(57)【要約】【課題】燃焼器、および燃焼器を修理するための方法を提供すること。【解決手段】燃焼器が、一般に、燃焼器内の燃焼室を少なくとも部分的に画定するライナを含む。ライナは、一般に、ライナを通って延び、対合表面を少なくとも部分的に画定する孔を含む。外側表面を有するインサートが、孔を通って少なくとも部分的に延びる。対合表面を少なくとも部分的に画定する突起が、インサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲む。突起の対合表面と孔の対合表面との間の継手が、突起の対合表面とライナの孔の対合表面との間の連結点を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．ライナと、
ｂ．前記ライナによって少なくとも部分的に囲まれた燃焼室と、
ｃ．前記ライナを通って延びる孔であって、対合表面を有する孔と、
ｄ．外側表面を有するインサートであって、前記孔を通って少なくとも部分的に延びるインサートと、
ｅ．対合表面を有する突起であって、前記インサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲む突起と、
ｆ．前記突起の対合表面と前記孔の対合表面との間の継手と
を備える燃焼器。
【請求項２】
前記ライナの孔が希釈孔である、請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
前記突起が前記インサートと一体である、請求項１記載の燃焼器。
【請求項４】
前記突起の対合表面と前記孔の対合表面との間の前記継手が突合せ継手である、請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
前記ライナの孔の対合表面が、前記ライナの内側表面から前記ライナの外側表面へ半径方向外向きに発散する、請求項１記載の燃焼器。
【請求項６】
前記ライナの孔の対合表面が、前記ライナの内側表面から前記ライナの外側表面へ半径方向内向きに収束する、請求項１記載の燃焼器。
【請求項７】
前記突起の対合表面が、前記ライナの孔の対合表面に対して相補的に角度をなす、請求項１記載の燃焼器。
【請求項８】
ａ．ライナと、
ｂ．前記ライナによって少なくとも部分的に囲まれた燃焼室と、
ｃ．前記ライナを通って延びる孔であって、対合表面を有する孔と、
ｄ．外側表面を有するインサートであって、前記孔を通って少なくとも部分的に延びるインサートと、
ｅ．対合表面を画定する突起であって、前記インサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲む突起と、
ｆ．前記突起を周方向に少なくとも部分的に囲む前記突起の対合表面内の溝と、
ｇ．前記突起の対合表面と前記孔の対合表面との間の継手と
を備える燃焼器。
【請求項９】
前記突起の溝内に配置されたろう付けリングをさらに備える、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１０】
前記突起が前記インサートと一体である、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１１】
前記継手が突合せ継手を含む、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１２】
前記ライナの孔の対合表面が、前記ライナの内側表面から前記ライナの外側表面へ内向きに発散する、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１３】
前記ライナの孔の対合表面が、前記ライナの内側表面から前記ライナの外側表面へ内向きに収束する、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１４】
前記突起の対合表面が、前記ライナの孔の対合表面に対して相補的に角度をなす、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１５】
前記孔が希釈孔である、請求項８記載の燃焼器。
【請求項１６】
燃焼器を組み立てるための方法であって、
ａ．前記燃焼器内に配置されたライナを通って延びる孔から第１のインサートを除去するステップと、
ｂ．前記孔の直径を拡大するステップと、
ｃ．突起を有する第２のインサートを挿入するステップであって、前記突起が対合表面を有し、前記突起が、前記第２のインサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲む、ステップと、
ｄ．前記突起の対合表面を、相補的なライナの孔の対合表面に接合するステップと
を含む方法。
【請求項１７】
前記突起の対合表面を、前記ライナの孔によって画定された前記相補的な対合表面に突合せ溶接するステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ろう付けリングを前記突起の対合表面内に画定された溝内に挿入するステップと、前記突起の対合表面を前記相補的なライナの孔の対合表面にろう付けするステップとをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記ライナの孔の対合表面を面取りするステップをさらに含み、前記面取りが、前記ライナの内側表面から前記ライナの外側表面へ半径方向外向きに発散する、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記ライナの孔の対合表面を面取りするステップをさらに含み、前記面取りが、前記ライナの内側表面から前記ライナの外側表面へ半径方向内向きに収束する、請求項１６記載の方法。
【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燃焼技術に関し、より詳細には、燃焼ライナ、および燃焼ライナを修理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、一般に、圧縮機と、圧縮機の下流の燃焼器と、燃焼器の下流のタービンとを含む。燃焼器は、一般に、燃焼器を介して燃焼ガスをタービン内に導くために流路を画定するいくつかの構成部品を少なくとも部分的に囲むケーシングを含む。たとえば、燃焼器は、１つまたは複数の燃料ノズルと、燃料ノズルから下流に延びる燃焼ライナと、燃焼ライナから下流に延びるトランジションピースとを含むことがある。運転時には、周囲空気など作動流体が、圧縮機を流通するとき圧縮される。圧縮された作動流体は、燃焼器に流入し、トランジションピースおよび燃焼ライナの外側表面をわたって流れ、これらの構成部品を対流冷却する。圧縮された作動流体の少なくとも一部分は、ライナを通って延びる１つまたは複数の希釈孔を流通することができる。このようにして、圧縮された作動流体は、ライナによって少なくとも部分的に囲まれた燃焼室内で燃料と混合することができる。
【０００３】
ある種の燃焼ライナ設計は、概してライナ希釈孔を構造的に支持するために１つまたは複数の希釈孔を通って延びるインサートを提供する。このインサートは、一般にすみ肉溶接を使用してライナに溶接される。しかし、燃焼器内、特に燃焼ライナ周りの極端な温度と燃焼器動力学は、すみ肉溶接継手の割れ、および潜在的な故障を引き起こすおそれがある。その結果、現行の燃焼ライナの機械的寿命は、著しく減少することがある。したがって、燃焼ライナの機械的寿命を改善することになる改良された燃焼ライナスリーブ、およびライナインサートを燃焼ライナに設置し、かつ／または修理するための方法が有用となるはずである。
【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２００９／０１２００９５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、本発明の態様および利点については以下の説明に記載されており、またはその説明から自明となる可能性があり、または本発明を実施することにより知ることができる。
【０００６】
本発明の一実施形態は、ライナと、ライナによって少なくとも部分的に囲まれた燃焼室と、ライナを通って延び、対合表面を少なくとも部分的に画定する孔と、外側表面を有し、孔を通って少なくとも部分的に延びるインサートとを含む燃焼器である。また、この燃焼器は、インサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲む対合表面を有する突起と、突起の対合表面と孔の対合表面との間の継手とを含むことができる。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、燃焼室を少なくとも部分的に囲むライナと、対合表面を少なくとも部分的に画定し、ライナを通って延びる孔と、外側表面を含むライナの孔を少なくとも部分的に通って延びるインサートとを含む燃焼器である。また、この燃焼器は、インサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲み、突起の対合表面を画定する突起と、突起を周方向に少なくとも部分的に囲む突起の対合表面内の溝と、突起の対合表面と孔の対合表面との間の継手とを含むことができる。
【０００８】
また、本発明は、燃焼器を修理するための方法をも含むことができる。この方法は、燃焼器内に配置されたライナを通って延びる孔から第１のインサートを除去するステップと、孔の直径を拡大するステップと、突起を有する第２のインサートを挿入するステップであって、突起が、第２のインサートの外側表面を周方向に少なくとも部分的に囲む、ステップとを概して含む。この突起は、対合表面を少なくとも部分的に画定する。また、この方法は、突起の対合表面を、ライナの孔によって画定される相補的な対合表面に接合するステップを含む。
【０００９】
当業者なら、本明細書を検討したとき、そ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。
【００１０】
本発明の完全かつ実施可能な開示が、当業者に対するその最良の形態を含めて、本明細書の残りの部分でより具体的に記載されており、添付の図の参照を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】典型的なガスタービン燃焼器の断面図である。
【図２】図１に示されている燃焼器ライナの側面図である。
【図３】図２に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大上面図である。
【図４】本開示の一実施形態による、図３に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大断面図である。
【図５】本開示の一実施形態による、図３に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大断面図である。
【図６】本開示の一実施形態による、図３に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大断面図である。
【図７】本開示の一実施形態による、図３に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大断面図である。
【図８】本開示の一実施形態による、図３に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大断面図である。
【図９】本開示の一実施形態による、図３に示されている燃焼器ライナの一部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の現在の実施形態を詳細に参照するが、それらの１つまたは複数の例が添付の図面に示されている。この詳細な説明では、数字および文字の指定を使用し、図面内の特徴を参照する。図面および説明内の類似または同様の指定は、本発明の類似または同様の部分を参照するために使用されている。本明細書では、「第１」「第２」「第３」という用語は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために交換可能に使用されることがあり、個々の構成要素の位置または重要性を示すことは意図されていない。
【００１３】
各例は、本発明の説明として提供されており、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲または精神から逸脱することなしに修正および変形を本発明に加えることができることが、当業者には明らかになるであろう。たとえば、一実施形態の一部として示され、または述べられている特徴を別の実施形態に使用し、さらに他の実施形態を生み出すことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物内に入るそのような修正および変形を包含することが意図されている。
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、中に燃焼ライナが配置された燃焼器を含む。燃焼ライナは、概して環状の管であり、燃焼器の少なくとも一部分内で半径方向および軸方向に延びる。１つまたは複数の孔を、燃焼ライナを通って延ばし、圧縮空気など作動流体が燃焼ライナ内に、またライナ内で少なくとも部分的に画定された燃焼室内に流れることを可能にすることができる。それらの１つまたは複数の希釈孔の少なくともいくつかは、一般に、それらの孔を通って少なくとも部分的に延びるインサートを含む。特定の実施形態では、インサートは、インサート周りで周方向に少なくとも部分的に延びる突起を含むことができる。この突起は、ライナの孔の対合表面に対して相補的な突起の対合表面を少なくとも部分的に画定する。特定の実施形態では、これらの２つの相補的な表面が突合せ継手を画定し、突起の対合表面とライナの孔の対合表面を連結するために突合せ溶接部が使用される。代替の実施形態では、突起の対合表面が、突起を周方向に少なくとも部分的に囲む溝を画定してもよい。ろう付けリングを溝内に挿入し、突起の対合表面とライナの孔の対合表面を連結するために使用してもよい。本発明の例示的な実施形態について、例示のために、概してガスタービン内に組み込まれる燃焼器の状況において述べることになるが、当業者なら、本発明の実施形態は、任意の燃焼器に適用することができ、特許請求の範囲に特に記載されていない限り、ガスタービンの燃焼器に限定されないことを容易に理解するであろう。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による燃焼器１０の概略断面図を示す。ケーシング１２は燃焼器１０を囲み、燃焼器１０に流れる空気または作動流体を収容することができる。図のように、燃焼器１０は、頂部キャップ１６内で半径方向に配置された１つまたは複数のノズル１４を含むことができる。一般に、端部カバー１８およびライナ２０が、ノズル１４の下流に位置する燃焼室２２を囲む。流れ孔２６を有する衝突スリーブ２４はトランジションピース２８およびライナ２０を囲み、衝突スリーブ２４とトランジションピース２８の間に環状通路３０を画定することができる。ケーシング１２は、ケーシングとライナ２０の間に環状通路３０をさらに画定してもよい。空気または作動流体は、衝突スリーブ２４内の流れ孔２６を通過し、トランジションピース２８およびライナ２０の外側に沿って流れることができ、ライナ２０およびトランジションピース２８に膜を与え、またはそれらを対流冷却する。次いで、空気または作動流体は、端部カバー１８のところで方向を逆転し、１つまたは複数のノズル１４を流通し、ノズル１４で燃料と混合されてから燃焼室２２内で発火し、高い温度と圧力を有する燃焼ガスを生成する。特定の燃焼器設計では、１つまたは複数の希釈孔３２がライナ２０を通って延び、ライナ２０を通り燃焼室２２内へ流体連通をもたらす。図２に示されているように、ライナは、ライナ２０を通って延びる１つまたは複数の通路３２をも含むことができる。たとえば、それだけには限らないが１つまたは複数の通路３４は、火炎伝ぱ管通路、点火器通路、カメラ通路、および／または火炎検出器通路を含むことができる。
【００１６】
図１に示されているように、ライナ２０は、一般に、内側表面３６と、内側表面３６から半径方向に分離された外側表面３８とを含む。図２に示されているように、ライナ２０の外側表面３８は、概して波形またはリブ付きであり得る。代替形態では、ライナ２０の外側表面３８は、概して平坦でもよい（図示せず）。ライナ２０は、１枚または複数の連続的な材料シートから形作られてもよい。代替形態では、ライナ２０は、複数の重なり合う材料シートで構築されてもよい。図４〜９に示されているように、ライナは、一般に、図１に示されているライナの内側表面３６と図３〜９に示されているライナの外側表面３８との間で半径方向および／または軸方向に延びる希釈孔３２および／または通路３４内に配置されたライナの対合表面４０を画定することができる。ライナ２０は、燃焼器１０内に見られる熱応力および機械的応力に耐えるように設計された任意の材料製であってよい。特定の実施形態では、ライナ２０は、熱障壁コーティングなど耐熱材料で少なくとも部分的に被覆されてもよい。
【００１７】
図３に示されているように、１つまたは複数の希釈孔３２および／または通路３４の少なくともいくつかは、希釈孔３２および／または通路３４を通って少なくとも部分的に延びるインサート４２を含むことができる。図のように、インサート４２は、概して環状とすることができる。しかし、インサート４２は、１つまたは複数の希釈孔３２および／または通路３４に対して相補的な任意のサイズまたは形状のものであってよいことが、当業者にはわかるはずである。図３〜９に示されているように、インサート４２は、一般に、外側表面４６から軸方向に分離された内側表面４４を含む。図４〜９に示されているように、インサート４２はまた、上端５０から半径方向に分離された下端４８を含む。
【００１８】
図３〜９に示されているように、突起５２が、インサートの外側表面４６周りで周方向に少なくとも部分的に延びる。図では、突起５２は、インサートの外側表面４６から概して軸方向に離れるように延び、インサートの下端４８とインサートの上端５０との間で部分的に半径方向に延びる。特定の実施形態では、突起５２は、インサートの外側表面４６に溶接および／またはろう付けされてもよい。代替形態では、突起５２およびインサート４２は、単一の材料片から機械加工されてもよい。このようにして、突起５２は、インサートと一体であると言うことができる。
【００１９】
図４〜９に示されているように、突起５２は、突起５２を周方向に少なくとも部分的に囲む突起の対合表面５４を少なくとも部分的に画定することができる。突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０に対して相補的な任意の形状であってよい。特定の実施形態では、図４〜６に示されているように、突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０と突起の対合表面５４との間に突合せ継手５６を形成するように形作ることができる。たとえば、それだけには限らないが図４に示されているように、ライナの対合表面４０および突起の対合表面５４は、概して平行であってもよい。代替の実施形態では、ライナの対合表面４０および突起の対合表面５４は、面取りされてもよい。たとえば、図５に示されているように、ライナの対合表面４０は、ライナの内側表面３６から希釈孔３２を通って半径方向外向きに発散（漸拡大）してもよく、突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０に対して相補的に半径方向外向きに発散してもよい。
【００２０】
他の実施形態では、図６に示されているように、ライナの対合表面４０は、ライナの内側表面３６からライナの外側表面３８まで希釈孔３２および／または通路３４を通って内向きに収束してもよく、突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０に対して相補的に内向きに発散してもよい。上記に開示されている実施形態のそれぞれにおいて、突合せ溶接部によりインサート４２をライナ２０に接合することができ、それによりライナの対合表面４０と突起の対合表面５４との間で完全溶込溶接を可能にする。その結果、燃焼器１０の運転中に継手が割れる可能性を低減することができ、したがってライナおよび／または燃焼器の機械的寿命が増大される。
【００２１】
代替の実施形態では、図７〜９に示されているように、突起５２は、突起の対合表面５４周りで周方向に少なくとも部分的に延びる溝５８を少なくとも部分的に画定することができる。溝５８は、任意の深さおよび／または幅のものであってよい。特定の実施形態では、ろう付けリング６０を溝５８内に挿入することができる。特定の実施形態では、図７〜９に示されているように、ライナの対合表面４０および突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０と突起の対合表面５４との間に突合せ継手５６を形成するように形作ることができる。たとえば、図７に示されているように、ライナの対合表面４０および突起の対合表面５４は、概して平行であってもよい。代替の実施形態では、ライナの対合表面４０および突起の対合表面５４は、面取りされてもよい。たとえば、図８に示されているように、ライナの対合表面４０は、ライナの内側表面３４からライナの外側表面３６に向かって内向きに発散してもよく、突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０に対して相補的に発散してもよい。他の実施形態では、図９に示されているように、ライナの対合表面４０は、ライナの内側表面３４からライナの外側表面３６に向かって収束してもよく、突起の対合表面５４は、ライナの対合表面４０に対して相補的に収束してもよい。図７〜９に示されている実施形態のそれぞれにおいて、ろう付けされた突合せ継手６２により突起の対合表面５４をライナの対合表面４０に連結することができ、それによりライナの対合表面４０と突起の対合表面５４との間で完全溶込溶接を可能にする。その結果、燃焼器の運転中に継手が割れる可能性を低減することができ、したがってライナの機械的寿命が増大される。
【００２２】
図４〜９に関連して示され述べられている様々な実施形態は、燃焼器１０を修理するための方法をも提供することができる。この方法は、１つまたは複数の希釈孔３２および／または１つまたは複数の通路３４のうちの少なくとも１つから第１のインサート４２を除去するステップと、希釈孔３２および／または通路３４の直径を拡大するステップと、突起５２および突起の対合表面５４を含む第２のインサート４２を挿入するステップと、間に突合せ継手５６を形成するように突起の対合表面５４を相補的なライナの対合表面４０に接合するステップとを含むことができる。この方法は、突起の対合表面５４を相補的なライナの対合表面４０に突合せ溶接するステップをさらに含むことができる。他の実施形態では、この方法は、ろう付けリング６０を突起５２内に少なくとも部分的に画定された溝５８内に挿入するステップと、突起の対合表面５４を相補的なライナの対合表面４０にろう付けするステップとをさらに含むことができる。また、この方法は、ライナ２０の希釈孔３２を面取りするステップを含むことができる。たとえば、この方法は、ライナ２０の希釈孔３２を、ライナの内側表面３６から半径方向外向きに面取りするステップを含んでもよい。さらに、この方法は、ライナ２０の希釈孔３２を、ライナの内側表面３６から半径方向内向きに面取りするステップを含んでもよい。図４〜９は、燃焼器１０を組み立てるための方法をも提供することができる。この方法は、突起５２および突起の対合表面５４を含むインサート４２をライナ２０の希釈孔３２内に、かつ／または通路３４の少なくとも１つに挿入するステップと、間に突合せ継手５６を形成するように突起の対合表面５４を相補的なライナの対合表面４０に接合するステップとを含むことができる。
【００２３】
本書は、最良の形態を含めて、本発明を開示するために、また任意の装置またはシステムを作製および使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めて、当業者なら誰でも本発明を実施することができるようにするために例を使用している。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、当業者に思い付く他の例を含むことができる。そのような他の例は、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、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない均等な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。
【符号の説明】
【００２４】
１０  燃焼器
１２  ケーシング
１４  ノズル
１６  頂部キャップ
１８  端部カバー
２０  ライナ
２２  燃焼室
２４  衝突スリーブ
２６  流れ孔
２８  トランジションピース
３０  環状通路
３２  希釈孔
３４  通路
３６  ライナの内側表面
３８  ライナの外側表面
４０  ライナの対合表面
４２  インサート
４４  インサートの内側表面
４６  インサートの外側表面
４８  下端
５０  上端
５２  突起
５４  突起の対合表面
５６  突合せ継手
５８  溝
６０  ろう付けリング
６２  ろう付け継手
【図１】
2013228196.tif 000003
【図２】
2013228196.tif 000004
【図３】
2013228196.tif 000005
【図４】
2013228196.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2013228196.tif 000009
【図８】
2013228196.tif 000010
【図９】
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