(57)【要約】【課題】液体燃料または気体燃料を連続燃焼ガスタービンの再熱バーナに噴射するために使用することができるようなバーナのランスを提供する。【解決手段】バーナ用のランス（１００）は、同心配列の最も内側の導管（１５０）、中間導管（１６０）、および最も外側の導管（１７０）を含む。導管（１５０、１６０、１７０）は、それぞれの流体通路（１５４、１６４、および１７４）およびそれぞれの燃料噴射チャネル（１５６、１６６、１７６）を画定する。冷却マイクロチャネル（２００）は、第３の流体通路（１７４）の入口と最も外側の導管（１７０）の外側表面上の出口との間に延びる。【選択図】図５
2020034269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ用のランス（１００）であって、
第１の流体通路（１５４）、および複数の第１の燃料噴射チャネル（１５６）を画定する最も内側の導管（１５０）であって、各第１の燃料噴射チャネル（１５６）は、第１の出口（１５８）で終端する最も内側の導管（１５０）と、
前記最も内側の導管（１５０）を円周方向に囲む中間導管（１６０）であって、前記中間導管（１６０）は、第２の流体通路（１６４）、および複数の第２の燃料噴射チャネル（１６６）を画定し、各第２の燃料噴射チャネル（１６６）は、第２の出口（１６８）で終端する中間導管（１６０）と、
前記中間導管（１６０）を円周方向に囲む最も外側の導管（１７０）であって、前記最も外側の導管（１７０）は、第３の流体通路（１７４）、前記最も外側の導管（１７０）を通り、前記第１の出口（１５８）を囲む複数の第３の空気出口（１７６）、前記最も外側の導管（１７０）を通り、前記第２の出口（１６８）を囲む複数の第４の空気出口（１７８）、および動作中に高温になりやすい領域に配置された複数の冷却マイクロチャネル（２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）を画定する最も外側の導管（１７０）と
を備え、
各冷却マイクロチャネル（２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）は、前記第３の流体通路（１７４）と流体連通するマイクロチャネル入口（２０２、２１２、２２２、２３２、２４２、２５２）と、前記最も外側の導管（１７０）の外側表面上のマイクロチャネル出口（２０４、２１４、２１６、２２４、２３４、２４４、２５４）とを含み、それらの間に延びて前記外側表面に沿って冷却フィルムを生成し、
前記最も内側の導管（１５０）、前記中間導管（１６０）、および前記最も外側の導管（１７０）は、前記ランス（１００）の長手方向軸（１０１）と同軸のそれぞれの導管入口（１５２、１６２、１７２）を有し、
前記最も内側の導管（１５０）、前記中間導管（１６０）、および前記最も外側の導管（１７０）は、前記ランス（１００）の前記長手方向軸（１０１）に垂直な先端部分（１３０）で終端する、
ランス（１００）。
【請求項２】
前記複数の冷却マイクロチャネル（２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記先端部分（１３０）に配置された第１のセットの冷却マイクロチャネル（２００）を備え、
前記第１のセットの冷却マイクロチャネル（２００）の前記それぞれのマイクロチャネル入口（２０２）が、前記ランス（１００）の前記長手方向軸（１０１）の下流に円周方向配列で配置され、
前記第１のセットの冷却マイクロチャネル（２００）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２０４）が、前記先端部分（１３０）のランス先端（１２６）に近接して配置される、請求項１に記載のランス（１００）。
【請求項３】
前記最も内側の導管（１５０）、前記中間導管（１６０）、および前記最も外側の導管（１７０）の各々が、前記それぞれの導管入口（１５２、１６２、１７２）に流体的に接続された上流弓形部分（１０４）と、前記上流弓形部分（１０４）に流体的に接続され、前記長手方向軸（１０１）に平行な縦向き部分（１４０）と、前記縦向き部分（１４０）に流体的に接続され、前記長手方向軸（１０１）を横切る下流部分（１２０）であって、前記下流部分（１２０）は、前記先端部分（１３０）、上側湾曲表面（１２２）、および下側湾曲表面（１２４）を備える下流部分（１２０）とを備え、
前記上側湾曲表面（１２２）および前記下側湾曲表面（１２４）が、互いに向かって湾曲し、ランス先端（１２６）で接合される、請求項１に記載のランス（１００）。
【請求項４】
前記複数の冷却マイクロチャネル（２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記縦向き部分（１４０）に配置された第２のセットの冷却マイクロチャネル（２１０）を備え、前記第２のセットの冷却マイクロチャネル（２１０）が、前記縦向き部分（１４０）の上流表面（１４２）をわたって横方向に向けられる、請求項３に記載のランス（１００）。
【請求項５】
第１のサブセットの第２のセットの冷却マイクロチャネル（２１０）の前記それぞれのマイクロチャネル入口（２１２）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記上流表面（１４２）の第１の側面に配置され、前記第１のサブセットの前記第２のセットの冷却マイクロチャネル（２１０）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２１４、２１６）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記上流表面（１４２）の第２の側面に配置され、
第２のサブセットの冷却マイクロチャネル（２００）の前記それぞれのマイクロチャネル入口（２１２）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記上流表面（１４２）の前記第２の側面に配置され、前記第２のサブセットの前記第２のセットの冷却マイクロチャネル（２１０）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２１４、２１６）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記上流表面（１４２）の前記第１の側面に配置される、請求項４に記載のランス（１００）。
【請求項６】
前記第１のサブセットの冷却マイクロチャネル（２００）の前記それぞれのマイクロチャネル入口（２１２）が、前記第２のセットの冷却マイクロチャネル（２１０）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２１４、２１６）と交互に配置され、前記第１のサブセットの冷却マイクロチャネル（２００）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２１４）が、前記第２のサブセットの冷却マイクロチャネルの前記それぞれのマイクロチャネル出口（２１６）と交互に配置される、請求項５に記載のランス（１００）。
【請求項７】
前記複数の冷却マイクロチャネル（２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）が、前記長手方向軸（１０１）に概して平行な方向に延びる第３のセットの冷却マイクロチャネル（２２０）を備え、
前記第３のセットの冷却マイクロチャネル（２２０）の前記それぞれのマイクロチャネル入口（２２２）が、前記縦向き部分（１４０）内の共通の平面に配置され、
第１のサブセットの前記第３のセットの冷却マイクロチャネル（２２０）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２２４）が、前記最も外側の導管（１７０）の前記縦向き部分（１４０）と前記下流部分（１２０）との間の接合部（１４５）の上流に配置され、
第２のサブセットの前記第３のセットの冷却マイクロチャネル（２２０）の前記それぞれの出口（２２４）が、前記接合部（１４５）の下流に配置される、請求項３に記載のランス（１００）。
【請求項８】
前記複数の冷却マイクロチャネル（２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）が、前記縦向き部分（１４０）と前記下流部分（１２０）との間の接合部（１４５）に近接した前記下流部分（１２０）に配置された第４のセットの冷却マイクロチャネル（２３０）を備え、
前記第４のセットの冷却マイクロチャネル（２３０）の前記それぞれのマイクロチャネル入口（２３２）が、前記第１のサブセットの前記第３のセットの冷却マイクロチャネル（２２０）の前記それぞれのマイクロチャネル出口（２２４）と交互配置で配置される、請求項７に記載のランス（１００）。
【請求項９】
前記上流弓形部分（１０４）の上流端に連結された支持アーム（１０８）と、前記最も外側の導管（１７０）の前記縦向き部分（１４０）から前記支持アーム（１０８）に延びるバルコニー（１０６）とをさらに備え、
少なくとも１つの冷却マイクロチャネル（２５０）が、前記バルコニー（１０６）の上側表面（１０６ａ）よりも前記バルコニー（１０６）の下側表面（１０６ｂ）に近接して前記バルコニー（１０６）を通って概して横方向に延び、前記少なくとも１つの冷却マイクロチャネル（２５０）が、前記バルコニー（１０６）の前記上側表面（１０６ａ）に沿ったマイクロチャネル入口（２５２）と、前記バルコニー（１０６）の前記下側表面（１０６ｂ）に沿ったマイクロチャネル出口（２５４）とを有する、請求項３に記載のランス（１００）。
【請求項１０】
前記下流部分（１２０）内に配置された固定システム（３００）をさらに備え、
前記固定システム（３００）が、前記最も外側の導管（１７０）から半径方向内方に延びる円周方向に間隔を空けたセットのフック形状要素（３０２、３０４、３０６、３０８）と、前記中間導管（１６０）から半径方向外方に延びる対応するＴ形状ペグ（３１０）とを備え、各Ｔ形状ペグ（３１０）が、フック形状要素（３０２、３０４、３０６、３０８）のそれぞれのセット内に配置されており、
フック形状要素（３０２、３０４、３０６、３０８）の各セットが、対向する対として配置された４つのフック形状要素（３０２、３０４、３０６、３０８）を備える、請求項３に記載のランス（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液体燃料または気体燃料を連続燃焼ガスタービンの再熱バーナに噴射するために使用することができるようなバーナのランスに関する。ランスは、冷却マイクロチャネルと、長球に概して似た形状を有する先端とを含む。
【背景技術】
【０００２】
発電に使用されるいくつかのガスタービンは、連続燃焼システムを含み、その中で第１の環状燃焼器からの燃焼生成物は、第２の（再熱）環状燃焼器に導入される前に第１のタービンセクションを通過する。第２の燃焼器では、再熱バーナが追加の気体または液体燃料を環状燃焼室に導入し、そこで燃料が第１のタービンセクションから受け取った燃焼生成物によって点火される。結果として生じる燃焼生成物は、第２のタービンセクションに送られ、そこで発電機に連結されたシャフトの周りのタービンブレードの回転を駆動するために使用される。
【０００３】
燃料は、二重燃料動作（つまり、気体燃料と液体燃料で交互に動作する）用に構成されたランスによって、第２の燃焼器の混合室に導入される。そのようなランスの一例は、ＥＲＯＧＬＵらの米国特許第８，９４３，８３１号に記載されている。図１および図２に示すように、ランス１は、液体燃料５を噴射するための第１の噴射通路４を有する第１のダクト３、および気体燃料８を噴射するための第２の噴射通路７を有する第２のダクト６を画定する本体２を含む。第２のダクト６は、第１のダクト３を同軸に囲む。本体２は、第２のダクト６を同軸に囲む第３のダクト１５をさらに含む。第３のダクト１５は、空気１８を噴射するための第３および第４の噴射通路１６、１７を含む。
【０００４】
第１の噴射通路４の出口１０は、第２の噴射ポート７の出口１１に対して軸方向にずれている。第３の噴射通路１６は、第１の噴射通路４の出口端１０を同軸に囲み、第４の噴射通路１７は、第２の噴射通路７の出口１１を同軸に囲む。第３の噴射通路１６は、第３のダクト１５の壁の穴によって画定され、したがって、各第１の噴射通路４の出口１０の周りのギャップを画定する。
【０００５】
ランスが第１の燃焼器および第１のタービンセクションを通過する燃焼生成物の高温ガス流路内に配置されているため、損傷を防止し、寿命を延ばすためにランスを冷却する必要がある。ＥＲＯＧＬＵの特許では、第３のダクト１５を通過する空気１８がランスを対流冷却するために使用される。しかしながら、そのような冷却空気１８は、必要な冷却を達成するために十分に低い温度かつ十分に高い圧力でなければならない。冷却空気１８内で必要な圧力および温度を達成するには、圧縮機（またはブースタ圧縮機）および／または熱交換器の使用が必要になる場合があり、これらはガスタービンの全体的な動作効率を望ましくないほど低下させる寄生負荷である。
【０００６】
したがって、ランスの望ましい二重燃料能力を維持し、より低い圧力および／またはより高い温度の空気を使用してランスを冷却するように構成され、それによりタービン効率を改善する二次バーナ用のランスを提供することが有用であろう。
【発明の概要】
【０００７】
バーナ用のランスは、第１の流体通路、および複数の第１の燃料噴射チャネルを画定する最も内側の導管であって、各第１の燃料噴射チャネルは、第１の出口で終端する最も内側の導管と、最も内側の導管を円周方向に囲む中間導管であって、中間導管は、第２の流体通路、および複数の第２の燃料噴射チャネルを画定し、各第２の燃料噴射チャネルは、第２の出口で終端する中間導管と、中間導管を円周方向に囲む最も外側の導管であって、最も外側の導管は、第３の流体通路、最も外側の導管を通り、第１の出口を囲む複数の第３の空気出口、最も外側の導管を通り、第２の出口を囲む複数の第４の空気出口、および複数の冷却マイクロチャネルを画定する最も外側の導管とを含み、各冷却マイクロチャネルは、第３の流体通路と流体連通するマイクロチャネル入口と、最も外側の導管の外側表面上のマイクロチャネル出口とを含み、それらの間に延びる。
【０００８】
本明細書は、当業者を対象として、本システムおよび方法の完全かつ本システムおよび方法を実施可能にする開示を、その使用の最良の形態を含めて記載する。本明細書は、添付の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービン燃焼器用の従来のバーナランスの断面側面図である。
【図２】図１のバーナランスの先端の断面側面図である。
【図３】本開示による、ガスタービン燃焼器のバーナランスの側面図である。
【図４】図３のバーナランスの先端の断面側面図である。
【図５】第１のセットの冷却マイクロチャネルへの入口ポートのコールアウトを伴う図３のバーナランスの断面側面図である。
【図６】バーナランス内に配置された冷却マイクロチャネルを示している、図３のバーナランスの側面図である。
【図７】バーナランスの上流表面に沿って配置された冷却マイクロチャネルを示している、図３のバーナランスの一部分の側面図である。
【図８】本開示の一態様による、本バーナランスの上流表面の周りの第１の方向に配置された、第１の冷却マイクロチャネルの側面図である。
【図９】本開示の一態様による、本バーナランスの上流表面の周りの第２の方向に配置された、第２の冷却マイクロチャネルの側面図である。
【図１０】本開示の一態様による、バーナランスの上流表面に沿って配置された図７に示す、第１の冷却マイクロチャネルの側面図である。
【図１１】本開示の別の態様による、バーナランスの底部表面に沿って配置された、第２の冷却マイクロチャネルの側面図である。
【図１２】先端に沿って配置された冷却マイクロチャネルを示している、図３のバーナランスの先端部分の側面斜視図である。
【図１３】本開示の別の態様による、本バーナランスの先端の底部表面に沿って配置された、図１２の冷却マイクロチャネルのうちの１つの側面図である。
【図１４】本開示のさらに別の態様による、本バーナランスのバルコニーに沿って配置された、第６の冷却マイクロチャネルの側面図である。
【図１５】円周方向に間隔を空けた保持特徴を示している、長手方向軸に沿った、本バーナランスの先端の断面図である。
【図１６】図１５の保持特徴の斜視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の様々な実施形態について詳しく説明するが、その１つまたは複数の例が、添付の図面に示されている。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における類似または同一の符号は、本開示の類似または同一の部分を指すために使用されている。
【００１１】
二重燃料能力およびマイクロチャネル冷却を有する本バーナランスおよびその特徴を明確に説明するために、本開示の範囲内の関連する機械構成要素を参照し説明するために特定の専門用語が使用される。可能な限り、一般的な業界専門用語が、用語の一般的な意味と一致する方法で使用されて用いられる。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の一体型部品として他の場所で参照されてもよい。
【００１２】
加えて、以下に記載されるように、いくつかの記述的用語が本明細書で規則的に使用され得る。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。
【００１３】
本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」は、タービンエンジンを通る作動流体などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れとは反対の方向（すなわち、流体が流れてくる方向）を指す。「内側」という用語は、構成要素の長手方向軸または中心に近接した構成要素を説明するために使用され、「外側」という用語は、構成要素の長手方向軸または中心の遠位の構成要素を説明するために使用される。
【００１４】
多くの場合、異なる半径方向、軸方向および／または円周方向の位置にある部品を説明することが要求される。図３に示すように、「Ａ」軸は、軸方向の向きを表す。本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、流体入口の中心線を通って部品の長さに沿って延びる、軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指す（図３に示すように）。さらに本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、ただ１つの場所において軸Ａと交差する、軸「Ｒ」に沿った物体の相対的な位置または方向を指す。いくつかの実施形態では、軸Ｒは、軸Ａに実質的に垂直である。最後に、「円周方向の」という用語は、軸Ａ（例えば、軸「Ｃ」）周りの移動または位置を指す。「円周方向の」という用語は、それぞれの物体（例えば、ロータまたは部品の長手方向軸）の中心の周りを延びる寸法を指すことができる。
【００１５】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定を意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。
【００１６】
各例は、限定ではなく、説明のために提供される。実際に、それらの範囲または趣旨から逸脱することなく修正および変形が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴を別の実施形態で使用し、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るような、そのような修正および変形に及ぶことを意図するものである。
【００１７】
本開示の例示的な実施形態は、説明のために陸上発電用ガスタービンのタービンノズルの製造に関連して一般的に説明されるが、当業者であれば、本開示の実施形態が、ターボ機械内の他の場所に適用可能であり、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、陸上発電用ガスタービンのタービン構成要素に限定されないことが容易に理解されよう。
【００１８】
ここで図面を参照すると、図３は、本開示による、ランス１００を示している。ランス１００は、長手方向軸１０１と、上流（入口）部分１１０と、先端部分１３０を含む下流部分１２０とを有する本体１０２を含む。弓形の上側部分１０４は、入口部分１１０と、概して水平であり、長手方向軸を横切るバルコニー１０６との間に延びる。支持ブレース１０８は、入口部分１１０を弓形の上側部分１０４の反対側のバルコニー１０６に接続する。中央部分１４０は、バルコニー１０６と下流部分１２０との間に軸方向に延びる。下流部分１２０は、長球の一般的な形状（すなわち、ラグビーボールまたはアメリカンフットボールの形状）を有し、ランス先端１２６で接合された湾曲した上側表面１２２および湾曲した下側表面１２４を有する。
【００１９】
（図１に示すような）円筒形の表面を有する従来のランスとは異なり、本ランス１００の下流部分は、湾曲した下側表面１２４を有する。湾曲した上側表面１２２および湾曲した下側表面１２４は、下流部分１２０および先端部分１３０内および周りの冷却空気の流れを改善し、ランス１００の周りの燃焼生成物の流れを促進し、かつ先端部分１３０への高温燃焼ガスの摂取を防止する。
【００２０】
先端部分１３０の内部が図４に示されている。最も内側の導管１５０は、先端部分１３０の軸方向中心線１３１に対して鋭角に配置された液体燃料噴射チャネル１５６に液体燃料５（または液体燃料／水エマルジョン）を送達するための通路１５４を画定する。各液体燃料噴射チャネル１５６は、通路１５４からその出口１５８へのわずかなテーパ部を含むことができ、この場合、液体燃料５は、出口１５８を通して噴射されるときに加速される。出口１５８は、先端部分１３０の表面１２７と同一平面にあるか、わずかに内側にある。表面１２７は、ランス１００の下流部分１２０の上側湾曲表面１２２または下側湾曲表面１２４の一部である。
【００２１】
中間導管１６０は、最も内側の導管１５０を円周方向に囲み、出口が軸方向中心線１３１に対して約９０度（±１０度）の角度で配置された気体燃料噴射チャネル１６６に気体燃料８を送達するための通路１６４を画定する。気体燃料噴射チャネル１６６は、概して円錐台の形状であり、図示の実施形態では、出口軸（矢印８によって表される）に関して非対称である。気体燃料噴射チャネル１６６の出口１６８は、液体燃料噴射チャネル１５６の出口１５８よりも断面積が大きい。出口１６８は、先端部分１３０の表面１２７のわずかに内方にある。
【００２２】
最も外側の導管１７０は、中間導管１６０を円周方向に囲み、ランス１００の本体１０２を画定する。最も外側の導管１７０は、ランス先端１２６を通って燃焼ゾーン２５に流体連通する、第１のセットの空気出口１７６および第２のセットの空気出口１７８に圧縮冷却空気１８を送達するための通路１７４を画定する。圧縮冷却空気１８が最も外側の導管１７０を通って搬送されると、本体１０２（下流部分１２０および先端部分１３０を含む）は、対流冷却される。
【００２３】
第１のセットの空気出口１７６は、液体燃料出口１５８の周りに配置され、液体燃料チャネル１５６を冷却する役割を果たし、それによりコークス化を防止する。加えて、空気出口１７６は、液体燃料５が噴射されるときに液体燃料５を霧化する役割を果たす。第２のセットの空気出口は、気体燃料出口１６８の周りに配置され、気体燃料８が燃焼ゾーン２５に導入されるときに気体燃料８と混合する空気１８を提供する。このような混合は、亜酸化窒素（ＮＯｘ）の排出を削減する役割を果たす。
【００２４】
同心導管１５０、１６０、１７０は、図５に全体が示されている。示すように、入口部分１１０は、本体１０２の長手方向軸１０１の周りに配置された３つの同軸導管入口１５２、１６２、１７２を画定する。各導管１５０、１６０、１７０は、長手方向軸１０１に平行な入口１５２、１６２、１７２、それぞれの入口１５２、１６２、１７２と連通する上流弓形部分、上流弓形部分と連通する本体１０２の中央部分１４０の縦向き通路、および長手方向軸１０１を横切る向きに配置され、縦向き通路と連通する下流部分を有する。
【００２５】
複雑なパターンのマイクロチャネルを有する本ランス１００の固有の幾何学的形状は、以下で説明するように、付加製造プロセスによって効率的に生成することができる。そのような場合、気体燃料導管１６０の縦向き通路には、製造を容易にするために、リブ１６５の積層配置を設けることができる。
【００２６】
付加製造プロセスは、材料層を連続して繰り返し堆積および接合することにより、ランス１００およびその冷却特徴を形成するための任意の製造方法を含む。適切な製造方法は、限定はしないが、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、レーザ直接積層、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、熱溶解積層（ＦＤＭ）、またはそれらの組合せとして当業者に知られているプロセスを含む。
【００２７】
一実施形態では、付加製造プロセスは、ＤＭＬＭプロセスを含む。ＤＭＬＭプロセスは、金属合金粉末を提供して堆積し、予め選択された厚さおよび予め選択された形状を有する初期粉末層を形成することを含む。集束エネルギー源（すなわち、レーザまたは電子ビーム）を初期粉末層に向けて金属合金粉末を溶融し、初期粉末層をランス１００またはその冷却特徴の１つ（例えば、マイクロチャネル２００）の一部に変換する。
【００２８】
次に、追加の金属合金粉末がランス１００の一部の上に層状に連続して堆積され、所望の幾何学的形状を達成するのに必要な予め選択された厚さおよび形状を有する追加の層を形成する。金属合金粉末の各追加の層を堆積した後、ＤＭＬＭプロセスは、追加の層を集束エネルギー源で溶融して組み合わされた厚さを増加させ、ランス１００の少なくとも一部を形成することを含む。次いで、金属合金粉末の追加の層を連続して堆積し、追加の層を溶融するステップを繰り返し、ネットまたはニアネット形状のランス１００を形成することができる。
【００２９】
空気１８の大部分は、最も外側の導管１７０を通って流れ、燃料（５または８）と共に先端部分１３０を通して導入され、本体１０２を対流冷却して燃料と混合するが、空気１８の比較的小さな割合が冷却マイクロチャネル（例えば、２００）の小さな空気入口（例えば、２０２）に迂回され、これは、上述のＤＭＬＭプロセス中に形成され得る。マイクロチャネルを通って流れる空気は、露出により流入する高温燃焼ガスからの高温に場合によってはさらされる重要な領域において、ランス１００の外側表面に沿って冷却フィルムを生成する。マイクロチャネルをこれらの領域に戦略的に載置することによって、マイクロチャネルの数および冷却空気の体積を有利に減らすことができる。より高い温度の領域では、より短いマイクロチャネル（例えば、約１インチの長さを有するチャネル）が使用され得、他の領域では、より長いマイクロチャネル（例えば、約２．５〜３インチの長さを有するチャネル）が使用され得る。
【００３０】
第１のセットのこれらの冷却マイクロチャネル２００は、バルコニー１０６の下流のランス１００の中央部分１４０に配置される。図６および図７に示すように、いくつかの空気入口２０２は、横方向に延びてランス１００の第１の側面の周りを包み、空気出口２０４（図３に見える）で終端するマイクロチャネル２００ａに空気を導く。いくつかの空気入口２０２は、横方向に延びてランス１００の第２の（反対の）側面の周りを包み、反対側の空気出口（図示せず）で終端するマイクロチャネル２００ｂに空気を導く。空気入口２０２およびそれらの対応するマイクロチャネル２００は、冷却される表面積を最大にするために交互に配置される。
【００３１】
図８および図９は、縦向きの中央部分１４０の上流表面１４２の周りに横方向に延びる、マイクロチャネル２００ａおよび２００ｂを示している。図８では、マイクロチャネル２００ａは、空気入口２０２が第１の側面の内側表面に配置され、空気出口２０４が第２の（反対の）側面の外側表面に配置されるように、上流表面１４２の周りで第１の方向に横方向に延びる。図９では、マイクロチャネル２００ｂは、空気入口２０２が第２の側面の内側表面に配置され、空気出口２０４が第１の側面の外側表面に配置されるように、上流表面１４２の周りで第２の方向に横方向に延びる。反対方向への冷却流の提供は、その領域が適切に冷却されるようにする役割を果たす。
【００３２】
図５〜図７および図１０は、最も下流のマイクロチャネル２００に近接した入口２１２を有する、第２のセットの冷却マイクロチャネル２１０を示している。マイクロチャネル２１０は、中央部分１４０と下流部分１２０との間の接合部１４５に向かって、またはそれを超えて概して軸方向に延びる。図６および図７に示すように、空気入口２１２は、同じ平面に配置することができ、空気出口２１４、２１６は、異なる平面に配置することができる。空気出口２１４は、接合部１４５に近接する平面に配置され、空気出口２１６は、接合部１４５の下流に配置されて本体１０２の角が冷却されるようにする。より長いマイクロチャネル２１０（すなわち、空気出口２１６を有するマイクロチャネル）は、第１のタービンセクションからの燃焼ガスの流入する流れにさらされる、本体１０２の縦向きセクション１４０の上流表面１４２に最も近い。出口２１４、２１６は、図３に見ることができる。
【００３３】
また、図６および図７は、第２のセットのマイクロチャネル２１０の空気出口２１４の間または空気出口２１６を有するマイクロチャネル２１０の間に交互配置で配置された空気入口２２２を有する、第３のセットのマイクロチャネル２２０を示している。空気入口２２２は、本体１０２の内方表面に配置され、空気出口２１４、２１６は、本体１０２の外側表面に配置されることを認識すべきである。空気入口２２２は、接合部１４５に近接する同じ一般的な平面に配置される。マイクロチャネル２２０は、接合部１４５および本体１０２の角の周りの冷却流を最適化するために異なる長さであり得、したがって空気出口２２４が異なる平面にもたらされる。出口２２４は、図３に見ることができる。
【００３４】
図５、図６、および図１１は、ランス１００の下流部分１２０の湾曲した下側表面１２４に沿って延びる第４のセットの冷却マイクロチャネル２３０を示している。各マイクロチャネル２３０は、湾曲した下側表面１２４の内側表面上の空気入口２３２と、湾曲した下側表面１２４の外側表面上の空気出口２３４との間に延びる。１つのそのようなマイクロチャネル２３０の出口２３４は、図３に見ることができる。
【００３５】
図５、図６、図１２、および図１３は、ランス１００の先端部分１３０に配置される第５のセットの冷却マイクロチャネル２４０を示している。一実施形態では、冷却マイクロチャネル２４０は、先端部分１３０の内側表面に配置された空気入口２４２から先端部分１３０の外側表面上の空気出口２４４に延びる（図５に示すように）。
【００３６】
図５、図６、および図１４は、ランス１００のバルコニー１０６に配置される第６のセットの冷却マイクロチャネル２５０を示している。これらのマイクロチャネルの各々は、上側表面１０６ａの空気入口２５２と、下側表面１０６ｂの空気出口２５４とを含み、それらの間に概して横方向に延びる。マイクロチャネル２５０は、より高い温度にさらされる、下側表面１０６ｂの表面近傍冷却を達成するために下側表面１０６ｂに近接して位置する。
【００３７】
より熱い外側導管内に配置された低温の燃料導管を有する多くの燃料ランスでは、構成要素の間の熱の差が摩耗につながり、ランスの耐用年数を短くする可能性がある。本ランス１００では、自動調心固定システム３００が、中間導管１６０の外側表面と最も外側の導管１７０の内側表面との間の通路１７４に配置される。ランス１００の長手方向軸１０１に沿って位置した固定システム３００は、下流部分１２０および先端部分１３０の長手方向軸１３１に沿った導管１６０、１７０の移動を可能にする。下流部分１２０の半径方向に沿った（したがって、ランス１００の長手方向軸１０１に沿った）移動は、防止される。
【００３８】
固定システム３００は、フック形状要素３０２、３０４、３０６、３０８と、Ｔ形状ペグ３１０とを含む。フック形状要素３０２、３０４、３０６、３０８は、最も外側の導管１７０から半径方向内方に延び、対３０２／３０４および３０６／３０８で配置される。フック形状要素３０２および３０４は、互いに軸方向に間隔を空けられ、フック形状要素３０６および３０８は、互いに軸方向に間隔を空けられる。フック形状要素３０２および３０４は、フック形状要素３０６および３０８から円周方向に間隔を空けられ、その結果、要素３０２は要素３０６に対向し、要素３０４は要素３０８に対向する。各Ｔ形状ペグ３１０の長さは、フック形状要素３０２、３０４および３０６、３０８の間隔に及ぶ。
【００３９】
固定システム３００が４つのセットのフック形状要素３０２〜３０８およびＴ形状ペグ３１０で示されているが、セットの数は、異なってもよい。
【００４０】
冷却マイクロチャネルを有する本二重燃料ランスの例示的な実施形態について、詳細に上述した。本明細書に記載の構成要素は、本明細書に記載の具体的な実施形態に限定されるものではなく、むしろ、方法および構成要素の態様は、本明細書に記載の他の構成要素から独立してかつ別々に利用することが可能である。例えば、本明細書に記載の構成要素は、本明細書に記載のように、発電用ガスタービンの環状燃焼器を用いた実施に限定されない他の用途を有することができる。むしろ、本明細書に記載の構成要素は、様々な他の産業において実施および利用することが可能である。
【００４１】
技術的進歩を様々な具体的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、技術的進歩を特許請求の範囲の趣旨および範囲内において修正を加えて実施することができることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００４２】
１  ランス
２  本体
３  第１のダクト
４  第１の噴射通路
５  液体燃料
６  第２のダクト
７  第２の噴射通路／第２の噴射ポート
８  気体燃料／矢印
１０  出口／出口端
１１  出口
１５  第３のダクト
１６  第３の噴射通路
１７  第４の噴射通路
１８  圧縮冷却空気／冷却空気
２５  燃焼ゾーン
１００  ランス
１０１  長手方向軸
１０２  本体
１０４  弓形の上側部分／上流弓形部分
１０６  バルコニー
１０６ａ  上側表面
１０６ｂ  下側表面
１０８  支持ブレース／支持アーム
１１０  上流（入口）部分／部分
１２０  下流部分
１２２  湾曲した上側表面／上側湾曲表面
１２４  湾曲した下側表面／下側湾曲表面
１２６  ランス先端
１２７  表面
１３０  先端部分
１３１  軸方向中心線／長手方向軸
１４０  中央部分／縦向きセクション
１４２  上流表面
１４５  接合部
１５０  最も内側の導管／導管／同心導管
１５２  導管入口／入口／同軸導管入口
１５４  通路
１５６  液体燃料噴射チャネル／液体燃料チャネル
１５８  液体燃料出口／出口
１６０  中間導管／導管／気体燃料導管／同心導管
１６２  入口／同軸導管入口
１６４  通路
１６５  リブ
１６６  気体燃料噴射チャネル
１６８  気体燃料出口／出口
１７０  最も外側の導管／同心導管
１７２  導管入口／同軸導管入口
１７４  通路
１７６  第１のセットの空気出口／空気出口
１７８  第２のセットの空気出口
２００  第１のセットの冷却マイクロチャネル／マイクロチャネル
２００ａ  マイクロチャネル
２００ｂ  マイクロチャネル
２０２  空気入口
２０４  空気出口
２１０  第２のセットの冷却マイクロチャネル
２１２  空気入口／入口
２１４  空気出口／出口
２１６  空気出口／出口
２２０  第３のセットの冷却マイクロチャネル／マイクロチャネル
２２２  空気入口
２２４  空気出口
２３０  第４のセットの冷却マイクロチャネル／マイクロチャネル
２３２  空気入口
２３４  空気出口／出口
２４０  第５のセットの冷却マイクロチャネル／冷却マイクロチャネル
２４２  空気入口
２４４  空気出口
２５０  第６のセットの冷却マイクロチャネル／マイクロチャネル
２５２  空気入口
２５４  空気出口
３００  自動調心固定システム／固定システム
３０２  フック形状要素／要素
３０４  フック形状要素／要素
３０６  フック形状要素／要素
３０８  フック形状要素／要素
３１０  Ｔ形状ペグ
Ａ  軸
Ｃ  軸
Ｒ  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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2020034269000002.pdf
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