JP2011220328A - 燃焼器ライナー螺旋状冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却装置を備えた燃焼器ライナーを提供する。
【解決手段】燃焼器ライナー（３４）は上流部分（５１）及び下流端部分（５２）を含むことができる。前記上流部分（５１）は、半径（Ｒ１）、及び大体長手方向の軸線（５８）に沿った長さ（Ｌ１）を持つことができる。前記下流端部分（５２）は、半径（Ｒ２）、及び大体長手方向の軸線（５８）に沿った長さ（Ｌ２）を持つことができる。前記下流端部分（５２）は複数のチャンネル（５６）を画成することができる。前記複数のチャンネル（５６）の各々は前記下流端部分（５２）の前記長さ（９８）に沿って螺旋状に延在することができる。前記複数のチャンネル（５６）の各々は、その中に空気流（８４）を流れさせて、前記下流端部分（５２）を冷却するように構成することができる。
【選択図】図３

Description

本書で開示する内容は、一般的に云えば、ガスタービン・システムに関し、より詳しく述べると、ガスタービン・システムの燃焼器内の燃焼器ライナーを冷却するための装置に関するものである。

ガスタービン・システムは、動力発生などの様々な分野で広く利用されている。従来のガスタービン・システムは、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含む。ガスタービン・システムの運転中、システム内の様々な構成要素が高温の流れに曝され、高温の流れは構成要素を損傷する虞がある。一般に流れの温度をより高くするとガスタービン・システムの性能、効率及び出力が増大するので、高温の流れに曝される構成要素は、温度を高くしてガスタービン・システムを運転するためには冷却しなければならない。

冷却すべき１つのガスタービン・システム構成要素は、燃焼器ライナーである。燃焼器内での空気−燃料混合物の燃焼によって引き起こされた高温の流れが燃焼器を通って導かれるので、この高温の流れは燃焼器ライナーを加熱し、これにより、燃焼器ライナーの損傷を引き起こす虞がある。具体的に述べると、燃焼器ライナーの下流端部分（これは、多くの燃焼器では、一般に燃焼器ライナーよりも半径が小さい）が燃焼器ライナーの寿命制限部分となることがあり、これは高温の流れに曝されることに起因して損傷する虞があるる。従って、燃焼器ライナーの寿命を長くするためには、この下流端部分を冷却しなければならない。

燃焼器ライナーを冷却するために当該分野では様々な方策が知られている。例えば、圧縮機から燃料ノズルを通って燃焼器内に供給される空気流の一部分を、燃焼器ライナーの下流端部分に画成された複数の線形軸方向チャンネルに吸い込むことができる。空気流が高温ガス流の方向に軸方向チャンネルの中を通るように導かれたとき、該空気流は下流端部分を冷却することができる。しかしながら、軸方向チャンネル内の空気流による下流端部分の冷却は、一般に燃焼器ライナーの下流端部分の長さによって制限され、この下流端部分の長さにより軸方向チャンネルの長さが定められる。従って、軸方向チャンネルは、下流端部分を冷却する際の空気流の効果を制限することがある。

そこで、当該技術分野において燃焼器ライナー冷却装置が要望されている。例えば、燃焼器ライナーの下流端部分を冷却するための装置は有益であると考えられる。更に、燃焼器ライナーの下流端部分に該下流端部分の長さを超える冷却チャンネルを設けて、下流端部分の冷却を増大させることは、有益であると考えられる。

米国特許第７０１０９２１号

本発明の様々な面及び利点は以下に一部を記載するが、該記載から明らかになることがあり、又は本発明の実施を通じて習得することができよう。

一実施形態では、燃焼器ライナーが提供される。この燃焼器ライナーは、上流部分及び下流端部分を含むことができる。前記上流部分は、半径、及び大体長手方向の軸線に沿った長さを持つことができる。前記下流端部分は、半径、及び大体長手方向の軸線に沿った長さを持つことができる。前記下流端部分は複数のチャンネルを画成することができる。前記複数のチャンネルの各々は前記下流端部分の前記長さに沿って螺旋状に延在することができる。前記複数のチャンネルの各々は、その中に空気流を流れさせて、前記下流端部分を冷却するように構成することができる。

本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、以下の記載及び「特許請求の範囲」の記載を参照するとより良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に取り入れられて明細書の一部を構成するが、本発明の実施形態を例示していて、以下の説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。

以下の説明では、当業者を対象として、最良の実施形態を含む本発明の完全で実現可能な開示を、添付の図面を参照して行う。

図１は、ガスタービン・システムの概略図である。 図２は、本発明のガスタービン・システムの様々な構成要素の一実施形態の側断面図である。 図３は、本発明の燃焼器の様々な構成要素の一実施形態の分解斜視図である。 図４は、図３の線４−４内の部分を示した、本発明の燃焼器ライナーの一実施形態の部分斜視図である。 図５は、図２の線５−５内の部分を示した、本発明の燃焼器の様々な構成要素の一実施形態の部分断面図である。 図６は、図５の線６−６に沿って切断した本発明のチャンネルの一実施形態の部分断面図である。 図７は、図５の線７−７に沿って切断した本発明のチャンネルの別の実施形態の部分断面図である。 図８は、本発明の燃焼器ライナーの別の実施形態の部分斜視図である。 図９は、本発明の燃焼器ライナーの更に別の実施形態の部分斜視図である。

次に本発明の様々な実施形態について詳しく説明するが、その内の１つ以上の例を図面に示す。各々の例は本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。実際に、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく本発明に様々な修正及び変更を為し得ることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示し説明した特徴を別の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作成することが可能である。従って、本発明は、このような修正及び変更を「特許請求の範囲」の記載及びその等価な内容の範囲内に入るものとして包含するものとする。

図１は、ガスタービン・システム１０の概略図である。システム１０は、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６及び燃料ノズル２０を含むことができる。更に、システム１０は、複数の圧縮機１２、複数の燃焼器１４、複数のタービン１６及び複数の燃料ノズル２０を含むことができる。圧縮機１２及びタービン１６は、シャフト１８によって結合することができる。シャフト１８は、単一のシャフトであっても、或いはシャフト１８を形成するように一緒に結合された複数のシャフト・セグメントであってもよい。

ガスタービン・システム１０は、該システム１０を運転するために、天然ガス又は水素豊富化合成ガスのような液体又は気体燃料を使用することができる。例えば、燃料ノズル２０は、供給燃料２２と圧縮機１２の吐出プレナム３１からの空気流７２（図２参照）とを取り込んで、供給燃料２２を空気流７２と混合して空気−燃料混合物を生成し、該空気−燃料混合物を燃焼器１４の中に吐出することができる。燃焼器１４に受け入れられた空気−燃料混合物は、燃焼器１４の燃焼室３８内で燃焼して、高圧排出ガス、すなわち高温ガス流７３を生成することができる。燃焼器１４は、高温ガス流７３を燃焼器１４内の高温ガス流経路３９に沿ってタービン１６へ導くことができる。高温ガス流７３がタービン１６を通過するとき、タービン１６はシャフト１８を回転させることができる。シャフト１８は、圧縮機１２を含むタービン・システム１０の様々な構成要素に接続することができる。従って、シャフト１８の回転により、圧縮機１２を動作させて、空気流７２を圧縮することができる。

このようにして、運転中、空気流７２はタービン・システム１０に入って、圧縮機１２で圧縮することができる。次いで、空気流７２は、燃焼器１４内で燃焼するために供給燃料２２と混合することができる。例えば、燃料ノズル２０が、燃焼器１４の中へ燃料−空気混合物を、最適な燃焼、排出、燃料消費及び出力のための適切な比率で噴射することができる。燃焼により高温ガス流７３を発生することができ、その高温ガス流７３は燃焼器１４からタービン１６へ供給することができる。

図２に例示されているように、燃焼器１４は一般に圧縮機１２及びタービン１６に流体結合される。圧縮機１２は、燃焼器１４への空気の導流を容易にするように互いに流体連通関係に結合されたディフューザ２９及び吐出プレナム３１を含むことができる。例えば、圧縮機１２内で圧縮された後、空気流７２はディフューザ２９を通って流れて、吐出プレナム３１に供給することができる。次いで、空気流７２は吐出プレナム３１から燃料ノズル２０を介して燃焼器１４へ流れることができる。

燃焼器１４は燃焼器１４の上流端にカバー・プレート３０を含むことができる。カバー・プレート３０は、燃料ノズル２０を少なくとも部分的に支持すると共に、空気流７２及び供給燃料２２を燃料ノズル２０に導くことのできる流路を提供することができる。

燃焼器１４は、空気流７２を容易にするように構成された中空環状壁を有することができる。例えば、燃焼器１４は、流れスリーブ３２の内側に配置された燃焼器ライナー３４を含むことができる。図２に示されているように、燃焼器ライナー３４及び流れスリーブ３２の構成は、一般に同心であって、それらの間に環状通路又は空気流路３６を画成することができる。特定の実施形態では、流れスリーブ３２及び燃焼器ライナー３４は、燃焼器１４の第１の又は上流側の中空環状壁を構成することができる。流れスリーブ３２は複数の入口４０を含むことができ、これらの入口４０は、圧縮機１２から吐出プレナム３１を通って環状通路又は空気流路３６の中へ空気流７２の少なくとも一部分を通すための流路を提供する。換言すると、流れスリーブ３２は所定のパターンの開口を持つように穿孔して、孔あき環状壁を画成することができる。燃焼器ライナー３４の内部は、実質的に円筒形又は環状の燃焼室３８を画成することができ、また高温ガス流７３を導くことのできる高温ガス流路３９を少なくとも部分的に画成することができる。

燃焼器ライナー３４及び流れスリーブ３２より下流では、緩衝スリーブ４２を流れスリーブ３２に結合することができる。流れスリーブ３２は、緩衝スリーブ４２の一部分を受け入れるように構成された取付けフランジ４４を含むことができる。緩衝スリーブ４２が移行部材４６を取り囲むように、緩衝スリーブ４２の内側に移行部材４６を配置することができる。緩衝スリーブ４２及び移行部材４６の同心の構成により、それらの間に環状通路又は空気流路４７を画成することができる。緩衝スリーブ４２は複数の入口４８を含むことができ、これらの入口４８は、圧縮機１２からの空気流７２の少なくとも一部分を、吐出プレナム３１を通って空気流路４７の中へ入れるための流路を提供する。換言すると、緩衝スリーブ４２は所定のパターンの開口を持つように穿孔して、孔あき環状壁を画成することができる。更に、移行部材４６の内部空洞５０が、燃焼室３８からの高温ガス流７３をタービン１６へ導くことのできる高温ガス流路３９を画成することができる。

図示のように、空気流路４７は空気流路３６に流体結合される。従って、空気流路４７及び３６は一緒になって、圧縮機１２及び吐出プレナム３１から燃料ノズル２０へ空気流７２を供給すると共に、燃焼器１４を冷却するように構成された空気流路を画成する。

移行部材４６は、一般に下流端部分５２の周りで燃焼器ライナー３４に結合することができる。環状包囲体５４及び封止リング６６を、下流端部分５２と移行部材４６との間に配置することができる。封止リング６６は、燃焼器ライナー３４と移行部材４６との間にシールを構成することができる。例えば、封止リング６６は、環状包囲体５４の外面と移行部材４６の内面との間を封止することができる。

前に述べたように、タービン・システム１０は、運転中、空気流７２を取り入れて、該空気流７２を圧縮機１２へ供給することができる。圧縮機１２は、シャフト１８によって駆動されて、回転して、空気流７２を圧縮することができる。圧縮された空気流７２は、次いでディフューザ２９に吐出することができる。圧縮された空気流７２の大部分は、圧縮機１２からディフューザ２９を介して吐出プレナム３１の中を通り、次いで燃焼器１４の中へ吐出することができる。また、圧縮された空気流７２の内の小部分（図示せず）は、タービン・エンジン１０の他の構成要素の冷却のために下流へ送ることができる。

吐出プレナム３１内の圧縮された空気の一部分は、入口４８を介して空気流路４７に入ることができる。空気流路４７内の空気流７２は、次いで、該空気流が燃焼器ライナー３４の下流端部分５２を越えて導かれるように、空気流路３６の中へ上流方向に通すことができる。従って、（緩衝スリーブ４２及び移行部材４６によって形成されるた）空気流路４７と（流れスリーブ３２及び燃焼器ライナー３４によって形成されるた）空気流路３６とによって、上流方向の空気流路が画成される。

上流方向に流れる空気流７２の一部分は、空気流路４７から環状包囲体５４を通って燃焼器ライナー３４の下流端部分５２へ導くことができる。例えば、環状包囲体５４によって画成された複数の入口通路６８（図３及び５参照）が、環状包囲体５４を通って下流端部分５２へ至る流路を提供することができる。

環状包囲体５４を通過しなかった空気流７２は、空気流路３６の中をカバー・プレート３０及び燃料ノズル２０へ向かって上流へ流れ続けることができる。従って、空気流路３６は、空気流路４７及び入口４０の両方から空気流７２を受け取ることができる。図２に示されているように、空気流路３６内の空気流７２の一部分４３は、燃焼器ライナー３４上の１つ以上のバイパス開口４１に導くことができる。バイパス開口４１は燃焼器ライナー３４を半径方向に貫通して、燃焼室３８内への直接流路を提供することができ、これは下流端部分５２に画成された複数のチャンネル５６をバイパスする。バイパス開口４１を通って燃焼室３８の中へ流れる空気流４３は、燃焼器ライナー３４の内面に沿って冷却膜を形成することができる。空気流路３６の中を通る残りの空気流７２は燃料ノズル２０へ向けて上流に導くことができ、そこで空気流７２は供給燃料２２と混合して、燃焼室３８内で点火して高温ガス流７３を発生することができる。高温ガス流７３は燃焼室３８から高温ガス流路３９に沿って移行部材空洞５０に入り、次いでタービン・ノズル６０を通ってタービン１６へ導くことができる。

図３は、本発明の燃焼器１４の様々な構成要素の一実施形態の分解斜視図である。詳しく述べると、図３は、燃焼器ライナー３４と環状包囲体５４と移行部材４６との間の関係を解り易くするためのものである。図示のように、燃焼器ライナー３４は上流部分５１及び下流端部分５２を含むことができる。上流部分５１は、長手方向の軸線５８に沿って測ったときの軸方向長さＬ１を持つことができる。下流端部分５２は、長手方向の軸線５８に沿って測ったときの軸方向長さＬ２を持つことができる。例示の実施形態では、燃焼器ライナー３４の上流部分５１の半径Ｒ１は、燃焼器ライナー３４の下流端部分５２の半径Ｒ２よりも大きくすることができる。しかしながら、他の実施形態では、半径Ｒ１及びＲ２は等しくすることができ、或いは半径Ｒ２を半径Ｒ１よりも大きくすることができる。更に、半径Ｒ１及びＲ２は上流部分５１及び下流端部分５２の長さＬ１及びＬ２全体にわたって、或いは長さＬ１及びＬ２の一部分にわたってそれぞれテーパーを付けることができることを理解されたい。例えば、半径Ｒ１及びＲ２は、長さＬ１及びＬ２全体にわたって、或いは長さＬ１及びＬ２の一部分にわたって、高温ガス流７３又は空気流８４の方向に減少させることができる（これについては、以下に詳しく説明する）。この代わりに、半径Ｒ１及びＲ２は、長さＬ１及びＬ２全体にわたって、或いは長さＬ１及びＬ２の一部分にわたって、高温ガス流７３又は空気流８４の方向に拡大させることができる。更に、半径Ｒ１にテーパーを付けるのに対し、Ｒ２を一定にしておくことができ、或いは、Ｒ２にテーパーを付けるのに対し、Ｒ１を一定にしておくことができる。

燃焼器ライナー３４の下流端部分５２の長さＬ２は一般に燃焼器ライナー３４の上流部分５１の長さＬ１よりも短くすることができる。更に、一実施形態では、下流端部分５２の長さＬ２は燃焼器ライナー３４の全長（Ｌ１＋Ｌ２）のほぼ１０〜２０パーセントにすることができる。しかしながら、他の実施形態では、長さＬ２は燃焼器ライナー３４の全長の２０パーセントよりも長くするか、或いは１０パーセントよりも短くすることも可能であることを理解されたい。例えば、他の実施形態では、下流端部分５２の長手方向の長さＬ２は、燃焼器ライナー３４の全長の少なくともほぼ５、１０、１５、２０、２５、３０又は３５パーセントよりも短くすることができる。

環状包囲体５４は、ほぼ下流端部分５２の周りで燃焼器ライナー３４と、入れ子式に、同軸に又は同心にオーバーラップする関係に、係合するように構成することができる。移行部材４６は、ほぼ下流端部分５２及び環状包囲体５４の周りで燃焼器ライナー３４に結合することができる。封止リング６６は、結合を容易にするために環状包囲体５４と移行部材４６との間に配置することができる。例えば、封止リング６６は燃焼器ライナー３４と移行部材４６との間にシールを構成することができる。図示のように、環状包囲体５４は、環状包囲体５４のほぼ上流端近くに複数の入口通路６８を画成することができる。例示の実施形態では、入口通路６８は、環状包囲体５４の周りに（軸線５８に対して）円周方向に配置され且つ半径方向に貫通する複数の開口として図示されている。しかしながら、入口通路６８は任意の配置構成で且つ環状包囲体５４上の任意の位置に画成することができることを理解されたい。入口通路６８によって画成された開口は、例えば、孔、スロット、又は孔及びスロットの任意の組合せを含むことができる。更に、入口通路６８によって画成される開口は、当該技術分野で知られている任意の開口又は通路とすることができる。更に、入口通路６８の直径は、ほぼ０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９又は０．１０インチとすることができ、或いは、他の実施形態では、０．０１インチよりも小さく、又は０．１０インチよりも大きくすることができる。

入口通路６８は、空気流７２の一部分８４（図５参照）を燃焼器ライナー３４の下流端部分５２へ供給するように構成することができる。更に、環状包囲体５４の内面５５と下流端部分５２に画成されたチャンネル５６とは、入口６８を介して供給された空気流８４を受け取る通路を形成することができる。例えば、一実施形態では、各々の入口６８は、空気流路３６及び４７の中を燃料ノズル２０へ向かって上流へ流れる空気流７２の一部分を、下流端部分５２に画成されたそれぞれのチャンネル５６へ方向転換させることによって、空気流８４を供給することができる。燃焼室３８内の高温ガス流経路３９中の高温ガス流７３の温度に対して一般にかなり低い温度である空気流８４がチャンネル５６に入ってチャンネル５６の中を流れるので、熱が燃焼器ライナー３４の下流端部分５２から取り去られ、従って、下流端部分５２及び燃焼器ライナー３４を冷却することができる。燃焼器ライナー３４はまたバイパス開口４１を含むことができ、これらは、前に述べたように、燃焼器ライナー３４の内面に沿って冷却膜を形成し、従って、燃焼器ライナー３４に対する付加的な絶縁（断熱）を行うことができる。

図４は、図３の曲線４−４によって画成された円形領域内にある燃焼器ライナー３４の下流端部分５２の部分斜視図である。複数のチャンネル５６は燃焼器ライナー３４の下流端部分５２の周りに円周方向に配列することができる。一実施形態の模範的な一面では、複数のチャンネル５６は、下流端部分５２の長さＬ２に沿って螺旋状に延在することができる。例えば、複数のチャンネル５６は、下流端部分のほぼ長さＬ２全体にわたって螺旋状に延在することができる。しかしながら、その代わりに、チャンネル５６は、図８に示されているように、下流端部分５２の長さＬ２の一部分のみにわたって螺旋状に延在することができる。更に、幾つかのチャンネル５６がほぼ長さＬ２全体にわたって螺旋状に延在でき、且つ他のチャンネル５６が長さＬ２の一部分のみにわたって延在できることを理解されたい。

複数のチャンネル５６の各々は、その中に空気流８４を流れさせて、下流端部分５２を冷却するように構成することができる。例えば、複数のチャンネル５６は互いにほぼ平行な流路であって、長さＬ２及び燃焼器ライナー３４の長手方向の軸線５８に対して螺旋状に延在する流路を画成することができる。一実施形態では、チャンネル５６は、各々の各チャンネル５６が隣り合う***した分割部材６２の間の凹形の溝になるように、下流端部分５２の外面の一部分を取り除くことによって形成することができる。従って、複数のチャンネル５６は、下流端部分５２の周面に沿って螺旋状の溝と螺旋状の分割部材６２とを交互に配置することによって画成することができる。理解されるように、チャンネル５６は、例えば、フライス加工、鋳造、モールド成形、又はレーザ・エッチング／切削のような、任意の適当な手法を用いて形成することができる。

一実施形態の模範的な一面では、複数のチャンネル５６の各々は、下流端部分５２の軸方向長さＬ２よりも長い長さ９８を持つことができる。例えば、チャンネル５６の長さ９８はほぼ４、８、１２又は１６インチとすることができる。しかしながら、他の実施形態では、チャンネル５６の長さ９８は１６インチよりも長く、或いは４インチよりも短くすることができる。ところで、下流端部分５２の軸方向長さＬ２は、ほぼ３、６、９又は１２インチとすることができる。しかしながら、他の実施形態では、軸方向長さＬ２は１２インチよりも長く、或いは３インチよりも短くすることができる。しかしながら、この代わりに、複数のチャンネル５６の各々の長さ９８は、軸方向下流端部分５２の長さＬ２に実質的に等しくするか、又は長さＬ２よりも短くすることができる。更に、幾つかのチャンネルが軸方向長さＬ２よりも長い長さ９８を持ち、且つ他のチャンネルが該軸方向長さに実質的に等しいか又はそれよりも短い長さ９８を持つことができることを理解されたい。

図６に示されているように、複数のチャンネル５６の各々は幅９０を持つことができる。一実施形態では、例えば、各々のチャンネル５６の幅９０は、ほぼ０．２５インチ、０．５インチ、０．７５インチ又は１インチとすることができる。他の実施形態では、幅９０は、０．２５インチよりも短く、或いは１インチよりも長くすることができる。更に、一実施形態では、各々のチャンネル５６の幅９０は、チャンネルの長さ９８全体にわたって実質的に一定とすることができる。しかしながら、別の実施形態では、各々のチャンネル５６の幅９０はテーパーを付けることができる。例えば、図９に示されているように、各々のチャンネル５６の幅９０は、チャンネル５６の長さ９８にわたってチャンネル５６を通る空気流８４の方向に減少させることができる。この代わりに、各々のチャンネル５６の幅９０は、チャンネル５６の長さ９８にわたってチャンネル５６を通る空気流８４の方向に拡大させることができる。

複数のチャンネル５６の各々はまた深さ９４を持つことができる。一実施形態では、例えば、チャンネル５６の深さ９４は、ほぼ０．０５インチ、０．１０インチ、０．１５インチ、０．２０インチ、０．２５インチ又は０．３０インチとすることができる。他の実施形態では、チャンネル５６の深さ９４は、０．０５インチよりも小さくするか、又は０．３０インチよりも大きくすることができる。更に、一実施形態では、各々のチャンネル５６の深さ９４は、チャンネルの長さ９８全体にわたって実質的に一定にすることができる。しかしながら、別の実施形態では、各々のチャンネル５６の深さ９４はテーパーを付けることができる。例えば、各々のチャンネル５６の深さ９４は、チャンネル５６の長さ９８にわたってチャンネル５６を通る空気流８４の方向に減少させることができる。この代わりに、各々のチャンネル５６の深さ９４は、チャンネル５６の長さ９８にわたってチャンネル５６を通る空気流８４の方向に拡大させることができる。

バイパス開口４１は、空気流４３を燃焼室３８に直接供給して、燃焼器ライナー３４の内面に沿って追加の冷却膜を形成することによって、燃焼器ライナー３４の冷却を更に向上させることができる。一実施形態では、例えば、バイパス開口４１は、ほぼ０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９又は０．１０インチの直径を持ち、或いは、他の実施形態では、０．０１インチよりも小さいか又は０．１０インチよりも大きい直径を持つことができる。

次いで、図５について説明すると、図２の曲線５−５によって囲まれた円形領域内の燃焼器１４の部分断面図が示されている。詳しく述べると、図５は、空気流８４が入口通路６８から、燃焼器ライナー３４の下流端部分５２上に画成されたチャンネル５６に入ってその中を流れて、下流端部分５２を冷却する様子をより詳しく示している。前に述べたように、圧縮機１２によって吐出された空気流７２は、入口４８を通って、緩衝スリーブ４２及び移行部材４６によって画成された空気流路４７の中に受け入れることができる。図示の実施形態では、入口４８は円形の孔であるが、他の実施形態では、入口４８はスロットにするか、又は他の幾何学的形状の孔及びスロットの組合せとすることができる。空気流路４７内の空気流７２が高温ガス流路３９の方向に対して上流へ導かれるので、空気流７２の大部分は、流れスリーブ３２及び燃焼器ライナー３４によって画成された空気流路３６の中へ吐出される。前に述べたように、流れスリーブ３２は、緩衝スリーブ４２の上流端７８から半径方向外向きに延在する部材７６を受けるように構成された取付けフランジ４４を下流端７４に含むことができ、これによって流れスリーブ３２及び緩衝スリーブ４２が流体結合される。空気流路４７から空気流７２受け取ることに加えて、空気流路３６はまた、入口４０を介して吐出プレナム３１から空気流７２の一部分を受け取ることができる。このように、空気流路３６内の空気流７２は、環状通路４７から吐出された空気流７２と、入口４０を介して流入する空気流７２とを含むことができる。従って、高温ガス流路３９に対して上流へ導かれる空気流路が、空気流路３６及び４７によって画成される。更に、緩衝スリーブ４２上の入口４８と同様に、入口４０はまた、様々な形状の孔、スロット又はそれら組合せを含むことができることを理解されたい。

空気流路４７の中を流れる空気流７２の大部分を空気流路３６に吐出しながら、空気流７２の一部分８４を燃焼器ライナー３４の下流端部分５２に供給することができる。例えば、空気流７２が燃焼器１４、吐出プレナム３１、空気流路３６及び４７を通って流れるので、入口通路６８は、前に述べたように、燃焼器１４、吐出プレナム３１、空気流路３６及び４７からの空気流７２の少なくとも一部分８４を受け入れるように構成することができる。入口通路６８は、この部分の空気流８４を燃焼器ライナー３４の下流端部分５２へ供給することができる。前に述べたように、空気流７２の部分８４は、入口通路６８から、燃焼器ライナー３４の下流端部分５２上のチャンネル５６を通るように導かれて、下流端部分５２を冷却することができる。図５の断面図には唯一つのチャンネル５６しか示されていないが、同様な空気流方式を下流端部分５２上の各々のチャンネル５６に適用できることを理解されたい。一実施形態では、下流端部分５２の周りの複数のチャンネル５６の中に導かれて流れる全空気流８４は、燃焼器１４に供給される全空気流７２のほぼ１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０パーセントをすることができる。他の実施形態では、チャンネル５６の中に導かれる全空気流８４は、燃焼器１４に供給される全空気流７２の１０パーセントよりも多くし、或いは１パーセントよりも少なくすることができる。

前に述べたように、チャンネル５６に供給される空気流８４は、一般に燃焼室３８内の高温ガス流経路３９中の高温ガス流７３よりも相対的にかなり低い。従って、空気流８４がチャンネル５６の中を流れるにつれて、熱を燃焼器ライナー３４から、特に燃焼器ライナー３４の下流端部分５２から奪い去ることができる。例えば、燃焼器ライナー３４を冷却する際に用いられる機構は、空気流８４と下流端部分５２の外面（これは、前に述べたように、チャンネル５６を画成する溝及び分割部材６２を含むことができる）との間の接触により生じる強制対流による熱伝達であると考えられる。冷却空気８４は、下流端部分５２の長さに沿ってチャンネル５６の中をほぼ螺旋状の方向に流れることができる。空気８４がチャンネル５６の中をほぼ螺旋状の方向に流れるので、またチャンネル５６の長さが一般に軸方向下流端部分５２の長さＬ２よりも長いので、チャンネル５６内での空気流８４の滞留時間が増大し、その結果、下流端部分５２の冷却が増大する。次いで、空気流８４はチャンネル５６を出て、移行部材空洞５０の中へ吐出することができる。次いで、空気流８４は、燃焼室３８から高温ガス流路３９を通って移行部材空洞５０の中を下流へ流れる高温ガス流７３へ向けて導かれて、該高温ガス流７３と混合することができる。

また、図５は、複数組のバイパス開口４１を使用することを例示している。例えば、図３及び４に示された実施形態について再び説明すると、燃焼器ライナー３４の周りに円周方向に配置された一組のバイパス開口４１が例示されている。図５に示されているように、燃焼器ライナー３４を冷却するのに３組の軸方向に間隔を置いたバイパス開口４１を利用することができる。すなわち、図５の断面図に示されている各々のバイパス開口は、燃焼器ライナー３４の周りに円周方向に配列されたそれぞれの一組のバイパス開口に対応させることができる。空気流路３６からの空気流７２の一部分４３は、各々のバイパス開口４１を通って燃焼室３８に流入することができる。前に述べたように、この空気流４３は冷却膜を形成し、従って、燃焼室３８内の高温ガス流７３からの燃焼器ライナー３４の絶縁を更に改善することができる。ここで、バイパス開口４１の組は１組又は３組に制限されず、２組、４組、又は任意の他の数の又は多様な組にすることができることが理解されたい。

図６に示されているように、一実施形態では、本発明の複数のチャンネル５６の各々は、実質的に滑らかなチャンネル表面９５及び側壁９２のような実質的に滑らかな表面を持つことができる。例えば、各々のチャンネル５６のチャンネル表面９５及び側壁９２は、実質的に又は何ら突起、凹所又は表面粗面化組織などを持たない。空気流８４がチャンネル５６の中をほぼ下流方向に流れて各々のチャンネル５６のチャンネル表面９５及び側壁９２に接触するとき、強制対流冷却により熱が燃焼器ライナー３４から、特に燃焼器ライナー３４の下流端部分５２から取り去られる。

代替実施形態では、図７に示されているように、本発明の複数のチャンネル５６の各々は、複数の表面成形部９６を含む、チャンネル表面９５及び側壁９２のような表面を持つことができる。表面成形部９６は、チャンネル表面９５又は側壁９２から延在する個別の突起であってよい。例えば、表面成形部は、フィン形突起、円形突起、リング形突起、山形突起、チャンネル５６内に形成された斜交平行溝間の***部、又はこれらの組合せ、並びに任意の他の適当な幾何学的形状を含むことができる。ここで、表面成形部９６の寸法は、チャンネル５６の幾何学的制約を満足させながら冷却を最適化するように選択することができることを理解されたい。表面成形部９６は更に、冷却空気流８４がチャンネル５６の中を流れるにつれて接触することのできる下流端部分５２の表面積を増大させることによって、燃焼器ライナー３４の強制対流冷却を向上させることができる。従って、空気流８４がチャンネル５６の中を流れて表面成形部９６に接触するので、燃焼器ライナー３４から取り去る熱量は、図６に示された実施形態に比べて大きくなる。更に、図示の実施形態はチャンネル表面９５上にのみ形成された表面成形部９６を示しているが、他の実施形態では、表面成形部９６はチャンネル５６の側壁９２にのみ、或いはチャンネル５６の表面９５及び側壁９２の両方に形成することができる。

本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し且つ任意の採用した方法を遂行すること含めて本発明を実施することができるようにするために、幾つかの例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものとする。

１０ ガスタービン・システム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ シャフト
２０ 燃料ノズル
２２ 供給燃料
２９ ディフューザ
３０ カバー・プレート
３１ 吐出プレナム
３２ 流れスリーブ
３４ 燃焼器ライナー
３６ 空気流路
３８ 燃焼室
３９ 高温ガス流経路
４０ 入口
４１ バイパス開口
４２ 緩衝スリーブ
４３ 空気流部分
４４ 取付けフランジ
４６ 移行部材
４７ 空気流路
４８ 入口
５０ 移行部材空洞
５１ 上流部分
５２ 下流端部分
５４ 環状包囲体
５６ チャンネル
５８ 長手方向の軸線
６０ タービン・ノズル
６２ 分割部材
６６ 封止リング
６８ 入口通路
７２ 空気流
７３ 高温ガス流
７４ 下流端
７６ 部材
７８ 上流端
８４ 空気流部分
９０ 幅
９２ 側壁
９４ 深さ
９３ チャンネル表面
９６ 表面成形部
９８ 長さ

Claims (10)

1. 半径（Ｒ１）、及び大体長手方向の軸線（５８）に沿った長さ（Ｌ１）を持つ上流部分（５１）と、
   半径（Ｒ２）、及び大体長手方向の軸線（５８）に沿った長さ（Ｌ２）を持つ下流端部分（５２）であって、各々が当該下流端部分（５２）の長さに沿って螺旋状に延在する複数のチャンネル（５６）を画成する下流端部分（５２）と、を有し、
   前記複数のチャンネル（５６）の各々が、その中に空気流（８４）を流れさせて、前記下流端部分（５２）を冷却するように構成されていること、
   を特徴とする燃焼器ライナー（３４）。
2. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は、前記下流端部分（５２）の長さ（Ｌ２）よりも長い長さ（９８）を持つている、請求項１記載の燃焼器ライナー（３４）。
3. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は幅（９０）を持ち、前記複数のチャンネル（５６）の各々の前記幅（９０）は前記チャンネル（５６）の長さ（９８）全体にわたって実質的に一定である、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
4. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は幅（９０）を持ち、前記複数のチャンネル（５６）の各々の前記幅（９０）は、前記チャンネル（５６）の長さ（９８）にわたって前記チャンネル（５６）を通る空気流（８４）の方向に減少している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
5. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は実質的に滑らかの表面（９２，９５）を持っている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
6. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は、複数の表面成形部（９６）を含む表面（９２，９５）を持っている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
7. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は深さ（９４）を持ち、前記複数のチャンネル（５６）の各々の前記深さ（９４）は前記チャンネル（５６）の長さ（９８）全体にわたって実質的に一定である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
8. 前記複数のチャンネル（５６）の各々は深さ（９４）を持ち、前記複数のチャンネル（５６）の各々の前記深さ（９４）は、前記チャンネル（５６）の長さ（９８）にわたって、前記チャンネル（５６）を通る空気流（８４）の方向に減少している、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
9. 前記下流端部分（５２）の長さ（Ｌ２）は前記上流部分（５１）の長さ（Ｌ１）よりも短い、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。
10. 前記下流端部分（５２）の半径（Ｒ２）は、前記下流端部分（５２）の長さ（Ｌ２）にわたって、前記複数のチャンネル（５６）を通る空気流（８４）の方向に減少している、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の燃焼器ライナー（３４）。