(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の壁部材と、
該壁部材を貫通して形成され、ライナの入口端部からライナの出口端部まで延びる冷却チャネルと、を備え、
前記冷却チャネルの特性は該冷却チャネルの長さに沿って変化しており、前記冷却チャネルの直径は、該冷却チャネルの長さに沿って一定ではないことを特徴とする、缶型−環状ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナ。
【請求項２】
前記冷却チャネルの周方向位置は、前記ライナの長手方向軸線に沿って変化している、請求項１記載の燃焼器ライナ。
【請求項３】
前記冷却チャネルは、湾曲した形状を規定している、請求項２記載の燃焼器ライナ。
【請求項４】
前記冷却チャネルは、らせん形状を規定している、請求項２記載の燃焼器ライナ。
【請求項５】
前記冷却チャネルの表面仕上げは、該冷却チャネルの長さに沿って一定ではない、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼器ライナ。
【請求項６】
前記冷却チャネルの横断面形状は、該冷却チャネルの長さに沿って一定ではない、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃焼器ライナ。
【請求項７】
前記冷却チャネルの横断面形状は、マルチローブ形状を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃焼器ライナ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の燃焼器ライナを備える燃焼器。
【請求項９】
燃焼器ライナに沿って予想される熱伝達要求を確立し、
構造体を形成するプロセスを用いて前記燃焼器ライナを貫通して冷却チャネルを形成し、
前記予想される熱伝達要求に基づいて前記冷却チャネルの長さに沿って冷却チャネル特性を変化させるように形成プロセスを制御することを含み、
前記冷却チャネルの直径が該冷却チャネルの長さに沿って一定でなくなるように前記形成プロセスを制御することをさらに含むことを特徴とする、缶型−環状ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナを製造する方法。
【請求項１０】
前記形成プロセスは、エレクトロケミカルマシニングプロセスを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記形成プロセスは、三次元プリンティングプロセスを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
ライナの長手方向軸線に沿って前記冷却チャネルの周方向位置を変化させることをさらに含む、請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記冷却チャネルは、らせん形状を規定している、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却チャネルの表面仕上げが該冷却チャネルの長さに沿って一定でなくなるように前記形成プロセスを制御することをさらに含む、請求項９から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却チャネルの横断面形状が該冷却チャネルの長さに沿って一定でなくなるように前記形成プロセスを制御することをさらに含む、請求項９から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却チャネルの横断面形状がマルチローブ形状を有するように前記形成プロセスを制御することをさらに含む、請求項９から１５までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、引用したことにより本明細書に援用される、米国仮特許出願第６１／７６１３６７号の出願日２０１３年２月６日の利益を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概してガスタービンエンジン、特にガスタービンエンジン用の燃焼器ライナ、及び該ライナを製造する方法に関する。
【０００３】
発明の背景
缶型−環状ガスタービンエンジンなどの発電システムは、精巧な燃焼構成部材、及び燃焼効率を向上させる方法を包含する。市場の傾向は、エンジンの構成部材のさらに長い寿命、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出の減少、及びさらに高い燃焼温度を要求している。缶型−環状ガスタービンエンジン用の公知の燃焼器ライナは、典型的には、一対の同心状のリングを有する。このリングは、燃焼器排気領域において適切なライナ温度を維持するように冷却空気を方向付けるために協働する、溝を備えたプレートとスリーブのようなものである。これらの溝は、従来の機械加工技術を用いて形成され、その結果、燃焼器ライナに沿った熱伝達要求をより効率的に満たすようにする構造的改良には適していない。したがって、改良された缶型−環状ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナ及び該ライナを製造する方法が必要とされ続けている。
【０００４】
以下の説明では本発明を図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の態様から利益を得るであろう缶型−環状ガスタービンエンジンの単純化した概略図である。
【図２】本発明の態様を具体化する燃焼器ライナの１つの実施の形態の断面図である。
【図３】図２に示したような、燃焼器ライナの等角図である。
【図４】本発明の態様を具体化する燃焼器ライナの別の実施の形態の断面図である。
【図５】図４に示したような燃焼器ライナの等角図である。
【図６】本発明の態様を具体化する冷却チャネルの例のそれぞれの側面図を示している。
【図７】本発明の他の態様を具体化する冷却チャネルのそれぞれの断面形状を示している。
【図８】本発明の他の態様を具体化する冷却チャネルのそれぞれの断面形状を示している。
【図９】本発明の態様を具体化する冷却チャネルの断面形状の別の例を示している。
【図１０】缶型−環状ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナ製造するための本発明の態様を具体化する方法のフローチャートである。
【０００６】
発明の詳細な説明
本発明の発明者は、缶型−環状ガスタービンエンジン用の公知の燃焼器ライナに関するある制限を革新的に認識した。例えば、公知の燃焼器ライナの構造的な制限は、冷却チャネルの長さに沿った冷却チャネルの１つ又は複数の特性を変化させるための能力を妨げる。この能力は、燃焼器ライナに沿った予想される熱伝達要求をより効率的に満たすように冷却チャネルを調整することを可能にする。このような認識を考慮して、本発明の発明者は、複雑なジオメトリ及び／又は精密に制御される公差を含み得る構造を形成するためのプロセスを用いて冷却チャネルが燃焼器ライナを貫通して形成され得る、缶型−環状ガスタービンエンジン用の革新的な燃焼器ライナ、及びこのようなライナを製造する方法を提案する。１つの非限定的な実施の形態では、形成プロセスは、エレクトロケミカルマシニング（ＥＣＭ）プロセスなどの材料の除去に基づいてもよい。別の非限定的な実施の形態では、形成プロセスは、付加製造とも呼ばれる、三次元プリンティング（３ＤＰ）プロセスなどの、材料の付加に基づいてもよい。
【０００７】
以下の詳細な説明では、このような実施の形態の十分な理解を提供するために、様々な特定の詳細が示される。しかしながら、当業者は、本発明の実施の形態が、これらの特定の詳細なしに実施され得ること、本発明が、例示された実施の形態に限定されないこと、及び本発明が様々な代替的な実施の形態において実施され得ることを理解するであろう。他の例においては、当業者によって十分に理解されるであろう方法、手順及び構成部材は、不要で煩わしい説明を避けるため、詳細に説明されていない。
【０００８】
さらに、本発明の実施の形態を理解するために役立つ形式で行われる複数の個別のステップとして、様々な操作が説明され得る。しかしながら、説明の順序は、これらの操作が、説明された順序で行われる必要があること、又はそのように記載されていない限り順序に依存していることを示唆するものとして解釈されるべきではない。さらに、「１つの実施の形態では」という表現の反復した使用は、必ずしも、同一の実施の形態を示すものではないが、そうであり得る。最後に、本願において使用されている「含む」、「包含する」、「有する」などの表現は、そうでないことが示されない限り、同義であることが意図されている。
【０００９】
図１は、缶型−環状ガスタービンエンジン１０のようなガスタービンエンジンの単純化した概略図である。当業者によって認められるように、タービンエンジン１０は、空気を圧縮するための圧縮機１２と、圧縮された空気を燃料と混合し、混合物に点火するための燃焼器１４とを有する。実用上、タービンエンジンは、当該技術分野では燃焼器缶と呼ばれてもよい複数の環状に配列された燃焼器を有するが、単純に示すために図１には１つの燃焼器のみが示されている。図１は、さらに、タービンセクション１６を示しており、このタービンセクション１６においてエネルギが取り出され、シャフト１８を回転させ、圧縮機１２と、発電機（図示せず）のような補助機器とに動力を供給してよい。燃焼器１４は、高温の流れ（例えば約１７００℃以上で流動するガス）を発生し、この高温の流れは、燃焼器１４から移行部１５を通ってタービンセクション１６へ進入する。
【００１０】
１つの実施の形態では、図２及び図３において認められるように、缶型−環状ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナ３０は、一体的な部材であってよい環状壁部材３２を含む。１つ又は複数の冷却チャネル３４が、壁部材３２を貫通して形成されており、ライナ３０の入口端部３６からライナの出口端部３８まで延びていてよい。１つの実施の形態では、冷却チャネル３４の横断面の形状は、円、だ円、又は角のないその他の形状などの概して丸みのある形状であってよく、チャネルは、ライナ３０の長手方向軸線４０に沿って整列させられていてよい。ＥＣＭ又は３ＤＰの使用は、精密に制御された公差の、最大横断面寸法に対する長さの比較的大きな比（Ｌ／Ｄ）を有する冷却チャネルを形成するための能力を提供する。例えば、これは、単位面積当たりで比較的より多数のより小さなサイズの冷却チャネルを形成する能力を提供し、これは、ライナの熱伝達効率を向上させることに資する。１つの実施の形態では、約１００〜約２００のＬ／Ｄ比を有する冷却チャネルが実現されてよい。
【００１１】
１つの実施の形態では、ＥＣＭ又は３ＤＰの使用は、冷却チャネルの長さに沿って冷却チャネルの特性を変化させる能力をさらに提供してよい。例えば、図４及び図５に示したように、冷却チャネル４２の周方向位置は、ライナ３０の長手方向軸線４０に沿って変化してよい。１つの実施の形態では、冷却チャネル４２は、らせん形などの、三次元の壁部材に曲線を規定するように構成されていてよい。この構成は、ライナの長手方向軸線に沿って整列させられた冷却チャネルと比較して、冷却チャネル当たりで利用可能な表面積を有効に増大させる。
【００１２】
ＥＣＭ又は３ＤＰの使用によって冷却チャネルの長さに沿って変化させられてよいそれぞれの冷却チャネル特性の別の例は、図６に概念的に例示されてよい。例えば、冷却チャネル５０の直径は、冷却チャネルの長さに沿って一定ではない。別の例では、冷却チャネル５２の表面仕上げは、冷却チャネルの長さに沿って一定ではない。例えば、冷却チャネルの内面部分５４は、チャネルの他の内面部分と比較して比較的より粗い表面を有する表面仕上げを有してよい。当業者によって認められるように、このタイプの構造的特徴は、冷却チャネルの長さに沿って、局所的に高められた熱伝達能力を有する乱流領域を有効に提供し得る。
【００１３】
図７及び図８は、本発明の他の態様を具体化する冷却チャネルのそれぞれの断面形状を示している。例えば、ＥＣＭ又は３ＤＰの使用は、冷却チャネル５６，５８のために概念的に例示されているように、それぞれのマルチローブ形状を有してよい横断面形状を形成する能力を提供する。このタイプの横断面形状は、個別の丸みのある形状を有する冷却チャネルと比較して、濡れる領域、ひいては冷却チャネル当たりの利用可能な熱伝達領域を増大させるために有効であり得る。さらに、このようなマルチローブ形状の構造的特徴は、冷却チャネルの長さに沿って一定である必要はない。例えば、１つ又は複数のローブのサイズは、任意のライナ位置における熱伝達要求に応じて冷却チャネルの長さに沿って調節されてよい。
【００１４】
図９は、ＥＣＭ又は３ＤＰの使用によって冷却チャネルのために実現可能であり得る横断面形状の他の例をさらに示している。例えば、正方形６０、長方形６２、三角形６４、多角形６６などの、角を有する横断面形状が実現されてよい。
【００１５】
図１０は、缶型−環状ガスタービンエンジン用の燃焼器ライナを製造する方法のフローチャート１００である。１つの実施の形態では、開始ステップ１０２に続いて、ステップ１０４は、燃焼器ライナに沿って予想される熱伝達要求を決定する。例えば、予想される熱伝達要求は、履歴データの収集、モデリング、実験又は燃焼器ライナに沿った予想される熱伝達要求を示す情報を獲得するためのあらゆる適切な手段によって得られてよい。ステップ１０６は、複雑なジオメトリ及び／又は精密に制御される公差を含み得る構造を形成するためのプロセスを使用して、燃焼器ライナを貫通して冷却チャネルを形成する。形成方法の非限定的な実施の形態は、エレクトロケミカルマシニング（ＥＣＭ）などの材料の除去に基づいてよいか、それに代えて、形成方法は、三次元プリンティング（３ＤＰ）プロセスなどの材料の付加に基づいてよい。戻りステップ１１０の前に、ステップ１０８は、予想される熱伝達要求に基づいて冷却チャネルの長さに沿って冷却チャネル特性を変化させるように形成プロセスを制御する。例えば、冷却チャネル特性は、ライナの任意の位置における比較的より高い熱伝達要求を満たすように変化させられてよい。
【００１６】
本発明の様々な実施の形態が本明細書中で図示及び説明されているが、これらの実施の形態は単に例として提供されていることが明らかになるであろう。本明細書における本発明から逸脱することなく、多数の改変、変更および代用がなされ得る。したがって、本発明は、添付の請求項の思想及び範囲によってのみ限定されことが意図されている。
【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】
0006033470.tif 000009
【図９】
0006033470.tif 000010
【図１０】
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