(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジンの燃焼器内で使用される燃焼器ライナを冷却するためのシステムを提供する。【解決手段】  システムは、一実施形態では、タービン燃焼器ライナ（３４）を含む。燃焼器ライナ（３４）は、その長手方向軸線に沿って燃焼の下流方向に対して下流端部分（５２）にパターン付き表面（６２）を含む。パターン付き表面（６２）は、下流端部分（５２）の周りにタービン燃焼器ライナ（３４）の長手方向軸線に対して軸方向及び円周方向の両方に複数の離散的な突起（７２）を含む。【選択図】      図５
2010203440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン燃焼器ライナ（３４）を備えたシステムであって、
前記タービン燃焼器ライナ（３４）が、長手方向軸線に沿って燃焼の下流方向に対して下流端部分（５２）でパターン付き表面（６２）を含み、前記パターン付き表面（６２）が、前記下流端部分（５２）の周りに、前記長手方向軸線に対して軸方向及び円周方向の両方向で複数の離散的な突起（７２）を含むシステム。
【請求項２】
前記離散的な突起（７２）が、前記長手方向軸線に対して非線形に配列されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記離散的な突起（７２）の幾何学的形状が、菱形、フィン、円柱、リング、山形、破断山形、又はこれらの組合せの内の少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記下流端部分（５２）の軸方向長さが、前記タービン燃焼器ライナ（３４）の軸方向全長の約２０パーセント以下である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記タービン燃焼器ライナ（３４）の周りに配置された第１の流れスリーブ（３２）を備え、前記第１の流れスリーブ（３２）の第１の環状内表面及び前記タービン燃焼器ライナ（３４）の環状外表面が、第１の環状流路（３６）を定める、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記タービン燃焼器ライナ（３４）の下流側で且つ前記パターン付き表面（６２）の周りに前記タービン燃焼器ライナ（３４）に結合された環状移行部品（４６）を備える、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記環状移行部品（４６）と前記タービン燃焼器ライナ（３４）の間で前記下流端部分（５２）の周りに配置された環状ラッパー（５４）を備え、前記タービン燃焼器ライナ（３４）の下流端部分（５２）上の前記パターン付き表面（６２）と前記環状ラッパー（５４）の内表面とが、環状冷却チャネル（７８）を定める、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記環状移行部品（４６）の周りに配置された第２の流れスリーブ（４２）を備え、前記第２の流れスリーブ（４２）の第２の環状内表面と前記環状移行部品（４６）の外表面とが、第２の環状流路（４７）を定め、前記第２の環状流路（４７）が、前記第１の環状流路（３６）に結合される、
請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
タービン燃焼器ライナ（３４）の下流端部分（５２）の周りに軸方向及び円周方向の両方で複数の離散的な突起（７２）を有するパターン付き表面（６２）を通る流路に沿った空気流によってタービン燃焼器ライナ（３４）を冷却することを含む方法。
【請求項１０】
前記流路が、前記タービン燃焼器ライナ（３４）に沿った長手方向流路に対して非線形的である、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される主題は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの燃焼器内で使用される燃焼器ライナを冷却するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、典型的には、燃焼室を定める燃焼器ライナを有する燃焼器を含む。燃焼室内では、加圧空気と燃料との混合気が燃焼して高温の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、燃焼室を通って１つ又はそれ以上のタービン段に流れ、負荷及び／又は圧縮機を駆動するための動力を発生する。典型的には、燃焼プロセスは、高温燃焼ガスにより燃焼器ライナを加熱する。残念なことに、既存の冷却システムは、あらゆる条件において燃焼器ライナを十分に冷却することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，３８６，９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービンエンジンの燃焼器内で使用される燃焼器ライナを冷却する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
最初に特許請求されている本発明の範囲内にある幾つかの実施形態を以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００６】
一実施形態では、システムはタービンエンジンを含む。タービンエンジンは、環状ライナを有する燃焼器を含む。環状ライナは、燃焼器の長手方向軸線に沿って燃焼の下流方向に対して下流端部分を含む。下流端部分は、タービン燃焼器ライナの長手方向軸線に対して非線形配列の表面特徴部を有するパターン付き表面を含む。
【０００７】
別の実施形態では、システムは、タービン燃焼器ライナを含む。燃焼器ライナは、その長手方向軸線に沿って燃焼の下流方向に対して下流端部分にパターン付き表面を含む。パターン付き表面は、下流端部分の周りにタービン燃焼器ライナの長手方向軸線に対して軸方向及び円周方向の両方に複数の離散的な突起を含む。
【０００８】
更に別の実施形態では、方法は、タービン燃焼器ライナの下流端部分の周りに軸方向及び円周方向の両方に複数の離散的な突起を有するパターン付き表面を通る流路に沿った空気流によってタービン燃焼器ライナを冷却することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本技術の一実施形態による、冷却を増強するためのパターン付き表面を備えた燃焼器ライナを有するタービンシステムのブロック図。
【図２】本技術の一実施形態による、図１に示すようなタービンシステムの切欠き側面図。
【図３】本技術の一実施形態による、下流端部分にパターン付き表面を備えた燃焼器ライナを有する図１に示すような燃焼器の切欠き側面図。
【図４】本技術の一実施形態による、図３に示すような燃焼器の幾つかの構成要素の分解斜視図。
【図５】本技術の一実施形態による、図４に示すような燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の一部の部分斜視図。
【図６】本技術の一実施形態による、図３に示すような燃焼器ライナの下流端部分の部分的断面側面図。
【図７Ａ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的断面側面図。
【図７Ｂ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的断面側面図。
【図７Ｃ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的断面側面図。
【図７Ｄ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的断面側面図。
【図８Ａ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的上面図。
【図８Ｂ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的上面図。
【図８Ｃ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的上面図。
【図８Ｄ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的上面図。
【図８Ｅ】本技術の幾つかの実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分的上面図。
【図９Ａ】本技術の更に別の実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の部分上面図。
【図９Ｂ】本技術の更に別の実施形態による、燃焼器ライナの下流端部分上のパターン付き表面の対応する切欠き側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、図面全体を通して同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとより理解されるであろう。
【００１１】
本発明の１つ又はそれ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する目的で、実際の実施の特徴部を全て本明細書内で説明するとは限らない。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１２】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１つ又はそれ以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。動作パラメータ及び／又は環境条件の何れかの実施例は、開示された実施形態の他のパラメータ／条件を排除するものではない。加えて、本発明の「一実施形態」又は「１つの実施形態」に対する言及は、同様に記載の特徴部を組み込んだ追加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない点を理解されたい。
【００１３】
説明を続ける前に、特許請求される主題を十分に理解するために、本開示全体を通して広く使用される幾つかの用語を最初に定義する。燃焼器ライナに関して検討する際に、本明細書で使用される用語「上流」及び「下流」とは、燃料ノズルに対して燃焼器ライナの近位端及び遠位端をそれぞれ意味するものと理解されたい。すなわち、別途指示されない限り、用語「上流」及び「下流」は、一般に、燃焼器ライナ内部の燃焼ガスの流れに関して使用される。例えば、「下流」方向とは、燃料−空気混合気が燃焼して、燃料ノズルからタービンに向けて流れる方向を指しており、「上流」方向とは、上記で定義したような下流方向とは反対の方向を指している。加えて、用語「下流端部分」、「結合部分」等は、燃焼器ライナの最後方の（最も下流側の）部分を指すことを理解されたい。以下で更に説明するように、幾つかの実施形態において、燃焼器ライナの下流端部分の軸方向長さは、燃焼器ライナの軸方向全長の２０パーセントほどの長さとすることができる。幾つかの実施形態では、下流端部分（又は結合部分）はまた、一般的には入れ子式、同心状、すなわち同軸的に重なり合う環状関係で燃焼器の下流方向移行部品に結合するように構成されるライナの一部分であると理解することができる。更に、用語「ライナ」が単独で現れる場合、この用語は、「燃焼器ライナ」のほぼ同義語であると理解されるべきである。
【００１４】
上記で定義された用語を念頭に置いて、本開示は、タービンエンジンの作動中により効果的な冷却を提供することができる燃焼器ライナを目的とする。一実施形態では、ライナは、複数の表面特徴部が形成されたパターン付き表面を含む下流端部分を有する。表面特徴部は、様々な構成及び形状で複数の離散的な突起及び／又は凹部を含むことができる。一実施形態では、離散的な突起及び／又は凹部は、ライナの下流端部分の周りにライナの長手方向軸線に対して軸方向及び円周方向に形成することができる。離散的な突起及び／又は凹部は、限定ではないが、フライス加工、鋳造法、成形法及びレーザエッチング／カッティング法を含む、何れかの適切な技術を使用して形成することができる。一実施形態では、表面特徴部は、ライナに沿った長手方向流路に対して非線形的な流路を形成することができる。
【００１５】
作動時には、半径方向に貫通して延びる複数の孔を有する環状ラッパーは、全体的に下流端部分の周りでライナに結合するよう構成することができる。ラッパーの内表面及び下流端部分上の表面特徴部は、複数の入口を介して空気流を受け入れることができる冷却チャネルを協働して形成する。空気流は、燃料の燃焼のために燃焼器に供給される加圧空気の一部分とすることができる。空気が冷却チャネル内を流れて表面特徴部と接触すると、
強制空気対流によって燃焼器ライナ、特にライナの下流端部分から熱が移動される。このようにして、本発明の実施形態は、増強された熱移動を可能にし、従って、全体的な圧力低下が軽減された状態で冷却の均一性を向上させる（例えば、熱勾配をより低くする）ことができる。有利には、このことは全体的なタービン性能を改善し、燃焼器及び／又は燃焼器ライナの寿命を延長する。
【００１６】
ここで各図面に移り、最初に図１を参照すると、タービンシステム１０の一実施形態が示される。以下で詳細に検討するように、開示されるタービンシステム１０は、下流端部分の周りに形成された複数の表面特徴部を有する燃焼器ライナを利用して、改善され且つより均一なライナの冷却を提供することができる。タービンシステム１０は、天然ガス及び／又は水素リッチ合成ガスのような液体又は気体燃料を使用して稼働することができる。図示のように、複数の燃料ノズル１２が供給燃料１４を取り込み、該燃料を空気と混合して空気−燃料混合気を燃焼器１６に分配する。空気−燃料混合気は、燃焼器１６中の燃焼室において燃焼し、これにより高温の加圧排出ガスを生成する。燃焼器１６は、排出ガスをタービン１８を通して排気出口２０に配向する。排出ガスがタービン１８を通過すると、排出ガスによって、１つ又はそれ以上のタービンブレードが、システム１０の軸に沿ってシャフト２２を回転させるようになる。図示のように、シャフト２２は、圧縮機２４を含むタービンシステム１０の様々な構成要素に接続される。圧縮機２４はまた、シャフト２２に結合することができるブレードを含む。従って、シャフト２２が回転するにつれて、圧縮機２４内のブレードが回転し、これによって吸気部２６からの空気を圧縮機２４を通じて圧縮して、燃料ノズル１２及び／又は燃焼器１６に送り込む。シャフト２２は、負荷２８に接続することもでき、負荷２８は、車両、発電プラント内の発電機のような静止負荷、又は航空機のプロペラとすることができる。理解されるように、負荷２８は、タービンシステム１０の回転出力によって駆動することができるあらゆる適切な装置を含むことができる。
【００１７】
図２は、図１に概略的に示したタービンシステム１０の一実施形態の切欠側面図を示している。タービンシステム１０は、１つ又はそれ以上の燃焼器１６内部に置かれた１つ又はそれ以上の燃料ノズル１２を含む。燃焼器１６は、１つ又はそれ以上のそれぞれの流れスリーブ内に配置された１つ又はそれ以上の燃焼器ライナを含むことができる。上述のように、燃焼器ライナ（又は複数のライナ）は、ライナの下流端部分の周りにパターン付き表面を含むことができる。パターン付き表面は、複数の表面特徴部を含むことができる。幾つかの実施形態では、表面特徴部は、下流端部分の周りにライナの長手方向軸線に対して軸方向及び円周方向に配列された複数の離散的な突起及び／又は凹部を含むことができる。
【００１８】
作動時には、空気は、吸気部２６を介してタービンシステム１０に流入し、圧縮機２４内で加圧することができる。次に加圧空気は、燃焼器１６内での燃焼のためにガスと混合することができる。例えば、燃料ノズル１２は、最適な燃焼、エミッション、燃料消費量、及び動力出力を得るのに好適な比率で燃料−空気混合気を燃焼器１６内に噴射させることができる。燃焼により高温の加圧排出ガスが発生し、これがタービン１８内の１つ又はそれ以上のブレード１７を駆動して、シャフト２２、従って圧縮機２４及び負荷２８を回転させる。タービンブレード１７の回転により、シャフト２２の回転が起こり、これによって圧縮機２４内のブレード１９が空気を引き込んで加圧し、吸気部２６によって受けられる。以下でより詳細に説明するように、ライナの下流端部分上の表面特徴部は、ライナの下流端部分の周りに嵌合（配置）された環状ラッパーの内表面と共に冷却チャネルを形成することができる。冷却チャネルは、吸気部２６を介して燃焼器１６に供給される空気の一部を受け入れることができる。一実施形態では、冷却チャネルは、圧縮機２４から燃焼器１６に供給される全空気の約２パーセントを受け入れることができる。圧縮機供給空気（一般に燃焼器１６内の燃焼ガスと比べてかなり低温である）の部分が冷却チャネル内を流れて、表面特徴部と接触すると熱移動が起こり、燃焼器ライナから熱が除去される。例証として、この熱移動は強制対流によって行うことができる。
【００１９】
続いて図３を参照すると、図２に示すような燃焼器１６の一実施形態の詳細な切欠き側面図が示されている。理解されるように、燃焼器１６は、一般に燃焼器１６及びタービン１８に流体結合される。圧縮機２４は、ディフューザ２９と排出プレナム３１を含むことができ、これらは、燃焼器１６の下流方向に空気を送ることができるように、流体連通した状態で互いに結合される。図示の実施形態では、燃焼器１６は、燃焼器１６の上流ヘッド端部に結合されたカバープレート３０を含む。カバープレート３０は、燃料ノズル１２を少なくとも部分的に支持し、空気及び燃料がそれを通って燃料ノズル１２に配向される通路を提供することができる。
【００２０】
燃焼器１６は、流れスリーブ３２内に配置された燃焼器ライナ３４を含む。ライナ３４の内部は、実質的に円筒状又は環状の燃焼室３８を定めることができる。図３に示すようなライナ３４及び流れスリーブ３２の配置は、一般に同心状になり、環状通路３６を定めることができる。流れスリーブ３２は、複数の入口４０を含むことができ、これらは、圧縮機２４から環状通路３６内への空気の少なくとも一部分のための流路を提供する。言い換えると、流れスリーブ３２は、あるパターンの開口を有して孔形成することができる。
【００２１】
ライナ３４及び流れスリーブ３２から下流側では（例えば、方向Ｃ）、「衝突スリーブ」と呼ぶことができる第２の流れスリーブ４２を流れスリーブ３２に結合することができる。従って、方向Ｃは、ライナ３４内部で燃料ノズル１２から離れる燃焼ガスの流れに対して下流側方向を表すことができる。ここで使用される用語「上流」及び「下流」とは、燃焼器ライナに関連して説明する場合には、燃料ノズルに対して、燃焼器ライナの近位端と遠位端とをそれぞれ意味するように理解されたい。すなわち、特に指定しない限り、用語「上流」及び「下流」は、一般に、燃焼器ライナ内部における燃焼ガスの流れに関して使用される。例えば、「下流」方向とは、燃料−空気混合気が燃焼して燃料ノズルからタービンに向けて流れる方向を指し、「上流」方向とは、上記で定義したように、下流方向とは反対の方向を指す。
【００２２】
本実施形態では、流れスリーブ３２は、衝突スリーブ４２の一部分を受けるように構成された装着フランジ４４を含むことができる。移行部品４６（「移行ダクト」と呼ぶことができる）は、衝突スリーブ４２内に配置することができる。衝突スリーブ４２及び移行部品４６の同心的配置は、環状通路４７を定めることができる。図示のように、環状通路４７は、環状通路３６に流体結合される。衝突スリーブ４２は、複数の入口４８を含むことができ、これらは、圧縮機２４から環状通路４７内への空気の少なくとも一部のための流路を提供することができる。移行部品４６の内部キャビティ５０は、一般に、燃焼室３８からの燃焼ガスをタービン１８に配向することができる流路（矢印Ｃで示す）を提供する。図示の実施形態では、移行部品４６は、上に述べたように、一般に下流端部分５２（結合部分）の周りでライナ３４の下流端に（方向Ｃで）結合することができる。環状ラッパー５４及びシールは、下流端部分５２と移行部品４６との間に配置することができる。ラッパー５４の内表面は、冷却を向上させる複数の表面特徴部を有するパターン付き表面を含むことができる下流端部分５２の外表面と共に、冷却チャネルを形成することができる。シールは、ラッパー５４の外表面を移行部品４６の内表面に固定することができる。
【００２３】
上述のように、タービンシステム１０は、作動時には吸気部２６を介して空気を取り込むことができる。シャフト２２によって駆動される圧縮機２４は、回転して空気を加圧する。加圧空気は、図３に矢印で示すように、ディフューザ２９内に吐出される。加圧空気の大部分は、圧縮機２４からディフューザ２９を経てプレナム３１を通り、燃焼器１６内に吐出される。本明細書では詳細には示されていないが、加圧空気の小部分は、タービンエンジン１０の他の構成要素を冷却するために下流側に送ることができる。プレナム３１内の加圧空気の一部分は、入口４８を経て環状通路４７に流入することができる。次に、環状通路４７内の空気は、環状通路３６に向けて上流側に（例えば、燃料ノズル１２の方向で）送られ、これにより空気がライナ３４の下流端部分５２上を流れるようになる。この空気流の一部分は、燃焼器ライナ３４の冷却を向上するために、ラッパー５４と下流端部分５２とによって形成される冷却チャネル内に配向される。一実施形態では、ラッパー５４上の複数の入口は、冷却チャネル内への流路を提供することができる。冷却チャネル内に吐出されない空気流の部分は、環状通路３６内をカバープレート３０及び燃料ノズル１２に向けて上流側に引き続き流れる。従って、環状通路３６は、環状通路４７及び入口４０から空気を受け入れることができる。環状通路３６に流入する空気は、次に燃料ノズル１２に向けて上流側に送られ、空気は燃料と混合されて燃焼室３８内で点火される。結果として生じる燃焼ガスは、燃焼室３８から移行部品キャビティ５０内に送られ、タービンノズル６０を介してタービン１８に送られる。
【００２４】
図４は、ライナ３４、ラッパー５４、及び移行部品４６間の関係についてより深く理解することを意図した分解斜視図である。ライナ３４は、長手方向軸線Ａに沿って測定したときに長さＬ１を有することができる。図示の実施形態では、ライナ３４の上流端の半径Ｒ１は、ライナ３４の下流端の半径Ｒ２よりも大きくすることができる。しかしながら、他の実施形態では、半径Ｒ１及びＲ２は、等しいか又は半径Ｒ２が半径Ｒ１よりも大きくてもよい。ライナ３４は下流端部分５２を含む。上述のように、下流端部分５２は、軸方向長さＬ２を有するライナの一部分であって、これは、ライナ３４の下流端（最後方）から測定したときに、ライナ３４の全長Ｌ１よりも小さい。一実施形態では、下流端部分５２の長さＬ２は、ライナの全長Ｌ１の約１０−２０パーセントとすることができる。しかしながら、他の実施形態では、実施の特定の目標に応じて、長さＬ２は、Ｌ１の２０パーセントよりも大きいか、又は１０パーセントよりも小さくすることができる点は理解されたい。例えば、他の実施形態では、下流端部分５２の長手方向の長さＬ２は、全長Ｌ１の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０又は３５パーセントよりも小さくすることができる。
【００２５】
ラッパー５４は、一般に、入れ子式に、同心的に、又は同軸的に重なり合う関係で下流端部分５２の周りでライナ３４と嵌合するように構成される。ラッパー５４の内表面及び下流端部分５２のパターン付き外表面６２は、環状冷却チャネルを形成することができる。図示のように、ラッパー５４は、ラッパー５４のほぼ上流端付近に複数の入口６８を含むことができる。図示の実施形態では、入口６８は、ラッパー５４の上流端の周りに円周方向に（軸線Ａに対して）に配置され且つラッパー５４を半径方向に貫通して延びる複数の開口として描かれている。入口６８によって定められる開口は、例えば、孔、スロット又は孔とスロットの組合せを含むことができる。入口６８は、冷却チャネル内への流路を提供する。以下でより詳細に説明するように、燃焼室３８内の燃焼ガスの温度と比べて実質的に低温である加圧空気は、パターン付き表面６２上を流れ、複数の離散的な突起（及び／又は凹部）を含むことができる表面特徴部と接触し、このようにすることでライナ３４からの熱移動を高めてライナ３４を冷却する。移行部品４６は、ほぼ下流端部分５２及びラッパー５４の付近でライナ３４に結合される。結合を助けるために、ラッパー５４と移行部品４６との間にシールリング６６を配置することができる。
【００２６】
図５は、図４に示すような弓状線５−５によって定められた円形領域内のライナ３４の下流端部分５２上にあるパターン付き表面６２の一実施形態の部分斜視図である。上述のように、パターン付き表面６２は、複数の表面特徴部７２を含むことができる。図示の実施形態では、表面特徴部７２は、ライナ３４の長手方向軸線Ａに対して軸方向及び円周方向に配列された複数の離散的な実質的に菱形の突起とすることができる。菱形突起は、下流端部分５２の長さＬ２にわたって交差パターンで構成された複数の溝７０によって定めることができ、菱形突起が溝７０間の隆起部分であるようにする。例えば、溝７０は、軸線Ａに対して非平行に、又は軸線Ａに対して平行に交差することができる。しかしながら、図示の溝７０は軸線Ａに対して非平行であり、従って軸線Ａに対して横断している。
【００２７】
本明細書で使用される用語「溝」は、離散的に突出する表面特徴部７２を定めるように凹設又は除去された、ライナ３４の下流端部分５２の外表面の部分を意味すると理解すべきである。理解されるように、溝７０は、フライス加工、鋳造、成形及びレーザエッチング／カッティングを含む、何れかの適切な方法で形成することができる。本実施形態では、溝７０は、ライナ３４の長手方向軸線Ａに対して非線形的な流路を定める。他の実施形態では、溝は、長手方向軸線Ａに対して線形的な流路を定めることができる。更に溝７０は、以下の付加的な図に示されるように、異なる幾何学的形状を有する突起を定めるように構成することができる。一実施形態では、溝７０は、表面特徴部７２に対して少なくとも約１、２、３、４又は５ミリメートル未満の深さを有することができる。付加的な実施形態では、溝７０は、５ミリメートルよりも大きな深さを有することができる。更に、溝７０の幅は、一実施形態では、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０ミリメートル未満とすることができる。溝７０の幅は、別の実施形態では、約２から８ミリメートルの範囲を有することができる。更にまた、更に別の実施形態では、溝７０は、１０ミリメートルよりも大きな幅を有することができる。加えて、突出する表面特徴部７２は、様々な長さ及び幅を有するように形成することができる。例えば、表面特徴部７２が図５に示すような実質的に菱形形状である一実施形態では、各辺７１は、少なくとも約５、６、７、８、９、１０、１１、１２又は１３ミリメートル未満とすることができる。付加的な実施形態では、辺７１はまた、５ミリメートル未満、又は１３ミリメートルより大きくすることができる。
【００２８】
ここで図６を参照すると、図３に弓状線６−６によって定められた円形領域内の燃焼器１６の部分的断面側面図が示されている。詳細には図６は、ラッパー５４及びライナ３４の下流端部分５２によって形成された冷却チャネル７８に入る空気流をより詳細に示している。圧縮機２４によって吐出された加圧空気は、入口４８を介して環状通路４７（衝突スリーブ４２及び移行部品４６によって定められる）内に受けることができる。本実施形態では、入口４８は、円形形状の孔であるが、他の実施では、入口４８は、他の幾何学的形状のスロット又は孔とスロットの組合せとすることができる。環状通路４７内の空気６４が上流側に送られると、空気６４の大部分は、環状通路３６（流れスリーブ３２とライナ３４によって定められる）内に吐出される。上述のように、流れスリーブ３２は、下流端６５において、衝突スリーブ４２の上流端７３から半径方向外向きに延びる部材７６受けるように構成された装着フランジ４４を含むことができ、これにより、流れスリーブ３２と衝突スリーブ４２とを結合する。環状通路４７から空気流６４を受けることに加えて、環状通路３６はまた、入口４０を介してプレナム３１からの加圧空気の一部分７４を受ける。言い換えると、環状通路３６内の空気流は、環状通路４７から吐出される空気６４と入口４０を通って流れる空気７４とを含むことができる。加えて、衝突スリーブ４２上の入口４８と同様に、入口４０はまた、様々な形状の孔、スロット又はこれらの組合せを含むことができる点は理解されたい。
【００２９】
環状通路４７を通って流れる空気の大部分は、環状通路３６内に吐出されるが、参照符号７５でここに示された空気流の一部は、ラッパー５４上の複数の入口６８によって設けられる流路Ｆを介して冷却チャネル７８内に配向することができる。流路Ｆは、チャネル７８内で表面特徴部７２を通る空気流を定めることができる。図示のように、流路Ｆは、環状通路３６及び４７を通る流路とは反対側にある。言い換えると、流路Ｆは、末端カバー３０及び燃料ノズル１２の下流側に且つ離れて配向される（上流側で末端カバー３０及び燃料ノズル１２に向かうのではなく）。一実施形態では、冷却チャネル７８内に配向される空気７５は、燃焼器１６に供給される全加圧空気の少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０パーセント未満に相当することができる。他の実施形態では、冷却チャネル７８内へ配向される空気７５は、燃焼器１６に供給される全加圧空気の１０パーセントよりも多くすることができる。冷却チャネル７８に流入する空気７５は、流路Ｆに沿って流れて、ライナ３４の下流端部分５２上の複数の表面特徴部７２と接触する。上述のように、表面特徴部７２は、溝７０間の複数の離散的な突起として定義することができる。更に、理解されるように、冷却チャネル７８内の空気流は、燃焼室３８内の燃焼ガスの温度と比べてほぼ実質的に低温である。従って、チャネル７８内の空気７５が流路Ｆに沿って流れて表面特徴部７２と接触すると、燃焼器ライナ３４から熱を移動させることができる。例証として、ライナ３４を冷却する際に利用されるメカニズムは、冷却空気７５と表面特徴部７２との間の接触により生じる強制対流熱移動とすることができる。流路Ｆは、冷却チャネル７８の長さ（実質的に長さＬ２）に沿って連続することができ、この場合、冷却空気は、下流端（図示せず）において冷却チャネル７８から出て、移行部品キャビティ５０内に吐出され、冷却空気７５が移行部品キャビティ５０を通り下流側に（燃料ノズル１２から離れて）流れる燃焼ガスに配向されるようにする。
【００３０】
上述のように、表面特徴部７２は、ライナ３４の下流端部分５２上に複数の溝７０を形成することにより定めることができる。すなわち、表面特徴部７２は、ほぼ溝７０間でライナ３４の下流端部分５２の外表面から突出する。続いて図７Ａ−７Ｄを参照すると、異なる形状を有する溝７０が形成された幾つかの実施形態が示されている。詳細には、これらの図は、図６の弓状線７−７で定められる円形領域内のライナ３４の下流端部分５２上の溝７０及び表面特徴部７２を詳細に示している。
【００３１】
最初に図７Ａを参照すると、溝７０は、その各々の底面８０が実質的に平坦な表面を有し、各溝の壁８２が底面８０に隣接して該底面８０に対して実質的に直角（９０°）を成すように形成することができる。同時に、壁８２は、各表面特徴部７２の側壁として機能し、各表面特徴部７２の表面８４が実質的に平坦であるように実質的に直線的である。
【００３２】
図７Ｂに示す代替の実施形態では、各溝７０は、各壁８２に対して実質的に直角を成す実質的に平坦な底面８０を有することができる。この実施形態では、壁８２の上方部分には丸みが付けられる。その結果、各表面特徴部７２は、丸み付きの上表面８４を備えて形成することができる。図７Ｃに示すような別の実施形態では、各溝７０は、実質的に平坦な底面８０を有する。この構成では、壁８２の各々は、底面８０に対して９０°よりも大きな角度（例えば、発散する角度）を成すことができる。すなわち、底面８０から測定した溝７０の幅は、各壁８２の頂部（例えば、各表面特徴部７２の表面８４と同一平面にある）で測定した溝７０の幅よりも小さくすることができる。最後に、図７Ｄに示す実施形態では、各溝７０は、底面８０が丸み付き縁部を介して壁８２の各々に隣接するように形成することができる。理解されるように、溝７０は、鋳造法、フライス加工法、成形法及びレーザカッティング／エッチング法を含む、何れかの適切な方法で形成することができる。上述のように、溝７０は、燃焼器ライナ３４の下流端部分５２上のパターン付き表面を通る流路Ｆを定めることができる。溝７０によって定められた流路Ｆは、ライナ３４の軸方向流路（例えば、長手方向軸線Ａに沿った）に対して線形的又は非線形的とすることができる。
【００３３】
上に述べた実施形態は、下流端部分５２の表面から突出した複数の菱形状表面特徴部７２を備えたパターン付き表面６２を有することができるが、他の実施形態における表面特徴部７２は、様々な構成及び形状で形成することができる。次に図８Ａ−８Ｅを参照すると、様々な代替の形状構成で対流熱移動部材として機能する表面特徴部７２を示す異なる実施形態の平面図が例示されている。図８Ａに示すように、表面特徴部７２は、ライナ３４の下流端部分５２の表面から突出したほぼ矩形又は正方形のフィンとして形成することができる。この実施形態では、溝７０は、流路Ｆがライナ３４に沿った（例えば、長手方向軸線Ａに対して軸方向に）軸方向流路に対して線形的であるように形成される。言い換えると、表面特徴部７２は、軸線Ａに沿って軸方向に連続して互いに対して一列に並んでいる。図８Ｂでは、流路Ｆが長手方向軸線Ａに対して軸方向に非線形的であるようにフィン表面特徴部７２が配列されていること以外は、図８Ａと同様の実施形態が示されている。すなわち、表面特徴部は、互いに対して交互してすなわち軸線Ａに沿って互いに重なっている。加えて、この実施形態では、円周方向流路８５（Ｆと直交する）が、フィン表面特徴部７２を通って線形的である。しかしながら、別の実施形態では、軸方向流路（Ｆ）及び円周方向流路８５は、共に非線形的であってよい点を理解されたい。
【００３４】
図８Ｃは、パターン付き表面の別の実施形態を示しており、ここでは、表面特徴部７２は、ライナ３４の下流端部分５２の表面から突出した円柱状部材として形成される。この実施形態では、溝７０は、各円柱状部材７２間にある下流端部分５２の非隆起部分である。図８Ｄは、表面特徴部７２がほぼ山形である更に別の実施形態を示している。本発明の実施形態では、山形の表面特徴部７２は、長手方向軸線Ａに対して線形的な流路Ｆを定めるように配列されているが、他の実施形態では、山形の表面特徴部７２は、流路Ｆが長手方向軸線Ａに対して非線形的であるように、交互してすなわち重なり合う関係で配列されてもよい。また本発明の実施形態では、山形の表面特徴部７２は、燃焼器ライナ３４の下流端部分５２の方を指すように示されている。他の実施形態は、反対の方向（例えば、ライナ３４の上流端の方）を指す山形表面特徴部７２を利用することができる。別の実施形態では、山形表面特徴部７２は、図８Ｅに示すように破断して交互に配列することができる。破断した山形の各部分７２Ａ及び７２Ｂは、図において参照符号８６で示された距離だけ長手方向軸線Ａに対して軸方向に離間することができる。
【００３５】
続いて図９Ａを参照すると、パターン付き表面６２の更に別の実施形態が示されており、表面特徴部７２は、ライナ３４の下流端部分５２の外表面から延びる複数の円形リング形状の突起として形成されている。理解されるように、リング形状の表面特徴部７２は、パターン付き表面６２を通る流路Ｆが軸線Ａに対して線形的又は非線形的であるように配列することができる。各リング形状表面特徴部７２は、リング内に閉鎖区域９０を生成する隆起した周縁８８によって定められる。言い換えると、リング形表面特徴部７２は、円柱状の閉鎖区域９０を定める中空環状構造体である。図９Ｂは、図９Ａの線９Ｂ−９Ｂに沿って見たリング形突起の断面図を示している。図示のように、閉鎖区域９０を定める周縁８８は、断面が実質的に正方形とすることができ、円柱状の閉鎖区域９０の周りに３６０°の中空環状構造体を定める。しかしながら、他の実施形態では、周縁８８は、別の断面形状を有することができる点は理解されたい。例えば、周縁８８は、ほぼ台形の断面形状を有することができる。
【００３６】
例証として上記で示した実施形態に関して、本明細書で具体的に説明していない本発明の冷却技術の様々な追加の実施形態が存在し得る点を理解されたい。例えば、幾つかの実施形態では、表面特徴部７２の高さは、燃焼器ライナ３４の下流端部分５２全体にわたって均一であるか、或いは変化することができる。他の実施形態では、下流端部分５２上の表面パターン６２は、上述の表面特徴部形状の組合せなど、様々な異なる表面特徴部を含むことができる。更に別の実施形態では、表面パターン６２は、形状が一様であるがサイズが異なる表面特徴部７２を含むことができる。更に、本開示の冷却技術は、他の冷却技術と併用して燃焼器ライナ３４の冷却を向上させることができる。例えば、幾つかの実施形態では、パターン付き表面６２は、下流端部分５２だけでなく、燃焼器ライナ３４の外表面全体を覆うことができる。同様に、パターン付き表面は、ライナ３４上、移行部品４６上、又はこれら両方に配設することができる。
【００３７】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１０  タービンシステム
１２  燃料ノズル
１４  燃料供給源
１６  燃焼器
１７  タービンブレード
１８  タービン
１９  圧縮機ブレード
２０  排気装置
２２  シャフト
２４  圧縮機
２６  吸気装置
２８  負荷
２９  ディフューザ
３０  カバープレート
３１  プレナム
３２  流れスリーブ
３４  燃焼器ライナ
３６  環状通路
３８  燃焼室
４０  入口
４２  衝突スリーブ
４４  フランジ
４６  移行部品
４７  環状通路
４８  空気分離ユニット（ＡＳＵ）
５０  内部キャビティ
５２  下流端部分
５４  環状ラッパー
５５  環状ラッパーの内表面
６０  タービンノズル
６２  パターン付き表面
６４  空気
６６  シール
６８  入口
７０  溝
７１  辺
７２  表面特徴部
７３  衝突スリーブの上流端
７４  空気
７５  空気流（冷却チャネル内の）
７８  冷却チャネル
８０  溝の底面
８２  溝の壁
８４  溝の上表面
８５  円周方向流路
８６  軸方向間隔
８８  周縁
９０  閉鎖区域
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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