(57)【要約】      （修正有）【課題】隣接するつなぎピース間の高温ガスの温度を下げ，熱応力を低減することにより，つなぎピースおよび関連の構成要素の寿命および耐久性を改善する。【解決手段】ガスタービンのつなぎピース７２用の後部フレームアセンブリ９２が，上流側を向いた面１１０と下流側を向いた面１１２と，半径方向外側を向いた面１１４と，半径方向内側を向いた面１１５とを備える本体１００を有する。複数の供給孔入口が，上流側を向いた面に配置される。供給孔入口の各々は，本体を半径方向内側を向いた面に向かって通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが，半径方向内側を向いた面の近傍に形成され，下流側を向いた面に少なくとも部分的に沿って延びる。冷却チャネルは，マイクロチャネルに接続され，マイクロチャネルを終端とする。予め焼結させたプリフォームが，本体の半径方向内側を向いた面に配置される。【選択図】図３
2019105437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのつなぎピース（７２）のための後部フレームアセンブリ（９２）であって、
上流側を向いた面（１１０）と、下流側を向いた面（１１２）と、半径方向外側を向いた面（１１４）と、半径方向内側を向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側を向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記本体（１００）を前記半径方向内側を向いた面（１１５）に向かって通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側を向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側を向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延びている複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）は、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側を向いた面（１１５）に位置する予め焼結させたプリフォーム（１２６）と
を備える後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項２】
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記本体（１００）に形成されている、請求項１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項３】
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿って実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、請求項２に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項４】
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、請求項３に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項５】
遮熱コーティング（１２８）が、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）上に形成されている、請求項４に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項６】
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、請求項５に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項７】
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）に形成されている、請求項１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項８】
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿い、かつ前記半径方向内側を向いた面（１１５）に隣接して、実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、請求項７に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項９】
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、請求項８に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項１０】
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、請求項９に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
【請求項１１】
後部フレームアセンブリ（９２）を有するつなぎピースアセンブリであって、
前記後部フレームアセンブリ（９２）は、
上流側を向いた面（１１０）と、下流側を向いた面（１１２）と、半径方向外側を向いた面（１１４）と、半径方向内側を向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側を向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記本体（１００）を前記半径方向内側を向いた面（１１５）に向かって通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側を向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側を向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延びている複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）は、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側を向いた面（１１５）に位置する予め焼結させたプリフォーム（１２６）と
を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記本体（１００）または前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）に形成されている、つなぎピースアセンブリ（９６）。
【請求項１２】
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿い、あるいは前記半径方向内側を向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、請求項１１に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
【請求項１３】
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、請求項１２に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
【請求項１４】
遮熱コーティング（１２８）が、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）上に形成されている、請求項１３に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
【請求項１５】
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、請求項１４に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の装置は、広くには、後部フレームアセンブリに関し、より詳細には、ガスタービンのつなぎピースのための後部フレームアセンブリであって、マイクロチャネル冷却スロットを含む後部フレームアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、発電などの分野において広く利用されている。例えば、従来からのガスタービンシステムは、圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。従来からのガスタービンシステムにおいては、圧縮された空気が、圧縮機から燃焼器へと供給される。燃焼器に進入する空気は、燃料と混合されて燃やされる。高温の燃焼ガスが、燃焼器からタービンへと流れ、ガスタービンシステムを駆動して出力を生み出す。
【０００３】
典型的な構成においては、環状に並べられた燃焼器が、複数のつなぎピースによってタービンの第１段に接続される。各々のつなぎピースは、一端においてそれぞれの燃焼器ライナに一致し、他端においてタービンの入口に一致するように形成されている。したがって、他端（または、下流側の端部）において、つなぎピースは、つなぎピースをタービンに固定する後部フレームを有する。インピンジメントスリーブが、つなぎダクトを取り囲むことができ、圧縮機から吐出された作動流体を案内してつなぎピースに接触させるために使用されてよい。この作動流体は、最終的に、燃焼器において燃料と混ざり合う。
【０００４】
現時点において、つなぎピースと周囲のインピンジメントスリーブとの間の流路に進入する作動流体の一部は、後部フレームの穴を通して取り出される。後部フレームを冷却するために使用されるこの作動流体は、燃焼器からの高温ガスへと、高温ガスのタービンへの進入の直前に放出される。この現在の冷却方法における問題点は、この作動流体が、後部フレームのうちの冷却を必要とする領域に、必ずしも到達しないことである。これまでのところ、後部フレームの下流側の面および下流側の角部は、これらの領域を冷却することが困難であるため、冷却が不充分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１０５４０５号パンフレット
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様においては、ガスタービンのつなぎピース用の後部フレームアセンブリが、上流側を向いた面と、下流側を向いた面と、半径方向外側を向いた面と、半径方向内側を向いた面とを備える本体を有する。複数の供給孔入口が、上流側を向いた面に位置する。供給孔入口の各々は、本体を半径方向内側を向いた面に向かって通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが、半径方向内側を向いた面の近傍に形成され、下流側を向いた面に少なくとも部分的に沿って延びる。冷却チャネルは、マイクロチャネルに接続され、マイクロチャネルを終端とする。予め焼結させたプリフォームが、本体の半径方向内側を向いた面に配置される。
【０００７】
本発明の別の態様においては、後部フレームアセンブリを有するつなぎピースアセンブリが提供される。後部フレームアセンブリは、上流側を向いた面と、下流側を向いた面と、半径方向外側を向いた面と、半径方向内側を向いた面とを有する本体を備える。複数の供給孔入口が、上流側を向いた面に位置する。供給孔入口の各々は、本体を半径方向内側を向いた面に向かって通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが、半径方向内側を向いた面の近傍に形成され、下流側を向いた面に少なくとも部分的に沿って延びる。冷却チャネルは、マイクロチャネルに接続され、マイクロチャネルを終端とする。予め焼結させたプリフォームが、本体の半径方向内側を向いた面に配置される。複数のマイクロチャネルは、本体または予め焼結させたプリフォームに形成される。
【０００８】
本発明のさらに別の態様において、ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機の下流に配置された燃焼部分とを含む。燃焼部分は、圧縮機に連通している。タービンが、燃焼部分の下流に配置される。燃焼部分は、上流側を向いた面と、下流側を向いた面と、半径方向外側を向いた面と、半径方向内側を向いた面とを備える本体を有する後部フレームアセンブリを含む。複数の供給孔入口が、上流側を向いた面に位置し、供給孔入口の各々は、本体を半径方向内側を向いた面に向かって通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが、半径方向内側を向いた面の近傍に形成され、下流側を向いた面に少なくとも部分的に沿って延びる。冷却チャネルは、マイクロチャネルに接続され、マイクロチャネルを終端とする。予め焼結させたプリフォームが、本体の半径方向内側を向いた面に配置される。複数のマイクロチャネルは、本体または予め焼結させたプリフォームに形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】典型的なガスタービンの機能ブロック図である。
【図２】本開示の様々な態様を包含し得る燃焼器を含むガスタービンの一部分の側面断面図を示している。
【図３】本開示の一態様による図２に示した燃焼器の後部フレームの斜視図を示している。
【図４】本開示の一態様による後部フレームアセンブリの上流側を向いた面の概略図を示している。
【図５】本開示の一態様による後部フレームの一部分の斜視断面図を示している。
【図６】本開示の一態様による後部フレーム９２の一部分の概略の断面図を示している。
【図７】本開示の一態様による後部フレームの一部分の斜視断面図を示している。
【図８】本開示の一態様による後部フレームの角部の一部分を拡大した斜視断面図を示している。
【図９】本開示の一態様による後部フレームの角部の一部分の斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で、本発明の１つ以上の具体的な態様／実施形態を説明する。これらの態様／実施形態についての簡潔な説明を提供しようとする努力において、必ずしも本明細書において実際の実施例のすべての特徴は説明されないかもしれない。そのようなあらゆる実際の実施例の開発においては、あらゆる工学または設計プロジェクトと同様に、実施例ごとに様々でありうる機械関連、システム関連、および事業関連の制約の順守などの開発者の具体的な目標を達成するために、実施例ごとに特有の多数の決定を行わなければならないことを、理解すべきである。さらに、このような開発作業は、複雑で時間がかかるかもしれないが、それにもかかわらず、本開示の恩恵を被る当業者にとって、設計、製作、および製造の日常的な仕事であると考えられることを、理解すべきである。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の構成要素を紹介するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、その構成要素が１つ以上存在することを意味するように意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であって、列挙された要素以外のさらなる要素が存在してもよいことを意味するように意図される。動作パラメータおよび／または環境条件のいかなる例も、開示される実施形態の他のパラメータ／条件を排除するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」、「一態様」、または「実施形態」、あるいは「態様」への言及が、そこで述べられている特徴をやはり備えるさらなる実施形態または態様の存在を排除するものとして解釈されるようには意図されていないことを、理解すべきである。
【００１２】
本明細書において使用されるとき、「上流」および「下流」という用語は、流体の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」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。「半径方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、「軸方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行かつ半径方向に垂直な相対方向を指す。
【００１３】
ここで図面を参照すると、同一の番号は、すべての図を通して同じ構成要素を指し示しており、図１が、本開示の種々の実施形態を取り入れることができる典型的なガスタービン１０の機能ブロック図を示している。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、一連のフィルタ、冷却コイル、水分分離器、および／またはガスタービン１０に進入する作動流体（例えば、空気）１４を浄化し、さらには他のやり方で調整するための他の装置を含むことができる入口部分１２を含む。作動流体１４は、圧縮機部分へと流れ、圧縮機部分において、圧縮機１６が作動流体１４に運動エネルギを徐々に与えることで、圧縮された作動流体１８が生み出される。
【００１４】
圧縮された作動流体１８は、燃料スキッドなどの燃料源２２からの燃料２０と混合されて、ガスタービン１０の燃焼部分２６の１つ以上の燃焼器２４において可燃混合物を形成する。可燃混合物は燃焼し、高温、高圧、および高速の燃焼ガス２８を発生させる。燃焼ガス２８は、タービン部分のタービン３０を通って流れ、仕事を生み出す。例えば、タービン３０の回転によって圧縮機１６を駆動して圧縮された作動流体１８を生成するために、タービン３０をシャフト３２に接続することができる。
【００１５】
これに代え、あるいはこれに加えて、シャフト３２は、タービン３０を発電用の発電機３４に接続することができる。タービン３０からの排気ガス３６は、タービン３０をタービン３０の下流の排気スタック４０に接続する排気部分３８を通って流れる。排気部分３８は、例えば、環境への放出に先立つ排気ガス３６の浄化および排気ガス３６からのさらなる熱の抽出のための熱回収蒸気発生器（図示せず）を含んでもよい。
【００１６】
図２は、本発明の種々の実施形態に組み込むことができる典型的な燃焼器２４を含むガスタービン１０の一部分の側面断面図を示している。図２に示されるように、燃焼部分２６は、圧縮機１６の下流に配置された圧縮機吐出ケーシングなどの外側ケーシング５０を含む。外側ケーシング５０は、燃焼器２４を少なくとも部分的に取り囲む。外側ケーシング５０は、燃焼器２４を少なくとも部分的に取り囲む高圧プレナム５２を少なくとも部分的に定める。高圧プレナム５２は、ガスタービン１０の動作時に圧縮機１６から圧縮された作動流体１８を受け取るように圧縮機１６に連通している。
【００１７】
端部カバー５４を、外側ケーシング５０に接続することができる。特定の燃焼器の設計において、端部カバー５４は、燃料源２２と連通している。端部カバー５４および／または燃料源２２に連通した燃料ノズル５６が、端部カバー５４から下流へと延びている。燃料ノズル５６は、外側ケーシング５０内に配置された環状のキャップアセンブリ５８を通っておおむね軸方向に延びている。燃焼ライナまたはつなぎダクトなどの環状ライナ６０が、燃料ノズル５６の出口端６４の下流の燃焼器２４内の燃焼室６２を少なくとも部分的に定めている。フロースリーブ６６が、ライナ６０の少なくとも一部分を周状に囲むことができる。フロースリーブ６６は、間に流路６８を定めるように、ライナ６０から半径方向に離れて位置している。流路６８は、燃焼器２４の先端部７０を介して燃焼室６２に連通している。先端部７０は、端部カバー５４および／または外側ケーシング５０によって少なくとも部分的に定められてよい。
【００１８】
つなぎダクト（または、つなぎピース）７２が、燃焼室６２から下流へと延びている。つなぎダクト７２は、下流端７６から軸方向に離れて位置する上流端７４を含む。特定の構成において、上流端７４は、環状ライナ６０の下流部分７８を取り囲んでいる。つなぎダクト７２の下流端７６は、タービン３０の入口８０に隣接して終わる。環状ライナ６０および／またはつなぎダクト７２は、燃焼室６２からの燃焼ガス２８を高圧プレナム５２を通ってタービン３０へと送るための高温ガス経路８２を少なくとも部分的に定めている。
【００１９】
インピンジメントスリーブまたはフロースリーブなどの外側スリーブ８４が、つなぎダクト７２の周囲を周状に延びている。外側スリーブ８４は、間に冷却環８６を定めるようにつなぎダクト７２から半径方向に離れて位置している。外側スリーブ８４は、高圧プレナム５２と冷却環８６との間の連通をもたらす複数の冷却孔８８または通路を含むことができる。一実施形態において、冷却環８６は、燃焼室６２に連通している。
【００２０】
後期希薄燃料インジェクタとしても一般的に知られる１つ以上の燃料インジェクタ９０が、燃焼室６２の下流の高温ガス経路８２へと燃料の噴射をもたらすために、外側スリーブ８４、冷却環８６、およびつなぎダクト７２を貫いて延びることができる。燃料インジェクタ９０は、燃焼室６２の下流の高温ガス経路８２へと燃料の噴射をもたらすために、フロースリーブ６６、流路６８、およびライナ６０を貫いて延びることができる。クロスファイア管、点火器、圧力プローブ、および火炎検出器などの他の貫通物が、流れ環８６内で鈍頭物体として働き、流れに対して後流などの擾乱を引き起こす可能性がある。
【００２１】
後部フレームアセンブリ（または、後部フレーム）９２が、つなぎダクト７２の下流端７６またはその近傍に配置される。後部フレーム９２は、つなぎダクト７２の下流端７６と一体である。前縁９４などの外側スリーブ８４の一部分を、冷却環８６を少なくとも部分的に定めるように、後部フレーム９２に一体化または接続することができる。後部フレーム９２およびつなぎダクト７２を、単一の部品として製造することができる。代案においては、後部フレーム９２を、溶接、ろう付け、または他の適切なプロセスによってつなぎダクト７２に接続することができる。一実施形態において、つなぎダクト７２、外側スリーブ８４、冷却環８６、および後部フレーム９２は、つなぎピースアセンブリ９６として提供される。後部フレーム９２は、一般に、燃焼器の動作の最中のつなぎダクト７２の下流端７６の変形を低減および／または防止するための構造的支持を提供する。後部フレーム９２は、つなぎダクト７２を外側ケーシング５０内に取り付けるための手段を提供することができる。
【００２２】
図３に示されるように、後部フレーム９２は、本体１００を備える。本体１００は、外側（または、上部）レール１０２と、内側（または、下部）レール１０４と、対向する第２の横レール１０８から円周方向に離れて位置する第１の横レール１０６とを含む。横レールは、後部フレームの側方に配置され、外側レールは、後部フレームの上部に配置され、内側レールは、後部フレームの下部に配置される。上部レール１０２は、下部レール１０４の半径方向外側に位置する。本体１００は、下流側を向いた面１１２から離れて（かつ、反対向きに）位置する上流側を向いた面１１０（図３では見て取ることができない）と、少なくとも部分的に上流側を向いた面１１０と下流側を向いた面１１２との間において本体１００の外周を巡って延びる半径方向外側を向いた面１１４と、少なくとも部分的に上流側を向いた面１１０と下流側を向いた面１１２との間において本体１００の内周を巡って延びる半径方向内側を向いた面１１５とをさらに含む。さらに、後部フレーム９２は、つなぎピース７２および／またはつなぎピースアセンブリ９６（図２）をガスタービン１０内に取り付けるための取り付け用造作１１６を含むことができる。
【００２３】
後部フレームの横レールは、内側および外側レールが高温ガス経路に一致する「缶」型の燃焼器から「環状」の高温ガス経路への移行ゆえに、独特の冷却の必要性を有する。しかしながら、後部フレームの横レールは、高温ガス経路内に対応する部分を有さず、したがって、内側レールおよび外側レールよりも直接的に高温ガスに曝される。
【００２４】
図４が、後部フレーム９２の上流側を向いた面１１０の概略図を示している。上流側を向いた面１１０に、複数の供給孔入口１２０が位置している。供給孔入口１２０の各々は、本体１００を半径方向内側を向いた面１１５へと向かう方向に通過する冷却チャネル１２２（図４には示されていない）に結合する。例えば、１つの供給孔入口１２０が、それぞれの冷却チャネル１２２の始まりとして機能するので、複数の供給孔入口１２０は、等しい数の冷却チャネル１２２に対応する。供給孔入口１２０へと入力される空気の供給源は、別に冷却環８６とも称されるつなぎダクト／ピース７２と外側スリーブ８４との間から引き出される衝突後の冷却空気である。供給孔入口および冷却チャネルの具体的な位置または構成を、後部フレームの温度勾配が最小化または低減されるように、個々の用途に合わせて調整することができる。後部フレーム９２の半径方向内側を向いた面１１５は、典型的には半径方向外側を向いた面１１４よりも高温であるため、供給孔入口１２０およびそれぞれの冷却チャネル１２２を、半径方向内側を向いた面１１５のより近くに位置させることができ、あるいは半径方向内側を向いた面１１５に近接させて配置することができる。「半径方向内側」および「半径方向外側」という表現は、後部フレーム９２に関する中心点である中心の原点１１１に対して使用される。
【００２５】
図５が、本開示の一態様による後部フレーム９２の一部分の斜視断面図を示している。供給孔入口１２０は、上流側を向いた面１１０に配置され、各々の供給孔入口１２０は、冷却チャネル１２２に接続されている。冷却チャネル１２２は、後部フレームの本体１００を通り、半径方向内側を向いた面１１５に向かって延びている。冷却チャネル１２２は、本体を直線的または軸方向に通過でき、あるいは中心の原点１１１を通る軸線に対して斜めであってもよい。用語「軸方向」は、後部フレームに関連し、通常は燃焼ガスの流れの方向にある。用語「半径方向」は、軸方向に対して直角な任意の方向である。本構成の利点は、冷却チャネル１２２が比較的短くてよく、したがって冷却空気を後部フレームの半径方向内側を向いた面の領域に迅速に到達させて、必要な場所に冷却をもたらすことができることである。冷却チャネル１２２は、マイクロチャネル１２４に接続され、マイクロチャネル１２４にて終わる（あるいは、マイクロチャネル１２４へと排出する）。１つの冷却チャネル１２２を、１つのマイクロチャネル１２４へと接続することができる。この構成は、マイクロチャネルの詰まりの悪影響を最小化または低減するがゆえ、好都合である。１つの冷却チャネルまたはマイクロチャネルが詰まった（または、他のかたちで塞がれた）場合に、他の冷却チャネルおよびマイクロチャネルは、冷却空気の流れを後部フレームへともたらし続ける。
【００２６】
各々のマイクロチャネル１２４は、半径方向内側を向いた面１１５またはその近傍に形成され、少なくとも部分的に下流側を向いた面１１２に沿って延びる。マイクロチャネル冷却スロットは、約０．２ミリメートル（ｍｍ）から約３ｍｍまでの範囲、または０．５ｍｍから１ｍｍまでの範囲、あるいはこれらの間の任意の部分的範囲の深さを有することができる。さらに、マイクロチャネル１２４は、約０．２ｍｍから約３ｍｍまでの範囲、または０．５ｍｍから１ｍｍまでの範囲、あるいはこれらの間の任意の部分的範囲の幅を有することができる。各々のマイクロチャネル１２４の長さは、冷却チャネル１２２の出口から後部フレームの下流側を向いた面または半径方向外側を向いた面１１４におけるマイクロチャネルの出口までの距離に基づいて様々であろう。例えば、マイクロチャネル１２４は、出口孔１２５を出口とすることができ、出口孔１２５は、（図示のように）下流側を向いた面１１２に位置することができ、さらには／あるいは半径方向外側を向いた面１１４に位置することができる。後部フレーム９２は、典型的には、第１段のノズル１３０のすぐ上流に配置される。摩耗片１３２およびシール１３４を、ノズル１３０と後部フレーム９２との間に介在させることができる。
【００２７】
マイクロチャネル冷却スロット１２４を、予め焼結させたプリフォーム１２６によって覆うことができる。予め焼結させたプリフォーム１２６のベース合金は、予め焼結させたプリフォーム１２６と本体１００との間の共通の物理的特性を促進するために、本体１００と同様の組成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において、ベース合金および本体は、共通の組成を共有する（すなわち、同じ種類の材料である）。いくつかの実施形態において、ベース合金は、ニッケル系超合金またはコバルト系超合金を含むことができる。いくつかの実施形態において、ベース合金の特性は、本体１００との化学的および冶金的適合性を含む。出口孔１２５も、予め焼結させたプリフォーム１２６を通過すると考えられる。遮熱コーティング１２８を、予め焼結させたプリフォーム上に形成してもよく、いくつかの用途においては、遮熱コーティング１２８の存在が、好ましい実施形態である。遮熱コーティング（ＴＢＣ）は、下方に位置する構成要素の基材の温度を下げることにより、構成要素の耐用年数を延長する。セラミック材料、とくにはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が、その高温性能、低い熱伝導率、ならびにプラズマ溶射、フレーム溶射、および物理蒸着（ＰＶＤ）技術による成膜が比較的容易であることにより、ＴＢＣ材料として広く使用されている。
【００２８】
図６が、本開示の一態様による後部フレーム９２の一部分の概略の断面図を示している。マイクロチャネル１２４を、予め焼結させたプリフォーム１２６内に形成してもよい。供給孔入口１２０は、冷却チャネル１２２への入力として機能し、冷却チャネル１２２は、予め焼結させたプリフォーム１２６内に位置するマイクロチャネル１２４へと本体１００を通過する。この構成は、ニアネットシェイプまたは金属印刷（例えば、付加製造）の手法を使用することによって、予め焼結させたプリフォーム１２６の層内にマイクロチャネルをより容易に形成できるため、後部フレームの製造を簡単にすることができる。マイクロチャネルを、（図５に示されるように）本体１００に形成でき、あるいは（図６に示されるように）本体１００に隣接する予め焼結させたプリフォーム１２６に形成することができる。さらに、マイクロチャネル冷却スロット１２４を、後部フレームの所望の冷却度を得るために、直線状、湾曲状、または蛇行状に構成することができる。
【００２９】
図７が、本開示の一態様による後部フレーム９２の一部分の斜視断面図を示している。マイクロチャネルは、半径方向内側を向いた面１１５に沿って延び、次いで角部１３６を回り、下流側を向いた面１１２まで続いている。角部１３６は、後部フレーム９２のより高温の領域のうちの１つである傾向があり、したがってマイクロチャネル１２４によってもたらされる近接した流路による冷却は、きわめて有効なはずである。マイクロチャネル１２４は、下流側を向いた面１１２に出口を有することができ（図７には示されていない）、さらには／あるいは（図示のように）半径方向外側を向いた面１１４に出口を有することができる。マイクロチャネルの具体的な位置は、後部フレームの冷却の必要性および熱勾配の低減の目的に基づいて選択される。マイクロチャネル１２４は、角部または角部の特定の一部分のみにおいて、後部フレームの下流側を巡って円周方向に延びることができる。
【００３０】
図８が、本開示の一態様による後部フレーム９２の角部の一部分を拡大した斜視断面図を示している。後部フレームの角部１３６は、半径方向内側を向いた面と下流側を向いた面とを接合する。上述したように、これらの角部領域は、後部フレームのより高温の領域の一部となる傾向があり、冷却を最も必要とする。マイクロチャネル１２４は、角部の形状に容易に従い、これらの領域において優秀な近接した流路による冷却を提供することができる。過去において、後部フレームの角部は、効果的な冷却がきわめて困難であった。本明細書に記載のマイクロチャネルは、この問題を解決する。
【００３１】
図９が、本開示の一態様による後部フレーム９２の角部の一部分の斜視図を示している。マイクロチャネル１２４は、半径方向内側を向いた面１１５に沿って延び、角部１３６を曲がり、下流側を向いた面１１２に沿って続いている。マイクロチャネルは、半径方向外側を向いた面１１４または下流側を向いた面１１２に出口を有する。マイクロチャネルのこの構成は、近接した流路による冷却を横レールの上縁まで延ばすことを可能にし、出口孔（図示せず）を冷却のために下流の高温ガス経路構成要素に向けることを可能にする。予め焼結させたプリフォームおよび遮熱コーティング層は、分かり易くするために省略されている。さらに、マイクロチャネル１２４の円周方向の間隔を、所望される冷却の必要性に基づいて変えてもよいことを、見て取ることができる。例えば、半径方向内側を向いた面におけるマイクロチャネル１２４は、比較的均等な間隔で配置されているが、マイクロチャネルが（下流側を向いた面１１２に沿って）半径方向外側へと延びるとき、隣接するマイクロチャネル間の間隔は、円周方向における位置あるいは出口孔および／またはマイクロチャネルに基づいて変化する。出口孔１２５は、各々のマイクロチャネルの端部に位置する。横レールから冷却空気を排出する利点は、隣接するつなぎピースの間の高温ガスの温度を下げることができ、したがって熱応力が低減され、つなぎピースおよび関連の構成要素の寿命および耐久性が改善されることである。
【００３２】
近似の文言は、本明細書および特許請求の範囲の至る所において使用されるとき、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく変動することが許され得るあらゆる量的な表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似の文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、本明細書および特許請求の範囲の至る所において、範囲の限界は、組み合わせおよび／または入れ替えが可能であり、そのような範囲は、そのようでないことが文脈または文言によって示されない限り、そこに含まれるすべての部分的範囲と同一視され、そのような部分的範囲を含む。或る範囲の或る特定の値に適用される用語「およそ」および「約」は、両方の値に適用され、値を測定する機器の精度への依存を除き、記載された値の＋／−１０％を示すことができる。
【００３３】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、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、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
ガスタービンのつなぎピース（７２）のための後部フレームアセンブリ（９２）であって、
上流側を向いた面（１１０）と、下流側を向いた面（１１２）と、半径方向外側を向いた面（１１４）と、半径方向内側を向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側を向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記本体（１００）を前記半径方向内側を向いた面（１１５）に向かって通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側を向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側を向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延びている複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）は、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側を向いた面（１１５）に位置する予め焼結させたプリフォーム（１２６）と
を備える後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様２］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記本体（１００）に形成されている、実施態様１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様３］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿って実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様２に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様４］
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、実施態様３に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様５］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様４に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様６］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、実施態様５に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様７］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）に形成されている、実施態様１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様８］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿い、かつ前記半径方向内側を向いた面（１１５）に隣接して、実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様７に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様９］
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、実施態様８に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様１０］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、実施態様９に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様１１］
後部フレームアセンブリ（９２）を有するつなぎピースアセンブリであって、
前記後部フレームアセンブリ（９２）は、
上流側を向いた面（１１０）と、下流側を向いた面（１１２）と、半径方向外側を向いた面（１１４）と、半径方向内側を向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側を向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記本体（１００）を前記半径方向内側を向いた面（１１５）に向かって通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側を向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側を向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延びている複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）は、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側を向いた面（１１５）に位置する予め焼結させたプリフォーム（１２６）と
を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記本体（１００）または前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）に形成されている、つなぎピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１２］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿い、あるいは前記半径方向内側を向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様１１に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１３］
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、実施態様１２に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１４］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様１３に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１５］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、実施態様１４に記載のつなぎピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１６］
圧縮機（１６）と、
前記圧縮機（１６）の下流に配置され、前記圧縮機（１６）に連通している燃焼部分（２６）と、
前記燃焼部分（２６）の下流に配置されたタービン（３０）と
を備えており、
前記燃焼部分（２６）は、
上流側を向いた面（１１０）と、下流側を向いた面（１１２）と、半径方向外側を向いた面（１１４）と、半径方向内側を向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側を向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記本体（１００）を前記半径方向内側を向いた面（１１５）に向かって通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側を向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側を向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延びている複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）は、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側を向いた面（１１５）に位置する予め焼結させたプリフォーム（１２６）と
を有する後部フレームアセンブリ（９２）を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記本体（１００）または前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）に形成されている、ガスタービン（１０）。
［実施態様１７］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）は、前記半径方向内側を向いた面（１１５）に沿い、あるいは前記半径方向内側を向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延びており、前記下流側を向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様１６に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１８］
前記出口孔（１２５）は、前記半径方向外側を向いた面（１１４）にも位置する、実施態様１７に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１９］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予め焼結させたプリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様１８に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様２０］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の円周方向における位置に基づいて異なる、実施態様１９に記載のガスタービン（１０）。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ガスタービン
１２  入口部分
１４  作動流体
１６  圧縮機
１８  圧縮された作動流体
２０  燃料
２２  燃料源
２４  燃焼器
２６  燃焼部分
２８  燃焼ガス
３０  タービン
３２  シャフト
３４  発電機
３６  排気ガス
３８  排気部分
４０  排気スタック
５０  外側ケーシング
５２  高圧プレナム
５４  端部カバー
５６  燃料ノズル
５８  キャップアセンブリ
６０  ライナ、環状ライナ
６２  燃焼室
６４  出口端
６６  フロースリーブ
６８  流路
７０  先端部
７２  つなぎダクト、つなぎピース
７４  上流端
７６  下流端
７８  下流部分
８０  入口
８２  高温ガスの経路
８４  外側スリーブ
８６  冷却環、流れ環
８８  冷却孔
９０  燃料インジェクタ
９２  後部フレームアセンブリ
９４  前縁
９６  つなぎピースアセンブリ
１００  本体
１０２  外側（または、上部）レール
１０４  内側（または、下部）レール
１０６  第１の横レール
１０８  第２の横レール
１１０  上流側を向いた面
１１１  中心の原点
１１２  下流側を向いた面
１１４  半径方向外側を向いた面
１１５  半径方向内側を向いた面
１１６  取り付け用造作
１２０  供給孔入口
１２２  冷却チャネル
１２４  マイクロチャネル、マイクロチャネル冷却スロット
１２５  出口孔
１２６  プリフォーム
１２８  遮熱コーティング
１３０  ノズル
１３２  摩耗片
１３４  シール
１３６  角部
【図１】
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【図２】
2019105437.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019105437.tif 000006
【図５】
2019105437.tif 000007
【図６】
2019105437.tif 000008
【図７】
2019105437.tif 000009
【図８】
2019105437.tif 000010
【図９】
2019105437.tif 000011
【外国語明細書】
2019105437000001.pdf