ebene des Plattenelementes erstreckt, um zwischen den mehreren Öffnungen zu verlaufen.
Brennkammerkappe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kühlkanal zumindest einen Abschnitt enthält, der sich durch die Ebene des Plattenelementes in einer im Wesentlichen serpentinenartigen Weise erstreckt; und/oder wobei der Kühlkanal mehrere Kühlkanäle enthält, wobei jeder Kühlkanal eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für den jeweiligen Kühlkanal enthält.
Brennkammerkappe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, die ferner eine Wärmeschutzbeschichtung auf dem Plattenelement aufweist.
Verbrennungssystem, das aufweist: ein Brennkammergehäuse; eine Strömungshülse innerhalb des Gehäuses, die ein Brennkammerflammrohr umgibt, das einen Brennraum definiert; mehrere Brennstoffdüsen zur Zuführung eines Brennstoff-Luft-Gemisches zu dem Brennkammerflammrohr; und eine Brennkammerkappe für das Brennkammerflammrohr, wobei die Brennkammerkappe ein Plattenelement aufweist, wobei das Plattenelement enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme der mehreren Brennstoffdüsen, einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelementes.
Nicht transitorisches computerlesbares Speichermedium, das einen Code speichert, der für eine Brennkammerkappe für ein Verbrennungssystem repräsentativ ist, wobei die Brennkammerkappe bei einer Ausführung des Codes durch ein computergestütztes additives Fertigungssystem physisch erzeugt wird, wobei der Code aufweist: einen Code, der für die Brennkammerkappe repräsentativ ist, wobei die Brennkammerkappe enthält: ein Plattenelement, das enthält: mehrere Öffnungen zur Aufnahme mehrerer Brennstoffdüsen des Verbrennungssystems; einen Kühlkanal, der sich durch eine Ebene des Plattenelementes erstreckt; eine Eintrittsöffnung zu dem Kühlkanal; und eine Austrittsöffnung aus dem Kühlkanal zu einer zu dem Brennraum entgegengesetzten Seite des Plattenelementes.