DE102017112816A1

DE102017112816A1 - Effusionsplattenanordnung einer Brennkammer

Info

Publication number: DE102017112816A1
Application number: DE102017112816.6A
Authority: DE
Inventors: Arjun Singh; Niranjana Giriyapura Thontadharya; Scott Robert Simmons
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2017-12-14
Also published as: US20170356652A1; CN208418806U

Abstract

Die vorliegende Anmeldung stellt eine Brennkammer (100) für eine Gasturbine (10) bereit. Die Brennkammer (100) kann eine Anzahl von Brennstoffdüsen (120) und eine Effusionsplattenanordnung (130) enthalten, die um die Brennstoffdüsen (120) herum positioniert ist. Die Effusionsplattenanordnung (130) kann eine kalte Platte (140), eine heiße Platte (170) und eine Anzahl von sich dazwischen erstreckenden drallerzeugenden Strukturen (185) enthalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent betreffen allgemein Gasturbinen und betreffen insbesondere eine Effusionsplattenanordnung für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer verbesserten Kühlströmung für eine insgesamt erhöhte Komponentenlebensdauer und -zuverlässigkeit.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der Betriebswirkungsgrad und die gesamte Ausgangsleistung einer Gasturbine erhöhen sich im Allgemeinen, wenn die Temperatur des heißen Verbrennungsgastroms steigt. Höhere Verbrennungsgasstromtemperaturen können jedoch größere Mengen an Stickoxiden („NOx“) und anderen Arten von limitierten Emissionen erzeugen. Somit liegt ein Balanceakt zwischen den Vorteilen eines Betriebs der Gasturbine in einem effizienten Hochtemperaturbereich und ferner auch einer gleichzeitigen Sicherstellung, dass die Ausgabe von Stickoxiden und anderen Arten limitierter Emissionen unterhalb vorgeschriebener Niveaus bleiben, vor.
Verschiedene Bauarten bekannter Gasturbinenkonstruktionen, wie beispielsweise diejenigen, die Dry-Low-NOx-Brennkammern („DLN“-Brennkammern, magerbetriebene Brennkammern mit niedrigem NOx-Ausstoß) verwenden, mischen im Allgemeinen die Brennstoffströmung und die Luftströmung vor, um Spitzenflammentemperaturen und somit die gesamten NOx-Emissionen zu reduzieren. DLN-Verbrennungssysteme verwenden Kraftstoffzufuhrsysteme, die gewöhnlich Vormischbrennkammern mit mehreren Düsen verwenden. DLN-Brennkammerkonstruktionen nutzen eine mager vorgemischte Verbrennung, um niedrige NOx-Emissionen zu erreichen, ohne Verdünnungsmittel, wie beispielsweise Wasser oder Dampf, zu verwenden. Eine mager vorgemischte Verbrennung umfasst eine Vorvermischung des Brennstoffs und der Luft stromaufwärts der Brennkammerflammenzone und einen Betrieb in der Nähe der mageren Entflammbarkeitsgrenze des Brennstoffs, um Spitzenflammentemperaturen und NOx-Erzeugung gering zu halten.
Selbst bei reduzierten Spitzenflammentemperaturen sind die Komponenten entlang des Heißgaspfades der Brennkammer hohen Temperaturen und ansonsten insgesamt rauen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Zum Beispiel erfahren Effusionsplatten von Brennkammern, die an einem Brennraum verwendet werden, im Laufe der Zeit häufig eine Beschädigung, wie beispielsweise Risse oder Brüche, aufgrund der Verbrennungsbedingungen. Insbesondere können Wärmegradienten und Schwingungen infolge von Verbrennungstönen und dergleichen derartige Risse an der Effusionsplatte und andere Arten von Beschädigungen fördern. Die Zeit und Kosten im Zusammenhang mit einer Reparatur dieser Effusionsplatten können beträchtlich sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen somit eine Brennkammer für eine Gasturbine bereit. Die Brennkammer kann eine Anzahl von Brennstoffdüsen und eine Effusionsplattenanordnung enthalten, die an den Brennstoffdüsen positioniert ist. Die Effusionsplattenanordnung kann eine kalte Platte, eine heiße Platte und eine Anzahl von sich dazwischen erstreckenden drallerzeugenden Strukturen enthalten.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die kalte Platte mehrere Brennstoffdüsenöffnungen der kalten Platte aufweist.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die kalte Platte mehrere Kühlluftlöcher der kalten Platte aufweist.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die heiße Platte mehrere Brennstoffdüsenöffnungen der heißen Platte aufweist.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die heiße Platte mehrere Effusionslöcher der heißen Platte aufweist.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren Effusionslöcher der heißen Platte eine elliptische Gestalt oder eine kreisförmige Gestalt ausweisen.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren drallerzeugenden Strukturen an der heißen Platte angebracht sind und sich in Richtung der kalten Platte erstrecken.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren drallerzeugenden Strukturen mehrere Rippen aufweisen.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren Rippen eine konische Gestalt aufweisen.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren Rippen eine Basis, die an der heißen Platte angebracht ist, und eine Spitze aufweisen, die sich in Richtung der kalten Platte erstreckt.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die heiße Platte mehrere Effusionslöcher aufweist, die jede der mehreren Rippen umgeben.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren drallerzeugenden Strukturen mehrere halbkreisförmige Strukturen aufweisen.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die heiße Platte eine Wärmeschutzbeschichtung auf ihr aufweist.
Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Effusionsplattenanordnung bereit. Das Verfahren kann die Schritte des Bildens einer kalten Platte mit einer Anzahl von Kühlluftlöchern der kalten Platte und Bildens einer heißen Platte mit einer Anzahl von drallerzeugenden Strukturen, die sich in Richtung der Kühlluftlöcher der kalten Platte erstrecken, und einer Anzahl von Effusionslöchern enthalten. Die Bildungsschritte können einen additiven Fertigungsprozess verwenden. Der Schritt des Bildens einer Anzahl von Effusionslöchern kann ein Bilden einer Anzahl von elliptischen Effusionslöchern enthalten.
In jeder beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass der Schritt des Bildens mehrerer Effusionslöcher ein Bilden mehrerer elliptischer Effusionslöcher aufweist.
Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen ferner eine Brennkammer für eine Gasturbine bereit. Die Brennkammer kann eine Anzahl von Brennstoffdüsen und eine Effusionsplattenanordnung enthalten, die um die Brennstoffdüsen herum positioniert ist. Die Effusionsplattenanordnung kann eine kalte Platte, eine heiße Platte mit einer Anzahl von Effusionslöchern der heißen Platte und eine Anzahl von Rippen enthalten, die sich dazwischen erstrecken.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die kalte Platte mehrere Brennstoffdüsenöffnungen der kalten Platte und mehrere Kühlluftlöcher der kalten Platte aufweist.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die heiße Platte mehrere Brennstoffdüsenöffnungen der heißen Platte aufweist.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren Rippen eine konische Gestalt aufweisen.
In jeder beliebigen Ausführungsform der Brennkammer kann es vorteilhaft sein, dass die mehreren Effusionslöcher jede der mehreren Rippen umgeben.
Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patentes werden für Fachleute auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenkundig.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbine unter Veranschaulichung eines Verdichters, einer Brennkammer, einer Turbine und einer Last.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten Brennkammer mit einer Effusionsplatte.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Effusionsplatte nach 2.
4 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Brennkammer mit einer Brennstoffdüse und einer Effusionsplattenanordnung, wie sie hierin beschrieben sein kann.
5 zeigt eine Perspektivansicht eines Quadranten der Effusionsplattenanordnung nach 4.
6 zeigt eine Draufsicht von oben auf eine kalte Platte der Effusionsplattenanordnung nach 4.
7 zeigt eine Draufsicht von oben auf eine heiße Platte der Effusionsplattenanordnung nach 4.
8 zeigt eine quergeschnittene Teilansicht der Effusionsplattenanordnung nach 4.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Effusionslochs, das bei der Effusionsplattenanordnung verwendet werden kann.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Effusionslochs, das bei der Effusionsplattenanordnung verwendet werden kann.
11 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Effusionsplattenanordnung, wie sie hierhin beschrieben sein kann.
12 zeigt eine weitere perspektivische Teilansicht der Effusionsplattenanordnung nach 11.
13 zeigt eine ebene Teilansicht einer heißen Platte der Effusionsplattenanordnung nach 11.
14 zeigt ebene Teilansicht der heißen Platte der Effusionsplattenanordnung nach 11.
15 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Effusionsplattenanordnung, wie sie hierin beschrieben sein kann.
16 zeigt eine Schnittansicht einer Rippe einer heißen Platte der Effusionsplattenanordnung nach 15.
17 zeigt eine ebene Ansicht einer Rippe einer heißen Platte der Effusionsplattenanordnung nach 15.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente überall in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, zeigt 1 eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet eine ankommende Luftströmung 20. Der Verdichter 15 liefert die verdichtete Luftströmung 20 zu einer Brennkammer 25. Die Brennkammer 25 vermischt die verdichtete Luftströmung 20 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung 30 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 35 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 25 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine 10 eine beliebige Anzahl der Brennkammern 25 enthalten, die in einer kreisförmigen Anordnung oder anders angeordnet sind. Die Strömung der Verbrennungsgase 35 wird wiederrum zu einer Turbine 40 geliefert. Die Strömung der Verbrennungsgase 35 treibt die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 40 verrichtete mechanische Arbeit treibt den Verdichter 15 über eine Welle 45 und eine externe Last 50, wie beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen, an.
Die Gasturbine 10 kann Erdgas, flüssige Brennstoffe, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen und deren Gemischen verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige von einer Anzahl verschiedener Gasturbinen sein, die von der General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, einschließlich denjenigen einer 7er oder einer 9er Reihe von Hochleistungsgasturbinen und dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Gasturbine 10 kann verschiedene Konfigurationen haben und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Es können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können auch mehrere Gasturbinen, andere Turbinenbauarten und andere Arten der Energieerzeugungsausrüstung gemeinsam hierin verwendet werden.
2 zeigt ein Beispiel für die Brennkammer 25, die bei der Gasturbine 10 und dergleichen verwendet werden kann. Allgemein beschrieben, kann die Brennkammer 25 eine Endabdeckung 55 und eine Brennkammerkappenanordnung 60 an einem stromaufwärtigen Ende oder einem Kopfende 65 von dieser enthalten. Die Endabdeckung 55 und die Brennkammerkappenanordnung 60 können wenigstens teilweise eine Anzahl von Brennstoffdüsen 70 darin halten. Es kann eine beliebige Anzahl oder eine beliebige Bauart der Brennstoffdüsen 70 hierin verwendet werden.
Die Brennkammer 25 kann eine Brennkammerauskleidung 72 enthalten, die im Innern einer Strömungshülse 74 angeordnet ist. Die Anordnung der Auskleidung 72 und der Strömungshülse 74 kann im Wesentlichen konzentrisch sein, um so einen ringförmigen Strömungspfad 76 dazwischen zu definieren. Die Strömungshülse 74 kann eine Anzahl von Strömungshülseneinlässen 78 enthalten, die sich durch diese hindurch erstrecken. Der Strömungshülseneinlass 78 kann einen Pfad für wenigstens einen Teil der Luftströmung 20 aus dem Verdichter 15 oder anderswo bereitstellen. Die Brennkammerauskleidung 72 kann einen Brennraum 80 für die Verbrennung der Luftströmung 20 und der Brennstoffströmung 30 stromabwärts der Brennstoffdüsen 70 definieren. Das hintere Ende der Brennkammer kann ein Übergangsstück 85 enthalten. Das Übergangsstück 85 kann benachbart zu der Turbine 40 positioniert sein, um so die Strömung der Verbrennungsgase 35 zu dieser zu leiten.
Wie in 3 veranschaulicht, kann die Brennkammerkappenanordnung 60 eine Effusionsplatte 90 enthalten. Die Effusionsplatte 90 kann an einem stromaufwärtigen Ende des Brennraums 80 und um ein stromabwärtiges Ende der Brennstoffdüsen 70 herum positioniert sein. Die Effusionsplatte 90 kann eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt aufweisen. Die Effusionsplatte 90 kann eine Anzahl von Brennstoffdüsenöffnungen 92 enthalten, damit sich die Brennstoffdüsen 70 durch diese hindurch erstrecken können. Es kann eine beliebige Anzahl der Brennstoffdüsenöffnungen 92 hierin verwendet werden. Die Effusionsplatte 90 kann auch eine Anzahl von Effusionskühllöchern 94 enthalten. Es kann eine beliebige Anzahl der Effusionskühllöcher 94 in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. Die Effusionskühllöcher 94 ermöglichen eine Effusionskühlung während der Verbrennung des Brennstoffs und der Luft in dem benachbarten Brennraum 80. Die Effusionsplatte 90 kann somit als eine Strahlungsabschirmung für die Brennkammerkappenanordnung 60 dienen. Die Brennkammer 25 und die Brennkammerkomponenten, die hierin beschrieben sind, dienen lediglich beispielhaften Zwecken. Es können viele andere Bauarten von Brennkammern und Brennkammerkomponenten bekannt sein.
4–8 zeigen Beispiele für einen Abschnitt einer Brennkammer 100, wie sie hierin beschrieben sein kann. Insbesondere sind Abschnitte einer Brennkammerkappenanordnung 110 veranschaulicht. Die Brennkammerkappenanordnung 110 kann eine Anzahl von Brennstoffdüsen 120 enthalten. Es können eine beliebige Anzahl und Bauart der Brennstoffdüsen 120 in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden.
Die Brennkammerkappenanordnung 110 kann ferner eine Effusionsplattenanordnung 130 enthalten. Insbesondere sind Quadranten der Effusionsplattenanordnung 130 in den 5–7 veranschaulicht. Die Effusionsplattenanordnung 130 kann eine kalte Platte 140 enthalten, die an einem stromaufwärtigen oder kalten Ende von dieser positioniert ist. Die kalte Platte 140 kann eine Anzahl von Brennstoffdüsenöffnungen 150 der kalten Platte enthalten, die sich durch diese hindurch erstrecken. Es kann eine beliebige Anzahl der Brennstoffdüsenöffnungen 150 der kalten Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. Die kalte Platte 140 kann ferner eine Anzahl von Kühlluftlöchern 160 der kalten Platte enthalten, die sich durch diese hindurch erstrecken. Es kann eine beliebige Anzahl der Kühlluftlöcher 160 in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden.
Die Effusionsplattenanordnung 130 kann ferner eine Effusionsplatte oder eine heiße Platte 170 enthalten. Die heiße Platte 170 kann stromabwärts der kalten Platte 140 und von dieser beabstandet an einem stromabwärtigen oder heißen Ende von dieser, das den heißen Verbrennungsgasen 35 zugewandt ist, positioniert sein. Die heiße Platte 170 kann eine beliebige Anzahl von Brennstoffdüsenöffnungen 170 der heißen Platte, die sich durch diese hindurch erstrecken, enthalten. Es kann eine beliebige Anzahl der Brennstoffdüsenöffnungen 170 der heißen Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierhin verwendet werden.
Die heiße Platte 170 kann ferner eine Anzahl von drallerzeugenden Strukturen 185 enthalten. In diesem Beispiel können die drallerzeugenden Strukturen 185 eine Anzahl von Rippen 190 der heißen Platte enthalten. Die Rippen 190 der heißen Platte können eine im Wesentlichen konische Gestalt 200 haben. Es kann eine beliebige Anzahl der Rippen 190 der heißen Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. In diesem Beispiel können die Rippen 190 der heißen Platte eine Basis 210, die sich von der heißen Platte 170 aus erstreckt, und eine Spitze 220 enthalten, die sich in Richtung der Kühlluftlöcher 160 der kalten Platte erstreckt. Es können andere geeignete Formen, Größen und Konfigurationen hierin verwendet werden. Es können hierin Rippen 190 der heißen Platte mit unterschiedlichen Größen, Formen und Konfigurationen gemeinsam auf derselben heißen Platte 170 verwendet werden. Die heiße Platte 170 kann ferner eine Anzahl von Effusionslöchern 230 der heißen Platte enthalten, die sich durch diese hindurch erstrecken. Es kann eine beliebige Anzahl der Effusionslöcher 230 der heißen Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. Eine Anzahl der Effusionslöcher 230 der heißen Platte kann jede der Rippen 190 der heißen Platte umgeben. Es können auch andere Positionen hierin verwendet werden. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
Wie in 8 veranschaulicht, kann die Luftströmung 20 in Richtung der Effusionsplattenanordnung 130 strömen. Die Luftströmung 20 kann durch die Kühlluftlöcher 160 der kalten Platte hindurchtreten, um die Rippen 190 der heißen Platte herumwirbeln und durch die Effusionslöcher 230 der heißen Platte strömen, um so für eine Effusionskühlung an der heißen Platte 170 und den umgebenden Komponenten zu sorgen. Die Verwendung der Rippen 190 der heißen Platte erhöht den gesamten Kühloberflächenbereich an dem kaltseitigen Ende und erhöht die strukturelle Steifigkeit für die gesamte Effusionsplattenanordnung 130. Die Kühlluftlöcher 160 der kalten Platte erzeugen einen Kühlluftfilm. Ebenso erhöhen sekundäre Strömungen um die Rippen 190 der heißen Platte herum die gesamte Kühleffektivität. Speziell erhöhen die Rippen 190 der heißen Platte die Effektivität der Konduktionskühlung. Eine verstärkte Kühlung kann somit eine erhöhte gesamte Lebensdauer von Komponenten ergeben.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Effusionslochs 250, das bei der Effusionsplattenanordnung 130 oder anderswo verwendet werden kann. Wenn es hergestellt wird, weist das Effusionsloch 250 im Wesentlichen eine weitgehend kreisförmige Gestalt 260 auf. Im Laufe der Zeit und über die Nutzung hinweg kann sich jedoch das Effusionsloch 250 zu einer im Wesentlichen elliptischen Gestalt 270 verformen. Diese Verformung zu der elliptischen Gestalt 270 kann die Bildung von Rissen 280 und dergleichen an ihren Enden mit den kleineren Radien fördern.
10 zeigt somit eine weitere Ausführungsform eines Effusionslochs 290, wie es hierin verwendet werden kann. Das Effusionsloch 290 kann mit einer im Wesentlichen elliptischen Gestalt 300 hergestellt sein. Im Laufe der Zeit und über die Nutzung hinweg kann sich die elliptische Gestalt 300 zu einer im Wesentlichen kreisförmigen Gestalt 310 verformen. Die kreisförmige Gestalt 310 kann angesichts der größeren und im Wesentlichen gleichförmigen Radien der Bildung von Rissen wiederstehen. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
11–14 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Effusionsplattenanordnung 320, wie sie hierin beschrieben sein kann. Die Effusionsplattenanordnung 320 kann eine kalte Platte 330 an dem stromaufwärtigen oder dem kalten Ende von ihr enthalten. Die kalte Platte 330 kann eine beliebige Anzahl von (nicht veranschaulichten) Brennstoffdüsenöffnungen der kalten Platte enthalten. Die kalte Platte 330 kann ferner eine Anzahl von Kühlluftlöchern 340 der kalten Platte enthalten. Es kann eine beliebige Anzahl der Kühlluftlöcher 340 der kalten Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden.
Die Effusionsplattenanordnung 320 kann ferner eine heiße Platte 350 an dem stromabwärtigen oder dem heißen Ende von ihr enthalten. Die heiße Platte 350 kann eine beliebige Anzahl von (nicht veranschaulichten) Brennstoffdüsenöffnungen der heißen Platte enthalten. Die heiße Platte 350 kann eine Anzahl von Effusionslöchern 360 der heißen Platte enthalten. Es kann eine beliebige Anzahl der Effusionslöcher 360 der heißen Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. Die Effusionslöcher 360 der heißen Platte können eine gerundete Gestalt 370 im Ganzen oder zum Teil haben. Jedes der Effusionslöcher 360 der heißen Platte kann von einer oder mehreren drallerzeugenden Strukturen 380 umgeben sein. In diesem Beispiel können die drallerzeugenden Strukturen 380 eine Anzahl von halbkreisförmigen Strukturen 390 enthalten, die um die Effusionslöcher 360 der heißen Platte herum positioniert sind und zu diesen führen. Die Effusionslöcher 360 der heißen Platte mit der gerundeten Gestalt 370 und den halbkreisförmigen Strukturen 390 können eine Drallströmung 400 unterstützen, die durch die Effusionslöcher 360 der heißen Platte hindurchtritt.
Im Einsatz tritt die Kühlluft 20 in die Effusionsplattenanordnung 320 über die kalte Platten – Kühlluftlöcher 340 der kalten Platte 330 ein. Die Kühlluftströmung prallt somit auf die Rückseite der heißen Platte 350 auf. Nachdem die Kühlluft auf die Rückseite der heißen Platte 350 auftrifft, tritt die Luftströmung in die drallerzeugenden Strukturen 380 ein, um so die heiße Platte 350 zu kühlen und darin einen Drall 400 zu entwickeln. Die Kühlluft entwickelt einen derartigen Drall 400, dass sie auf der stromabwärtigen Seite der heißen Platte 350 einen Film erzeugt, nachdem sie aus den Effusionslöchern 360 der heißen Platte austritt, um so eine verbesserte Kühlung zu erzielen. Die Effusionslöcher 360 der heißen Platte können die abgerundete Gestaltung 370 an ihrem Auslass haben, um so die Entwicklung eines Dralls darin weiter zu fördern. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
Die Effusionsplattenanordnung 320 und insbesondere die drallerzeugenden Strukturen 380 können in einem direkten Metall-Laser-Schmelz(„DMLM“, Direct Laser Melting)-Fertigungsprozess erzeugt werden. Ein derartiger DMLM-Fertigungsprozess oder andere Arten additiver oder dreidimensionaler Druckprozesse bieten die Möglichkeit, komplizierte dreidimensionale Merkmale darin zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Gestalt der drallerzeugenden Strukturen 380 für die verbesserte Drallströmung darin sorgen. Es kann auch eine Wärmeschutzbeschichtung und dergleichen auf die heiße Platte 350 aufgebracht werden. Jede Überspritzung, die durch die Effusionslöcher 360 der heißen Platte hindurchtritt, kann somit auf die kalte Platte 330 aufgebracht werden. Die Effusionslöcher 360 der heißen Platte sind hinreichend groß, um dem Sprühstrahl zu ermöglichen, ohne Verstopfung durch diese hindurch zu strömen. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
15–17 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Effusionsplattenanordnung 410, wie sie hierin beschrieben sein kann. Die Effusionsplattenanordnung 410 kann eine kalte Platte 420 an ihrem stromaufwärtigen oder kalten Ende enthalten. Die kalte Platte 420 kann eine beliebige Anzahl von Brennstoffdüsenöffnungen 430 der kalten Platte enthalten. Die kalte Platte 420 kann ferner eine Anzahl von Kühlluftlöchern 440 der kalten Platte enthalten. Es kann eine beliebige Anzahl der Kühlluftlöcher 440 der kalten Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden.
Die Effusionsplattenanordnung 410 kann ferner eine heiße Platte 450 an dem stromabwärtigen oder dem heißen Ende von ihr enthalten. Die heiße Platte 450 kann eine beliebige Anzahl von Brennstoffdüsenöffnungen 460 der heißen Platte enthalten. Die heiße Platte 450 kann ferner eine beliebige Anzahl von drallerzeugenden Strukturen 470 enthalten. In diesem Beispiel können die drallerzeugenden Strukturen 470 eine Anzahl von Rippen 480 der heißen Platte enthalten. Die Rippen 480 der heißen Platte können zu den Kühlluftlöchern 440 der kalten Platte versetzt sein. Die Rippen 480 der heißen Platte können eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt 490 haben und können sich von der heißen Platte 450 bis zu der kalten Platte 420 erstrecken. Die Rippen 480 der heißen Platte können auch eine im Wesentlichen hohle Gestalt mit einem oder mehreren Kühllufteintrittslöchern 500, die zu einem zentralen Luftkanal 510 führen, und einem Effusionsloch 520 aufweisen. Das Effusionsloch 520 kann eine abgeschrägte Gestalt 530 auf der heißen Seite von ihm haben. Es kann eine beliebige Anzahl der Rippen 480 der heißen Platte in einer beliebigen geeigneten Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. Es können andere geeignete Formen, Größen und Konfigurationen hierin verwendet werden. Es können Rippen 480 der heißen Platte mit verschiedenen Größen, Formen und Konfigurationen gemeinsam an derselben heißen Platte 450 verwendet werden. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
Im Einsatz tritt Kühlluft 20 in die Effusionsplattenanordnung 410 über die kalte Platten – Kühlluftlöcher 440 der kalten Platte 420 ein. Die Kühlluftströmung prallt somit zum Teil auf die Rückseite der heißen Platte 450 auf, während ein Teil der Kühlluftströmung über die Kühllufteintrittslöcher 500 in die Rippen 480 der heißen Platte eintritt, durch den zentralen Luftkanal 510 hindurchströmt und an der heißen Seite der heißen Platte 450 durch die Effusionslöcher 520 austritt, um eine Filmkühlung zu erzielen. Die Positionierung der Kühleintrittslöcher 500 ruft einen Drall 540 innerhalb des zentralen Luftkanals 510 hervor. Die wirbelnde Luftströmung tritt somit aus den Effusionslöchern 520 aus, um so die Filmkühlung an der heißen Platte 450 zu erzielen. Die abgeschrägte Gestalt 530 der Effusionslöcher 520 an ihrem Auslass fördert die Entwicklung des Dralls darin weiter. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
Es sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende lediglich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patents anbetrifft. Es können verschiedene Veränderungen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet daran vorgenommen werden, ohne dass von dem allgemeinen Rahmen und Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist, abgewichen wird.
Die vorliegende Anmeldung stellt eine Brennkammer 100 für eine Gasturbine 10 bereit. Die Brennkammer 100 kann eine Anzahl von Brennstoffdüsen 120 und eine Effusionsplattenanordnung 130 enthalten, die um die Brennstoffdüsen 120 herum positioniert ist. Die Effusionsplattenanordnung 130 kann eine kalte Platte 140, eine heiße Platte 170 und eine Anzahl von sich dazwischen erstreckenden drallerzeugenden Strukturen 185 enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
15: Verdichter
20: Luft
25: Brennkammer
30: Brennstoff
35: Verbrennungsgase
40: Turbine
45: Welle
50: Last
55: Endabdeckung
60: Brennkammerkappenanordnung
65: Kopfende
70: Brennstoffdüsen
72: Brennkammerauskleidung
74: Strömungshülse
76: Strömungspfad
78: Strömungshülseneinlässe
80: Brennraum
85: Übergangsstück
90: Effusionsplatte
92: Brennstoffdüsenöffnungen
94: Effusionslöcher
100: Brennkammer
110: Brennkammerkappenanordnung
120: Brennstoffdüsen
130: Effusionsplattenanordnung
140: kalte Platte
150: Brennstoffdüsenöffnungen der kalten Platte
160: Kühlluftlöcher der kalten Platte
170: heiße Platte
180: Brennstoffdüsenöffnungen der heißen Platte
185: drallerzeugende Strukturen
190: Rippen der heißen Platte
200: konische Gestalt
210: Basis
220: Spitze
230: Effusionslöcher der heißen Platte
250: Effusionsloch
260: kreisförmige Gestalt
270: elliptische Gestalt
280: Risse
290: Effusionsloch
300: elliptische Gestalt
310: kreisförmige Gestalt
320: Effusionsplattenanordnung
330: kalte Platte
340: Kühlluftlöcher der kalten Platte
350: heiße Platte
360: Effusionslöcher der heißen Platte
370: abgerundete Gestalt
380: drallerzeugende Strukturen
390: halbkreisförmige Strukturen
400: Drall
410: Effusionsplattenanordnung
420: kalte Platte
430: Brennstoffdüsenöffnungen der kalten Platte
440: Kühlluftlöcher der kalten Platte
450: heiße Platte
460: Brennstoffdüsenöffnungen der heißen Platte
470: drallerzeugende Strukturen
480: Rippen der heißen Platte
490: zylindrische Gestalt
500: Kühllufteintrittslöcher
510: zentraler Luftkanal
520: Diffusionsloch
530: abgeschrägte Gestalt
540: Drall

Claims

Brennkammer (100) für eine Gasturbine (10), die aufweist: mehrere Brennstoffdüsen (120); und eine Effusionsplattenanordnung (130), die um die mehreren Brennstoffdüsen (120) herum positioniert ist; wobei die Effusionsplattenanordnung (130) eine kalte Platte (140), eine heiße Platte (170) und mehrere sich dazwischen erstreckende drallerzeugende Strukturen (185) aufweist.
Brennkammer (100) nach Anspruch 1, wobei die kalte Platte (140) mehrere Brennstoffdüsenöffnungen (150) der kalten Platte und/oder mehrere Kühlluftlöcher (160) der kalten Platte aufweist.
Brennkammer (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die heiße Platte (170) mehrere Brennstoffdüsenöffnungen (180) der heißen Platte und/oder mehrere Effusionslöcher (230) der heißen Platte aufweist.
Brennkammer (100) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren drallerzeugenden Strukturen (185) an der heißen Platte (170) angebracht sind und sich in Richtung der kalten Platte (140) erstrecken.
Brennkammer (100) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren drallerzeugenden Strukturen (185) mehrere Rippen (190) aufweisen.
Brennkammer (100) nach Anspruch 5, wobei die mehreren Rippen (190) eine konische Gestalt (200) aufweisen und/oder wobei die mehreren Rippen (190) eine Basis (210), die an der heißen Platte (170) angebracht ist, und eine Spitze (220) aufweisen, die sich in Richtung der kalten Platte (140) erstreckt.
Brennkammer (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die heiße Platte (170) mehrere Effusionslöcher (230) aufweist, die jede der mehreren Rippen (190) umgeben.
Brennkammer (100) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die heiße Platte (170) eine Wärmeschutzbeschichtung auf ihr aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Effusionsplattenanordnung (130), das aufweist: Bilden einer kalten Platte (140) mit mehreren Kühlluftlöchern (160) der kalten Platte; und Bilden einer heißen Platte (170) mit mehreren drallerzeugenden Strukturen (185), die sich in Richtung der mehreren Kühlluftlöcher (160) der kalten Platte erstrecken, und mehreren Effusionslöchern (230); wobei die Bildungsschritte einen additiven Fertigungsprozess aufweisen.
Brennkammer für eine Gasturbine, die aufweist: mehrere Brennstoffdüsen; und eine Effusionsplattenanordnung, die um die mehreren Brennstoffdüsen herum positioniert ist; wobei die Effusionsplattenanordnung eine kalte Platte, eine heiße Platte mit mehreren Effusionslöchern der heißen Platte und mehrere sich dazwischen erstreckende Rippen aufweist.