JP7242237B2 - ガスタービンのトランジションピースのための後部フレームアセンブリ - Google Patents
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Description
本明細書に記載の装置は、広義には、後部フレームアセンブリに関し、より詳細には、ガスタービンのトランジションピースのための後部フレームアセンブリであって、マイクロチャネル冷却スロットを含む後部フレームアセンブリに関する。
タービンシステムは、発電などの分野で広く利用されている。例えば、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。従来のガスタービンシステムでは、圧縮機から圧縮空気が燃焼器に供給される。燃焼器に流入した空気は、燃料と混合されて燃焼される。高温の燃焼ガスが、燃焼器からタービンへと流れ、ガスタービンシステムを駆動して出力を生じる。
典型的な構成では、環状に並べられた燃焼器が、複数のトランジションピースによってタービンの第１段に接続される。各々のトランジションピースは、一端でそれぞれの燃焼器ライナに一致し、他端でタービンの入口に一致するように形作られる。したがって、他端（すなわち、下流側の端部）において、トランジションピースは、トランジションピースをタービンに固定する後部フレームを有する。インピンジメントスリーブでトランジションダクトを取り囲んでもよく、圧縮機から吐出された作動流体を案内してトランジションピースに接触させるために使用することができる。この作動流体は、最終的に、燃焼器で燃料と混合される。
現行の技術では、トランジションピースと周囲のインピンジメントスリーブとの間の流路に進入する作動流体の一部は、後部フレームの穴を通して取り出される。この作動流体は、後部フレームの冷却に使用され、燃焼器からタービンへと進入する直前の高温ガスに放出される。この現行の冷却方法における問題点は、この作動流体が、後部フレームの冷却を必要とする領域には、必ずしも到達しないことである。従前、後部フレームの下流側の面及び下流側の角部は、これらの領域を冷却することが困難であったため、冷却が不充分であった。
本発明の一態様では、ガスタービンのトランジションピース用の後部フレームアセンブリは、上流側に向いた面、下流側に向いた面、半径方向外側に向いた面及び半径方向内側に向いた面を含む本体を有する。複数の供給孔入口が、上流側に向いた面に配置される。供給孔入口の各々は、半径方向内側に向いた面に向かって本体を通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが、半径方向内側に向いた面の近傍に形成され、下流側に向いた面に少なくとも部分的に沿って延在する。冷却チャネルは、マイクロチャネルに接続され、マイクロチャネルを終端とする。予備焼結プリフォームが、本体の半径方向内側に向いた面に配置される。
本発明の別の態様では、後部フレームアセンブリを有するトランジションピースアセンブリが提供される。後部フレームアセンブリは、上流側に向いた面、下流側に向いた面、半径方向外側に向いた面及び半径方向内側に向いた面を含む本体を備える。複数の供給孔入口が、上流側に向いた面に配置される。供給孔入口の各々は、半径方向内側に向いた面に向かって本体を通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが、半径方向内側に向いた面の近傍に形成され、下流側に向いた面に少なくとも部分的に沿って延在する。冷却チャネルは、マイクロチャネルに接続され、マイクロチャネルを終端とする。予備焼結プリフォームが、本体の半径方向内側に向いた面に配置される。複数のマイクロチャネルは、本体又は予備焼結プリフォームに形成される。
本発明のさらに別の態様では、ガスタービンは、圧縮機と、圧縮機の下流に配置された燃焼セクションとを含む。燃焼セクションは、圧縮機と流体連通している。タービンは、燃焼セクションの下流に配置される。燃焼セクションは、上流側に向いた面、下流側に向いた面、半径方向外側に向いた面及び半径方向内側に向いた面を含む本体を有する後部フレームアセンブリを含む。複数の供給孔入口が、上流側に向いた面に配置され、供給孔入口の各々は、半径方向内側に向いた面に向かって本体を通過する複数の冷却チャネルのうちの１つに結合する。複数のマイクロチャネルが、半径方向内側に向いた面の近傍に形成され、下流側に向いた面に少なくとも部分的に沿って延在する。冷却チャネルは、マイクロチャネルに接続され、マイクロチャネルを終端とする。予備焼結プリフォームが、本体の半径方向内側に向いた面に配置される。複数のマイクロチャネルは、本体又は予備焼結プリフォームに形成される。
以下、本発明の１以上の特定の態様／実施形態について説明する。これらの態様／実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（機械、システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。動作パラメータ及び／又は環境条件の具体例は、開示される実施形態の他のパラメータ／条件を除外するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」、「一態様」、「実施形態」又は「態様」という記載は、そこに記載された特徴を備える追加の実施形態又は態様の存在を除外するものではない。
本明細書で用いる「上流」及び「下流」という用語は、流体の経路における流体の流れに関する相対的な方向を示す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を示し、「下流」は、流体が流れていく方向を示す。「半径方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を示し、「軸方向」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行かつ半径方向に垂直な相対方向を示す。
ここで図面を参照すると、図面を通して、同じ符号は同じ構成要素を示す。図１は、本開示の種々の実施形態を取り入れることができる典型的なガスタービン１０の機能ブロック図を示す。図に示すように、ガスタービン１０は一般に入口セクション１２を含んでおり、入口セクション１２は、一連のフィルタ、冷却コイル、水分分離器、及び／又はガスタービン１０に進入する作動流体（例えば、空気）１４を浄化その他のやり方で調整するための他の装置を含むことができる。作動流体１４は、圧縮機セクションへと流れ、圧縮機セクションにおいて、圧縮機１６で作動流体１４に運動エネルギーが徐々に与えられて、圧縮された作動流体１８が生じる。
圧縮された作動流体１８は、燃料スキッドなどの燃料源２２からの燃料２０と混合されて、ガスタービン１０の燃焼セクション２６の１つ以上の燃焼器２４で可燃性混合物を形成する。可燃性混合物が燃焼して、高温、高圧及び高速の燃焼ガス２８を発生させる。燃焼ガス２８は、タービンセクションのタービン３０を通って流れ、仕事を生み出す。例えば、タービン３０の回転によって圧縮機１６を駆動して圧縮作動流体１８を生成するために、タービン３０をシャフト３２に接続することができる。
代替的又は追加的に、シャフト３２は、タービン３０を発電用の発電機３４に接続することができる。タービン３０からの排気ガス３６は、タービン３０をタービン３０の下流の排気スタック４０に接続する排気セクション３８を通って流れる。排気セクション３８は、例えば、環境に放出される前の排気ガス３６の浄化及び排気ガス３６から追加の熱を抽出するための廃熱回収ボイラー（図示せず）を含んでもよい。
図２は、本発明の種々の実施形態に組み込むことができる典型的な燃焼器２４を含むガスタービン１０の一部分の側面断面図を示す。図２に示すように、燃焼セクション２６は、圧縮機１６の下流に配置された圧縮機吐出ケーシングなどの外側ケーシング５０を含む。外側ケーシング５０は、燃焼器２４を少なくとも部分的に取り囲む。外側ケーシング５０は、燃焼器２４を少なくとも部分的に取り囲む高圧プレナム５２を少なくとも部分的に画成する。高圧プレナム５２は、ガスタービン１０の動作時に圧縮機１６から圧縮された作動流体１８を受け取るように圧縮機１６と流体連通する。
端部カバー５４は、外側ケーシング５０に接続することができる。特定の燃焼器の設計において、端部カバー５４は、燃料源２２と流体連通する。端部カバー５４及び／又は燃料源２２と流体連通した燃料ノズル５６が、端部カバー５４から下流へと延在している。燃料ノズル５６は、外側ケーシング５０内に配置された環状キャップアセンブリ５８を略軸方向に貫通している。燃焼ライナ又はトランジションダクトなどの環状ライナ６０が、燃料ノズル５６の出口端６４の下流の燃焼器２４内の燃焼室６２を少なくとも部分的に画成する。フロースリーブ６６が、ライナ６０の少なくとも一部分を周方向に囲むことができる。フロースリーブ６６はライナ６０から半径方向に離隔して、それらの間に流路６８を画成する。流路６８は、燃焼器２４のヘッドエンド部７０を介して燃焼室６２と流体連通している。ヘッドエンド部７０は、端部カバー５４及び／又は外側ケーシング５０によって少なくとも部分的に画成し得る。
トランジションダクト（すなわち、トランジションピース）７２が、燃焼室６２から下流に延在している。トランジションダクト７２は、下流端７６から軸方向に離隔した上流端７４を含む。特定の構成において、上流端７４は、環状ライナ６０の下流部分７８を取り囲む。トランジションダクト７２の下流端７６は、タービン３０の入口８０に隣接して終わる。環状ライナ６０及び／又はトランジションダクト７２は、燃焼室６２からの燃焼ガス２８を高圧プレナム５２を通ってタービン３０へと送るための高温ガス経路８２を少なくとも部分的に画成する。
インピンジメントスリーブ又はフロースリーブなどの外側スリーブ８４が、トランジションダクト７２の周囲に周方向に延在する。外側スリーブ８４は、トランジションダクト７２から半径方向に離隔して、それらの間に冷却アニュラス８６を画成する。外側スリーブ８４は、高圧プレナム５２と冷却アニュラス８６との間の流体連通をもたらす複数の冷却孔８８又は通路を含むことができる。一実施形態では、冷却アニュラス８６は、燃焼室６２と流体連通している。
後期希薄燃料インジェクタとしても一般的に知られる１つ以上の燃料インジェクタ９０が、燃焼室６２の下流の高温ガス経路８２へと燃料の噴射をもたらすために、外側スリーブ８４、冷却アニュラス８６及びトランジションダクト７２を貫いて延在してもよい。燃料インジェクタ９０は、燃焼室６２の下流の高温ガス経路８２へと燃料の噴射をもたらすために、フロースリーブ６６、流路６８及びライナ６０を貫いて延在してもよい。クロスファイア管、点火器、圧力プローブ及び火炎検出器などの他の貫通物が、流れアニュラス８６内でブラフ体として働き、流れに後流などの乱れを生じることがある。
後部フレームアセンブリ（すなわち、後部フレーム）９２が、トランジションダクト７２の下流端７６又はその近傍に配置される。後部フレーム９２は、トランジションダクト７２の下流端７６と一体である。前方端９４などの外側スリーブ８４の一部分を後部フレーム９２に一体化又は接続して、冷却アニュラス８６を少なくとも部分的に画成するようにしてもよい。後部フレーム９２及びトランジションダクト７２は、単一の部品として製造することができる。代替的に、後部フレーム９２を、溶接、ろう付け又は他の適切なプロセスによってトランジションダクト７２に接続してもよい。一実施形態では、トランジションダクト７２、外側スリーブ８４、冷却アニュラス８６及び後部フレーム９２は、トランジションピースアセンブリ９６として提供される。後部フレーム９２は、一般に、燃焼器の動作中にトランジションダクト７２の下流端７６の変形を低減及び／又は防止するための構造的支持を提供する。後部フレーム９２は、トランジションダクト７２を外側ケーシング５０内に取り付けるための手段を提供することができる。
図３に示すように、後部フレーム９２は、本体１００を備える。本体１００は、外側（すなわち、上部）レール１０２と、内側（すなわち、下部）レール１０４と、対向する第２の側方レール１０８から周方向に離隔した第１の側方レール１０６とを含む。側方レールは、後部フレームの側方に配置され、外側レールは、後部フレームの上部に配置され、内側レールは、後部フレームの下部に配置される。上部レール１０２は、下部レール１０４の半径方向外側に位置する。本体１００は、下流側に向いた面１１２から離れて（かつ、反対向きに）位置する上流側に向いた面１１０（図３では見て取ることができない）と、少なくとも部分的に上流側に向いた面１１０と下流側に向いた面１１２との間において本体１００の外周を巡って延在する半径方向外側に向いた面１１４と、少なくとも部分的に上流側に向いた面１１０と下流側に向いた面１１２との間において本体１００の内周を巡って延在する半径方向内側に向いた面１１５とをさらに含む。さらに、後部フレーム９２は、トランジションピース７２及び／又はトランジションピースアセンブリ９６（図２）をガスタービン１０内に取り付けるための取り付け用造作１１６を含むことができる。
後部フレームの側方レールは、「缶」型燃焼器から「環状」高温ガス経路への移行のため独特の冷却ニーズを有しており、そこで内側及び外側レールは高温ガス経路に一致する。ただし、後部フレームの側方レールは、高温ガス経路内に対応する部分を有していないため、内側レール及び外側レールよりも直に高温ガスに曝される。
図４は、後部フレーム９２の上流側に向いた面１１０の概略図を示す。上流側に向いた面１１０に、複数の供給孔入口１２０が配置される。供給孔入口１２０の各々は、半径方向内側に向いた面１１５に向かって本体１００を通過する冷却チャネル１２２（図４には示されていない）に結合する。例えば、１つの供給孔入口１２０は、それぞれの冷却チャネル１２２の始点として機能し、複数の供給孔入口１２０は同じ数の冷却チャネル１２２に対応する。供給孔入口１２０へと入力される空気の供給源は、トランジションダクト／ピース７２と外側スリーブ８４との間（冷却アニュラス８６とも呼ばれる）から引き出される衝突後の冷却空気である。供給孔入口及び冷却チャネルの具体的な位置又は構成は、後部フレームの温度勾配が最小化又は低減されるように、個々の用途に合わせて調整することができる。後部フレーム９２の半径方向内側に向いた面１１５は、典型的には半径方向外側に向いた面１１４よりも高温であるため、供給孔入口１２０及びそれぞれの冷却チャネル１２２を、半径方向内側に向いた面１１５に近づけて又はその近傍に配置してもよい。「半径方向内側」及び「半径方向外側」という表現は、後部フレーム９２に関する中心点である中心原点１１１に対して使用される。
図５は、本開示の一態様に係る後部フレーム９２の一部分の斜視断面図を示す。供給孔入口１２０は、上流側に向いた面１１０に配置され、各々の供給孔入口１２０は、冷却チャネル１２２に接続される。冷却チャネル１２２は、後部フレームの本体１００を通って半径方向内側に向いた面１１５に向かって延在している。冷却チャネル１２２は、本体を直線的又は軸方向に通過でき、或いは中心の原点１１１を通る軸線に対して斜めであってもよい。「軸方向」という用語は、後部フレームについて用いられ、概して燃焼ガスの流れの方向にある。「半径方向」という用語は、軸方向に対して直角な任意の方向である。本構成の利点は、冷却チャネル１２２が比較的短くてよく、したがって冷却空気を後部フレームの半径方向内側に向いた面の領域に迅速に到達させて、必要な場所に冷却をもたらすことができることである。冷却チャネル１２２は、マイクロチャネル１２４に接続され、マイクロチャネル１２４にて終わる（或いは、マイクロチャネル１２４へと排出する）。１つの冷却チャネル１２２を、１つのマイクロチャネル１２４へと接続することができる。この構成は、マイクロチャネルの閉塞の悪影響を最小化又は低減するので好都合である。１つの冷却チャネル又はマイクロチャネルが閉塞した（又は他の形態で塞がれた）としても、他の冷却チャネル及びマイクロチャネルは、冷却空気の流れを後部フレームへともたらし続ける。
各々のマイクロチャネル１２４は、半径方向内側に向いた面１１５又はその近傍に形成され、少なくとも部分的に下流側に向いた面１１２に沿って延在する。マイクロチャネル冷却スロットは、約０．２ｍｍ～約３ｍｍの範囲、又は０．５ｍｍ～１ｍｍの範囲、或いはこれらの間の任意の部分的範囲の深さを有することができる。さらに、マイクロチャネル１２４は、約０．２ｍｍ～約３ｍｍの範囲、又は０．５ｍｍ～１ｍｍの範囲、或いはこれらの間の任意の部分的範囲の幅を有することができる。各々のマイクロチャネル１２４の長さは、冷却チャネル１２２の出口から後部フレームの下流側に向いた面又は半径方向外側に向いた面１１４におけるマイクロチャネルの出口までの距離に基づいて様々であろう。例えば、マイクロチャネル１２４は、出口孔１２５を出口とすることができ、出口孔１２５は、（図に示すように）下流側に向いた面１１２に位置することができ、加えて／或いは半径方向外側に向いた面１１４に位置することができる。後部フレーム９２は、典型的には、第１段のノズル１３０のすぐ上流に配置される。摩耗片１３２及びシール１３４を、ノズル１３０と後部フレーム９２との間に介在させることができる。
マイクロチャネル冷却スロット１２４は、予備焼結プリフォーム１２６によって覆うことができる。予備焼結プリフォーム１２６のベース合金は、予備焼結プリフォーム１２６と本体１００との間の共通の物理的特性を促進するために、本体１００と同様の組成などの任意の組成を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、ベース合金及び本体は、共通の組成を共有する（すなわち、同じ種類の材料である）。いくつかの実施形態では、ベース合金は、ニッケル系超合金又はコバルト系超合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベース合金の特性は、本体１００との化学的及び冶金的適合性を含む。出口孔１２５も、予備焼結プリフォーム１２６を通過する。遮熱コーティング１２８を、予備焼結プリフォーム上に形成してもよく、いくつかの用途では、遮熱コーティング１２８の存在が、好ましい実施形態である。遮熱コーティング（ＴＢＣ）は、下方に位置する構成要素の基材の温度を下げることにより、構成要素の耐用年数を延長する。セラミック材料、特にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が、その高温性能、低い熱伝導率、並びにプラズマ溶射、フレーム溶射及び物理蒸着（ＰＶＤ）技術による成膜が比較的容易であることにより、ＴＢＣ材料として広く使用されている。
図６は、本開示の一態様に係る後部フレーム９２の一部分の概略の断面図を示す。マイクロチャネル１２４を、予備焼結プリフォーム１２６内に形成してもよい。供給孔入口１２０は、冷却チャネル１２２への入力として機能し、冷却チャネル１２２は、本体１００を通過して予備焼結プリフォーム１２６内に位置するマイクロチャネル１２４に至る。この構成は、ニアネットシェイプ又は金属印刷（例えば、付加製造）の手法を使用することによって、予備焼結プリフォーム１２６の層内にマイクロチャネルをより容易に形成できるため、後部フレームの製造を簡単にすることができる。マイクロチャネルは、（図５に示すように）本体１００内に形成してもよいし、或いは（図６に示すように）本体１００に隣接する予備焼結プリフォーム１２６に形成してもよい。さらに、マイクロチャネル冷却スロット１２４は、後部フレームの所望の冷却度を達成するために、直線状、湾曲状又は蛇行状に構成することができる。
図７は、本開示の一態様に係る後部フレーム９２の一部分の斜視断面図を示す。マイクロチャネルは、半径方向内側に向いた面１１５に沿って延在し、次いで角部１３６を曲がり、続いて下流側に向いた面１１２を昇る。角部１３６は、後部フレーム９２のより高温の領域のうちの１つである傾向があり、したがってマイクロチャネル１２４によってもたらされる近接流路冷却は極めて有効なはずである。マイクロチャネル１２４は、下流側に向いた面１１２に出口を有していてもよく（図７には示されていない）、加えて／或いは（図に示すように）半径方向外側に向いた面１１４に出口を有していてもよい。マイクロチャネルの具体的な位置は、後部フレームの冷却の必要性及び熱勾配の低減の目的に基づいて選択される。マイクロチャネル１２４は、角部又は角部の特定の一部分のみにおいて、後部フレームの下流側側面の周りに周方向に延在することができる。
図８は、本開示の一態様に係る後部フレーム９２の角部の一部分を拡大した斜視断面図を示す。後部フレームの角部１３６は、半径方向内側に向いた面と下流側に向いた面とをつなぐ。上述したように、これらの角部領域は、後部フレームのより高温の領域の一部となる傾向があり、冷却を最も必要とする。マイクロチャネル１２４は、角部の形状に容易に倣い、これらの領域に優れた近接流路冷却をもたらすことができる。従前、後部フレームの角部は、効果的な冷却が極めて困難であった。本明細書に記載のマイクロチャネルは、この問題を解決する。
図９は、本開示の一態様に係る後部フレーム９２の角部の一部分の斜視図を示す。マイクロチャネル１２４は、半径方向内側に向いた面１１５に沿って延在し、角部１３６を曲がり、下流側に向いた面１１２に沿って続く。マイクロチャネルは、半径方向外側に向いた面１１４又は下流側に向いた面１１２に出口を有する。マイクロチャネルのこの構成は、近接流路冷却を側方レールの上縁まで延ばして、出口孔（図示せず）を冷却のために下流の高温ガス経路構成要素に向けることができるようになる。予備焼結プリフォーム及び遮熱コーティング層は、分かり易くするために省略されている。さらに、マイクロチャネル１２４の周方向の間隔を、所望される冷却の必要性に基づいて変えてもよいことが分かる。例えば、半径方向内側に向いた面におけるマイクロチャネル１２４は、比較的均等な間隔で配置されているが、マイクロチャネルが（下流側に向いた面１１２に沿って）半径方向外側へと延在するとき、隣接するマイクロチャネル間の間隔は、出口孔及び／又はマイクロチャネルの周方向位置に基づいて変化する。出口孔１２５は、各々のマイクロチャネルの端部に位置する。側方レールから冷却空気を排出する利点は、隣接するトランジションピースの間の高温ガスの温度を下げることができ、したがって熱応力が低減され、トランジションピース及び関連の構成要素の寿命及び耐久性が改善されることである。
本明細書及び特許請求の範囲で用いる近似表現は、数量を修飾し、その数量が関係する基本機能に変化をもたらさない許容範囲内で変動し得る数量を表現する際に適用される。したがって、「約」及び「実質的に」のような用語で修飾された値はその厳密な数値に限定されない。場合によっては、近似表現は、その値を測定する機器の精度に対応する。本明細書及び特許請求の範囲において、数値限定の範囲は互いに結合及び／又は交換可能であり、かかる範囲はその上下限で規定され、前後関係等から明らかでない限り、その範囲に含まれるあらゆる部分範囲を包含する。ある範囲のある特定の値に適用される「約」という用語は、両方の値に適用され、その数値を測定する機器の精度に依存する場合をのぞいて、記載された数値の±１０％を示す。
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲と文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
［実施態様１］
ガスタービンのトランジションピース（７２）のための後部フレームアセンブリ（９２）であって、
上流側に向いた面（１１０）、下流側に向いた面（１１２）、半径方向外側に向いた面（１１４）及び半径方向内側に向いた面（１１５）を含む本体（１００）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側に向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在している複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）が、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を備える後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様２］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）に形成されている、実施態様１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様３］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿って実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様２に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様４］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様３に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様５］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様４に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様６］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様５に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様７］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、実施態様１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様８］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿い、かつ前記半径方向内側に向いた面（１１５）に隣接して、実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様７に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様９］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様８に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様１０］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様９に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様１１］
後部フレームアセンブリ（９２）を有するトランジションピースアセンブリであって、
前記後部フレームアセンブリ（９２）が、
上流側に向いた面（１１０）と、下流側に向いた面（１１２）と、半径方向外側に向いた面（１１４）と、半径方向内側に向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側に向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在している複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）が、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）又は前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、トランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１２］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿い、或いは前記半径方向内側に向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様１１に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１３］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様１２に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１４］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様１３に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１５］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様１４に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１６］
圧縮機（１６）と、
前記圧縮機（１６）の下流に配置され、前記圧縮機（１６）と流体連通している燃焼セクション（２６）と、
前記燃焼セクション（２６）の下流に配置されたタービン（３０）と
を備えるガスタービン（１０）であって、
前記燃焼セクション（２６）が、
上流側に向いた面（１１０）と、下流側に向いた面（１１２）と、半径方向外側に向いた面（１１４）と、半径方向内側に向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側に向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在している複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）が、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を有する後部フレームアセンブリ（９２）を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）又は前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、ガスタービン（１０）。
［実施態様１７］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿い、或いは前記半径方向内側に向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様１６に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１８］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様１７に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１９］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様１８に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様２０］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様１９に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１］
ガスタービンのトランジションピース（７２）のための後部フレームアセンブリ（９２）であって、
上流側に向いた面（１１０）、下流側に向いた面（１１２）、半径方向外側に向いた面（１１４）及び半径方向内側に向いた面（１１５）を含む本体（１００）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側に向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在している複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）が、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を備える後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様２］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）に形成されている、実施態様１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様３］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿って実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様２に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様４］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様３に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様５］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様４に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様６］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様５に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様７］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、実施態様１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様８］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿い、かつ前記半径方向内側に向いた面（１１５）に隣接して、実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様７に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様９］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様８に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様１０］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様９に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
［実施態様１１］
後部フレームアセンブリ（９２）を有するトランジションピースアセンブリであって、
前記後部フレームアセンブリ（９２）が、
上流側に向いた面（１１０）と、下流側に向いた面（１１２）と、半径方向外側に向いた面（１１４）と、半径方向内側に向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側に向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在している複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）が、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）又は前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、トランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１２］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿い、或いは前記半径方向内側に向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様１１に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１３］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様１２に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１４］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様１３に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１５］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様１４に記載のトランジションピースアセンブリ（９６）。
［実施態様１６］
圧縮機（１６）と、
前記圧縮機（１６）の下流に配置され、前記圧縮機（１６）と流体連通している燃焼セクション（２６）と、
前記燃焼セクション（２６）の下流に配置されたタービン（３０）と
を備えるガスタービン（１０）であって、
前記燃焼セクション（２６）が、
上流側に向いた面（１１０）と、下流側に向いた面（１１２）と、半径方向外側に向いた面（１１４）と、半径方向内側に向いた面（１１５）とを備える本体（１００）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、前記下流側に向いた面（１１２）に少なくとも部分的に沿って延在している複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記冷却チャネル（１２２）が、前記マイクロチャネル（１２４）に接続されて前記マイクロチャネル（１２４）を終端とする複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を有する後部フレームアセンブリ（９２）を備え、
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）又は前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、ガスタービン（１０）。
［実施態様１７］
前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿い、或いは前記半径方向内側に向いた面（１１５）に近接して、実質的に軸方向に延在しており、前記下流側に向いた面（１１２）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、実施態様１６に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１８］
前記出口孔（１２５）が、前記半径方向外側に向いた面（１１４）にも位置する、実施態様１７に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様１９］
遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、実施態様１８に記載のガスタービン（１０）。
［実施態様２０］
隣接するマイクロチャネル（１２４）の間の距離が、前記マイクロチャネル（１２４）の周方向位置に基づいて異なる、実施態様１９に記載のガスタービン（１０）。
１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 作動流体
１６ 圧縮機
１８ 圧縮された作動流体
２０ 燃料
２２ 燃料源
２４ 燃焼器
２６ 燃焼セクション
２８ 燃焼ガス
３０ タービン
３２ シャフト
３４ 発電機
３６ 排気ガス
３８ 排気セクション
４０ 排気スタック
５０ 外側ケーシング
５２ 高圧プレナム
５４ 端部カバー
５６ 燃料ノズル
５８ キャップアセンブリ
６０ ライナ、環状ライナ
６２ 燃焼室
６４ 出口端
６６ フロースリーブ
６８ 流路
７０ ヘッドエンド部
７２ トランジションダクト、トランジションピース
７４ 上流端
７６ 下流端
７８ 下流部分
８０ 入口
８２ 高温ガスの経路
８４ 外側スリーブ
８６ 冷却アニュラス
８８ 冷却孔
９０ 燃料インジェクタ
９２ 後部フレームアセンブリ
９４ 前方端
９６ トランジションピースアセンブリ
１００ 本体
１０２ 外側（上部）レール
１０４ 内側（下部）レール
１０６ 第１の側方レール
１０８ 第２の側方レール
１１０ 上流側に向いた面
１１１ 中心の原点
１１２ 下流側に向いた面
１１４ 半径方向外側に向いた面
１１５ 半径方向内側に向いた面
１１６ 取り付け用造作
１２０ 供給孔入口
１２２ 冷却チャネル
１２４ マイクロチャネル、マイクロチャネル冷却スロット
１２５ 出口孔
１２６ プリフォーム
１２８ 遮熱コーティング
１３０ ノズル
１３２ 摩耗片
１３４ シール
１３６ 角部
１２ 入口セクション
１４ 作動流体
１６ 圧縮機
１８ 圧縮された作動流体
２０ 燃料
２２ 燃料源
２４ 燃焼器
２６ 燃焼セクション
２８ 燃焼ガス
３０ タービン
３２ シャフト
３４ 発電機
３６ 排気ガス
３８ 排気セクション
４０ 排気スタック
５０ 外側ケーシング
５２ 高圧プレナム
５４ 端部カバー
５６ 燃料ノズル
５８ キャップアセンブリ
６０ ライナ、環状ライナ
６２ 燃焼室
６４ 出口端
６６ フロースリーブ
６８ 流路
７０ ヘッドエンド部
７２ トランジションダクト、トランジションピース
７４ 上流端
７６ 下流端
７８ 下流部分
８０ 入口
８２ 高温ガスの経路
８４ 外側スリーブ
８６ 冷却アニュラス
８８ 冷却孔
９０ 燃料インジェクタ
９２ 後部フレームアセンブリ
９４ 前方端
９６ トランジションピースアセンブリ
１００ 本体
１０２ 外側（上部）レール
１０４ 内側（下部）レール
１０６ 第１の側方レール
１０８ 第２の側方レール
１１０ 上流側に向いた面
１１１ 中心の原点
１１２ 下流側に向いた面
１１４ 半径方向外側に向いた面
１１５ 半径方向内側に向いた面
１１６ 取り付け用造作
１２０ 供給孔入口
１２２ 冷却チャネル
１２４ マイクロチャネル、マイクロチャネル冷却スロット
１２５ 出口孔
１２６ プリフォーム
１２８ 遮熱コーティング
１３０ ノズル
１３２ 摩耗片
１３４ シール
１３６ 角部
Claims (9)
- ガスタービンのトランジションピース（７２）のための後部フレームアセンブリ（９２）であって、
上流側に向いた面（１１０）、下流側に向いた面（１１２）、半径方向外側に向いた面（１１４）及び半径方向内側に向いた面（１１５）を含む本体（１００）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）と前記下流側に向いた面（１１２）との間に位置する角部（１３６）と、
前記上流側に向いた面（１１０）に位置する複数の供給孔入口（１２０）であって、前記複数の供給孔入口（１２０）の各々が、前記半径方向内側に向いた面（１１５）に向かって前記本体（１００）を通過する複数の冷却チャネル（１２２）のうちの１つに結合している複数の供給孔入口（１２０）と、
前記半径方向内側に向いた面（１１５）の近傍に形成され、かつ前記半径方向内側に向いた面（１１５）に沿って実質的に軸方向に延在するとともに前記下流側に向いた面（１１２）に沿って実質的に半径方向に延在する複数のマイクロチャネル（１２４）であって、前記複数のマイクロチャネル（１２４）が前記角部（１３６）の周りで曲がっており、前記複数の冷却チャネル（１２２）が、前記複数のマイクロチャネル（１２４）に接続されて前記複数のマイクロチャネル（１２４）を終端とする、複数のマイクロチャネル（１２４）と、
前記本体（１００）の前記半径方向内側に向いた面（１１５）に位置する予備焼結プリフォーム（１２６）と
を備える後部フレームアセンブリ（９２）。 - 前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記本体（１００）に形成されている、請求項１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 前記複数のマイクロチャネル（１２４）の各々が、前記下流側に向いた面（１１２）又は前記半径方向外側に向いた面（１１４）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、請求項２に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 遮熱コーティング（１２８）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）上に形成されている、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 前記複数のマイクロチャネル（１２４）のうちの隣接する２つのマイクロチャネル（１２４）の間の周方向距離が、前記複数のマイクロチャネル（１２４）のうちの２つのマイクロチャネル（１２４）の各々の周方向位置に基づいて半径方向外側方向に変化する、請求項４に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 前記複数のマイクロチャネル（１２４）が、前記予備焼結プリフォーム（１２６）に形成されている、請求項１に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 前記複数のマイクロチャネル（１２４）の各々が、前記下流側に向いた面（１１２）又は前記半径方向外側に向いた面（１１４）に位置する複数の出口孔（１２５）を出口とする、請求項６に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 前記複数のマイクロチャネル（１２４）のうちの隣接する２つのマイクロチャネル（１２４）の間の周方向距離が、前記複数のマイクロチャネル（１２４）のうちの２つのマイクロチャネル（１２４）の各々の周方向位置に基づいて半径方向外側方向に変化する、請求項７に記載の後部フレームアセンブリ（９２）。
- 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の後部フレームアセンブリ（９２）を有するトランジションピースアセンブリ（９６）。
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| US15/783,291 US10684016B2 (en) | 2017-10-13 | 2017-10-13 | Aft frame assembly for gas turbine transition piece |
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- 2018-10-11 KR KR1020180121048A patent/KR20190041933A/ko not_active Application Discontinuation
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