(57)【要約】      （修正有）【課題】後方フレームが冷却用のマイクロチャネルを含む後方フレームを有する燃焼器を提供する。【解決手段】燃焼器のダクト（３８）のための後方フレーム（１００）は、後方フレーム（１００）の周りに円周方向に延在し、後方フレーム（１００）の外面（１１２）を画定するレール（１０２）または半径方向突起部を含む。内面を有する予め形成されたカバープレート（１１６）は、後方フレーム（１００）の外面（１１２）に取り付けられる。複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）が、予め形成されたカバープレート（１１６）の内面および後方フレーム（１００）の外面（１１２）のうちの少なくとも一方に形成されている。予め形成されたカバープレート（１１６）は、複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）を横切って延在する。【選択図】図４
2018084230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（１４）用の後方フレーム（１００）であって、
前記後方フレーム（１００）の周りに円周方向に延在し、前記後方フレーム（１００）の外面（１１２）を画定するレール（１０２）と、
前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に取り付けられた内面（１１８）を有する予め形成されたカバープレート（１１６）と
を含み、
前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）および前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）の少なくとも一方に複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）が形成され、前記予め形成されたカバープレート（１１６）は前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）を横切って延在する、
後方フレーム（１００）。
【請求項２】
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の下の前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に形成されている、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項３】
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）に形成されている、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項４】
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの少なくとも１つのマイクロ冷却チャネル（１１４）の一部は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に部分的に形成され、かつ、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）に部分的に形成されている、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項５】
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、予め焼結されたプリフォームを含む、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項６】
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、シートメタルの１つまたは複数の層を含む、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項７】
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、予め焼結されたプリフォームおよびシートメタルの１つまたは複数の層を含む、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項８】
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）と同一面にある、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項９】
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、蛇行したパターンで形成されている、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項１０】
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、少なくとも１つのチャネル入口（１２４）および少なくとも１つのチャネル出口（１２６）と流体連通している、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのチャネル入口（１２４）は、前記後方フレーム（１００）の背面（１２８）に沿って画定されている、請求項１０に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのチャネル入口（１２４）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に沿って画定されている、請求項１０に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのチャネル出口（１２６）は、前記後方フレーム（１００）の背面（１２８）に沿って画定されている、請求項１０に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのチャネル出口（１２６）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）に沿って画定されている、請求項１０に記載の後方フレーム（１００）。
【請求項１５】
前記レール（１０２）は、内側レール（１０４）と、外側レール（１０６）と、第１のサイドレール（１０８）と、第２のサイドレール（１１０）とを含み、前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記内側レール（１０４）、前記外側レール（１０６）、前記第１のサイドレール（１０８）、または前記第２のサイドレール（１１０）のうちの１つに沿って配置されている、請求項１に記載の後方フレーム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、燃焼器用の点火器に関する。より詳細には、本発明は、後方フレームが冷却用のマイクロチャネルを含む後方フレームを有する燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの動作中には、圧縮機からの加圧空気は、燃焼器内に画定されたヘッドエンド容積部に流入する。加圧空気は、ヘッドエンド容積部から、それぞれの燃料ノズルの対応する予混合流路への入口に流入する。燃料は予混合流路内の加圧空気の流れに注入され、加圧空気と混合され、燃料ノズルから下流に画定された燃焼ゾーンまたは燃焼室に燃料空気混合気を提供する。燃料空気混合気は、燃焼室内で燃焼されて、高温かつ高速の燃焼ガスを生成する。
【０００３】
燃焼ガスは、燃焼室とタービン入口との間に少なくとも部分的に延在するライナーまたはダクトを介して、燃焼室からガスタービンエンジンのタービン部分の入口に移動する。後方フレームは、通常、ダクトの下流側端部に装着されるか、またはダクトの下流側端部に形成される。後方フレームは、ダクトの後方端部の形状を補強するため、および／またはダクトを圧縮機吐出ケーシングなどの支持構造に装着するために使用することができる。したがって、点火器ハウジングは、点火器のリードを経時的に劣化させ得る動作温度に曝される可能性がある。したがって、点火器ハウジングの冷却を改善することにより、点火器の性能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０３７７０３７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
態様および利点は、以下の説明に記載されているか、以下の説明から明らかになり得るか、または実践により学び得る。
【０００６】
本開示の一実施形態は、燃焼器用の後方フレームに関する。後方フレームは、後方フレームの周りに円周方向に延在するレールを含む。レールは、後方フレームの外面を画定する。内面を有する予め形成されたカバープレートは、後方フレームの外面に取り付けられている。予め形成されたカバープレートの内面および後方フレームの外面の少なくとも一方に複数のマイクロ冷却チャネルが形成されている。予め形成されたカバープレートは、複数のマイクロ冷却チャネルを横切って延在する。
【０００７】
本開示の別の実施形態は、燃焼器である。燃焼器は、後方端部を有するダクトと、ダクトを取り囲む環状流路と、後方フレームとを含む。後方フレームは、ダクトの後方端部に配置され、ダクトの後方端部の周りに円周方向に延在するレールを含む。レールは、後方フレームの外面を画定する。予め形成されたカバープレートは、後方フレームの外面に取り付けられた内面を含む。予め形成されたカバープレートの内面および後方フレームの外面の少なくとも一方に複数のマイクロ冷却チャネルが形成されている。予め形成されたカバープレートは、複数のマイクロ冷却チャネルを横切って延在する。
【０００８】
当業者であれば、本明細書の検討において、このような実施形態の特徴および態様などをよりよく理解するであろう。
【０００９】
様々な実施形態の完全かつ実施可能な開示は、その最良の形態の当業者に対する開示を含めて、以下の添付の図面の参照を含む、本明細書の以降の部分でより詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービンの機能ブロック図である。
【図２】本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器１４の断面側面図である。
【図３】本開示の様々な実施形態による例示的なダクトに結合された例示的な後方フレームの上流側図である。
【図４】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な後方フレームレールの断面側面図であり、後方フレームレールの内側レール、外側レール、第１のサイドレールおよび／または第２のサイドレールのうちの１つまたは複数を例示することを意図している。
【図５】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な後方フレームレールの一部および例示的な予め形成されたカバープレートの一部の断面図である。
【図６】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な後方フレームレールの一部および例示的な予め形成されたカバープレートの一部の断面図である。
【図７】本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な後方フレームレールの一部および例示的な予め形成されたカバープレートの一部の断面図である。
【図８】本開示の様々な実施形態による例示的な後方フレームの拡大した上流側図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本開示の実施形態を提示するために詳細に参照し、その１つまたは複数の例を添付図面に示す。詳細な説明では、図面において特徴を示す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のまたは同一の符号は、本開示の類似のまたは同一の部分を指すために使用されている。
【００１２】
本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成部品と別の構成部品とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成部品の位置または重要性を示すことを意図しない。用語「上流側」および「下流側」は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流側」は流体が流れてくる方向を指し、「下流側」は流体が流れていく方向を指す。「半径方向」という用語は、特定の構成部品の軸方向の中心線に実質的に垂直な相対的な方向を指し、「軸方向」という用語は、特定の構成部品の軸方向の中心線に実質的に平行および／または同軸に整列する相対的な方向を指し、「円周方向」という用語は、特定の構成部品の軸方向の中心線の周りに延びる相対的な方向を指す。
【００１３】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別解釈を示さない限り、複数形も含むことを意図する。「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および／または「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはそれらのグループの存在、または追加を排除するものではないことが、さらに理解されるであろう。
【００１４】
各例は、限定ではなく、説明のために提供される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱することなく、修正および変形が可能であることは当業者には明らかであろう。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。このように、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるような修正および変形を包含するように意図される。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燃焼器の後方フレーム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、任意の型または形態のターボ機械用燃焼器に適用でき、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燃焼器または燃焼システムに限定されないことが容易に理解されよう。
【００１５】
ここで図面を参照すると、図１は、例示的なガスタービン１０の概略図を示す。ガスタービン１０は、一般的に、圧縮機１２と、圧縮機１２の下流に配置された少なくとも１つの燃焼器１４と、燃焼器１４の下流に配置されたタービン１６とを含む。さらに、ガスタービン１０は、圧縮機１２をタービン１６に結合する１つまたは複数のシャフト１８を含んでもよい。
【００１６】
動作中には、空気２０は圧縮機１２に流入し、そこで空気２０が次第に圧縮され、これにより圧縮空気または加圧空気２２が燃焼器１４に供給される。圧縮空気２２の少なくとも一部は、燃焼器１４内で燃料２４と混合され、燃焼されて燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、燃焼器１４からタービン１６に流れ、そこで（運動および／または熱）エネルギーが燃焼ガス２６からロータブレード（図示せず）に伝達されて、シャフト１８が回転する。機械的回転エネルギーは、その後、圧縮機１２への動力の供給、および／または発電などの様々な目的のために使用されてもよい。次に燃焼ガス２６をタービン１６から排出することができる。
【００１７】
図２は、本開示の様々な実施形態を組み込むことができる例示的な燃焼器１４の断面側面図である。図２に示すように、燃焼器１４は、様々な燃焼ハードウェア部品の周りに高圧プレナム３０を少なくとも部分的に形成する外側ケーシングまたは圧縮機吐出ケーシング２８を含むことができる。高圧プレナム３０は、圧縮機１２からの圧縮空気２２の一部により加圧される。燃焼器１４はまた、外側ケーシング２８に結合されたエンドカバー３２を含むことができる。エンドカバー３２および外側ケーシング２８は、燃焼器１４のヘッドエンド容積部３４を少なくとも部分的に画定することができる。ヘッドエンド容積部３４は、高圧プレナム３０と流体連通している。少なくとも１つの燃料ノズル３６が、エンドカバー３２から軸方向下流に延在し、ヘッドエンド容積部３４と流体連通している。
【００１８】
ダクト３８は、少なくとも１つの燃料ノズル３６の下流に延在する。ダクト３８は、燃焼ガス２６を燃焼器１４を通ってタービン１６の入口４２に送るための高温ガス経路４０を少なくとも部分的に画定することができる。特定の実施形態では、ダクト３８は、連続体または単体から形成することができる。他の実施形態では、ダクト３８は、互いに結合された複数のダクトから形成されてもよい。流れスリーブおよび／またはインピンジメントスリーブなどのスリーブ４２がダクト３８を取り囲み、その間に環状流路４４を形成することができる。環状流路４４は、圧縮空気２２を高圧プレナム３０からヘッドエンド容積部３４内に送るための流路を提供することができる。様々な実施形態では、後方フレーム１００は、ダクト３８の後方端部または下流側端部４６に接続されるか、あるいはその一部として形成される。後方フレーム１００は、ダクト３８の後方端部４６の形状を維持するための構造的支持を提供することができ、および／またはダクト３８を外側ケーシング２８またはノズル装着リングなどの固定部品に固定するための装着支持を提供することができる。燃焼器１４に設置されると、後方フレーム１００とタービン１６の入口に配置された第１段固定ノズル５２のシュラウド部分５０との間に軸方向隙間４８が形成される。
【００１９】
図３は、本開示の様々な実施形態による、例示的なダクト３８に結合された例示的な後方フレーム１００の上流側図を示す。図３に示すように、後方フレーム１００は、一般的に、ダクト３８の後方端部の周りで円周方向かつ半径方向外側に延在するレールまたは半径方向突起部１０２を含む。レール１０２は、円弧形状を有する内側レール１０４と、内側レール１０４から半径方向に離間し、内側レール１０４と相補的な円弧形状を有する外側レール１０６として形成されてもよい。レール１０２は、内側レール１０４と外側レール１０６との間で半径方向に延在する第１のサイドレール１０８と、第１のサイドレール１０８から円周方向に離間し、内側レール１０４と外側レール１０６との間に半径方向に延在する第２のサイドレール１１０とをさらに含む。内側レール１０４、外側レール１０６、第１のサイドレール１０８および第２のサイドレール１１０を含むレール１０２は、後方フレーム１００の外面もしくは面１１２および／またはダクト３８を集合的に画定する。
【００２０】
燃焼器１４の動作中には、燃焼ガス再循環ゾーンが、後方フレーム１００の外面１１２のすぐ下流の軸方向隙間４８（図２）に近接して生じることができる。結果として、後方フレーム１００は、望ましくない熱応力に曝されることがあり、したがって、効果的に冷却しなければならない。図４は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的な後方フレームレール１０２の断面側面図であり、内側レール１０４、外側レール１０６、第１のサイドレール１０８および第２のサイドレール１１０のうちの１つまたは複数を例示することを意図している。様々な実施形態では、図４に示すように、レール１０２は、１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４と、１つまたは複数の予め形成されたカバープレート１１６とを含み、１つまたは複数の予め形成されたカバープレート１１６は、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数をカバーし、少なくとも１つの実施形態では、少なくとも部分的にそれを画定する。
【００２１】
図５は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的なレール１０２の一部および例示的な予め形成されたカバープレート１１６の一部の断面図を示す。図６は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的なレール１０２の一部および例示的な予め形成されたカバープレート１１６の一部の断面図を示す。図７は、本開示の少なくとも１つの実施形態による、例示的なレール１０２の一部および例示的な予め形成されたカバープレート１１６の一部の断面図を示す。
【００２２】
特定の実施形態では、図４および図５に一括して示すように、複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、後方フレーム１００の外面１１２および／または内面１１４に画定されるか、またはそれに沿って形成されてもよい。特定の実施形態では、図６に示すように、複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、予め形成されたカバープレート１１６の内面１１８に画定されるか、またはそれに沿って形成されてもよい。特定の実施形態では、図７に示すように、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４の第１の部分１２０は、予め形成されたカバープレート１１６の内面１１８に画定されるか、またはそれに沿って形成されてもよく、１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４の第２の部分１２２は、後方フレーム１００の外面１１２および／または内面１１４に画定されるか、またはそれに沿って形成されてもよい。
【００２３】
図８は、本開示の様々な実施形態による例示的な後方フレーム１００の拡大した上流側図を示す。様々な実施形態では、図４および図８に一括して示すように、各マイクロ冷却チャネル１１４は、それぞれのチャネル入口１２４およびそれぞれのチャネル出口１２６と流体連通している。特定の実施形態では、チャネル入口１２４は、高圧プレナム３０と流体連通している。特定の実施形態では、少なくとも１つのチャネル入口１２４が、レール１０２および／または後方フレーム１００の背面１２８に沿って画定され、環状流路４４と流体連通することができる。特定の実施形態では、１つまたは複数のチャネル出口１２６が配置され、かつ／または環状流路４４と流体連通している。特定の実施形態では、チャネル出口１２６の１つまたは複数は、１つまたは複数の予め形成されたカバープレート１１６のそれぞれの予め形成されたカバープレート１１６に沿って画定されてもよい。
【００２４】
様々な実施形態では、図８に示すように、後方フレーム１００の外面１１２は、少なくとも１つであるが通常は複数のマイクロ冷却チャネル１１４を含む。複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、内側レール１０４、外側レール１０６、第１のサイドレール１０８、および／または第２のサイドレール１１０のうちの１つまたは複数に形成されてもよい。複数のマイクロ冷却チャネル１１４のサイズまたは形状は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、特定の実施形態では、複数のマイクロ冷却チャネル１１４の１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、蛇行したパターンで延在する。特定の実施形態では、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、実質的に直線状に延在する。特定の実施形態では、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、蛇行したパターンで延在し、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、実質的に直線状に延在する。
【００２５】
特定の実施形態によれば、複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、以下に説明するように、約１００ミクロン（μｍ）〜約３ミリメートル（ｍｍ）の幅と、約１００μｍ〜約３ｍｍの深さを有することができる。例えば、複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、約１５０μｍ〜約１．５ｍｍ、約２５０μｍ〜約１．２５ｍｍ、もしくは約３００μｍ〜約１ｍｍの幅および／または深さを有してもよい。
【００２６】
特定の実施形態では、複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、約５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、６００、７００、もしくは７５０μｍ未満の幅および／または深さを有してもよい。複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、円形、半円形、楕円形、曲線状、長方形、三角形、または菱形の断面を有することができる。上記のリストは単なる例示であり、包括的であることを意図しない。幅および深さは、その長さ全体にわたって変化してもよい。さらに、特定の実施形態では、複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、様々な断面積を有してもよい。複数のマイクロ冷却チャネル１１４にも、タービュレータやディンプルなどの伝熱促進機能を設けることができる。
【００２７】
特定の実施形態では、図４〜図７に一括して示すように、予め形成されたカバープレート１１６は、後方フレーム１００の外面１１２および／または内面１１４の一部の上に、より詳細には、その間に複数のマイクロ冷却チャネル１１４を少なくとも部分的に囲むように複数のマイクロ冷却チャネル１１４の上に配置される。予め形成されたカバープレート１１６は、後方フレーム１００の外面１１２および／または内面１１４と同一面の係合を形成するように成形される。同一面の係合は、複数のマイクロ冷却チャネル１１４の効果的な封止および封入を提供する。複数のマイクロ冷却チャネル１１４は、後方フレーム１００の外面１１２および／または内面１１４に形成されたマイクロ冷却チャネルの代わりに、またはそれと組み合わせて、予め形成されたカバープレート１１６に形成されることが企図される。
【００２８】
予め形成されたカバープレート１１６は、様々な適切な材料で形成することができる。一実施形態では、予め形成されたカバープレート１１６は、予め焼結されたプリフォーム（ＰＳＰ）を含む。別の実施形態では、予め形成されたカバープレート１１６は、シートメタルの１つまたは複数の層を含む。予め形成されたカバープレート１１６は、ＰＳＰフォイルとシートメタルの１つまたは複数の層の両方から形成されてもよいことがさらに企図される。
【００２９】
予め焼結されたプリフォームは、凝集して、いくらか多孔質の塊を形成するように融点未満の温度で共に焼結されたベース合金および第２の合金を含む粒子の混合物を含むことができる。粉末粒子の好適な粒径の範囲は、粒子の急速な焼結を促進し、予め焼結されたプリフォームの空隙率を約１０体積％以下に最小化するために、１５０メッシュ、または３２５メッシュ以下を含む。いくつかの実施形態では、予め焼結されたプリフォームの密度は、９０％以上の密度である。さらにいくつかの実施形態では、予め焼結されたプリフォームは、９５％以上の密度である。以下に述べるように、予め焼結されたプリフォームは、より高い密度を促進するために熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）または真空／不活性雰囲気加圧を施すことができる。
【００３０】
予め焼結されたプリフォームのベース合金は、予め焼結されたプリフォームと後方フレーム１００との間の共通の物理的特性を促進するために、後方フレーム１００と同様なものなどの任意の組成を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ベース合金と後方フレーム１００は共通の組成を共有する（すなわち、それらは同じタイプの材料である）。いくつかの実施形態では、ベース合金は、ＲｅｎｅＮ４、ＲｅｎｅＮ５、Ｒｅｎｅ１０８、ＧＴＤ−１１１（登録商標）、ＧＴＤ−２２２（登録商標）、ＧＴＤ−４４４（登録商標）、ＩＮ−７３８およびＭａｒＭ２４７などのニッケルベースの超合金、あるいは上述したＦＳＸ−４１４などのコバルトベースの超合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベース合金の特性は、疲労強度が高いこと、亀裂が起こりにくいこと、耐酸化性、および／または機械加工性などの、ベース物品との化学的および冶金的適合性を含む。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ベース合金は、後方フレーム１００の融点の約２５℃以内の融点を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベース合金は、重量％で、約２．５〜１１％のコバルト、７〜９％のクロム、３．５〜１１％のタングステン、４．５〜８％のアルミニウム、２．５〜６％のタンタル、０．０２〜１．２％のチタン、０．１〜１．８％のハフニウム、０．１〜０．８％のモリブデン、０．０１〜０．１７％の炭素、０．０８％までのジルコニウム、０．６０％までのケイ素、２．０％までのレニウム、残りの部分のニッケル、および付随的な不純物からなる組成範囲を含むことができる。さらにいくつかの実施形態では、ベース合金は、重量％で、約９〜１１％のコバルト、８〜８．８％のクロム、９．５〜１０．５％のタングステン、５．３〜５．７％のアルミニウム、２．８〜２．３％のタンタル、０．９〜１．２％のチタン、１．２〜１．６％のハフニウム、０．５〜０．８％のモリブデン、０．１３〜０．１７％の炭素、０．０３〜０．０８％のジルコニウム、残りの部分のニッケル、および付随的な不純物からなる組成範囲を含むことができる。予め焼結されたプリフォームのベース合金の組成に関して、具体的な材料および組成物を本明細書で列挙したが、これらの列挙した材料および組成物は、例示的なものにすぎず、非限定的なものであって、他の合金を代替的または追加的に使用できることを理解すべきである。さらに、予め焼結されたプリフォームのためのベース合金の特定の組成は、後方フレーム１００の組成に依存してもよいことを理解されたい。
【００３２】
上述したように、予め焼結されたプリフォームは、第２の合金をさらに含む。第２の合金はまた、後方フレーム１００と同様の組成物を有しているが、ベース合金および第２の合金の粒子の焼結を促進し、後方フレーム１００の融点未満の温度で後方フレーム１００への予め焼結されたプリフォームの接合を可能にするために、融点降下剤をさらに含有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、融点降下剤は、ホウ素および／またはケイ素を含むことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、第２の合金は、後方フレーム１００の結晶粒成長温度または溶融開始温度より約２５°Ｃ〜約５０°Ｃ低い融点を含むことができる。このような実施形態は、加熱処理中に後方フレーム１００の所望のミクロ構造をより良好に保持することができる。いくつかの実施形態では、第２の合金は、重量％で、約９〜１０％のコバルト、１１〜１６％のクロム、３〜４％のアルミニウム、２．２５〜２．７５％のタンタル、１．５〜３．０％のホウ素、５％までのケイ素、１．０％までのイットリウム、残りの部分のニッケル、および付随的な不純物からなる組成範囲を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２の合金は、市販されているＡｍｄｒｙＤＦ４Ｂニッケルろう付け合金を含むことができる。予め焼結されたプリフォームの第２の合金の組成に関して、具体的な材料および組成物を本明細書で列挙したが、これらの列挙した材料および組成物は、例示的なものにすぎず、非限定的なものであって、他の合金を代替的または追加的に使用できることを理解すべきである。さらに、予め焼結されたプリフォームのための第２の合金の特定の組成は、後方フレーム１００の組成に依存してもよいことを理解されたい。
【００３４】
予め焼結されたプリフォームは、ベース合金および第２の合金の粒子を互いに、および後方フレーム１００の外面１１２にウェッティングして接合（例えば拡散／ろう付け接合）することを確実にするために、十分な融点降下剤を提供するのに十分な任意の相対量のベース合金および第２の合金を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、第２の合金は、予め焼結されたプリフォームの少なくとも約１０重量％を占めることができる。いくつかの実施形態では、第２の合金は、予め焼結されたプリフォームの７０重量％を超えることができない。このような実施形態は、その後の加熱の機械的および環境特性の起こり得る低下を制限しつつ、十分な量の融点降下剤を提供することができる。さらに、これらの実施形態では、ベース合金は、予め焼結されたプリフォームの残りの部分（例えば、予め焼結されたプリフォームの約３０重量％〜約７０重量％）を含むことができる。さらにいくつかの実施形態では、ベース合金の粒子が予め焼結されたプリフォームの約４０重量％〜約７０重量％を占めて、組成の残りの部分を第２の合金の粒子が占めることができる。ベース合金および第２の合金の特定の相対的範囲について本明細書で説明したが、これらの範囲は例示的なものにすぎず、非限定的なものであって、上述したように十分な量の融点降下剤が提供されるように、他の任意の相対的な組成を実現することができることを理解すべきである。
【００３５】
ベース合金および第２の合金の粒子以外に、予め焼結されたプリフォーム内に他の成分は必要ではない。しかし、いくつかの実施形態では、焼結前により容易に成形することができる凝集塊を形成するために、結合剤を、最初に、ベース合金および第２の合金の粒子とブレンドしてもよい。そのような実施形態では、結合剤は、例えばＷａｌｌ  Ｃｏｌｍｏｎｏｙ社からＮＩＣＲＯＢＲＡＺ−Ｓの名称で市販されている結合剤を含むことができる。他の可能性のある好適な結合剤としては、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺ  ３２０、Ｖｉｔｔａ社のＶＩＴＴＡ  ＧＥＬ、およびＣｏｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されている接着剤を含む他のものが挙げられるが、これらはすべて焼結中にきれいに揮発することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、予め焼結されたプリフォームは、実際には複数の層を含むことができ、後方フレーム１００に接続される前または後に各々が互いに取り付けられる。このような実施形態では、複数の層は、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４を形成するように組み合わせることができ、あるいは単一の層は、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４を含むことができるが、後方フレーム１００のさらなる保護のために追加の層が存在する。そのような実施形態はまた、予め焼結されたプリフォームの異なるゾーンにおける特定の熱特性を個別に調整することを可能にすることができる。さらにいくつかの実施形態では、予め焼結されたプリフォームを、１つまたは複数の金属層または部分と組み合わせることができる。例えば、予め焼結されたプリフォームは、複数のマイクロ冷却チャネル１１４のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル１１４の側面を形成することができ、薄い金属膜は、それぞれのマイクロ冷却チャネル１１４の上部を閉じる。そのような実施形態では、金属膜は、予め焼結されたプリフォームが後方フレーム１００に接合される前、後またはその間に接合することができる。あるいは、いくつかの実施形態では、予め焼結されたプリフォームは、１つまたは複数の追加の金属層を介して後方フレーム１００と接合することができる。
【００３７】
動作中には、圧縮機１２からの圧縮空気２２などの冷却媒体は、１つまたは複数のチャネル入口１２４のうちの少なくとも１つのチャネル入口１２４に入り、予め形成されたカバープレート１１６の下に画定された複数のマイクロ冷却チャネル１１４を通って、および／または予め形成されたカバープレート１１６の内面１１８に沿って画定された複数のマイクロ冷却チャネル１１４を通って流れ、それによって、燃焼ガス２６によって供給された熱エネルギーを後方フレーム１００および／または予め形成されたカバープレート１１６から離れるように伝達する。特定の実施形態では、冷却媒体の一部または全部を、マイクロ冷却チャネル１１４から、環状流路４４内に配置されたチャネル出口１２６の１つまたは複数を介して環状流路４４に排出することができるので、燃料ノズル３６の上流の環状流路４４を通って流れる圧縮空気２２と混合することができ、それによって燃焼器１４のヘッドエンド容積部３４への圧縮空気の流れを増加させる。特定の実施形態では、冷却媒体の一部または全部を、予め形成されたカバープレート１１６に沿って画定されたチャネル出口１２６の１つまたは複数を介してマイクロ冷却チャネル１１４から排出することができ、それによって、冷却媒体の膜を予め形成されたカバープレート１１６の外面１３０（図４）に供給する。
【００３８】
本明細書は、最良の形態を含めて、本発明を開示するために実施例を用いており、また、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含めて、いかなる当業者も本発明を実施することが可能となるように実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、あるいは特許請求の範囲の文言との実質的な相違がない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
［実施態様１］
燃焼器（１４）用の後方フレーム（１００）であって、
前記後方フレーム（１００）の周りに円周方向に延在し、前記後方フレーム（１００）の外面（１１２）を画定するレール（１０２）と、
前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に取り付けられた内面（１１８）を有する予め形成されたカバープレート（１１６）と
を含み、
前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）および前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）の少なくとも一方に複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）が形成され、前記予め形成されたカバープレート（１１６）は前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）を横切って延在する、
後方フレーム（１００）。
［実施態様２］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の下の前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に形成されている、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様３］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）に形成されている、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様４］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの少なくとも１つのマイクロ冷却チャネル（１１４）の一部は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に部分的に形成され、かつ、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）に部分的に形成されている、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様５］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、予め焼結されたプリフォームを含む、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様６］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、シートメタルの１つまたは複数の層を含む、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様７］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、予め焼結されたプリフォームおよびシートメタルの１つまたは複数の層を含む、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様８］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）と同一面にある、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様９］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、蛇行したパターンで形成されている、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１０］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、少なくとも１つのチャネル入口（１２４）および少なくとも１つのチャネル出口（１２６）と流体連通している、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１１］
前記少なくとも１つのチャネル入口（１２４）は、前記後方フレーム（１００）の背面（１２８）に沿って画定されている、実施態様１０に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１２］
前記少なくとも１つのチャネル入口（１２４）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に沿って画定されている、実施態様１０に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１３］
前記少なくとも１つのチャネル出口（１２６）は、前記後方フレーム（１００）の背面（１２８）に沿って画定されている、実施態様１０に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１４］
前記少なくとも１つのチャネル出口（１２６）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）に沿って画定されている、実施態様１０に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１５］
前記レール（１０２）は、内側レール（１０４）と、外側レール（１０６）と、第１のサイドレール（１０８）と、第２のサイドレール（１１０）とを含む、実施態様１に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１６］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記内側レール（１０４）に沿って配置されている、実施態様１５に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１７］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記外側レール（１０６）に沿って配置されている、実施態様１５に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１８］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記第１のサイドレール（１０８）に沿って配置されている、実施態様１５に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様１９］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記第２のサイドレール（１１０）に沿って配置されている、実施態様１５に記載の後方フレーム（１００）。
［実施態様２０］
燃焼器（１４）であって、
後方端部（４６）を有するダクト（３８）と、
前記ダクト（３８）を取り囲む環状流路（４４）と、
前記ダクト（３８）の前記後方端部（４６）に配置された後方フレーム（１００）であって、前記後方フレーム（１００）は前記ダクト（３８）の前記後方端部（４６）の周りに円周方向に延在するレール（１０２）を含み、前記レール（１０２）は前記後方フレーム（１００）の外面（１１２）を画定する、後方フレーム（１００）と、
前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に取り付けられた内面（１１８）を有する予め形成されたカバープレート（１１６）と
を含み、
前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）および前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）の少なくとも一方に複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）が形成され、前記予め形成されたカバープレート（１１６）は前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）を横切って延在する、
燃焼器（１４）。
［実施態様２１］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の下の前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に形成されている、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２２］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に隣接する前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）に形成されている、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２３］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの少なくとも１つのマイクロ冷却チャネル（１１４）の第１の部分（１２０）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に形成され、前記同じマイクロ冷却チャネル（１１４）の第２の部分（１２２）は、前記予め形成されたカバープレート（１１６）の前記内面（１１８）に形成される、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２４］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、予め焼結されたプリフォームを含む、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２５］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、シートメタルの１つまたは複数の層を含む、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２６］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、予め焼結されたプリフォームおよびシートメタルの１つまたは複数の層を含む、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２７］
前記予め形成されたカバープレート（１１６）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）と同一面にある、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２８］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、蛇行したパターンで形成されている、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様２９］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、少なくとも１つのチャネル入口（１２４）および少なくとも１つのチャネル出口（１２６）と流体連通している、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３０］
前記少なくとも１つのチャネル入口（１２４）は、前記後方フレーム（１００）の背面（１２８）に沿って画定されている、実施態様２９に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３１］
前記少なくとも１つのチャネル入口（１２４）は、前記後方フレーム（１００）の前記背面（１２８）に画定され、前記環状流路（４４）と流体連通している、実施態様２９に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３２］
前記少なくとも１つのチャネル出口（１２６）は、前記後方フレーム（１００）の前記背面（１２８）に沿って画定され、前記環状流路（４４）と流体連通している、実施態様２９に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３３］
前記少なくとも１つのチャネル出口（１２６）は、前記後方フレーム（１００）の前記外面（１１２）に画定されている、実施態様２９に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３４］
前記レール（１０２）は、内側レール（１０４）と、外側レール（１０６）と、第１のサイドレール（１０８）と、第２のサイドレール（１１０）とを含む、実施態様２０に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３５］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記内側レール（１０４）に沿って配置されている、実施態様３４に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３６］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記外側レール（１０６）に沿って配置されている、実施態様３４に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３７］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記第１のサイドレール（１０８）に沿って配置されている、実施態様３４に記載の燃焼器（１４）。
［実施態様３８］
前記複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）のうちの１つまたは複数のマイクロ冷却チャネル（１１４）は、前記第２のサイドレール（１１０）に沿って配置されている、実施態様３４に記載の燃焼器（１４）。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  シャフト
２０  空気
２２  圧縮空気、加圧空気
２４  燃料
２６  燃焼ガス
２８  外側ケーシング、圧縮機吐出ケーシング
３０  高圧プレナム
３２  エンドカバー
３４  ヘッドエンド容積部
３６  燃料ノズル
３８  ダクト
４０  高温ガス経路
４２  入口、スリーブ
４４  環状流路
４６  下流側端部、後方端部
４８  軸方向隙間
５０  シュラウド部分
５２  第１段固定ノズル
１００  後方フレーム
１０２  後方フレームレール、半径方向突起部
１０４  内側レール
１０６  外側レール
１０８  第１のサイドレール
１１０  第２のサイドレール
１１２  外面
１１４  マイクロ冷却チャネル、内面
１１６  予め形成されたカバープレート
１１８  内面
１２０  第１の部分
１２２  第２の部分
１２４  チャネル入口
１２６  チャネル出口
１２８  背面
１３０  外面
【図１】
2018084230.tif 000003
【図２】
2018084230.tif 000004
【図３】
2018084230.tif 000005
【図４】
2018084230.tif 000006
【図５】
2018084230.tif 000007
【図６】
2018084230.tif 000008
【図７】
2018084230.tif 000009
【図８】
2018084230.tif 000010
【外国語明細書】
2018084230000001.pdf