DE112009000780B4 - Brennstoffdüse - Google Patents

Abstract

Brennstoffdüse (100) für eine Gasturbinenmaschine, wobei die Brennstoffdüse (100) wenigstens eine einteilige Komponente aufweist, die unter Verwendung eines Rapid-Manufacturing-Verfahrens hergestellt ist, wobei die wenigstens eine einteilige Komponente eine einteilige Venturi-Einrichtung (500) ist, die einen Mischhohlraum (550) zur Vermischung von Brennstoff mit Luft in der Brennstoffdüse (100) bildet,wobei die einteilige Venturi-Einrichtung (500) einen monolithischen Aufbau hat und aufweist:eine ringförmige Venturi-Wand (502), die rings um eine Achse (11) angeordnet ist und den Mischhohlraum (550) bildet;eine ringförmige Teilereinrichtung (530), die sich radial innen von der ringförmigen Venturi-Wand (502) befindet und koaxial zu dieser rings um die Achse (11) angeordnet ist; undeinen Verwirbler (510), der zwischen der ringförmigen Venturi-Wand (502) und der ringförmigen Teilereinrichtung (530) angeordnet ist und mehrere Leitschaufeln (508) aufweist, die sich zwischen der Venturi-Wand (502) und der ringförmigen Teilereinrichtung (530) radial nach innen erstrecken;wobei die Brennstoffdüse (100) ferner einen einteiligen Verwirbler (200) aufweist, der einen monolithischen Aufbau hat und aufweist:eine Nabe (205), die sich in Umfangsrichtung rings um die Achse (11) erstreckt;eine Reihe von Leitschaufeln (208), die sich von der Nabe (205) aus erstrecken und in einer Umfangsrichtung auf der Nabe (205) um die Achse (11) herum angeordnet sind;einen ringförmigen Rand (240), der ein stromaufwärtiges Ende der Nabe (205) umgibt und eingerichtet ist, um ein stromaufwärtiges Ende der Venturi-Einrichtung (500) aufzunehmen und festzuhalten; undeine sich radial erstreckende Wand (260), die die Nabe (205) und den ringförmigen Rand (240) miteinander verbindet.

Description

• HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
• Diese Erfindung betrifft allgemein Brennstoffdüsen und insbesondere Brennstoffdüsenanordnungen, die durch Hartlötung miteinander gekoppelte einteilige Komponenten aufweisen, zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken (bzw. -maschinen) .
• 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 zweiundzwanzig Hartlötverbindungen und drei Schweißverbindungen.
• Brennstoffdüsen weisen Verwirbleranordnungen auf, die die durch diese hindurch strömende Luft verwirbeln, um eine Vermischung von Luft mit Brennstoff vor der Verbrennung zu fördern. Die in den Brennern verwendeten Verwirbleranordnungen können komplexe Strukturen mit axialen, radialen oder konischen Verwirblern oder eine Kombination von diesen aufweisen. In der Vergangenheit sind herkömmliche Herstellungsverfahren verwendet worden, um Mischer mit gesonderten Venturi- und Verwirblerkomponenten zu fertigen, die unter Verwendung bekannter Verfahren zusammengefügt oder miteinander verbunden werden, um Baueinheiten zu bilden. Z.B. werden in einigen Mischern mit komplexen Schaufeln einzelne Schaufeln zunächst maschinell bearbeitet und dann zu einer Baueinheit verlötet. Es sind Feingussverfahren in der Vergangenheit zur Erzeugung einiger Brennerverwirbler verwendet worden. Andere Verwirbler und Venturi-Einrichtungen sind aus einem Rohmaterialvorrat maschinell hergestellt worden. Als ein Mittel zur maschinellen Bearbeitung der Schaufeln in herkömmlichen Brennstoffdüsenkomponenten ist elektroerosive Bearbeitung eingesetzt worden.
• 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 Herstellungskosten sowie den Prüfaufwand der Komponenten und Baueinheiten steigern.
• Demgemäß wäre es wünschenswert, eine Brennstoffdüse mit einteiligen Komponenten zu haben, die komplexe Geometrien aufweisen, um Brennstoff und Luft in Brennstoffdüsen miteinander zu vermischen und dabei gleichzeitig die Strukturen gegenüber Hitze zu schützen, um aus einer Wärmebelastung herrührende unerwünschte Effekte, wie zuvor beschrieben, zu reduzieren. Es ist erwünscht, eine Brennstoffdüsenanordnung zu haben, die Anordnungsmerkmale aufweist, um die Kosten zu reduzieren 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 Zusammenbauen einteiliger Komponenten mit komplexen dreidimensionalen Geometrien, wie bspw. eines Verteilers, eines Verwirblers und einer Venturi-Einrichtung mit einem Hitzeschild zur Verwendung in Brennstoffdüsen mit reduziertem Leckagepotenzial in einem Gasturbinentriebwerk bzw. einer Gasturbinenmaschine zu haben. Es ist erwünscht, ein Verfahren zum Herstellen einteiliger Komponenten, die komplizierte dreidimensionale Geometrien aufweisen, zur Verwendung in Brennstoffdüsen zu haben.
• US 7 654 000 B2 beschreibt eine Brennstoffdüsenspitze mit einem als Brennstoffverteiler dienenden Düsenkörper, der einen hindurchführenden Brennstoffkanal in diesem und eine Anordnung von nach außen offenen Aussparungen an seinem radialen Umfang aufweist, und mit einem ringförmigen Kragen, der um den Körper herum montiert ist, um mit den Aussparungen des Körpers Luftkanäle zu bilden, die eine Sprühauslassöffnung des Brennstoffkanals umgeben. Der Düsenkörper kann durch Metallpulverspritzguss hergestellt, im Grünzustand umgeformt und gesintert werden und kann anschließend mit dem ringförmigen Kragen umgeben und verbunden werden, oder der Körper und der ringförmige Kragen können zusammengesintert werden.
• US 2007 / 0 163 114 A1 beschreibt eine vordrallerzeugende Leitschaufeleinrichtung für eine Turbinenleitschaufelprüfanordnung mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Schaufeln, die durch direktes Metall-Lasersintern hergestellt werden.
• US 7 788 927 B2 beschreibt eine Brennstoffdüsenspitze mit einem einteiligen ringförmigen Gehäuse, das über eine Gleitverbindung mit einer einteiligen Venturi-Einrichtung verbunden ist, die eine Brennstoffkammer innerhalb der Brennstoffdüsenspitze definiert. Ein einteiliger Verwirbler ist radial innen von der Brennstoffkammer positioniert und mit der Venturi-Einrichtung verbunden. Ein Injektor ist radial innen von dem Verwirbler angeordnet.
• US 6 355 086 B2 beschreibt eine Turbinenlaufschaufel mit einer abreibbaren Komponente, die mittels eines metallpulverbasierten Laserschmelzverfahrens gefertigt und durch Hartlötung an der Schaufelspitze befestigt wird.
• US 6 718 770 B2 und US 7 464 553 B2 beschreiben jeweils eine Brennstoffdüse für eine Gasturbinenmaschine, die eine einteilige Venturi-Einrichtung aufweist, die einen Mischhohlraum zur Vermischung von Brennstoff mit Luft in der Brennstoffdüse bildet. Die Venturi-Einrichtung weist eine ringförmige Venturi-Wand auf, die rings um eine Achse angeordnet ist und den Mischhohlraum bildet. Die Venturi-Einrichtung weist ferner eine an der Venturi-Wand befestigte ringförmige Teilereinrichtung, die radial innen von der ringförmigen Venturi-Wand und koaxial zu dieser rings um die Achse angeordnet ist, und einen Verwirbler mit mehreren in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln auf, die sich zwischen der Venturi-Wand und der ringförmigen Teilereinrichtung in radialer Richtung erstrecken. Die Brennstoffdüse weist ferner einen radial inne
  ren Verwirbler aufweist, der radial innen von der ringförmigen Teilereinrichtung angeordnet ist und eine Reihe von Leitschaufeln aufweist, die zur Verwirbelung von Luft in Umfangsrichtung verteilt um die Achse herum angeordnet sind.
• KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Der vorstehend erwähnte Bedarf oder die Bedürfnisse kann/können durch eine Brennstoffdüse für eine Gasturbinenmaschine gemäß der Erfindung erfüllt werden, die die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 aufweist. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• 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 schematisierte Ansicht eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks mit hohem Nebenstromverhältnis, das eine beispielhafte Brennstoffdüse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
• 2 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Brennstoffdüse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 3 zeigt eine im Querschnitt dargestellte Teilansicht einer beispielhaften Brennstoffdüse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 4 zeigt eine axiale Querschnittsansicht der Spitzenregion der beispielhaften Brennstoffdüse, wie sie in 2 veranschaulicht ist.
• 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer einteiligen Komponente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 6 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Zusammenbauen einer Brennstoffdüse gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 7 zeigt eine ebene Draufsicht auf einen beispielhaften Brennstoffverwirbler, der einen Hartlötdraht aufweist, wobei ein Teil weggeschnitten ist.
• 8 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften primären Pilot-Anordnung.
• 9 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften primären Pilot-Anordnung und eines beispielhaften Verwirblers, die an einer Prüfeinrichtung angeordnet sind.
• 10 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Röntgenprüfung einer primären Pilot-Anordnung.
• 11 zeigt eine schematisierte Darstellung der Montage von Hartlötdrähten in einem Verteiler, einer primären Pilot-Anordnung und einem Verwirbler.
• 12 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften Brennstoffdüsen-Unterbaugruppe.
• 13 zeigt eine isometrische Ansicht der in 12 veranschaulichten beispielhaften Brennstoffdüsen-Unterbaugruppe.
• 14 zeigt eine im Axialschnitt dargestellte Teilansicht der in 12 veranschaulichten Unterbaugruppe, wie sie in einem Schaftgehäuse eingesetzt ist.
• 15 zeigt eine im Axialschnitt dargestellte Teilansicht eines äußeren Mantels, wie er an der in 14 veranschaulichten Unterbaugruppe montiert ist.
• 16 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften Venturi-Einrichtung.
• 17 zeigt eine im Schnitt dargestellte Teilansicht eines beispielhaften Schaftgehäuses und Ventilgehäuses der Brennstoffdüse.
• 18 zeigt eine axiale Schnittansicht des Spitzenmontagebereiches der in 2 veranschaulichten beispielhaften Brennstoffdüse nach dem Zusammenbau.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Indem nun im Einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Figuren gleiche Elemente kennzeichnen, zeigt 1 in schematisierter Form ein beispielhaftes Gasturbinentriebwerk 10 (der Bauart mit hohem Nebenstromverhältnis), das eine beispielhafte Brennstoffdüse 100 mit einteiligen Komponenten (wie beispielsweise der Leitung 80, dem Verwirbler 200, dem Verteiler 300, dem Mittelkörper 450 und der Venturi-Einrichtung 500, wie sie in den Figuren veranschaulicht und hierin beschrieben sind) enthält, die zur Unterstützung einer Vermischung von Luft mit dem Brennstoff in der Brennstoffdüse 100 verwendet werden. Das beispielhafte Gasturbinentriebwerk 10 weist für Bezugszwecke eine durch dieses hindurch verlaufende axiale Längs- und Mittellinienachse 12 auf. Das Triebwerk 10 enthält vorzugsweise ein Gasturbinenkerntriebwerk, das allgemein durch das Bezugszeichen 14 gekennzeichnet ist, und einen Bläserabschnitt 16, der stromaufwärts von diesem angeordnet ist. Das Kerntriebwerk 14 enthält gewöhnlich ein im Wesentlichen rohrförmiges äußeres Gehäuse 18, das einen kreisringförmigen Einlass 20 definiert. Das äußere Gehäuse 18 umschließt ferner und stützt einen Booster-Verdichter 22, der dazu dient, den Druck der Luft, die in das Kerntriebwerk 14 eintritt, auf ein erstes Druckniveau anzuheben. Ein mehrstufiger Hochdruck-Axialverdichter 24 empfängt unter Druck stehende Luft von dem Booster-Verdichter 22 und erhöht den Druck der Luft weiter. Die Druckluft strömt zu einem Brenner 26, in dem Brennstoff in den unter Druck stehenden Luftstrom injiziert und gezündet wird, um die Temperatur und das Energieniveau der Druckluft zu erhöhen. Die energiereichen Verbrennungsprodukte strömen von dem Brenner 26 zu einer ersten (Hochdruck-)Turbine 28, um den Hochdruckverdichter 24 über eine erste (Hochdruck-)Antriebswelle 30 anzutreiben, und anschließend zu einer zweiten (Niederdruck-)Turbine 32, um den Booster-Verdichter 22 und den Bläserabschnitt 16 über eine zweite (Niederdruck-)Antriebswelle 34 anzutreiben, die koaxial zu der ersten Antriebswelle 30 verläuft. Nach dem Antreiben jeder der Turbinen 28 und 32 verlassen die Verbrennungsprodukte das Kerntriebwerk 14 über eine Auslassdüse 36, um wenigstens einen Teil des Strahl-Antriebsschubs des Triebwerks 10 zu liefern.
• Der Bläserabschnitt 16 enthält einen drehbaren Axialfluss-Bläserrotor 38, der von einem ringförmigen Bläsergehäuse 40 umgeben ist. Es versteht sich, dass das Bläsergehäuse 40 von dem Kerntriebwerk 14 mittels mehrerer im Wesentlichen radial verlaufender, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Auslassleitschaufeln 42 abgestützt ist. Auf diese Weise umschließt das Bläsergehäuse 40 den Bläserrotor 38 und die Bläserrotorschaufeln 44. Ein stromabwärts befindlicher Abschnitt 46 des Bläsergehäuses 40 erstreckt sich über einem äußeren Abschnitt des Kerntriebwerks 14, um eine sekundäre oder Nebenstrom-Luftströmungsleitung 48 zu definieren, die zusätzlichen Strahl-Antriebsschub liefert.
• Von der Strömung aus betrachtet, versteht es sich, dass ein anfänglicher Luftstrom, wie er durch einen Pfeil 50 dargestellt ist, in das Gasturbinentriebwerk 10 durch einen Einlass 52 zu dem Bläsergehäuse 40 eintritt. Der Luftstrom 50 strömt an den Bläserlaufschaufeln 44 vorbei und teilt sich in einen ersten komprimierten Luftstrom (wie er durch einen Pfeil 54 dargestellt ist), der durch eine Leitung 48 verläuft, und einen zweiten komprimierten Luftstrom (der durch einen Pfeil 56 dargestellt ist) auf, der in den Booster-Verdichter 22 eintritt.
• Der Druck des zweiten komprimierten Luftstroms 56 wird erhöht, und er tritt in den Hochdruckverdichter 24, wie durch einen Pfeil 58 dargestellt, ein. Nachdem er in dem Brenner 26 mit Brennstoff vermischt und verbrannt wird, treten Verbrennungsprodukte 60 aus dem Brenner 26 aus und strömen durch die erste Turbine 28. Die Verbrennungsprodukte 60 strömen anschließend durch die zweite Turbine 32 und treten aus der Auslassdüse 36 aus, um wenigstens einen Teil des Schubs für das Gasturbinentriebwerk 10 zu liefern.
• Der Brenner 26 enthält eine ringförmige Brennkammer 62, die zu der Längs- und Mittelachse 12 koaxial verläuft, sowie einen Einlass 64 und einen Auslass 66. Wie oben erwähnt, empfängt der Brenner 26 einen ringförmigen Strom unter Druck stehender Luft von einem Hochdruckverdichteraustrittsauslass 69. Ein Teil dieser Verdichterauslassluft („CDP“-Luft, Compressor Discharge Air), wie sie in den Figuren hierin durch das Bezugszeichen 190 gekennzeichnet ist, strömt in einen (nicht veranschaulichten) Mischer. Brennstoff wird von einer Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 injiziert, damit er sich mit der Luft vermischt und ein Brennstoff-LuftGemisch bildet, das der Brennkammer 62 zur Verbrennung zugeführt wird. Ein Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches wird durch eine geeignete Zündvorrichtung bewerkstelligt, und die resultierenden Verbrennungsgase 60 strömen in einer Axialrichtung zu einer ringförmigen Erststufen-Turbinendüse 72 hin und in diese hinein. Die Düse 72 ist durch einen ringförmigen Strömungskanal definiert, der mehrere sich radial erstreckende, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Düsenleitschaufeln 74 enthält, die die Gase derart umlenken, dass diese unter einem Winkel strömen und auf die Erststufen-Turbinenschaufeln der ersten Turbine 28 auftreffen. Wie in 1 veranschaulicht, dreht die erste Turbine 28 vorzugsweise den Hochdruckverdichter 24 über die erste Antriebswelle 30. Die Niederdruckturbine 32 treibt vorzugsweise den Booster-Verdichter 22 und den Bläserrotor 38 über die zweite Antriebswelle 34 an.
• Die Brennkammer 62 befindet sich innerhalb des Triebwerksaußengehäuses 18. Brennstoff wird in die Brennkammer durch Brennstoffdüsen 100 zugeführt, wie sie beispielsweise in den 2 und 3 veranschaulicht sind. Flüssigbrennstoff wird durch Leitungen 80 innerhalb eines Schaftes 83, wie beispielsweise in 3 veranschaulicht, zu der Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 befördert. Es können Leitungen, die einen einteiligen Aufbau (hier z.T. auch als einteiliger Aufbau bezeichnet) haben, dazu verwendet werden, den flüssigen Brennstoff in die Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 der Brennstoffdüsen 100 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 26 eingesprüht, wie beispielsweise in den 2, 3 und 4 veranschaulicht. Während eines Betriebs des Turbinentriebwerks wird zu Beginn Pilot-Brennstoff durch einen PilotBrennstoffströmungskanal, wie beispielsweise die Elemente 82, 84 in 3, während vorbestimmter Triebwerksbetriebsbedingungen, wie beispielsweise während des Starts und Leerlaufs, zugeführt. Der Pilot-Brennstoff wird aus der Brennstoffverteilerspitze 180 durch den Pilot-Brennstoffauslass 162 ausgegeben. Wenn zusätzliche Leistung angefordert wird, wird Hauptbrennstoff durch Hauptbrennstoffdurchgänge 85 (siehe 3) zugeführt, und der Hauptbrennstoff wird unter Verwendung der Hauptbrennstoffauslässe 165 versprüht.
• 3 zeigt eine im Schnitt dargestellte isometrische Ansicht einer beispielhaften Brennstoffdüse 100, die eine einteilige Leitung 85 aufweist, die zur Beförderung von flüssigem Brennstoff in einer Brennstoffdüsenspitze 68 verwendet wird. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die einteilige Leitung 80 einen innerhalb des Leitungskörpers 87 angeordneten Strömungskanal 86, der als der in die Brennstoffdüse hineinführende Hauptbrennstoffdurchgang dient, und Pilot-Brennstoffkanäle 82, 84, die sich innerhalb des Leitungskörpers 87 erstrecken. Brennstoff von den Pilot-Brennstoffkanälen wird in die Brennstoffdüsenspitze 68 durch ein Pilot-Zufuhrrohr 154 (vgl. 4) geleitet und tritt durch einen Pilot-Brennstoffauslass 162 aus. In einigen einteiligen Leitungen 80 ist es vorteilhaft, einen Strömungskanal 86 zu haben, der sich in zwei oder mehrere Teilkanäle 88, 89 verzweigt, wie sie beispielsweise in 3 veranschaulicht sind. Wie in 3 für eine Anwendung der einteiligen Leitung 80 für eine Brennstoffdüse 100 veranschaulicht, verzweigt sich der Strömungskanal 86 zu einem ersten Hauptkanal 88 und einem zweiten Hauptkanal 89. Flüssigbrennstoff wird durch einen Hauptkanaleinlass 126 in die Düse geliefert und tritt in den Strömungskanal 86 ein. Der Brennstoffstrom teilt sich anschließend zu zwei Strömen auf, wobei einer durch den ersten Hauptkanal 88 und der andere durch den zweiten Hauptkanal 89 führt, bevor er in die Verteilerspitze 180 eintritt. Wie in 3 veranschaulicht, erstrecken sich der Hauptbrennstoffdurchgang 86, die Teilkanäle 88, 89 und die Pilot-Brennstoffdurchgänge 82, 84 im Wesentlichen in Längsrichtung in der einteiligen Leitung 80.
• Ein beispielhafter Brennstoffverteiler 200, der eine einteilige Leitung 80, wie hierin beschrieben, aufweist und in einer Gasturbinentriebwerks-Brennstoffdüse verwendet wird, ist in 3 veranschaulicht. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine einteilige Leitung 80 innerhalb eines Schaftes 83 angeordnet, der einen Flansch 81 zur Montage in einem Gasturbinentriebwerk 10 aufweist. Die einteilige Leitung 80 ist innerhalb des Schaftes 83 derart angeordnet, dass zwischen der Innenseite des Schaftes und dem Leitungskörper 80 der einteiligen Leitung 80 ein Zwischenraum oder Spalt 77 vorhanden ist. Der Spalt 77 isoliert die einteilige Leitung 80 von Hitze und anderen nachteiligen Umgebungsbedingungen, die die Brennstoffdüse in Gasturbinentriebwerken umgeben. Eine weitere Kühlung der einteiligen Leitung 80 kann durch Umwälzluft in dem Spalt 77 erzielt werden. Die einteilige Leitung 80 ist unter Verwendung herkömmlicher Befestigungsmittel, wie beispielsweise durch Hartlötung, an dem Schaft 83 befestigt. Alternativ können die einteilige Leitung 80 und der Schaft 83 durch Rapid-Manufacturing-Verfahren, wie beispielsweise direktes Metall-Lasersintern, wie hierin beschrieben, hergestellt sein. In der hierin veranschaulichten und beschriebenen beispielhaften Ausführungsform einer Brennstoffdüse 100 erstreckt sich die Brennstoffverteilerspitze 68 von der einteiligen Leitung 80 und dem Schaft 83 derart aus, dass die Hauptbrennstoffdurchgänge (der erste Hauptkanal 88 und der zweite Hauptkanal 89) und die Pilot-Brennstoffdurchgänge 82, 84 mit einem Brennstoffverteiler 300, wie beispielsweise in 3 veranschaulicht, in Strömungsverbindung stehen. Insbesondere sind die Hauptbrennstoffdurchgänge 88, 89 mit Hauptbrennstoffkreisläufen strömungsmäßig verbunden, die innerhalb des Brennstoffverteilers 300 definiert sind. In gleicher Wiese sind der primäre Pilot-Kanal 82 und der sekundäre Pilot-Kanal 84 mit zugehörigen Pilot-Injektoren (vgl. beispielsweise in 4 veranschaulichte Elemente 163, 164), die radial innen in einer Brennstoffdüse angeordnet sind, strömungsmäßig verbunden. Es wird für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass, obwohl die Leitung 80 und der Verteilerring 171 hierin vorstehend als eine einteilige Leitung (d.h. mit einem einteiligen Aufbau) beschrieben worden sind, es möglich ist, Leitungen 80 mit anderen geeigneten Herstellungskonstruktionen unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren einzusetzen. Der einteilige Verteilerring 171 ist mit herkömmlichen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise durch Hartlöten, an dem Schaft 83 angebracht. Alternativ können der einteilige Verteilerring 171 und der Schaft 83 mittels eines Rapid-Manufacturing-Verfahrens, wie beispielsweise durch direktes Metall-Lasersintern, wie hierin beschrieben, hergestellt sein.
• 4 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 der in den 1, 2 und 3 veranschaulichten beispielhaften 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. 3 und 4 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit zwei Hauptströmungskanälen 304, 305 und zwei Pilot-Strömungskanälen 102, 104, die den Brennstoff in einer Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 verteilen.
• Der beispielhafte Verteiler 300, wie er in 4 veranschaulicht ist, weist einen Verteilerringkörper 171 auf, der die hierin beschriebenen Hauptströmungskanäle und Pilot-Strömungskanäle enthält. Die Hauptströmungskanäle 304, 305 in dem Verteiler 300 stehen mit entsprechenden Hauptströmungskanälen (wie bspw. den als Elemente 88, 89 in 3 veranschaulichten) 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 304, 305 befördert, die in Umfangsrichtung rings um eine Verteilerachse 11 angeordnet sind.
• Der Ausdruck „einteilig“ wird in dieser Anmeldung verwendet um auszudrücken, dass die zugehörige Komponente, wie bspw. eine hierin beschriebene Venturi-Einrichtung 500, während der Herstellung als ein Einzelteil hergestellt wird. Somit weist eine einteilige Komponente einen monolithischen Aufbau für die Komponente auf.
• 4 zeigt einen axialen Schnitt durch eine beispielhafte Brennstoffdüsenspitze 68 einer Brennstoffdüsenanordnung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 4 veranschaulichte beispielhafte Brennstoffdüsenspitze 68 weist zwei Pilot-Brenn-stoffströmungskanäle 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-Strö-mungskanal 104 die Brennstoffdüse durch einen sekundären Pilot-Brennstoffinjektor 167 verlässt. Der primäre Pilot-Strö-mungskanal 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 (vgl. 3). 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 80 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 4 veranschaulichten Elemente 102, 104, 105, gegenüber der widrigen thermischen Umgebung zu schützen. In der in 3 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 4 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform weist der Verteilerring 171 einen einteiligen Aufbau auf, in dem 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.
• 4 zeigt einen einteiligen Verwirbler 200, der im Inneren einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung 100 montiert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Verwirbler 200 weist einen Körper 201 mit einer Nabe 205 auf, die sich in Umfangsrichtung rings um eine Verwirblerachse 11 (die alternativ als eine Düsenspitzenachse 11 bezeichnet wird) erstreckt. Eine Reihe von Leitschaufeln 208, die sich von der Nabe 205 aus erstrecken, sind in einer Umfangsrichtung auf der Nabe 205 um die Verwirblerachse 11 herum angeordnet. Jede Schaufel 208 weist einen Fußabschnitt 210, der radial in der Nähe der Nabe 205 angeordnet ist, und einen Spitzenabschnitt 220 auf, der sich radial außen von der Nabe 205 befindet. Jede Schaufel 208 weist eine Vorderkante 212 und eine Hinterkante 214 auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt 210 und dem Spitzenabschnitt 220 erstrecken. Die Schaufeln 208 weisen zwischen der Vorderkante 212 und der Hinterkante 214 eine geeignete Gestalt, wie bspw. eine tragflächenprofilförmige Gestalt, auf.
• Benachbarte Leitschaufeln bilden einen Strömungsdurchgang zum Durchlassen von Luft, wie bspw. der in 4 als Element 190 veranschaulichten CDP-Luft, die in den Verwirbler 200 eintritt. Die Schaufeln 208 können sowohl radial als auch axial relativ zu der Verwirblerachse 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 210 und der Nabe 205 erstreckt, um eine sanfte Luftströmung in der Nabenregion des Verwirblers zu fördern. In der in den 4 und 18 hierin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform weisen die Schaufeln 208 eine freitragende Abstützung auf, wobei sie an ihrem Fußabschnitt 210 an der Nabe 205 strukturell gehaltert ist, während der Schaufelspitzenabschnitt 202 im Wesentlichen frei ist. Es ist in einigen alternativen Verwirblerkonstruktionen auch möglich, wenigstens einigen der Leitschaufeln 208 an ihren Spitzenbereichen 210 weiteren strukturellen Halt zu geben. In einem weiteren Aspekt des Verwirblers 200 ist an dem Spitzenabschnitt 220 einer Schaufel 228 eine Ausnehmung 222 vorgesehen. Während der Montage der Brennstoffdüse 100 kommt die Ausnehmung 222 mit benachbarten Komponenten in einer Brennstoffdüse 100 in Eingriff, um diese in Axialrichtung zu orientieren, wie dies bspw. in den 4 und 18 veranschaulicht ist.
• Der in den 4 und 18 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. 4), die einen Strömungskanal 254 zum Durchleiten eines Luftstroms 190, wie bspw. des CDP-Luftstroms, der aus einem Verdichterauslass in einem Turbofan-Triebwerk 10 heraustritt (vgl. 1), 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. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erstreckt sich ein Teil 203 des Verwirblerkörpers 201 axial hinten in Bezug auf die Nabe 205 und bildet einen Teil des Adapters 250. In der in 4 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform bildet der Teil 203 des Körpers 201, der sich axial nach hinten erstreckt, einen Abschnitt der bogenförmigen Wand 256 des Adapters 250. Der Adapter 250 dient ferner als ein Mittel zur Montage des Verwirblers 200 in einer Anordnung, wie bspw. einer Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68, wie sie in 4 veranschaulicht ist. In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 4 veranschaulicht ist, weist der Adapter 250 eine bogenförmige Nut 252 zur Aufnahme eines Hartlötmaterials 253 (vgl. 13) auf, das verwendet wird, um den Adapter 250 an einer anderen Struktur, wie z.B. einem in 2 veranschaulichten Brenn-stoffdüsenschaft 83, anzubringen. Wie in den 4 und 13 deutlich zu ersehen, weist die Nut 252 in der bogenförmigen Wand 256 eine komplexe dreidimensionale Geometrie auf, die unter Verwendung herkömmlicher maschineller Verfahren schwierig zu erzeugen ist. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Nut 252 in der bogenförmigen Wand 256, die eine komplexe dreidimensionale Geometrie aufweist, wie bspw. in den 4 und 13 veranschaulicht, unter Verwendung von hier nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren integral derart ausgebildet, dass sie eine einteilige Konstruktion aufweist.
• Der in den 4, 11 und 18 veranschaulichte erfindungsgemäße Verwirbler 200 weist einen ringförmigen Rand 240 auf, der koaxial zu der Verwirblerachse 11 verläuft und sich radial außen von der Nabe 205 befindet. Wie in den 4, 11 und 18 zu ersehen, steht der Rand 240 mit benachbarten Komponenten in der Brennstoffdüse 100 in Eingriff und bildet einen Teil des Strömungskanals zum Strömenlassen von Luft 190 in dem Verwirbler 200. Der Luftstrom 190 tritt in den hinteren Abschnitt des Verwirblers 200 in einer axialen Richtung nach vorne ein und wird durch die Nabe 205 und den Rand 240 in Richtung auf die Schaufeln 208 geleitet. In der in 4 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform tritt der Luftstrom 190, wie bspw. aus einem Verdichterauslass, in den Kanal 254 in dem Adapter 250 ein. Wie am besten in den 4 und 11 zu sehen, ist das axial vordere Ende der bogenförmigen Wand 256 des Adapters 250 an dem Rand 240 des Körpers 201 integral befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform haben der Adapter 250, der Rand 240, der Körper 201, die Nabe 205 und die Schaufeln 208 einen mit den hierin beschriebenen Herstellungsverfahren geschaffenen einteiligen Aufbau. Alternativ kann der Adapter 250 gesondert hergestellt und an dem Rand 240 und dem Körper 201 unter Verwendung herkömmlicher Befestigungsmittel befestigt sein.
• Bezugnehmend auf 4 erstreckt sich eine Wand 260 zwischen einem Abschnitt des Randes 240 und einem Abschnitt der Nabe 205 des Körpers 201. Die Wand 260 bietet wenigstens einen Teil des strukturellen Halts zwischen dem Rand 240 und der Nabe 205 des Verwirblers. Die Wand 260 stellt ferner sicher, dass Luft 190, die von dem Kanal 254 des Adapters 250 ankommt und in den vorderen Abschnitt des Verwirblers einströmt, nicht in die axial umgekehrte Richtung strömt, und lässt die Strömung 190 weiter axial nach vorne zu den Schaufeln 208 hin strömen. In der in den 4 und 12 veranschaulichten Ausführungsform ist die vordere Stirnfläche 262 der Wand 260 im Wesentlichen flach im Bezug auf eine zu der Verwirblerachse 11 senkrechte Ebene. Um eine sanfte Strömung der Luft zu fördern, sind die Kanten der Wand 260 glatt gestaltet, um eine abrupte Strömungsablösung an scharfen Kanten zu vermeiden.
• Es ist in Brenner- und Brennstoffdüsenanwendungen üblich, dass die Verdichterauslassluft 190 (vgl. 3 und 4), 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. 4) schwächen. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind innerhalb des Körpers 201 des Verwirblers 200 Isolationszwischenräume 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 4, helfen, die Temperatur an den Hartlötverbindungen in einer Brennstoffdüsenanordnung während des Triebwerksbetriebes zu reduzieren. Der Isolationszwischenraum 216 kann, wie in 4 veranschaulicht, ringförmig sein. Es können auch andere geeignete Konfigurationen, die auf bekannter Wärmeübertragungsanalyse basieren, verwendet werden. In der in 4 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 einteilige Konstruktion aufweisen. Die integral erzeugten Hartlötnuten, wie sie hierin beschrieben sind, können komplexe Konturen aufweisen und vorgeformten Hartlötringen, wie bspw. den in 13 veranschaulichten Elementen 253, 353 ermöglichen, eingebaut zu werden, um eine einfache Montage zu unterstützen.
• Bezugnehmend auf 4 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 eintritt. 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 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 einteilige Konstruktion aufweisen und unter Verwendung der hierin beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugt sein.
• 4 zeigt eine axiale Schnittansicht einer beispielhaften Venturi-Einrichtung 500 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Venturi-Einrichtung 500 weist eine ringförmige Venturi-Wand 502 rings um die Verwirblerachse 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 4 veranschaulicht ist, die eine Expansion des Luft/Brennstoff-Gemisches in der axialen Richtung nach vorne ermöglicht, wird bevorzugt. Die in den 4 und 16 veranschaulichte beispielhafte Venturi-Einrichtung 500 weist einen axial vorderen Abschnitt 509 mit einem axial vorderen Ende 501 und einen axial hinteren Abschnitt 511 mit einem axial hinteren Ende 519 auf. Der axial vordere Abschnitt 509 weist eine im Wesentlichen zylindrische äußere Gestalt auf, wobei die ringförmige Venturi-Wand 502 rings um die Verwirblerachse 11 im Wesentlichen zylindrisch ist. Die Venturi-Wand 502 weist wenigstens eine Nut 504 auf, die auf ihrer radial äußeren Seite angeordnet und in der Lage ist, während der Montage der Düsenspitzenanordnung 68 ein Hartlötmaterial aufzunehmen. In der in den 4 und 16 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen sind zwei Ringnuten 504, 564 veranschaulicht, eine Nut 564 in der Nähe des axial vorderen Endes 501 und eine andere Nut 504 in der Nähe einer Zwischenstelle zwischen dem axial vorderen Ende 501 und dem axial hinteren Ende 519. 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 einteiligen Venturi-Einrichtung 500, wie es hier nachfolgend beschrieben ist. 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 519 der Venturi-Wand 502 angeordnet ist. Die Abtropflippe 518 weist eine Geometrie (vgl. 16) 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 518 dient folglich dazu, den Brennstoff beim Austritt daran zu hindern, entlang der Venturi-Wände radial nach außen zu strömen.
• Wie in den 4 und 16 veranschaulicht, weist die Venturi-Ein-richtung 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 Verwirblerachse 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. 16) auf, die eine Verbindung der Venturi-Einrichtung 500 mit einer benachbarten Komponente, wie sie bspw. als Element 208 in 4 veranschaulicht ist, während des Zusammenbaus einer Brennstoffdüsenspitzenanordnung 68 ermöglicht. Die Teilereinrichtung 530 weist einen Teilerhohlraum 560 (vgl. 16) auf, in dem ein Teil der Luft 190 sich mit dem Brennstoff vermischt, der aus den Pilot-Auslässen 162, 164 (vgl. 4) ausgegeben wird.
• Die in den 4 und 16 veranschaulichte Venturi-Einrichtung 500 weist einen Verwirbler 510 auf. Obwohl der Verwirbler 510 in den 4 und 16 als an dem axial vorderen Abschnitt 509 der Venturi-Einrich-tung 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 zwischen der Venturi-Wand 502 und der ringförmigen Teilereinrichtung 530 radial nach innen erstrecken. Die mehreren Schaufeln 508 sind in der Umfangsrichtung rings um die Verwirblerachse 11 angeordnet.
• Bezugnehmend auf die 4 und 16 weist in der darin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform des Verwirblers 510 jede Schaufel 508 einen Fußabschnitt 520, der radial in der Nähe der Teilereinrichtung 530 angeordnet ist, und einen Spitzenabschnitt 521 auf, der radial in der Nähe der Venturi-Wand 502 angeordnet ist. Jede Schaufel 508 weist eine Vorderkante 512 und eine Hinterkante 514 auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt 520 und dem Spitzenabschnitt 521 erstrecken. Die Schaufeln 508 haben eine geeignete Gestalt, wie bspw. eine tragflächenprofilförmige Gestalt, zwischen der Vorderkante 512 und der Hinterkante 514 auf. In Umfangsrichtung zueinander benachbarte Schaufeln 508 bilden einen Strömungskanal, um Luft, wie bspw. die als Element 190 in 4 veranschaulichte CDP-Luft, die in den Verwirbler 510 eintritt, durchströmen zu lassen. Die Schaufeln 508 können sowohl radial als auch axial relativ zu der Verwirblerachse 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 526 auf, die sich zwischen dem Fußabschnitt 520 der Schaufel 508 und der Teilerwand 532 erstreckt. Die Ausrundung 526 ermöglicht eine sanfte Luftströmung innerhalb des Verwirblers und in dem Wirbelluftkanal 534. Die Ausrundung 526 weist eine Gestalt 527 mit glatter Kontur auf, die dazu entworfen ist, eine sanfte Luftströmung in dem Verwirbler zu fördern. Die Konturgestalten und Ausrichtung für eine spezielle Schaufel 508 werden unter Verwendung bekannter Verfahren zur Fluidströmungsanalyse entworfen. Den Ausrundungen 526 ähnliche Ausrundungen mit geeigneten Übergangskonturen können auch zwischen dem Spitzenabschnitt 521 der Schaufel 508 und der Venturi-Wand 502 verwendet werden. In der beispielhaften Ausführungsform der Venturi-Einrichtung 500, wie sie hierin in den 4 und 16 veranschaulicht ist, sind die Schaufeln 508 in der Nähe sowohl des Fußabschnitts 520 als auch des Spitzenabschnitts 521 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. 3) gegen die Flammen und die Hitze aus der Zündung des Brennstoff/ Luft-Gemisches in einer Brennstoffdüse 100 zu schützen. Das beispielhafte Hitzeschild 540, wie es in den 4 und 16 veranschaulicht ist, weist eine kreisringförmige Gestalt rings um die Verwirblerachse 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 4 und 16 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 4 und 16 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. 4) 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 4 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform sind die Beulen 546 in vier Umfangsreihen angeordnet, wobei jede Reihe zwischen 100 und 120 Beulen aufweist.
• Bezugnehmend auf die 4 und 16 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. 4), 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 einteilige Konstruktion aufweisen und unter Verwendung der hierin beschriebenen Herstellungsverfahren erzeugt sein.
• In der beispielhaften Ausführungsform einer Brennstoffdüse 100, wie sie in den 1-4 und in 18 veranschaulicht ist, weist die Brennstoffdüse 100 einen ringförmigen Mittelkörper 450 auf. Der Mittelkörper 450 weist eine ringförmige Außenwand 461 auf, die in dem zusammengebauten Zustand der Brennstoffdüse 100, wie in den 2, 3, 4 und 18 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 zur Verstärkung der Brennstoffspülung in der Nähe der Öffnungen 463 an den Hauptbrennstoffinjektionsstellen Hohlkehlen 452, 454 auf der Außenseite der Wand 461 des Mittelkörpers 450, wie in 2 veranschaulicht, vorgesehen. Die Hohlkehlen sind stromaufwärts (454) oder stromabwärts (452) angeordnet, so dass während der Modi, in denen der Brennstoffhauptstrom abgesperrt ist, der Hauptkreislauf aktiv spült. In einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise in den 4 und 18 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 den 4 und 18 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 4 und 18 veranschaulicht ist, wird die Mittelkörperwand 461 durch ein Mehrloch-Kühlsystem gekühlt, das einen Teil des Speiseluftstroms, der in die 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 den 2, 4 und 18 veranschaulicht sind, hat der Mittelkörper 450 drei Reihen von Öffnungen 456 in Umfangsrichtung, 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 den 2, 4 und 8 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 Brennstoffdüse 100, wie beispielsweise das Hitzeschild 540 der Venturi-Einrichtung 500, zu richten. In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den 2, 4 und 18 veranschaulicht ist, weist die Brennstoffdüse 100 ein ringförmiges Hitzeschild 540 auf, das an einem Ende der Venturi-Einrichtung 540 angeordnet ist. Das Hitzeschild 540 schirmt Komponenten der 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 den 4 und 18 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 einteilige Komponenten, wie vorzugsweise des DMLS-Verfahrens, das in 5 veranschaulicht und hierin beschrieben ist, integral hergestellt sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Hitzeschild, das dem in den 4 und 18 veranschaulichten Element 540 ähnlich ist, unter Anwendung des DMLS-Verfahrens integral derart hergestellt sein, dass es gemeinsam mit dem Mittelkörper 450 eine einteilige Konstruktion aufweist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können der Mittelkörper 450, die Venturi-Einrichtung 500 und ein Hitzeschild, das dem in den 4 und 18 veranschaulichten Element 540 ähnlich ist, unter Anwendung des DMLS-Verfahrens integral derart hergestellt sein, dass sie eine einteilige Konstruktion aufweisen.
• Die hierin beschriebene beispielhafte Ausführungsform der Brennstoffdüse 100 weist einteilige Komponenten, wie beispielsweise die Einheit aus Leitung 80 / Verteiler 300, den einteiligen Verwirbler 200, die einteilige Venturi-Einrichtung 500 und den einteiligen Mittelkörper 450 auf. Derartige einteilige Komponenten, die in der Brennstoffdüse 100 eingesetzt werden, können unter Verwendung von Rapid-Manufacturing-Prozessen (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 einteiligen Komponenten, die in der Brennstoffdüse 100 eingesetzt werden, wie z.B. der einteiligen Anordnung aus Leitung 80 / Verteiler 300, des einteiligen Verwirblers 200, der einteiligen Venturi-Einrichtung 500 und des einteiligen Mittelkörpers 450, wie hierin beschrieben.
• 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 700 zur Fertigung einteiliger Komponenten für die Brennstoffdüse 100 veranschaulicht, wie sie beispielsweise als Elemente 80, 200, 300, 450 und 500 in den 2-18 gezeigt und hierin beschrieben sind. Obwohl das Herstellungsverfahren 700 nachstehend unter Verwendung einteiliger 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 einteiligen Komponente 80, 200, 300, 450, 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 einteiligen Komponente 80, 200, 300, 450, 500 in der Brennstoffdüse 100 und den Schritt 710 des Umwandelns der dreidimensionalen Informationen in mehrere Schnitte, die jeweils eine Querschnittsschicht der einteiligen Komponente definieren. Die einteilige 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 einteiligen 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 einteiligen 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 IN-CO625, 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 einteiligen 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 Rapid-Manufacturing-Verfahren, die einen schichtweisen Aufbau oder eine additive Fertigung verwenden, ebenfalls eingesetzt werden können. Diese alternativen Rapid-Manufacturing-Verfahren 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-Netto-gestalt-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 der Brennstoffdüse 100, die einteilige Komponenten mit komplexen geometrischen Merkmalen aufweist, wie hierin zuvor beschrieben. Die Verwendung der einteiligen Komponenten in der Brennstoffdüse 100, wie hierin beschrieben, hat den Zusammenbau der Brennstoffdüse 100 mit geringerer Anzahl von Komponenten und mit geringerer Anzahl von Verbindungen als herkömmliche Düsen ermöglicht. Zum Beispiel weist in der hierin veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform der Brennstoffdüse 100 die Brennstoffdüsenspitze 68 nur sieben Hartlötverbindungen und eine Schweißverbindung auf, während einige bekannte herkömmliche Düsen zweiundzwanzig Hartlötverbindungen und drei Schweißverbindungen aufweisen.
• Ein beispielhaftes Verfahren zum Zusammenbauen 800 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 6 veranschaulicht, und die Schritte sind im Einzelnen nachstehend beschrieben. Das beispielhafte Zusammenbauverfahren 800, wie es in 6 veranschaulicht ist, kann dazu verwendet werden, die hier vorstehend beschriebene beispielhafte Brennstoffdüse 100 zusammenzubauen. In dem beispielhaften Zusammenbauverfahren 800, wie es in 6 veranschaulicht ist, verwendet der Zusammenbauprozess eine geringere Anzahl an Komponenten und Verbindungen und gestaltet sich einfacher als herkömmliche Verfahren.
• Bezugnehmend auf 6 für die verschiedenen nachstehend beschriebenen Schritte zum Zusammenbauen der beispielhaften Brennstoffdüse 100 wird in Schritt 851 ein vorgeformter Hartlötdraht 602 in eine Hartlötnut 601 in dem primären Brennstoffverwirbler 603 eingesetzt, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Das Hartlötdrahtmaterial kann ein bekanntes Hartlötmaterial, wie beispielsweise AMS4786 (eine Gold-Nickel-Legierung), sein. In 7 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 852 wird der primäre Brennstoffverwirbler 603 in die primäre Öffnung (das primäre Mundstück) 606 eingepresst, wie in 8 veranschaulicht.
• In Schritt 853 werden der primäre Brennstoffverwirbler 603 und die primäre Öffnung (das primäre Mundstück) 606 miteinander verlötet, um eine primäre Pilot-Anordnung 607 zu bilden, wie in 8 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 854 wird die primäre Pilot-Anordnung 607 in den Adapter 250 und den inneren Verwirbler 200 eingesetzt, wie in 9 veranschaulicht.
• In dem optionalen Schritt 855 wird eine Brennstoffflussüberprüfung vorgenommen, um die Brennstoffströmungsmuster in den Pilot-Brennstoffströmungskreisläufen zu überprüfen. Eine beispielhafte Anordnung ist in 9 gezeigt, die einen primären Pilot-Strömungskreislauf 608 und einen sekundären Pilot-Strömungskreislauf 609 veranschaulicht. Während des Strömungsüberprüfungsschritts 855 können in der Technik bekannte Testeinrichtungen, wie beispielsweise als Element 604 in 9 veranschaulicht, eingesetzt werden. Es können bekannte Abdichtungsverfahren, wie z.B. unter Verwendung von in 9 veranschaulichten O-Ringen 616, verwendet werden, um während des optionalen Strömungsüberprüfungsschritts 855 eine Brennstoffleckage zu verhindern. Nachdem die Strömungsüberprüfung beendet ist, wird die primäre Pilot-Anordnung 607 aus der Prüfeinrichtung 604 sowie dem Adapter 250 und dem inneren Verwirbler 200 entfernt.
• In dem optionalen Schritt 856 wird eine zerstörungsfreie Überprüfung der Halblötverbindung in der primären Pilot-Anordnung 607 vorgenommen, wie z.B. in 10 veranschaulicht. Eine Röntgenüberprüfung unter Verwendung bekannter Methoden wird zur Überprüfung der Hartlötverbindung bevorzugt. Es können Röntgenstrahlen 610 aus einer bekannten Röntgenquelle 611 verwendet werden.
• In Schritt 857 wird ein vorgeformter Hartlötdraht in eine Hartlötnut der Pilot-Bereiche des Brennstoffkreislaufes des Verteilers 300 eingesetzt. 11 zeigt eine beispielhafte Hartlötnut 612 in dem Pilot-Zufuhrrohr 154 um die Wand herum, die den primären Pilot-Strömungskanal 102 umgibt. Der in 11 veranschaulichte beispielhafte Verteiler 300 weist ferner einen sekundären Pilot-Strömungskanal 104 und eine Hartlötnut 614 auf, die rings um die Wand ausgebildet ist, die den sekundären Pilot-Strömungskanal 104 umgibt. Wie hierin vorstehend beschrieben, können die Hartlötnuten 612 und 614 in einem einteiligen Verteiler 300 unter Verwendung der Herstellungsmethoden, wie beispielsweise DMLS, erzeugt werden. Alternativ können diese Hartlötnuten unter Verwendung maschineller Bearbeitung oder sonstiger bekannter Techniken erzeugt werden. Die Hartlötdrähte 613, 615 können aus einem bekannten Hartlötmaterial, wie beispielsweise AMS4786 (eine Gold-Nickel-Legierung) hergestellt werden. In 11 haben die beispielhaften Hartlötdrähte 613 und 615 kreisförmige Querschnitte. Alternativ können andere geeignete Querschnittsformen für die Hartlötdrähte 613, 615 und entsprechende Formen für die Hartlötnuten 612, 614 verwendet werden. In dem beispielhaften Schritt 857 wird der Hartlötdraht 613 in die Hartlötnut 612 eingeführt, während der Hartlötdraht 615 in die Hartlötnut 614 eingeführt wird, wie dies in 11 veranschaulicht ist.
• In dem in 11 veranschaulichten Schritt 858 wird die primäre Pilot-Anordnung 607 auf den primären Brennstoffkreislaufabschnitt des primären Pilot-Zufuhrrohrs 154 des Verteilers 300 eingefügt.
• In dem in den 11 und 12 veranschaulichten Schritt 859 wird der innere Verwirbler/Adapter 200 über die Anordnung aus Schritt 858 eingefügt, so dass die primäre Pilot-Anordnung 607 und der Hartlötdraht 615 innerhalb des inneren Verwirblers/Adapters 200 passen. 12 veranschaulicht den zusammengefügten Zustand nach diesem Schritt.
• In Schritt 860 wird ein vorgeformter Hartlötdraht 253 in eine Nut 252 eingesetzt, die in der Wand 256 des Adapters/inneren Verwirblers 200 angeordnet ist, wie in 13 veranschaulicht. Ein vorgeformter Hartlötdraht 353 wird in eine Nut 352 eingesetzt, die in der Wand des Verteilers 300 angeordnet ist, wie in 13 veranschaulicht. Wie hier vorstehend beschrieben, kann die Hartlötnut 252 in dem Adapter in einem einteiligen Adapter/Verwirbler 200 erzeugt sein, und die Hartlötnut 352 kann in einem einteiligen Verteiler 300 erzeugt sein, indem die Herstellungsmethoden, wie beispielsweise DMLS, eingesetzt werden. Alternativ können diese Hartlötnuten unter Verwendung maschineller Bearbeitungs- oder sonstiger bekannter Methoden gebildet werden. Die Hartlötdrähte 253, 353 sind aus bekannten Hartlötmaterialien, wie beispielsweise AMS4786 (Gold-Nickel-Legierung), hergestellt. In 13 haben die beispielhaften Hartlötdrähte 253 und 353 kreisförmige Querschnitte. Alternativ können andere geeignete Querschnittsgestalten für die Hartlötdrähte 253, 353 und entsprechende Gestalten für die Hartlötnut 252, 352 verwendet werden.
• In Schritt 861 wird die Baueinheit aus der primären Pilot-Anordnung 607, dem Adapter/Verwirbler 200 und dem Verteiler 300 mit den Hartlötdrähten 613, 615, 252, 253 in ihren zugehörigen Nuten, wie vorstehend beschrieben, in den Schaft 83 eingeführt und darin positioniert, wie in 14 veranschaulicht.
• In Schritt 862 wird die Anordnung aus Schritt 861, wie in 14 veranschaulicht, 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 863 wird eine zerstörungsfreie Überprüfung der in Schritt 862 erzeugten Hartlötverbindungen (siehe 14) durchgeführt. Zur Überprüfung der Hartlötverbindung wird eine Röntgenüberprüfung unter Verwendung bekannter Methoden bevorzugt.
• In Schritt 864 wird der Mittelkörper 450 (der alternativ hierin als der äußere Mantel bezeichnet wird) nach der Hartlötung über die Anordnung aus Schritt 862 gefügt. Der Mittelkörper 450 wird in Umfangsrichtung in Bezug auf den Verteiler 300 durch Ausrichtung der Zunge 451 in dem Mittelkörper 450 mit einer Kerbe 320, die an der hinteren Kante des Verteilers angeordnet ist (siehe 13), positioniert. Es können alternativ andere bekannte Verfahren zum umfangsmäßigen Positionieren des äußeren Mantels verwendet werden.
• In Schritt 865 wird der äußere Mantel 450 an die aus Schritt 864 erhaltene Anordnung angeschweißt, wie in 15 veranschaulicht. Zu diesem Zweck können bekannte Schweißverfahren eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Schweißverfahren ist das WIG-Schweißen unter Verwendung eines HS188-Schweißdrahtes. Die resultierende Schweißnaht 460 zwischen dem äußeren Mantel 450 und dem Schaft 83 ist in 15 veranschaulicht.
• In Schritt 866 wird, bezugnehmend auf 16, ein vorgeformter Hartlötdraht 505 in eine Nut 504 eingesetzt, und ein vorgeformter Hartlötdraht 565 wird in eine Nut 564 in der Venturi-Einrichtung 500 eingesetzt. Wie hier vorstehend beschrieben, können die Nuten 504, 564 in der Venturi-Einrichtung in einer einteiligen Venturi-Einrichtung 500 unter Verwendung der Herstellungsmethoden, wie beispielsweise DMLS, erzeugt werden. Alternativ können diese Hartlötnuten unter Verwendung maschineller Bearbeitungs- und sonstiger bekannter Methoden erzeugt werden. Die Hartlötdrähte 505, 565 sind aus bekannten Hartlötmaterialien, wie beispielweise AMS4786 (Gold-Nickel-Legierung), hergestellt. In 16 haben die beispielhaften Hartlötdrähte 505 und 565 kreisförmige Querschnitte. Alternativ können andere geeignete Querschnittsformen für die Hartlötdrähte 505, 565 und entsprechende Formen für die Hartlötnuten 504, 564 verwendet werden.
• Bezugnehmend auf 17 werden in einem optionalen Schritt 867 vorgeformte Hartlötdrähte 91, 93, 95, 97 in die zugehörigen Nuten 92, 94, 96, 98 rings um die Brennstoffkreislauf einlässe in der Leitung 80 oder dem Ventilgehäuse 99 eingesetzt. Die Hartlötdrähte 91, 93, 95, 97 sind aus bekannten Hartlötmaterialien, wie beispielsweise AMS4786 (Gold-Nickel-Legierung), hergestellt. Eine kreisförmige Querschnittsgestalt wird für die Hartlötdrähte 91, 93, 95, 97 bevorzugt. Jedoch kann alternativ eine andere geeignete Querschnittsgestalt verwendet werden.
• In dem optionalen Schritt 868 wird die Anordnung aus Schritt 867 in das Ventilgehäuse 99 eingesetzt, wie in 17 veranschaulicht.
• In Schritt 869 wird die in 18 veranschaulichte Anordnung hartgelötet. Die in 17 veranschaulichte Anordnung wird, falls sie in dem optionalen Schritt 868 gewählt wird, ebenfalls hartgelötet. Die Hartlötung wird unter Verwendung bekannter Verfahren durchgeführt. Es kann eine Hartlöttemperatur zwischen 1800°F und 1860°F verwendet werden. Eine Hartlötung bei einer Temperatur von 1850°F wird bevorzugt.
• In dem optionalen Schritt 870 wird eine zerstörungsfreie Überprüfung der in Schritt 869 erzeugten Hartlötverbindungen (vgl. 17 und 18) vorgenommen. Für die Überprüfung der Hartlötverbindungen wird eine Röntgenüberprüfung unter Verwendung bekannter Methoden bevorzugt.
• Die Brennstoffdüse 100 in einem Turbinentriebwerk (vgl. 1-4) und das Verfahren zum Zusammenbauen 800 (vgl. 6) weisen weniger Komponenten und Verbindungen als bekannte Brennstoffdüsen auf. Insbesondere benötigt die vorstehend beschriebene Brennstoffdüse 100 aufgrund der Verwendung einteiliger Komponenten, wie beispielsweise der Einheit aus Leitung 80 / Verteiler 300 des einteiligen Verwirblers 200 und der einteiligen Venturi-Einrichtung 500, weniger Komponenten. Infolgedessen ergibt die beschriebene Brennstoffdüse 100 eine leichtere, kostengünstigere Alternative zu bekannten Brennstoffdüsen. Außerdem bieten die beschriebene einteilige Konstruktion für wenigstens einige Komponenten der Brennstoffdüse 100 und das Verfahren zum Zusammenbauen 800 weniger Möglichkeiten für Leckage oder Ausfall, und sie ist im Vergleich zu bekannten Brennstoffdüsen leichter zu 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 Zusammenbauverfahren 800, sowie Gegenstände, wie beispielsweise die Einheit aus Leitung 80 / Verteiler 300, der einteilige Verwirbler 200, die einteilige Venturi-Einrichtung 500 und der einteilige Mittelkörper 450, 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 einteiligen Komponenten und Verfahren zu ihrer Herstellung und ihrem Zusammenbau, wie sie hierin beschrieben sind, nicht auf Brennstoffdüsen oder Turbinentriebwerke begrenzt sind. Das Verfahren zum Herstellen 700, das Verfahren zum Zusammenbauen 800 und die Brennstoffdüse 100 sowie ihre Komponenten, 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.

Claims (30)

1. Brennstoffdüse (100) für eine Gasturbinenmaschine, wobei die Brennstoffdüse (100) wenigstens eine einteilige Komponente aufweist, die unter Verwendung eines Rapid-Manufacturing-Verfahrens hergestellt ist, wobei die wenigstens eine einteilige Komponente eine einteilige Venturi-Einrichtung (500) ist, die einen Mischhohlraum (550) zur Vermischung von Brennstoff mit Luft in der Brennstoffdüse (100) bildet, wobei die einteilige Venturi-Einrichtung (500) einen monolithischen Aufbau hat und aufweist: eine ringförmige Venturi-Wand (502), die rings um eine Achse (11) angeordnet ist und den Mischhohlraum (550) bildet; eine ringförmige Teilereinrichtung (530), die sich radial innen von der ringförmigen Venturi-Wand (502) befindet und koaxial zu dieser rings um die Achse (11) angeordnet ist; und einen Verwirbler (510), der zwischen der ringförmigen Venturi-Wand (502) und der ringförmigen Teilereinrichtung (530) angeordnet ist und mehrere Leitschaufeln (508) aufweist, die sich zwischen der Venturi-Wand (502) und der ringförmigen Teilereinrichtung (530) radial nach innen erstrecken; wobei die Brennstoffdüse (100) ferner einen einteiligen Verwirbler (200) aufweist, der einen monolithischen Aufbau hat und aufweist: eine Nabe (205), die sich in Umfangsrichtung rings um die Achse (11) erstreckt; eine Reihe von Leitschaufeln (208), die sich von der Nabe (205) aus erstrecken und in einer Umfangsrichtung auf der Nabe (205) um die Achse (11) herum angeordnet sind; einen ringförmigen Rand (240), der ein stromaufwärtiges Ende der Nabe (205) umgibt und eingerichtet ist, um ein stromaufwärtiges Ende der Venturi-Einrichtung (500) aufzunehmen und festzuhalten; und eine sich radial erstreckende Wand (260), die die Nabe (205) und den ringförmigen Rand (240) miteinander verbindet.
2. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, die ferner einen einteiligen Leitungskörper (80) aufweist, der wenigstens einen Strömungskanal (82, 84, 86) zur Leitung eines Fluids aufweist.
3. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 2, wobei das Rapid-Manufacturing-Verfahren ein Laser-Sinterverfahren ist.
4. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 2, wobei der einteilige Leitungskörper (80) mehrere Strömungskanäle (82, 84, 85, 86) aufweist, die innerhalb eines Körpers (87) angeordnet sind.
5. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 2, wobei der einteilige Leitungskörper (80) einen innerhalb eines Körpers (87) angeordneten Kanal (86) aufweist, der sich zu mehreren Teilkanälen (88, 89) verzweigt.
6. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, die ferner einen einteiligen Verteiler (300) aufweist, der einen Verteilerring (171) und wenigstens einen Kanal (102, 104, 304, 305) aufweist, der in dem Verteilerring (171) angeordnet und in der Lage ist, einen Brennstoff zu mehreren Stellen in der Brennstoffdüse (100) zu verteilen.
7. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 6, wobei der einteilige Verteiler (300) einen Leitungskanal (102, 104, 304, 305) aufweist, der zur Einleitung eines Brennstoffs in den einteiligen Verteiler (300) in der Lage ist.
8. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 6, wobei der einteilige Verteiler (300) einen Hauptbrennstoffströmungskanal (304, 305) und einen Pilotbrennstoffströmungskanal (102, 104) aufweist, die wenigstens teilweise in dem Verteilerring (171) angeordnet sind.
9. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 6, die wenigstens zwei Pilotbrennstoffströmungskanäle (102, 104) aufweist.
10. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 6, die ferner einen Isolationszwischenraum (116) rings um einen Abschnitt des wenigstens einen Kanals (102) aufweist.
11. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 6, wobei das Rapid-Manufacturing-Verfahren ein Laser-Sinterverfahren ist.
12. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, wobei der einteilige Verwirbler (200) zur Verwirblung eines Luftstroms innerhalb der Brennstoffdüse (100) in der Lage ist.
13. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 12, wobei das Rapid-Manufacturing-Verfahren ein Laser-Sinterverfahren ist.
14. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 12, wobei der einteilige Verwirbler (200) ferner einen Adapter (250) aufweist, der eine Kopplung des einteiligen Verwirblers (200) mit einer anderen Komponente (83) in der Brennstoffdüse (100) ermöglicht.
15. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 14, wobei der Adapter (250) eine Nut (252) aufweist, die in der Lage ist, ein Hartlötmaterial in einer bogenförmigen Wand (256) aufzunehmen.
16. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 12, wobei der einteilige Verwirbler (200) ferner einen Körper (201) aufweist, wobei sich die Wand (260) zwischen einem Abschnitt des Randes (240) und dem Körper (201) erstreckt.
17. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 12, wobei der einteilige Verwirbler (201) ferner einen Isolationszwischenraum (216) aufweist.
18. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 12, wobei der einteilige Verwirbler (200) ferner wenigstens eine Leitschaufel (208) aufweist, die eine andere Geometrie als eine andere Leitschaufel (208) in dem einteiligen Verwirbler (200) aufweist.
19. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, wobei das Rapid-Manufacturing-Verfahren ein Laser-Sinterverfahren ist.
20. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, wobei die einteilige Venturi-Einrichtung (500) ferner ein Hitzeschild (540) aufweist, das in der Nähe eines hinteren Endes (519) angeordnet ist.
21. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 20, wobei das Hitzeschild (540) ferner mehrere Kühlschlitze (544) aufweist.
22. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, wobei die einteilige Venturi-Einrichtung (500) ferner wenigstens eine Nut (504, 564) aufweist, die in der Lage ist, ein Hartlötmaterial aufzunehmen.
23. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 1, die ferner einen einteiligen Mittelkörper (450) mit einer ringförmigen Wand (461) aufweist, die wenigstens einen Abschnitt eines Verteilers (300) umgibt.
24. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 23, wobei das Rapid-Manufacturing-Verfahren ein Laser-Sinterverfahren ist.
25. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 23, wobei der Mittelkörper (450) ferner mehrere Kühllöcher (456, 457) in der ringförmigen Wand (461) aufweist, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.
26. Brennstoffdüse (100) nach Anspruch 23, wobei der Mittelkörper (450) ferner mehrere Hohlkehlen (452, 454) aufweist, die längs des Umfangs auf der Außenseite der Wand (461) in der Nähe der Stellen, an denen Brennstoff radial aus der Brennstoffdüse (100) austritt, angeordnet sind.
27. Brennstoffdüse (100) nach den Ansprüchen 1, 6 und 12, die ferner einen Pilot-Brennstoffverwirbler (603) und einen Mittelkörper (450) aufweist, wobei der Verteiler (300) den ringförmigen Verteilerring (171) rings um eine Achse (11) aufweist; wobei der Verwirbler (200) radial innen von dem Verteiler (300) koaxial angeordnet ist; wobei der Pilot-Brennstoffverwirbler (603) radial innen von dem Verteiler (200) koaxial angeordnet ist; wobei die Venturi-Einrichtung (500) koaxial zu dem Pilot-Brennstoffverwirbler (603) angeordnet ist; und wobei der Mittelkörper (450) wenigstens einen Teil des Verteilerringes (171) umgibt und koaxial zu diesem angeordnet ist.
28. Brennstoffdüse nach Anspruch 27, die ferner ein Hitzeschild (540) aufweist, das an einem hinteren Ende (519) der Brennstoffdüse (100) angeordnet ist.
29. Brennstoffdüse nach Anspruch 28, wobei das Hitzeschild (540) einen Teil der Venturi-Einrichtung (500) bildet.
30. Brennstoffdüse nach Anspruch 28, wobei das Hitzeschild einen Teil des Mittelkörpers (450) bildet.

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