DE112009000778T5

DE112009000778T5 - Reparatur einer Brennstoffdüsenkomponente

Info

Publication number: DE112009000778T5
Application number: DE112009000778T
Authority: DE
Inventors: Marie Ann Mason McMasters; Michael A. Cincinnati Benjamin; Alfred Albert Cincinnati Mancini
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2011-02-24
Also published as: DE112009000753B4; JP2011526974A; JP5437362B2; CA2720197A1; JP5779499B2; GB201016942D0; WO2010008633A3; GB2471234B; DE112009000820T5; DE112009000821T5; JP2011526976A; CA2720241A1; GB2471232A; CA2720197C; DE112009000753T5; GB2471235A; WO2009126404A3; WO2009126404A2; US7841368B2; CA2720255A1

Abstract

Verfahren zum Reparieren einer Brennstoffdüse (100), dass die Schritte aufweist:
Vorbereiten einer beschädigten Komponente (909) für eine Reparatur, ohne sie aus der Brennstoffdüsenanordnung (100) zu entfernen;
Richten von Wärmeenergie auf ein Substrat (960);
Richten eines Pulvermaterialstroms (953) von einer Abgabevorrichtung (952); und
Auftragen des Pulvermaterials auf das Substrat (960).

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Brennstoffdüsen, die in Gasturbinentriebwerken (bzw. -maschinen) eingesetzt werden, und insbesondere reparierbare Brennstoffdüsen, Komponenten und Verfahren zur Reparatur von Brennstoffdüsenkomponenten und -anordnungen.
Turbinentriebwerke (bzw. -maschinen) enthalten gewöhnlich mehrere Brennstoffdüsen zur Zuführung von Brennstoff zu der Brennkammer in dem Triebwerk. Der Brennstoff wird von einer Brennstoffdüse aus an dem vorderen Ende eines Brenners in Form eines stark zerstäubten Sprühstrahls eingebracht. Rings um die Brennstoffdüse strömt komprimierte Luft, die sich mit dem Brennstoff vermischt, um ein Brennstoff-Luft-Gemisch zu bilden, das durch den Brenner gezündet wird. Aufgrund der begrenzten Brennstoffdruckverfügbarkeit und eines weiten Bereiches der erforderlichen Brennstoffströmung enthalten viele Brennstoffinjektoren Pilot- und Hauptdüsen, wobei während des Starts nur die Pilotdüsen eingesetzt werden, während beide Düsen während eines Betriebes mit höherer Leistung eingesetzt werden. Die Strömung zu den Hauptdüsen wird während des Starts und eines Betriebes mit niedrigerer Leistung reduziert oder unterbrochen. Derartige Injektoren können im Vergleich zu Einzeldüsen-Brennstoffinjektoren effizienter und mit saubererer Verbrennung arbeiten, da die Brennstoffströmung für die spezielle Brenneranforderung genauer gesteuert/geregelt und der Brennstoffsprühstrahl genauer gerichtet werden kann. Die Pilot- und Hauptdüsen können innerhalb derselben Düsenanordnung enthalten sein oder können in gesonderten Düsenanordnungen gehalten sein. Diese Doppel-Düsen-Brennstoffinjektoren können auch konstruiert sein, um eine weitere Steuerung des Brennstoffs für Dualbrenner zu ermöglichen, wodurch eine noch größere Brennstoffeffizienz und eine Reduktion schädlicher Emissionen erzielt werden kann. Die Temperatur des gezündeten Brennstoff-Luft-Gemisches kann Werte über 3500 Grad F (1920°C) erreichen. Es ist deshalb wichtig, dass die Brennstoffzufuhrleitungen, Strömungskanäle und Verteilungssysteme im Wesentlichen leckagefrei und gegen die Flammen und Hitze geschützt sind.
Im Laufe der Zeit kann eine fortgesetzte Einwirkung durch hohe Temperaturen während des Turbinentriebwerksbetriebes Wärmegradienten und -belastungen in den Leitungen und Brennstoffdüsenkomponenten hervorrufen, die die Leitungen oder Brennstoffdüsenkomponenten beschädigen und den Betrieb der Brennstoffdüse nachteilig beeinflussen können. Z. B. können Wärmegradienten Brennstoffströmungsreduktionen in den Leitungen hervorrufen und zu übermäßiger Brennstofffehlverteilung in dem Turbinentriebwerk führen. Wenn Brennstoff, der durch die Leitungen und Öffnungen in einer Brennstoffdüse strömt, hohen Temperaturen ausgesetzt wird, kann dies zur Verkokung des Brennstoffs führen sowie Blockaden und eine ungleichmäßige Strömung herbeiführen. Um geringe Emissionen zu erzielen, erfordern moderne Brennstoffdüsen zahlreiche, komplizierte innere Luft- und Brennstoffkreisläufe, um mehrere gesonderte Flammenzonen zu schaffen. Brennstoffkreisläufe können Hitzeschilder gegen die innere Luft erfordern, um eine Verkokung zu verhindern, und bestimmte Brennstoffdüsenkomponenten müssen ggf. gekühlt und gegenüber Verbrennungsgasen abgeschirmt werden. In den Brennstoffdüsenkomponenten müssen ggf. weitere Einrichtungen vorgesehen werden, um die Wärmeübertragung und Kühlung zu unterstützen. Außerdem kann ein fortgesetzter Betrieb mit beschädigten Brennstoffdüsen im Laufe der Zeit eine verringerte Turbineneffizienz, Störungen von Turbinenkomponenten und/oder eine reduzierte Sicherheitsreserve der Maschinenabgastemperatur zur Folge haben.
Eine Verbesserung des Lebenszyklus von Brennstoffdüsen, die in dem Turbinentriebwerk eingebaut sind, kann die Lebensdauer des Turbinentriebwerks verlängern. Bekannte Brennstoffdüsen enthalten ein Liefersystem, ein Mischsystem und ein Trägersystem. Das Liefersystem, das Leitungen zum Befördern von Fluiden aufweist, liefert Brennstoff zu dem Turbinentriebwerk und ist innerhalb des Turbinentriebwerks durch das Trägersystem getragen und abgeschirmt. Insbesondere umgeben bekannte Trägersysteme das Liefersystem, und sie sind als solche höheren Temperaturen ausgesetzt und haben höhere Betriebstemperaturen als die Liefersysteme, die durch ein Fluid, das durch die Brennstoffdüse strömt, gekühlt werden. Es kann möglich sein, die Wärmebelastungen in den Leitungen und Brennstoffdüsen durch Konfiguration ihrer äußeren und inneren Konturen und Dicken zu reduzieren. Einige bekannte herkömmliche Brennstoffdüsen haben 22 Hartlötverbindungen und 3 Schweißverbindungen. Das Zusammenbauen und Reparieren derartiger herkömmlicher Brennstoffdüsen ist zeitaufwändig, schwierig und teuer.
Herkömmliche Gasturbinentriebwerkskomponenten, wie bspw. Brennstoffdüsen und ihre zugehörigen Verwirbler, Leitungen, Verteilungssysteme, Venturi-Einrichtungen und Mischsysteme, sind allgemein teuer herzustellen und/oder zu reparieren, weil die herkömmlichen Brennstoffdüsenkonstruktionen mit komplizierten Verwirblern, Leitungen und Verteilungskreisläufen sowie Venturi-Anordnungen zur Beförderung, Verteilung und Vermischung von Brennstoff mit Luft ein aufwendiges Zusammenbauen und Verbinden von mehr als dreißig Komponenten umfassen. Insbesondere kann die Verwendung von Hartlötverbindungen die Zeitdauer, die zur Herstellung derartiger Komponenten erforderlich ist, erhöhen und kann auch den Fertigungsprozess aus einem beliebigen von verschiedenen Gründen komplizierter gestalten, zu den gehören: die Notwendigkeit einer passenden Region, um die Platzierung einer Hartlötlegierung zu ermöglichen; die Notwendigkeit, ein unerwünschtes Fließen der Hartlötlegierung zu minimieren; die Notwendigkeit einer akzeptablen Prüfmethode zur Verifizierung der Hartlötqualität; und die Notwendigkeit, verschiedene Hartlotlegierungen verfügbar zu haben, um ein Wiederschmelzen vorheriger Hartlötverbindungen zu verhindern. Darüber hinaus können zahlreiche Hartlotverbindungen mehrere Hartlötdurchläufe zur Folge haben, die das Ausgangsmaterial der Komponente schwächen können. Moderne Brennstoffdüsen, wie bspw. die TAPS-Düsen (Twin Annular Pre Swirl Nozzles, ringförmige Doppel-Vorverwirblerdüsen), weisen zahlreiche Komponenten und Hartlötverbindungen in einer engen Hülle auf. Die Existenz zahlreicher Hartlötverbindungen kann in unerwünschter Weise das Gewicht und die Kosten der Reparatur, Montage und Prüfung der Komponenten und Baueinheiten erhöhen.
Eine Reparatur einer beschädigten herkömmlichen Brennstoffdüse ist gewöhnlich schwierig und umfasst eine Demontage der Brennstoffdüsenanordnungskomponenten, um die beschädigte Komponente zu entfernen. Brennstoffdüsenanordnungen haben gewöhnlich eine Anzahl von Hartlötverbindungen und Schweißverbindungen. Eine beschädigte Brennstoffdüsenkomponente, wie bspw. ein Hitzeschild, wird in herkömmlicher Weise repariert, indem ein Metallüberschuss in den beschädigten Bereich eingeschweißt und das Metall maschinell bearbeitet wird, um die geeignete Gestalt zu bilden, oder indem der beschädigte Bereich ausgeschnitten und das ausgeschnittene Material durch Einschweißen oder Einlöten eines neuen Materialteils in den beschädigten Bereich ersetzt wird. Eine derartige Methode ist jedoch kostspielig und hat durch Einbringung unerwünschter Stufen in den vom Brennstoff benetzten Bereichen der Düsenkomponente, wie bspw. einer Venturi-Einrichtung, eine reduzierte Leistung zur Folge. Andere bekannte Herstellungsverfahren, wie bspw. Laser-Auftragsschweißen, haben häufig Störstellen und Einschlüsse in dem erzeugten oder reparierten Teil zur Folge, die von unvollständigem Verschmelzen der aufgeschmolzenen Schichten mit dem darunter liegenden Substrat oder zuvor geschmolzenem Material herrühren. Diese Störstellen und Einschlüsse stehen häufig mit einer komplexen Geometrie des erzeugten oder reparierten Teils im Zusammenhang.
Demgemäß wäre es wünschenswert, eine reparierbare Brennstoffdüse zu haben, die Merkmale aufweist, um die Strukturen gegenüber Hitze zu schützen, um von einer Wärmebelastung herrührende unerwünschte Effekte, wie zuvor beschrieben, zu reduzieren. Es ist erwünscht, eine reparierbare Brennstoffdüse zu haben, die Merkmale aufweist, um die Kosten zu reduzieren und um die Reparatur und den Zusammenbau zu erleichtern, und die einen Schutz gegen die widrige thermische Umgebung bietet und eine Reduktion möglicher Leckage ermöglicht.
Es ist erwünscht, ein Verfahren zum Reparieren von Komponenten mit komplexen dreidimensionalen Geometrien, wie bspw. einer Venturi-Einrichtung mit einem Hitzeschild, zur Verwendung in reparierbaren Brennstoffdüsen mit reduziertem Potenzial für Leckage in einem Gasturbinentriebwerk bzw. einer Gasturbinenmaschine zu haben. Es ist erwünscht, ein Verfahren zum Reparieren einer Komponente, ohne die Komponente von der Brennstoffdüsenanordnung demontieren zu müssen, zu haben. Es ist erwünscht, ein Reparaturverfahren zu haben, das wirtschaftlich und flexibel ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der vorstehend erwähnte Bedarf oder die Bedürfnisse kann/können durch beispielhafte Ausführungsformen erfüllt werden, die ein Verfahren zum Reparieren einer Brennstoffdüse 100 bereitstellen, das die Schritte aufweist: Vorbereiten einer beschädigten Komponente 909 zur Reparatur; Richten von Wärmeenergie in Richtung auf ein Substrat 960; Richten eines Stroms eines Pulvermaterials 953; und Auftragen des Pulvermaterials auf das Substrat 960. In einem Aspekt weist das Verfahren den Einsatz von LNSM auf. In einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ein Reparieren eines Hitzeschildes 540 in einer reparierbaren Brennstoffdüsenanordnung 100 auf. In einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ein Reparieren einer Komponente einer Brennstoffdüsenanordnung ohne Entfernung der gesamten Komponente aus der Düsenanordnung auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in dem anschließenden Teil der Offenbarung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Die Erfindung kann jedoch am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung verstanden werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren angegeben ist, in denen:
1 zeigt eine ausschnittweise Schnittansicht einer beispielhaften reparierbaren Brennstoffdüse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine axiale Schnittansicht der Spitzenregion der in 1 veranschaulichten beispielhaften reparierbaren Brennstoffdüse.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer einheitlichen Komponente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Reparieren einer Brennstoffdüse gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 zeigt eine axiale Schnittansicht der Spitzenregion einer beispielhaften Brennstoffdüse, wobei einige Komponenten aufgebohrt sind.
6 zeigt eine ebene Ansicht von oben auf einen beispielhaften Brennstoffverwirbler, der eine Hartlötnut aufweist.
7 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften primären Pilot-Anordnung.
8 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften neuen Pilot-Anordnung, die zur Durchströmungsprüfung an einer Prüfeinrichtung platziert ist.
9 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Röntgenüberprüfung einer neuen Pilot-Anordnung.
10 zeigt eine schematisierte Darstellung der Montage eines Hartlötdrahtes in einer Hartlötnut in einer neuen Pilot-Anordnung.
11 zeigt eine axiale Schnittansicht der Spitzenregion einer beispielhaften Brennstoffdüse während eines Wiederzusammenbaus als Teil einer Reparatur.
12 zeigt eine axiale Schnittansicht von eifern beispielhaften primären Adapter und Hartlötdrähten.
13 zeigt eine axiale Schnittansicht der Spitzenregion einer beispielhaften Brennstoffdüse während eines Wiederzusammenbaus als Teil einer Reparatur.
14 zeigt eine axiale Schnittansicht der Spitzenregion einer beispielhaften Brennstoffdüse nach einer Reparatur.
15 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Venturi-Einrichtung, die eine beispielhafte Beschädigung aufweist.
16 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Reparieren eines beschädigten Hitzeschildes veranschaulicht.
17 zeigt eine Seitenansicht einer beschädigten Venturi-Einrichtung mit einer ausschnittsweisen Querschnittsdarstellung eines aus der Venturi-Einrichtung entfernten beschädigten Teils des Hitzeschildes.
18 zeigt eine Seitenansicht eines beschädigten Hitzeschildes einer Venturi-Einrichtung, das durch ein beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung repariert wird.
19 zeigt eine Seitenansicht eines beschädigten Hitzeschildes einer Venturi-Einrichtung, das durch ein beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Radialrichtung repariert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Gasturbinenmaschine bzw. ein Gasturbinentriebwerk weist eine Brennkammer auf, die sich innerhalb eines Außengehäuses der Maschine bzw. des Triebwerks befindet. Brennstoff wird in die Brennkammer durch Brennstoffdüsen zugeführt, wie sie beispielsweise in den 1 und 2 veranschaulicht sind. Flüssigbrennstoff wird durch Leitungen 80 innerhalb eines Schaftes 83, wie beispielsweise in 1 veranschaulicht, zu der Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 befördert. Es können Leitungen, die einen einheitlichen (einteiligen) Aufbau haben, dazu verwendet werden, den flüssigen Brennstoff in die Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 der Brennstoffdüsen zu befördern. Die Brennstoffzufuhrleitungen können innerhalb des Schaftes 83 angeordnet und mit einer Brennstoffverteilerspitze 180 verbunden sein. Pilot-Brennstoff und Hauptbrennstoff werden durch die Brennstoffdüsenspitzenanordnungen 68 in den Brenner eingesprüht, wie beispielsweise in den 1 und 2 veranschaulicht. Während eines Betriebs des Turbinentriebwerks wird zu Beginn Pilot-Brennstoff durch einen Pilot-Brennstoffströmungskanal, wie beispielsweise die Elemente 102, 104 in 2, während vorbestimmter Triebwerksbetriebsbedingungen, wie beispielsweise während des Starts und Leerlaufs, zugeführt. Der Pilot-Brennstoff wird aus der Brennstoffverteilerspitze 180 durch die Pilot-Brennstoffauslässe 162, 164 ausgegeben. Wenn zusätzliche Leistung angefordert wird, wird Hauptbrennstoff durch Hauptbrennstoffdurchgänge 105 (vgl. 2) zugeführt, und der Hauptbrennstoff wird unter Verwendung der Hauptbrennstoffauslässe 165 versprüht.
1 zeigt eine im Schnitt dargestellte isometrische Ansicht einer beispielhaften Brennstoffdüse 100, die eine einheitliche Leitung 80 aufweist, die zur Beförderung von flüssigem Brennstoff in einer Brennstoffdüsenspitze 68 verwendet wird. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die einheitliche Leitung 80 einen oder mehrere innerhalb der Leitung angeordnete Strömungskanäle. Brennstoff von den Strömungskanälen wird in die Brennstoffdüsenspitze 68 durch ein Pilot-Zufuhrrohr 154 (vgl. 1) geleitet und tritt durch einen Pilot-Brennstoffauslass 162 aus. In einigen einheitlichen Leitungen 80 ist es vorteilhaft, einen Strömungskanal 86 zu haben, der sich in zwei oder mehrere Teilkanäle innerhalb der Leitung verzweigt.
Eine beispielhafte reparierbare Brennstoffdüse 100, die eine einheitliche Leitung 80, wie hierin beschrieben, aufweist und in einer Gasturbinentriebwerks-Brennstoffdüse verwendet wird, ist in den 1 und 2 veranschaulicht. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine einheitliche Leitung 80 innerhalb eines Schaftes 83 angeordnet, der einen Flansch 81 zur Montage in einem Gasturbinentriebwerk 10 aufweist. Die einheitliche Leitung 80 ist innerhalb des Schaftes 83 derart angeordnet, dass zwischen der Innenseite des Schaftes und dem Leitungskörper 80 der einheitlichen Leitung 80 ein Zwischenraum oder Spalt 77 vorhanden ist. Der Spalt 77 isoliert die einheitliche Leitung 80 von Hitze und anderen nachteiligen Umgebungsbedingungen, die die Brennstoffdüse in Gasturbinentriebwerken umgeben. Eine weitere Kühlung der einheitlichen Leitung 80 kann durch Umwälzung von Luft in dem Spalt 77 erzielt werden. Die einheitliche Leitung 80 ist unter Verwendung herkömmlicher Befestigungsmittel, wie beispielsweise durch Hartlötung, an dem Schaft 83 befestigt. Alternativ können die einheitliche Leitung 80 und der Schaft 83 durch schnelle Herstellungsverfahren (Rapid-Manufacturing-Verfahren), wie beispielsweise direktes Metall-Lasersintern, wie hierin beschrieben, hergestellt sein. In der hierin veranschaulichten und beschriebenen beispielhaften Ausführungsform einer reparierbaren Brennstoffdüse 100 erstreckt sich die Brennstoffverteilerspitze 68 von der einheitlichen Leitung 80 und dem Schaft 83 derart aus, dass die Hauptbrennstoffdurchgänge und die Pilot-Brennstoffdurchgänge mit einem Brennstoffverteiler 300, wie beispielsweise in den Figuren hierin veranschaulicht, in Strömungsverbindung stehen. Es wird für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass, obwohl die Leitung 80 und der Verteilerring 171 hierin vorstehend als eine einheitliche Leitung (d. h. mit einem einheitlichen Aufbau) beschrieben worden sind, es möglich ist, Leitungen 80 mit anderen geeigneten Herstellungskonstruktionen unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren einzusetzen. Der einheitliche Verteilerring 171 ist mit herkömmlichen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise durch Hartlöten, an dem Schaft 83 angebracht. Alternativ können der einheitliche Verteilerring 171 und der Schaft 83 mittels Rapid-Herstellungsverfahren, wie beispielsweise durch direktes Metall-Lasersintern, wie hierin beschrieben, hergestellt sein.
2 und 14 zeigen eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften Düsenspitzenanordnung 68 der in den 1, 2 und 14 veranschaulichten beispielhaften reparierbaren Brennstoffdüse 100. Die beispielhafte Düsenspitzenanordnung 68 weist einen Verteiler 300 auf, der den Brennstoffstrom von der Zufuhrleitung 80 aufnimmt, wie vorstehend beschrieben, und der den Brennstoff auf verschiedene Stellen in der Brennstoffdüsenspitze 68, wie beispielsweise die Hauptbrennstoffkanäle und die Pilot-Brennstoffkanäle, verteilt. 2 und 14 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit zwei Pilot-Strömungskanälen 102, 104, die den Brennstoff in einer Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 verteilen.
Der beispielhafte Verteiler 300, wie er in den 2 und 14 veranschaulicht ist, weist einen Verteilerringkörper 171 auf, der die hierin beschriebenen Hauptströmungskanäle und Pilot-Strömungskanäle enthält. Die Hauptströmungskanäle 105 in dem Verteiler 300 stehen mit entsprechenden Hauptströmungskanälen in der Zufuhrleitung 80 in Strömungsverbindung. Die hierin veranschaulichten und beschriebenen beispielhaften Hauptbrennstoffkanäle weisen jeweils einen Einlassabschnitt auf, der den Brennstoffstrom von der Zufuhrleitung 80 zu zwei bogenförmigen Abschnitten 105 befördert, die in Umfangsrichtung rings um eine Düsenspitzenachse 11 angeordnet sind.
Der Ausdruck „einheitlich” wird in dieser Anmeldung verwendet um auszudrücken, dass die zugehörige Komponente, wie bspw. die hierin beschriebene Venturi-Einrichtung 500, während der Herstellung als ein Einzelteil hergestellt wird. Somit weist eine einheitliche Komponente einen monolithischen Aufbau für die Komponente auf.
2 und 14 zeigen axiale Schnitte durch eine beispielhafte Düsenspitze 68 einer reparierbaren Brennstoffdüse 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in den 2 und 14 veranschaulichte beispielhafte Brennstoffdüsenspitze 68 weist zwei Pilot-Brennstoffströmungskanäle auf, die hierin als ein primärer Pilot-Strömungskanal 102 und ein sekundärer Pilot-Strömungskanal 104 bezeichnet sind. Bezugnehmend auf 4 verlässt der Brennstoff aus dem primären Pilot-Strömungskanal 102 die Brennstoffdüse durch einen primären Pilot-Brennstoffinjektor 163, während der Brennstoff aus dem sekundären Pilot-Strömungskanal 104 die Brennstoffdüse durch einen sekundären Pilot-Brennstoffinjektor 167 (vgl. 14) verlässt. Der primäre Pilot-Strömungskanal 102 in dem Verteilerring 171 steht mit einem entsprechenden primären Pilot-Kanal in der Zufuhrleitung 80 in Strömungsverbindung, die innerhalb des Schafts 83 enthalten ist. In ähnlicher Weise steht der sekundäre Pilot-Strömungskanal 104 in dem Verteilerring 171 mit einem zugehörigen sekundären Pilot-Kanal in der innerhalb des Schaftes 83 enthaltenen Zufuhrleitung in Strömungsverbindung.
Wie vorstehend beschrieben, sind Brennstoffdüsen, wie bspw. diejenigen, die in Gasturbinentriebwerken eingesetzt werden, hohen Temperaturen ausgesetzt. Eine derartige Einwirkung durch hohe Temperaturen kann in einigen Fällen eine Brennstoffverkokung und Blockade in den Brennstoffkanälen, wie z. B. dem Austrittskanal 164, zur Folge haben. Eine Möglichkeit, die Brennstoffverkokung und/oder Blockade in dem Verteilerring 171 zu verringern, besteht darin, Hitzeschilder einzusetzen, um die Kanäle (wie bspw. die in 14 veranschaulichten Elemente 102, 104, 105) gegenüber der widrigen thermischen Umgebung zu schützen. In der in 14 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform sind die Brennstoffleitungen 102, 104, 105 durch Zwischenräume bzw. Spalte 116 und Hitzeschilder geschützt, die diese Leitungen wenigstens teilweise umgeben. Der Zwischenraum 116 bietet einen Schutz für die Brennstoffkanäle, indem er eine Isolierung von der ungünstigen thermischen Umgebung erzielt. In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform haben die Isolationszwischenräume 116 Weiten zwischen etwa 0,015 Zoll und 0,025 Zoll. Die Hitzeschilder, wie bspw. die hier beschriebenen, können aus einem beliebigen geeigneten Material mit der Fähigkeit, einer hohen Temperatur zu widerstehen, wie bspw. aus Kobalt basierten Legierungen und Nickel basierten Legierungen, wie sie gewöhnlich in Gasturbinentriebwerken verwendet werden, hergestellt sein. In der in 14 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform weist der Verteilerring 171 einen einheitlichen Aufbau auf, wobei der Verteilerring 171, die Strömungskanäle 102, 104, 105, die Brennstoffauslässe 165, die Hitzeschilder und die Zwischenräume 116 derart ausgebildet sind, dass sie eine monolithische Konstruktion aufweisen, die mit einem DMLS-Prozess, wie bspw. hierin beschrieben, geschaffen ist.
2 und 14 zeigen einen Verwirbler 200, der im Inneren einer beispielhaften reparierbaren Brennstoffdüse 100 montiert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der beispielhafte Verwirbler 200 weist einen Körper 201 mit einer Nabe 205 auf, die sich in Umfangsrichtung rings um eine Verwirblerachse 11 erstreckt. Eine Reihe von Leitschaufeln 208, die sich von der Nabe 205 aus erstrecken, sind in einer Umfangsrichtung auf der Nabe 205 um die Düsenspitzenachse 11 herum angeordnet. Jede Schaufel 208 weist einen Fußabschnitt 210, der radial in der Nähe der Nabe 205 angeordnet ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der sich radial außen von der Nabe 205 befindet. Jede Schaufel 208 weist eine Vorderkante und eine Hinterkante auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt und dem Spitzenabschnitt erstrecken. Die Schaufeln 208 weisen zwischen der Vorderkante und der Hinterkante eine geeignete Gestalt, wie bspw. eine tragflächenprofilförmige Gestalt, auf. Benachbarte Leitschaufeln bilden einen Strömungsdurchgang zum Durchlassen von Luft, wie bspw. der in 2 als Element 190 veranschaulichten CDP-Luft, die in den Verwirbler 200 eintritt. Die Schaufeln 208 können sowohl radial als auch axial relativ zu der Achse 11 geneigt sein, um der ankommenden Luft 190, die in den Verwirbler 200 eintritt, eine Drehbewegungskomponente zu verleihen. Diese geneigten Verwirblerschaufeln 208 veranlassen die Luft 190, innerhalb der Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 auf eine im Wesentlichen spiralartige Weise herumzuwirbeln. In einem Aspekt des Verwirblers 200 weist die Schaufel 208 eine Ausrundung auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt und der Nabe erstreckt, um eine sanfte Luftströmung in der Nabenregion des Verwirblers zu fördern. In der hierin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform weisen die Schaufeln 208 eine freitragenden Abstützung auf, wobei sie an ihrem Fußabschnitt an der Nabe 205 strukturell gehaltert ist, während der Schaufelspitzenabschnitt im Wesentlichen frei ist. Es ist in einigen alternativen Verwirblerkonstruktionen auch möglich, wenigstens einigen der Leitschaufeln 208 an ihren Spitzenbereichen weiteren strukturellen Halt zu geben. In einem weiteren Aspekt des Verwirblers 200 ist an dem Spitzenabschnitt 220 einer Schaufel eine Ausnehmung vorgesehen. Während der Montage der reparierbaren Brennstoffdüse 100 kommt die Ausnehmung mit benachbarten Komponenten in einer reparierbaren Brennstoffdüse 100 in Eingriff, um diese in Axialrichtung zu orientieren, wie dies bspw. in den 2 und 14 veranschaulicht ist.
Der in den 2 und 14 veranschaulichte beispielhafte Verwirbler 200 weist einen Adapter 250 auf, der axial hinten in Bezug auf die Umfangsreihe von Schaufeln 208 angeordnet ist. Der Adapter 250 weist eine bogenförmige Wand 256 auf (vgl. 2), die einen Strömungskanal 254 zum Durchleiten eines Luftstroms 190, wie bspw. des CDP-Luftstroms, der aus einem Verdichterauslass in einem Turbofan-Triebwerk 10 heraustritt, bildet. Die ankommende Luft 190 tritt in den Kanal 254 in dem Adapter 250 ein und strömt axial nach vorne in Richtung auf die Reihe von Schaufeln 208 des Verwirblers 200. Der Adapter 250 dient ferner als ein Mittel zur Montage des Verwirblers 200 in einer Düsenspitzenanordnung 68, wie sie in 14 veranschaulicht ist. In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 14 veranschaulicht ist, weist der Adapter 250 eine bogenförmige Nut 252 zur Aufnahme eines Hartlötmaterials auf, das verwendet wird, um den Adapter 250 an einer anderen Struktur, wie z. B. einem Brennstoffdüsenschaft 83, anzubringen. Die Hartlötnut 252 in der bogenförmigen Wand 256 weist eine komplexe dreidimensionale Geometrie auf, die unter Verwendung herkömmlicher maschineller Verfahren schwierig zu erzeugen ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Nut in der bogenförmigen Wand 256, die eine komplexe dreidimensionale Geometrie aufweist, unter Verwendung von hier nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren integral derart ausgebildet, dass sie eine einheitliche Konstruktion aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen der Adapter 250, der Körper 201, die Nabe 205 und die Leitschaufeln 208 durch die Verwendung der hierin beschriebenen Herstellungsverfahren eine einheitliche Konstruktion auf. Alternativ kann der Adapter 250 gesondert hergestellt und unter Verwendung herkömmlicher Verfestigungsmittel an dem Körper 201 befestigt werden.
Es ist in Brenner- und Brennstoffdüsenanwendungen üblich, dass die Verdichterauslassluft 190 (vgl. 2), die in dem Brenner und den Brennstoffdüsenregionen ankommt, sehr heiß ist, indem sie Temperaturen oberhalb von 800 Grad F aufweist. Eine derart hohe Temperatur kann eine Verkokung oder sonstige thermisch hervorgerufene Beeinträchtigung für einige der inneren Komponenten der Brennstoffdüsen 100, wie bspw. die Brennstoffströmungskanäle 102, 104, den Verwirbler 200 und die Venturi-Einrichtung 500, hervorrufen. Die hohen Temperaturen der Luft 190 können auch die inneren Hartlötverbindungen, wie bspw. zwischen dem Brennstoffinjektor 163 und dem Verteilerringkörper 171 (vgl. 14) schwächen. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind innerhalb des Körpers 201 des Verwirblers 200 Isolationszwischenräume bzw. -spalte 216 vorgesehen, um den Wärmetransfer von der Luft, die in der Brennstoffdüse 100 strömt, und ihren inneren Komponenten, wie bspw. den primären Brennstoffinjektoren 163 oder den sekundären Brennstoffinjektoren 167, zu reduzieren. Die Isolationszwischenräume, wie bspw. die Elemente 116 und 216 in 14, helfen, die Temperatur an den Hartlötverbindungen in einer Brennstoffdüsenanordnung während des Triebwerksbetriebes zu reduzieren. Der Isolationszwischenraum 216 kann, wie in 14 veranschaulicht, ringförmig sein. Es können auch andere geeignete Konfigurationen, die auf bekannter Wärmeübertragungsanalyse basieren, verwendet werden. In der in 14 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist der Isolationszwischenraum ringförmig und erstreckt sich wenigstens teilweise innerhalb des Verwirblerkörpers 201, und er weist eine radiale Spaltweite von zwischen etwa 0,015 Zoll und 0,025 Zoll auf. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Isolationszwischenraum 216 unter Verwendung der hier nachstehend beschriebenen Herstellungsverfahren mit dem Verwirblerkörper 201 integral ausgebildet sein, so dass sie eine einheitliche Konstruktion aufweisen. Die integral erzeugten Hartlötnuten, wie sie hierin beschrieben sind, können komplexe Konturen aufweisen und vorgeformten Hartlötringen ermöglichen, eingebaut zu werden, um eine einfache Montage zu unterstützen.
Bezugnehmend auf 2 ist es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass der von dem Adapterkanal 254 aus eintretende Luftstrom 190 in der Umfangsrichtung nicht gleichmäßig ist, wenn er zu den Leitschaufeln 208 zutritt. Diese Ungleichmäßigkeit wird durch die Gegenwart der Wand 260 weiter verstärkt. In herkömmlichen Verwirblern kann eine derartige Ungleichmäßigkeit der Strömung Ungleichmäßigkeiten bei der Vermischung von Brennstoff und Luft hervorrufen und zu ungleichmäßigen Verbrennungstemperaturen führen. In einem Aspekt einer reparierbaren Brennstoffdüse 100 gemäß der vorliegenden Erfindung können die nachteiligen Effekte des längs des Umfangs ungleichmäßigen Strömungseintritts minimiert werden, indem Verwirblerschaufeln 208 mit Geometrien, die sich von denjenigen der in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln unterscheiden, vorgesehen werden. Es können zugeschnittene Geometrien von Verwirblerschaufeln 208 für jede Umfangsstelle auf der Nabe 205 auf der Basis bekannter Fluidströmungsanalysemethoden ausgewählt werden. Ein Verwirbler mit unterschiedlichen Geometrien für die Schaufeln 208, die sich an unterschiedlichen Umfangsstellen befinden, kann eine einheitliche Konstruktion aufweisen und unter Verwendung der hierin beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugt sein.
2 und 14 zeigen eine beispielhafte Venturi-Einrichtung 500 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die beispielhafte Venturi-Einrichtung 500 weist eine ringförmige Venturi-Wand 502 rings um die Düsenspitzenachse 11 auf, die einen Mischhohlraum 550 bildet, in dem ein Teil der Luft und des Brennstoffs miteinander vermischt werden. Die ringförmige Venturi-Wand kann in der Axial- und Umfangsrichtung eine beliebige geeignete Gestalt aufweisen. Eine konische Gestalt, wie sie z. B. in 14 veranschaulicht ist, die eine Expansion des Luft/Brennstoff-Gemisches in der axialen Richtung nach vorne ermöglicht, wird bevorzugt. Die Venturi-Wand 502 weist wenigstens eine Nut 504 (vgl. 18) auf, die auf ihrer radial äußeren Seite angeordnet und in der Lage ist, während der Montage einer Düsenspitzenanordnung 68 ein Hartlötmaterial aufzunehmen. In der in 18 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform sind zwei Ringnuten 504, 564 veranschaulicht, eine Nut 564 in der Nähe des axial vorderen Endes und eine andere Nut 504 in der Nähe einer Zwischenstelle zwischen dem axial vorderen Ende und dem axial hinteren Ende. Die Nuten 504 können unter Verwendung herkömmlicher maschineller Bearbeitungsverfahren erzeugt sein. Alternativ können die Nuten 504 integral ausgebildet werden, wenn die Venturi-Wand 502 erzeugt wird, wie z. B. unter Verwendung der Verfahren zur Herstellung einer einheitlichen Komponente 700 (vgl. 3), wie sie hierin nachfolgend beschrieben sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Venturi-Einrichtung 500 eine Lippe 518 auf (die alternativ hierin als eine Abtropflippe 518 bezeichnet wird), die an dem axial hinteren Ende der Venturi-Wand 502 angeordnet ist. Die Abtropflippe 518 weist eine Geometrie (vgl. 18) auf, so dass flüssige Brennstoffteilchen, die entlang der inneren Oberfläche 503 der Venturi-Wand 502 strömen, sich von der Wand 502 ablösen und weiter axial nach hinten strömen. Die Abtropflippe 518dient folglich dazu, den Brennstoff beim Austritt daran zu hindern, entlang der Venturi-Wände radial nach außen zu strömen.
Wie in den 2 und 14 veranschaulicht, weist die beispielhafte Ausführungsform der Venturi-Einrichtung 500 eine ringförmige Teilereinrichtung 530 mit einer ringförmigen Teilerwand 532 auf, die sich radial innen von der ringförmigen Venturi-Wand 502 befindet und koaxial zu dieser rings um die Achse 11 angeordnet ist. Die radial äußere Fläche 533 der Teilereinrichtung 530 und die radiale Innenfläche 503 der Venturi-Wand 502 bilden einen kreisringförmigen Wirbelluftkanal 534. Der vordere Abschnitt der Teilerwand 532 weist eine Ausnehmung 535 (vgl. 14) auf, die eine Verbindung der Venturi-Einrichtung 500 mit einer benachbarten Komponente, wie sie bspw. als Element 208 in 14 veranschaulicht ist, während des Zusammenbaus einer Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 ermöglicht.
Die in den 2 und 14 veranschaulichte beispielhafte Ausführungsform der Venturi-Einrichtung 500 weist einen Verwirbler 510 auf. Obwohl der Verwirbler 510 in 14 als an dem axial vorderen Abschnitt der Venturi-Einrichtung 500 befindlich veranschaulicht ist, kann er in anderen alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an anderen axialen Orten innerhalb der Venturi-Einrichtung 500 angeordnet sein. Der Verwirbler 510 weist mehrere Leitschaufeln 508 auf, die sich radial innen zwischen der Venturi-Wand 502 und der ringförmigen Teilereinrichtung 530 erstrecken. Die mehreren Schaufeln 508 sind in der Umfangsrichtung rings um die Achse 11 angeordnet.
Bezugnehmend auf die 2 und 14 weist in der darin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform des Verwirblers 510 jede Schaufel 508 einen Fußabschnitt, der radial in der Nähe der Teilereinrichtung angeordnet ist, und einen Spitzenabschnitt 521 auf, der radial in der Nähe der Venturi-Wand 502 angeordnet ist. Jede Schaufel 508 weist eine Vorderkante und eine Hinterkante auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt und dem Spitzenabschnitt erstrecken. Die Schaufeln 508 haben eine geeignete Gestalt, wie bspw. eine tragflächenprofilförmige Gestalt, zwischen der Vorderkante und der Hinterkante. In Umfangsrichtung zueinander benachbarte Schaufeln 508 bilden einen Strömungskanal, um Luft, wie bspw. die als Element 190 in 2 veranschaulichte CDP-Luft, die in den Verwirbler 510 eintritt, durchströmen zu lassen. Die Schaufeln 508 können sowohl radial als auch axial relativ zu der Achse 11 geneigt sein, um der ankommenden Luft 190, die in den Verwirbler 510 eintritt, eine Drehbewegungskomponente zu verleihen. Diese geneigten Schaufeln 508 veranlassen die Luft 190, innerhalb der Venturi-Einrichtung 500 auf eine im Wesentlichen spiralartige Weise herumzuwirbeln. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Schaufel 508 eine Ausrundung auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt der Schaufel und der Teilerwand erstreckt. Die Ausrundung ermöglicht eine sanfte Luftströmung innerhalb des Verwirblers und in dem Wirbelluftkanal. Die Ausrundung weist eine Gestalt mit glatter Kontur auf, die dazu entworfen ist, eine sanfte Luftströmung in dem Verwirbler zu fördern. Die Konturgestalten und Ausrichtungen für eine spezielle Schaufel 508 werden unter Verwendung bekannter Verfahren zur Fluidströmungsanalyse entworfen. Ausrundungen mit geeigneten Übergangskonturen können auch zwischen dem Spitzenabschnitt der Schaufel und der Venturi-Wand 502 verwendet werden. In der beispielhaften Ausführungsform der Venturi-Einrichtung 500, wie sie hierin in den 2 und 14 veranschaulicht ist, sind die Schaufeln 508 in der Nähe sowohl des Fußabschnitts als auch des Spitzenabschnitts gehaltert. Es ist ferner möglich, in einigen alternativen Venturi-Konstruktionen einen Verwirbler vorzusehen, der Schaufeln mit einer frei tragenden Halterung aufweist, wobei eine Schaufel an nur einem einzigen Ende strukturell gehaltert ist, während das andere Ende im Wesentlichen frei ist. Die Venturi-Einrichtung 500 kann aus bekannten Materialien hergestellt sein, die in Umgebungen mit hoher Temperatur funktionieren können, wie bspw. aus Superlegierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis, wie bspw. CoCr, HS188, N2 und N5.
Die Venturi-Einrichtung 500 weist ein Hitzeschild 540 auf, um die Venturi-Einrichtung und weitere Komponenten in der Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 (vgl. 2 und 14) gegen die Flammen und die Hitze aus der Zündung des Brennstoff/Luft-Gemisches in einer reparierbaren Brennstoffdüse 100 zu schützen. Das beispielhafte Hitzeschild 540, wie es in den 2 und 14 veranschaulicht ist, weist eine kreisringförmige Gestalt rings um die Achse 11 auf und ist axial hinter dem Verwirbler 510, in der Nähe des axial hinteren Endes 519 der Venturi-Einrichtung angeordnet. Das Hitzeschild 540 weist eine kreisringförmige Wand 542 auf, die sich von der Verwirblerachse 11 in einer radialen Richtung nach außen erstreckt. Die ringförmige Wand 542 schützt die Venturi-Einrichtung 500 und weitere Komponenten in der Brennstoffdüse 100 vor den Flammen und der Hitze von der Zündung des Brennstoff/Luft-Gemisches, die Temperaturen in dem Bereich von 2500 Grad F bis 4000 Grad F aufweisen. Das Hitzeschild 540 ist aus einem geeigneten Material hergestellt, das hohen Temperaturen widerstehen kann. Es können Materialien, wie bspw. CoCr, HS188, N2 und N5, verwendet werden. In den hierin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen ist das Hitzeschild 540 aus einem CoCr-Material hergestellt, und es weist eine Dicke zwischen 0,030 Zoll und 0,060 Zoll auf. Es ist möglich, dass das Hitzeschild 540 in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus einem Material hergestellt sein kann, das sich von den anderen Teilen der Venturi-Einrichtung, wie bspw. der Venturi-Wand 502 oder dem Verwirbler 510, unterscheidet.
Die in den 2, 14 und 18 veranschaulichte beispielhafte Venturi-Einrichtung 500 weist bestimmte Konstruktionsmerkmale auf, die die Kühlung des Hitzeschildes 540 verbessern, um seine Betriebstemperaturen zu reduzieren. Die beispielhafte Venturi-Einrichtung 500 weist wenigstens einen Schlitz 544 auf, der sich zwischen der Venturi-Wand 502 und dem Hitzeschild 540 erstreckt. Die bevorzugte beispielhafte Ausführungsform der Venturi-Einrichtung 500, wie sie in den 2 und 14 veranschaulicht ist, weist mehrere Schlitze 544 auf, die sich zwischen der Venturi-Wand 502 und dem Hitzeschild 540 erstrecken, wobei die Schlitze 544 längs des Umfangs rings um die Verwirblerachse 11 angeordnet sind. Die Schlitze 544 stellen einen Austrittskanal für Kühlluft bereit, die durch den Hohlraum zwischen der Brennstoffleitung und der Venturi-Wand 502 (vgl. 14) strömt. Die in den axial orientierten Abschnitt jedes Schlitzes 544 eintretende Kühlluft wird in den radial orientierten Abschnitt des Schlitzes 544 umgelenkt, um aus den Schlitzen 544 in einer im Wesentlichen radialen Richtung auf die Seite der ringförmigen Wand 542 des Hitzeschildes auszutreten. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die beispielhafte Venturi-Einrichtung 500 mehrere Beulen 546 auf, die sich an dem Hitzeschild 540 befinden und in Umfangsrichtung auf der axial vorderen Seite der Hitzeschildwand 542 rings um die Verwirblerachse 11 angeordnet sind. Diese Beulen 546 stellen einen zusätzlichen Wärmeübertragungsbereich zur Verfügung und erhöhen den Wärmetransfer von dem Hitzeschild 540 auf auf dieses gerichtete Kühlluft, wodurch die Betriebstemperaturen des Hitzeschilds 540 reduziert werden. In der in 14 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform sind die Beulen 546 in vier Umfangsreihen angeordnet, wobei jede Reihe zwischen 100 und 120 Beulen aufweist.
Bezugnehmend auf die 2 und 14 ist es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, dass ein Teil des Luftstroms 190, der in den Verwirbler 510 der Venturi-Einrichtung 500 eintritt, in einigen Fällen in der Umfangsrichtung nicht gleichmäßig sein kann, wenn er in Kanäle zwischen den Schaufeln 508 eintritt. Diese Ungleichmäßigkeit wird durch die Gegenwart weiterer Merkmale, wie beispielsweise der Wand 260 (vgl. 14), weiter verstärkt. In herkömmlichen Venturi-Einrichtungen kann eine derartige Ungleichmäßigkeit der Strömung Ungleichmäßigkeiten bei der Vermischung zwischen dem Brennstoff und der Luft in der Venturi-Einrichtung hervorrufen und zu ungleichmäßigen Verbrennungstemperaturen führen. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können diese nachteiligen Effekte des längs des Umfangs ungleichmäßigen Strömungseintritts durch Vorsehen eines Verwirblers 510 minimiert werden, der einige Verwirblerschaufeln 508 mit Geometrien aufweist, die sich von denjenigen der in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln unterscheiden. Es können zugeschnittene Geometrien der Verwirblerschaufel 508 für jede Umfangsstelle auf der Basis bekannter Fluidströmungsanalysetechniken ausgewählt werden. Eine Venturi-Einrichtung 500, die Verwirbler mit unterschiedlichen Geometrien für die Leitschaufeln 508, die an unterschiedlichen Umfangspositionen angeordnet sind, aufweist, kann eine einheitliche Konstruktion aufweisen und unter Verwendung der hierin beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugt sein.
Die beispielhafte Ausführungsform einer reparierbaren Brennstoffdüse 100, wie sie hierin veranschaulicht ist, weist einen ringförmigen Mittelkörper 450 auf. Der Mittelkörper 450 weist eine ringförmige Außenwand 461 auf, die in dem zusammengebauten Zustand der reparierbaren Brennstoffdüse 100, wie in 14 veranschaulicht, den vorderen Abschnitt des Verteilers 300 umgibt und einen ringförmigen Kanal 462 für den Luftstrom bildet. Ein Speiseluftstrom zur Kühlung der Brennstoffdüse 100 tritt in den Luftströmungskanal 412 zwischen der Außenwand 461 des Mittelkörpers und dem Verteiler 300 ein und strömt an den Brennstoffpfosten 165 vorbei, wobei es die Kühlung des Verteilers 300, des Mittelkörpers 450 und der Brennstofföffnungen und der Brennstoffpfosten 165 ermöglicht. Die Außenwand 461 weist mehrere Öffnungen 463 auf, die in der Umfangsrichtung entsprechend den Öffnungen in der Umfangsreihe der Brennstoffpfosten 165 angeordnet sind. Aus den Brennstoffpfosten 165 ausgegebener Brennstoff tritt aus der Brennstoffdüse 100 durch die Öffnungen 463 aus. In der beispielhaften Brennstoffdüse 100 sind in der Nähe der Öffnungen 463 an den Hauptbrennstoffinjektionsstellen auf der Außenseite der Wand 461 des Mittelkörpers 450 Hohlkehlen zur Verstärkung der Brennstoffspülung vorgesehen. In einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise in 14 veranschaulicht, ist es möglich, einen schmalen Zwischenraum 464 zwischen dem Innenumfang der Außenwand 461 und dem äußeren Ende der Brennstoffpfosten 165 zu haben. In der in 14 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform liegt dieser Zwischenraum in dem Bereich zwischen etwa 0,000 Zoll und etwa 0,010 Zoll.
In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den 2 und 14 veranschaulicht ist, wird die Mittelkörperwand 461 durch ein Mehrloch-Kühlsystem gekühlt, das einen Teil des Speiseluftstroms, der in die reparierbare Brennstoffdüse 100 eintritt, durch eine oder mehrere Umfangsreihen von Öffnungen 456 passieren lässt. Das Mehrloch-Kühlsystem des Mittelkörpers kann gewöhnlich eine bis vier Reihen von Öffnungen 456 verwenden. Die Öffnungen 456 können einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweisen. Alternativ können die Öffnungen 456 Diffusoröffnungen sein, die eine variable Querschnittsfläche aufweisen. In den beispielhaften Ausführungsformen, wie sie in 14 veranschaulicht sind, hat der Mittelkörper 450 drei Umfangsreihen von Öffnungen 456, wobei jede Reihe zwischen 60 und 80 Öffnungen aufweist und jede Öffnung einen variierenden Durchmesser zwischen etwa 0,020 Zoll und 0,030 Zoll aufweist. Wie in 14 veranschaulicht, können die Öffnungen 456 eine komplexe Orientierung in der Axial-, Radial- und Tangentialrichtung innerhalb der Außenwand 461 des Mittelkörpers aufweisen. Es sind weitere Reihen von Kühllöchern 457, die in der Mittelkörperwand 461 in der Umfangsrichtung eingerichtet sind, dazu vorgesehen, den Kühlluftstrom in Richtung auf weitere Teile der reparierbaren Brennstoffdüse 100, wie beispielsweise das Hitzeschild 540, zu richten. In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den 2 und 14 veranschaulicht ist, weist die reparierbare Brennstoffdüse 100 ein ringförmiges Hitzeschild 540 auf, das an einem Ende der Venturi-Einrichtung 540 angeordnet ist. Das Hitzeschild 540 schirmt Komponenten der reparierbaren Brennstoffdüse 100 gegen die Flamme ab, die während der Verbrennung in dem Brenner erzeugt wird. Das Hitzeschild 540 wird durch eine oder mehrere Umfangsreihen von Löchern 457 gekühlt, die eine axiale Orientierung aufweisen, wie dies in 14 veranschaulicht ist, und die Kühlluft zum Aufprall auf das Hitzeschild 540 richten. In der beispielhaften Brennstoffdüse 100, wie sie hierin beschrieben ist, weisen die Löcher 457 gewöhnlich einen Durchmesser von wenigstens 0,020 Zoll auf und sind in einer Umfangsreihe mit zwischen 50 und 70 Löchern angeordnet, wobei eine Lochgröße bevorzugterweise zwischen etwa 0,026 Zoll und etwa 0,030 Zoll beträgt. Der Mittelkörper 450 kann aus bekannten Materialen hergestellt sein, die in Hochtemperaturumgebungen arbeiten können, wie beispielsweise aus Nickel oder Kobalt basierten Superlegierungen, beispielsweise CoCr, HS188, N2 und N5. Die Kühllöcher 456, 457, die Öffnungen 463 und die Hohlkehlen 452, 454 in dem Mittelkörper 450 können unter Verwendung bekannter Herstellungsverfahren erzeugt sein. Alternativ können diese Merkmale des Mittelkörpers unter Verwendung der hierin beschriebenen Herstellungsverfahren für einheitliche Komponenten, wie vorzugsweise des DMLS-Verfahrens, das in 3 veranschaulicht und hierin beschrieben ist, integral hergestellt sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Hitzeschild, das dem in 14 veranschaulichten Element 540 ähnlich ist, unter Anwendung des DMLS-Verfahrens integral derart hergestellt sein, dass es gemeinsam mit dem Mittelkörper 450 eine einheitliche Konstruktion aufweist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können der Mittelkörper 450, die Venturi-Einrichtung 500 und ein Hitzeschild, das dem in 14 veranschaulichten Element 540 ähnlich ist, unter Anwendung des DMLS-Verfahrens integral derart hergestellt sein, dass sie eine einheitliche Konstruktion aufweisen.
Die hierin beschriebene beispielhafte Ausführungsform der reparierbaren Brennstoffdüse 100 kann einige einheitliche Komponenten, wie beispielsweise die Einheit aus Leitung 80/Verteiler 300, den einheitlichen Verwirbler 200, die einheitliche Venturi-Einrichtung 500 und den einheitlichen Mittelkörper 450 aufweisen. Derartige einheitliche Komponenten, die in der Brennstoffdüse 100 eingesetzt werden, können unter Verwendung von Rapid-Herstellungsprozessen (schnellen Herstellungsprozessen), wie beispielsweise des direkten Laser-Metallsinterns (DMLS), des Laser-Nettogestalt-Herstellens (LNSM, Laser Net Shape Manufacturing), des Elektronenstrahlsinterns und anderer bekannter Verfahren bei der Herstellung, hergestellt sein. DMLS ist das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der einheitlichen Komponenten, die in der Brennstoffdüse 100 eingesetzt werden, wie z. B. der einheitlichen Anordnung aus Leitung 80/Verteiler 300, des einheitlichen Verwirblers 200, der einheitlichen Venturi-Einrichtung 500 und des einheitlichen Mittelkörpers 450, wie sie hierin beschrieben sind.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 700 zur Fertigung einheitlicher Komponenten für die reparierbare Brennstoffdüse 100 veranschaulicht, wie sie beispielsweise als Elemente 80, 200, 300, 450 und 500 in den 2 und 14 gezeigt und hierin beschrieben sind. Obwohl das Herstellungsverfahren 700 nachstehend unter Verwendung einheitlicher Komponenten 80, 200, 300, 450 und 500 als Beispiele beschrieben ist, gelten die gleichen Verfahren, Schritte, Prozeduren, etc. für alternative beispielhafte Ausführungsformen dieser Komponenten. Das Verfahren 700 enthält ein Fertigen einer einheitlichen Komponente, die in einer reparierbaren Brennstoffdüse 100 eingesetzt wird, wie z. B. einer Venturi-Einrichtung 500, unter Anwendung des direkten Laser-Metallsinterns (DMLS). DMLS ist ein bekanntes Herstellungsverfahren, das Metallkomponenten unter Verwendung dreidimensionaler Informationen, z. B. eines dreidimensionalen Computermodells, von der Komponente erzeugt. Die dreidimensionalen Informationen werden in mehrere Schnitte umgewandelt, wobei jeder Schnitt einen Querschnitt der Komponente für eine vorbestimmte Höhe des Schnittes definiert. Die Komponente wird anschließend Schnitt-für-Schnitt oder Schicht-für-Schicht „aufgebaut”, bis sie fertiggestellt ist. Jede Schicht der Komponente wird durch Schmelzen eines Metallpulvers unter Einsatz eines Lasers erzeugt.
Demgemäß enthält das Verfahren 700 den Schritt 705 des Bestimmens dreidimensionaler Informationen von einer speziellen einheitlichen Komponente 80, 200, 300, 450, 500 in der reparierbaren Brennstoffdüse 100 und den Schritt 710 des Umwandelns der dreidimensionalen Informationen in mehrere Schnitte, die jeweils eine Querschnittsschicht der einheitlichen Komponente definieren. Die einheitliche Komponente 80, 200, 300, 450, 500 wird anschließend unter Verwendung von DMLS gefertigt, oder, genauer gesagt, jede Schicht wird in Schritt 715 durch Schmelzen eines Metallpulvers unter Anwendung von Laserenergie aufeinanderfolgend gebildet. Jede Schicht hat eine Größe zwischen etwa 0,0005 Zoll und etwa 0,001 Zoll. Die einheitlichen Komponenten 80, 200, 300, 450, 500 können unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Laser-Sintermaschine hergestellt werden. Beispiele für geeignete Laser-Sintermaschinen enthalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, eine EOSINT.RTM. M270 DMLS Maschine, eine PHENIX PM250 Maschine und/oder eine EOSINT.RTM. M 250 Xtended DMLS Maschine, wie sie von EOS der North America, Inc. aus Novi, Michigan, erhältlich sind. Das Metallpulver, das zur Erzeugung der einheitlichen Komponenten 80, 200, 300, 450, 500 verwendet wird, ist vorzugsweise ein Pulver, das Kobalt-Chrom enthält, kann jedoch ein beliebiges sonstiges geeignetes Metallpulver, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, HS188 und INCO625, sein. Das Metallpulver kann eine Teilchengröße von zwischen etwa 10 Mikrometer und 74 Mikrometer, vorzugsweise zwischen etwa 15 Mikrometer und etwa 30 Mikrometer, aufweisen.
Obwohl die Verfahren zur Herstellung der einheitlichen Komponenten 80, 200, 300, 450, 500 in der Brennstoffdüse 100 hierin unter Verwendung von DMLS als dem bevorzugten Verfahren beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung erkennen, dass beliebige sonstige geeignete schnelle Herstellungsverfahren (Rapid-Manufacturing-Verfahren), die einen schichtweisen Aufbau oder eine additive Fertigung verwenden, ebenfalls eingesetzt werden können. Diese alternativen Rapid-Herstellungsverfahren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, selektives Lasersintern (SLS), 3D-Drucken, wie beispielsweise mittels Tintenstrahlen und Laserstrahlen, Stereolithographie (SLS), direktes selektives Lasersintern (DSLS), Elektronenstrahlsintern (EBS), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), technisches Laser-Nettoformen (LENS, Laser Engineered Net Shaping), Laser-Nettogestalt-Herstellen (LNSM, Laser Net Shape Manufacturing) und direkte Metallauftragsschweißung (DMD, Direct Metal Deposition).
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein einfaches Verfahren zum Zusammenbauen oder Wiederzusammenbauen der reparierbaren Brennstoffdüse 100, die einheitliche Komponenten mit komplexen geometrischen Merkmalen aufweist, wie hierin zuvor beschrieben. Die Verwendung der einheitlichen Komponenten in der Brennstoffdüse 100, wie hierin beschrieben, hat den Zusammenbau der reparierbaren Brennstoffdüse 100 mit geringerer Anzahl von Komponenten und mit geringerer Anzahl von Verbindungen als bei herkömmlichen Düsen ermöglicht. Zum Beispiel weist in der hierin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform der reparierbaren Brennstoffdüse 100 die Brennstoffdüsenspitze 68 nur neun Hartlötverbindungen und zwei Schweißverbindungen nach der Reparatur auf, während einige bekannte herkömmliche Düsen zweiundzwanzig Hartlötverbindungen und drei Schweißverbindungen aufweisen.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Reparieren 850 einer Brennstoffdüse gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 veranschaulicht, und die zugehörigen Schritte sind im Einzelnen nachstehend beschrieben. Das beispielhafte Reparaturverfahren 850, wie es in 4 veranschaulicht ist, kann dazu verwendet werden, die hier vorstehend beschriebene beispielhafte reparierbare Brennstoffdüse 100 zu reparieren.
Bezugnehmend auf 4, besteht der erste Schritt, in Schritt 852, darin, einen Zugang zu dem Innenraum der Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 zu öffnen. In der beispielhaften reparierbaren Düse 100, ist die Düsenspitzenanordnung 68 mit einem Schaft 83 verbunden (vgl. 1 und 2). Ein Zugang zu der Düsenspitzenanordnung kann durch spanabhebende Bearbeitung durch den Schaft 83 hindurch geschaffen werden. In der hierin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform einer reparierbaren Düse 100 weist der Schaft 83eine Abdeckplatte 802 auf, die mit diesem bspw. durch Schweißung oder Hartlötung verbunden ist. Die Anschweißplatte 802 ist um die Brennstoffdüsenspitzenachse 11 herum angeordnet (vgl. 1 und 2), so dass es durch Entfernen der Anschweißplatte möglich ist, auf einige Teile des Verteilers 300 in der Nähe der Düsenspitzenachse 11 zuzugreifen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Entfernen der Abdeckplatte besteht im Aufbohren unter Verwendung eines Bohrwerkzeugs 812 entlang der Bohrrichtung 813 längs der Düsenspitzenachse 11, wie die in 5 veranschaulicht ist.
In Schritt 854 werden das primäre Mundstück und seine zugehörigen Komponenten, wie z. B. ein primärer Brennstoffverwirbler 603, aus der Brennstoffdüse 100 entfernt. Das sekundäre Mundstück 809 , falls vorhanden, und seine zugehörigen Komponenten können in diesem Schritt ebenfalls entfernt werden. Das bevorzugte Verfahren zum Entfernen dieser Komponenten besteht im Aufbohren unter Verwendung eines Bohrers 812 entlang der Brennstoffdüsenspitzenachse 11, wie in 5 veranschaulicht.
In Schritt 856 wird ein vorgeformter Hartlötdraht 602 in eine Hartlötnut 601 in dem primären Brennstoffverwirbler 603 eingesetzt, wie dies in 6 veranschaulicht ist. Das Hartlötdrahtmaterial kann ein bekanntes Hartlötmaterial, wie beispielsweise AMS4786 (eine Gold-Nickel-Legierung), sein. In 6 weist der beispielhafte Hartlötdraht 602 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Es können andere geeignete Querschnittsformen für den Hartlötdraht 602 und entsprechende Formen für die Hartlötnut 601 verwendet werden.
In Schritt 858 wird der primäre Brennstoffverwirbler 603 bspw. durch Einpressen in dem primären Mundstück 606 eingebaut, wie in 7 veranschaulicht.
In Schritt 860 werden der primäre Brennstoffverwirbler 603 und das primäre Mundstück 606 miteinander hartverlötet, um eine neue primäre Pilot-Anordnung 807 zu bilden, wie in 7 veranschaulicht. Die Hartlötung wird unter Verwendung bekannter Verfahren durchgeführt. Es kann eine Hartlöttemperatur von zwischen 1840°F und 1960°F verwendet werden. Eine Hartlötung bei einer Temperatur von 1950°F wird bevorzugt.
In Schritt 862 wird die neue primäre Pilot-Anordnung 807 in ein sekundäres Mundstück 809 eingesetzt. Das sekundäre Mundstück 809 weist eine zylindrische Wand 840 auf, die zu dem primären Mundstück 606 im Wesentlichen koaxial verläuft. In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den 8–10 veranschaulicht ist, bilden das primäre Mundstück 606 und das sekundäre Mundstück 809, wenn sie in der hierin beschriebenen Weise zusammengebaut sind, einen inneren Pilot-Strömungskanal 169 und einen kreisringförmigen äußeren Pilot-Strömungskanal 168. Das sekundäre Mundstück 809 weist eine Stufe 803 auf, die an der Innenseite der zylindrischen Wand 840 angeordnet ist und die eine Positionierung der neuen primären Pilot-Anordnung 807 in der neuen primären Pilot-Anordnung 807 erleichtert, wie dies in 10 veranschaulicht ist. Es können andere geeignete geometrische Merkmale alternativ zu diesem Zweck verwendet werden. Außerdem weist das sekundäre Mundstück 809 eine auf der Außenseite der zylindrischen Wand 840 angeordnete Stufe 804, die eine Positionierung der neuen Pilot-Anordnung 808 in der Düsenspitzenanordnung 68 erleichtert, wie dies in den 10–14 veranschaulicht ist. Alternativ können zu diesem Zweck andere geeignete geometrische Merkmale verwendet werden.
In dem optionalen Schritt 864 wird eine Brennstoffdurchflussüberprüfung an der neuen Pilot-Anordnung 808 durchgeführt, um die Brennstoffströmungsmuster in den Pilot-Brennstoffströmungskreisläufen, dem inneren Pilot-Strömungskanal 169 und dem ringförmigen äußeren Pilot-Strömungskanal 168 zu überprüfen. Eine beispielhafte Anordnung ist in 8 gezeigt, die einen primären Pilot-Strömungskreislauf 608 und einen sekundären Pilot-Strömungskreislauf 609 in Strömungsverbindung mit dem inneren Pilot-Strömungskanal 169 und dem ringförmigen äußeren Pilot-Strömungskanal 168 veranschaulicht. Während des optionalen Strömungsüberprüfungsschritts 864 können in der Technik bekannte Testeinrichtungen, wie beispielsweise als Element 604 in 8 veranschaulicht, eingesetzt werden. Es können bekannte Abdichtungsverfahren, wie z. B. unter Verwendung von in 8 veranschaulichten O-Ringen 616, verwendet werden, um während des optionalen Strömungsüberprüfungsschritts 864 eine Brennstoffleckage zu verhindern. Nachdem die Strömungsüberprüfung beendet ist, wird die primäre Pilot-Anordnung 808 aus der Prüfeinrichtung 604 entfernt.
In dem optionalen Schritt 866 wird eine zerstörungsfreie Überprüfung der Hartlötverbindung in der primären Pilot-Anordnung 807 vorgenommen, wie z. B. in 9 veranschaulicht. Eine Röntgenüberprüfung unter Verwendung bekannter Methoden wird zur Überprüfung der Hartlötverbindung bevorzugt. Es können Röntgenstrahlen 610 von einer bekannten Röntgenquelle 611 verwendet werden.
In Schritt 868 wird ein vorgeformter Hartlötdraht 805 in eine Hartlötnut 806 in dem sekundären Mundstück 809 eingesetzt, wie dies in 10 veranschaulicht ist. Das Hartlötdrahtmaterial kann ein bekanntes Hartlötmaterial, wie bspw. AMS4786 (Gold-Nickel-Legierung), sein. In 10 hat der beispielhafte Hartlötdraht 805 einen kreisförmigen Querschnitt. Es können andere geeignete Querschnittsformen für den Hartlötdraht 805 und entsprechende Formen für die Hartlötnut 806 verwendet werden.
In Schritt 870 wird die Unterbaugruppe aus Schritt 868, die die Pilot-Anordnung 808 mit dem Hartlötdraht 805 aufweist, in der Reparaturbohrung 801 der Düse eingebaut, wie dies in 11 veranschaulicht ist. Die Pilot-Anordnung wird derart eingebaut, dass der Hartlötdraht 805 mit dem Verteilerringkörper 301 in Kontakt steht. Es wird eine geeignete Platzierungseinrichtung 811, wie sie bspw. in 11 veranschaulicht ist, verwendet, um die Pilot-Anordnung 808 im Wesentlichen koaxial zu der Düsenspitzenachse 11 zu positionieren. Eine Positioniereinrichtung, wie bspw. die Stufe 804 an der Wand 840 des sekundären Mundstücks 809, wird verwendet, um die Pilot-Anordnung 808 in Bezug auf andere Komponenten in der Düsenspitze 68 zu positionieren (siehe 11).
In Schritt 872 wird ein primärer Adapter 820 geliefert. Der primäre Adapter 820 ist eine Komponente, die eine Brennstoffströmung von einem Brennstoffströmungskanal in dem Verteiler 300 empfängt und diese Brennstoffströmung zu Pilot-Brennstoffinjektoren und Mundstücken leitet. Eine beispielhafte Ausführungsform eines primären Adapters 820 ist in 12 veranschaulicht. Sie weist einen Körper mit einem Strömungskanal 822 auf, der einen Einlass 821 und einen Austritt 823 aufweist. In der in 12 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist der Austritt 823 an einem vorderen Ende 824 des primären Adapters 820 angeordnet. In einigen Anwendungen kann der primäre Adapter 825 Einrichtungen, wie sie bspw. als Elemente 826 und 827 in 12 veranschaulicht sind, aufweisen, die dem primären Adapter 820 ermöglichen, Strömungsdurchgänge zu bilden, wenn der primäre Adapter 820 in einer Brennstoffdüse 100 eingebaut ist. Der beispielhafte primäre Adapter 820 weist Hartlötnuten auf, die während des Zusammenbaus Hartlötdrähte aufnehmen können. In dem in 12 veranschaulichten beispielhaften primären Adapter 820 ist eine Hartlötnut 836 in der Nähe des vorderen Endes 824 angeordnet, während Hartlötnuten 832 und 834 in dem Körper angeordnet sind. Ein Wulst 827 ist in der Nähe des vorderen Endes 824 angeordnet, um den primären Adapter 820 während der Montage axial zu positionieren. Der primäre Adapter kann unter Verwendung bekannter Materialien und Verfahren, wie bspw. durch Fräsen und Bohren, hergestellt sein. Der in 12 veranschaulichte beispielhafte primäre Adapter 820 ist aus handelsüblichem Hast X Material gefertigt und in herkömmlicher Weise maschinell bearbeitet. In anderen Anwendungen können der Strömungspfad innerhalb des Körpers 825 und die Einrichtungen an der Außenseite des primären Adapters komplexe geometrische Merkmale aufweisen. In diesen Anwendungen können alternative Ausführungsformen des primären Adapters 820 verwendet werden, in denen der primäre Adapter unter Verwendung von hierin beschriebenen Rapid-Manufacturing-Techniken, wie bspw. mittels DMLS (vgl. 3), hergestellt ist. Wenn, bezugnehmend auf 14, die Reparatur und der Wiederzusammenbau der Düsenspitze 68, wie hierin beschrieben, beendet ist, liefert der Strömungskanal 822 Brennstoff, der von dem primären Pilot-Strömungskanal 102 in dem Verteiler 300 an dem Einlass 821 empfangen wird, und führt diese Brennstoffströmung zu dem inneren Pilot-Strömungskanal 169. Wie in 14 veranschaulicht, bildet ein Teil 826 des Körpers 825 einen Abschnitt des sekundären Pilot-Kanals 828. Dieser Abschnitt 828 empfängt eine Brennstoffströmung von dem sekundären Pilot-Strömungskanal 104 in dem Verteiler 300 und führt diese Brennstoffströmung in einen äußeren Pilot-Strömungskanal 168. Obwohl der primäre Adapter 820 hierin (vgl. 14) im Zusammenhang mit einer Brennstoffdüse 100 beschrieben ist, die zwei Pilot-Brennstoffinjektoren (einen primären Pilot-Injektor 163 und einen sekundären Pilot-Injektor 167) aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung, wie sie hierin offenbart ist, alternative Brennstoffdüsen mit lediglich einem einzigen Pilot-Injektor sowie solche Brennstoffdüsen umfasst, die mehr als zwei Brennstoffinjetoren aufweisen.
In Schritt 874 werden vorgeformte Hartlötdrähte in Hartlötnuten in dem primären Adapter 820 eingesetzt. Wie in 12 veranschaulicht, wird ein vorgeformter Hartlötdraht 835 in eine Hartlötnut 836 eingesetzt, während ein vorgeformter Hartlötdraht 831 in eine Hartlötnut 832 eingesetzt wird und ein vorgeformter Hartlötdraht 833 in eine Hartlötnut 834 eingesetzt wird. Das Hartlötdrahtmaterial kann ein bekanntes Hartlötmaterial, wie bspw. AMS4786 (Gold-Nickel-Legierung), sein. In 12 haben die beispielhaften Hartlötdrähte 831, 833, 835 kreisförmige Querschnitte. Es können alternativ andere geeignete Querschnittsformen für die Hartlötdrähte 831, 833, 835 und entsprechende Formen für die Hartlötnuten 832, 834, 836 verwendet werden.
In Schritt 876 wird der primäre Adapter 820 in die Reparaturbohrung 801 eingesetzt, wie dies in 13 veranschaulicht ist. Das vordere Ende 824 des primären Adapters 820 passt in die Pilot-Anordnung 808. Der Hartlötdraht 835 in der Hartlötnut 836 des primären Adapters 820 steht mit der Wand des sekundären Mudstücks 809 in Kontakt. Der Strömungskanal 822 in der Nähe des Austritts 823 des primären Adapters 820 ist im Wesentlichen koaxial zu der Brennstoffdüsenachse 11 angeordnet. Die Hartlötdrähte 831, 833, 835 in den Hartlötnuten 832, 834, 836 des primären Adapters 820 stehen mit den Wänden des Verteilers 300 in Kontakt, wie dies in 13 veranschaulicht ist.
In Schritt 878 wird die Anordnung aus Schritt 876, wie in 13 veranschaulicht, mit den Hartlötdrähten 831, 833, 835 hartgelötet. Die Hartlötung wird unter Verwendung bekannter Verfahren durchgeführt. Es kann eine Hartlöttemperatur von zwischen 1800°F und 1860°F verwendet werden. Eine Hartlötung bei einer Temperatur von 1850°F wird bevorzugt.
In dem optionalen Schritt 880 wird eine zerstörungsfreie Überprüfung der in Schritt 878 erzeugten Hartlötverbindungen (vgl. 13) durchgeführt. Zur Überprüfung der Hartlötverbindung wird eine Röntgenüberprüfung unter Verwendung bekannter Methoden bevorzugt.
In Schritt 882 wird eine Abdeckplatte 802 an die aus Schritt 880 erhaltene Anordnung angeschweißt, wie in 14 veranschaulicht, so dass die axiale Zugangsbohrung in dem Schaft 83 dichtend verschlossen wird. Zu diesem Zweck können bekannte Schweißverfahren eingesetzt werden. Ein bekanntes Schweißverfahren ist das WIG-Schweißen unter Verwendung eines HS188-Schweißdrahtes.
In einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein Reparaturverfahren zur Verwendung beim Reparieren komplexer Komponenten in einer reparierbaren Brennstoffdüsenanordnung durch Bereitstellung eines Reparaturverfahrens zur Verwendung für die Reparatur einer beschädigten Komponente, ohne die Komponente aus der reparierbaren Brennstoffdüse 100 demontieren zu müssen.
In einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Reparieren einer beschädigten Komponente in einer Brennstoffdüse wird LSNM bei der Reparatur der beschädigten Teile eingesetzt. Ein Pulver wird auf ein Teil entlang eines Werkzeugweges aufgebracht und aufgeschmolzen, um einen Tropfen bzw. eine Auftragsstelle des aufgetragenen Materials zu erzeugen. Die aufgetragenen Materialstellen werden benachbart zueinander und einander überlappend erzeugt, um eine Schicht des aufgetragenen Materials zu bilden, wobei anschließend mehrere Schichten aufeinander aufgebaut werden, bis das Teil repariert ist. Alternativ kann eine Materialschicht unter Verwendung einer einzelnen Materialraupe erzeugt werden, wobei anschließend mehrere Schichten aufeinander aufgebaut werden, bis das Teil repariert ist.
In dem Laser-Nettogestalt-Herstellungsverfahren (LNSM-Verfahren) werden die Abmessungen und Geometrie der zu reparierenden Komponente bspw. gemäß einem computergestützten Konstruktionssystem (CAD-System) modelliert, und von diesen Darstellungen aus werden mit bekannten Verfahren Werkzeugwege erstellt, um das LNSM-System anzutreiben.
Ein CAD-Modell eines zu reparierenden Teils, wie bspw. des hierin beschriebenen Hitzeschildes 540 der Venturi-Einrichtung 500, wird durch numerische Charakterisierung der Gestalt der Venturi-Einrichtung/des Hitzeschildes anhand von Zeichnungen erzeugt. Sobald die Gestalt des Teils numerisch charakterisiert ist, erzeugt der Computer eine Reihe von gleichmäßigen Schnitten entlang der gewünschten Richtung des Materialaufbaus, und der Computer bestimmt eine Mittelachse oder „Wirbelsäule” (die hier nachfolgend als eine mediale Achse bezeichnet wird) für jeden Schnitt. Es ist erforderlich, mehr als eine einzige Materiallage in einem Schnitt aufzubringen, um eine gewünschte Geometrie des Hitzeschildes 540 wiederaufzubauen. Die Werkzeugwege werden mit bekannten Verfahren (wie sie z. B. in den Druckschriften U.S. 2008/031 48 78 A1 und U.S. 2008/018 20 17 beschrieben sind) auf der Basis der Auftragsstelle bestimmt, um den schichtweisen Aufbau zu vervollständigen. Alternativ könnten eine Reihe von ungleichmäßigen Schnitten entlang der gewünschten Richtung des Materialaufbaus geschaffen werden, wobei der Computer eine mediale Achse oder „Wirbelsäule” für jeden Schnitt bestimmt. Benachbarte Auftragsstellen mit aufgetragenem Material können in einem bestimmten Maße einander überlappen, um eine gleichmäßige Schicht zu bilden. Benachbarte Auftragsstellen können einander um etwa 10% bis etwa 90% überlappen.
Die Bewegung des Auftragskopfes oder äquivalent des Teils wird anschließend unter Verwendung bekannter numerischer Steuerungscomputerprogramme programmiert, um ein Befehlsmuster zu erzeugen, um Material entlang des bestimmten medialen Achsenweges innerhalb eines Schnitts mit gleichmäßiger oder adaptiver Dicke aufzutragen. Die tatsächlichen Laser-Auftragsparameter, die zum Auftragen von Material verwendet werden, werden durch vorherige Untersuchungen unter Verwendung bekannter Verfahren bestimmt worden sein. Prozessparameter, wie bspw. die Laserleistung und Werkzeugweggeschwindigkeit, werden entlang der Längserstreckung des Werkzeugweges in Abhängigkeit von der Dicke des Schnittquerschnitts variiert. Die Auftragsstellenweite kann durch Vergrößerung der Laserleistung und Reduktion der Auftragsgeschwindigkeit variiert werden. Gewöhnlich wird die Laserleistung erhöht, wenn der Schichtquerschnitt dicker ist, und die Laserleistung wird reduziert, wenn die dünneren Abschnitte der Schicht erreicht werden.
15 zeigt eine beispielhafte beschädigte Venturi-Einrichtung 909, die aus einer Düsenanordnung entfernt worden ist. Die beschädigte Venturi-Einrichtung 909 weist einen beschädigten Bereich 910 aufgrund einer Einwirkung hoher Temperaturen während des Betriebes in einer Verbrennungsumgebung, wie bspw. der Brennkammer eines Triebwerks, auf. Die Venturi-Einrichtung 500, wie sie vorstehend in der reparierbaren Düsenanordnung 100 beschrieben ist, kann, wenn sie für eine Zeitdauer Umgebungen mit hoher Temperatur ausgesetzt wird, wie die in 15 veranschaulichte beschädigte Venturi-Einrichtung 909 erscheinen. Wie hierin vorstehend beschrieben, schirmt das Hitzeschild 540 Komponenten der Brennstoffdüse 100 gegen die Flammen mit hoher Temperatur ab. Die von heißer Korrosion und Erosion in einer Verbrennungsumgebung herrührende Beschädigung reduziert die Dicke der Hitzeschildwand 542. Die beispielhaften Reparaturverfahren, wie sie hierin beschrieben sind, reparieren eine beschädigte Venturi-Einrichtung, wie bspw. die in 15 veranschaulichte, indem sie die Hitzeschildwand 542 aufbauen und die gleiche Geometrie, wie diejenige der Venturi-Einrichtung 500, im Wesentlichen wiederherstellen. Obwohl die hierin beschriebenen Reparaturverfahren verwendet werden können, um einzelne Komponenten, wie bspw. das in 15 veranschaulichte Element 909, zu reparieren, sind sie insbesondere zur Reparatur von beschädigten Komponenten, wie bspw. eines Hitzeschildes 540, in einer Düsenanordnung 100 nützlich, ohne die Komponente von der reparierbaren Düsenanordnung 100 demontieren zu müssen.
16 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Reparaturverfahrens 920 gemäß der vorliegenden Erfindung. Für die Reparatur einer Brennstoffdüsenkomponente, wie bspw. eines Hitzeschildes 540 in einer Venturi-Einrichtung 500, wird Material aufgetragen, um den beschädigten Bereich 910 oder Abschnitt zu reparieren. In Schritt 922 wird ein Teil der beschädigten Komponente 909 entfernt. Es kann erforderlich sein, eine glatte und kontinuierliche Oberfläche auf der beschädigten Stirnfläche 910 des Hitzeschildes entsprechend dem nächst verbleibenden unbeschädigten Bereich oder Abschnitt zu schleifen und anschließend aufeinanderfolgend auf die Oberfläche Material aufzutragen, bis das Hitzeschild 540 repariert ist, wie dies hier nachfolgend beschrieben ist. 17 zeigt eine Venturi-Einrichtung 909 und den Teil 912, der entlang einer Schnittlinie 916 mit herkömmlicher Spanarbeit aufgeschnitten worden ist. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die Venturi-Einrichtung 500 für die Übersichtlichkeit als eine Einzelkomponente in den 17, 18 und 19 veranschaulicht ist, die beispielhaften Schritte 920, wie sie in 16 veranschaulicht sind, ohne Demontage der Komponenten von der reparierbaren Brennstoffdüse 100 durchgeführt werden können.
In einigen Fällen liegt eine Beschädigung an der Venturi/Hitzeschild-Anordnung in Form eines unebenen und unregelmäßig geformten Schadens vor. Um die Venturi/Hitzeschild-Anordnung für eine Reparatur vorzubereiten, kann der beschädigte Bereich durch maschinellen Abtrag von Material in dem Bereich, der in etwa dem Schaden entspricht, vorbereitet werden, um eine glatte und kontinuierliche Oberfläche zu erzeugen. Dies ist in 17 unter Veranschaulichung einer Schnittlinie 916 gezeigt. Ein maschinelles Beseitigen des Schadens wird vorzugsweise in einer numerisch gesteuerten Mehrachsen-Fräsmaschine automatisch durchgeführt, die programmiert ist, um eine vorbestimmte glatte Oberfläche zu schaffen. In Schritt 924 wird der maschinell bearbeitete Bereich bspw. zur Gratentfernung weiter maschinell bearbeitet. In Schritt 926 kann der Reparaturbereich in der erforderlichen Weise mittels wässriger Reinigungsmittel und/oder Lösemittel weiter vorbehandelt und getrocknet werden. In Schritt 928 wird die Reparatur an der Komponente 909 durch Aufbau von Material (vgl. 18) auf ein Substrat 960 unter Verwendung eines kontrollierten Materialauftrags durchgeführt, um ein repariertes Teil zu erzeugen. In 18 wird Material in einer Axialrichtung aufgebaut. Eine alternative Möglichkeit zur Reparatur unter Verwendung eines Materialaufbaus in einer Radialrichtung ist in 19 veranschaulicht.
Bei der Reparatur der Venturi/Hitzeschild-Anordnung unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren kann die Zusammensetzung des zugeführten Pulvers 953 über das gesamte Teil hinweg konstant gehalten werden. Alternativ kann die Zusammensetzung des zugeführten Pulvers 953 an irgendeiner Auftragsstelle oder zwischen aufeinanderfolgenden Auftragsstellen absichtlich variiert werden, um kontrollierbare Veränderungen der Zusammensetzung in dem Gegenstand zu erzielen. Z. B. kann in einem Hitzeschild in der Nähe der ausgesetzten Oberfläche eine robuste hitzebeständige Zusammensetzung verwendet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Methode kann eine weite Vielfalt von Materialien aufgetragen werden. Z. B. können Metalle oder Metalllegierungen, die Nickel und Nickellegierungen, Kobalt und Kobaltlegierungen sowie Eisen und Eisenlegierungen enthalten, Superlegierungen, einschl. Ni-basierter, Co-basierter und Fe-basierter Superlegierungen, Keramikarten und Cermets aufgetragen werden. Das aufgetragene Material kann ein Einzelmaterial oder ein Gemisch aus unterschiedlichen Materialien sein. Ferner kann das aufgetragene Material während des Auftrags derart variiert oder verändert werden, dass die Materialauftragsstelle aus unterschiedlichen Materialien oder mehr als einem einzelnen Material gebildet wird. Es können bekannte numerisch computergesteuerte Verfahren (CNC-Verfahren) in dem Reparaturprozess eingesetzt werden, um die Geschwindigkeit zu steuern, den Laser ein-/abzuschalten, die Laserleistung und den Pulverfluss zu bestimmen. Einige Parameter, die den Prozess steuern, können während der Verarbeitung eines Teils dynamisch verändert werden, einschl., jedoch nicht darauf beschränkt, der Laserleistung, der Werkzeuggeschwindigkeit, der Pulverzuführrate und des Überlappungsverhältnisses.
Eine Auftragung mittels Laser-Nettogestalt-Herstellung (LNSM) ist in den 18 und 19 in schematisierter Weise veranschaulicht. Wie in den 18 und 19 veranschaulicht, speist eine (nicht veranschaulichte) Pulverversorgung eine Pulverdüse 952 zur Aufbringung auf ein Substrat 960 auf dem Hitzeschild 540. Ein Laser 950 schmilzt das Pulver auf, während dieses auf die Substratoberfläche 960 befördert wird, und schmilzt die Substratoberfläche auf, um in der Nähe der Stelle, an der der Laser 950 auf das Pulver und die Oberfläche des Substrats 960 gerichtet ist, eine Schmelzlache zu erzeugen. Das Auftragssystem 965 und das Substrat 960 werden relativ zueinander bewegt, um eine Schicht eines verfestigten aufgetragenen Materials zu bilden, wenn sich die Schmelzlache abkühlt.
Der Weg des Lasers 950, der entlang des Substrats 960 verläuft, wird als ein Werkzeugweg bezeichnet. Das aufgetragene Material wird als eine Materialauftragsstelle (Materialraupe, Materialtropfen) bezeichnet. Die Weite des aufgetragenen Materials entlang des Werkzeugweges wird als eine Auftragsstellenweite bezeichnet. Die erzeugte Schmelzlache kühlt sich ab und verfestigt sich, während sich der Laser 950 entlang des Substrats 960 bewegt. Es kann mehr als eine einzige Pulverzuführung verwendet werden, um das aufgetragene Material zu bilden, wobei in dieser Darstellung eine zweite Pulverdüse 952 veranschaulicht ist, die zu dem verfestigten aufgetragenen Material beiträgt. Durch Aufschmelzen sowohl des zugeführten Pulvers als auch der Oberfläche des Substrats 960 erzeugt der Laser 950 ein stark angebundenes aufgetragenes Material.
Nach Beendigung einer ersten Stelle oder Raupe des aufgetragenen Materials werden die Düse 952 und der Laser 950 relativ zu dem Substrat 960 derart positioniert und bewegt, dass eine benachbarte zweite Stelle bzw. Raupe mit aufgetragenem Material entlang einer Seite der ersten Auftragsstelle aufgebracht werden kann, wobei die Weite der zweiten Auftragsstelle die Weite der ersten Auftragsstelle überlappt. Der Prozess wird wiederholt, bis eine Schicht des aufgetragenen Materials erzeugt ist.
Die reparierbare Brennstoffdüse 100 für ein Turbinentriebwerk bzw. eine Turbinenmaschine (vgl. 1, 12, 14) und das Reparaturverfahren 850 (vgl. 4) weisen weniger Komponenten und Verbindungen als bekannte Brennstoffdüsen und Reparaturverfahren auf. Insbesondere erfordert die vorstehend beschriebene reparierbare Brennstoffdüse 100 aufgrund der Verwendung von Komponenten und Anordnungen, wie bspw. des primären Adapters 820 und der Pilot-Anordnung 808 sowie der offenbarten Verfahren zur Verbindung dieser in der reparierbaren Brennstoffdüse 100 weniger Komponenten. Die reparierbare einheitliche Venturi-Einrichtung 500, die ein reparierbares Hitzeschild aufweist, das sich reparieren lässt, ohne es von der reparierbaren Brennstoffdüse 100 zu entfernen, wie hierin offenbart, ergibt deutliche Einsparungen an Kosten. In Folge dessen ergibt die beschriebene reparierbare Brennstoffdüse 100 eine leichtere, kostengünstigere Alternative zu bekannten Brennstoffdüsen. Außerdem bieten die beschriebene einheitliche Konstruktion für wenigstens einige Komponenten der Brennstoffdüse 100 und die beschriebenen Verfahren zum Zusammenbauen und Reparieren 805 weniger Möglichkeiten für Leckage oder Ausfall, und sie lässt sich im Vergleich zu bekannten Brennstoffdüsen leichter reparieren.
In dem hierin verwendeten Sinne sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben und dem das Wort „ein” oder „eine” vorangestellt ist, derart verstanden werden, dass es mehrere derartige Elemente oder Schritte nicht ausschließt, wenn ein derartiger Ausschluss nicht ausdrücklich angegeben ist. Bei der Einführung von Elementen/Komponenten/Schritten etc. der Brennstoffdüse 100 und ihrer hierin beschriebenen und/oder veranschaulichten Komponenten sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten, dass es ein(e) oder mehrere des/der Elemente(s)/Komponente(n)/etc. gibt. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen im Sinne von inklusive verstanden werden und bedeuten, dass es neben dem/der/den Element(en)/Komponente(n)/etc. ein(e) oder mehrere weitere Element(e)/Komponente(n)/etc. geben kann. Außerdem sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten.
Obwohl die Verfahren, wie beispielsweise das Herstellungsverfahren 700 und das Reparaturverfahren 805, sowie Gegenstände, wie beispielsweise der primäre Adapter 820, die Pilot-Anordnung 808, die einheitliche Venturi-Einrichtung 500, wie hierin beschrieben, im Zusammenhang mit der Verwirbelung von Luft zur Vermischung flüssigen Brennstoffs mit Luft in Brennstoffdüsen in einem Turbinentriebwerk beschrieben sind, ist es zu verstehen, dass die Komponenten, Herstellungsverfahren sowie Reparatur- und Zusammenbauverfahren, wie sie hierin beschrieben sind, nicht auf Brennstoffdüsen oder Turbinentriebwerke begrenzt sind. Das Verfahren zum Herstellen 700, das Verfahren zum Reparieren 805 und die reparierbare Brennstoffdüse 100 sowie ihre Komponenten, wie bspw. die Venturi-Einrichtung 500, wie sie in den hierin enthaltenen Figuren veranschaulicht sind, sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, sondern können vielmehr unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen weiteren Komponenten verwendet werden.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Art, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und umzusetzen. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Zusammenfassung:
Es ist ein Verfahren zum Reparieren einer Brennstoffdüse (100) offenbart, das die Schritte aufweist: Vorbereiten einer beschädigten Komponente (909) zur Reparatur; Richten von Wärmeenergie auf ein Substrat (960); Richten eines Stroms eines Pulvermaterials (953); und Auftragen des Pulvermaterials auf das Substrat (960).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2008/0314878 A1 [0076]
- US 2008/0182017 [0076]

Claims

Verfahren zum Reparieren einer Brennstoffdüse (100), dass die Schritte aufweist: Vorbereiten einer beschädigten Komponente (909) für eine Reparatur, ohne sie aus der Brennstoffdüsenanordnung (100) zu entfernen; Richten von Wärmeenergie auf ein Substrat (960); Richten eines Pulvermaterialstroms (953) von einer Abgabevorrichtung (952); und Auftragen des Pulvermaterials auf das Substrat (960).
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Richtens von Wärmeenergie den Einsatz von Energie von einer Laserquelle aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Richtens von Wärmeenergie den Einsatz von Energie aus einem Plasma aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auftragens des Pulvermaterials auf das Substrat (960) Laser-Auftragsschweißen aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auftragens des Pulvermaterials auf das Substrat (960) Laser-Nettogestalt-Herstellung aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Richtens eines Pulvermaterialstroms (953) ein Verteilen des Pulvermaterials (953) aus mehreren Ausgabevorrichtungen (952) aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Richtens von Wärmeenergie den Einsatz von Wärmeenergie aus mehreren Quellen aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Vorbereitens einer beschädigten Komponente (909) den Schritt des Aufschneidens eines Teils der beschädigten Komponente aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des digitalen Modellierens der Geometrie der Komponente (909) im unbeschädigten Zustand aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei die beschädigte Komponente (909) ein Hitzeschild (540) aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei die beschädigte Komponente (909) eine Venturi-Einrichtung (500) ist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 1, wobei das Pulvermaterial im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die beschädigte Komponente (909) aufweist.
Verfahren zum Reparieren eines Hitzeschildes (540) in einer Brennstoffdüsenanordnung (100), das die Schritte aufweist: Vorbereiten des Hitzeschildes (540) zur Reparatur, ohne es aus der Brennstoffdüsenanordnung (100) zu entfernen; Richten von Wärmeenergie in Richtung auf ein Substrat (960) des Hitzeschildes (540); Richten eines Stroms eines Pulvermaterials (953) von einer Ausgabevorrichtung (952); und Auftragen des Pulvermaterials auf das Substrat (960).
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Vorbereitens des Hitzeschildes (540) den Schritt des Entfernens eines Teils des Hitzeschildes (540) aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei das Pulvermaterial im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das Hitzeschild (540) aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei das Hitzeschild (540) einen Teil einer Venturi-Einrichtung (500) in der Brennstoffdüsenanordnung (100) bildet.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Auftragens des Pulvermaterials derart durchgeführt wird, dass die Richtung des Dickenaufbaus des Hitzeschildes im Wesentlichen in Axialrichtung verläuft.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Auftragens des Pulvermaterials derart durchgeführt wird, dass die Richtung des Dickenaufbaus des Hitzeschildes im Wesentlichen in Radialrichtung verläuft.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei das aufgetragene Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die Metalle, Metalllegierungen und Keramik aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 13, wobei das aufgetragene Material mehr als ein einziges Material aufweist.
Verfahren zum Reparieren einer Venturi-Einrichtung (500) in einer Brennstoffdüsenanordnung (100), das die Schritte aufweist: Vorbereiten der Venturi-Einrichtung (500) zur Reparatur; Entfernen eines beschädigten Teils der Venturi-Einrichtung (500); Richten von Wärmeenergie in Richtung auf ein Substrat (960) der Venturi-Einrichtung (500); Richten eines Stroms eines Pulvermaterials (953) von einer Ausgabevorrichtung (952); und Auftragen des Pulvermaterials auf das Substrat (960).
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 21, wobei das aufgegetragene Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die Metalle, Metalllegierungen und Keramik aufweist.
Verfahren zum Reparieren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Richtens von Wärmeenergie den Einsatz von Energie von einer Laserquelle aufweist.