DE102021200805A1

DE102021200805A1 - Gasturbinenbrennkammervorrichtung und brennstoffdüsenherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102021200805A1
Application number: DE102021200805.4A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kumagai; Kota Nagano; Atsuo Ota
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP2021162184A; CN113531585A; RU2766382C9; RU2766382C1; US20210301723A1

Abstract

In der Gasturbinenbrennkammervorrichtung, die die Brennstoffdüse enthält, die durch additive 3D-Herstellung geformt ist, wird eine Gasturbinenbrennkammervorrichtung geschaffen, die eine Brennstoffdüse enthält, die eine hohe Dämpfungsleistung gegen durch instabile Verbrennung verursachte Schwingungsbelastung aufweist. In der Gasturbinenbrennkammervorrichtung, die die Brennstoffdüse enthält, die durch die additive 3D-Herstellung geformt ist, weist die Brennstoffdüse ein erstes Gebiet, in dem Metallpulver gesintert sind, und ein zweites Gebiet, das von dem ersten Gebiet umgeben ist und in dem die Metallpulver nicht gesintert sind, auf.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur einer Gasturbinenbrennkammervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Gasturbinenbrennkammervorrichtung und betrifft insbesondere eine Technologie, die effektiv auf eine Struktur und auf ein Herstellungsverfahren für eine Brennstoffdüse, die durch eine additive 3D-Metallherstellungstechnologie hergestellt wird, angewendet wird.
In einer Gasturbine werden für NOx, das im Betrieb der Gasturbine ausgestoßen wird, strenge Umweltstandards gesetzt, um eine Belastung, die Abgas auf die Umwelt ausübt, zu verringern. Da die Abgasmenge von NOx mit der Erhöhung der Temperatur von Flammen erhöht wird, ist es notwendig, die Bildung der Hochtemperaturflammen lokal zu unterdrücken und dadurch eine gleichförmige Verbrennung zu verwirklichen. Um die gleichförmige Verbrennung des Brennstoffs zu erzielen, wird eine komplizierte Brennerstruktur notwendig, die eine hohe Verbreitung des Brennstoffs verwirklicht.
Als Maßnahmen zur Herstellung der komplizierten Brennerstruktur wird eine additive 3D-Herstellungstechnologie vorgeschlagen. Gemäß der additiven 3D-Herstellungstechnologie wird es möglich, durch Bestrahlen von Metallpulvern mit Laser und dadurch Sintern der Metallpulver eine komplizierte Struktur herzustellen. Durch Anwenden der additiven 3D-Herstellungstechnologie zur Herstellung der Brennerstruktur (Brennerkomponente) ist es möglich, die komplizierte Struktur zu verwirklichen, die zur Verbesserung der Verbreitung des Brennstoffs führt.
Obwohl die Verbesserung der Verbreitung des Brennstoffs zur Verringerung von NOx-Emissionen beiträgt, besteht die Möglichkeit, dass in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung der Brennkammervorrichtung vorübergehend die instabile Verbrennung auftreten kann. Es besteht die Möglichkeit, dass in einem Verbrennungsraum wegen der instabilen Verbrennung eine Druckschwankung auftreten kann und dass dadurch eine Komponente beschädigt werden kann. Um eine derartige Beschädigung der Komponente zu vermeiden, ist es notwendig, eine Struktur anzunehmen, die eine vorübergehende Erhöhung der Druckschwankung aushalten würde.
Als ein Hintergrundgebiet in dem vorliegenden technischen Gebiet gibt es eine Technologie wie etwa z. B. die, die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-205351 offenbart ist. In der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-20351 ist „in Flügelprofilen zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine ein Flügelprofil zur Verwendung in der Gasturbinenmaschine, das ein Zellenmaterial, das in einem Hohlraum angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass der Hohlraum definiert wird, und um das Flügelprofil zu verstärken, und das über den gesamten Hohlraum verteilt ist, sowie ein Schwingungsdämpfungsmedium, das in dem Hohlraum angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass die Schwingung des Flügelprofils gedämpft wird, und das dem gesamten Zellenmaterial in dem Hohlraum zugeordnet ist, enthält“, offenbart.
Entgegen haltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2007-205351
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben wurde, ist es durch 3D-Schichtung möglich, eine komplizierte Struktur zu verwirklichen, die zu der Verbesserung der Verbreitung des Brennstoffs führt. Andererseits ist es notwendig, eine Struktur anzunehmen, die die durch instabile Verbrennung verursachte vorübergehende Erhöhung einer Druckschwankung aushalten würde.
Im Allgemeinen erreicht die Schwingungsbelastung, die im Zusammenhang mit der Druckschwankung erzeugt wird, an einem Fuß der Brennstoffdüse ein Maximum. Als eines der Verfahren zum Verringern der Schwingungsbelastung gibt es ein Verfahren des Erhöhens des Durchmessers des Fußes der Brennstoffdüse. Obwohl dieses Verfahren eine derartige Wirkung hat, dass ein Widerstandsmoment wegen der Erhöhung des Fußdurchmessers erhöht wird und dadurch die Schwingungsbelastung verringert wird, ist diese Wirkung auf einen Fall beschränkt, in dem es einen räumlichen Spielraum gibt, der ausreicht, den Fußdurchmesser zu erhöhen.
Als ein anderes Verfahren gibt es ein Verfahren der Verbesserung der Dämpfungsleistung der Brennstoffdüse und dadurch der Verringerung der Schwingungsbelastung. Dieses Verfahren ermöglicht, die Schwingungsbelastung durch Integrieren einer Struktur, die die Dämpfungsleistung verbessert, unter Nutzung der additiven 3D-Herstellung in die Brennstoffdüse, ohne die Form der Brennstoffdüse zu ändern, zu verringern.
In der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-205351 wird die Schwingung des Flügelprofils dadurch gedämpft, dass überall in dem Innenraum des Hohlraums das Schwingungsdämpfungsmedium angeordnet ist. Allerdings wird nicht auf das Problem der Schwingungsbelastung an dem Fuß der Brennstoffdüse und der Verbesserung der Dämpfungsleistung durch die additive 3D-Herstellung wie etwa das oben beschriebene Bezug genommen.
Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenbrennkammervorrichtung schaffen, die in der Gasturbinenbrennkammervorrichtung, die die Brennstoffdüse enthält, die durch die additive 3D-Herstellung geformt ist, eine Brennstoffdüse enthält, die eine hohe Dämpfungsleistung gegen die durch die instabile Verbrennung verursachte Schwingungsbelastung aufweist.
Außerdem soll die vorliegende Erfindung ein Brennstoffdüsen-Herstellungsverfahren schaffen, das in dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffdüse durch die additive 3D-Herstellung ermöglicht, die Brennstoffdüse herzustellen, die eine hohe Dämpfungsleistung gegen die durch die instabile Verbrennung verursachte Schwingungsbelastung aufweist.
Zur Lösung der oben erwähnten Probleme wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Gasturbinenbrennkammervorrichtung geschaffen, die eine Brennstoffdüse enthält, die durch additive 3D-Herstellung geformt worden ist, wobei die Brennstoffdüse ein erstes Gebiet, in dem Metallpulver gesintert sind, und ein zweites Gebiet, das von dem ersten Gebiet umgeben ist und in dem die Metallpulver nicht gesintert sind, aufweist.
Außerdem wird gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse durch additive 3D-Metallherstellung geschaffen, das die Schritte (a) des Bestrahlens eines ersten Gebiets einer Fläche, die durch die additive 3D-Metallherstellung geformt wird, mit Laser und Sintern von Metallpulvern an dem ersten Gebiet und (b) des ungesintert Lassens von Metallpulvern in einem zweiten Gebiet, das von dem ersten Gebiet der Formfläche umgeben ist, ohne Bestrahlung des zweiten Gebiets mit Laser enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, in der Gasturbinenbrennkammervorrichtung, die die Brennstoffdüse enthält, die durch die additive 3D-Herstellung geformt wird, die Gasturbinenbrennkammervorrichtung zu verwirklichen, die die Brennstoffdüse enthält, die eine hohe Dämpfungsleistung gegen die durch die instabile Verbrennung verursachte Schwingungsbelastung aufweist.
Außerdem wird es möglich, das Brennstoffdüsen-Herstellungsverfahren zu verwirklichen, das in dem Verfahren zur Herstellung der Brennstoffdüse durch die additive 3D-Herstellung die Herstellung der Brennstoffdüse ermöglicht, die eine hohe Dämpfungsleistung gegen die durch die instabile Verbrennung verursachte Schwingungsbelastung aufweist.
Dementsprechend wird es möglich, die Gasturbinenbrennkammervorrichtung zu schaffen, die eine ausreichende strukturelle Zuverlässigkeit für eine durch die instabile Verbrennung verursachte Erhöhung der Druckschwankung aufweist.
Andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen als die Obigen gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen hervor.
Figurenliste

1 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration einer Gasturbinenbrennkammervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine vergrößerte Darstellung, die ein Beispiel eines Brenners 17 in 1 darstellt;
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Dämpfungswirkung einer Komponentenstruktur, die darin ungesinterte Metallpulver enthält, darstellt;
4 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer Brennstoffdüse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine vergrößerte Darstellung, die ein Beispiel eines vorderen Endes einer Brennstoffdüse in 4 darstellt;
6 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer Brennstoffdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer Brennstoffdüse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer Brennstoffdüse gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer Brennstoffdüse gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
10 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Brennstoffdüse gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Übrigens sind den Bestandteilen mit denselben Konfigurationen dieselben Bezugszeichen zugewiesen und ist die ausführliche Beschreibung verdoppelter Teile weggelassen.
Zunächst wird anhand von 1 und 2 eine Gasturbinenbrennkammervorrichtung beschrieben, die zu dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird. 1 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration einer Gasturbinenbrennkammervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In 1 ist die Gasturbinenbrennkammervorrichtung als eine Gasturbinenanlage 1 dargestellt, die einen Kompressor 3, eine Gasturbine 8 und einen Generator 9 enthält. 2 ist eine vergrößerte Darstellung, die ein Beispiel eines Brenners 17 in 1 darstellt.
Wie in 1 dargestellt ist, enthält die Gasturbinenanlage 1 den Kompressor 3, der Luft 2 aus der Atmosphäre ansaugt und die Luft 2 verdichtet, eine Brennkammervorrichtung 7, die Druckluft 4, die in dem Kompressor 3 verdichtet wird, mit Brennstoff 5 mischt, den Brennstoff 5 mit der Druckluft 3 verbrennt und ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas 6 erzeugt, die Gasturbine 8, die mit dem Verbrennungsgas 6, das in der Brennkammervorrichtung 7 erzeugt wird, angetrieben wird und Energie des Verbrennungsgases 6 als Rotationsleistung entnimmt, und den Generator 9, der unter Verwendung der Rotationsleistung der Gasturbine 8 Elektrizität erzeugt.
In 1 ist als ein Beispiel der Brennkammervorrichtung 7 eine Struktur dargestellt, die in 1 einen Endflansch 10, einen Außenzylinder 11, eine Lochplatte 12, eine Brennstoffdüsenplatte 13, Brennstoffdüsen 14 und eine Auskleidung 15 enthält. Allerdings ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Brennkammervorrichtungen mit verschiedenen Strukturen, nicht auf die Brennkammervorrichtung 7 in 1 beschränkt, anwendbar.
Die Druckluft 4, die durch den Kompressor 3 verdichtet wird, geht durch einen Strömungsweg 16, der zwischen dem Außenzylinder 11 und der Auskleidung 15 gebildet ist, und strömt in den Brenner 17. Ein Teil der Druckluft 4 strömt als Kühlluft 18 zum Kühlen der Auskleidung 15 in die Auskleidung 15.
Der Brennstoff 5 geht durch ein Brennstoffzufuhrrohr 19 in einem Endflansch 10, strömt in die Brennstoffdüsenplatte 13, geht durch die jeweiligen Brennstoffdüsen 14 und wird in die Lochplatte 12 eingespritzt. Der Brennstoff 5, der von den Brennstoffdüsen 14 eingespritzt wird, und die Druckluft 4 werden bei den Einlassöffnungen auf der Brennstoffdüsenseite der Düsenlöcher 20 in der Lochplatte 12 miteinander gemischt und ein Luft-Brennstoff-Gemisch 21 des Brennstoffs 5 und der Druckluft 4 wird in einen Verbrennungsraum 22 eingespritzt und bildet Flammen 23.
Übrigens ist es möglich, dass die Brennkammervorrichtung 7 gemäß der vorliegenden Erfindung Brennstoffe wie etwa Koksofengas, Raffinerieabgas, Kohlevergasungsgas usw., nicht beschränkt auf Erdgas, verwendet.
2 ist eine vergrößerte Darstellung, die ein Beispiel des Brenners 17 in 1 darstellt. 2 stellt die vergrößerte Darstellung des Teils der oberen Hälfte des Brenners 17 dar. Der Brenner 17 enthält die Lochplatte 12, die Brennstoffdüsenplatte 13 und die Brennstoffdüsen 14. Die Mittelachsen 40 der Lochplatte 12 und der Brennstoffdüsenplatte 13 sind aneinander angepasst. Ein einlassseitiges Ende 30 jeder Brennstoffdüse 14 ist metallurgisch mit der Brennstoffdüsenplatte 13 verbunden und ein verbundenes Teil zwischen dem einlassseitigen Ende 30 und der Brennstoffdüsenplatte 13 ist abgedichtet, um einen Leckverlust des Brennstoffs 5 (45) zu vermeiden.
Ein vorderes Ende 52 jeder Brennstoffdüse ist nicht mit jedem Düsenloch 20 in der Lochplatte 12 in Kontakt, so dass es möglich ist, dass die Druckluft 4 frei in die Düsenlöcher 20 strömt. Als ein Verfahren zum Verbinden der einlassseitigen Enden 30 der Düsenlöcher 14 mit der Brennstoffdüsenplatte 13 wird allgemein Schweißen, Hartlöten usw. genutzt.
Nachfolgend wird anhand von 3 eine Wirkung der Verbesserung der Dämpfungsleistung der Komponente, die die ungesinterten Metallpulver enthält, gegen die Schwingungsbelastung beschrieben.
3 gibt ein Beispiel eines Dämpfungsverhältnisses eines zylindrischen Auslegers an, der durch die additive 3D-Herstellung hergestellt ist. Eine normale Struktur, deren Dämpfungsverhältnis in einem Graphen auf der linken Seite dargestellt ist, ist eine Hohlstruktur, die darin keine ungesinterten Metallpulver enthält, und eine stark dämpfende Struktur, deren Dämpfungsverhältnis in einem Graphen auf der rechten Seite dargestellt ist, enthält darin die ungesinterten Metallpulver. Dadurch, dass die ungesinterten Metallpulver in der Komponente belassen werden, ist das Dämpfungsverhältnis etwa um das Neunfache verbessert und wird dadurch die Wirkung der Dämpfung der Schwingung erhalten.
[Erste Ausführungsform]
Anhand von 4 und 5 werden eine Struktur und ein Herstellungsverfahren der Brennstoffdüse 14 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Brennstoffdüse 14 der ersten Ausführungsform darstellt, und ist eine vergrößerte Darstellung, die ein Beispiel eines Teils 50 des Brenners 17 darstellt, der in 2 dargestellt ist.
In der Mitte der Brennstoffdüse 14 ist ein Brennstoffströmungsweg 60 gebildet, in dem der Brennstoff 45 strömt. Die Ströme des Brennstoffs 45, der durch die Brennstoffdüsenplatte 13 verteilt wird, gehen durch die jeweiligen Brennstoffdüsen 14 und werden von den vorderen Enden 61 der jeweiligen Brennstoffdüsen 14 eingespritzt.
Die Brennstoffdüse 14 gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Struktur auf, in der zwischen dem Brennstoffströmungsweg 60 und einer Außenumfangsfläche der Brennstoffdüse 14 ein Gebiet 62 gebildet ist, in dem die ungesinterten Metallpulver vorhanden sind. Es ist möglich, diese Struktur dadurch herzustellen, dass in einem Prozess der Herstellung der Brennstoffdüse 14 durch die additive 3D-Herstellung die Metallpulver in einem Teil des Gebiets 62 in einem ungesinterten Zustand gelassen werden, ohne mit einem Laser bestrahlt zu werden. Allgemein wird in der additiven 3D-Herstellung ein Material verwendet und wird somit die Materialqualität der ungesinterten Metallpulver, die während des Formens in der Komponente gelassen werden, zu derselben wie die Materialqualität der Brennstoffdüse 14.
5 ist eine vergrößerte Darstellung, die ein Beispiel eines Gebiets 63 in 4 darstellt. In dem Gebiet 62 sind viele ungesinterte Metallpulver 64 vorhanden, wobei sich die Metallpulver 64 bewegen (schwingen), falls die Brennstoffdüse 14 schwingt. Die ungesinterten Metallpulver 64 kommen während der Bewegung miteinander in Kontakt und es wird eine Reibungskraft erzeugt. Dadurch wird eine derartige Wirkung erzeugt, dass Schwingungsenergie der Brennstoffdüse 14 abgeführt wird und die Schwingung gedämpft wird. Außerdem wird die Reibungskraft ebenfalls zwischen den ungesinterten Metallpulvern 64 und einer Wandfläche 65 des Gebiets 62, in dem die ungesinterten Metallpulver 64 gekapselt sind, erzeugt, wodurch die Wirkung, dass die Schwingung gedämpft wird, erzeugt wird.
Wie oben beschrieben wurde, weist die Brennstoffdüse 14 der Gasturbinenbrennkammervorrichtung in der ersten Ausführungsform das erste Gebiet, in dem die Metallpulver gesintert sind, und das zweite Gebiet (das Gebiet 62), das von dem ersten Gebiet umgeben ist und in dem die Metallpulver nicht gesintert sind, auf.
Außerdem weist die Brennstoffdüse 14 das zweite Gebiet (das Gebiet 62) zwischen dem Brennstoffströmungsweg 60, der von dem Fuß zu dem vorderen Ende der Brennstoffdüse 14 reichend angeordnet ist, und der Außenumfangsfläche der Brennstoffdüse 14 auf.
Dadurch wird es möglich, in der Gasturbinenbrennkammervorrichtung, die die Brennstoffdüse enthält, die durch die additive 3D-Herstellung geformt ist, die Gasturbinenbrennkammervorrichtung zu verwirklichen, die die Brennstoffdüse 14 enthält, die eine hohe Dämpfungsleistung gegen die durch die instabile Verbrennung verursachte Schwingungsbelastung aufweist.
[Zweite Ausführungsform]
Anhand von 6 werden eine Struktur und ein Herstellungsverfahren der Brennstoffdüse 14 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Brennstoffdüse 14 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt, und ist eine vergrößerte Darstellung des Teils 50 des Brenners 17, der in 2 dargestellt ist.
Es gibt Fälle, in denen die Materialfestigkeit des Abschnitts der Brennstoffdüse 14, der die ungesinterten Metallpulver enthält, wegen einer Verringerung des Widerstandsmoduls und wegen der Belastungskonzentration verringert ist. Falls die Belastung an dem Fuß der Brennstoffdüse 14 hoch ist, ist es notwendig, ein Gebiet ungesinterten Metallpulvers von dem Fuß zu trennen.
Dementsprechend wird es in der zweiten Ausführungsform dadurch, dass, wie in 6 dargestellt ist, ein Gebiet 70 mit ungesintertem Metallpulver in einem von dem Fuß der Brennstoffdüse 14 verschiedenen Teil (Gebiet) angeordnet ist, möglich, die Schwingung ohne Verringerung der Festigkeit des Fußes zu dämpfen.
Das heißt, die Brennstoffdüse 14 in der zweiten Ausführungsform weist das zweite Gebiet (das Gebiet 70 mit ungesintertem Metallpulver) zwischen dem Strömungsweg 60 mit Ausnahme von dessen Fuß und dessen Außenumfangsfläche auf.
[Dritte Ausführungsform]
Anhand von 7 werden eine Struktur und ein Herstellungsverfahren der Brennstoffdüse 14 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Brennstoffdüse 14 gemäß der dritten Ausführungsform darstellt, und ist eine vergrößerte Darstellung des Teils 50 des Brenners 17, der in 2 dargestellt ist.
In der Brennstoffdüse 14, die, wie in 7 dargestellt ist, konisch ist, gibt es Fälle, dass ein Raum, in dem das Gebiet mit ungesintertem Metallpulver angeordnet werden soll, auf der Seite des vorderen Endes nicht vorhanden ist.
Dementsprechend wird es in der dritten Ausführungsform möglich, die ungesinterten Metallpulver selbst in der konischen Brennstoffdüse 14 zu lassen und daraufhin die Schwingung dadurch zu dämpfen, dass ein Gebiet 80 mit ungesintertem Metallpulver, wie in 7 dargestellt ist, auf der Fußseite der Brennstoffdüse 14 angeordnet ist.
Das heißt, die Brennstoffdüse 14 gemäß der dritten Ausführungsform weist das zweite Gebiet (das Gebiet 80 mit ungesintertem Metallpulver) zwischen dem Brennstoffströmungsweg 60 auf der Fußseite davon und der Außenumfangsfläche davon auf und weist das zweite Gebiet (das Gebiet 80 mit ungesintertem Metallpulver) zwischen dem Brennstoffströmungsweg 60 mit Ausnahme von dessen Fuß und der Außenumfangsfläche davon nicht auf.
[Vierte Ausführungsform]
Anhand von 8 werden eine Struktur und ein Herstellungsverfahren der Brennstoffdüse 14 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Brennstoffdüse 14 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt, und ist eine vergrößerte Darstellung des Teils 50 des Brenners 17 in 2.
Falls das Gebiet 62 mit ungesintertem Metallpulver, das ununterbrochen verläuft, wobei es von dem Fuß zu dem vorderen Ende der Brennstoffdüse 14 reicht, wie in der ersten Ausführungsform (4) angeordnet ist, gibt es Fälle, in denen die Starrheit der Brennstoffdüse 14 verringert ist. Falls gewünscht wird, die Starrheit zur Zweckmäßigkeit des Festigkeitsentwurfs und Verstimmungsentwurfs zu erhöhen, wird es, wie in 8 dargestellt ist, möglich, die Starrheit durch Teilen des Gebiets 62 mit ungesintertem Metallpulver, das, wie in 4 dargestellt ist, ununterbrochen verläuft, in mehrere Gebiete 90 mit ungesintertem Metallpulver zu erhöhen.
Obwohl 8 ein Beispiel darstellt, in dem das Gebiet 62 mit ungesintertem Metallpulver in einem Zustand angeordnet ist, in dem es in der Axialrichtung der Brennstoffdüse 14 in mehrere Gebiete 90 mit ungesintertem Metallpulver geteilt ist, ist es übrigens ebenfalls möglich, die Starrheit ähnlich dadurch zu erhöhen, dass das Gebiet 62 mit ungesintertem Metallpulver in der Umfangsrichtung der Brennstoffdüse 14 in mehrere Gebiete geteilt ist.
Das heißt, in der Brennstoffdüse 14 gemäß der vierten Ausführungsform ist das zweite Gebiet (das Gebiet 90 mit ungesintertem Metallpulver) in der Axialrichtung oder in der Umfangsrichtung der Brennstoffdüse 14 in mehrere Gebiete geteilt.
[Fünfte Ausführungsform]
Anhand von 9 werden eine Struktur und ein Herstellungsverfahren der Brennstoffdüse 14 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel der Brennstoffdüse 14 gemäß der fünften Ausführungsform darstellt, und ist eine vergrößerte Darstellung des Teils 50 des Brenners 17, der in 2 dargestellt ist.
Die Brennstoffdüse 14 gemäß der fünften Ausführungsform weist eine Struktur auf, bei der Brennstoff 101, wie in 9 dargestellt ist, von Brennstoffeinspritzlöchern 100 in Seitenflächen eingespritzt wird. In der Brennstoffdüse 14 dieses Typs ist es möglich, ein Gebiet 102 mit ungesintertem Metallpulver auf der Seite des vorderen Endes vor den Seitenflächen-Brennstoffeinspritzlöchern 100 anzuordnen und dadurch die Schwingung zu dämpfen.
Das heißt, die Brennstoffdüse 14 gemäß der fünften Ausführungsform weist in den Seitenflächen die Brennstoffeinspritzlöcher 100 auf und weist das zweite Gebiet (das Gebiet 102 mit ungesintertem Metallpulver) auf der Seite des vorderen Endes vor den Brennstoffeinspritzlöchern 100 auf.
[Sechste Ausführungsform]
Anhand von 10 wird ein Brennstoffdüsen-Herstellungsverfahren gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben. 10 stellt ein Beispiel eines Zwischenprozesses der Herstellung der Brennstoffdüse 14 durch die additive 3D-Herstellung dar.
Das Formen wird in einer Richtung 110 ausgeführt, die von der Seite der Brennstoffdüsenplatte 13 beginnt, wobei 10 einen Moment darstellt, in dem eine Fläche 112 geformt wird.
In einem Prozess des Formens eines Gebiets 111 mit ungesintertem Metallpulver wird es möglich, ein Gebiet 111 mit ungesintertem Metallpulver dadurch, dass ein Teil 113, das in einen Zustand mit ungesintertem Metallpulver gebracht werden soll, nicht mit Laser bestrahlt wird, zu belassen und nur einen Teil 114, der in einen Zustand mit gesintertem Metallpulver gebracht werden soll, auf der Fläche 112, die geformt wird, mit Laser zu bestrahlen.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Düsenherstellungsverfahren gemäß der sechsten Ausführungsform das Verfahren der Herstellung einer Brennstoffdüse 14 durch die additive 3D-Metallherstellung, das die Schritte (a) des Bestrahlens des ersten Gebiets (des Teils 114, der in den Zustand mit gesintertem Metallpulver gebracht werden soll) der Formfläche (der Fläche 112 die geformt wird) durch die additive 3D-Metallherstellung mit Laser, um die Metallpulver in dem ersten Gebiet zu sintern, und (b) des ungesintert Lassens von Metallpulvern in dem zweiten Gebiet (dem Teil 113, der in den Zustand mit ungesintertem Metallpulver gebracht werden soll), das von dem ersten Gebiet (dem Teil 114, der in den Zustand mit gesintertem Metallpulver gebracht werden soll) der Formfläche (der Fläche 112, die geformt wird) umgeben ist, ohne Laserbestrahlung enthält.
Übrigens ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt und sind verschiedene geänderte Beispiele enthalten. Zum Beispiel sind die oben erwähnten Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen, wobei die vorliegende Erfindung nicht notwendig auf die Ausführungsform, die alle Konfigurationen, die oben beschrieben sind, enthält, beschränkt ist. Außerdem ist es ebenfalls möglich, eine Konfiguration einer Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform zu ersetzen. Außerdem ist es ebenfalls möglich, eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform zu einer Konfiguration einer Ausführungsform hinzuzufügen. Außerdem ist es möglich, eine Konfiguration jeder Ausführungsform zu einer anderen Konfiguration jeder Ausführungsform hinzuzufügen, sie von ihr zu entfernen oder sie durch sie zu ersetzen.
Bezugszeichenliste

1:: Gasturbinenanlage
2:: Luft
3:: Kompressor
4:: Druckluft
5:: Brennstoff
6:: Verbrennungsgas
7:: Brennkammervorrichtung
8:: Gasturbine
9:: Generator
10:: Endflansch
11:: Außenzylinder
12:: Lochplatte 12
13:: Brennstoffdüsenplatte
14:: Brennstoffdüse
15:: Auskleidung
16:: Strömungsweg (der zwischen dem Außenzylinder 11 und der Auskleidung 15 gebildet ist)
17:: Brenner
18:: Kühlluft
19:: Brennstoffzufuhrrohr
20:: Düsenlöcher
21:: Luft-Brennstoff-Gemisch
22:: Verbrennungsraum
23:: Flamme
30:: auslassseitiges Ende (der Brennstoffdüse 14)
40:: Mittelachsen (der Lochplatte 12 und der Brennstoffdüsenplatte 13)
45:: Brennstoff (der in der Brennstoffdüse 14 strömt)
50:: Teil des Brenners 17
52:: vorderes Ende (der Brennstoffdüse 14)
60:: Brennstoffströmungsweg (der Brennstoffdüse 14)
61:: vorderes Ende (der Brennstoffdüse 14)
62:: Gebiet (mit ungesintertem Metallpulver)
63:: Gebiet (des vorderen Endes der Brennstoffdüse 14)
64:: ungesinterte Metallpulver
65:: Wandfläche (des Raums (des Gebiets 62), in dem die ungesintertem Metallpulver gekapselt sind)
70:: Gebiet (mit ungesintertem Metallpulver)
80:: Gebiet (mit ungesintertem Metallpulver)
90:: Gebiet (mit ungesintertem Metallpulver)
100:: Brennstoffeinspritzloch
101:: Brennstoff (von den Brennstoffeinspritzlöchern 100 in die Seitenflächen der Brennstoffdüse 14 eingespritzt)
102:: Gebiet (mit ungesintertem Metallpulver)
110:: Richtung der Herstellung (Additivrichtung)
111:: Gebiet (mit ungesintertem Metallpulver)
112:: Fläche (die geformt wird)
113:: Teil (der Formfläche, der in den Zustand mit ungesintertem Metallpulver gebracht werden soll)
114:: Teil (der Formfläche, der in den Zustand mit gesintertem Metallpulver gebracht werden soll)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007205351 [0006]

Claims

Gasturbinenbrennkammervorrichtung (7), die eine Brennstoffdüse (14) umfasst, die durch additive 3D-Herstellung geformt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüse (14) ein erstes Gebiet, in dem Metallpulver gesintert sind, und ein zweites Gebiet (62, 70, 80, 90, 102), das von dem ersten Gebiet umgeben ist und in dem die Metallpulver nicht gesintert sind, aufweist.
Gasturbinenbrennkammervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffdüse (14) das zweite Gebiet (62) zwischen einem Brennstoffströmungsweg (60), der von einem Fuß der Brennstoffdüse zu einem vorderen Ende (61) davon reichend angeordnet ist, und einer Außenumfangsfläche der Brennstoffdüse (14) aufweist.
Gasturbinenbrennkammervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffdüse (14) das zweite Gebiet (70) zwischen dem Brennstoffströmungsweg (60) mit Ausnahme des Fußes der Brennstoffdüse (14) und der Außenumfangsfläche davon aufweist.
Gasturbinenbrennkammervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffdüse (14) das zweite Gebiet (80) zwischen dem Brennstoffströmungsweg (60), der den Fuß der Brennstoffdüse (14) enthält, und der Außenumfangsfläche davon aufweist, und die Brennstoffdüse (14) das zweite Gebiet zwischen dem Brennstoffströmungsweg (60) mit Ausnahme des Fußes der Brennstoffdüse (14) und der Außenumfangsfläche davon nicht aufweist.
Gasturbinenbrennkammervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das zweite Gebiet (90) in einer Axialrichtung oder in einer Umfangsrichtung der Brennstoffdüse (14) in mehrere Teile geteilt ist.
Gasturbinenbrennkammervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffdüse (14) in Seitenflächen Brennstoffeinspritzlöcher (100) aufweist, und die Brennstoffdüse (14) das zweite Gebiet (102) auf der Seite des vorderen Endes vor den Brennstoffeinspritzlöchern (100) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse (14) durch additive 3D-Metallherstellung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestrahlen eines ersten Gebiets (114) einer Fläche (112), die durch die additive 3D-Metallherstellung geformt wird, mit Laser und Sintern von Metallpulvern an dem ersten Gebiet (114); und (b) ungesintert Lassen von Metallpulvern in einem zweiten Gebiet (113), das von dem ersten Gebiet (114) der Formfläche umgeben ist, ohne Bestrahlung des zweiten Gebiets (113) mit Laser.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse nach Anspruch 7, wobei das zweite Gebiet (113) zwischen einem Brennstoffströmungsweg (60), der von einem Fuß der Brennstoffdüse (14) zu einem vorderen Ende (61) davon reichend angeordnet ist, und einer Außenumfangsfläche der Brennstoffdüse (14) gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse nach Anspruch 8, wobei das zweite Gebiet (113) zwischen dem Brennstoffströmungsweg (60) mit Ausnahme des Fußes der Brennstoffdüse (14) und der Außenumfangsfläche davon gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse nach Anspruch 8, wobei das zweite Gebiet (113) zwischen dem Brennstoffströmungsweg (60), der den Fuß der Brennstoffdüse (14) enthält, und der Außenumfangsfläche davon gebildet wird, und das zweite Gebiet (113) zwischen dem Brennstoffströmungsweg (60) mit Ausnahme des Fußes der Brennstoffdüse (14) und der Außenumfangsfläche davon nicht gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse nach Anspruch 8, wobei das zweite Gebiet (113) durch Teilen der Brennstoffdüse (14) in einer Axialrichtung oder in einer Umfangsrichtung in mehrere Teile gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse nach Anspruch 7, wobei Brennstoffeinspritzlöcher (100) in Seitenflächen der Brennstoffdüse (14) gebildet werden, und das zweite Gebiet (113) auf einer Seite des vorderen Endes (61) vor den Brennstoffeinspritzlöchern (100) gebildet wird.