(57)【要約】  本発明は、ハウジング壁（２３）を備えた少なくとも１つのハウジング部材（３３）を有するガスタービン（１）のための燃焼室（１０）に関するものであり、前記ハウジング部材は、高温ガス流路の周りに配置されており、かつ、高温ガスが衝突し得る高温側（２５）と、反対側の低温側（２７）とを含んでおり、前記ハウジング壁内では、複数の冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）がそれぞれ内面（５８）を有して延在しており、前記冷却管はそれぞれ、前記低温側に開口する流入領域（１２０）と、前記燃焼室の内部に開口する流出領域（１２２）と、を含んでいる。本発明に係る燃焼室は、ハウジング部材の冷却と、燃焼室の有害物質排出の削減と、ハウジング部材の製造費用の削減と、を可能にする。そのために、前記冷却管のうちの少なくとも１つの冷却管内には、乱流発生装置が配置されており、前記乱流発生装置は、ウェブ状のリブ（６０、９２、１０８）であり、ウェブ状の前記リブは、前記冷却管の内面に沿って延在しており、かつ、前記ハウジング壁（２３）と一体的に構成されている。
2016530448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング壁（２３）を備えた少なくとも１つのハウジング部材（３３）を有するガスタービン（１）のための燃焼室（１０）であって、
前記ハウジング部材は、高温ガス流路の周りに配置されており、かつ、高温ガスが衝突できる高温側（２５）と、反対側に位置する低温側（２７）と、を含んでおり、前記ハウジング壁内では、複数の冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）がそれぞれ内面（５８）を有して延在しており、前記冷却管はそれぞれ、前記低温側に開口する流入領域（１２０）と、前記燃焼室の内部に開口する流出領域（１２２）と、を含んでいる燃焼室において、
前記冷却管のうちの少なくとも１つの冷却管内には、乱流発生装置が配置されており、前記乱流発生装置は、ウェブ状のリブ（６０、９２、１０８）であり、ウェブ状の前記リブは、前記冷却管の内面に沿って延在しており、かつ、前記ハウジング壁（２３）と一体的に構成されており、前記冷却管のリブは、請求項２３又は２４に記載の方法によって形成されていること、を特徴とする燃焼室。
【請求項２】
ウェブ状の前記リブ（６０、９２、１０８）が、前記冷却管の長手軸（５６）に対して垂直に延在しているので、前記リブは、前記冷却管内の流れの方向に対する横方向の、２つの欠円状又は部分円環状の側面（６８、９６）を有していることを特徴とする請求項１に記載の燃焼室。
【請求項３】
ウェブ状の前記リブが、前記冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）の長手軸（５６）に対して角度を成して、前記冷却管の内面（５８）に沿って延在しており、かつ、流れの方向（９４）に対して角度を成した、２つの略欠円状又は部分環状の側面（６８、９６）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼室。
【請求項４】
前記リブの迎角が、１０°から６０°、好ましくは４５°であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項５】
少なくとも複数の前記リブ（６０、９２、１０８）が、前記冷却管内で、前記冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）の内面の、高温側を向いている側に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項６】
前記リブが、管（４４、５４、９０、１０６、１１８）内で片側に配置されており、前記リブ（６０、９２、１０８）の高さ（６４）は、特に、前記リブがそれぞれ、前記冷却管の横断面面積の５％から３０％、好ましくは１０％から１５％を塞ぐように選択されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項７】
前記リブ（６０、９２、１０８）が、前記冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）内で両側に向かい合って対を成すように配置されており、前記リブの高さ（６４）は、特に、向かい合う前記リブが共に、前記冷却管の横断面面積の１０％から４０％、好ましくは１０％から２０％を塞ぐように選択されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項８】
前記リブ（６０、９２、１０８）が、前記冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）内で両側に、互いに対してずらされて配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項９】
前記リブ（６０、９２、１０８）と、前記冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）の長手軸方向において最も近いそれぞれのリブとの間隔が、前記リブの高さ（６４）の５倍から１０倍に相当することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項１０】
水力直径が少なくとも５から１０である前記冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）の流入領域（１２０）が、リブを有さないように構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項１１】
前記ハウジング部材（３３）の前記ハウジング壁（２３）の全周に亘って、冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）が配置されており、少なくとも１つの乱流発生装置を含む前記冷却管は、前記ハウジング壁（２３）の熱負荷の比較的高い領域（４２）内に延在していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃焼室。
【請求項１２】
ガスタービン部材内に冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）を形成するためのロッド状の工具（７０、９８、１１２、１２４）の使用であって、
前記工具は、長手軸（７２）に沿って、前側端部（７４）から、前記前側端部に接続された第１の長手軸方向部分（７６）を経由して、反対側の端部（７１）まで延在している使用において、
ロッド状の前記工具は、少なくとも前記第１の長手軸方向部分において、略シリンダ形であり、以下の凹部：
前記第１の長手軸方向部分（７６）全体に亘って延在する、第１の横断面（８２）を有する少なくとも１つの第１の凹部（８０、１００）、及び、
複数のノッチ（８４、１０２、１１４、１２６）であって、それぞれ前記少なくとも１つの凹部のうちの１つを起点とし、前記第１の長手軸方向部分のそれぞれ残存する表面領域（１１６）内に、ノッチ深さ（８８）を有して延在するノッチ、を有しており、
前記工具は、請求項２３又は２４に記載の方法において用いられることを特徴とする使用。
【請求項１３】
ロッド状の前記工具（７０）が、前記第１の長手軸方向部分（７６）に沿って、第１の凹部（８０）を含んでおり、前記凹部は、特に欠円状の横断面を有していることを特徴とする請求項１２に記載の工具。
【請求項１４】
前記ノッチ（８４、１０２、１１４、１２６）が、前記長手軸（７２）に対して垂直に、前記第１の長手軸方向部分（７６）の周りに延在していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の工具。
【請求項１５】
前記ノッチ（８４、１０２、１１４、１２６）が、前記長手軸に対して角度を成して、前記第１の長手軸方向部分（７６）の周りに延在していることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１６】
前記角度が、１０°から６０°、好ましくは４５°であることを特徴とする請求項１５に記載の工具。
【請求項１７】
前記ノッチ深さ（８８）と欠円の高さとは、前記工具によって形成された冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）が片側に配置されたリブを有しており、前記リブが、前記冷却管の横断面を５％から３０％、好ましくは１０％から１５％塞ぐように選択されていることを特徴とする請求項１２から１６のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１８】
ロッド状の前記工具が、前記第１の長手軸方向部分（７６）に沿って、２つの向かい合う凹部（１００）を含んでおり、前記凹部は、特にそれぞれ欠円状の横断面（８２）を有していることを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載の工具。
【請求項１９】
前記ノッチが、前記第１の長手軸方向部分の両方の残存している、凸状に湾曲した表面領域において延在しており、前記ノッチ（１０２、１１４）は、向かい合って対を成すように、又は、互いに対してずらされて配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の工具。
【請求項２０】
ロッド状の前記工具の長手軸方向におけるノッチの間隔が、前記ノッチ深さ及び前記欠円の高さのうちのどちらがより小さいか次第で、前記ノッチ深さ又は前記欠円の高さの５倍から１０倍に相当することを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載の工具。
【請求項２１】
ガスタービン部材内に冷却管（４４、５４、９０、１０６、１１８）を形成するための工具アセンブリの使用であって、
前記工具アセンブリは、環状又は部分環状の支持装置と、複数のロッド状の工具（７０、９８、１１２）とを有しており、前記工具は前記支持装置上に配置され、その結果、前記工具は、前側端部（７４）によって前方で、及び、長手軸（７２）によって前記支持装置の環状面に対して垂直に、前記支持装置に固定されている、使用において、
ロッド状の前記工具のうちの少なくとも１つは、請求項１２から２０のいずれか一項に従って構成されており、かつ、前記工具の長手軸の周りに回転可能であるように前記支持装置に固定されており、かつ、請求項２３又は２４に記載の方法において用いられることを特徴とする使用。
【請求項２２】
当該工具アセンブリは、前記冷却管が電気化学的除去法又は放電加工によってガスタービン部材内に設けられることができるように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の工具アセンブリ。
【請求項２３】
ガスタービン部材内、特に燃焼室のハウジング壁（２３）内に冷却管を設けるための方法であって、
リブ（６０、９２、１０８、１１０）が設けられた冷却管を形成するために、請求項１２から２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのロッド状の工具（７０、９８）が、前記工具の長手軸方向において軸方向に移動し、除去方法によって前記ガスタービン部材内に導入され、後続のステップにおいて、除去方法を用いて、前記リブ（６０、９２、１０８、１１０）の間の領域が除去され、前記領域は、前記工具が前記工具の長手軸（７２）の周りをある角度分回転する間に除去され、その後、前記工具は軸方向に移動し、前記ガスタービン部材から引き抜かれる方法。
【請求項２４】
前記工具のノッチ（８４、１０２）が、前記工具の長手軸に対して迎角を成して延在しており、前記工具は、前記リブの間の領域を除去するために、前記ノッチの迎角に対応した重畳運動において、ある角度分回転すると同時に、軸方向に移動することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング壁を有する少なくとも１つのハウジング部材を備えたガスタービンの燃焼室に関するものであり、当該ハウジング部材は、高温ガス流路の周りに配置されており、高温ガスが衝突し得る高温側と、反対側の低温側と、を含んでいる。ハウジング部材のハウジング壁には、それぞれ内面を有する複数の冷却管が延在している。冷却管は、低温側に開口している流入領域と、燃焼室の内部に開口している流出領域と、をそれぞれ含んでいる。
【背景技術】
【０００２】
ハウジング部材は、例えば、管状燃焼室の炎管のシリンダバレル形端部領域であり得る。このシリンダバレル形端部領域が少なくとも部分的に高い熱負荷に曝露されるので、先行技術からは、シリンダバレル形端部領域に、複数の冷却管を設けることが知られている。冷却管は、シリンダの軸と平行に、端部領域のハウジング壁内に延在しているので、端部領域全体が冷却管に貫かれていることがあり得る。一般的なハウジング部材は、例えば、シリンダの軸と、部材のハウジング壁内でシリンダの軸と平行に延在する冷却管とを有する、シリンダバレル形のハウジング部材であり得る。
【０００３】
冷却管は、電気化学的除去法又は放電加工によって、ハウジング壁内に設けられ得る。このために、シリンダ形のロッド及び除去法を用いて、シリンダ形の管が形成されるように、ハウジング壁内で除去が行われる。管は、並行する方法ステップにおいても、ハウジング壁内で除去を行って冷却管を形成するために同時に用いられ、冷却管の数に相当する複数の工具によって、ハウジング部材内に設けられ得る。
【０００４】
部材を貫流する冷却空気の量の増大は、部材の摩耗の減少につながる。とは言え、冷却管を通過する冷却空気は、もはや燃焼空気として利用することはできず、さらに、ハウジング部材の内面に沿って低温の流れを引き起こすので、燃焼室の動作中に、有害物質であるＮＯｘ及びＣＯの排出が増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、初めに挙げた種類のガスタービンの燃焼室と、初めに挙げた種類の冷却管を形成するための工具及び方法とを記載することにあり、それによって、ハウジング部材の冷却と、燃焼室の有害物質排出の削減と、ハウジング部材の製造費用の削減と、が可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
初めに挙げた種類の燃焼室の場合において、本課題は、本発明によると、冷却管のうちの少なくとも１つの冷却管内に乱流発生装置が配置されることによって解決され、当該乱流発生装置は、ウェブ状のリブとして構成され、冷却管の内面に沿って延在し、ハウジング壁と一体的に構成されている。
【０００７】
本発明に係る乱流発生装置は、冷却管の形成と同時に、冷却管の内面において、ハウジング部材の固形物から形成される。好ましくは、冷却管のリブは、請求項２３又は２４のいずれか一項に記載の方法を用いて形成されている。それによって、特に少ない製造費用でハウジング部材を製造することが可能になる。本発明に係る形成方法は、本発明に係る工具によって、製造の際に特筆すべき費用を追加せずに、ハウジング部材に乱流発生装置を装備することを可能にする。本発明に係る工具は、冷却管の内面に沿って延在し、ハウジング壁と一体的に構成されているリブとしての乱流発生装置の製造を可能にする。ハウジング壁と一体的に、とは、当該リブが、冷却管の内面を形成している材料領域と一体的であることとして理解されるべきである。乱流発生装置によって、二次的なフローが発生し、当該フローは、冷却管を通過する冷却空気への熱伝達を増大させるので、ハウジング部材の比較可能な冷却のために用いなければならない冷却空気は、総じてより少なくなる。それによって、すでに述べたように、ガスタービンの有害物質排出が減少する。
【０００８】
本発明に係る工具は、乱流発生装置の正確な位置決めと再現性とを可能にする。
【０００９】
有利には、ウェブ状のリブは、冷却管の長手軸に対して垂直に延在し得るので、当該リブは、冷却管内の流れの方向に対する横方向を向いた２つの、欠円状（kreissegmentfoermig）又は部分環状（ringsegmentfoermig）の側面を有している。
【００１０】
当該リブの方向付け及び形状は、特に容易に作成される。同時に、乱流発生装置の下流には、二次的なフローが発生し、その強さは、熱伝達を増大させるために、リブの高さを通じて容易に調整され得る。
【００１１】
ウェブ状のリブが、冷却管の長手軸に対して角度を成して、冷却管の内面に沿って延在しており、かつ、流れの方向に対して角度を成した２つの、略欠円状又は部分環状の側面を有していることも、有利であると見なされる。
【００１２】
リブの迎角は、好ましくは１０°から６０°であり得る。４５°の迎角が特に有利であると見なされる。
【００１３】
有利には、さらに、少なくとも複数のリブが、冷却管内で、冷却管の内面の、高温側を向いている側に配置されていると規定することが可能である。
【００１４】
それによって、特に多くの熱エネルギーが放出されるべき冷却管の領域内における熱伝達が増大する。
【００１５】
本発明のさらなる有利な一態様では、リブが管内で片側に配置されていることが規定され得る。例えば、リブの高さは、リブがそれぞれ、冷却管の横断面面積の５％から３０％、好ましくは１０％から１５％を塞ぐように選択され得る。
【００１６】
特に高温側への方向において、リブを片側に配置することによって、十分な熱伝達の増大がすでに可能になる。
【００１７】
上述の塞がれた横断面面積の割合は、特にリブを片側に配置した場合に、熱伝達を増大させるために特に有効であることが明らかになっている。
【００１８】
本発明のさらなる有利な一態様では、リブが、冷却管内で両側に向かい合って対を成すように配置されていることが規定され得る。
【００１９】
例えば、リブの高さは、向かい合うリブが、冷却管の横断面面積の１０％から４０％、好ましくは１０％から２０％を塞ぐように選択され得る。
【００２０】
リブを両側に配置することによって、乱流発生装置の下流に発生した二次的なフローが強められるので、熱伝達の改善がもたらされる。
【００２１】
上述の塞がれた冷却管の横断面面積の割合は、特にリブを向かい合うように配置した場合に、熱伝達を増大させるために特に有効であることが明らかになっている。
【００２２】
リブが、冷却管内において両側に、互いに対してずらされて配置されていることも有利であると見なされる。
【００２３】
例えば、リブの高さは、冷却管の横断面面積のそれぞれ５％から３０％、好ましくは１０％から１５％が、リブによって塞がれているように選択され得る。
【００２４】
本発明の当該態様によって、比較的均質の、乱流発生装置によって生じた、冷却管に沿った二次的なフローが可能になる。上述の塞がれた冷却管の横断面面積の割合は、特にリブが両側にずらされて配置されている場合に、熱伝達を増大させるために特に有効であることが明らかになっている。
【００２５】
有利には、さらに、リブと、冷却管の長手軸方向において最も近いそれぞれのリブとの間隔は、当該リブの高さの５倍から１０倍に相当すると規定することが可能である。
【００２６】
本発明の当該態様によって、冷却管に沿って略均等に熱伝達を増大させることが可能になる。
【００２７】
有利には、水力直径が少なくとも５から１０である冷却管の流入領域が、リブを有さないように構成されていることが規定され得る。
【００２８】
冷却管の当該領域は、乱流発生装置を具備しなくても良く、なぜなら、当該管に流入するフローは、依然として高い熱伝達を保証するからである。
【００２９】
互いに離間した冷却管が、ハウジング部材のハウジング壁全体に亘って配置されていることも、有利であると見なされる。少なくとも１つの乱流発生装置を含む冷却管は、ハウジング壁の熱負荷の比較的高い領域内に延在している。
【００３０】
原則的に、熱的負荷が比較的高い領域を通って延在する冷却管の部分にのみ、リブを設けても良い。
【００３１】
本発明のさらなる課題は、初めに述べた種類の、ガスタービン部材内に冷却管を形成するためのロッド状の工具を記載することにあり、それによって、ハウジング部材の冷却と、燃焼室の有害物質排出の削減と、ハウジング部材の製造費用の削減と、が可能になる。
【００３２】
初めに述べた種類の工具を備えた本発明によると、本課題は、ロッド状の工具が、少なくとも第１の長手軸方向部分において略シリンダ形であり、以下の凹部を有していることによって解決される：
第１の長手軸方向部分全体に亘って延在する、第１の横断面を有する少なくとも１つの第１の凹部、及び、
複数のノッチであって、それぞれ前記少なくとも１つの凹部のうちの１つを起点としており、かつ、第１の長手軸方向部分のそれぞれ残存する表面領域内に、ノッチ深さを有して延在する、ノッチ。好ましくは、当該工具は、請求項２３又は２４に記載の方法において用いられる。
【００３３】
工具が軸方向に移動し、除去法によって、ハウジング壁内に導入される場合、引き続いて工具がある角度分回転することによって、それまで少なくとも１つの凹部の領域において除去されていなかった材料の領域が除去される。ノッチの領域内では、材料が除去されないので、材料はリブの形で、ノッチの間隔において残存している。工具が回転する角度は、凹部によって除去されない領域が少なくとも通過される範囲である。ノッチ深さが凹部の高さよりも大きい場合、リブは凹部の形状内に残存している。ノッチ深さが凹部の高さよりも小さい場合、環状のリブは残存し、その高さはノッチ深さに相当する。
【００３４】
有利には、ロッド状の工具が第１の長手軸方向部分に凹部を有しており、当該凹部は特に欠円状の横断面を有していることを規定し得る。
【００３５】
当該工具は、シリンダ形のロッドから容易に製造され得る。当該工具は、例えば凹部を有するハウジング壁内に導入される際、高温側の方向に向けられ得る。それによって、リブを、冷却管の高温側を向いた側に配置することが可能になる。
【００３６】
ノッチが、長手軸に対して垂直に、第１の長手軸方向部分の周りに延在していることも、有利であると見なされる。
【００３７】
ノッチ深さが、少なくとも１つの凹部の高さよりも小さい場合、ノッチは凹部によって中断される。この場合、ちょうど１つの凹部がある場合において、ノッチは、長手軸に対して平行に延在している凹部の縁部から、凸状の表面に沿って、当該凹部のもう一方の縁部まで延在している。工具の当該実施例では、冷却管内で片側に配置されたリブが形成され、当該リブは、流れの方向に対して垂直な部分環状の側面を有している。リブが、凹部の横断面に対応した側面を有するべきである限りにおいて、ノッチ深さは対応してより大きくなるように選択されるべきである。
【００３８】
さらに有利には、ノッチが長手軸に対して角度を成して、第１の長手軸方向部分の周りに延在することを規定し得る。
【００３９】
当該工具を用いて、流れの方向に対して斜めを向いている側面を有するリブが形成される。リブの迎角は、工具の長手軸に対するノッチの角度によって決定される。
【００４０】
有利には、当該角度は１０°から６０°、好ましくは４５°であり得る。
【００４１】
当該迎角は、流れの方向に対して垂直なリブ又は迎角の残りの領域に比べて、より長い冷却管の部分に亘って熱伝達を増大させるのに適している。
【００４２】
さらに、有利には、当該工具によって形成される冷却管が、片側に配置されたリブを有しており、当該リブは、冷却管の横断面を５％から３０％、好ましくは１０％から１５％塞ぐように、ノッチ深さ及び欠円の高さが選択されていることを規定し得る。
【００４３】
上述の塞がれた横断面面積の割合は、特にリブを片側に配置した場合に、熱伝達を増大させるために特に有効であることが明らかになっている。
【００４４】
さらに有利には、ロッド状の工具が、第１の長手軸方向部分において、ちょうど２つの向かい合う凹部を含んでおり、当該凹部は特にそれぞれ欠円状の横断面を有していることを規定し得る。
【００４５】
それによって、冷却管内の両側に配置されたリブを形成することが可能になる。
【００４６】
ノッチは、第１の長手軸方向部分の、２つの残存する凸状に湾曲した表面領域の内に延在し得る。
【００４７】
例えば、ノッチは、向かい合って対を成すように、又は、互いに対してずらされて配置され得る。
【００４８】
それによって、対を成すように向かい合うリブ、又は、（管の向かい合う面において）互いにずらされて配置されたリブの連続的な列が形成され得る。
【００４９】
有利には、ロッド状の工具の長手軸方向におけるノッチの間隔が、ノッチ深さ及び欠円の高さのうちのどちらがより小さいか次第で、ノッチ深さ又は欠円の高さの５倍から１０倍に相当することを規定し得る。
【００５０】
それによって、直に隣り合うリブとの間隔が、その高さの５倍から１０倍になるリブが形成され得る。
【００５１】
本発明は、ガスタービン部材内に冷却管を形成するための工具アセンブリにも関するものであり、当該工具アセンブリは、環状又は部分環状の支持装置と、複数のロッド状の工具と、を有しており、当該工具は支持装置上に配置され、当該工具が前側端部によって前方で、及び、長手軸によって支持装置の環状面に対して垂直に、支持装置に固定されている。
【００５２】
本発明に係る工具アセンブリによって、ガスタービン部材内に冷却管を形成することが可能になるので、ハウジング部材の冷却と、燃焼室の有害物質排出の削減と、ハウジング部材の製造費用の削減と、が可能になる。
【００５３】
そのために、ロッド状の工具のうちの少なくとも１つが、請求項１２から２０のいずれか一項に従って構成されており、その長手軸の周りに回転可能であるように、支持装置に固定されている。
【００５４】
当該工具アセンブリは、複数の平行な冷却管を形成することを可能にする。回転可能であるように支持装置に固定されたロッド状の工具は、例えば、環状歯車を用いて駆動され得る。好ましくは、少なくとも１つの、請求項１２から２０のいずれか一項に従って構成された工具は、請求項２３又は２４に記載の方法において用いられる。
【００５５】
さらに、有利には、工具アセンブリが、冷却管が電気化学的除去法又は放電加工を用いてガスタービン部材内に形成され得るように構成されていることを規定し得る。
【００５６】
電気化学的除去法又は放電加工は、当業者に知られ、当業者が維持してきた除去方法である。
【００５７】
本発明は、冷却管をガスタービン部材内に、特に請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃焼室のガスタービン部材のハウジング壁内に形成するための方法にも関する。
【００５８】
当該方法は、冷却管をガスタービン部材内に形成することを可能にするので、ハウジング部材の冷却と、燃焼室の有害物質排出の削減と、ハウジング部材の製造費用の削減と、が可能になる。
【００５９】
リブが設けられた冷却管を形成するために、請求項１２から２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つのロッド状の工具が、工具の長手軸方向において軸方向に移動し、除去方法によってガスタービン部材内に導入される。後続のステップにおいて、除去方法を用いて、リブの間の領域が除去される。当該領域は、工具がその長手軸の周りをある角度分回転する間に除去され、その後、工具は軸方向に移動し、ガスタービン部材から引き抜かれる。
【００６０】
本発明に係る方法を用いて、傾斜したリブを有する冷却管を形成することも可能である。
【００６１】
そのために、工具のノッチは、工具の長手軸に対して迎角を成して延在しており、工具は、リブの間の領域を除去するために、ノッチの迎角に対応した重畳運動において、ある角度分回転すると同時に、軸方向に移動する。
【００６２】
本発明のさらなる適切な態様及び利点は、図面を用いた実施例の説明の対象であり、同じ作用を有する部材には同じ参照符号が用いられている。示されているのは以下の図である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】先行技術に係るガスタービンの概略的縦断面図である。
【図２】先行技術に係るガスタービンの管状燃焼室の概略的縦断面図である。
【図３】先行技術に係る炎管の実施形態を極めて概略的に示した図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る冷却管を概略的に示した図である。
【図５】図４に示した冷却管の横断面図である。
【図６】図４に示した冷却管のさらなる横断面図である。
【図７】図９に示した工具の前側端部の上面図である。
【図８】図９に示した工具の横断面図である。
【図９】図４に示した冷却管を形成するための本発明に係る工具を概略的に示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る冷却管を概略的に示した図である。
【図１１】図１０に示した冷却管の横断面図である。
【図１２】図１０に示した冷却管のさらなる横断面図である。
【図１３】図１５に示した工具の前側端部の上面図である。
【図１４】図１５に示した工具の横断面図である。
【図１５】図１０に示した冷却管を形成するための本発明に係る工具を概略的に示した図である。
【図１６】本発明の第３の実施例に係る冷却管を概略的に示した図である。
【図１７】図１６に示した冷却管の横断面図である。
【図１８】図１６に示した冷却管のさらなる横断面図である。
【図１９】図２１に示した工具の前側端部の上面図である。
【図２０】図２１に示した工具の横断面図である。
【図２１】図１６に示した冷却管を形成するための本発明に係る工具を概略的に示した図である。
【図２２】本発明の第４の実施例に係る冷却管を概略的に示した図である。
【図２３】図２５に示した工具の前側端部の上面図である。
【図２４】図２５に示した工具の横断面図である。
【図２５】図２２に示した冷却管を形成するための本発明に係る工具を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１は、先行技術に係るガスタービン１の断面を概略的に示している。ガスタービン１は、内部に、回転軸２の周りに回転可能に支承されたロータ３とシャフト４とを有しており、当該ロータは、タービンロータとも称される。ロータ３に沿って、吸気ハウジング６、圧縮機８、複数の燃焼室１０を備えた燃焼系９、タービン１４、及び、排気ハウジング１５が続いている。燃焼室１０は、それぞれバーナーアセンブリ１１とハウジング１２とを含んでおり、当該ハウジングには、高温ガスから保護するために、遮熱材２０が内張りされている。
【００６５】
燃焼系９は、例えば環状の高温ガス導管と連通している。高温ガス導管では、複数の連続的に接続されたタービン段がタービン１４を構成している。タービン段はそれぞれ、部分環から形成されている。作動媒体の流れる方向に見て、高温導管内では、ガイドベーン１７から構成された列に、ロータブレード１８から構成された列が続いている。その際、ガイドベーン１７は、ステータ１９の内側ハウジングに固定されているが、列のロータブレード１８は、例えばタービンディスクを用いてロータ３に取り付けられている。ロータ３には、例えば発電機が連結されている（図示はされていない）。
【００６６】
ガスタービンの動作中には、空気が、圧縮機８によって、吸気ハウジング６を通って吸入され、圧縮される。圧縮機８のタービン側端部で供給される圧縮空気は、燃焼系９に誘導され、バーナーアセンブリ１１の領域において、燃料と混合される。当該混合物は、バーナーアセンブリ１１を用いて燃焼され、燃焼系９内に作動ガスフローを発生させる。当該作業ガスフローは、燃焼系９を起点とし、高温ガス導管に沿って、ガイドベーン１７及びロータブレード１８を通過する。ロータブレード１８では、作動ガスフローが膨張し、運動量を伝達するので、ロータブレード１８はロータ３を駆動し、ロータ３はロータ３に連結された発電機を駆動する（図示はされていない）。
【００６７】
図２は、ガスタービンの管状燃焼室２２を示している。燃焼室上端２４には、バーナーアセンブリ２６が配置されている。当該バーナーアセンブリは、中央のパイロットバーナーと、当該パイロットバーナーの周囲に配置された複数のメインバーナーと、を含んでいる。メインバーナーはそれぞれ、メインバーナーの予混合区間のシリンダ形ハウジング内の中央に配置されたバーナーランスを含んでおり、当該バーナーランスには、予混合管内に配置された旋回翼が支持されている（図示されていない）。バーナーアセンブリは、シリンダ形の炎管２８に開口しており、当該炎管は、第１の燃焼ゾーン３０を包囲しており、ハウジング部材として表記され得るシリンダ形の炎管端部領域３２を含んでいる。炎管端部領域３２と燃焼室出口３４とを流体的に接続するために、移行区間３６（トランジション）が、炎管端部領域３２と燃焼室出口３４との間に延在している。シリンダ形の炎管端部領域は、移行区間３６内に突出している。
【００６８】
炎管２８と移行区間との間の領域には、スプリングシールを用いて密封された環状導管が存在しており、当該環状導管は、炎管とトランジションという２つの部材の間における熱応力を防止する。当該移行区間は、その上流に位置する端部で、ホルダ３７を用いて、ガスタービンの外側ハウジング（図示されていない）に固定されている。
【００６９】
メインバーナーは、そのバーナー出口の下流で、炎をそれぞれ、第１の燃焼ゾーン３０で発生させるので、バーナー出口の下流の領域における熱負荷は、その間の領域における熱負荷よりも大きい。従って、炎管端部領域３２は、周方向において均等には熱負荷を加えられない。炎管端部領域３２は、ハウジング壁２３を有するハウジング部材であり、当該ハウジング部材は、高温ガス流路の周囲に配置されており、高温ガスが衝突し得る高温側２５と反対側の低温側２７とを含んでいる。炎管端部領域３２のハウジング壁２３は、複数の冷却管を有している。
【００７０】
図３は、先行技術に係る炎管２８（バスケットとも言う）を極めて概略的に示している。燃焼室における主な流れの方向は、矢印３８で示されており、それによって、図３において、上流及び下流という概念を用いることができる。領域４０は、バーナーアセンブリの２つのバーナー（当該バーナーは主要旋回発生装置とも称される）の出口を示している。バーナー出口の下流には、（本図では概略的に三角形で示されている）炎管の拡幅領域４２が形成されており、当該拡幅領域には、より大きな熱負荷が加えられている（壁面の温度が明らかに高い）。円錐は、炎によるバスケット壁面温度の上昇を示しており、温度の上昇が該当するバスケットの範囲は、流れの方向において、漸次的に増大する。当該図面は、燃焼系内の状況を概ね反映した概略図である。領域４２は、炎管端部領域３２の内にまで達している。これらの領域４２の間には領域５０が存在しており、当該領域に加えられる熱負荷は比較的小さい。炎管端部領域３２は、ハウジング部材３３とも称され、当該ハウジング部材は、ハウジング壁を有しており、当該ハウジング壁内には、冷却管４４が延在しており、当該冷却管は、主な流れの方向３８に対して平行に延在しており、互いに対して均等に離間している。
【００７１】
図４は、本発明の第１の実施例に係る冷却管５４の断面を示している。冷却管５４は、長手軸５６の周りに、回転対称に延在しており、シリンダバレル状の内面５８を有している。冷却管５４内には、ウェブ状リブ６０として構成された乱流発生装置が配置されている。
【００７２】
ウェブ状のリブ６０は、冷却管５４の内面５８に沿って延在し、ハウジング壁２３と一体的に構成されている。リブ６０は、冷却管５４内で片側に配置されており、冷却管の長手軸方向において、それぞれ直に隣り合うリブに対して間隔６２を有している。当該間隔は、常に同じ値であっても良いが、常に同じ値である必要はない。有利には、当該間隔は、リブの高さ６４の５倍から１０倍である。
【００７３】
図５及び図６は、さらに、それぞれの切断面に沿った、冷却管５４の２つの横断面を示している。図５には、冷却管５４の円形の横断面が、横断面６６として示されている。図６には、リブ６０の領域における冷却管５４の横断面が示されている。ウェブ状のリブ６０は、冷却管５４の長手軸５６に対して垂直に延在しているので、リブ６０は、冷却管内の流れの方向に対する横方向の２つの欠円状の側面６８を有している。
【００７４】
図９は、ガスタービンのハウジング部材３３内に、図４に示した冷却管５４を形成するための本発明に係るロッド状の工具７０を極めて概略的に示している。工具７０は、長手軸７２に沿って、前側端部７４から、前側端部に接続された第１の長手軸方向部分７６を経由して、反対側の端部７１まで延在している。図示された実施例では、第１の長手軸方向部分７６が、工具７０の全長に亘って延在している。
【００７５】
工具７０の描写とは別に、第１の長手軸方向部分の横断面７８を図７に示す。円形の横断面７８は、欠円の分減少している。従って、ロッド状の工具７０は、第１の長手軸方向部分７６において、略シリンダ形であり、ちょうど第１の長手軸方向部分全体に亘って延在している第１の凹部８０を備えている。凹部８０は、サークルセグメント状の横断面８２を有している。ロッド状の工具７０は、複数のノッチ８４を有しており、当該ノッチは、長手軸７２に対して垂直に延在している。図８は、ノッチ８４の領域における工具７０の横断面を示している。ノッチ８４は、第１の長手軸方向部分７６の残存する表面領域８６内に延在しており、ノッチ深さ８８を有している。ノッチ８４は、凹部８０の一方の縁から凹部８０の他方の縁に延在している。
【００７６】
図１０は、本発明の第２の実施例に係るハウジング壁２３内の冷却管９０を示している。冷却管９０は、図４に示された冷却管とは、ウェブ状のリブ９２が、冷却管９０内で両側に向かい合って対を成すように配置されている点で異なっている。リブ９２は、流れの方向９４に対する横方向に、冷却管９０の内面５８に沿って延在しているので、欠円状の側面９６は、流れの方向に対して横方向になっている。リブ９２は、高さ６４を有している。図１２に詳細に示されているように、両方のリブ９２は共に、横断面６６をある程度割合の分塞いでいる。当該割合は、向かい合って対を成すように配置されたリブの場合、例えば冷却管９０の横断面面積の１０％から４０％、好ましくは１０％から２０％であり得る。当該割合は、冷却管内の熱伝達を増大させるために有利であることが明らかになっている。
【００７７】
図１５は、図１０に示した冷却管９０を形成するための本発明に係るロッド状の工具９８を極めて概略的に示している。工具９８は、図９に示された工具とは、第１の長手軸方向部分７６に沿って、まさに２つの向かい合う凹部１００が延在している点で異なっている（この点については、図１３の横断面図も参照のこと）。図１４の横断面図で詳細に示されているように、ノッチ１０２は、第１の長手軸方向部分７６の両方の残存している、凸状に湾曲した表面領域において延在しており、ノッチ１０２は、向かい合って対を成すように延在している。
【００７８】
図１６は、本発明の第３の実施例に係るハウジング壁２３内の冷却管１０６を示している。冷却管１０６は、図１０に示された冷却管とは、ウェブ状のリブが、冷却管１０６内で両側にずらされて配置されているという点で異なっている。片側にはリブ１０８が存在している。その反対側にはリブ１１０が存在している。これに関しては、切断面ＸＶＩＩ及びＸＶＩＩＩに沿った図１７及び図１８の横断面図も参照のこと。
【００７９】
図２１は、図１６に示した冷却管１０６を形成するための本発明に係るロッド状の工具１１２を極めて概略的に示している。工具１１２は、図１５に示された工具とは、ノッチ１１４が、第１の長手軸方向部分７６の両方の残存する凸状に湾曲した表面領域１１６において、互いに対してずらされて、すなわち向かい合わないように配置されているという点で異なっている。切断面ＸＸの領域における横断面は、図２０に示されている。図１９は、両方の向かい合う凹部を有する工具の横断面を示している。
【００８０】
図２２は、本発明の第４の実施例に係る冷却管１１８を示している。当該冷却管は、図４に示された冷却管とは、流入領域１２０及び流出領域１２２がリブを有さないように構成されている点で異なっている。冷却管１１８は、図２５に示された本発明に係る工具１２４を用いて形成され得る。ノッチ１２６は、第１の長手軸方向部分７６の中央領域において分散しているので、当該工具で形成された冷却管は、上流及び下流の領域において、リブを有さないように構成される。この場合、全ての図示された実施例の工具の長さは、当該工具で形成されるべき冷却管の長さに、常にほぼ一致している。図２３及び図２４は、図２２に示された工具の横断面を示している。
【符号の説明】
【００８１】
１  ガスタービン、２  回転軸、３  ロータ、４  シャフト、６  吸気ハウジング、８  圧縮機、９  燃焼系、１０  燃焼室、１１  バーナーアセンブリ、１２  ハウジング、１４  タービン、１５  排気ハウジング、１７  ガイドベーン、１８  ロータブレード、１９  ステータ、２０  遮熱材、２２  管状燃焼室、２３  ハウジング壁、２４  燃焼室上端、２５  高温側、２６  バーナーアセンブリ、２７  低温側、２８  炎管、３０  第１の燃焼ゾーン、３２  炎管端部領域、３３  ハウジング部材、３４  燃焼室出口、３６  移行区間、３７  ホルダ、３８  主な流れの方向、４０  領域、４２  領域、４４  冷却管、５０  領域、５４，９０，１０６，１１８  冷却管、５６  長手軸、５８  内面、６０，９２，１０８，１１０  リブ、６２  間隔、６４  リブの高さ、６６  横断面、６８  側面、７０，９８，１１２，１２４  工具、７１  端部、７２  長手軸、７４  前側端部、７６  第１の長手軸方向部分、７８  横断面、８０  凹部、８２  横断面、８４，１０２，１１４，１２６  ノッチ、８６  表面領域、８８  ノッチ深さ、９４  流れの方向、９６  側面、１００  凹部、１１６  表面領域、１２０  流入領域、１２２  流出領域
【図１】
2016530448.tif 000003
【図２】
2016530448.tif 000004
【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】
2016530448.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2016530448.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2016530448.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2016530448.tif 000021
【図２０】
2016530448.tif 000022
【図２１】
2016530448.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
2016530448.tif 000025
【図２４】
2016530448.tif 000026
【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月19日(2015.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン部材内、特に燃焼室のハウジング壁（２３）内に冷却管を設けるための方法であって、
リブ（６０、９２、１０８、１１０）が設けられた冷却管を形成するために、少なくとも１つのロッド状の工具（７０、９８）が、前記工具の長手軸方向において軸方向に移動し、除去方法によって前記ガスタービン部材内に導入され、
ロッド状の前記工具（７０、９８、１１２、１２４）は、長手軸（７２）に沿って、前側端部（７４）から、前記前側端部に接続された第１の長手軸方向部分（７６）を経由して、反対側の端部（７１）まで延在しており、ロッド状の前記工具は、少なくとも前記第１の長手軸方向部分において、略シリンダ形であり、以下の凹部：
前記第１の長手軸方向部分（７６）全体に亘って延在する、第１の横断面（８２）を有する少なくとも１つの第１の凹部（８０、１００）、及び、複数のノッチ（８４、１０２、１１４、１２６）であって、それぞれ前記少なくとも１つの凹部のうちの１つを起点とし、前記第１の長手軸方向部分のそれぞれ残存する表面領域（１１６）内に、ノッチ深さ（８８）を有して延在するノッチ、を有しており、
後続のステップにおいて、除去方法を用いて、前記リブ（６０、９２、１０８、１１０）の間の領域が除去され、前記領域は、前記工具が前記工具の長手軸（７２）の周りをある角度分回転する間に除去され、その後、前記工具は軸方向に移動し、前記ガスタービン部材から引き抜かれる方法。
【請求項２】
前記工具のノッチ（８４、１０２）が、前記工具の長手軸に対して迎角を成して延在しており、前記工具は、前記リブの間の領域を除去するために、前記ノッチの迎角に対応した重畳運動において、ある角度分回転すると同時に、軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2016530448.tif 000028
2016530448.tif 000029
2016530448.tif 000030
2016530448.tif 000031
2016530448.tif 000032
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