DE112019004946T5

DE112019004946T5 - Brennerkomponente, Brenner, Gasturbine und Herstellungsverfahren für Brennerkomponente

Info

Publication number: DE112019004946T5
Application number: DE112019004946.1T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Tokuyama; Hiroaki KISHIDA; Taiki Kinoshita; Hiroki Shibata; Toshinobu OHARA
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2039-11-02
Also published as: CN112888900A; DE112019004946B4; KR20210053995A; KR102569048B1; JP6543756B1; JP2020076551A; US11536455B2; CN112888900B; WO2020095857A1; US20210302017A1

Abstract

Eine Brennerkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen mit: einem zylindrischen Körper, der auf der Innenseite eine Brennkammer aufweist, und der ein Schweißteil aufweist, in dem eine Vielzahl von Durchgangslöchern ausgebildet ist, die sich in die Brennkammer öffnen; und einem Gehäuse, das an einer äußeren peripheren Seite des zylindrischen Körpers angeordnet ist, um einen Teil des Schweißteils abzudecken, und das einen akustischen Dämpfungsraum abgrenzt, der mit der Brennkammer über eines oder mehrere der Durchgangslöcher in Verbindung steht. Die Dichte der Formation der Vielzahl von Durchgangslöchern im Schweißteil ist in einem ersten Bereich des Schweißteils, der durch das Gehäuse abgedeckt ist, höher als in einem zweiten Bereich des Schweißteils, der außerhalb des Gehäuses liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Brennerkomponente, einen Brenner, eine Gasturbine und ein Herstellungsverfahren für die Brennerkomponente.
HINTERGRUND
Ein Brenner in einer Gasturbine hat eine Struktur zur Selbstkühlung durch komprimierte Luft oder ähnliches von einem Kompressor, da ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas innerhalb des Brenners strömt. Als Beispiel für die Struktur zur Kühlung des Brenners kann beispielsweise ein Kühlkanal angegeben werden, der innerhalb einer Wand eines zylindrischen Körpers, der den Brenner bildet, angeordnet ist. Es ist möglich, den zylindrischen Körper zu kühlen, indem die komprimierte Luft oder dergleichen durch den Kühlkanal strömt.
Im Allgemeinen wird der zylindrische Körper, der den Brenner bildet, durch Verbinden einer Vielzahl von Abschnitten mit Hilfe eines Schweißteils ausgebildet. Daher ist es schwierig, den oben beschriebenen Kühlkanal in der Nähe des Schweißteils anzuordnen.
In diesem Zusammenhang beschreibt z.B. das Patentdokument 1, dass ein Kühlmantel zur Abdeckung eines Schweißteils von einer äußeren Umfangsseite eines Übergangsstücks eines Brenners, und ein Kühlmedium wie Kühlluft in den Kühlmantel geleitet wird, wodurch die Umgebung des Schweißteils gekühlt wird (siehe Patentdokument 1).
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP2006-275054A
ZUSAMMENFASSUNG
Technische Aufgabe
Bei dem im Patentdokument 1 beschriebenen Brenner muss jedoch der Kältemittelmantel entlang des Schweißteils angebracht werden, was die Herstellungskosten des Brenners erhöhen kann.
In Anbetracht dessen ist es ein Ziel von mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Brennerkomponente vorzusehen, die in der Lage ist, die Umgebung des Schweißteils mit einer einfachen Konfiguration zu kühlen.
Lösung der Aufgabe
(1) Eine Brennerkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen zylindrischen Körper auf, der im Inneren eine Brennkammer aufweist, und ein Schweißteil, in dem eine Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich zur Brennkammer öffnen, ausgebildet sind, und ein Gehäuse, das an einer äußeren Umfangsseite des zylindrischen Körpers angeordnet ist, um einen Teil des Schweißteils abzudecken, und das einen akustischen Dämpfungsraum definiert, der mit der Brennkammer über mindestens eines der Durchgangslöcher in Verbindung steht. Die Vielzahl von Durchgangslöchern in dem Schweißteil hat eine Formationsdichte, die in einem ersten Bereich des Schweißteils, der mit dem Gehäuse abgedeckt ist, höher ist als in einem zweiten Bereich des Schweißteils, der außerhalb des Gehäuses liegt.
Die Brennerkomponente, die im Inneren die Brennkammer aufweist, ist eine Brennerkomponente für eine Gasturbine, und solange in dem Gehäuse eine Spülbohrung ausgebildet ist, so dass komprimierte Luft aus einem Kompressor in den akustischen Dämpfungsraum eingeleitet werden kann, wird das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer durch die Spülbohrung des Gehäuses begrenzt, auch wenn die Durchgangslöcher in dem oben beschriebenen ersten Bereich angeordnet sind. Die komprimierte Luft strömt jedoch direkt in die Brennkammer, wenn die Durchgangslöcher im oben beschriebenen zweiten Bereich angeordnet sind. Dementsprechend ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Gasturbine nicht vorteilhaft, im zweiten Bereich mehr Durchgangslöcher als nötig anzuordnen. In dieser Hinsicht ist es mit der obigen Konfiguration (1), da die Formationsdichte der Durchgangslöcher im Schweißteil im ersten Bereich höher ist als im zweiten Bereich, möglich, die Umgebung des Schweißteils zu kühlen, wo eine hohe Temperatur zu erwarten ist, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer unterdrückt wird. Außerdem muss der in der Patentschrift 1 beschriebene Kühlmantel nicht zusätzlich vorgesehen werden, so dass eine Kühlung der Umgebung des Schweißteils mit einer einfachen Konfiguration möglich ist.
(2) In einigen Ausführungsformen erstreckt sich in der obigen Konfiguration (1) das Gehäuse entlang einer Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers, und das Schweißteil erstreckt sich zumindest teilweise entlang einer axialen Richtung des zylindrischen Körpers.
Wie oben beschrieben, wird im Allgemeinen der zylindrische Körper, der den Brenner bildet, durch Verbinden einer Vielzahl von Abschnitten mit Hilfe des Schweißteils ausgebildet. Wenn der zylindrische Körper außerdem ein akustisches Loch aufweist, das bewirkt, dass der akustische Dämpfungsraum und die Brennkammer miteinander in Verbindung stehen, wird das akustische Loch im Allgemeinen ausgebildet, bevor die oben beschriebene Vielzahl von Abschnitten verbunden wird. Daher ist das akustische Loch nicht oft in der Nähe des Schweißteils angeordnet. Wenn sich das Gehäuse entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers erstreckt, wird eine Vielzahl von akustischen Löchern entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers ausgebildet. Wenn sich das Schweißteil jedoch entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers erstreckt, ist die Formationsdichte der akustischen Löcher in der Nähe des Schweißteils gering. Dadurch entsteht eine Temperaturdifferenz in Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers, die einen Riss im zylindrischen Körper verursachen kann.
In dieser Hinsicht ist es mit der obigen Konfiguration (2) möglich, das Auftreten des Risses zu unterdrücken, wenn man die obige Konfiguration (1) anwendet. Das heißt, in der obigen Konfiguration (2) ist die Formationsdichte der Vielzahl von Durchgangslöchern in dem Schweißteil in dem ersten Bereich des Schweißteils, der mit dem Gehäuse bedeckt ist, höher als in dem zweiten Bereich des Schweißteils, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Somit ist es möglich, sowohl in dem mit dem Gehäuse bedeckten Bereich als auch in dem mit dem Gehäuse nicht bedeckten Bereich die Temperaturdifferenz in der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers zu unterdrücken und das Auftreten des Risses zu unterdrücken.
(3) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) oder (2) ist der akustische Dämpfungsraum mit der Brennkammer über die Durchgangslöcher, die in dem ersten Bereich des Schweißteils angeordnet sind, und eine Vielzahl von akustischen Löchern, die getrennt von den Durchgangslöchern in dem zylindrischen Körper angeordnet sind und sich zu der Brennkammer hin öffnen, verbunden.
Auch wenn die akustischen Löcher wie in der obigen Konfiguration (3) ausgestaltet sind, ist das akustische Loch oft nicht in der Nähe des Schweißteils im zylindrischen Körper angeordnet. Daher tritt zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich abseits des Schweißteils, wie oben beschrieben, die Temperaturdifferenz im zylindrischen Körper aufgrund der Formationsdichte der akustischen Löcher auf. Da die Durchgangslöcher in der obigen Konfiguration (3) im ersten Bereich des Schweißteils ausgebildet sind, ist es möglich, die Temperaturdifferenz im zylindrischen Körper zu unterdrücken, die durch die Formationsdichte der akustischen Löcher verursacht wird.
(4) In einigen Ausführungsformen sind in der obigen Konfiguration (3) mindestens einige der Vielzahl von Durchgangslöchern mit einem ersten Abstand entlang einer axialen Richtung des zylindrischen Körpers angeordnet, und mindestens einige der Vielzahl von akustischen Löchern sind mit einem zweiten Abstand entlang der axialen Richtung angeordnet, wobei der zweite Abstand nicht kleiner als 70 % und nicht größer als 130 % des ersten Abstands ist.
Mit der obigen Konfiguration (4), bei der die jeweiligen Abstände der Durchgangslöcher und der akustischen Löcher, die entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers angeordnet sind, nahe beieinander liegen, ist es möglich, den Temperaturunterschied zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich außerhalb des Schweißteils zu unterdrücken.
(5) In einigen Ausführungsformen bildet der zylindrische Körper in einer der obigen Ausführungsformen (1) bis (4) eine Vielzahl von Kühlkanälen in Abständen entlang einer Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers aus, wobei sich die Kühlkanäle entlang einer axialen Richtung des zylindrischen Körpers innerhalb einer den zylindrischen Körper bildenden Wand erstrecken.
Der Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Kühlkanälen über dem Schweißteil ist tendenziell größer als der Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Kühlkanälen ohne das Schweißteil. Dadurch wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich außerhalb des Schweißteils tendenziell größer.
In dieser Hinsicht ist es mit der obigen Konfiguration (5) möglich, das Schweißteil und seine Umgebung durch die komprimierte Luft zu kühlen, die durch die im Schweißteil ausgebildeten Durchgangslöcher strömt, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich außerhalb des Schweißteils zu unterdrücken.
(6) In einigen Ausführungsformen steht in der obigen Konfiguration (5) der akustische Dämpfungsraum mit der Brennkammer über die in dem ersten Bereich des Schweißteils angeordneten Durchgangslöcher und eine Vielzahl von akustischen Löchern in Verbindung, die getrennt von den Durchgangslöchern angeordnet sind, und die Vielzahl von akustischen Löchern ist zwischen zwei der Kühlkanäle ausgebildet, die in der Umfangsrichtung aneinandergrenzen.
Durch das Vorhandensein der akustischen Löcher zwischen den beiden benachbarten Kühlkanälen wird der zylindrische Körper weiter gekühlt. Wie oben beschrieben, ist das akustische Loch jedoch häufig nicht in der Nähe des Schweißteils im zylindrischen Körper angeordnet. Daher neigt der Temperaturunterschied zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich außerhalb des Schweißteils dazu, sich zu vergrößern. In dieser Hinsicht ist es mit der obigen Konfiguration (6) möglich, das Schweißteil und dessen Umgebung durch die komprimierte Luft, die durch die Durchgangslöcher strömt, zu kühlen und den Temperaturunterschied zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich abseits des Schweißteils zu unterdrücken.
(7) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (5) oder (6) ein Abstand zwischen zwei der Kühlkanäle, die in Umfangsrichtung über das Schweißteil hinweg nebeneinander liegen, größer als ein Abstand zwischen zwei der Kühlkanäle, die in Umfangsrichtung nicht über das Schweißteil hinweg nebeneinander liegen.
Wenn der Abstand zwischen den beiden benachbarten Kühlkanälen größer wird, neigt die Temperatur des zylindrischen Körpers zu einer hohen Temperatur. Wenn also der Abstand zwischen den beiden in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Kühlkanälen über das Schweißteil hinweg größer ist als der Abstand zwischen den beiden in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Kühlkanälen nicht über das Schweißteil hinweg, vergrößert sich die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich außerhalb des Schweißteils.
In dieser Hinsicht ist es mit der obigen Konfiguration (7), die die obige Konfiguration (1) aufweist, möglich, das Schweißteil und dessen Umgebung durch die komprimierte Luft, die durch die Durchgangslöcher strömt, zu kühlen und die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils und dem Bereich abseits des Schweißteils zu unterdrücken.
(8) In einigen Ausführungsformen, in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (7), ist die Vielzahl von Durchgangslöchern nur im ersten Bereich ausgebildet.
Wie oben beschrieben, strömt die komprimierte Luft direkt in die Brennkammer, wenn die Durchgangslöcher in dem oben beschriebenen zweiten Bereich angeordnet sind. Daher ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Gasturbine nicht vorteilhaft, mehr Durchgangslöcher als nötig im zweiten Bereich anzuordnen. Da die Durchgangslöcher nicht im zweiten Bereich angeordnet sind, ist es mit der obigen Konfiguration (8) möglich, eine Verringerung des Wirkungsgrads der Gasturbine zu unterdrücken.
(9) Eine Brennerkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen zylindrischen Körper auf, der eine Vielzahl von Schweißteilen bildet, um entlang einer axialen Richtung Umfangsendabschnitte einer Vielzahl von plattenartigen Abschnitten zu verschweißen, die jeweils in einer Umfangsrichtung unterteilt sind und im Inneren eine rohrförmige Brennkammer ausbilden, und ein Gehäuse, das den zylindrischen Körper von einer äußeren Umfangsseite entlang der Umfangsrichtung abdeckt. In jedem der Vielzahl von Abschnitten bildet der zylindrische Körper in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Reihen akustischer Löcher aus, in denen jeweils eine Vielzahl von akustischen Löchern, die sich zu einem Brenner öffnen, in einer Reihe in axialer Richtung angeordnet sind. Das Gehäuse deckt die Vielzahl von Reihen akustischer Löcher ab, sowie einen Teil eines entsprechenden der Vielzahl von Abschnitten und einen Teil eines entsprechenden der Vielzahl von Schweißteilen, und definiert einen akustischen Dämpfungsraum zur Dämpfung einer Verbrennungsschwingung in Verbindung mit der Brennkammer über die Reihen akustischer Löcher. In dem Teil des entsprechenden der Vielzahl von Schweißteilen, der mit dem Gehäuse abgedeckt ist, ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern entlang der axialen Richtung ausgebildet.
Wie oben beschrieben, ist die Brennerkomponente die Brennerkomponente für die Gasturbine, und solange das Spülloch im Gehäuse ausgebildet ist, so dass die komprimierte Luft aus dem Kompressor in den akustischen Dämpfungsraum eingeleitet werden kann, wird das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer durch das Spülloch des Gehäuses eingeschränkt, selbst wenn die Durchgangslöcher in dem mit dem Gehäuse abgedeckten Schweißteil angeordnet sind. Somit ist es möglich, das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer zu unterdrücken. Daher ist es mit der obigen Konfiguration (9) möglich, die Umgebung des Schweißteils zu kühlen, wo die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer unterdrückt wird. Außerdem muss der in der Patentschrift 1 beschriebene Kühlmantel nicht zusätzlich vorgesehen werden, so dass mit der einfachen Konfiguration die Umgebung des Schweißteils gekühlt werden kann.
(10) Ein Brenner gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Verbrenner zum Verbrennen von Brennstoff auf, und die Brennerkomponente gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen (1) bis (9).
Mit der obigen Konfiguration (10), welche die Brennerkomponente gemäß der obigen Konfiguration (1) aufweist, ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils zu kühlen, wo die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer unterdrückt wird. Außerdem muss der in der Patentschrift (1) beschriebene Kühlmantel nicht zusätzlich vorgesehen werden, so dass mit der einfachen Konfiguration eine Kühlung der Umgebung des Schweißteils möglich ist.
(11) Eine Gasturbine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Kompressor zur Erzeugung von komprimierter Luft, den Brenner gemäß der obigen Konfiguration (10) und eine Turbine auf, die durch ein von dem Brenner erzeugtes Verbrennungsgas rotierend angetrieben wird.
Mit der obigen Konfiguration (11), welche den Brenner gemäß der obigen Konfiguration (10) aufweist, ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils zu kühlen, wo die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer unterdrückt wird. Außerdem muss der in der Patentschrift 1 beschriebene Kühlmantel nicht zusätzlich vorgesehen werden, so dass mit der einfachen Konfiguration eine Kühlung der Umgebung des Schweißteils möglich ist.
(12) Ein Verfahren zur Herstellung einer Brennerkomponente gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Schritt des Ausbildens eines zylindrischen Körpers, der im Inneren eine Brennkammer enthält, durch Verbinden einer Vielzahl von Abschnitten durch ein Schweißteil, einen Schritt des Ausbildens einer Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich zu der Brennkammer in dem Schweißteil öffnen, und einen Schritt des Anordnens eines Gehäuses an einer äußeren Umfangsseite des zylindrischen Körpers auf, um einen Teil des Schweißteils abzudecken, wobei das Gehäuse einen akustischen Dämpfungsraum definiert, der mit der Brennkammer über mindestens eines der Durchgangslöcher in Verbindung steht. Die Vielzahl von Durchgangslöchern in dem Schweißteil hat eine Formationsdichte, die in einem ersten Bereich des Schweißteils, der mit dem Gehäuse abgedeckt ist, höher ist als in einem zweiten Bereich des Schweißteils, der außerhalb des Gehäuses liegt.
Wie oben beschrieben, strömt die komprimierte Luft direkt in die Brennkammer, wenn die Durchgangslöcher in dem oben beschriebenen zweiten Bereich angeordnet sind. Daher ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Gasturbine nicht vorteilhaft, mehr Durchgangslöcher als nötig im zweiten Bereich anzuordnen. Da die Formationsdichte der Durchgangslöcher in dem Schweißteil in dem ersten Bereich höher ist als in dem zweiten Bereich, ist es mit dem obigen Verfahren (12) möglich, die Brennerkomponente herzustellen, die in der Lage ist, die Umgebung des Schweißteils zu kühlen, wo die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer unterdrückt wird. Außerdem muss der in der Patentschrift 1 beschriebene Kühlmantel nicht zusätzlich vorgesehen werden, so dass die Brennerkomponente, die die Umgebung des Schweißteils kühlen kann, mit der einfachen Konfiguration hergestellt werden kann.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Brennerkomponente vorzusehen, die in der Lage ist, die Umgebung eines Schweißteils mit einer einfachen Konfiguration zu kühlen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm zur Beschreibung einer peripheren Konfiguration eines Brenners der Gasturbine.
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die schematisch eine Akustikvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zusammen mit der Peripherie einer Verbrennungsbuchse des Brenners zeigt.
4 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Bereichs IV in 3.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 3.
6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 5.
7 ist eine Ansicht, die einen Teilbereich einer äußeren Umfangsfläche der Verbrennungsbuchse zeigt, von der radial äußeren Seite aus gesehen.
8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7.
9 ist eine Ansicht, die einen Teilquerschnitt des zylindrischen Körpers, von der axialen Richtung der Verbrennungsbuchse aus gesehen, gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf in einem Verfahren zur Herstellung einer Brennerkomponente gemäß einigen Ausführungsformen zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders gekennzeichnet, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Zeichnungen als Ausführungsformen beschrieben oder gezeigt werden, nur als illustrativ zu verstehen sind und nicht dazu dienen, den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern auch einen Zustand einschließt, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „dergleichen“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand einschließt, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit dem noch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ferner ist zum Beispiel der Ausdruck einer Form wie einer rechteckigen Form oder einer rohrförmigen Form nicht nur als die geometrisch strenge Form zu verstehen, sondern schließt auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs ein, in dem der gleiche Effekt erzielt werden kann.
Andererseits sind die Ausdrücke eine konstituierende Komponente „aufweisen“, „einschließen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ keine ausschließenden Ausdrücke, die das Vorhandensein anderer konstituierender Komponenten ausschließen.
1 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, weist die Gasturbine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Verdichter 2, einen Brenner 3 und eine Turbine 4 auf und treibt eine externe Vorrichtung, wie beispielsweise einen Generator 6, an.
Der Kompressor 2 saugt und komprimiert eine Atmosphäre, die Außenluft ist und liefert die komprimierte Luft zu mindestens einem Brenner 3.
Der Brenner 3 verbrennt den von außen zugeführten Brennstoff mit der vom Verdichter 2 komprimierten Luft und erzeugt dabei ein Hochtemperaturgas (Verbrennungsgas).
Die Turbine 4 erzeugt in Abhängigkeit von der Zufuhr des vom Brenner 3 erzeugten Hochtemperaturgases eine Drehantriebskraft und gibt die erzeugte Drehantriebskraft an den Verdichter 2 und das externe Gerät ab.
2 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer peripheren Konfiguration des Brenners 3 der Gasturbine 1. Wie in 2 dargestellt, ist in einem Gehäuse 7 der Gasturbine 1 ein Brennereinbauraum 8 angeordnet. Der Brennereinbauraum 8 ist zwischen einem Auslass des Verdichters 2 und einem Einlass der Turbine 4 angeordnet. In dem Brennereinbauraum 8 ist der Brenner 3 angeordnet, wobei die komprimierte Luft von einer Stirnseite des Brenners 3 in den Brenner 3 strömt. Zum anderen wird der Brenner 3 von außen mit Brennstoff versorgt.
Im Einzelnen weist der Brenner 3 als Brennerkomponenten einen Düsenabschnitt 10, eine Verbrennungsbuchse 12 und ein Übergangsstück 14 auf. Der Düsenabschnitt 10 hat mindestens einen Verbrenner 15 mit einer Düse 16 zum Einspritzen des von außen zugeführten Brennstoffs in die Verbrennungsbuchse 12. 3 ist eine schematische Ansicht, die einen Querschnitt in der Nähe der Verbrennungsbuchse 12 entlang der axialen Richtung der Verbrennungsbuchse 12 zeigt. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Verbrenner 15 beispielsweise einen Pilotbrenner 15a mit einer Pilotdüse 16a und eine Vielzahl von Hauptbrennern 15b, die konzentrisch um den Pilotbrenner 15a angeordnet sind und jeweils eine Hauptdüse 16b enthalten.
Die Verbrennungsbuchse 12 hat eine röhrenartige Form und ist z. B. ein zylindrischer Körper 12a mit einer zylindrischen Form. Die Verbrennungsbuchse 12 ist an einer Stirnseite (stromaufwärts) mit dem Düsenabschnitt 10 verbunden.
Das Übergangsstück 14 ist ein röhrenartiger Körper 14a, der eine röhrenartige Form hat und mit einer anderen Endseite (stromabwärts) der Verbrennungsbuchse 12 verbunden ist. Die Querschnittsform des Übergangsstücks 14 ändert sich allmählich in der Achsrichtung des Brenners 3, also in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases. Das Übergangsstück 14 verbindet die Verbrennungsbuchse 12 mit dem Einlass der Turbine 4.
Der zylindrische Körper 12a und der röhrenartige Körper 14a enthalten im Inneren eine Brennkammer 18, in welcher der aus der Düse 16 eingespritzte Brennstoff verbrannt wird. Die Brennkammer 18 wird über Spalte zwischen den Düsen 16 oder einen in 2 dargestellten Bypasskanal 19 mit der komprimierten Luft versorgt, und der Brennstoff reagiert mit der zu verbrennenden komprimierten Luft und erzeugt das Verbrennungsgas.
Wie später beschrieben wird, bilden die Verbrennungsbuchse 12 und das Übergangsstück 14 gemäß einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Kühlkanälen 40 aus, die sich entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a, des röhrenartigen Körpers 14a innerhalb einer Wand, welche den zylindrischen Körper 12a, den röhrenartigen Körper 14a bildet, in Abständen entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a, des röhrenartigen Körpers 14a erstrecken.
Die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Akustikvorrichtung 20, die an dem Brenner 3 angebracht ist.
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die schematisch die Akustikvorrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform zusammen mit der Peripherie der Verbrennungsbuchse 12 des Brenners 3 zeigt.
4 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Bereichs IV in 3.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 3. 5 zeigt nicht die Kühlkanäle 40, ein akustisches Loch 28 und ein Durchgangsloch 51, die später beschrieben werden.
6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie VI-VI in 5 aufgenommen wurde. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Schweißteil 50, das später beschrieben wird.
7 ist eine Ansicht, die einen Teilbereich einer äußeren Umfangsfläche der Verbrennungsbuchse 12 von der radialen Außenseite aus gesehen zeigt. 7 ist eine Ansicht, welche den Teilbereich der äußeren Umfangsfläche der Verbrennungsbuchse 12 einschließlich des Schweißteils 50 zeigt, und zeigt einen Zustand vor der Montage eines später beschriebenen Gehäuses 22 der Akustikvorrichtung 20.
8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7 und zeigt einen Teilquerschnitt des zylindrischen Körpers 12a aus der axialen Richtung der Verbrennungsbuchse 12 gesehen.
9 ist eine Ansicht, die einen Teilquerschnitt des zylindrischen Körpers 12a aus der axialen Richtung der Verbrennungsbuchse 12 gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
Wie in 3 bis 5 dargestellt, weist die Akustikvorrichtung 20 das Gehäuse 22 und das akustische Loch 28 auf. Die Verbrennungsbuchse 12 weist einen Bereich 26 auf, der mit dem Gehäuse 22 abgedeckt ist. In dem Bereich 26 ist mindestens ein akustisches Loch 28 ausgebildet. Beispielsweise ist eine Vielzahl von akustischen Löchern 28 in dem Bereich 26 ausgebildet, und jedes akustische Loch 28 hat eine kreisförmige Querschnittsform. Wie in 7 deutlich gezeigt, ist in einigen Ausführungsformen in jedem einer Vielzahl von Abschnitten 121, die später beschrieben werden, eine Reihe akustischer Löcher 29 ausgebildet, in der die Vielzahl von akustischen Löchern 28, die sich zum Brenner 3 hin öffnen, in einer Reihe in axialer Richtung angeordnet sind. In der Umfangsrichtung ist eine Vielzahl von Reihen akustischer Löcher 29 ausgebildet.
Das Gehäuse 22 ist an der äußeren Umfangsseite des zylindrischen Körpers 12a angeordnet, um einen Teil des später zu beschreibenden Schweißteils 50 abzudecken, und definiert einen akustischen Dämpfungsraum 32, der über das akustische Loch 28 mit der Brennkammer 18 verbunden ist. Das Gehäuse 22 erstreckt sich entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a und deckt den zylindrischen Körper 12a von der äußeren Umfangsseite entlang der Umfangsrichtung ab. Das heißt, das Gehäuse 22 deckt die Vielzahl von Reihen akustischer Löcher 29 ab, sowie einen Teil eines entsprechenden der Vielzahl von Abschnitten 121 und einen Teil eines entsprechenden der Vielzahl von Schweißteilen 50 und definiert den akustischen Dämpfungsraum, in dem eine Verbrennungsschwingung bei Verbindung mit der Brennkammer 18 über die Reihen akustischer Löcher 29 gedämpft wird.
Das Gehäuse 22 ist an der Verbrennungsbuchse 12 befestigt, z. B. durch Schweißen.
In dem Gehäuse 22 ist eine Vielzahl von Spüllöchern 34 zum Einleiten der komprimierten Luft aus dem Kompressor 2 in den akustischen Dämpfungsraum 32 ausgebildet.
Bei der Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform dämpft die an dem Brenner 3 angebrachte Akustikvorrichtung 20 eine durch Verbrennungsschwingungen verursachte Druckschwankung in dem Brenner 3. In dem Beispiel, das in jeder der 3 bis 5 gezeigt ist, ist die Akustikvorrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform für die Verbrennungsbuchse 12 vorgesehen. Die Akustikvorrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform kann jedoch für die Verbrennungsbuchse 12 und das Übergangsstück 14 vorgesehen sein, sie kann nur für die Verbrennungsbuchse 12 vorgesehen sein oder sie kann nur für das Übergangsstück 14 vorgesehen sein.
Die Akustikvorrichtung 20 gemäß einer Ausführungsform ist eine sogenannte Akustikvorrichtung, die als Akustikbuchse bezeichnet wird, und kann einen durch Verbrennungsschwingungen verursachten Schall mit relativ hoher Frequenz absorbieren. Die Akustikvorrichtung 20 kann jedoch auch ein akustischer Dämpfer sein, der in der Lage ist, einen durch Verbrennungsschwingungen verursachten Schall relativ niedriger Frequenz zu absorbieren. Außerdem kann gemäß einer Ausführungsform ein Akustikdämpfer (nicht dargestellt) zusammen mit der Akustikvorrichtung 20 angeordnet sein.
In der folgenden Beschreibung wird hauptsächlich die für die Verbrennungsbuchse 12 vorgesehene Akustikvorrichtung 20 als Beispiel herangezogen, und eine Beschreibung für den Fall, dass die Akustikvorrichtung 20 für das Übergangsstück 14 vorgesehen ist, kann entfallen. Der Fall, in dem die Akustikvorrichtung 20 für das Übergangsstück 14 vorgesehen ist, ist jedoch derselbe wie der Fall, in dem die Akustikvorrichtung 20 für die Verbrennungsbuchse 12 vorgesehen ist.
Wie oben beschrieben, ist die Vielzahl der Spülbohrungen 34 im Gehäuse 22 ausgebildet. Die aus den Spülbohrungen 34 in den akustischen Dämpfungsraum 32 einströmende komprimierte Luft strömt über die Vielzahl der akustischen Löcher 28 in die Brennkammer 18. So strömt die komprimierte Luft durch die Vielzahl der akustischen Löcher 28 und kühlt dabei die innere Umfangsfläche jedes der akustischen Löcher 28. Darüber hinaus bewirkt die aus den akustischen Löchern 28 in die Brennkammer 18 einströmende komprimierte Luft eine Filmkühlung der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Körpers 12a.
Wie oben beschrieben, bilden außerdem, wie in 7 bis 9 gezeigt, die Verbrennungsbuchse 12 und das Übergangsstück 14 gemäß einigen Ausführungsformen die Vielzahl von Kühlkanälen 40, die sich entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a, des röhrenartigen Körpers 14a innerhalb der Wand, welche den zylindrischen Körper 12a, den röhrenartigen Körper 14a bildet, in Abständen entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a, des röhrenartigen Körpers 14a erstrecken. 7 bis 9 zeigen die im zylindrischen Körper 12a der Verbrennungsbuchse 12 ausgebildeten Kühlkanäle 40. Gleiches gilt auch für den röhrenartigen Körper 14a des Übergangsstücks 14.
Das akustische Loch 28 ist zwischen den beiden Kühlkanälen 40, die in Umfangsrichtung nebeneinander liegen, ausgebildet.
In der Verbrennungsbuchse 12 sind gemäß einigen Ausführungsformen, z.B. wie in 5 gezeigt, die Vielzahl von Abschnitten 121 jeweils über die Schweißteile 50 miteinander verbunden, wodurch der zylindrische Körper 12a gebildet wird, der im Inneren die Brennkammer 18 enthält. Das heißt, der zylindrische Körper 12a bildet die Vielzahl von Schweißteilen 50 zum Verschweißen der in Umfangsrichtung geteilten Endabschnitte der Vielzahl von plattenförmigen Abschnitten 121 in axialer Richtung aus und bildet im Inneren die röhrenartige Brennkammer 18. Wie in 7 deutlich zu erkennen ist, erstreckt sich das Schweißteil 50 zumindest teilweise entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a. Wie bei dem Übergangsstück 14 sind gemäß einigen Ausführungsformen jeweils eine Vielzahl von Abschnitten über die Schweißteile miteinander verbunden und bilden so den röhrenartigen Körper 14a aus, der im Inneren die Brennkammer 18 enthält. Das Schweißteil 50 im röhrenartigen Körper 14a des Übergangsstücks 14 erstreckt sich zumindest teilweise entlang der axialen Richtung des röhrenartigen Körpers 14a.
Da, wie oben beschrieben, der zylindrische Körper 12a und der röhrenartige Körper 14a die Schweißteile 50 enthalten, ist es schwierig, die Kühlkanäle 40 in der Nähe der Endabschnitte der jeweiligen Abschnitte 121, die durch Schweißen verbunden werden sollen, anzuordnen. Das heißt, zwischen den umlaufenden Endabschnitten der jeweiligen Abschnitte 121, die durch Schweißen verbunden werden sollen, und den Kühlkanälen 43 in 8 und den Kühlkanälen 44 in 9, welche die Kühlkanäle 40 sind, die den Endabschnitten am nächsten liegen, ist es notwendig, einen Mindestabstand zu gewährleisten, der erforderlich ist, um eine Beschädigung der Kühlkanäle 43, 44 durch Schweißen zu verhindern.
Mit anderen Worten, da die Kühlkanäle 43, 44, welche den Endabschnitten am nächsten liegen, so nahe wie möglich an den Endabschnitten angeordnet sind, ist es auch schwierig, die akustischen Löcher 28 jeweils zwischen den Endabschnitten und den Kühlkanälen 43, 44 im Voraus anzuordnen, bevor die jeweiligen Abschnitte 121 durch Schweißen verbunden werden. Daher ist ein Abstand zwischen den akustischen Löchern 28 nebeneinander über dem Schweißteil 50 größer als ein Abstand zwischen den akustischen Löchern 28 nebeneinander nicht über dem Schweißteil 50, wodurch es auch schwierig ist, einen Effekt der Filmkühlung durch die komprimierte Luft zu erzielen, die aus den akustischen Löchern 28 in die Brennkammer 18 in einem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 strömt.
So können üblicherweise, wie in 8, 9 gezeigt, die den Endabschnitten nächstgelegenen Kühlkanäle 43, 44 im Strömungskanalquerschnitt größer ausgebildet sein als andere Kühlkanäle 41. In den in 8 gezeigten Kühlkanälen 43 ist ein Anordnungsabstand P2 zwischen dem Kühlkanal 43 und dem benachbarten Kühlkanal 41 enger als ein Anordnungsabstand P1 zwischen den anderen, einander benachbarten Kühlkanälen 41. Darüber hinaus sind die in 9 gezeigten Kühlkanäle 44 im Strömungskanalquerschnitt noch größer ausgebildet als die in 8 gezeigten Kühlkanäle 43.
Wie in 8, 9 gezeigt, ist ein Abstand P4, P5 zwischen den Kühlkanälen 43, 44 nebeneinander über dem Schweißteil 50 oft größer als ein Abstand P3 zwischen den Kühlkanälen 41 nebeneinander nicht über dem Schweißteil 50, selbst wenn die Kühlkanäle 43, 44 im Strömungsquerschnitt größer ausgebildet sind als die anderen Kühlkanäle 41. Somit entsteht im zylindrischen Körper 12a üblicherweise eine Temperaturdifferenz entlang der Umfangsrichtung zwischen einem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und einem Bereich abseits des Schweißteils 50.
Daher sind in einigen Ausführungsformen, wie in 8, 9 deutlich dargestellt, im Schweißteil 50 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 51 angeordnet, die sich zur Brennkammer 18 hin öffnen. Somit kann die komprimierte Luft aus dem Kompressor 2, die dem Brennereinbauraum 8 zugeführt wird, über die Vielzahl der Durchgangslöcher 51 in die Brennkammer 18 strömen. Die komprimierte Luft strömt also durch die Vielzahl der akustischen Löcher 51 und kühlt dabei die innere Umfangsfläche jedes der Durchgangslöcher 51. Zusätzlich bewirkt die aus den Durchgangslöchern 51 in die Brennkammer 18 strömende komprimierte Luft eine Filmkühlung der inneren Mantelfläche des zylindrischen Körpers 12a. So kann mit der komprimierten Luft der Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 gekühlt werden, in dem die Temperatur wahrscheinlich höher ist als in dem Bereich abseits des Schweißteils 50. In einigen Ausführungsformen ist ein Lochdurchmesser jedes der Durchgangslöcher 51 gleich dem des akustischen Lochs 28, kann aber von dem des akustischen Lochs 28 abweichen.
Wie in 6, 7 gezeigt, wird ein Bereich des Schweißteils 50, der mit dem Gehäuse 22 bedeckt ist, als ein erster Bereich 61 bezeichnet, und ein Bereich des Schweißteils 50, der außerhalb des Gehäuses 22 liegt, wird als ein zweiter Bereich 62 bezeichnet.
Sind die Durchgangslöcher 51 im ersten Bereich 61 ausgebildet, strömt die dem Brennereinbauraum 8 zugeführte komprimierte Luft des Verdichters 2 direkt über die Durchgangslöcher 51 und die Spülbohrung 34 des Gehäuses 22 in die Brennkammer. Sind die Durchgangslöcher 51 dagegen im zweiten Bereich 62 ausgebildet, strömt die dem Brennereinbauraum 8 zugeführte komprimierte Luft des Kompressors 2 direkt über die Durchgangslöcher 51 in die Brennkammer.
Das bedeutet, dass das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer 18 durch die Spülbohrung 34 des Gehäuses 22 auch dann behindert wird, wenn die Durchgangslöcher 51 im ersten Bereich 61 angeordnet sind, während die komprimierte Luft direkt in die Brennkammer 18 strömt, wenn die Durchgangslöcher 51 im zweiten Bereich 62 angeordnet sind. Dementsprechend ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Gasturbine 1 nicht vorteilhaft, mehr Durchgangslöcher 51 als nötig im zweiten Bereich 62 anzuordnen.
In einigen Ausführungsformen sind die Vielzahl von Durchgangslöchern 51 also in einem Teil des entsprechenden der Vielzahl von Schweißteilen 50 ausgebildet, die mit dem Gehäuse 22 abgedeckt sind, das heißt, in dem ersten Bereich 61 entlang der axialen Richtung. In einigen Ausführungsformen ist die Vielzahl von Durchgangslöchern 51 so ausgebildet, dass eine Formationsdichte der Vielzahl von Durchgangslöchern 51 in dem Schweißteil 50 in dem oben beschriebenen ersten Bereich 61 höher ist als in dem oben beschriebenen zweiten Bereich 62. Dadurch ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils 50, in der die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, zu kühlen, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer 18 unterdrückt wird. Da außerdem die Konfiguration nicht angewendet zu werden braucht, bei der der Kühlmantel zum Abdecken des Schweißteils 50 von der äußeren Umfangsseite der Verbrennungsbuchse 12 entlang der Erstreckungsrichtung des Schweißteils 50 angeordnet ist und die komprimierte Luft oder dergleichen veranlasst wird, in dem Kühlmantel zu strömen, ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils 50 mit der einfachen Konfiguration zu kühlen.
Wie oben beschrieben, wird der zylindrische Körper 12a durch Verbinden der Vielzahl von Abschnitten 121 über das Schweißteil 50 ausgebildet. Außerdem wird im Allgemeinen das akustische Loch 28 ausgebildet, bevor die oben beschriebene Vielzahl von Abschnitten 121 zusammengefügt wird. Daher ist das akustische Loch 28 üblicherweise nicht in der Nähe des Schweißteils 50 angeordnet. Die Vielzahl der akustischen Löcher 28 sind entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a ausgebildet, welche die Erstreckungsrichtung des Gehäuses 22 ist. Daher ist die Formationsdichte der akustischen Löcher 28 in der Nähe des Schweißteils 50 gering. Dadurch entsteht ein Temperaturunterschied in der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a, der einen Riss im zylindrischen Körper 12a verursachen kann.
In dieser Hinsicht ist es in einigen oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, das Auftreten des oben beschriebenen Risses zu unterdrücken, da sich das Gehäuse 22 entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a erstreckt, und sich das Schweißteil 50 zumindest teilweise entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a erstreckt.
Das heißt, in einigen oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Formationsdichte der Vielzahl von Durchgangslöchern 51 in dem Schweißteil 50 in dem ersten Bereich 61 höher als in dem zweiten Bereich 62.
Folglich wird in dem mit dem Gehäuse 22 abgedeckten Bereich 26 eine relativ große Anzahl von Durchgangslöchern 51 in der Nähe des Schweißteils 50 ausgebildet, wo die Formationsdichte der akustischen Löcher 28 gering ist. Dadurch wird eine ungleichmäßige Formationsdichte der mit der Brennkammer 18 in Verbindung stehenden Löcher, also der akustischen Löcher 28 und der Durchgangslöcher 51 in dem Bereich 26, unterdrückt, wodurch die Temperaturdifferenz in der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a unterdrückt und das Auftreten des Risses unterdrückt wird.
Da die akustischen Löcher 28 in einem mit dem Gehäuse 22 nicht abgedeckten Bereich kaum ausgebildet sind, wird außerdem eine ungleichmäßige Formationsdichte der mit der Brennkammer 18 in dem betreffenden Bereich in Verbindung stehenden Löcher unterdrückt, selbst wenn eine relativ kleine Anzahl von Durchgangslöchern 51 in dem Schweißteil 50 ausgebildet ist, wodurch der Temperaturunterschied in der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a unterdrückt und das Auftreten des Risses unterdrückt wird.
In einigen Ausführungsformen steht der akustische Dämpfungsraum 32 mit der Brennkammer 18 über die im ersten Bereich 61 des Schweißteils 50 angeordneten Durchgangslöcher 51 und die Vielzahl von akustischen Löchern 28 in Verbindung, die getrennt von den Durchgangslöchern 51 im zylindrischen Körper 12a angeordnet sind und sich zur Brennkammer 18 hin öffnen.
Wie oben beschrieben, ist das akustische Loch 28 nicht oft in der Nähe des Schweißteils 50 im zylindrischen Körper 12a angeordnet. Somit tritt zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50, wie oben beschrieben, die Temperaturdifferenz im zylindrischen Körper 12a aufgrund der Formationsdichte der akustischen Löcher 28 auf. Da die Durchgangslöcher 51 im ersten Bereich 61 des Schweißteils 50 ausgebildet sind, kann in einigen Ausführungsformen die durch die Formationsdichte der akustischen Löcher 28 verursachte Temperaturdifferenz im zylindrischen Körper 12a unterdrückt werden.
In einigen Ausführungsformen sind, wie in 7 gezeigt, zumindest einige der Vielzahl von Durchgangslöchern 51 mit einem ersten Abstand P11 entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a angeordnet. Darüber hinaus sind in einigen Ausführungsformen zumindest einige der Vielzahl von akustischen Löchern 28 mit einem zweiten Abstand P12 (0,7×P11≤ P12≤1,3×P) angeordnet, der nicht kleiner als 70% und nicht größer als 130% des ersten Abstands entlang der axialen Richtung ist.
Dadurch, dass die jeweiligen Abstände der Durchgangslöcher 51 und der akustischen Löcher 28, die entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a angeordnet sind, nahe beieinander liegen, ist es möglich, den Temperaturunterschied zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich weg vom Schweißteil 50 zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben, bildet der zylindrische Körper 12a in einigen Ausführungsformen die Vielzahl von Kühlkanälen 40 aus, die sich entlang der axialen Richtung des zylindrischen Körpers 12a innerhalb der Wand, welche den zylindrischen Körper 12a bildet, in Abständen entlang der Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 12a erstrecken.
Wie oben beschrieben, ist der Abstand P4, P5 zwischen den beiden über dem Schweißteil 50 benachbarten Kühlkanälen 43, 44 tendenziell größer als der Abstand P3 zwischen den beiden benachbarten Kühlkanälen 41, die nicht über dem Schweißteil 50 liegen. Somit wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50 tendenziell größer.
In dieser Hinsicht ist es gemäß einigen Ausführungsformen möglich, das Schweißteil 50 und dessen Umgebung durch die komprimierte Luft zu kühlen, die durch die im Schweißteil 50 ausgebildeten Durchgangslöcher 51 strömt, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50 zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen steht der akustische Dämpfungsraum 32 mit der Brennkammer 18 über die in dem ersten Bereich 61 des Schweißteils 50 angeordneten Durchgangslöcher 51 und die Vielzahl von akustischen Löchern 28 in Verbindung, die getrennt von den Durchgangslöchern 51 angeordnet sind. Darüber hinaus ist in einigen Ausführungsformen die Vielzahl der akustischen Löcher 28 zwischen den beiden in Umfangsrichtung benachbarten Kühlkanälen 40 ausgebildet. Durch das Vorhandensein der akustischen Löcher 28 zwischen den beiden benachbarten Kühlkanälen 40 wird der zylindrische Körper 12a weiter gekühlt. Wie oben beschrieben, ist das akustische Loch 28 jedoch häufig nicht in der Nähe des Schweißteils 50 im zylindrischen Körper 12a angeordnet. Daher neigt der Temperaturunterschied zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50 dazu, sich zu vergrößern. In dieser Hinsicht ist es gemäß einigen Ausführungsformen möglich, das Schweißteil 50 und dessen Umgebung durch die komprimierte Luft, die durch die Durchgangslöcher 51 strömt, zu kühlen und die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50 zu unterdrücken.
In den Ausführungsformen, wie oben beschrieben, ist der Abstand P4, P5 zwischen den beiden über dem Schweißteil 50 benachbarten Kühlkanälen 43, 44 größer als der Abstand P3 zwischen den beiden in Umfangsrichtung benachbarten und nicht über dem Schweißteil 50 liegenden Kühlkanälen 41.
Wenn der Abstand zwischen den beiden benachbarten Kühlkanälen 40 größer wird, neigt die Temperatur des zylindrischen Körpers 12a zu einer hohen Temperatur. Wenn also das Intervall P4, P5 zwischen den beiden in Umfangsrichtung benachbarten Kühlkanälen 43, 44 über dem Schweißteil 50 größer ist als das Intervall P3 zwischen den beiden in Umfangsrichtung benachbarten Kühlkanälen 41 nicht über dem Schweißteil 50, vergrößert sich die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50.
Diesbezüglich ist es gemäß einigen oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, das Schweißteil 50 und dessen Umgebung durch die durch die Durchgangslöcher 51 strömende komprimierte Luft zu kühlen und die Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich in der Nähe des Schweißteils 50 und dem Bereich abseits des Schweißteils 50 zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen kann die Vielzahl der Durchgangslöcher 51 nur im ersten Bereich 61 ausgebildet sein.
Wie oben beschrieben, strömt die komprimierte Luft direkt in die Brennkammer 18, wenn die Durchgangslöcher 51 im zweiten Bereich 62 angeordnet sind. Daher ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Gasturbine 1 nicht vorteilhaft, mehr Durchgangslöcher 51 in dem zweiten Bereich 62 anzuordnen als nötig. Wenn die Vielzahl von Durchgangslöchern 51 nur in dem ersten Bereich 61 ausgebildet ist und die Durchgangslöcher 51 nicht in dem zweiten Bereich 62 angeordnet sind, ist es möglich, eine Verringerung des Wirkungsgrads der Gasturbine 1 zu unterdrücken.
Mit dem Brenner 3 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher den Verbrenner 15 zur Verbrennung des Brennstoffs und die Verbrennungsbuchse 12 bzw. das Übergangsstück 14 als Brennerkomponenten aufweist, ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils 50, in der eine hohe Temperatur zu erwarten ist, zu kühlen und gleichzeitig das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer 18 zu unterdrücken. Außerdem ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils 50 mit der einfachen Konfiguration zu kühlen, da nicht die Konfiguration angewendet werden muss, bei der der Kühlmantel zum Abdecken des Schweißteils 50 von der äußeren Umfangsseite der Verbrennungsbuchse 12 entlang der Erstreckungsrichtung des Schweißteils 50 angeordnet ist, und die komprimierte Luft oder dergleichen dazu gebracht wird, in dem Kühlmantel zu strömen.
Mit der Gasturbine 1 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche den Verdichter 2 zur Erzeugung der komprimierten Luft, den Brenner 3 und die durch das von dem Brenner 3 erzeugte Verbrennungsgas rotierend angetriebene Turbine 4 umfasst, ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils 50, in der die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, zu kühlen, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer 18 unterdrückt wird. Außerdem ist es möglich, die Umgebung des Schweißteils 50 mit der einfachen Konfiguration zu kühlen, da nicht die Konfiguration angenommen werden muss, bei welcher der Kühlmantel zum Abdecken des Schweißteils 50 von der äußeren Umfangsseite der Verbrennungsbuchse 12 entlang der Erstreckungsrichtung des Schweißteils 50 angeordnet ist, und die komprimierte Luft oder dergleichen dazu gebracht wird, in dem Kühlmantel zu strömen.
(Verfahren zur Herstellung einer Brennerkomponente)
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Brennerkomponente gemäß einigen oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Verfahrens zur Herstellung der Brennerkomponente gemäß einigen oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt. Das Verfahren zur Herstellung der Brennerkomponente gemäß einigen Ausführungsformen umfasst einen Schritt S10 zum Schweißen, einen Schritt S20 zum Ausbilden eines Durchgangslochs und einen Schritt S30 zur Montage des Gehäuses.
Der Schritt S10 zum Schweißen ist ein Schritt des Ausbildens des zylindrischen Körpers 12a im Inneren, einschließlich der Brennkammer 18, durch Verbinden der Vielzahl von Abschnitten 121 über das Schweißteil 50.
Zunächst wird vor dem Schritt S10 zum Schweißen das akustische Loch 28 in einem plattenartigen Element ausgebildet, das innen den Kühlkanal 40 ausbildet, und die Vielzahl von Abschnitten 121, die jeweils zu einer dem Abschnitt 121 entsprechenden Form verarbeitet werden, werden im Voraus erzeugt. Dann werden im Schritt S10 zum Schweißen die Endabschnitte der Vielzahl der Abschnitte 121 durch Schweißen miteinander verbunden.
Der Schritt S20 zum Ausbilden von Durchgangslöchern ist ein Schritt zum Ausbilden der Vielzahl von Durchgangslöchern 51, die sich zur Brennkammer 18 in dem Schweißteil 50 hin öffnen. Im Schritt S20 zum Ausbilden der Durchgangslöcher wird die Vielzahl von Durchgangslöchern 51 im Schweißteil 50 des zylindrischen Körpers 12a ausgebildet, indem beispielsweise eine elektrische Bohrmaschine oder Ähnliches verwendet wird. In dem Schritt zum Ausbilden der Durchgangslöcher S20 werden die Vielzahl von Durchgangslöchern 51 mit der gleichen Ausbildungsposition, der gleichen Anzahl von Ausbildungen und dergleichen wie die Vielzahl von Durchgangslöchern 51 in dem zylindrischen Körper 12a gemäß einigen oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.
Die Formationsdichte der so ausgebildeten Vielzahl von Durchgangslöchern 51 ist in dem ersten Bereich 61 höher als in dem zweiten Bereich 62.
Der Gehäusemontageschritt S30 ist ein Schritt des Anordnens des Gehäuses 22, welches den akustischen Dämpfungsraum 32 definiert, der über mindestens ein Durchgangsloch 51 mit der Brennkammer 18 kommuniziert, auf der äußeren Umfangsseite des zylindrischen Körpers 12a, um einen Teil des Schweißteils 50 abzudecken. Im Gehäusemontageschritt S30 wird das Gehäuse 22 an dem zylindrischen Körper 12a befestigt, z. B. durch Schweißen.
Wie oben beschrieben, strömt die komprimierte Luft direkt in die Brennkammer 18, wenn die Durchgangslöcher 51 im zweiten Bereich 62 angeordnet sind. Daher ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Gasturbine 1 nicht vorteilhaft, mehr Durchgangslöcher 51 in dem zweiten Bereich 62 anzuordnen als nötig. In dieser Hinsicht ist es mit dem Verfahren zur Herstellung der Brennerkomponente gemäß einigen oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, da die Formationsdichte der Durchgangslöcher 51 in dem Schweißteil 50 in dem ersten Bereich 61 höher ist als in dem zweiten Bereich 62, die Brennerkomponente herzustellen, die in der Lage ist, die Umgebung des Schweißteils 50 zu kühlen, wo die Temperatur wahrscheinlich hoch ist, während das Einströmen der komprimierten Luft in die Brennkammer 18 unterdrückt wird. Außerdem ist es möglich, die Brennerkomponente, die in der Lage ist, die Umgebung des Schweißteils 50 zu kühlen, mit der einfachen Konfiguration herzustellen, da nicht die Konfiguration angenommen werden muss, bei welcher der Kühlmantel zum Abdecken des Schweißteils 50 von der äußeren Umfangsseite der Verbrennungsbuchse 12 entlang der Erstreckungsrichtung des Schweißteils 50 angeordnet ist, und die komprimierte Luft oder dergleichen veranlasst wird, in dem Kühlmantel zu strömen.
Wenn die Durchgangslöcher 51 in dem Schweißteil 50 in einer bestehenden Brennerkomponente angeordnet sind, ist es zur Unterdrückung einer prozentualen Änderung einer Öffnungsfläche in dem oben beschriebenen Bereich 26 wünschenswert, die bestehenden akustischen Löcher 28 entsprechend einer durch Hinzufügen der Durchgangslöcher 51 vergrößerten Öffnungsfläche zu schließen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst auch eine Ausführungsform, die durch Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten wird, und eine Ausführungsform, die durch eine geeignete Kombination dieser Ausführungsformen erhalten wird.
Zum Beispiel sind in einigen oben beschriebenen Ausführungsformen hauptsächlich die Durchgangslöcher 51 in der Verbrennungsbuchse 12 beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf das Übergangsstück 14 angewendet werden. Wenn der Brenner 3 ein Verbrennungsrohr und ein Wirbelstützrohr umfasst, kann die vorliegende Erfindung außerdem zumindest auf das Verbrennungsrohr angewendet werden.
In einigen oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Akustikvorrichtung 20 die als sogenannte Akustikbuchse bezeichnete Akustikvorrichtung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf einen Fall anwendbar, in dem die Akustikvorrichtung 20 ein sogenannter Akustikdämpfer ist.
Bezugszeichenliste

1: Gasturbine
2: Verdichter
3: Brenner
4: Turbine
12: Verbrennungsbuchse
12a: zylindrischer Körper
14: Übergangsstück
14a: Röhrenartiger Körper
15: Verbrenner
18: Brennkammer
20: Akustikvorrichtung
22: Gehäuse
28: Akustisches Loch
32: Akustischer Dämpfungsraum
40, 41, 43, 44: Kühlkanal
50: Schweißteil
51: Durchgangsloch
61: Erster Bereich
62: Zweiter Bereich
121: Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006275054 A [0005]

Claims

Brennerkomponente, die Folgendes aufweist: einen zylindrischen Körper, der im Inneren eine Brennkammer aufweist und ein Schweißteil aufweist, in dem eine Vielzahl von Durchgangslöchern ausgebildet sind, die sich zur Brennkammer hin öffnen; und ein Gehäuse, das an einer äußeren Umfangsseite des zylindrischen Körpers angeordnet ist, um einen Teil des Schweißteils abzudecken, und das einen akustischen Dämpfungsraum definiert, der mit der Brennkammer über mindestens eines der Durchgangslöcher in Verbindung steht, wobei die Vielzahl von Durchgangslöchern in dem Schweißteil eine Formationsdichte aufweist, die in einem ersten Bereich des Schweißteils, der mit dem Gehäuse abgedeckt ist, höher ist als in einem zweiten Bereich des Schweißteils, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Brennerkomponente nach Anspruch 1, wobei sich das Gehäuse entlang einer Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers erstreckt, und wobei sich das Schweißteil zumindest teilweise entlang einer axialen Richtung des zylindrischen Körpers erstreckt.
Brennerkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei der akustische Dämpfungsraum mit der Brennkammer über die im ersten Bereich des Schweißteils angeordneten Durchgangslöcher und eine Vielzahl von akustischen Löchern in Verbindung steht, die getrennt von den Durchgangslöchern im zylindrischen Körper angeordnet sind und sich zur Brennkammer hin öffnen.
Brennerkomponente nach Anspruch 3, wobei zumindest einige der Vielzahl von Durchgangslöchern in einem ersten Abstand entlang einer axialen Richtung des zylindrischen Körpers angeordnet sind, und wobei mindestens einige der Vielzahl von akustischen Löchern mit einem zweiten Abstand entlang der axialen Richtung angeordnet sind, wobei der zweite Abstand nicht weniger als 70% und nicht mehr als 130% des ersten Abstands beträgt.
Brennerkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zylindrische Körper eine Vielzahl von Kühlkanälen in Abständen entlang einer Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers ausbildet, wobei sich die Kühlkanäle entlang einer axialen Richtung des zylindrischen Körpers innerhalb einer Wand, die den zylindrischen Körper bildet, erstrecken.
Brennerkomponente nach Anspruch 5, wobei der akustische Dämpfungsraum mit der Brennkammer über die im ersten Bereich des Schweißteils angeordneten Durchgangslöcher und eine Vielzahl von getrennt von den Durchgangslöchern angeordneten akustischen Löchern in Verbindung steht, und wobei die Vielzahl von akustischen Löchern zwischen zwei der Kühlkanäle ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung aneinandergrenzen.
Brennerkomponente nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein Abstand über dem Schweißteil zwischen zwei der Kühlkanäle, die in Umfangsrichtung nebeneinander liegen, größer ist als ein Abstand nicht über dem Schweißteil zwischen zwei der Kühlkanäle, die in Umfangsrichtung nebeneinander liegen.
Brennerkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vielzahl der Durchgangslöcher nur in dem ersten Bereich ausgebildet ist.
Brennerkomponente, die Folgendes aufweist: einen zylindrischen Körper, der eine Vielzahl von Schweißteilen bildet, zum Schweißen, entlang einer axialen Richtung, von Umfangsendabschnitten einer Vielzahl von plattenartigen Abschnitten, die jeweils in einer Umfangsrichtung unterteilt sind und im Inneren eine rohrförmige Brennkammer ausbilden; und ein Gehäuse, das den zylindrischen Körper von einer äußeren Umfangsseite entlang der Umfangsrichtung abdeckt, wobei der zylindrische Körper in jedem der Vielzahl von Abschnitten eine Vielzahl von Reihen akustischer Löcher in der Umfangsrichtung ausbildet, in denen jeweils eine Vielzahl von akustischen Löchern, die sich zu einem Brenner hin öffnen, in einer Reihe in der axialen Richtung angeordnet sind, wobei das Gehäuse die Vielzahl von Reihen akustischer Löcher abdeckt, sowie einen Teil eines entsprechenden der Vielzahl von Abschnitten und einen Teil eines entsprechenden der Vielzahl von Schweißteilen abdeckt und einen akustischen Dämpfungsraum zum Dämpfen einer Verbrennungsschwingung in einer Verbindung mit der Brennkammer über die Reihen akustischer Löcher definiert, und wobei in dem Teil des entsprechenden der Vielzahl von Schweißteilen, der mit dem Gehäuse abgedeckt ist, eine Vielzahl von Durchgangslöchern entlang der axialen Richtung ausgebildet ist.
Brenner, der Folgendes aufweist: einen Verbrenner zum Verbrennen von Kraftstoff; und die Brennerkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Gasturbine, die Folgendes aufweist: einen Kompressor zur Erzeugung von komprimierter Luft, den Brenner nach Anspruch 10; und eine Turbine, die durch ein von dem Brenner erzeugtes Verbrennungsgas rotierend angetrieben wird.
Herstellungsverfahren für eine Brennerkomponente, wobei die Methode Folgendes aufweist: einen Schritt des Ausbildens eines zylindrischen Körpers, der im Inneren eine Brennkammer enthält, durch Verbinden einer Vielzahl von Abschnitten mittels eines Schweißteils; einen Schritt des Ausbildens einer Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich zu der Brennkammer in dem Schweißteil hin öffnen; und einen Schritt des Anordnens eines Gehäuses an einer äußeren Umfangsseite des zylindrischen Körpers, um einen Teil des Schweißteils abzudecken, wobei das Gehäuse einen akustischen Dämpfungsraum definiert, der mit der Brennkammer über mindestens eines der Durchgangslöcher in Verbindung steht, wobei die Vielzahl von Durchgangslöchern in dem Schweißteil eine Formationsdichte aufweist, die in einem ersten Bereich des Schweißteils, der mit dem Gehäuse bedeckt ist, höher ist als in einem zweiten Bereich des Schweißteils, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.