(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器ライナ（４０）であって、
前方端部と、
縮小直径部分（４４）並びに前記縮小直径部分（４４）に重なりかつそれによって該縮小直径部分（４４）との間に冷却プレナム（６０）を形成した冷却及び希釈スリーブ（５０）を有する後方端部と、
前記冷却スリーブ（５０）内に形成された複数の冷却及び希釈空気入口孔（５８）と、
該ライナの後方端縁部に隣接して形成された複数の冷却及び希釈空気出口孔（６２）と
を含む燃焼器ライナであって、
使用中に、冷却空気が、前記冷却及び希釈空気入口孔（５８）を通りかつ前記プレナム（６０）を通って流れ、前記冷却及び希釈空気出口孔（６２）から流出し、それによって該燃焼器ライナ（４０）の後方端部を冷却する、燃焼器ライナ。
【請求項２】
圧縮シール（５６）が、前記プレナム（６０）の直ぐ半径方向外側で前記冷却及び希釈スリーブ（５０）の外表面に固定される、請求項１記載の燃焼器ライナ。
【請求項３】
前記後方端部が、前記縮小直径部分（４４）に至る内向きテーパ部分（４２）と環状カラー（４７）に至る外向きテーパ部分（４６）とを含み、さらに前記冷却及び希釈スリーブ（５０）の前方端縁部（５２）が、前記内向きテーパ部分（４２）に係合し、また前記冷却及び希釈スリーブ（５０）の後方端縁部（５４）が、前記カラー（４７）に固定される、請求項１記載の燃焼器ライナ。
【請求項４】
前記後方端部が、前記縮小直径部分（７０）に至る内向きテーパ部分（６８）と環状カラー（４７）に至る外向きテーパ部分（７２）とを含み、前記冷却及び希釈スリーブ（７６）が、前記内向きテーパ部分（６８）の上流の位置において該ライナと係合した前方スリーブ端部と前記カラー（４７）に固定された後方スリーブ端部とをさらに有する、請求項１記載の燃焼器ライナ。
【請求項５】
前記冷却及び希釈空気入口孔（５８）が、前記冷却及び希釈スリーブの前方端縁部（５２）に隣接して環状配列として形成される、請求項３記載の燃焼器ライナ。
【請求項６】
前記冷却及び希釈空気出口孔（６２）が、該ライナの外向きテーパ部分（４６）内に環状配列として形成される、請求項５記載の燃焼器ライナ。
【請求項７】
前記冷却及び希釈スリーブ（７６）が、その前方端縁部に近接して内向きテーパ部分（７８）を含み、さらに前記冷却及び希釈空気入口孔（８６）が、前記冷却及び希釈スリーブの内向きテーパ部分（７８）内に環状配列として形成され、また前記冷却及び希釈空気出口孔（７４）が、該ライナの外向きテーパ部分（７２）内に形成される、請求項４記載の燃焼器ライナ。
【請求項８】
圧縮シール（１１６）が、前記プレナム（１１０）の直ぐ半径方向外側で前記冷却及び希釈スリーブ（１０２）の外表面に固定される、請求項７記載の燃焼器ライナ。
【請求項９】
前記冷却スリーブ（１０２）の前方端部が、該ライナ（９０）との間に滑り継手を形成する、請求項７記載の燃焼器ライナ。
【請求項１０】
燃焼器ライナ（４０）の後方端部及び関連する環状シールを冷却及び希釈調整する方法であって、
前記ライナ（４０）の後方端部部分に縮小直径部分（４４）を形成するステップと、
前記縮小直径部分の周りに該縮小直径部分から半径方向に間隔を置いた関係で冷却及び希釈スリーブ（５０）を設置して環状プレナム（６０）を形成するステップと、
前記冷却及び希釈スリーブ（５０）の上流端部内に冷却及び希釈空気入口孔（５８）をまた前記ライナの後方端縁部に近接させて該ライナ内に冷却及び希釈空気出口孔（６２）を形成して、使用中に冷却空気が、前記冷却及び希釈空気入口孔（５８）を通して前記プレナム（６０）内に流入しかつ前記冷却及び希釈空気出口孔（６２）を通して流出するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジン内の内部冷却に関し、より具体的には、燃焼器ライナとトランジションピース間の移行つまり接合領域内により良好かつより均一な冷却を行うための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的なガスタービン燃焼器は、燃料及び空気が別個に燃焼室に流入する拡散（つまり、非予混合）燃焼を使用している。混合及び燃焼プロセスは、３９００°Ｆを超える火炎温度を発生させる。従来型の燃焼器及び／又はトランジションピースは一般的に、約１万時間（１００００ｈｒ）にわたる約１５００°Ｆ程度の最高温度にしか耐えることができないので、燃焼器及び／又はトランジションピースを保護する方策を講じなくてはならない。これは一般的に、トランジションピースを囲む衝突冷却スリーブ及び燃焼器ライナを囲む流れスリーブによって形成されたプレナム内に比較的低温の圧縮機空気を導入することを含むフィルム冷却によって行われてきた。この冷却空気は、最終的には燃焼器内に逆方向に流入し、燃焼器において冷却空気は、燃焼及び希釈調整のために燃料と混合する。
【０００３】
燃焼器ライナの後方端部（トランジションピースに隣接する端部）及び一般的にトランジションピースと燃焼器ライナとの間の接合部で使用される圧縮シール（又は「フラ」シール）を冷却するために、様々な方法が採用されてきた。例えば、ライナの外表面上に陥凹部の配列を設けて熱伝達を高めることを開示している米国特許第６０９８３９７号を参照されたい。別の方法は、米国特許第７０１０９２１号に開示されており、この場合には、燃焼器ライナの後方端部にはその外周部の周りに複数の軸方向に延びるリブ又はタービュレータが設けられ、スリーブ又はカバープレートで覆われて、一連の冷却流路が形成される。冷却空気は、それら流路の前方端部における入口スロット又は開口を通して流路内に導入され、かつライナの後方端部上にテレスコープ式に設けられたトランジションピース内に流出する。
【０００４】
燃焼器（冷却装置を含む）の調整は、タービンが作動可能になった後においてのみ行うことのでき、一般的にトランジションピース内に希釈孔を穿孔又は溶接するためにタービンを分解すること及びトランジションピースを取外すことを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６０９８３９７号明細書
【特許文献１】米国特許第７０１０９２１号明細書
【特許文献３】米国特許第６３３４３１０号明細書
【特許文献４】米国特許第６９２８８２２号明細書
【特許文献５】米国特許第６９６８６９３号明細書
【特許文献６】米国特許第７０８２７６６号明細書
【特許文献７】米国特許第６３３４３１０号明細書
【特許文献８】米国特許第７２６０９３５号明細書
【特許文献９】米国特許第７２８４３７８号明細書
【特許文献１０】米国特許第７２９９６１８号明細書
【特許文献１１】米国特許第６０９８３９７号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００５／０１３２７０８号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００５／０１４４９５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、燃焼器ライナの後方端部／トランジションピース接合部を効果的にかつ均一に冷却することを可能にするが、同時に燃焼器の調整プロセスを単純化する冷却装置に対する必要性が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの例示的であるが非限定的な態様では、本発明は、燃焼器ライナに関し、本燃焼器ライナは、前方端部と、縮小直径部分並びに該縮小直径部分に重なりかつそれによって該縮小直径部分との間に冷却プレナムを形成した冷却及び希釈スリーブを有する後方端部と、冷却スリーブ内に形成された複数の冷却空気入口孔と、該ライナの後方端縁部に隣接して形成された複数の冷却空気出口孔とを含み、使用中に冷却空気が、冷却空気入口孔を通りかつプレナムを通って流れ、冷却空気出口孔から流出し、それによって該燃焼器ライナの後方端部を冷却しかつ希釈調整を行う。
【０００８】
別の例示的であるが非限定的な態様では、本発明は、燃焼器ライナに関し、本燃焼器ライナは、ライナ前方端部と、縮小直径部分並びに該縮小直径部分に重なりかつそれによって該縮小直径部分との間に冷却プレナムを形成した冷却スリーブを有する後方端部と、冷却スリーブ内に形成された複数の冷却空気入口孔と、ライナ後方端縁部に隣接して形成された複数の冷却空気出口孔とを含み、使用中に冷却空気が、冷却空気入口孔を通りかつプレナムを通って流れ、冷却空気出口孔から流出し、それによって該ライナ後方端部を冷却するようにし、圧縮シールが、プレナムの直ぐ半径方向外側で冷却スリーブの外表面に固定され、またライナ後方端部は、縮小直径部分に至る内向きテーパ部分と環状カラーに至る外向きテーパ部分とを含み、冷却スリーブは、内向きテーパ部分の上流の位置においてライナと係合したスリーブ前方端部とカラーに固定されたスリーブ後方端部とを有する。
【０００９】
さらに別の例示的であるが非限定的な態様では、本発明は、燃焼器ライナの後方端部及び関連する環状シールを冷却する方法に関し、本方法は、ライナの後方端部部分に縮小直径部分を形成するステップと、縮小直径部分の周りに該縮小直径部分から半径方向に間隔を置いた関係で冷却スリーを設置して環状プレナムを形成するステップと、冷却スリーブの上流端部内に冷却空気入口孔をまたライナの後方端縁部に近接させて該ライナ内に冷却及び希釈空気出口孔を形成して、使用中に冷却空気が、該冷却空気入口孔を通してプレナム内に流入しかつ冷却空気出口孔を通して流出するステップとを含む。
【００１０】
次に、以下に示した図面に関して、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】関連する燃焼器ライナを概略的に示した状態の、公知のガスタービントランジションピースの構造を示す部分断面図。
【図２】公知の冷却構成による、燃焼器ライナの後方端部の分解部分斜視図。
【図３】本発明の第１の例示的であるが非限定的な実施形態による燃焼器ライナの後方端部の部分断面図。
【図４】本発明の第２の例示的であるが非限定的な実施形態による燃焼器ライナの後方端部の部分断面図。
【図５】本発明の第３の例示的であるが非限定的な実施形態による燃焼器ライナの後方端部の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、一般的なガスタービンは、トランジションピース１０を含み、このトランジションピース１０によって、概略的に示す燃焼器ライナ１２で表した上流の燃焼器からの高温燃焼ガスが符号１４で表したタービンの第１段に流れる。ガスタービン圧縮機からの流れは、軸流ディフューザ１６から流出し、圧縮機吐出ケース１８内に流入する。幾つかのトランジションピース設計では、圧縮機吐出空気の約５０％が、トランジションピース衝突スリーブ２２に沿ってかつ該衝突スリーブ２２の周りに形成されたアパーチャ２０を通って流れて、トランジションピース１０と半径方向外側のトランジションピース衝突スリーブ２２との間の環状領域つまり環状空間２４（つまり、第２の環状空間）に流入するようになる。圧縮機吐出流の約残りの５０％は、上流の燃焼ライナ流れスリーブ（図示せず）の孔内に流入しまた流れスリーブとライナ１２との間の環状空間内に流入し、そこで環状空間２４内の空気と混合した後に、燃焼室内に逆方向に流入するようになる。
【００１３】
トランジションピース及び衝突スリーブの燃焼器ライナ及び流れスリーブとの継手の公知の構成は、例えば米国特許第７０１０９２１号に開示されており、ここではさらに詳述する必要はない。
【００１４】
図２には、ライナ１２の後方端部のための現在の冷却構成（米国特許第７０１０９２１号に開示されている構成と同様な）を示しており、この冷却構成は、一般に「フラシール」と呼ばれる、ライナ１２のテーパ移行領域３０に隣接してカバープレート２８上に取付けられた関連する圧縮型シール２６を含む。図２は、そうでなければ環状である構成部品の「スライス片」のみを示していることが分かるであろう。従って、円筒形のカバープレート２８は、ライナ上に取付けられて、環状の圧縮シール２６のための取付け表面を形成しかつ軸方向空気流流路３４の一部分を形成する。より具体的には、ライナ１２は、該ライナ１２の後方端部の一部分にわたって延びる複数の軸方向隆起セクション又はリブ３２を有する。カバープレート２８及びリブ３２は、協働してそれぞれの空気流流路３４を形成する。これらの流路は、実質的に平行であり、かつライナ１２の後方端部の一部分にわたって延びる。冷却空気は、流路の前方端部における環状の空気入口スロット又は開口３６（又は孔３６Ａ）を通して流路３４に導入される。冷却空気は、流路３４内に流入しかつ該流路３４を通って流れ、ライナの後方端部における開口３８を通して流出する。
【００１５】
次に図３に移ると、本発明の１つの例示的であるが非限定な実施形態は、ライナ４０の後方端部を示しており、このライナ４０の後方端部には、半径方向内向きテーパ部分４２が形成されて、ライナの下流端部に縮小直径部分４４を形成している。半径方向外向きテーパ部分４６が、ライナをより大きな直径へと拡張させ、後方端縁部４８にて終端する環状カラー４７を備える。管状かつ円筒形の冷却スリーブ５０が、ライナのテーパ部分４２に沿ったほぼ中間の箇所からライナの終端端縁部４８に隣接する後方端縁部５４まで延びる。スリーブ５０は、ライナのカラー部分４７に溶接することができる。スプリングシール（又はフラシール）５６が、冷却スリーブ５０の後方端縁部に固定され（例えば、溶接によって）、トランジションピース（図示せず）の内表面とのシール係合を可能にする。
【００１６】
冷却空気入口孔５８が、冷却スリーブ５０の前方端縁部５２に近接する位置において該冷却スリーブ５０の周りに環状配列として設けられる。従って、空気入口孔５８を通って流れる冷却空気は、ライナの縮小直径部分４４と冷却スリーブ５０との間で冷却プレナム６０に流入する。プレナムを通って流れる空気は、ライナの外向きテーパ部分４６内に形成された環状配列の冷却空気出口孔６２を通して流出する。
【００１７】
内向きテーパ部分４２、縮小直径部分４４、外向きテーパ部分４６及びカラー４７を備えたライナのセクションは、別個に形成し、例えば参照符号６３で示した位置においてライナに溶接することができることに注目されたい。この構成として燃焼器を調整するためには、必要に応じてスリーブ５０内に付加的冷却空気入口孔を穿孔することが必要となるだけであり、トランジションピースをさらに取外す必要はない。これは、調整省略型の設計である。
【００１８】
この設計の変形形態では、シール５６の軸方向後方においてスリーブ５０上に比較的緊密嵌合カラー５１を取付けることができる。カラー５１は、一連の円周方向に間隔を置いて配置された孔５９を選択位置に有するようにして、次にカラーを回転させて孔５９の幾つか又は全てを孔５８と部分的又は完全に整列させ、それによってトランジションピースを取外す必要なしにまたスリーブ５０に孔を付加する必要なしに、所望の冷却及び調整希釈特性を達成することができることができる。
【００１９】
図４は、本発明の別の例示的であるが非限定な実施形態を示している。この実施形態は、図２に示す公知の構成の改良形態を表している。しかしながら、この場合には、新規な後方端部部品６４がライナに付加され、ここでは元の移行領域３０が冷却スリーブとして働いて、両者間にプレナム６６を形成する。後方端部部品６４は、図３における後方端部と同様であり、内向きテーパ部分６８が縮小直径部分７０に至っている。外向きテーパ後方端部部分７２は、終端カラー及び端縁部（図示していないが、図３と同様）に至る。冷却出口孔７４が、テーパ端部部分７２の周りに環状配列として形成される。冷却スリーブ７６もまた、縮小直径部分８０に至る内向きテーパ部分７８を含み、縮小直径部分８０は、後方端部終端端縁部（図示せず）において終端する。この冷却スリーブは、図２に示すスリーブと同様であるが、この場合には、前方開口（図２において参照符号３６）を排除することによって流路は閉鎖される。事実、カバープレート８２及び縮小直径部分８０は、単一部品として製作して、流路８４を排除することができる。
【００２０】
今や冷却空気は、テーパ部分７８の周りに形成された冷却空気入口孔８６に流入し、プレナム６６を通って流れ、かつテーパ後方端部部分７２内に形成された冷却空気出口孔７４を通して流出する。
【００２１】
次に図５に移ると、本発明の別の例示的なかつ好ましい実施形態を示しており、この実施形態は、図４の冷却構成を単純化した形態を表している。具体的には、この場合も同様に、ライナ９０の後方端部部品８８には、内向きテーパ部分９２、縮小直径部分９４、外向きテーパ後方端部部分９６、及びライナの後方端縁部１００を形成した平坦な終端リング又はカラー９８が形成される。冷却スリーブ１０２は、ライナのリング又はカラー９８に溶接され、終端端縁部１００から離れる方向に延び、かつ前方端縁部部分と融合するテーパ部分１０４を含み、前記前方端縁部部分において、後方端部部品８８がライナ９０に接合される前方端縁部１０８に隣接して、該後方端部部品８８との間に滑り継手が形成される。この構成は、後方端部部品８８と冷却スリーブ１０２との間にプレナム１１０を形成する。スリーブ１０２内の冷却空気入口孔１１２は、冷却及び希釈空気がプレナム１１０に流入し、かつ後方端部部品８８の外向きテーパ部分９６内に形成された孔１１４を通して流出するのを可能にする。スプリングフィンガ又はフラシール１１６が、冷却スリーブ１０２の後方端部に溶接される。
【００２２】
上記した図３〜図５に示す冷却及び希釈構成は、フラシールの下方に冷却空気を放出し、燃焼器ライナの後方端部と共にシールを冷却する。同時に、希釈空気の最適化に関係した燃焼器ライナの調整は、冷却スリーブ及び／又はライナに対して冷却空気入口孔及び／又は端部孔を修正するか又は付加することによって、トランジションピースを取外す必要なしに達成することができる。
【００２３】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２４】
１０  トランジションピース
１２  燃焼器ライナ
１４  タービン第１段
１６  軸流ディフューザ
１８  圧縮機吐出ケース
２０  アパーチャ
２２  衝突スリーブ
２４  環状路（第２の）
２６  圧縮シール
２８  カバープレート
３０  移行領域
３２  リブ
３４  空気流流路
３６  入口スロット又は開口
３８  開口
４０  ライナ
４２  内向きテーパ部分
４４  縮小直径部分
４６  外向きテーパ部分
４７  環状カラー
４８  後方端縁部
５０  冷却スリーブ
５１  カラー
５２  前方端縁部
５４  後方端縁部
５６  スプリングシール
５８  入口孔
５９  孔
６０  冷却プレナム
６２  出口孔
６３  溶接位置
６４  後方端部部品
６６  プレナム
６８  内向きテーパ部分
７０  縮小直径部分
７２  外向きテーパ後方端部部分
７４  出口孔
７６  冷却スリーブ
７８  内向きテーパ部分
８０  縮小直径部分
８２  カバープレート
８４  流路
８６  空気入口孔
８８  後方端部部品
９０  ライナ
９２  内向きテーパ部分
９４  縮小直径部分
９６  外向きテーパ部分
９８  カラー
１００  後方端縁部
１０２  冷却スリーブ
１０４  テーパ部分
１０６  前方端縁部部分
１０８  前方端縁部
１１０  プレナム
１１２  入口孔
１１４  出口孔
１１６  スプリング又はフラシール
【図１】
0005313038.tif 000002
【図２】
0005313038.tif 000003
【図３】
0005313038.tif 000004
【図４】
0005313038.tif 000005
【図５】
0005313038.tif 000006