(57)【要約】【課題】ガスタービンなどのターボ機械の燃焼器のための、改良型内部冷却後部フレームを提供する。【解決手段】ガスタービン燃焼器の移行ダクトのための後部フレームが、外側レールと、内側レールと、対向する第２の側面レールから円周状に隔てられた第１の側面レールと、前方部分と、後部部分と、外面とを有する本体を含む。入口ポートが外面を通じて延在し、排気ポートが前方部分を通じて延在する。蛇行冷却流路が外面の下で本体内に画定される。蛇行冷却流路は、入口ポートおよび排気ポートと流体連通している。導管が、圧縮作動流体を後部フレームから離れる経路で送るための排気ポートに結合されてもよい。【選択図】図１
2015063994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）の移行ピースのための後部フレーム（９２）であって、
ａ．外側レール（１０２）、内側レール（１０４）、対向する第２の側面レール（１０８）から円周状に隔てられた第１の側面レール（１０６）、前方部分（１１０）、後部部分（１１２）および外面（１１４）を含む本体（１００）と、
ｂ．前記外面（１１４）を通って延在する入口ポート（１１８）と、
ｃ．前記前方部分（１１０）を通って延在する排気ポート（１２０）と、
ｄ．前記外面（１１４）の下で、前記本体（１００）内に画定される蛇行冷却流路（１２２）であって、前記入口ポート（１１８）および前記排気ポート（１２０）と流体連通している蛇行冷却流路（１２２）と
を備える後部フレーム（９２）。
【請求項２】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、前記外面（１１４）の下で、前記前方部分（１１０）と前記後部部分（１１２）との間で、前記本体（１００）内で２回以上、曲がりくねる、請求項１に記載の後部フレーム（９２）。
【請求項３】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記外側レール（１０２）内で画定される、請求項１に記載の後部フレーム（９２）。
【請求項４】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記内側レール（１０４）内で画定される、請求項１に記載の後部フレーム（９２）。
【請求項５】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記第１の側面レール（１０６）内で画定される、請求項１に記載の後部フレーム（９２）。
【請求項６】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記第２の側面レール（１０８）内で画定される、請求項１に記載の後部フレーム（９２）。
【請求項７】
前記排気ポート（１２０）に結合した導管（１２４）をさらに備える、請求項１に記載の後部フレーム（９２）。
【請求項８】
移行ピースアセンブリ（９６）であって、
ａ．上流端部（７４）および下流端部（７６）を有する移行ダクト（７２）と、
ｂ．前記移行ダクト（７２）の周囲で円周状に延在する外側スリーブ（８４）と、
ｃ．前記移行ダクト（７２）と前記外側スリーブ（８４）との間で画定される冷却環（８６）と、
ｄ．前記移行ダクト（７２）の前記下流端部（７６）および前記外側スリーブ（８４）の前縁（９４）と一体である後部フレーム（９２）であって、
ｉ．外側レール（１０２）、内側レール（１０４）、対向する第２の側面レール（１０８）から円周状に隔てられた第１の側面レール（１０６）、前方部分（１１０）、後部部分（１１２）および外面（１１４）を含む本体（１００）と、
ｉｉ．前記外面（１１４）を通って延在する入口ポート（１１８）と、
ｉｉｉ．前記前方部分（１１０）を通じて延在し、前記冷却環（８６）と流体連通している排気ポート（１２０）と、
ｉｖ．前記外面（１１４）の下で前記本体（１００）内で画定される蛇行冷却流路（１２２）であって、前記入口ポート（１１８）および前記排気ポート（１２０）と流体連通している蛇行冷却流路（１２２）と
を備える後部フレーム（９２）と
を備える移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項９】
前記蛇行冷却流路（１２２）が、前記外面（１１４）の下で、前記前方部分（１１０）と前記後部部分（１１２）との間で、前記本体（１００）内で２回以上、曲がりくねる、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１０】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記外側レール（１０２）内で画定される、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１１】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記内側レール（１０４）内で画定される、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１２】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記第１の側面レール（１０６）内で画定さる、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１３】
前記蛇行冷却流路（１２２）は、少なくとも部分的に前記第２の側面レール（１０８）内で画定される、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１４】
前記排気ポート（１２０）に結合した導管（１２４）をさらに含む、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１５】
前記導管（１２４）は、前記冷却環（８６）内で移行ダクト（７２）の外面（１２６）にわたって前記移行ダクト（７２）の前記上流端部（７４）の方へ延在する、請求項８に記載の移行ピースアセンブリ（９６）。
【請求項１６】
ガスタービン（１０）であって、
ａ．圧縮機（１６）と、
ｂ．前記圧縮機（１６）から下流に配置された燃焼セクション（２６）であって、燃焼器（２４）、および少なくとも部分的に前記燃焼器（２４）を取り囲む外側ケーシング（５０）を含み、前記外側ケーシング（５０）が前記圧縮機（１６）と流体連通している燃焼セクション（２６）と、
ｃ．前記燃焼セクション（２６）から下流に配置されたタービン（３０）と
を備え、
ｄ．前記燃焼器（２４）が、
ｉ．燃料ノズル（５６）および前記燃料ノズル（５６）から下流に画定された燃焼室（６２）と、
ｉｉ．前記燃焼室（６２）から下流に延在する移行ダクト（７２）であって、前記タービン（３０）への入口（８０）で終結する下流端部（７６）を有する移行ダクト（７２）と、
ｉｉｉ．前記移行ダクト（７２）の周りに円周状に延在してそれらの間に冷却環（８６）を画定する外側スリーブ（８４）と、
ｉｖ．前記移行ダクト（７２）の前記下流端部（７６）および前記外側スリーブ（８４）の前縁（９４）と一体である後部フレーム（９２）であって、前方部分（１１０）、後部部分（１１２）、外面（１１４）、前記外面（１１４）を通じて延在する入口ポート（１１８）、前記前方部分（１１０）を通じて延在し、前記冷却環（８６）と流体連通している排気ポート（１２０）、および
前記外面（１１４）の下で前記本体（１００）内に画定される蛇行冷却流路（１２２）であって、前記入口ポート（１１８）および前記排気ポート（１２０）と流体連通している蛇行冷却流路（１２２）を画定する本体（１００）を有する後部フレーム（９２）と
を備える、ガスタービン（１０）。
【請求項１７】
前記蛇行冷却流路（１２２）は前記外面（１１４）の下で、前記前方部分（１１０）と前記後部部分（１１２）との間で、前記本体（１００）内で２回以上、曲がりくねる、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
【請求項１８】
前記後部フレーム本体（１００）は、外側レール（１０２）と、内側レール（１０４）と、対向する第２の側面レール（１０８）から円周状に隔てられた第１の側面レール（１０６）とをさらに含み、前記蛇行冷却流路（１２２）は少なくとも部分的に画定された、前記外側レール（１０２）、前記内側レール（１０４）、前記第１の側面レール（１０６）または前記第２の側面レール（１０８）のうちの１つまたは複数である、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
【請求項１９】
前記排気ポート（１２０）に結合した導管（１２４）をさらに備え、前記導管（１２４）が前記冷却環（８６）内で前記移行ダクト（７２）の外面（１２６）にわたって延在する、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
【請求項２０】
前記排気ポート（１２０）に結合した導管（１２４）をさらに備え、前記導管（１２４）は、前記排気ポート（１２０）と前記燃焼室（６２）との間で流体連通を可能にする、請求項１６に記載のガスタービン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガスタービンの燃焼器に関する。より詳細には、本発明は、燃焼器内に装着された移行ダクトの、内部冷却された後部フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンなどのターボ機械は一般に、入口セクションと、圧縮機セクションと、複数の燃焼器を含む燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。入口セクションは、作動流体（例えば、空気）を洗浄するとともに調整し、この作動流体を圧縮機セクションに供給する。圧縮機セクションは、漸次作動流体の圧力を増加させ、高圧圧縮作動流体を、燃焼器のそれぞれを少なくとも部分的に取り囲む圧縮機吐出しケーシングに供給する。
【０００３】
燃料が高圧圧縮作動流体と混合され、混合物は各燃焼器内で画定される燃焼室内で燃焼されて、高温かつ高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、圧縮機吐出しケーシング内で画定される高温ガス経路に沿って、燃焼ガスが膨張して仕事をするタービンセクションの中に流れ込む。例えば、タービンセクション内での燃焼ガスの膨張により、発電機に接続されたシャフトが回転して電気を生成することができる。
【０００４】
高温ガス経路は、環状内筒および／または移行ダクトにより少なくとも部分的に画定される。移行ダクトは、移行ピースアセンブリの部分として設けられてもよい。従来の移行ピースアセンブリは、環状移行ダクトを円周状に取り囲む外側衝突スリーブを含む。冷却環が、外側衝突スリーブと移行ダクトとの間に画定される。移行ピースアセンブリの下流端部が、タービンへの入口ポートで終結する。
【０００５】
後部フレームまたは支持部材が、一般に半径方向に外側にかつ移行ピースアセンブリの下流端部の周りで円周状に延在する。一般に、後部フレームは、移行ピースアセンブリのための取付け支持を与えるとともに移行ダクトの変形を低減するようにケーシング、内側支持リングおよび／またはタービンに装着されている。動作中、後部フレームは、高温燃焼ガスに直接曝されている。結果的に、後部フレームの熱的機械的性能を高めるために、様々な冷却方式が開発されてきた。
【０００６】
従来の１つの冷却方式は、高圧圧縮作動流体の一部分を圧縮機吐出しケーシングから後部フレーム内で画定される１つまたは複数の冷却流路を通る経路で送ること、および高圧圧縮作動流体を高温ガス経路および／または冷却環の中に排出することを含む。その場合、排気された圧縮作動流体を使用して移行ダクトおよび／または内筒を冷却してもよい。さらに、圧縮作動流体は、燃焼用の燃料と混合するために冷却環を通り燃焼室に向かう経路で送られてもよい。
【０００７】
従来の冷却方式の１つの限界は、内部冷却流路の形および／または複雑さが後部フレーム内の単一の流路または概ね直線状の冷却チャネルに限定されることである。例えば、従来の冷却は、冷却空気を直線状冷却チャネルに供給する概ね直線状の入口ポートを通過し、排気ポートを通って後部フレームの外へ出る。冷却チャネルを通る圧縮作動流体のこの直線状または単一のランは、各冷却チャネルの冷却能力を制限する。さらに、現行の製造プロセスは、冷却流路および／または入口ポートおよび出口ポートを後部フレームの中へ切り込ませるためにフライス加工または放電加工などの費用がかかり時間のかかる２次的作業を必要とし、したがって製造コストを増加させる。
【０００８】
既存の冷却方式の第２の限界が、燃料噴射器または冷却環内の他の渦発生体などの障害物がある場合に優勢なことがあり、したがって後部フレーム排気ポートと燃焼室との間で測定できるほどの、高圧圧縮作動流体の圧力損失が生じる。既存の冷却方式の別の潜在的限界は、排気ポートの位置および向きが後部フレーム領域を超えると、最適化された冷却を与え得ないことである場合がある。したがって、ガスタービンなどのターボ機械の燃焼器のための、改良型内部冷却後部フレームがあると、役に立つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，４１８，４７４号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明の態様および利点は、次の以下の説明に明記されるか、または本説明から明らかであり得、または、本発明の実施から学んでもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態は、ガスタービン燃焼器の移行ダクトのための後部フレームである。後部フレームは、外側レールと、内側レールと、対向する第２の側面レールから円周状に隔てられた第１の側面レールと、前方部分と、後部部分と、外面とを有する本体を含む。入口ポートが、外面を通じて延在し、排気ポートが前方部分を通じて延在する。蛇行冷却流路が、外面の下の本体内で画定される。蛇行冷却流路は、入口ポートおよび排気ポートと流体連通している。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、移行ピースアセンブリである。移行ピースアセンブリは、上流端部および下流端部を有する移行ダクトと、移行ダクトの周りに、円周状に延在する外側スリーブと、移行ダクトと外側スリーブとの間で画定される冷却環と、移行ダクトの下流端部と一体である後部フレームと、外側スリーブの前縁とを含む。後部フレームは、外側レールと、内側レールと、対向する第２の側面レールから円周状に隔てられた第１の側面レールと、前方部分と、後部部分と、外面とを含む本体を備える。入口ポートが、外面を通じて延在し、排気ポートが前方部分を通じて延在する。排気ポートは冷却環と流体連通している。蛇行冷却流路が、後部フレームの本体内で画定され、外面の下に延在する。蛇行冷却流路は、入口ポートおよび排気ポートと流体連通している。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンである。ガスタービンは、ガスタービンの上流端部に圧縮機と、圧縮機から下流に配置された燃焼セクショとを含む。燃焼セクションは、燃焼器と、燃焼器を少なくとも部分的に取り囲むとともに圧縮機と流体連通している外側ケーシングとを含む。ガスタービンは、燃焼器から下流に配置されたタービンをさらに含む。燃焼器は、燃料ノズルと、燃料ノズルから下流に画定された燃焼室とを含む。例えば、燃焼室は、内筒またはこれと同種類のものにより画定されてもよい。移行ダクトが、燃焼室から下流に延在する。移行ダクトは、燃焼室に最も近い上流端部と、タービンへの入口で終結する下流端部とを含む。外側スリーブは、移行ダクトの周りで円周状に延在して、それらの間に冷却環を画定する。燃焼器は、移行ダクトの下流端部と一体である後部フレームと、外側スリーブの前縁とをさらに含む。後部フレームは、前方部分と、後部部分と、外面と、外面を通じて延在する入口ポートと、前方部分を通じて延在するとともに、冷却環と流体連通している排気ポートと、外面の下で本体内で画定される蛇行冷却流路とを画定する本体を含む。蛇行冷却流路は、入口ポートおよび排気ポートと流体連通している。
【００１４】
当業者であれば、本明細書を検討することによりそのような実施形態などの特徴および態様をよりよく理解するであろう。
【００１５】
当業者への本発明の完全で、特権を賦与する開示が、その最良の形態を含めて、明細書の残りにおいて、添付の図への参照を含めて、より具体的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の範囲内にある、例示的ガスタービンの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な実施形態を包含してもよい例示的燃焼器を含めて、例示的ガスタービンの一部分の垂直断面図である。
【図３】本発明の様々な実施形態による、図２に示す燃焼器の例示的移行ダクトおよび例示的後部フレームの斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図３に示す切断線４−４に沿って取られた後部フレームの一部分の垂直断面図である。
【図５】本発明の様々な実施形態による、図３に示す外側レール、内側レール、後部フレームの第１の側面レール部分または第２の側面レール部分のいずれか１つを表す断面俯瞰図である。
【図６】本発明の一実施形態による、図２に示す燃焼器の一部分の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の諸実施形態を提示するために詳細に参照がなされ、そのうちの１つまたは複数の例が添付の図面に示される。詳細な説明は、図面に特徴を指すために数字および文字の記号を使用する。図面および説明での同等または同様の記号は、本発明の同等または同様の部分を指すために使用される。
【００１８】
本明細書で使用される「第１の」、「第２の」および「第３の」という用語は、構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能なように使用してもよく、個々の構成要素の位置または重要性を意味することを意図していない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路において流体の流れに対する相対的方向を意味する。例えば、「上流」は、そこから流体が流れる方向を意味し、「下流」は、そこへ流体が流れる方向を意味する。「半径方向に」という用語は、特定の構成要素の軸の中心線に対して垂直である相対的方向を意味し、「軸方向に」という用語は、特定の構成要素の軸の中心線にほぼ平行の相対的方向を意味する。
【００１９】
各例は、本発明の説明により提供されるが、本発明を限定するものでない。実際に、本発明において本発明の範囲または精神から逸脱することなく変更および変形が可能であることは、当業者にとって明白である。例えば、一実施形態の部分として例示され、または説明された特徴は、もう１つの実施形態を与えるために別の実施形態で使用されてもよい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の内に入るそのような変更および変形を包含することを意図している。本発明の例示的実施形態は一般に、例示のためにガスタービンの中に組み込まれる燃焼器の文脈において説明されるが、当業者であれば、本発明の実施形態は、特に特許請求の範囲に説明されない限り、任意のターボ機械に組み込まれた任意の燃焼器に適用してもよく、ガスタービン燃焼器に限定されないことを理解するであろう。
【００２０】
次に、同一の数が諸図全体にわたって、同じ要素を示している図面を参照すると、図１は、本発明の様々な実施形態を組み入れてもよい、例示的ガスタービン１０の機能ブロック図を提供する。図示のように、ガスタービン１０は一般に、ガスタービン１０に入る作動流体（例えば、空気）１４を清浄にし、そうでない場合調整するための一連のフィルタ、冷却コイル、水分分離器、および／または他の装置を含んでもよい入口セクション１２を含む。作動流体１４は、圧縮機１６が漸次運動エネルギーを作動流体１４に分け与える圧縮機セクションに流れて、圧縮作動流体１８を生成する。
【００２１】
圧縮作動流体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の燃焼セクション２６の１つまたは複数の燃焼器２４内で可燃混合気を形成する。可燃混合気は、燃焼されて高温、高圧および高速の燃焼ガス２８を生成する。燃焼ガス２８は、タービンセクションのタービン３０を通って流れて仕事を生成する。例えば、タービン３０はシャフト３２に接続され、これによりタービン３０の回転が圧縮機１６を駆動して圧縮作動流体１８を生成してもよい。
【００２２】
代替としてまたはさらに、シャフト３２はタービン３０を発電機３４に接続して電気を発生させてもよい。タービン３０からの排ガス３６は、タービン３０から下流でタービン３０を排気スタック４０に接続する排気セクション３８を通って流れる。排気セクション３８は、例えば、環境に放出する前に清浄化して排ガス３６からさらなる熱を引き出すための排熱回収装置（図示せず）を含んでもよい。
【００２３】
図２は、本発明の様々な実施形態に組み込まれてもよい例示的燃焼器２４を含んでいるガスタービン１０の一部分の垂直断面図を与える。図２に示すように、燃焼セクション２６は圧縮機１６の下流に配置された、圧縮機吐出し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、少なくとも部分的に燃焼器２４を取り囲む。外側ケーシング５０は、少なくとも部分的に燃焼器２４を取り囲む高圧プレナム５２を少なくとも部分的に画定する。高圧プレナム５２は、ガスタービン１０の動作中に圧縮機１６から圧縮作動流体１８を受け取るように圧縮機１６と流体連通している。
【００２４】
端部カバー５４が外側ケーシング５０に接続してもよい。具体的には、燃焼器の設計では、端部カバー５４は燃料源２２と流体連通している。端部カバー５４および／または燃料源２２と流体連通している燃料ノズル５６は、端部カバー５４から下流に延在する。燃料ノズル５６が、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を通じて概ね軸方向に延在する。内筒または移行ダクトなどの環状ライナ６０が、燃料ノズル５６の出口端部６４から下流に燃焼器２４内に少なくとも部分的に燃焼室６２を画定する。流れスリーブ６６が、少なくともライナ６０の部分を円周状に取り囲んでもよい。流れスリーブ６６は、ライナ６０から半径方向に隔てられて、それらの間に流路６８を画定する。流路６８は、燃焼器２４のヘッドエンド部分７０を介して燃焼室６２と流体連通している。ヘッドエンド部分７０は、端部カバー５４および／または外側ケーシング５０により少なくとも部分的に画定されてもよい。
【００２５】
移行ダクト７２が燃焼室６２から下流に延在する。移行ダクト７２は、下流端部７６から軸方向に隔てられた上流端部７４を含む。特定の構成では、上流端部７４は、環状ライナ６０の下流部分７８を取り囲む。移行ダクト７２の下流端部７６は、タービン３０の入口８０に最も近くで終結する。環状ライナ６０および／または移行ダクト７２は、燃焼室６２から高圧プレナム５２を通ってタービン３０の中への経路で燃焼ガス２８を送るために少なくとも部分的に高温ガス経路８２を画定する。
【００２６】
特定の実施形態では、衝突スリーブまたは流れスリーブなどの外側スリーブ８４が、移行ダクト７２の周りに円周状に延在する。外側スリーブ８４は移行ダクト７２から半径方向に隔てられて、それらの間に冷却環８６を画定する。外側スリーブ８４は、高圧プレナム５２と冷却環８６との間に流体連通を与える複数の冷却穴８８または冷却流路を含んでもよい。一実施形態では、冷却環８６は燃焼室６２と流体連通している。特定の構成では、冷却環８６は、流路６８、燃焼器２４のヘッドエンド部分７０および／または燃料ノズル５６のうちの少なくとも１つを介して燃焼室６２と流体連通し、または流体的に結合している。
【００２７】
ある一定の燃焼器では、１つまたは複数の燃料噴射器９０は、一般にレートリーン燃料噴射器としても知られているが、燃焼室６２から下流で高温ガス経路８２の中に燃料の注入を可能にするために外側スリーブ８４、冷却環８６および移行ダクト７２を通じて延在してもよい。さらにまたは別の方法では、燃料噴射器９０は、燃焼室６２から下流で高温ガス経路８２の中に燃料の注入を可能にするために流れスリーブ６６、流路６８およびライナ６０を通じて延在してもよい。さらにまたは別の方法では、連結管、点火装置、圧力プローブおよび火炎検出器などの他の貫入は、流れ環８６内で渦発生体として働く可能性があり、したがって流れにウェークなどの外乱を生成する可能性がある。
【００２８】
特定の実施形態では、後部フレーム９２が移行ダクト７２の下流端部７６に、または下流端部７６の最も近くに配置される。図３は、本発明の様々な実施形態による例示的移行ダクト７２および例示的後部フレーム９２の斜視図を示す。図２および図３に示すように、後部フレーム９２は、移行ダクト７２の下流端部７６と一体である。図２に示すように、前縁９４などの外側スリーブ８４の一部分は、少なくとも部分的に冷却環８６を画定するために後部フレーム９２と一体であっても、または後部フレーム９２に接続されてもよい。
【００２９】
後部フレーム９２および移行ダクト７２は、１つだけの構成要素として製造してもよい。別の方法として、後部フレーム９２は、溶接、ろう付けまたは他の何らかの適切なプロセスにより移行ダクト７２に接続してもよい。一実施形態では、移行ダクト７２、外側スリーブ８４、冷却環８６および後部フレーム９２は、移行ピースアセンブリ９６として設けられてもよい。後部フレーム９２は一般に、燃焼器の動作中に移行ダクト７２の下流端部７６の変形を低減および／または防止するための構造上の支持を与える。さらにまたは別の方法として、後部フレーム９２は、外側ケーシング５０内に移行ダクト７２を取り付けるための手段を与えてもよい。
【００３０】
図３に示すように、後部フレーム９２は本体１００を備える。本体１００は、外側レール１０２と、内側レール１０４と、対向する第２の側面レール１０８から円周状に隔てられた第１の側面レール１０６とを含む。本体１００は、後部部分１１２から隔てられた前方部分１１０と、本体１００の外側のパラメータ（ｏｕｔｅｒ  ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）の周りで、前方部分１１０と後部部分１１２との間で少なくとも部分的に延在する外面または表面１１４とをさらに含む。後部フレーム９２はまた、ガスタービン１０内で移行ダクト７２および／または移行ピースアセンブリ９６（図２）を取り付けるための取付け機構１１６を含んでもよい。
【００３１】
図４は、図３に示す切断線４−４に沿って取られた後部フレーム９２の一部分の垂直断面図を与える。様々な実施形態では、本体１００は、外面１１４を通じて延在する入口ポート１１８と、前方部分１１０を通じて延在する排気ポート１２０とを画定する。入口ポート１１８は、高圧プレナム５２（図２）と流体連通している。排気ポート１２０は、冷却環８６と流体連通している。
【００３２】
入口ポート１１８および排気ポート１２０は、例示的目的のためにのみ外側レール１０２の一部分上に示されている。特定の実施形態では、入口ポート１１８は外側レール１０２、内側レール１０４、第１の側面レール１０６または第２の側面レール１０８のいずれか１つで外面１１４に沿って配置されてもよい。特定の実施形態では、排気ポート１２０は、外側レール１０２、内側レール１０４、第１の側面レール１０６または第２の側面レール１０８のいずれか１つで前方部分１１０に沿って配置されてもよい。
【００３３】
図５は、本発明の様々な実施形態による外側レール１０２、内側レール１０４、第１の側面レール１０６または第２の側面レール１０８のうちのいずれか１つを表す断面俯瞰図を与える。特定の実施形態では、本体１００は、外面１１４の下に延在する蛇行冷却流路１２２を少なくとも部分的に画定する。蛇行冷却流路１２２は、入口ポート１１８（図４）および排気ポート１２０（図４および図５）と流体連通して高圧プレナム５２（図２）と冷却環８６（図２、図４および図５）との間で流体連通を可能にする。
【００３４】
蛇行冷却流路１２２は、様々な製造プロセスにより本体１００内に画定されてもよい。例えば、蛇行冷却流路１２２は本体１００コアリング技法を使用して鋳造され、３次元（３−Ｄ）印刷および／または付加的製造プロセスによって機械加工され、および／または生産されてもよい。
【００３５】
特定の実施形態では、図５に示すように蛇行冷却流路１２２は、外面１１４の下で、前方部分１１０と後部部分１１２との間で、本体１００内で２回以上、曲がりくねってもよい。図示のように、入口ポート１１８は複数の蛇行冷却流路１２２を供給してもよい。さらに、排気ポート１２０は、２つ以上の蛇行冷却流路１２２から圧縮作動流体を排気してもよい。
【００３６】
一実施形態では、蛇行冷却流路１２２は、少なくとも部分的に外側レール１０２内で画定される。一実施形態では、蛇行冷却流路１２２は、少なくとも部分的に内側レール１０４内にある。一実施形態では、蛇行冷却流路１２２は、少なくとも部分的に第１の側面レール１０６内で画定される。別の実施形態では、蛇行冷却流路１２２は、少なくとも部分的に第２の側面レール１０８内で画定される。
【００３７】
特定の実施形態では、図４および図５に示すように、導管１２４が、後部フレーム９２の排気ポート１２０に結合し、または排気ポート１２０と流体連通している。一実施形態では、図３に示すように、導管１２４は、移行ダクト７２の外面１２６にわたって、移行ダクト７２の上流端部７４の方へ延在する。導管１２４は、冷却環８６（図２）内で外側スリーブ８４と移行ダクト７２との間で延在する。特定の実施形態では、複数の導管１２４は、各導管１２４が対応する排気ポート１２０と流体連通しているが、移行ダクト７２の外面１２６にわたって延在してもよい。導管１２４は圧縮作動流体１８が様々な渦発生体を過ぎる経路、または様々な渦発生体の背後の経路で送ることができるように冷却環８６内で、流路６８の方へ延在してもよい。
【００３８】
流体導管１２４は、概ね直線状に延在してもよく、および／または曲がっていてもよい。流体導管１２４は、圧縮作動流体１８の一部分が、移行ダクト７２の外面１２６に沿った特有の配置で導管１２４の外へ流れることを可能にする冷却穴１２８を含んでもよい。特定の実施形態では、流体導管１２４は、排気ポート１２０と冷却環８６、流路６８、燃焼器２４のヘッドエンド部分７０、および／または燃焼室６２のうちの１つまたは複数との間で流体連通を可能にする。
【００３９】
図６は、本発明の一実施形態による、図２に示す燃焼器２４の一部分の垂直断面図である。図６に示すように、導管１２４は、後部フレーム９２から燃焼室６２、および／または燃焼器２４のヘッドエンド部分７０の方へ延在してもよい。特定の実施形態では、導管１２４は、冷却環８６内の燃料噴射器９０および／または流路６８を過ぎて延在してもよい。
【００４０】
動作に際しては、図２〜図６に示すように、圧縮作動流体１８は、圧縮機１６から高圧プレナム５２の中へ流れ込む。圧縮作動流体１８の一部分は、冷却穴８８を通って冷却環８６の中へ流れ込んで移行ダクト７２の外面１２６に衝突および／またはフィルム冷却を与える。次いで、圧縮作動流体１８は、流路６８を経由した燃焼室６２の方への経路で送られ、したがって燃焼器２４のヘッドエンド部分７０に到達する前に逆の方向でライナ６０にさらなる冷却を与える。
【００４１】
圧縮作動流体１８は、燃料ノズル５６を通じた、および／またはその周りの経路で送られ、燃料２０と混合される。既混合燃料２０および圧縮作動流体１８は、燃焼室６２の中へ流れ込み、燃焼されて燃焼ガス２８を生成する。燃焼ガス２８は、ライナ６０および／または移行ダクト７２により画定される高温ガス経路８２を通ってタービン３０の中へ流れ込む。
【００４２】
圧縮作動流体１８の別の部分が高圧プレナム５２から後部フレーム９２の入口ポートを通って蛇行冷却流路１２２の中へ流れ込む。圧縮作動流体１８が、後部フレーム９２の前方部分１１０と後部部分１１２との間で流れ、または曲がりくねるので、熱エネルギーが圧縮作動流体１８に移動し、したがって後部フレーム９２上の熱的応力が低減される。蛇行冷却流路１２２により画定される、曲がりくねったまたは蛇行した経路は、従来の直線状および／または段階上の冷却流路と比較して、そこを流れる圧縮作動流体１８の冷却能力を高める。
【００４３】
従来の後部フレーム冷却方式では、圧縮作動流体１８は、後部フレーム９２の前方部分１１０に最も近くで排気され、その場合、圧縮作動流体１８は高圧プレナム５２から外側の冷却穴８８または衝突スリーブ８４を通って冷却環８６の中へ直接流れ込む圧縮作動流体１８によって取り上げられる。しかしながら、燃料噴射器９０、連結管、点火装置、圧力プローブおよび火炎検出器などの、冷却環８６および／または流路６８内の様々な障害物は、圧縮作動流体１８が高圧プレナム５２から燃焼室６２へ連通するとき、圧縮作動流体１８の測定できるほどの圧力損失をもたらし、したがって燃焼器２４の全体的な性能に影響を与える。さらに、これらの障害物はまた、圧縮作動流体１８の流れ場を乱し、したがって移行ダクト７２および／または内筒６０の様々な部分に沿ってホットスポットを生成する。
【００４４】
特定の実施形態では、圧縮作動流体１８は、排気ポート１２０から導管１２４の中へ流れ込んで、圧縮作動流体１８を下流で後部フレーム９２から冷却環８６内に運ぶ。一実施形態では、導管１２４は燃料噴射器９０を通り越して延在して、排気ポート１２０と燃焼室６２との間の圧力損失を低減させ、それによって燃焼器２４の全体的な性能を向上させる。他の実施形態では、圧縮作動流体１８は排気ポート１２０から導管１２４を通って流れ、その場合圧縮作動流体１８の一部分が冷却穴１２８を通って流れて移行ダクト７２の外面１２６および／またはライナ６０の局部的なまたは精密な冷却を与える。例えば、冷却穴１２８が、冷却環８６および／または流路内の様々な障害物に起因して、移行ダクトおよび／またはライナ６０に沿って形成される様々なホットスポットに隣接して配置されてもよく、したがって移行ダクト７２および／またはライナ６０上の熱応力が低減する。
【００４５】
この書面の説明は、諸例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示し、また装置またはシステムを作製し使用すること、および組み込まれる方法を実施することを含めて、当業者が本発明の実行するのを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に浮かぶ他の例を含んでもよい。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字言語から異なることがない構造上の要素を含む場合、または特許請求の範囲の文字言語から実質的な差と均等の構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲内であるであるものとする。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ガスタービン
１２  入口セクション
１４  作動流体
１６  圧縮機
１８  圧縮作動流体
２０  燃料
２２  燃料源
２４  燃焼器
２６  燃焼セクション
２８  燃焼ガス
３０  タービン
３２  シャフト
３４  発電機
３６  排ガス
３８  排気セクション
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  環状のキャップアセンブリ
６０  環状ライナ、ライナ（内筒または移行ダクト）
６２  燃焼室
６４  出口端部
６６  流れスリーブ
６８  流路
７０  ヘッドエンド部分
７２  移行ダクト
７４  上流端部
７６  下流端部
７８  下流部分
８０  入口
８２  高温ガス経路
８４  外側スリーブ（衝突スリーブまたは流れスリーブ）
８６  冷却環
８８  冷却穴
９０  燃料噴射器
９２  後部フレーム
９４  前縁
９６  移行ピースアセンブリ
１００  本体
１０２  外側レール
１０４  内側レール
１０６  第１の側面レール
１０８  第２の側面レール
１１０  前方部分
１１２  後部部分
１１４  外面または表面
１１６  取付け機構
１１８  入口ポート
１２０  排気ポート
１２２  蛇行冷却流路
１２４  導管、流体導管
１２６  外面
１２８  冷却穴
【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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