(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン用の環状燃焼器を提供する。【解決手段】環状燃焼器は、内部容積を画定する内側ライナシェル１３３および外側ライナシェル１２３を含み、それを通って燃焼ガスが前方端部から後方端部へとガス流方向に流れる。冷却シュラウドは、内側ライナシェルの半径方向外側に取り付けられ、内側ライナシェルと冷却シュラウドとの間に冷却通路を形成する。冷却通路は、空気をガス流方向とは反対の空気流方向に導く。冷却シュラウドは、円周方向に隣接する冷却シュラウドセグメントから組み立てられ、冷却シュラウドセグメントと内側ライナシェルとの間の距離は、後方端部よりも前方端部の方が大きい。締結要素１２４は、円周方向に互い違いの列で冷却シュラウドセグメントの軸方向長さにわたって分散している。各最前部の締結要素は、振動を低減するために各それぞれの冷却シュラウドセグメントの前方端部における湾曲部分に直接隣接して配置される。【選択図】図５
2019158331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気流（１０２）を生成するように構成された圧縮機（１１７）と、
前記圧縮機（１１７）に結合されたタービン（１１３）と、
前記圧縮機（１１７）と前記タービン（１１３）との間に配置された環状燃焼器（１０００）とを備えるガスタービン（１１０）であって、前記環状燃焼器（１０００）は、
内部容積（１１５、１２５）を画定する内側ライナシェル（１３３）および外側ライナシェル（１２３）であって、前記環状燃焼器（１０００）は、前記環状燃焼器（１０００）の前方端部（２０６）から前記環状燃焼器（１０００）の後方端部（２０８）へと前記内部容積（１１５、１２５）を通るガス流方向に燃焼ガス（１２６）を導くように構成される内側ライナシェル（１３３）および外側ライナシェル（１２３）と、
前記内側ライナシェル（１３３）の半径方向外側の距離に取り付けられ、それらの間に冷却空気（１２０）を前記ガス流方向とは反対の空気流方向に導くように構成される冷却通路（１２２、１３２）を形成する冷却シュラウド（１２１、１３１）とを備え、
前記冷却シュラウド（１２１、１３１）は、互いに円周方向に隣接する個々の冷却シュラウドセグメント（２００）を備え、それらから組み立てられ、
前記冷却シュラウドセグメント（２００）と前記内側ライナシェル（１３３）との間の前記距離は、前記後方端部（２０８）よりも前記前方端部（２０６）の方が大きく、
前記冷却シュラウドセグメント（２００）を前記内側ライナシェル（１３３）に締結する複数の分散締結要素（１２４）は、円周方向に互い違いの列で前記冷却シュラウドセグメント（２００）の軸方向長さにわたって分散しており、
前記複数の分散締結要素（１２４）のうちの一組の最前部の締結要素（１２４−１）の各締結要素（１２４）は、各それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の前記前方端部（２０６）における湾曲部分（２０７）に直接隣接して配置される、ガスタービン（１１０）。
【請求項２】
各それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の前記前方端部（２０６）の前記湾曲部分（２０７）が、前記内側ライナシェル（１３３）から半径方向外側に湾曲する、請求項１に記載のガスタービン（１１０）。
【請求項３】
各それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の前記前方端部（２０６）の前記湾曲部分（２０７）が、それらの間にギャップ（２９６）を画定してゾーン１のカバーリング（２９５）から軸方向に離間している、請求項２に記載のガスタービン（１１０）。
【請求項４】
前記冷却シュラウドセグメント（２００）が、隣接する領域（２０５）において互いに対を成して重なり合い、各冷却シュラウドセグメント（２００）が、第１の軸方向縁部（２０２）に沿って、円周方向に隣接する冷却シュラウドセグメント（２００）との連動接続を形成する重なり合う要素（２３６）をさらに備える、請求項１に記載のガスタービン（１１０）。
【請求項５】
前記冷却シュラウドセグメント（２００）の各々が、前記締結要素（１２４）と軸方向に位置合わせされて貫通した冷却孔（２３５）を画定し、前記冷却孔（２３５）が、冷却空気ジェットを前記それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の半径方向外側から前記それぞれの冷却通路（１２２、１３２）内に導くように構成される、請求項１に記載のガスタービン（１１０）。
【請求項６】
前記内側ライナシェル（１３３）の外側表面が、取り付けられた複数のブラケット（１４４）を備え、前記複数のブラケット（１４４）の各ブラケット（１４４）が、前記複数の締結要素（１２４）のそれぞれの締結要素（１２４）と係合するように構成される、請求項１に記載のガスタービン（１１０）。
【請求項７】
前記冷却シュラウドセグメント（２００）が、前記環状燃焼器（１０００）の前記後方端部（２０８）における遷移ゾーン（１２５）の半径方向外側に配置される、請求項１に記載のガスタービン（１１０）。
【請求項８】
ガスタービン（１１０）用の環状燃焼器（１０００）であって、前記環状燃焼器（１０００）は、
内部容積（１１５、１２５）を画定する内側ライナシェル（１３３）および外側ライナシェル（１２３）であって、前記環状燃焼器（１０００）は、前記環状燃焼器（１０００）の前方端部（２０６）から前記環状燃焼器（１０００）の後方端部（２０８）へと前記内部容積（１１５、１２５）を通るガス流方向に燃焼ガス（１２６）を導くように構成される内側ライナシェル（１３３）および外側ライナシェル（１２３）と、
前記内側ライナシェル（１３３）の半径方向外側の距離に取り付けられ、それらの間に冷却空気（１２０）を前記ガス流方向とは反対の空気流方向に導くように構成される冷却通路（１２２、１３２）を形成する冷却シュラウド（１２１、１３１）とを備え、
前記冷却シュラウド（１２１、１３１）は、互いに円周方向に隣接する個々の冷却シュラウドセグメント（２００）を備え、それらから組み立てられ、
前記冷却シュラウドセグメント（２００）と前記内側ライナシェル（１３３）との間の前記距離は、前記後方端部（２０８）よりも前記前方端部（２０６）の方が大きく、
前記冷却シュラウドセグメント（２００）を前記内側ライナシェル（１３３）に締結する複数の分散締結要素（１２４）は、円周方向に互い違いの列で前記冷却シュラウドセグメント（２００）の軸方向長さにわたって分散しており、
前記複数の分散締結要素（１２４）のうちの一組の最前部の締結要素（１２４−１）の各締結要素（１２４）は、各それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の前記前方端部（２０６）における湾曲部分（２０７）に直接隣接して配置される、環状燃焼器（１０００）。
【請求項９】
各それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の前記前方端部（２０６）の前記湾曲部分（２０７）が、前記内側ライナシェル（１３３）から半径方向外側に湾曲する、請求項８に記載の環状燃焼器（１０００）。
【請求項１０】
各それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の前記前方端部（２０６）の前記湾曲部分（２０７）が、それらの間にギャップ（２９６）を画定してゾーン１のカバーリング（２９５）から軸方向に離間している、請求項９に記載の環状燃焼器（１０００）。
【請求項１１】
前記冷却シュラウドセグメント（２００）が、隣接する領域（２０５）において互いに対を成して重なり合い、各冷却シュラウドセグメント（２００）が、第１の軸方向縁部（２０２）に沿って、円周方向に隣接する冷却シュラウドセグメント（２００）との連動接続を形成する重なり合う要素（２３６）をさらに備える、請求項８に記載の環状燃焼器（１０００）。
【請求項１２】
前記冷却シュラウドセグメント（２００）の各々が、前記締結要素（１２４）と軸方向に位置合わせされて貫通した冷却孔（２３５）を画定し、前記冷却孔（２３５）が、冷却空気ジェットを前記それぞれの冷却シュラウドセグメント（２００）の半径方向外側から前記それぞれの冷却通路（１２２、１３２）内に導くように構成される、請求項８に記載の環状燃焼器（１０００）。
【請求項１３】
前記内側ライナシェル（１３３）の外側表面が、取り付けられた複数のブラケット（１４４）を備え、前記複数のブラケット（１４４）の各ブラケット（１４４）が、前記複数の締結要素（１２４）のそれぞれの締結要素（１２４）と係合するように構成される、請求項８に記載の環状燃焼器（１０００）。
【請求項１４】
前記冷却シュラウドセグメント（２００）が、前記環状燃焼器（１０００）の前記後方端部（２０８）における遷移ゾーン（１２５）の半径方向外側に配置される、請求項８に記載の環状燃焼器（１０００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃焼技術の分野に関し、より具体的には、発電ガスタービンの環状燃焼器に関する。具体的には、本開示は、環状燃焼器ライナの遷移ゾーン用の内側冷却シュラウドに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の産業用ガスタービンは、発電に使用することができるように、環状燃焼器または缶−環状燃焼器のアレイを用いて設計することができる。環状燃焼器を有するガスタービンの場合には、燃焼室は、側壁の間に円周方向に、かつ入口平面と排出平面との間に軸方向に画定される。そのようなガスタービンは、同一出願人による米国特許第８，４３４，３１３号明細書に記載されており、図１〜図４に示されている。図１および図２に詳細に示すガスタービン１０は、長手方向軸２７の周りを回転するロータ１２が収容されるタービンケーシング１１を有する。燃焼および冷却に使用される圧縮空気流２を生成する圧縮機１７は、ロータ１２の一端部に配置され、ロータ１２に装着されたブレードを含む。タービン１３は、圧縮機１７の下流に配置され、タービン１３はまた、ロータ１２に装着されているブレードを有する。圧縮機１７は空気を圧縮し、空気は圧縮空気流２としてタービンケーシング１１によって画定されたプレナム１４に流入する。プレナム１４には、環状燃焼器１００が長手方向軸２７の周りに同心円状に配置される。
【０００３】
燃焼器１００は、内側ライナシェル３３（軸２７の近位側）と、外側ライナシェル２３（軸２７の遠位側）とを含み、これらは燃焼器１００の側壁を形成し、互いに半径方向に離間して環状内部容積を画定する。燃焼器１００の上流（またはヘッド）端部では、前方プレート１９が内側ライナシェル３３と外側ライナシェル２３との間に跨って燃焼ゾーン１５（「ゾーン１」と呼ばれることもある）を画定する。前方プレート１９は、燃焼ゾーン１５の入口平面を画定する。バーナ１６のリングが燃焼器１００のヘッド端部で前方プレート１９に装着され、これは例えば、二重円錐バーナまたはＥＶバーナとして設計することができ、燃料−空気混合物を燃焼ゾーン１５内に噴射する。バーナ１６によって生成された燃焼ガス２６は、燃焼ゾーン１５から遷移ゾーン２５（「ゾーン２」と呼ばれることもある）を通って移動した後、燃焼器１００の後方端部から排出されてタービン１３内で仕事を行う。内側ライナシェル３３および外側ライナシェル２３は、燃焼ゾーン１５が一様な断面の環状領域となるように、かつ遷移ゾーン２５が後方端部および排出平面に向かい断面が減少する環状領域を画定するように成形される。
【０００４】
外側シェル２３および内側シェル３３は、後述するように、圧縮機１７からの空気２を使用して冷却される。冷却を促進するために、外側冷却シュラウド２１が外側シェル２３の半径方向外側（すなわち、軸２７の遠位側）に配置され、したがって外側シェル２３と外側冷却シュラウド２１との間に環状冷却通路２２を画定する。同様に、内側冷却シュラウド３１が内側シェル３３の半径方向外側（すなわち、軸２７に向かって）に配置され、内側シェル３３と内側冷却シュラウド３１との間に環状冷却通路３２を画定する。内側冷却シュラウド３１および外側冷却シュラウド２１は、（図２および図４に示すように）締結要素２４によってそれぞれの内側および外側ライナシェル３３、２３に接続される。内側冷却シュラウド３１および外側冷却シュラウド２１は、円周方向および／または軸方向に（例えば、燃焼ゾーン１５の半径方向外側に配置された上流冷却シュラウドと遷移ゾーン２５の半径方向外側に配置された下流冷却シュラウドとに）セグメント化することができる。
【０００５】
圧縮機１７からの空気２は、燃焼器１００の後方端部で冷却通路２２、３２に流入する。空気２は、燃焼器１００のライナシェル２３、３３に沿って、燃焼ゾーン１５および遷移ゾーン２５内の高温ガス流２６の方向とは反対の冷却空気流方向に流れ、それによって空気２はライナシェル２３、３３を対流冷却する。燃焼器１００の前方端部において、冷却通路２２、３２からの空気２は、空気プレナム５８を画定する燃焼器ドーム１８内に導かれ、そこから空気２はバーナ１６内に流れ、そこで燃料ライン４７からの燃料と混合する。燃焼器ドーム１８内に導かれる空気２の一部は、前方プレート冷却空気２０として前方プレート１９を通って流れる。前方プレート冷却空気２０は、燃焼ゾーン１５に直接流入する。
【０００６】
内側ライナシェル３３および外側ライナシェル２３は、シェル要素またはハーフシェルとして構成することができる。ハーフシェルを使用するとき、設置およびメンテナンスの理由から、分割平面２９（図３に示す）に沿ってハーフシェルを固着することが望ましく、これによりシェル２３、３３の上半分（例えば、図３の内側シェル３３の上半分３３ａ）を下半分（例えば、図３の内側シェル３３の下半分３３ｂ）から取り外すことが可能になる。分割平面２９は、それに対応して、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＧＴ１３Ｅ２ガスタービンの例では、機械軸２７のレベルに（すなわち、３時と９時の位置に）位置する２つの分割平面溶接シーム３０を有する。
【０００７】
図４は、分割平面２９および環状燃焼器１００の後方端部における内側ライナ半体３３ａ、３３ｂの一部を示す（すなわち、遷移ゾーン２５を画定する先細部分を形成している）。内側ライナ半体３３ａ、３３ｂの間の溶接シーム３０は、貫通して画定された複数の冷却孔（図示せず）を有する冷却トラフ４３で覆うことができる。
【０００８】
冷却シュラウド（単数または複数）３１を内側ライナ３３に固着する締結要素２４は、Ｃ字型ブラケット４４と、ボルト４５とを含む。ボルト４５は、Ｃ字型ブラケットの中央部分に溶接または他の方法で（任意選択で、ワッシャにより）固定され、ブラケット４４のそれぞれの端部は、内側ライナ半体３３ａ、３３ｂの外側表面に溶接または他の方法で固定される。締結要素２４は、内側ライナ半体３３ａ、３３ｂの前方端部から内側ライナ半体３３ａ、３３ｂの後方端部まで共通の平面または軸４９に沿って位置合わせされる。冷却シュラウド３１は、締結要素２４の上に配置され、ねじ付きナット４６（図２に示す）によって、任意選択でワッシャによりそこに固着される。
【０００９】
ガスタービン１０の内側および外側ライナシェル３３、２３は、運転中に熱的および機械的に大きな応力を受けることが知られている。シェル２３、３３の材料の強度特性は、温度に大きく依存する。材料温度を最大許容材料温度レベルより下に維持するために、シェル２３、３３は、上述のように対流冷却される。冷却シュラウド２１、３１の設計において克服すべき１つの課題は、ガスタービン１０の運転中に発生する熱膨張に適応することである。冷却シュラウド２１、３１の設計において克服すべき別の課題は、ガスタービン１０の運転中に発生することが予想され得るような、冷却シュラウド２１、３１の振動を低減することであり、振動は部品寿命に悪影響を及ぼし、燃焼器１００のメンテナンス間隔が短くなる可能性がある。
【発明の概要】
【００１０】
本開示の第１の態様によれば、ガスタービン用の環状燃焼器が提供される。環状燃焼器は、内部容積を画定する内側ライナシェルおよび外側ライナシェルを含む。環状燃焼器は、環状燃焼器の前方端部から環状燃焼器の後方端部へと内部容積を通るガス流方向に燃焼ガスを導くように構成される。冷却シュラウドは、内側ライナシェルの半径方向外側の距離に取り付けられ、内側ライナシェルと冷却シュラウドとの間に冷却通路を形成する。冷却通路は、冷却空気をガス流方向とは反対の空気流方向に導くように構成される。冷却シュラウドは、互いに円周方向に隣接する個々の冷却シュラウドセグメントを含み、それらから組み立てられ、冷却シュラウドセグメントと内側ライナシェルとの間の距離は、後方端部よりも前方端部の方が大きい。冷却シュラウドセグメントを内側ライナシェルに締結する複数の分散締結要素は、円周方向に互い違いの列で冷却シュラウドセグメントの軸方向長さにわたって分散している。複数の分散締結要素のうちの一組の最前部の締結要素の各締結要素は、各それぞれの冷却シュラウドセグメントの前方端部における湾曲部分に直接隣接して配置される。
【００１１】
本開示の別の態様によれば、ガスタービンが提供される。ガスタービンは、圧縮空気流を生成するように構成された圧縮機と、圧縮機に結合されたタービンと、圧縮機とタービンとの間に配置された環状燃焼器とを含む。環状燃焼器は、内部容積を画定する内側ライナシェルおよび外側ライナシェルを含む。環状燃焼器は、環状燃焼器の前方端部から環状燃焼器の後方端部へと内部容積を通るガス流方向に燃焼ガスを導くように構成される。冷却シュラウドは、内側ライナシェルの半径方向外側の距離に取り付けられ、内側ライナシェルと冷却シュラウドとの間に冷却通路を形成する。冷却通路は、冷却空気をガス流方向とは反対の空気流方向に導くように構成される。冷却シュラウドは、互いに円周方向に隣接する個々の冷却シュラウドセグメントを含み、それらから組み立てられ、冷却シュラウドセグメントと内側ライナシェルとの間の距離は、後方端部よりも前方端部の方が大きい。冷却シュラウドセグメントを内側ライナシェルに締結する複数の分散締結要素は、円周方向に互い違いの列で冷却シュラウドセグメントの軸方向長さにわたって分散している。複数の分散締結要素のうちの一組の最前部の締結要素の各締結要素は、各それぞれの冷却シュラウドセグメントの前方端部における湾曲部分に直接隣接して配置される。
【００１２】
本明細書は、当業者を対象として、本システムおよび方法の完全かつ可能な開示を、それを使用する最良の形態を含んで記載する。本明細書は、添付の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】先行技術による、冷却される環状燃焼器を有するガスタービンの長手方向断面図を概略的に示す図である。
【図２】それぞれの内側および外側ライナシェルに固定された冷却シュラウドを示す、図１の環状燃焼器の側面図である。
【図３】分割平面における内側シェルの２つのハーフシェルへの分割を示す、図１の環状燃焼器の内側ライナシェルの概略側面図である。
【図４】図３の内側ライナのハーフシェルの一部の拡大斜視図である。
【図５】本開示による、冷却される環状燃焼器を有するガスタービンの長手方向断面図を概略的に示す図である。
【図６】本開示による、内側冷却シュラウドセグメントの斜視図である。
【図７】本開示による、図５の内側ライナのハーフシェルの一部の拡大斜視図である。
【図８】図６の内側冷却シュラウドセグメントのアレイが設置される、図５の内側ライナシェルの一部の斜視図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った、内側ライナおよび冷却シュラウドセグメントの最前部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
現在の冷却シュラウドを明確に説明するために、本開示の範囲内の関連する機械構成要素を参照し説明するために特定の専門用語が使用される。可能な限り、一般的な業界専門用語が、用語の一般的な意味と一致する方法で使用されて用いられる。別途記載のない限り、そのような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。
【００１５】
加えて、以下に記載されるように、いくつかの記述的用語が本明細書で規則的に使用され得る。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」は、タービンエンジンを通る作動流体などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れとは反対の方向（すなわち、流体が流れてくる方向）を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、相対的な位置を指し、「前方」は、エンジンの前方（または圧縮機）端部に向かって位置した構成要素または表面を表すために使用され、「後方」は、エンジンの後方（またはタービン）端部に向かって位置した構成要素を表すために使用される。加えて、「先導する」および「後続する」という用語は、それぞれ、「前方」および「後方」という用語と同様の記述で使用され、および／または理解することができる。「先導する」は、例えば、流体が最初に流れるタービンブレードの表面を表すために使用され得、「後続する」は、流体が最終的に流れるタービンブレードの表面を表すために使用され得る。
【００１６】
多くの場合、異なる半径方向、軸方向および／または円周方向の位置にある部品を説明することが要求される。図１および図５に示すように、「Ａ」軸は、軸方向を表す。本明細書で使用する場合、「軸方向の」および／または「軸方向に」という用語は、タービンシステム（特に、ロータセクション）の回転軸または環状燃焼器の長手方向軸と実質的に平行な軸Ａに沿った物体の相対的な位置／方向を指す。さらに本明細書で使用する場合、「半径方向の」および／または「半径方向に」という用語は、軸Ａと実質的に垂直であり、ただ１つの場所において軸Ａと交差する軸「Ｒ」に沿った物体の相対的な位置または方向を指す。最後に、「円周方向の」という用語は、軸Ａの周りの（例えば、回転「Ｃ」における）移動または位置を指す。「円周方向の」という用語は、任意の適切な形状（例えば、多角形）の中心の周りに延びる寸法を指すことがあり、円形形状の中心の周りに延びる寸法に限定されない。
【００１７】
本開示の主題である冷却シュラウドは、それぞれのライナシェルの周りに冷却空気がそれぞれのライナシェルの外側に沿って送達される空気プレナムを画定する機能を提供する。冷却シュラウドは、円周方向の冷却シュラウドセグメントに形成され、これらは互いに接してシールされて空気プレナムからの漏れを防止する。内側ライナシェルに沿った冷却シュラウドセグメントは、内側ライナシェルが冷却シュラウドセグメントの視線を遮るので「ブラインド」方式で設置される。耐熱性であり、過渡運転状態中の軸方向および半径方向の移動に耐えることができることに加えて、冷却シュラウドセグメントは、運転中のそれらの固有振動を最小限に抑えるように設計および／または装着されるべきである。本開示の冷却シュラウドセグメントは、これらの必要性に対応する。
【００１８】
図５は、図１のガスタービン１０と同様のガスタービン１１０を示す。ガスタービン１１０は、長手方向軸１２７の周りを回転するロータ１１２が収容されるタービンケーシング１１１を含む。燃焼および冷却に使用される圧縮空気流１０２を生成する圧縮機１１７は、ロータ１１２の一端部に配置され、ロータ１１２に装着されたブレードを含む。タービン１１３は、圧縮機１１７の下流に配置され、タービン１１３はまた、ロータ１１２に装着されているブレードを有する。圧縮機１１７は空気を圧縮し、空気は圧縮空気流１０２としてタービンケーシング１１１によって画定されたプレナム１１４に流入する。プレナム１１４には、環状燃焼器１０００が長手方向軸１２７の周りに同心円状に配置される。
【００１９】
燃焼器１０００は、内側ライナシェル１３３（軸１２７の近位側）と、外側ライナシェル１２３（軸１２７の遠位側）とを含み、これらは燃焼器１０００の側壁を形成し、互いに半径方向に離間して環状内部容積（１１５、１２５）を画定する。燃焼器１０００の上流（またはヘッド）端部では、前方プレート１１９が内側ライナシェル１３３と外側ライナシェル１２３との間に跨って燃焼ゾーン１１５（「ゾーン１」と呼ばれることもある）を画定する。前方プレート１１９は、燃焼ゾーン１１５の入口平面を画定する。バーナ１１６のリングが燃焼器１０００のヘッド端部で前方プレート１１９に装着され、これは例えば、二重円錐バーナまたはＥＶバーナとして設計することができ、燃料−空気混合物を燃焼ゾーン１１５内に噴射する。バーナ１１６によって生成された燃焼ガス１２６は、燃焼ゾーン１１５から遷移ゾーン１２５（「ゾーン２」と呼ばれることもある）を通って移動した後、燃焼器１０００の後方端部から排出されてタービン１１３内で仕事を行う。内側ライナシェル１３３および外側ライナシェル１２３は、燃焼ゾーン１１５が一様な断面の環状領域となるように、かつ遷移ゾーン１２５が後方端部および排出平面に向かい断面が減少する環状領域を画定するように成形される。
【００２０】
外側シェル１２３および内側シェル１３３は、後述するように、圧縮機１１７からの空気を使用して冷却される。冷却を促進するために、外側冷却シュラウド１２１が外側シェル１２３の半径方向外側（すなわち、軸１２７の遠位側）に配置され、したがって外側シェル１２３と外側冷却シュラウド１２１との間に環状冷却通路１２２を画定する。図５に示すように、外側冷却シュラウド１２１は、前方外側冷却シュラウド１６１と後方外側冷却シュラウド１７１とに分割することができる。前方および後方外側冷却シュラウド１６１、１７１は、締結要素（図２に示されているが図５には示されていない）によって外側ライナシェル１２３に取り付けることができる。
【００２１】
同様に、内側冷却シュラウド１３１が内側シェル１３３の半径方向外側（すなわち、軸１２７に向かって）に配置され、内側シェル１３３と内側冷却シュラウド１３１との間に環状冷却通路１３２を画定する。内側冷却シュラウド１３１は、前方内側冷却シュラウド１８１と後方内側冷却シュラウド１９１とに分割することができる。後方内側冷却シュラウド１９１は、締結要素１２４（図７および図９にも示されている）によって内側ライナシェル１３３に取り付けることができる。
【００２２】
内側冷却シュラウド１３１および外側冷却シュラウド１２１は、円周方向ならびに軸方向にセグメント化することができる（軸方向セグメント化は、「前方」および「後方」として上述されている）。本明細書でさらに説明するように、後方内側冷却シュラウド１９１は、図６に示すように、内側冷却シュラウドセグメント２００に円周方向に分割することができる。
【００２３】
圧縮機１１７からの空気１０２は、燃焼器１０００の後方端部で冷却通路１２２、１３２に流入する。空気１０２は、燃焼器１０００のライナシェル１２３、１３３に沿って、燃焼ゾーン１１５および遷移ゾーン１２５内の高温ガス流１２６の方向とは反対の冷却空気流方向に流れ、それによって空気１０２はライナシェル１２３、１３３を対流冷却する。燃焼器１０００の前方端部において、冷却通路１２２、１３２からの空気１０２は、空気プレナム１５８を画定する燃焼器ドーム１１８内に導かれ、そこから空気１０２はバーナ１１６内に流れ、そこで燃料ライン１４７からの燃料と混合する。燃焼器ドーム１１８内に導かれる空気１０２の一部は、前方プレート冷却空気１２０として前方プレート１１９を通って流れる。前方プレート冷却空気１２０は、前方プレート１１９を冷却し、燃焼ゾーン１１５に直接流入する。
【００２４】
図６は、例示的な後方内側冷却シュラウドセグメント２００の半径方向外側表面を示す。各後方内側冷却シュラウドセグメント２００は、軸対称に構成され、遷移ゾーン１２５の長さに等しいかまたはほぼ等しいスパンにわたって軸方向に延びる。後方内側冷却シュラウドセグメント２００は、第１の軸方向縁部２０２と、第１の軸方向縁部と対向する第２の軸方向縁部２０４と、第１の軸方向縁部２０２と第２の軸方向縁部２０４とを前方端部で接続する前方端部部分２０６と、第１の軸方向縁部２０２と第２の軸方向縁部２０４とを後方端部で接続する後方端部部分２０８とを含む。前方端部部分２０６は、内側冷却シュラウドセグメント２００の本体２０１の大部分を画定する平面から半径方向外側に湾曲する湾曲セクション２０７（図９に示す）を画定する。後方端部部分２０８はまた、内側ライナシェル１３３と冷却シュラウド１３１（以下に記載されるように、複数の連動した冷却シュラウドセグメント２００から形成される）との間の環状部１３２内への圧縮空気１０２の流れを促進するために、ベルマウス形状に湾曲部分を画定する。
【００２５】
後方内側冷却シュラウドセグメント２００は、それらの軸方向縁部２０２、２０４に沿って重なり合うように互いに隣接する。第１の軸方向縁部２０２に沿って、重なり合う要素２３６は、後方内側冷却シュラウドセグメント２００の本体２０１上に溶接される。重なり合う要素２３６は、縁部２０４に近接する重なり領域２０５において円周方向に隣接する冷却シュラウドセグメント２００の第２の軸方向縁部２０４と重なり合い、したがって隣接する冷却シュラウドセグメント２００の間に形状嵌合をもたらす。
【００２６】
冷却シュラウドセグメント２００の本体２０１は、前方端部部分２０６と後方端部部分２０８との間に分散される第１の列の締結孔２４０を画定する。図６に示すように、締結孔２４０−１は、前方端部部分２０６に最も近く、本明細書では「最前部の」締結孔と呼ばれ、これは冷却シュラウド２３１の円周の周りに分散された列の最前部の締結孔の一部である。第２の列の締結孔２４２は、第１の列の締結孔２４０から円周方向にずれており、その孔２４０は、最前部の締結孔２４０−１と最後部の締結孔２４０との間に軸方向に分散している。図示の例示的な実施形態では、第１の列の締結孔２４０は、３つの締結孔を含み、第２の列の締結孔２４２は、２つの締結孔を含む。異なる数（それぞれ３つおよび２つ以外）の締結孔２４０、２４２を、１つまたは両方の列で使用することができる。
【００２７】
締結孔２４０、２４２の１つまたは複数と軸方向に位置合わせされることで、締結孔２４０、２４２の続く領域では、冷却孔２３５を冷却シュラウドセグメント２００に設け、空気１０２が冷却シュラウドセグメント２００を通って流れて内側ライナシェル１３３に衝突することを可能にすることができる。空気１０２の質量流は、冷却シュラウドセグメント２００のそれぞれの後方端部２０８のベルマウス湾曲部分の周りを通過することによって、内側冷却シュラウド１３１の冷却シュラウドセグメント２００と内側ライナシェル１３３との間の環状部１３２に入る。冷却孔２３５を流れる空気の速度が空気１０２の流入質量流と比較して相対的に高いので、孔２３５を通る衝突空気の熱伝達率は増加し、内側ライナシェル１３３の壁温度は低下される。
【００２８】
図７は、それぞれの内側ライナ半体１３３ａ、１３３ｂの間の分割平面１２９および環状燃焼器１０００の後方端部における内側ライナ１３３の一部を示す（すなわち、遷移ゾーン１２５を画定する先細部分を形成している）。内側ライナ半体１３３ａ、１３３ｂの間の溶接シーム（図示せず）は、貫通して画定された複数の冷却孔（図示せず）を有する冷却トラフ１４３で覆うことができる。
【００２９】
冷却シュラウドセグメント２００は、（図７に示すように）内側ライナシェル１３３の外側表面から突出して分散して配置されている締結要素１２４によって関連する内側ライナシェル１３３に締結される。対応する冷却シュラウドセグメント２００によって覆われるライナシェル１３３のエリアでは、一部の締結要素１２４は、内側ライナシェル１３３の前方端部から内側ライナシェル１３３の後方端部まで共通の平面１４９に沿って第１の列に位置合わせされる。第２の列の締結要素１２４は、第１の列の締結要素１２４から円周方向にずれており、その締結要素１２４は、第１列の最前部の締結要素１２４−１と最後部の締結要素１２４との間の第２の共通の平面１５９に沿って軸方向に分散している。
【００３０】
締結要素１２４は、Ｃ字型ブラケット１４４と、ボルト１４５とを含む。ボルト１４５は、Ｃ字型ブラケット１４４の中央部分に溶接または他の方法で（任意選択で、ワッシャにより）固定され、ブラケット１４４のそれぞれの端部は、内側ライナシェル１３３の外側表面に溶接または他の方法で固定される。冷却シュラウドセグメント２００は、ボルト１４５が締結孔２４０、２４２を通って延びるように締結要素１２４の上に配置され、ボルト１４５は、ねじ付きナット１４６（図８および図９に示す）によって、任意選択でワッシャにより固着される。締結孔２４０、２４２は、ボルト１４５と締結孔２４０、２４２との位置合わせを容易にし、ガスタービンの運転中の熱膨張に適応するように楕円またはスロット形状を設けることができる。
【００３１】
図８は、内側冷却シュラウドセグメント２００のアレイが設置される、内側ライナシェル１３３の後方部分１９１の一部の斜視図である。図９は、図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った、内側ライナシェル１３３および冷却シュラウドセグメント２００の一部を示す。
【００３２】
冷却シュラウドセグメント２００は、ナット１４６で固着された締結要素１２４の互い違いの列を介して内側ライナシェル１３３に装着され、これは図８に見ることができる。冷却シュラウドセグメント２００は、上述したように、各セグメント２００の重なり合う要素２３６が円周方向に隣接するセグメント２００と重なり合う状態で互いに連動する。冷却トラフ１４３は、分割平面１２９（図示せず）を覆う。内側ライナシェル１３３は、図９に示すように、ゾーン２の内側支持リング２８０に接続される。内側支持リング２８０は、図５に示すように、内側ライナシェル１３３の後方部分１９１を内側ライナシェル１３３の前方部分１８１に取り付けるための貫通した複数のボア孔２８２を画定する。
【００３３】
ここで図９を参照すると、内側ライナシェル１３３は、内側冷却シュラウドセグメント２００の半径方向内側に配置される。内側ライナシェル１３３は、ゾーン１の内側セグメントキャリア２９０に接続され、ゾーン２の内側支持リング２８０によって、ボア孔２８２を通してボルト（図示せず）を介して適所に固着される。内側冷却シュラウドセグメント２００は、その端部がゾーン１のカバーリング２９５からギャップ２９６だけ軸方向に離間している湾曲前方セクション２０７を含む。ギャップ２９６は、熱膨張を可能にし、内側冷却シュラウドセグメント２００がガスタービン１１０の運転中に熱変形するのを防止する。
【００３４】
内側冷却シュラウドセグメント２００の後方端部において、冷却シュラウドセグメント２００と内側ライナシェル１３３との間の環状部１３２は、第１の距離２６０を画定する。最前部の締結要素１２４−１に近接した内側冷却シュラウドセグメント２００の前方端部において、冷却シュラウドセグメント２００と内側ライナシェル１３３との間の環状部１３２は、第１の距離２６０よりも大きい第２の距離２６５を画定する。
【００３５】
締結要素１２４−１は、内側ライナシェル１３３の外側表面に装着されたブラケット１４４と、ブラケット１４４および内側冷却シュラウドセグメント２００を通して配置されたボルト１４５とを含む。ボルト１４５は、ナット１４６によって、任意選択でワッシャにより固着される。最前部の締結要素１２４−１である締結要素１２４は、冷却シュラウドセグメント２００の振動を低減するために湾曲セクション２０７への入口に配置される。
【００３６】
内側冷却シュラウドセグメントを有する環状燃焼器およびその使用方法の例示的な実施形態について、詳細に上述した。本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載の具体的な実施形態に限定されるものではなく、むしろ、方法およびシステムの構成要素は、本明細書に記載の他の構成要素から独立してかつ別々に利用することが可能である。例えば、本明細書に記載の方法およびシステムは、本明細書に記載のタービンアセンブリにおける実施に限定されない他の用途を有することができる。むしろ、本明細書に記載の方法およびシステムは、様々な他の産業に関連して実施および利用することが可能である。
【００３７】
技術的進歩を様々な具体的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、技術的進歩を特許請求の範囲の精神および範囲内において修正を加えて実施することができることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００３８】
１  ゾーン
２  圧縮空気流、ゾーン、空気
１０  ガスタービン
１１  タービンケーシング
１２  ロータ
１３  タービン
１４  プレナム
１５  燃焼ゾーン
１６  バーナ
１７  圧縮機
１８  燃焼器ドーム
１９  前方プレート
２０  前方プレート冷却空気
２１  外側冷却シュラウド
２２  環状冷却通路
２３  外側ライナシェル
２４  締結要素
２５  遷移ゾーン
２６  燃焼ガス、高温ガス流
２７  長手方向軸、機械軸
２９  分割平面
３０  溶接シーム
３１  内側冷却シュラウド
３２  環状冷却通路
３３  内側ライナシェル
３３ａ  内側ライナ半体、内側シェルの上半分
３３ｂ  内側ライナ半体、内側シェルの下半分
４３  冷却トラフ
４４  Ｃ字型ブラケット
４５  ボルト
４６  ねじ付きナット
４７  燃料ライン
４９  共通の平面または軸
５８  空気プレナム
１００  環状燃焼器
１０２  圧縮空気流
１１０  ガスタービン
１１１  タービンケーシング
１１２  ロータ
１１３  タービン
１１４  プレナム
１１５  燃焼ゾーン、内部容積
１１６  バーナ
１１７  圧縮機
１１８  燃焼器ドーム
１１９  前方プレート
１２０  前方プレート冷却空気
１２１  外側冷却シュラウド
１２２  環状冷却通路
１２３  外側ライナシェル
１２４  締結要素
１２４−１  最前部の締結要素
１２５  遷移ゾーン、内部容積
１２６  燃焼ガス、高温ガス流
１２７  長手方向軸
１２９  分割平面
１３１  内側冷却シュラウド
１３２  環状冷却通路、環状部
１３３  内側ライナシェル
１３３ａ  内側ライナ半体
１３３ｂ  内側ライナ半体
１４３  冷却トラフ
１４４  Ｃ字型ブラケット
１４５  ボルト
１４６  ねじ付きナット
１４７  燃料ライン
１４９  共通の平面
１５８  空気プレナム
１５９  第２の共通の平面
１６１  前方外側冷却シュラウド
１７１  後方外側冷却シュラウド
１８１  前方内側冷却シュラウド
１９１  後方内側冷却シュラウド
２００  後方内側冷却シュラウドセグメント
２０１  後方内側冷却シュラウドセグメントの本体
２０２  第１の軸方向縁部
２０４  第２の軸方向縁部
２０５  重なり領域
２０６  前方端部部分
２０７  湾曲セクション、湾曲前方セクション
２０８  後方端部部分、後方端部
２３１  冷却シュラウド
２３５  冷却孔
２３６  重なり合う要素
２４０  第１の列の締結孔
２４０−１  最前部の締結孔
２４２  第２の列の締結孔
２６０  第１の距離
２６５  第２の距離
２８０  ゾーン２の内側支持リング
２８２  ボア孔
２９０  ゾーン１の内側セグメントキャリア
２９５  ゾーン１のカバーリング
２９６  ギャップ
１０００  環状燃焼器
Ａ  軸
Ｃ  回転
Ｒ  軸
【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】
2019158331.tif 000009
【図８】
2019158331.tif 000010
【図９】
2019158331.tif 000011
【外国語明細書】
2019158331000001.pdf