(57)【要約】【課題】その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素を提供する。【解決手段】本ガスタービン構成要素は、第１の空間（１３）に面した第１の表面（１１）と第２の空間（１４）に面した第２の表面（１２）とを備えかつ該第１及び第２の空間（１３、１４）間に配置されたライナ（１０）を含み、ライナ（１０）が、第１の表面（１１）から第２の表面（１２）まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが第１の空間（１３）から第２の空間（１４）に流れる貫通孔（２０）を有する。少なくとも第１の表面（１１）は、流入流れを流れ調整して貫通孔（２０）の側壁からの剥離を阻止するように形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素であって、
第１の空間（１３）に面した第１の表面（１１）と第２の空間（１４）に面した第２の表面（１２）とを備えかつ前記第１及び第２の空間（１３、１４）間に配置されたライナ（１０）を、含み、
前記ライナ（１０）が、前記第１の表面（１１）から前記第２の表面（１２）まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが前記第１の空間（１３）から前記第２の空間（１４）に流れる貫通孔（２０）を有し、
少なくとも前記第１の表面（１１）が、前記流入流れを流れ調整して前記貫通孔（２０）の側壁からの剥離を阻止するように形成される、
ガスタービン構成要素。
【請求項２】
前記貫通孔（２０）の端縁部が、丸み付けされる、請求項１記載のガスタービン構成要素。
【請求項３】
前記貫通孔（２０）の端縁部が、面取りされる、請求項１記載のガスタービン構成要素。
【請求項４】
前記貫通孔（２０）の端縁部が、隆起している、請求項１記載のガスタービン構成要素。
【請求項５】
前記貫通孔（２０）が、突入している、請求項１記載のガスタービン構成要素。
【請求項６】
その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素であって、
第１の空間（１３）に面した第１の表面（１１）と第２の空間（１４）に面した第２の表面（１２）とを備えかつ前記第１及び第２の空間（１３、１４）間に配置されたライナ（１０）を、含み、
前記ライナ（１０）が、前記第１の表面（１１）から前記第２の表面（１２）まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが前記第１の空間（１３）から前記第２の空間（１４）に流れる貫通孔（２０）と、前記第１の表面（１１）上に配置された突出部（３０）とを有し、
前記突出部（３０）が、前記流入流れを調整して前記貫通孔（２０）の側壁からの剥離を阻止するのに十分なほど該貫通孔（２０）の周囲に近接している、
ガスタービン構成要素。
【請求項７】
前記突出部（３０）が、前記貫通孔（２０）の周囲の周りに延びる局所タービュレータ（３５）を含む、請求項６記載のガスタービン構成要素。
【請求項８】
前記突出部（３０）が、その数が複数でありかつ前記貫通孔（２０）の周囲の周りに配列された複数のフィン（４０）を含む、請求項６記載のガスタービン構成要素。
【請求項９】
前記突出部（３０）が、その数が複数でありかつ前記貫通孔（２０）の周囲の周りに配列された複数のピンプル（５０）を含む、請求項６記載のガスタービン構成要素。
【請求項１０】
その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素であって、
第１の空間（１３）に面した第１の表面（１１）と第２の空間（１４）に面した第２の表面（１２）とを備えかつ前記第１及び第２の空間（１３、１４）間に配置されたライナ（１０）を、含み、
前記ライナ（１０）が、前記第１の表面（１１）から前記第２の表面（１２）まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが前記第１の空間（１３）から前記第２の空間（１４）に流れる貫通孔（２０）を有し、
前記第１の表面（１１）には、前記流入流れを調整して前記貫通孔（２０）の側壁からの剥離を阻止するのに十分なほど該貫通孔（２０）の周囲に近接して凹部（６０）が形成される、
ガスタービン構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、流れ調整に関し、より具体的には、その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素の希釈又は混合孔のための流れ調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの燃焼器及び移行ゾーンのようなその中で燃焼が行われるガスタービン構成要素内では、希釈又は混合孔内及び該孔の周りにおける流入流れの剥離により、該希釈又は混合孔に近接して１つ又は複数の再循環ポケットが形成される。燃焼行程時に及び燃焼状態下において、これらの再循環ポケットにより、高温ガスが吸い込まれる傾向になる。
【０００３】
希釈又は混合孔を通しての高温ガスの吸込みにより、該希釈又は混合孔を囲む金属の比較的大きな温度上昇の発生が生じる可能性がある。それにより、希釈又は混合孔を囲む金属及び金属構造体に損傷を引き起こすおそれがある。加えて、可燃物質の残留物が、再循環ポケットのゾーン内で反応する可能性がある。それらの反応により、金属粒子境界に対する有害な侵食が生じ、かつ金属の機械的特性の低下を引き起こすおそれがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によると、その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素を提供し、本ガスタービン構成要素は、第１の空間に面した第１の表面と第２の空間に面した第２の表面とを備えかつ該第１及び第２の空間間に配置されたライナを含み、ライナは、第１の表面から第２の表面まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが第１の空間から第２の空間に流れる貫通孔を有し、少なくとも第１の表面は、流入流れを流れ調整して貫通孔の側壁からの剥離を阻止するように形成される。
【０００５】
本発明の別の態様によると、その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素を提供し、本ガスタービン構成要素は、第１の空間に面した第１の表面と第２の空間に面した第２の表面とを備えかつ該第１及び第２の空間間に配置されたライナを含み、ライナは、第１の表面から第２の表面まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが第１の空間から第２の空間に流れる貫通孔と、第１の表面上に配置された突出部と有し、突出部は、流入流れを調整して貫通孔の側壁からの剥離を阻止するのに十分なほど該貫通孔の周囲に近接している。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によると、その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素を提供し、本ガスタービン構成要素は、第１の空間に面した第１の表面と第２の空間に面した第２の表面とを備えかつ該第１及び第２の空間間に配置されたライナを含み、ライナは、第１の表面から第２の表面まで延びるようにその中に形成されかつそれによって流入流れが第１の空間から第２の空間に流れる貫通孔を有する。第１の表面には、流入流れを調整して貫通孔の側壁からの剥離を阻止するのに十分なほど該貫通孔の周囲に近接して凹部が形成される。
【０００７】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させて行った以下の説明から一層明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させて行った以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による例示的な流れ調整装置の図。
【図２】本発明の実施形態による例示的な流れ調整装置の図。
【図３】本発明の別の実施形態による例示的な流れ調整装置の斜視図。
【図４】本発明の別の実施形態による例示的な流れ調整装置の斜視図。
【図５】本発明の実施形態による例示的な流れ調整装置の図。
【図６】本発明の実施形態による例示的な流れ調整装置の図。
【図７】本発明の別の実施形態による例示的な流れ調整装置の側面断面図。
【図８】本発明の別の実施形態による例示的な流れ調整装置の側面断面図。
【図９】本発明の別の実施形態による例示的な流れ調整装置の側面断面図。
【図１０】本発明の別の実施形態による例示的な流れ調整装置の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１１】
図１〜図４を参照するとまた本発明の態様によると、燃焼器又は移行部品のようなその中で燃焼が行われるガスタービン構成要素１０を示している。ガスタービン構成要素１０は、燃焼器ライナ又は移行部品壁のようなライナ１０と、突出部３０とを含む。燃焼器ライナ又は移行部品の構成要素であるライナ１０は、第１の空間１３に面した第１の表面１１と第２の空間１４に面した第２の表面１２とを備える。従って、ライナ１０は、第１及び第２の空間１３及び１４間に配置される。さらに、ライナ１０は、その中に形成された貫通孔２０を有する。貫通孔２０は、第１の表面１１から第２の表面１２まで延びかつ流入流れが第１の空間１３から第２の空間１４に流れるのを可能にする。突出部３０は、第１の表面１１上に配置され、かつ流入流れに対して流れ調整を行ない、それによって次に貫通孔２０の側壁からの流入流れの剥離を減少させることになるのに十分なほど該貫通孔２０の周囲に近接して配置される。
【００１２】
ライナ１０が、例えば燃焼器ライナである場合には、第１の空間１３は、ガスタービン燃焼器の流れスリーブ及び燃焼器ライナ間に設けられかつその中を空気が流れる環状空間のような低温側を表し、また第２の空間１４は、その中で空気及び燃料が混合されかつ一緒に流れる高温側を表す。このケースでは、空気は、第１の空間１３（低温側）から第２の空間１４（高温側）内に流れる。突出部３０により、この流れは、例えば非対称的に調整され、かつ該流れと貫通孔２０の側壁の部分との間の剥離が減少する。この剥離の減少により、貫通孔２０内の及び該貫通孔２０の周りの金属の温度が過度に上昇することが防止される。
【００１３】
次に図１及び図２を参照すると、突出部は、貫通孔２０の周囲の周りに延びる局所タービュレータ３５を含む。局所タービュレータ３５は、それに限定されないが第１の表面１１の隆起部分を含む様々な形状及び寸法を有することができ、かつ単一の連続形状部又は複数の同様な設置形状部とすることができる。局所タービュレータ３５が貫通孔２０の周囲の周りに延びる単一の形状部である場合には、局所タービュレータ３５の直径Ｄｔは、実施形態によると貫通孔２０の直径Ｄの約１．２〜約３倍である。
【００１４】
図３によると、突出部は、その数を複数とすることができ、かつ貫通孔２０の周囲の周りに配列された複数のフィン４０を含むことができる。このケースでは、フィン４０の各々は、貫通孔２０の半径方向軸線と平行に配向される。実施形態によると、貫通孔２０の対向する側に配置されたフィン４０間の距離Ｄｆは、貫通孔２０の直径Ｄの約１．１〜約５倍であり、フィン４０の各々の高さｈは、貫通孔２０の直径Ｄの約１０〜約２０％であり、またフィン４０の各々の中央部分の長さｌは、貫通孔２０の直径Ｄの約２０〜約３０％である。言うまでもなく、これらの寸法の各々は、設計解析及び費用検討事項により共に又は組合せて変更することができることを理解されたい。
【００１５】
図４を参照すると、突出部は、その数を複数とすることができ、かつ貫通孔２０の周囲の周りに配列された、第１の表面１１から垂直に延びるほぼ円筒形の突出部のような複数のピンプル５０を含むことができる。実施形態では、複数のピンプル５０の配列は少なくとも２つのピンプル５０の列とすることができる。
【００１６】
図５及び図６を参照するとまた本発明の別の態様によると、その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素を提供し、本ガスタービン構成要素は、第１の表面１１内に形成された凹部６０を有するほぼ上述したようなライナ１０を含む。このケースでは、第１の表面１１には、上述と同様に流入流れを調整し、それによって貫通孔２０の側壁からの該流入流れの剥離を減少させるのに十分なほど該貫通孔の周囲に近接して凹部６０が形成される。
【００１７】
図５及び図６に示すように、凹部６０は、その数を複数とすることができ、かつ半径Ｒｄを有する複数のディンプル６５を含むことができる。実施形態では、ディンプル６５は、貫通孔２０の周囲の周りに配列することができ、別の実施形態では、この配列は少なくとも２つのディンプル６５の列とすることができる。
【００１８】
次に図７〜図１０を参照するとまた本発明のさらに別の態様によると、その中で燃焼が行われるガスタービン構成要素を提供し、本ガスタービン構成要素は、ほぼ上述したようにライナ１０を含み、このライナ１０においては、第１及び第２の表面１１及び１２の少なくとも１つが、上述と同様に流入流れを流れ調整し、それによって貫通孔２０の側壁からの該流入流れの剥離を減少させるように形成される。具体的には、流入流れを調整するのに十分な寸法及び形状にした環状領域によって少なくとも部分的に囲まれたほぼ円筒形の領域が貫通孔２０に形成されるように、ライナ１０を形成することができる。
【００１９】
様々な実施形態によると、貫通孔２０は、丸み付けし、隆起させ、面取りしかつ／又は突入させることができる。つまり、第１の及び／又は第２の表面１１又は１２における貫通孔２０の端縁部は、図７の形状部７０に見られるように、湾曲Ｒで丸み付けすることができる。代替的実施形態では、貫通孔２０の端縁部は、図８の形状部８０に見られるように、第１又は第２の表面１１又は１２の１つに対して高さｈだけ隆起させることができる。別の代替的実施形態として、貫通孔２０の端縁部は、図９の傾斜部分δに見られるように、斜め角度９０を含むことができる。さらに別の代替的実施形態では、貫通孔２０の端縁部は、図１０の形状部１００に見られるように、第１又は第２の表面１１又は１２の１つに対して突入させることができる。
【００２０】
上記の各構成では、流入流れの流れ調整は、幾つかの基本的方式を含む。それらの中には、貫通孔２０を囲む流入冷却空気の流れの境界層の破壊、貫通孔２０の周りにおける熱伝達の強化、及び貫通孔２０の周りにおける比較的大きな乱流の発生がある。ここで境界層の破壊というのは、貫通孔２０内部の流れ方式を変更し、高温ガスの再循環を減少させかつ内部の噴流を安定させる該貫通孔２０の周りの境界層の遮断を意味する。また、熱伝達の強化というのは、突出部３０によって与えられる付加的な熱伝達表面の存在を意味し、一方、比較的大きな乱流の発生は、流入流れと熱伝達表面との間の熱伝達の増大をもたらす。
【００２１】
流れ調整によって生じる貫通孔２０の側壁からの流入流れの剥離の減少は、貫通孔２０の近傍に１つ又はそれ以上の再循環ポケットが発生するのを防止するか或いは少なくとも実質的に阻止する効果を有する。従って、再循環ポケットによる高温ガスの吸込みが制限され、また貫通孔２０の近傍における金属の温度が比較的低く維持される。
【００２２】
例えば、突出部３０が局所タービュレータ３５を含む場合には、貫通孔２０の周囲のピーク金属温度が約２００°Ｆほどの低下を示した。同様に、突出部３０が複数のフィン４０を含む場合には、ピーク金属温度が約３００°Ｆほどの低下を示した。
【００２３】
さらに別の実施形態では、必要と判断した特定のライナ１０の場合には、上記の構成は、互いに組合せることができる。例えば、局所タービュレータ３５は、１つのライナ１０内において面取り貫通孔２０と共に使用してまたピンプル５０の配列は、別のライナ１０内においてディンプルの配列と組合せて、各ライナ１０における所望の流れ調整プロフィールを達成することができる。
【００２４】
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ガスタービン構成要素、ライナ
１１  第１の表面
１２  第２の表面
１３  第１の空間
１４  第２の空間
２０  貫通孔
３０  突出部
３５  局所タービュレータ
４０  フィン
５０  ピンプル
６０  凹部
６５  ディンプル
７０、８０、９０、１００  湾曲、隆起、面取り、突入形状部
【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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