(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのための燃焼チャンバ（１００）であって、当該燃焼チャンバ（１００）が、
内側筐体及び外側筐体を備え、
前記内側筐体が、第１孔部配置（Ｉ）及び第２孔部配置（ＩＩ）を備える内側壁要素（５０１）を備え、前記内側壁要素（５０１）が、当該燃焼チャンバ（１００）の燃焼器容積を囲み、
前記第１孔部配置（Ｉ）が、第１孔部（１１０）を備え、前記第１孔部（１１０）を通って、流体が流動可能であり、前記第１孔部（１１０）が、第１面密度で配置され、
前記第２孔部配置（ＩＩ）が、第２孔部（１２０）を備え、前記第２孔部（１２０）を通って、流体が流動可能であり、前記第２孔部（１２０）が、第２面密度で配置され、
前記第１面密度が、前記第２面密度と異なり、
前記外側筐体が、さらなる第１孔部配置（Ｉ）及びさらなる第２孔部配置（ＩＩ）を備える外側壁要素（５０２）を備え、
前記外側筐体の前記外側壁要素（５０２）が、前記内側筐体の前記内側壁要素（５０１）を少なくとも部分的に囲み、そのため、前記内側壁要素（５０１）と前記外側壁要素（５０２）との間には、間隙が形成され、
前記さらなる第１孔部配置（Ｉ）が、さらなる第１孔部（１１０）を備え、前記さらなる第１孔部（１１０）を通って、流体が流動可能であり、前記さらなる第１孔部（１１０）が、さらなる第１面密度で配置され、
前記さらなる第２孔部配置（ＩＩ）が、さらなる第２孔部（１２０）を備え、前記さらなる第２孔部（１２０）を通って、流体が流動可能であり、前記さらなる第２孔部（１２０）が、さらなる第２面密度で配置され、
前記さらなる第１面密度が、前記さらなる第２面密度と異なることを特徴とする燃焼チャンバ。
【請求項２】
前記内側壁要素（５０１）が、当該燃焼チャンバ（１００）の中心軸（１０２）回りの周方向（１０３）に沿って延在する、かつ／または、
前記外側壁要素（５０２）が、当該燃焼チャンバ（１００）の中心軸（１０２）回りの周方向（１０３）に沿って延在することを特徴とする請求項１に記載の燃焼チャンバ。
【請求項３】
前記内側壁要素（５０１）が、当該ガスタービンの中心軸（１０２）回りの周方向（１０３）に沿って延在する、かつ／または、
前記外側壁要素（５０２）が、当該ガスタービンの中心軸（１０２）回りの周方向（１０３）に沿って延在することを特徴とする請求項１に記載の燃焼チャンバ。
【請求項４】
前記第１孔部配置（Ｉ）の前記第１孔部（１１０）が、当該第１孔部（１１０）の少なくとも１つの第１列（１１１）を形成するために、前記周方向（１０３）に沿って次々に前記内側壁要素（５０１）に形成されている、かつ／または、
前記さらなる第１孔部配置（Ｉ）の前記さらなる第１孔部（１１０）が、当該さらなる第１孔部（１１０）の少なくとも１つのさらなる第１列（１１１）を形成するために、前記周方向（１０３）に沿って次々に前記外側壁要素（５０２）に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼チャンバ。
【請求項５】
前記第２孔部配置（ＩＩ）の前記第２孔部（１２０）が、当該第２孔部（１２０）の少なくとも１つの第２列（１２１）を形成するために、前記周方向（１０３）に沿って次々に前記内側壁要素（５０１）に形成されている、かつ／または、
前記さらなる第２孔部配置（ＩＩ）の前記さらなる第２孔部（１２０）が、当該さらなる第２孔部（１２０）の少なくとも１つのさらなる第２列（１２１）を形成するために、前記周方向（１０３）に沿って次々に前記外側壁要素（５０２）に形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の燃焼チャンバ。
【請求項６】
前記第１孔部配置（Ｉ）の前記第１孔部（１１０）が、第１方向（２０１）に沿って次々に前記内側壁要素（５０１）に形成され、
前記第１方向（２０１）が、少なくとも１つのさらなる第１列（２１１）の前記第１孔部（１１０）を形成するために、前記周方向（１０３）と異なり、
前記さらなる第１孔部配置（Ｉ）の前記さらなる第１孔部（１１０）が、さらなる第１方向（２０１）に沿って次々に前記外側壁要素（５０２）に形成され、
前記さらなる第１方向（２０１）が、少なくとも１つのさらなる第１列（２１１）のさらなる第１孔部（１１０）を形成するために、前記周方向（１０３）と異なることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の燃焼チャンバ。
【請求項７】
前記第１方向（２０１）と前記周方向（１０３）との間の第１角度（α１）が、１０°から８０°の間である、かつ／または、
前記さらなる第１方向（２０１）と前記周方向（１０３）との間のさらなる第１角度（α１）が、１０°から８０°の間であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼チャンバ。
【請求項８】
前記第１方向（２０１）と前記周方向（１０３）との間の第１角度（α１）が、３０°から６０°の間である、かつ／または、
前記さらなる第１方向（２０１）と前記周方向（１０３）との間のさらなる第１角度（α１）が、３０°から６０°の間であることを特徴とする請求項７に記載の燃焼チャンバ。
【請求項９】
前記第２孔部配置（ＩＩ）の前記第２孔部（１２０）が、第２方向（２０２）に沿って次々に前記内側壁要素（５０１）に形成され、
前記第２方向（２０２）が、少なくとも１つのさらなる第２列（２２１）の第２孔部（１２０）を形成するために、前記周方向（１０３）と異なり、かつ／または、
前記さらなる第２孔部配置（ＩＩ）の前記さらなる第２孔部（１２０）が、さらなる第２方向（２０２）に沿って次々に前記外側壁要素（５０２）に形成され、
前記さらなる第２方向（２０２）が、少なくとも１つのさらなる第２列（２２１）のさらなる第２孔部（１２０）を形成するために、前記周方向（１０３）と異なることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の燃焼チャンバ。
【請求項１０】
前記第２方向（２０２）と前記周方向（１０３）との間の第２角度（α２）が、１０°から８０°の間である、かつ／または、
前記さらなる第２方向（２０２）と前記周方向（１０３）との間のさらなる第２角度（α２）が、１０°から８０°の間であることを特徴とする請求項９に記載の燃焼チャンバ。
【請求項１１】
前記第２方向（２０２）と前記周方向（１０３）との間の第２角度（α２）が、３０°から６０°の間である、かつ／または、
前記さらなる第２方向（２０２）と前記周方向（１０３）との間のさらなる第２角度（α２）が、３０°から６０°の間であることを特徴とする請求項１０に記載の燃焼チャンバ。
【請求項１２】
ガスタービンのための燃焼チャンバ（１００）を製造する方法であって、当該方法が、
第１孔部（１１０）を備える第１孔部配置（Ｉ）を前記燃焼チャンバ（１００）の内側筐体の内側壁要素（５０１）に形成する工程であって、前記第１孔部（１１０）を通って流体が流動可能であり、前記第１孔部（１１０）が、第１面密度で配置される、工程と、
第２孔部（１２０）を備える第２孔部配置（ＩＩ）を前記内側壁要素（５０１）に形成する工程であって、前記第２孔部（１２０）を通って流体が流動可能であり、前記第２孔部（１２０）が、第２面密度で配置され、
前記第１面密度が、前記第２面密度と異なり、
前記内側壁要素（５０１）が、前記燃焼チャンバ（１００）の燃焼器容積を囲む、工程と、
前記燃焼チャンバ（１００）の外側筐体の外側壁要素（５０２）を前記内側壁要素（５０１）に関して配置し、そのため、前記外側壁要素（５０２）が、前記内側壁要素（５０１）を少なくとも部分的に囲み、そのため、前記内側壁要素（５０１）と前記外側壁要素（５０２）との間には、間隙が形成される、工程と、
さらなる第１孔部（１１０）を備えるさらなる第１孔部配置（Ｉ）を前記外側壁要素（５０２）に形成する工程であって、前記さらなる第１孔部（１１０）を通ってさらなる流体が流動可能であり、前記さらなる第１孔部（１１０）が、さらなる第１面密度で配置される、工程と、
さらなる第２孔部（１２０）を備えるさらなる第２孔部配置（ＩＩ）を前記外側壁要素（５０２）に形成する工程であって、前記さらなる第２孔部（１２０）を通ってさらなる流体が流動可能であり、前記さらなる第２孔部（１２０）が、さらなる第２面密度で配置され、
前記さらなる第１面密度が、前記さらなる第２面密度と異なる、工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
流体流れ（５０３）を前記第１孔部配置（Ｉ）及び前記第２孔部配置（ＩＩ）を通って流す工程と、
さらなる流体流れ（５０４）を前記さらなる第１孔部配置（Ｉ）及び前記さらなる第２孔部配置（ＩＩ）を通って流す工程と、
前記流体流れ（５０３）及び／または前記さらなる流体流れ（５０４）の流動パラメータを決定する工程と、
前記流体流れ（５０３）の前記流動パラメータ及び／または前記燃焼チャンバ（１００）の幾何形状パラメータの測定値が前記流動パラメータ及び／または前記燃焼チャンバ（１００）の幾何形状パラメータの対応する公称値に適合するまで、前記第１面密度、前記さらなる第１面密度、前記第２面密度及び／または前記さらなる第２面密度を補正する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンのための燃焼チャンバのための筐体に、及び、ガスタービンの燃焼チャンバを製造するための方法に、関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン技術の分野では、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＵＨＣ）のような環境汚染物質の生成を低減することが目的となっている。したがって、ガスタービンの燃焼チャンバ内において信頼性のあるかつ安定した希薄燃焼の燃焼処理を達成することが目的となっている。
【０００３】
希薄燃焼の燃焼処理を提供するため、より多くの空気を特に燃焼チャンバの（燃焼処理を開始する）前端部に近接するように向け、燃焼器内で燃料と混合する。これは、有効面積、すなわち燃焼筒(can)の積算孔部面積及び燃焼器つまり旋回器(swirler)の積算孔部面積のバランスを再びとることによって達成される。しかしながら、前端部を通るようにより多くの気流を向けると、燃焼チャンバは、燃焼が不安定になることを促進し、これは、希薄燃焼の燃焼に関連する固有問題である。
【０００４】
燃焼が不安定になること、特に燃焼チャンバの内側における燃焼力学を抑制するため、燃焼チャンバ筐体の壁要素には、それらを通ってガス交換を行う孔部が設けられている。
【０００５】
特許文献１には、ガスタービン機関燃焼器が開示されており、この燃焼器は、内側燃焼器壁部及び外側燃焼器壁部を備える。燃焼器壁部には、抑制孔部が形成されている。抑制孔部は、壁セクションにわたって均一に配置されている、すなわち、抑制孔部は、互いの間に同一距離を有する。
【０００６】
特許文献２には、ガスタービン機関のための燃焼チャンバが開示されており、この燃焼チャンバは、二重壁燃焼チャンバである。二重壁燃焼チャンバの内側壁部及び外側壁部は、衝突冷却を提供するために、滲出孔部を備える。滲出孔部は、有効的な内側及び外側壁部にわたって均一に配設されている。
【０００７】
特許文献３には、ガスタービンの燃焼チャンバにおける改良型内筒が開示されている。冷却空気は、内筒の各壁部の開口部を通って案内可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】英国特許出願公開第２３０９２９６号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１１０４８７１号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１３２１７１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、燃焼が不安定になることを低減しかつ排出が低い燃焼チャンバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、独立請求項にかかる、ガスタービンのための燃焼チャンバのための筐体によって、ガスタービンのための燃焼チャンバによって、及び、ガスタービンのための燃焼チャンバを製造する方法によって、解決される。
【００１１】
本発明の第１態様において、ガスタービンのための燃焼チャンバのための筐体を提示する。筐体は、第１孔部配置及び第２孔部配置を備える壁要素を備える。第１孔部配置は、第１孔部を備え、これら第１孔部を通って、流体が流動可能である。第１孔部配置は、第１孔部からなる第１面密度をさらに備える。第２孔部配置は、第２孔部を備え、これら第２孔部を通って、流体が流通可能である。第２孔部配置は、第２孔部からなる第２面密度をさらに備える。第１面密度は、第２面密度とは異なる。
【００１２】
本発明のさらなる態様において、ガスタービンのための燃焼チャンバを提示する。燃焼チャンバは、上記筐体の特徴を備える内側筐体と、上記筐体の特徴を備え得る外側筐体と、を備える。外側筐体の外側壁要素は、内側筐体の内側壁要素を少なくとも部分的に囲み、そのため、内側壁要素とさらなる外側壁要素との間には、間隙が形成される。
【００１３】
用語「内側」及び「外側」は、相対位置、すなわち、燃焼チャンバにおける壁要素と火炎容積との間の距離に関する内側及び外側壁要素の相対位置に関する。燃焼チャンバの中心軸は、（例えばシリンダ状に形成された）燃焼チャンバ（筒タイプの燃焼チャンバなど）の対称線、すなわち、火炎領域を通過する線であり得る、または、ガスタービン（環状燃焼チャンバなど）の回転中心線と例えば平行または一致し得る。
【００１４】
本発明のさらなる態様において、ガスタービンの燃焼チャンバを製造する方法を提示する。方法によれば、内側筐体の内側壁要素に第１孔部を備える第１孔部配置を形成し、これら第１孔部を通って、流体は流動可能であり、第１孔部配置は、第１孔部からなる第１面密度を備える。さらに、方法によれば、内側壁要素に第２孔部を備える第２孔部配置を形成し、これら第２孔部を通って、流体は流動可能であり、第２孔部配置は、第２孔部からなる第２面密度を備える。第１面密度は、第２面密度とは異なる。
【００１５】
用語「面密度」（表面密度）は、単位面積当たりの孔部の数を規定する。例えば２つの隣接する孔部配置が異なる面密度を備える場合、隣接する孔部配置それぞれは、異なる数の孔部を備える。その結果、各孔部配置にわたって不均一な孔部の分布をもたらす。
【００１６】
したがって、本発明によって、燃焼チャンバのための筐体の壁要素は、第１面密度を有する第１孔部配置と、第２面密度を有する第２孔部配置と、を備える。したがって、壁要素の孔部は、不均一に分布され、壁要素に沿って流動する流体それぞれの流動特性それぞれに特に適合される。
【００１７】
ガスタービンの燃焼チャンバのための筐体は、例えば燃焼チャンバの燃焼容積を囲む内側筐体であってもよい。筐体は、さらに、内側筐体を部分的に囲む外側筐体であってもよい。したがって、内側筐体及び外側筐体を適用することによって、双壁のまたは二重壁の燃焼チャンバ（すなわち二重スキンライナ）を形成する。内側筐体と外側筐体との間には、間隙が存在する。外側壁要素に沿って流れる流体、例えば冷却流体／ガスは、冷却するために、外側壁要素の第１及び第２孔部を通って間隙内に入る。流体は、冷却するために、間隙から内側壁要素の第１及び第２孔部を通って燃焼チャンバの燃焼空間内に流入する。
【００１８】
二重スキンライナの内側筐体の内側壁部は、燃焼チャンバの燃焼器容積を囲む。内側筐体の周りひいては燃焼器容積の周りでは、間隙を形成するように、外側筐体の外側壁部がこのような二重スキンライナの内側壁部を囲む。その結果として、間隙は、同様に、燃焼器容積を囲む。冷却流体流れは、外側壁部の孔部それぞれを通って間隙内に流れる。冷却流体流れは、さらに、２つの壁要素間の間隙から内側壁部の孔部を通って燃焼チャンバの燃焼器容積内へ流れる。
【００１９】
したがって、燃焼チャンバの従来の手法によっては、燃焼チャンバのための筐体の壁要素の孔部を均一に分布させている。従来の手法では、第１孔部配置及び第２孔部配置は、孔部それぞれからなる１つのかつ同一の面密度を備える。本発明にかかる本発明的手法によれば、燃焼チャンバの（内側及び外側）筐体に孔部を不均一に分布させる。これにより、孔部の分布は、燃焼チャンバの（燃焼される）流体の流動パラメータに及び冷却ガスの流動パラメータに適合されかつカスタマイズされる。
【００２０】
これにより、燃焼チャンバの内側における燃焼力学を低減する。したがって、例えば壁要素における温度プロファイルの変動が低減することに起因して、筐体及び他の燃焼構成要素の長寿命が結果として得られる。さらに、壁セクションの燃焼力学を低減することによって、燃焼チャンバの筐体の寿命に影響を与えることなく、タービンのタービン効率及び動作温度を増大させる。したがって、同様に、例えばガスタービンを希薄燃焼の燃焼でガスタービンを動作させることによって、すなわち、ガスタービンの内側においてパイロット燃料分割分(split)が小さいことによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）排出を低減する。まとめると、不均一な態様で孔部を分布させることによって、及び孔部配置それぞれにおいて所定パターンの孔部を配置することによって、例えば希薄燃焼の燃焼を提供するためにより多くの空気を燃焼処理に供給するので、燃焼チャンバは、低い窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出で動作する。さらに、希薄燃焼の燃焼に起因して、火炎温度を低減する。
【００２１】
さらなる例示的な形態において、壁要素は、燃焼チャンバの中心軸回りの周方向に沿って少なくとも部分的に延在するために形成されている。一般的に、燃焼チャンバは、シリンダ状に（または円錐状に）形成されている。中心軸は、例えば、燃焼チャンバの対称軸を形成する。さらなる例示的な形態によれば、第１孔部配置の第１孔部は、少なくとも１つの第１列の第１孔部を形成するために、周方向に沿って次々に壁要素に形成されている。
【００２２】
さらなる例示的な形態において、第２孔部配置の第２孔部は、少なくとも１つの第２列の第２孔部を形成するために、周方向に沿って次々に壁要素に形成されている。第１孔部の総数は、例えば、全周面にわたってみると第２孔部の総数と等しいが、各列の孔部の面密度は、第１及び第２列の孔部間で変化している。
【００２３】
さらなる例示的な形態によれば、第２孔部配置の第２孔部は、少なくとも１つの第２列の第２孔部を形成するために、周方向に沿って次々に壁要素に形成されている。第１孔部配置の第１孔部が第２孔部配置の第２孔部の第２面密度とは異なる第１面密度を備えているので、第１孔部の総数は、例えば、第２孔部の総数とは異なる。
【００２４】
第１列及び第２列を備える上記例示的な実施形態に関して、第１列の総量は、第２列の総量とは異なる。さらにまたはあるいは、第１列における第１孔部の総量は、第２列における第２孔部の総量とは異なる。その結果、第２面密度とは異なる第１面密度、ひいては壁要素に沿って第１及び第２孔部の不均一な分布をもたらす。
【００２５】
さらなる例示的な形態において、第１孔部配置の第１孔部は、第１方向に沿って次々に壁要素に形成されている。第１方向は、少なくとも１つのさらなる第１列の第１孔部を形成するために、周方向とは異なる。
【００２６】
特に、さらなる例示的な形態において、第１方向と周方向との間の第１角度は、約１０°から約８０°の間、特に約３０°から約６０°の間である。したがって、第１孔部は、壁要素に配置されており、そのため、さらなる第１列は、（例えば管状の）壁要素それぞれに沿ってスパイラル様式で延びる。
【００２７】
さらなる例示的な形態において、第２孔部配置の第２孔部は、第２方向に沿って次々に壁要素に形成されている。第２方向は、少なくとも１つのさらなる第２列の第２孔部を形成するために、周方向及び／または第１方向とは異なる。
【００２８】
特に、さらなる例示的な形態において、第２方向と周方向との間の第２角度は、約１０°から約８０°の間、特に約３０°から約６０°の間である。さらなる第１列及びさらなる第２列によって、第１及び／または第２孔部それぞれは、第１及び第２方向それぞれに沿って次々に形成され、そのため、さらなる第１列及びさらなる第２列は、壁要素に沿って中心軸回りに螺旋状の（すなわちスパイラル状の）広がりを形成する。
【００２９】
さらなる例示的な実施形態にかかる方法において、外側筐体の外側壁要素は、内側壁要素に関して配置されており、そのため、外側壁要素は、内側壁要素を少なくとも部分的に囲み、そのため、内側壁要素と外側壁要素との間には、間隙が形成される。
【００３０】
さらなる例示的な実施形態にかかる方法において、さらなる第１孔部配置は、外側壁要素に形成され、さらなる第１孔部配置は、さらなる第１孔部を備え、これらさらなる第１孔部を通って、さらなる流体（例えば冷却流体／ガス）は、流動可能である。さらなる第１孔部配置は、さらなる第１孔部からなるさらなる第１面密度を備える。さらに、さらなる第２孔部を備えるさらなる第２孔部配置は、外側壁要素に形成され、これらさらなる第２孔部を通って、さらなる流体（例えば冷却流体／ガス）は、流動可能であり、さらなる第２孔部配置は、第２孔部からなるさらなる第２面密度を備える。さらなる第１面密度は、さらなる第２面密度と異なる。
【００３１】
内側及び外側壁部に関する沿う孔部面積は、壁部にわたって分布されており、そのため、異なる孔部密度の帯または領域は、出現する。分布の基準は、例えば温度、流速、流動方向並びに／または流体の及び／またはさらなる流体の乱流であり得る流動パラメータに依存する。
【００３２】
したがって、上述した方法によって、流体それぞれの流動パラメータを考慮しながら、第１孔部及び第２孔部の配置を設計しかつ形成する。したがって、孔部の有効孔部分布ひいては流体及びさらなる流体を壁要素それぞれに沿って案内することの改善をもたらす。これにより、同様に、適合した孔部配置に起因して、燃焼チャンバの効率を達成する。
【００３３】
例えば、壁要素における孔部配置の孔部は、この方法の当初において、均等に分布されており、したがって、同一の面積孔部密度を備える。次に、既存の孔部配置から一部の孔部を除去し、そのため、孔部配置間で不均等な分布及び不均等な孔部密度を形成する。次に、確認のため、流動試験においてどの程度全孔部面積を低減したか測定する。次に、どのように孔部それぞれを機械加工して配置し、公称流動パラメータを得て良好な抑制特性を実現するか計算する。次に、孔部それぞれを孔部配置それぞれに分布させ、そのため、燃焼チャンバに関する計算した公称流動パラメータ及び全有効流動面積それぞれに一致させるために、均一でない分布及び／または均一でない面密度の孔部を形成する。
【００３４】
上述した発明により、燃焼チャンバの内側における燃料の燃焼力学を低減する。すなわち、内側壁要素及び外側壁要素には、不均一でカスタマイズされた態様の孔部が穿孔されている。したがって、燃焼力学が低減することに起因して、燃焼チャンバの構成要素と下流側に位置するタービン段の構成要素とに関する寿命は、炎の変動及び温度プロファイルが低減されている結果、達成される。さらに、燃焼力学の低減に起因して低いパイロット燃料の分割分（パイロット燃料／［パイロット燃料＋主燃料］）を適用するので、ＮＯｘ廃棄物を低減する。
【００３５】
留意しなければならないことは、本発明の形態がさまざまな主題を参照して説明されていることである。特に、いくつかの形態は、装置タイプの請求項を参照して説明されている一方、他の形態は、方法タイプの請求項を参照して説明されている。しかしながら、当業者が上記説明及び以下の説明から推測することは、他に通知しない限り、１つのタイプの主題に属する特徴を任意に組み合わせることに加え、異なる主題に関連する特徴間、特に装置タイプの請求項の特徴と方法タイプの請求項の特徴との間の任意の組み合わせも、本願に開示されているとみなされることである。
【００３６】
本発明の上記態様及びさらなる態様は、後述する実施形態の例から明らかであり、実施形態の例を参照して説明される。本発明は、実施形態の例を参照しながら以下で詳述されるが、これら実施形態は、本発明を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の例示的な実施形態にかかる第１及び第２列の孔部を有する燃焼チャンバの筐体を示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態にかかる第１及び第２列の孔部を有する燃焼チャンバの筐体を示す図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態にかかる燃焼チャンバの各筐体における孔部パターンを示す概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態にかかる燃焼チャンバの各筐体における孔部パターンを示す概略図である。
【図５】内側及び外側筐体を備える燃焼チャンバを示す概略図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態にかかる筐体を製造するための方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図面に示されているものは、概略的である。留意することは、さまざまな図において同様のまたは同一の構成要素には同一の参照符号を付していることである。
【００３９】
図１は、ガスタービンのための燃焼チャンバ１００用の筐体を示す。筐体は、第１孔部配置Ｉ及び第２孔部配置ＩＩを備える壁要素１０１を備える。第１孔部配置Ｉは、第１孔部１１０を備えており、これら第１孔部１１０を通って、流体が流通可能である。第１孔部配置Ｉは、第１面密度の第１孔部１１０を備える。
【００４０】
第２孔部配置ＩＩは、第２孔部１２０を備えており、これら第２孔部１２０を通って、流体が流通可能である。第２孔部配置ＩＩは、第２面密度の第２孔部１２０を備える。
【００４１】
第１面密度は、第２面密度とは異なる。つまり、面積単位当たりの第１孔部１１０の積算は、面積単位当たりの第２孔部１２０の積算とは異なる。すなわち、第１孔部１１０は、第２孔部配置ＩＩにある第２孔部１２０に対して、異なるパターンでかつ／または異なる量でかつ／または異なるサイズ（例えば穴径）で分布されている。
【００４２】
例えば、図１からわかるように、第１孔部配置Ｉ、第２孔部配置ＩＩ及び例えば第３孔部配置ＩＩＩは、同一面サイズを備える。さらに、第１孔部配置Ｉ、第２孔部配置ＩＩ及び第３孔部配置ＩＩＩは、孔部の第１、第２及び／または第３面密度それぞれを規定する面積単位を規定する。
【００４３】
図１において、第１孔部配置Ｉにおける第１孔部１１０の密度は、第２孔部配置ＩＩ及び第３孔部配置ＩＩＩそれぞれにおける第２面密度及び第３面密度それぞれよりも高くなっている。
【００４４】
上流前端部には炎が位置するので、より多くの孔部を壁要素１０１の上流前端部に配置してもよい。例えば、図１に例示的に示すように、第１孔部配置Ｉは、３つの第１列１１１を有し、より下流側に位置する第２孔部配置ＩＩは、２つの第２列１２１を有し、さらに下流側に位置する第３孔部配置ＩＩＩは、１つの第３列１３１を有する。
【００４５】
特に、図１に示すように、燃焼チャンバ１００は、燃焼チャンバ１００の中心軸１０２に沿う流体の流動方向に関する燃焼チャンバ１００の上流位置において燃焼器セクション１０４（例えば前端セクション）を備える。中心軸１０２に沿う流体の流動方向に関する燃焼チャンバ１００の下流側端部において、燃焼ガスは、例えば、燃焼チャンバ１００から出て、ガスタービンのタービン段にさらに流入する。図１からわかるように、各孔部１１０、１２０、１３０の面密度は、燃焼チャンバ１００の上流側端部から下流側端部へ減少する。図１の例示的な孔部１１０、１２０、１３０の分布によって、第１孔部配置Ｉの第１孔部１１０は、第１列１１１の第１孔部１１０を形成するために、周方向１０３に沿って次々に壁要素１０１に形成されている。第１列１１１に隣接してかつ下流方向に沿って、第２孔部配置ＩＩの第２孔部１２０は、例えば第２列１２１の第２孔部１２０を形成するために、次々に壁要素１０１に形成されている。さらに、図１に示すように、第３孔部配置ＩＩＩの第３孔部１１３は、少なくとも第３列１３１の第３孔部１３０を形成するために、周方向に沿って次々に壁要素１０１に形成されている。
【００４６】
例えば、各孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩが同一の規定面積を備えている場合、孔部１１０、１２０、１３０の量及び列１１１、１２１、１３１の量は、燃焼チャンバ１００の上流側端部から燃焼チャンバ１００の下流側端部までの方向に沿って減少する。すなわち、第２列１２１間の距離は、例えば、第３列１３１間の距離よりも小さい。例えば、燃焼チャンバ１００の上流側端部における第１列１１１間の距離は、燃焼チャンバ１００の下流側セクションにおいて第３列１３１間の距離の半分となっている。
【００４７】
図１において、図１に示すように、孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩは、内側壁要素５０１（図５参照）（内側ライナ）に付されている。燃焼チャンバ１００の上流側端部から燃焼チャンバ１００の下流側端部まで中心軸１０２に沿って穴分布が均一でないことに起因して、下流側部分における面密度は、燃焼チャンバの上流側部分における孔部の面密度よりも低い。さらに、均一に配置した孔部配置と比較して、特に壁要素１０１の上流側部分において、正確な滲出冷却も達成する。さらに、図１に示すように、孔部分布によって、燃焼チャンバ１００内における燃焼力学の正確な抑制特性を達成する。軸方向列１１１、１２１、１３１の配置は、燃焼チャンバの有効面積の消耗の低減と内側壁部を通る孔部１１０、１２０、１３０それぞれを通った冷却流体の所望の流量とに基づいて生じる。
【００４８】
図２は、燃焼チャンバ１００を示しており、壁要素１０１は、第１孔部配置Ｉ及び第２孔部配置ＩＩを備える。第１孔部配置Ｉの第１孔部１１０は、第１方向２０１に沿って次々に壁要素１０１に形成される。第１方向２０１は、少なくとも１つのさらなる第１列２１１の孔部１１０を形成するために、周方向１０３とは異なる。
【００４９】
追加のまたは代替的な第２孔部配置ＩＩの第２孔部１２０は、第２方向２０２に沿って次々に壁要素１０１に形成されている。第２方向２０２は、少なくとも１つのさらなる第２列２２１の第２孔部１２０を形成するために、周方向１０３とは異なる。
【００５０】
図２からわかるように、さらなる第１列２１１は、例えば２つの第１孔部１１０を備える。さらなる第２列２２１は、例えば３つの第２孔部１２０を備える。したがって、第２孔部配置ＩＩにおける第２孔部１２０の面密度１２０は、第１孔部配置Ｉにおける第１孔部１１０の面密度よりも高い。
【００５１】
さらに、図２に示すように、第１及び第２方向に沿って各孔部１１０、１２０を配置することによって、壁要素１０１に沿って中心軸１０２の周りに螺旋状（スパイラル状）の流れを形成する。すなわち、図２において、各孔部１１０、１２０は、周方向１０３に関して斜めの態様（スパイラル状パターン）で配置されている。
【００５２】
特に、図２に示すような孔部パターンを備える筐体は、外側壁要素５０２（図５参照）を有する外側筐体のために適用される。特に、斜めのさらなる第１及び第２列２１１、２２１における第１方向及び第２方向は、燃焼チャンバ１００の内側における燃焼ガスのスパイラル状かつ螺旋状の運動と同方向となっている。さらに、２つの隣接する斜めのさらなる列２１１、２２１は、各孔部１１０、１２０、１３０を通る必要な流動パラメータに応じて、周方向１０３に沿って均一であっても不均一であってもよい。
【００５３】
図１に示す内側筐体及び図２に示す外側筐体を備える燃焼チャンバ１００は、効果的な冷却特性、効果的な火炎力学の抑制及び燃焼チャンバにおける安定した火炎特性という驚くべき効果を有する。
【００５４】
図３は、図２に示すような孔部パターンのより概略的な図である。図３では、特に、燃焼チャンバ１００の外側筐体の外側壁部５０２（図５参照）の孔部パターンを示す。図３では、例示的に、第１孔部配置Ｉ及び第２孔部配置ＩＩを示す。第１孔部１１０は、さらなる第１列２１１に沿って次々に配置されている。さらなる第１列２１１は、第１方向２０１に沿って延在する。第１方向２０１と周方向１０３との間には、第１角度α１を規定する。
【００５５】
第２孔部１２０は、第２方向２０２に沿って次々に第２孔部配置ＩＩに配置されており、さらなる第２列２２１を形成する。第２方向２０２と周方向１０３との間には、第２角度α２を規定する。
【００５６】
図３に示すように、さらなる第１列２１１とさらなる第２列２２１とは、周方向１０３に関してスパイラル状の（斜めの）広がりを有する。特に、図３に示すように、周方向１０３に沿って、さらなる列２１１、２２１それぞれ間の距離は、互いの間とは異なる。例えば、第１孔部配置Ｉに示すように、第１孔部配置Ｉは、３対のさらなる第１列２１１を備え、さらなる第１列２１１の各対の間には、さらなる第１列２１１の各対を規定する各２つのさらなる第１列２１１間の距離よりも長い距離がある。
【００５７】
それと比較して、第２孔部配置ＩＩに示すように、第２孔部配置ＩＩは、２対のさらなる第２列２２１と、３つのさらなる第２列２２１を備える１つのさらなる第２列配置と、を備える。
【００５８】
したがって、周方向に沿って、さらなる列２１１、２２１それぞれ間の距離は、孔部１１０、１２０の不均一な分布を形成するように、変化している。
【００５９】
図４は、図１において概略的に示すような孔部パターンの概略図である。特に、図４に示す孔部パターンは、燃焼チャンバ１００の内側筐体の内側壁部５０１（図５参照）に適用したときに、有益となる。第１列１１１の第１孔部１１０と第２列１２１の第２孔部１２０とは、軸方向１０２に沿って次々に配置されており、第１列１１１及び第２列１２１は、周方向１０３に関して平行となっている。第１孔部配置Ｉにおける第１列１１１間の距離は、第２孔部配置ＩＩの第２列１２１間の距離よりも小さい。
【００６０】
図５は、二重壁筒タイプの燃焼チャンバ１００の横断面のより良好な全体のために示す。内側筐体の内側壁部５０１は、燃焼チャンバ１００の燃焼器容積を囲む。外側筐体の外側壁部５０２は、間隙を形成するように内側筐体の周りを囲む。冷却流体流れ５０３は、外側壁部５０２の孔部１１０、１２０それぞれを通って間隙内に流動可能である。冷却流体流れ５０３は、２つの壁要素５０１、５０２間の間隙から内側壁部５０１の孔部１１０、１２０、１３０を通って燃焼チャンバ１００内に流れる冷却流体流れ５０４の少なくとも一部を形成する。冷却流体流れ５０４は、２つの壁要素５０１、５０２間の間隙内で冷却流体を追加するまたは除去するかに応じて、冷却流体流れ５０３よりも小さいまたは大きい。
【００６１】
図５に示すように、内側壁部５０２及び外側壁部５０２は、中心軸１０２を囲んでおり、そのため、燃焼チャンバ１００の管状セクションを形成する。
【００６２】
図６は、内側壁要素５０１及び外側壁要素５０２の所望の孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを調整して配置する方法を示す。ステップ６０１では、内燃チャンバデザインを規定する。内燃チャンバデザインは、内側壁要素５０１に及び／または外側壁要素５０２において均一にまたは不均一に分布した孔部パターンを備える。
【００６３】
次に、燃焼チャンバを公称動作条件の下で動作させ、測定しまたは解析し、そのため、内側壁要素５０１及び外側壁要素５０２を冷却流体流れ５０３及びさらなる冷却流体流れ５０４それぞれにさらす。冷却流体は、その動作流動パラメータそれぞれを有し、内側壁要素５０１及び外側壁要素５０２の孔部それぞれを通って流動する。
【００６４】
次に、ステップ６０２では、内側壁要素５０１の孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを決定する。内側壁要素５０１の有効面積は、内側壁要素５０１の孔部１１０、１２０、１３０の総数から判断される。同様に、ステップ６０３では、外側壁要素５０２の孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩを決定する。外側壁要素（外側ライナ）５０２の有効面積は、外側壁要素５０２の壁部にある孔部１２０、１３０、１４０の総数から判断される。
【００６５】
次に、ステップ６０５では、内側壁要素５０１の孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ及び外側壁要素５０２の孔部配置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩに基づいて、燃焼チャンバ１００の全有効面積を決定する。
【００６６】
さらに、内側壁要素５０１から燃焼チャンバ１００の燃焼空間内に出る流体の流動パラメータ（例えば、さらなる冷却流体流れ５０４の速度）を決定する（ステップ６０４参照）。
【００６７】
次に、ステップ６０６では、冷却流体５０３、５０４の流体パラメータの決定した値と、組み合わせた内壁及び外側壁要素５０１、５０２の幾何形状パラメータと、を例えば冷却流体５０３、５０４の速度及び燃焼チャンバ１００の有効面積の公称値と比較する。
【００６８】
測定した流体パラメータ及び／または燃焼チャンバ１００の幾何形状の公称値が各公称値に対応していない場合、ステップ６０７では、内側壁要素５０１及び／または外側壁要素５０２における孔部それぞれの第１面密度、さらなる第１面密度、第２面密度及び／またはさらなる第２面密度、ひいては孔部パターンそれぞれを、流動／幾何形状パラメータの公称値に達するまで、個別に補正する。
【００６９】
公称値を達成すると、内側壁要素５０１及び外側壁要素５０２の孔部パターンの最終デザインを達成する（ステップ６０８参照）。
【００７０】
したがって、図６に示すように、上述の方法によって、燃焼チャンバの実際の動作条件の下で、内側壁要素５０１及び外側壁要素５０２のカスタマイズされかつ最適化された壁パターンを達成し、そのため、最適な流体流動及び効果的な燃焼チャンバ１００を設計する。従来の手法では、孔部パターンを設計して所定の面にわたって均等に分布させている。本手法によって、図６に示すようなかつ上述したような繰り返し処理を用いて、抑制することの要件と面にわたって冷却空気を分布させることの要件とのバランスを取りながら、所定の面内の孔部パターンを決定する。すなわち、孔部パターンは、燃焼チャンバ１００と燃焼チャンバ１００が取り付けられるガスタービンとの動作条件にカスタマイズされる。
【００７１】
明確にする目的で、孔部１１０、１２０、１３０及び列１１１、１２１、１３１、２１１、２２１のすべてを、上記図面においてそれぞれの参照符号で識別する。
【００７２】
留意すべきことは、用語「備える」が他の構成要素またはステップを排除せず、「ａ」または「ａｎ」が複数あることを排除しないことである。また、異なる実施形態に関連して説明した構成要素を組み合わせてもよい。また、留意すべきことは、請求項における参照符号が特許請求の範囲を限定すると解釈しないことである。
【符号の説明】
【００７３】
１００  燃焼チャンバ、１０２  中心軸、１０３  周方向、１１０  第１孔部，さらなる第１孔部，孔部、１１１  第１列，さらなる第１列，軸方向列，列、１２０  第２孔部，さらなる第２孔部，孔部、１２１  第２列，さらなる第２列，軸方向列，列、２０１  第１方向，さらなる第１方向、２１１  さらなる第１列，さらなる列、２２１  さらなる第２列，第２列，さらなる列、５０１  内側壁要素，内側壁部、５０２  外側壁要素，外側壁部、５０３  流体流れ，冷却流体、５０４  さらなる流体流れ，冷却流体、Ｉ  第１孔部配置，孔部配置、ＩＩ  第２孔部配置，孔部配置、α１  第１角度、α２  第２角度
【図１】
0006005836.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006005836.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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