JP2016530448A - ガスタービンの燃焼室、並びに、ガスタービン部材内に冷却管を形成するための工具及び方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
有利には、当該角度は10°から60°、好ましくは45°であり得る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (24)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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