知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022041889
(43)【公開日】2022-03-11
(54)【発明の名称】インピンジメントパネルの支持構造、および製造方法
(51)【国際特許分類】
F01D 25/12 20060101AFI20220304BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20220304BHJP
B22F 10/28 20210101ALI20220304BHJP
F02C 7/18 20060101ALN20220304BHJP
【ＦＩ】
F01D25/12
B33Y10/00
B22F10/28
F01D25/12 E
F02C7/18 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021108605
(22)【出願日】2021-06-30
(31)【優先権主張番号】17/007,108
(32)【優先日】2020-08-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(72)【発明者】
【氏名】ジョナサン・ドワイト・ベリー
(72)【発明者】
【氏名】ジェローム・ウォルター・ゴイク
(72)【発明者】
【氏名】クレイ・トーマス・グリフィス
【テーマコード（参考）】
4K018
【Ｆターム（参考）】
4K018KA12
(57)【要約】
【課題】一体型燃焼ノズル用の様々な冷却構成要素を提供する。
【解決手段】インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、内側ライナセグメントまたは外側ライナセグメントの一方の外面（１３１、１３５）に沿って配置されたインピンジメントプレート（１３６）を有する。インピンジメントプレート（１３６）は、離散ジェットで冷却剤を内側ライナセグメントまたは外側ライナセグメントの外面（１３１、１３５）に向けて導く複数のインピンジメント開口（１３９）を画定する。インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、インピンジメントプレート（１３６）から収集ダクト（１４２）に延びる入口部分（１４０）を含む。インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、互いに離間した複数の支持体（１９４）をさらに含む。複数の支持体（１９４）は、入口部分（１４０）、収集ダクト（１４２）、およびインピンジメントプレート（１３６）の間に延び、それらに結合される。
【選択図】図５
【解決手段】インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、内側ライナセグメントまたは外側ライナセグメントの一方の外面（１３１、１３５）に沿って配置されたインピンジメントプレート（１３６）を有する。インピンジメントプレート（１３６）は、離散ジェットで冷却剤を内側ライナセグメントまたは外側ライナセグメントの外面（１３１、１３５）に向けて導く複数のインピンジメント開口（１３９）を画定する。インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、インピンジメントプレート（１３６）から収集ダクト（１４２）に延びる入口部分（１４０）を含む。インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、互いに離間した複数の支持体（１９４）をさらに含む。複数の支持体（１９４）は、入口部分（１４０）、収集ダクト（１４２）、およびインピンジメントプレート（１３６）の間に延び、それらに結合される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インピンジメント冷却を外面（１３１、１３５）に提供するように構成されたインピンジメントパネル（１３０、１３４）であって、
前記外面（１３１、１３５）に沿って配置されたインピンジメントプレート（１３６）であって、離散ジェットで冷却剤を前記外面（１３１、１３５）に向けて導く複数のインピンジメント開口（１３９）を画定するインピンジメントプレート（１３６）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から離間し、収集通路（１４４）を画定する収集ダクト（１４２）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から前記収集ダクト（１４２）に延びる入口部分（１４０）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）ならびに前記入口部分（１４０）および前記収集ダクト（１４２）の少なくとも１つに結合された少なくとも１つの支持体（１９４）と
を備える、インピンジメントパネル（１３０、１３４）。
前記外面（１３１、１３５）に沿って配置されたインピンジメントプレート（１３６）であって、離散ジェットで冷却剤を前記外面（１３１、１３５）に向けて導く複数のインピンジメント開口（１３９）を画定するインピンジメントプレート（１３６）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から離間し、収集通路（１４４）を画定する収集ダクト（１４２）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から前記収集ダクト（１４２）に延びる入口部分（１４０）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）ならびに前記入口部分（１４０）および前記収集ダクト（１４２）の少なくとも１つに結合された少なくとも１つの支持体（１９４）と
を備える、インピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項2】
前記少なくとも１つの支持体（１９４）は、前記入口部分（１４０）、前記収集ダクト（１４２）、および前記インピンジメントプレート（１３６）の間に延び、それらに結合される、請求項１に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項3】
前記少なくとも１つの支持体（１９４）は、前記インピンジメントプレート（１３６）に固定的に結合された第１の端部（１９６）から前記収集ダクト（１４２）に固定的に結合された第２の端部（１９８）に延びる、請求項１に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項4】
前記少なくとも１つの支持体（１９４）は、前記第１の端部（１９６）と前記第２の端部（１９８）との間に延びる第１の側面（１９７）および第２の側面（１９９）を含み、前記第１の側面（１９７）は、前記入口部分（１４０）に固定的に結合される、請求項３に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項5】
前記少なくとも１つの支持体（１９４）の前記第２の側面（１９９）は、前記インピンジメントプレート（１３６）と約１０°～約７５°の角度（２００）を形成する、請求項４に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項6】
前記少なくとも１つの支持体（１９４）は、前記入口部分（１４０）と約１０°～約９０°の角度（２０２）を形成する、請求項１に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項7】
前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、互いに結合された複数のインピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）を備える、請求項１に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項8】
前記複数のインピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の各インピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）は、前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の第１の端部（１９６）と前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の第２の端部（１９８）との間に延び、前記第１の端部（１９６）は、前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の前記インピンジメントプレート（１３６）から延びるフランジ（２１２）を含み、前記フランジ（２１２）は、前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）と一体的に形成される、請求項７に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項9】
エンドプレート（２１１）が、前記複数のインピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の少なくとも１つのインピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の前記第２の端部（１９８）に固定的に結合され、前記エンドプレート（２１１）は、前記少なくとも１つのインピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）の前記第２の端部（１９８）を隣り合うインピンジメントパネル（１３０、１３４）セグメント（１８２）のそれぞれのフランジ（２１２）に結合する、請求項８に記載のインピンジメントパネル（１３０、１３４）。
【請求項10】
インピンジメントパネル（１３０、１３４）を製作するための方法（１６００）であって、
（ａ）粉末床（１１２０）内の粉末層を照射して融着領域を形成するステップ（１６０２）であって、前記粉末床（１１２０）は、ビルドプレート（１００２）上に配置されるステップと、
（ｂ）前記粉末床（１１２０）の第１の側面（１９７）から前記粉末床（１１２０）の上にリコータアーム（１１６０）を通過させることによって、前記粉末床（１１２０）の上に後続の粉末層を提供するステップ（１６０４）と、
（ｃ）前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）が前記ビルドプレート（１００２）上に形成されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返すステップ（１６０６）とを含み、前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、
複数のインピンジメント開口（１３９）を画定するインピンジメントプレート（１３６）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から離間し、集合通路（１４４）を画定する収集ダクト（１４２）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から前記収集ダクト（１４２）に延びる入口部分（１４０）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）ならびに前記入口部分（１４０）および前記収集ダクト（１４２）の少なくとも１つに結合された少なくとも１つの支持体（１９４）と
を備える、
方法（１６００）。
（ａ）粉末床（１１２０）内の粉末層を照射して融着領域を形成するステップ（１６０２）であって、前記粉末床（１１２０）は、ビルドプレート（１００２）上に配置されるステップと、
（ｂ）前記粉末床（１１２０）の第１の側面（１９７）から前記粉末床（１１２０）の上にリコータアーム（１１６０）を通過させることによって、前記粉末床（１１２０）の上に後続の粉末層を提供するステップ（１６０４）と、
（ｃ）前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）が前記ビルドプレート（１００２）上に形成されるまで、ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返すステップ（１６０６）とを含み、前記インピンジメントパネル（１３０、１３４）は、
複数のインピンジメント開口（１３９）を画定するインピンジメントプレート（１３６）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から離間し、集合通路（１４４）を画定する収集ダクト（１４２）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）から前記収集ダクト（１４２）に延びる入口部分（１４０）と、
前記インピンジメントプレート（１３６）ならびに前記入口部分（１４０）および前記収集ダクト（１４２）の少なくとも１つに結合された少なくとも１つの支持体（１９４）と
を備える、
方法（１６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、ガスタービンエンジン用の一体型燃焼ノズルに関する。より具体的には、本開示は、一体型燃焼ノズル用の様々な冷却構成要素に関する。
【背景技術】
【0002】
ターボ機械は、エネルギー伝達の目的で様々な産業および用途で利用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼セクションと、タービンセクションと、排気セクションとを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンエンジンに入る作動流体の圧力を徐々に上昇させ、この圧縮された作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮された作動流体および燃料（例えば、天然ガス）は、燃焼セクション内で混合され、燃焼チャンバ内で燃焼して高圧および高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、燃焼セクションからタービンセクションに流れ、そこで膨張して仕事を発生する。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張は、例えば、発電機に接続されたロータシャフトを回転させ、電気を発生することができる。次いで、燃焼ガスは、排気セクションを介してガスタービンから出る。
【0003】
多くのターボ機械燃焼器では、燃焼ガスは、燃料ノズルから下流に延び、タービンセクションへの入口で終端する燃焼ライナによって少なくとも部分的に画定された高温ガス経路を通って、ガスタービンのタービンセクションの入口に向かって送られる。したがって、タービンセクション内の高い燃焼ガス温度は、一般に、燃焼ガスとタービンとの間のより大きな熱および運動エネルギー伝達に対応し、それによってターボ機械の全体的な出力を向上させる。しかし、高い燃焼ガス温度は、燃焼器の様々な構成要素に浸食、クリープ、および／または低サイクル疲労をもたらし、それによってその全体的な耐久性を制限する可能性がある。
【0004】
したがって、圧縮機セクションからの圧縮された作動流体などの冷却媒体を燃焼ライナの様々な部分に送ることによって典型的には達成される、燃焼器の構成要素の冷却が必要である。しかし、圧縮機セクションからの圧縮された作動流体の大部分を利用すると、タービンセクションで利用される作動流体の量が減少するため、ターボ機械の全体的な動作効率に悪影響を及ぼす可能性がある。
したがって、ターボ機械燃焼器を冷却するための改善されたシステムが当技術分野において望まれている。特に、圧縮機からの圧縮された作動流体を効率的に利用するシステムが有用であろう。
したがって、ターボ機械燃焼器を冷却するための改善されたシステムが当技術分野において望まれている。特に、圧縮機からの圧縮された作動流体を効率的に利用するシステムが有用であろう。
【発明の概要】
【0005】
本開示によるアセンブリおよび方法の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されており、または説明から明らかとなり、または本技術の実践を通して学ぶことができる。
【0006】
一実施形態によれば、インピンジメントパネルが提供される。インピンジメントパネルは、インピンジメント冷却を外面に提供するように構成される。インピンジメントパネルは、外面に沿って配置されたインピンジメントプレートを有する。インピンジメントプレートは、離散ジェットで冷却剤を外面に向けて導く複数のインピンジメント開口を画定する。インピンジメントパネルは、インピンジメントプレートから収集ダクトに延びる入口部分を含む。少なくとも１つの支持体は、インピンジメントプレートならびに入口部分および収集ダクトの少なくとも１つに結合される。
【0007】
別の実施形態によれば、一体型燃焼器ノズルが提供される。一体型燃焼器ノズルは、内側ライナセグメントと外側ライナセグメントとの間に半径方向に延びる燃焼ライナを含む。燃焼ライナは、前端部分、後端部分、第１の側壁、および第２の側壁を含む。燃焼ライナの後端部分は、タービンノズルを画定する。一体型燃焼器ノズルは、インピンジメントパネルをさらに含む。インピンジメントパネルは、内側ライナセグメントまたは外側ライナセグメントの一方の外面に沿って配置されたインピンジメントプレートを有する。インピンジメントプレートは、離散ジェットで冷却剤を内側ライナセグメントまたは外側ライナセグメントの一方の外面に向けて導く複数のインピンジメント開口を画定する。インピンジメントパネルは、インピンジメントプレートから収集ダクトに延びる入口部分を含む。少なくとも１つの支持体は、インピンジメントプレートならびに入口部分および収集ダクトの少なくとも１つに結合される。
【0008】
さらに別の実施形態によれば、インピンジメントパネルを製作するための方法が提供される。方法は、粉末床内の粉末層を照射して融着領域を形成するステップを含む。粉末床は、ビルドプレート上に配置される。方法は、粉末床の第１の側面から粉末床の上にリコータアームを通過させることによって、粉末床の上に後続の粉末層を提供するステップをさらに含む。方法は、インピンジメントパネルがビルドプレート上に形成されるまで、照射ステップおよび提供ステップを繰り返すステップをさらに含む。インピンジメントパネルは、複数のインピンジメント開口を画定するインピンジメントプレートを含む。インピンジメントパネルは、インピンジメントプレートから収集ダクトに延びる入口部分をさらに含む。少なくとも１つの支持体は、インピンジメントプレートならびに入口部分および収集ダクトの少なくとも１つに結合される。
【0009】
本アセンブリおよび方法のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであるが、本技術の実施形態を例示し、明細書における説明と併せて本技術の原理を説明するのに役立つ。
【0010】
当業者へと向けられた本システムおよび方法の作製および使用の最良の態様を含む、本アセンブリの完全かつ実施可能な開示が、添付の図を参照する本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の実施形態による、ターボ機械の概略図である。
【図2】本開示の実施形態による、ターボ機械の例示的な燃焼セクションの上流図である。
【図3】本開示の実施形態による、第１の側面から見た一体型燃焼器ノズルの斜視図である。
【図4】本開示の実施形態による、第２の側面から見た一体型燃焼器ノズルの斜視図である。
【図5】本開示の実施形態による、分解された様々な冷却構成要素を有して示される、一体型燃焼器ノズルの斜視図である。
【図6】本開示の実施形態による、ターボ機械の半径方向に沿った一体型燃焼器ノズルの断面概略図である。
【図7】本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズルの外側ライナセグメントの一部の拡大断面図である。
【図8】本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズルの内側ライナセグメントの一部の拡大断面図である。
【図9】本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズルの他の構成要素から隔離された、２つのインピンジメントパネルおよび冷却インサートの半径方向Ｒに沿った平面図である。
【図10】本開示の実施形態による、ターボ機械の軸方向Ａに沿ったインピンジメントパネルのパネルセグメントの断面図である。
【図12】本開示の実施形態による、パネルセグメントの断面斜視図である。
【図15】本開示の実施形態による、物体を生成するための付加製造システムの概略／ブロック図である。
【図16】本開示の実施形態による、インピンジメントパネルを製作するための方法のフローチャートである。
【図17】本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズルから隔離され、ビルドプレート上に位置決めされ、一列のインピンジメント部材のうちの１つが切り取られているインピンジメント冷却装置の斜視図である。
【図18】本開示の実施形態による、インピンジメント冷却装置が一体型燃焼器ノズルのキャビティ内に位置決めされた、ターボ機械の半径方向Ｒに沿った一体型燃焼器ノズルの拡大断面図である。
【図19】本開示の実施形態による、単一のインピンジメント部材の断面図である。
【図20】本開示の実施形態による、ターボ機械の半径方向Ｒに沿ったインピンジメント部材および２つの隣り合うインピンジメント部材の一部の拡大断面図である。
【図21】本開示の実施形態による、余分な材料の除去前のインピンジメント壁スタンドオフの拡大図である。
【図22】本開示の実施形態による、余分な材料の除去後のインピンジメント壁スタンドオフの拡大図である。
【図23】本開示の実施形態による、インピンジメント冷却装置を製作するための方法のフローチャートである。
【図24】本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズルの他の構成要素から隔離された、冷却インサートの斜視図である。
【図25】本開示の実施形態による、ターボ機械の軸方向Ａに沿った冷却インサートの断面図である。
【図26】本開示の実施形態による、ターボ機械の半径方向Ｒに沿った冷却インサートの断面図である。
【図27】本開示の実施形態による、ターボ機械の円周方向Ｃに沿った冷却インサートの断面図である。
【図28】本開示の実施形態による、２つの対向して配置された冷却インサートの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
ここで、本アセンブリの実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本技術の説明のために提供するものであって、本技術を限定するものではない。実際、特許請求される技術の範囲または趣旨を逸脱せずに、修正および変更が本技術において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態において使用することができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することを意図している。
【0013】
詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を使用する。図面および説明における類似または同様の符号は、本発明の類似または同様の部分を指して使用されている。本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。
【0014】
本明細書で使用する場合、「上流」（または「前方」）、および「下流」（または「後方」）という用語は、流体経路における流体の流れに関する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を指し、「下流」は、流体が流れていく方向を指す。「半径方向に」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的な方向を指し、「軸方向に」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および／または同軸に整列する相対的な方向を指し、「円周方向に」という用語は、特定の構成要素の軸方向中心線の周囲に延びる相対的な方向を指す。「概して」、「実質的に」、「およそ」、または「約」などの近似の用語は、記載された値のプラスマイナス１０％の範囲内の値を含む。角度または方向の文脈で使用されるとき、そのような用語は、記載された角度または方向のプラスマイナス１０度の範囲を含む。例えば、「概して垂直」は、任意の方向、例えば、時計回りまたは反時計回りの垂直から１０度の範囲内の方向を含む。
【0015】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定を意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が別途明確に指示しない限り、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。
【0016】
ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、これは、図示の実施形態ではガスタービン１０である。産業用または陸上用のガスタービンが本明細書に示されて説明されているが、本開示は、特許請求の範囲に特に明記されない限り、陸上用および／または産業用ガスタービンに限定されない。例えば、本明細書に記載の本発明は、限定はしないが、蒸気タービン、航空機用ガスタービン、または船舶用ガスタービンを含む任意のタイプのターボ機械に使用することが可能である。
【0017】
示すように、ガスタービン１０は、一般に、入口セクション１２と、入口セクション１２の下流に配置された圧縮機１４と、圧縮機１４の下流に配置された燃焼セクション１６と、燃焼セクション１６の下流に配置されたタービン１８と、タービン１８の下流に配置された排気セクション２０とを含む。加えて、ガスタービン１０は、圧縮機１４をタービン１８に結合する１つまたは複数のシャフト２２を含んでもよい。
【0018】
動作中、空気２４は、入口セクション１２を通って圧縮機１４に流れ、そこで空気２４が次第に圧縮され、これにより圧縮空気２６が燃焼セクション１６に提供される。圧縮空気２６の少なくとも一部は、燃焼セクション１６内で燃料２８と混合され、燃焼されて燃焼ガス３０を発生する。燃焼ガス３０は、燃焼セクション１６からタービン１８に流れ、そこで（運動および／または熱）エネルギーが燃焼ガス３０からロータブレード（図示せず）に伝達され、シャフト２２を回転させる。機械的回転エネルギーは、その後、圧縮機１４への動力供給および／または発電など、様々な目的のために使用されてもよい。次いで、タービン１８から出る燃焼ガス３０は、排気セクション２０を介してガスタービン１０から排気され得る。
【0019】
図２は、本開示の様々な実施形態による、燃焼セクション１６の上流図を示す。図２に示すように、燃焼セクション１６は、外側ケーシングまたは圧縮機吐出ケーシング３２によって少なくとも部分的に囲まれてもよい。圧縮機吐出ケーシング３２は、燃焼器１６の様々な構成要素を少なくとも部分的に囲む高圧プレナム３４を少なくとも部分的に画定することができる。高圧プレナム３４は、圧縮機１４（図１）と流体連通し、圧縮空気２６をそこから受け取ることができる。様々な実施形態において、図２に示すように、燃焼セクション１６は、ガスタービンシャフト２２と一致し得るガスタービン１０の軸方向中心線３８の周囲に円周方向に配置されたいくつかの一体型燃焼器ノズル１００を含む、セグメント化された環状燃焼システム３６を含む。
【0020】
図３は、第１の側面から見た一体型燃焼器ノズル１００の斜視図を示す。同様に、図４は、本開示の実施形態による、第２の側面から見た一体型燃焼器ノズル１００の斜視図を示す。図２、図３、および図４にまとめて示すように、セグメント化された環状燃焼システム３６は、複数の一体型燃焼器ノズル１００を含む。本明細書でさらに説明するように、各燃焼器ノズル１００は、第１の側壁１１６と、第２の側壁１１８とを含む。特定の実施形態では、側壁と下流タービンノズル１２０の対応する正圧側および負圧側の一体化に基づいて、第１の側壁は正圧側壁であり、第２の側壁は負圧側壁である。本明細書で行われる正圧側壁および負圧側壁への言及は、特定の実施形態を表すものであり、そのような言及は説明を容易にするためになされており、そのような言及は、特定の文脈が特に指示しない限り、任意の実施形態の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【0021】
図３および図４にまとめて示すように、各円周方向に隣接する一対の燃焼器ノズル１００は、それらの間のそれぞれの一次燃焼ゾーン１０２およびそれぞれの二次燃焼ゾーン１０４を画定し、それによって一次燃焼ゾーン１０２および二次燃焼ゾーン１０４の環状アレイを形成する。一次燃焼ゾーン１０２および二次燃焼ゾーン１０４は、燃焼ライナ１１０によって、それぞれ隣接する一次燃焼ゾーン１０２および二次燃焼ゾーン１０４から円周方向に分離されるか、または流体的に隔離される。
【0022】
図３および図４にまとめて示すように、各燃焼器ノズル１００は、内側ライナセグメント１０６と、外側ライナセグメント１０８と、内側ライナセグメント１０６と外側ライナセグメント１０８との間に延びる中空または半中空の燃焼ライナ１１０とを含む。複数（例えば、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上）の燃焼ライナ１１０を内側ライナセグメント１０６と外側ライナセグメント１０８との間に位置決めすることができ、それによってシールを必要とする隣接するライナセグメントの間の接合部の数を減らすことができると考えられる。本明細書における説明を容易にするために、それぞれの内側および外側ライナセグメント１０６、１０８の間に単一の燃焼ライナ１１０を有する一体型燃焼器ノズル１００を参照するが、ライナセグメントと燃焼ライナの比は２：１である必要はない。図３および図４に示すように、各燃焼ライナ１１０は、前端または上流端部分１１２と、後端または下流端部分１１４と、図３に示される特定の例示的な実施形態における正圧側壁である第１の側壁１１６と、図４に示される特定の例示的な実施形態における負圧側壁である第２の側壁１１８とを含む。
【0023】
セグメント化された環状燃焼システム３６は、燃料噴射モジュール１１７をさらに含む。図示の例示的な実施形態では、燃料噴射モジュール１１７は、複数の燃料ノズルを含む。燃料噴射モジュール１１７は、それぞれの燃焼ライナ１１０の前端部分１１２に設置されるように構成される。本明細書における説明の目的のために、複数の燃料ノズルを含む燃料噴射モジュール１１７は、「束管燃料ノズル」と呼ぶことができる。しかし、燃料噴射モジュール１１７は、任意のタイプの燃料ノズルまたはバーナ（旋回燃料ノズルまたはスウォズルなど）を含むかまたは備えることができ、特許請求の範囲は、特に明記しない限り、束管燃料ノズルに限定されるべきではない。
【0024】
各燃料噴射モジュール１１７は、それぞれの燃焼器ノズル１００の２つの円周方向に隣接する燃焼ライナ１１０の間で少なくとも部分的に円周方向に、および／またはそれぞれの内側ライナセグメント１０６と外側ライナセグメント１０８との間で少なくとも部分的に半径方向に延びることができる。軸方向多段燃料噴射動作中、燃料噴射モジュール１１７は、予混合された燃料および空気（すなわち、第１の可燃性混合物）の流れをそれぞれの一次燃焼ゾーン１０２に提供する。
【0025】
少なくとも一実施形態では、図３および図４に示すように、燃焼ライナ１１０の１つまたは複数の下流端部分１１４は、燃焼生成物の流れをタービンブレードに向けて導いて加速する概して翼形部形状のタービンノズル１２０に移行する。したがって、各燃焼ライナ１１０の下流端部分１１４は、前縁のない翼形部と考えることができる。一体型燃焼器ノズル１００が燃焼セクション１６内に装着されると、タービンノズル１２０は、タービン１８のタービンロータブレードの段のすぐ上流に位置決めすることができる。
【0026】
本明細書で使用する場合、「一体型燃焼器ノズル」という用語は、燃焼ライナ１１０と、燃焼ライナの下流のタービンノズル１２０と、燃焼ライナ１１０の前端１１２から後端１１４に延びる内側ライナセグメント１０６（タービンノズル１２０によって具現化される）と、燃焼ライナ１１０の前端１１２から後端１１４に延びる外側ライナセグメント１０８（タービンノズル１２０によって具現化される）とを含むシームレス構造を指す。少なくとも一実施形態では、一体型燃焼器ノズル１００のタービンノズル１２０は、第１段タービンノズルとして機能し、第１段のタービンロータブレードの上流に位置決めされる。
【0027】
上述したように、一体型燃焼器ノズル１００の１つまたは複数は、内側ライナセグメント１０６、外側ライナセグメント１０８、燃焼ライナ１１０、およびタービンノズル１２０を含む一体または単一の構造または本体として形成される。一体型燃焼器ノズル１００は、鋳造、付加製造（３Ｄ印刷など）、または他の製造技法を介して、一体型またはシームレス構成要素として作製することができる。燃焼器ノズル１００を単一または一体型の構成要素として形成することによって、燃焼器ノズル１００の様々な特徴の間のシールの必要性を低減または排除することができ、部品数およびコストを低減することができ、組み立てステップを単純化または排除することができる。他の実施形態では、燃焼器ノズル１００は、溶接などによって製作されてもよく、または異なる製造技法から形成されてもよく、ある技法で作製された構成要素は、同じまたは別の技法によって作製された構成要素に接合される。
【0028】
特定の実施形態においては、各一体型燃焼器ノズル１００の少なくとも一部またはすべてを、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）または他の複合材料から形成することができる。他の実施形態では、各一体型燃焼器ノズル１００の一部またはすべて、より具体的には、タービンノズル１２０またはその後縁は、酸化に対する耐性が高い材料（例えば、遮熱コーティングでコーティングされている）から作製されてもよく、または酸化に対する耐性が高い材料でコーティングされてもよい。
【0029】
別の実施形態（図示せず）では、燃焼ライナ１１０の少なくとも１つは、燃焼ライナ１１０の長手方向（軸方向）軸と整列された後縁に先細になっていてもよい。すなわち、燃焼ライナ１１０は、タービンノズル１２０と一体化されていなくてもよい。これらの実施形態では、燃焼ライナ１１０およびタービンノズル１２０の不均一な数を有することが望ましい場合がある。先細の燃焼ライナ１１０（すなわち、タービンノズル１２０が一体化されていないもの）は、一体型タービンノズル１２０（すなわち、一体型燃焼器ノズル１００）を有する燃焼ライナ１１０と交互または何らかの他のパターンで使用することができる。
【0030】
燃焼ライナ１１０の少なくとも１つは、それぞれの燃焼ライナ１１０の正圧側壁１１６および負圧側壁１１８のそれぞれの開口部を通って延びる少なくとも１つの火炎伝播管１２２を含むことができる。火炎伝播管１２２は、円周方向に隣接する一体型燃焼器ノズル１００の間の円周方向に隣接する一次燃焼ゾーン１０２の火炎伝播および点火を可能にする。
【0031】
多くの実施形態では、図３に示すように、各燃焼ライナ１１０は、正圧側壁１１６に沿って画定された複数の半径方向に離間した正圧側噴射出口１６４を含むことができ、正圧側燃料噴射器１６０はそれを通って延びることができる（図６）。図４に示すように、各燃焼ライナ１１０は、負圧側壁１１８に沿って画定された複数の半径方向に離間した負圧側噴射出口１６５を含むことができ、負圧側燃料噴射器１６１はそれを通って延びることができる（図６）。各それぞれの一次燃焼ゾーン１０２は、一対の円周方向に隣接する一体型燃焼器ノズル１００の対応する正圧側噴射出口１６４および／または負圧側噴射出口１６５の上流に画定される。各二次燃焼ゾーン１０４は、一対の円周方向に隣接する一体型燃焼器ノズル１００の対応する正圧側噴射出口１６４および／または負圧側噴射出口１６５の下流に画定される。複数の正圧側噴射出口１６４は、一体型燃焼器ノズル１００の軸方向中心線に対して共通の半径方向もしくは噴射面に、または燃料噴射パネル１１０の下流端部分１１４から共通の軸方向距離に存在するものとして図２に示されているが、特定の実施形態では、正圧側噴射出口１６４の１つまたは複数は、半径方向に隣接する正圧側噴射出口１６４に対して軸方向に互い違いに配置され、それによって特定の正圧側噴射出口１６４の下流端部分１１４に対する正圧側噴射出口１６４の軸方向距離をオフセットすることができる。同様に、図４は、共通の半径方向もしくは噴射面に、または燃料噴射パネル１１０の下流端部分１１４から共通の軸方向距離にある複数の負圧側噴射出口１６５を示しているが、特定の実施形態では、負圧側噴射出口１６５の１つまたは複数は、半径方向に隣接する負圧側噴射出口１６５に対して軸方向に互い違いに配置され、それによって特定の負圧側噴射出口１６５の下流端部分１１４に対する負圧側噴射出口１６５の軸方向距離をオフセットすることができる。
【0032】
セグメント化された環状燃焼システム３６の動作中、各一体型燃焼器ノズル１００およびセグメント化された環状燃焼システム３６全体の機械的性能を向上させるために、各一体型燃焼器ノズル１００の正圧側壁１１６、負圧側壁１１８、タービンノズル１２０、内側ライナセグメント１０６、および／または外側ライナセグメント１０８の１つまたは複数を冷却することが必要な場合がある。冷却要件に対応するために、各一体型燃焼器ノズル１００は、様々な空気通路またはキャビティを含むことができ、様々な空気通路またはキャビティは、圧縮機吐出ケーシング３２内に形成された高圧プレナム３４および／または各燃焼ライナ１１０内に画定された予混合空気プレナム１４４と流体連通することができる。
【0033】
図５は、本開示の実施形態による、分解された様々な冷却構成要素を有して示される、一体型燃焼器ノズル１００の斜視図を示している。様々な実施形態において、示すように、各燃焼ライナ１１０の内部部分は、正圧側壁１１６と負圧側壁１１８との間に画定することができ、１つまたは複数のリブ１２８、１２９によって様々な空気通路またはキャビティ１２４、１２６に仕切ることができる。特定の実施形態では、空気キャビティ１２４、１２６は、圧縮機吐出ケーシング３２または他の冷却源から空気を受け取ることができる。リブまたは隔壁１２８、１２９は、燃焼ライナ１１０の内部部分内に延び、複数の空気キャビティ１２４、１２６を少なくとも部分的に形成または分離することができる。特定の実施形態では、リブ１２８、１２９の一部またはすべては、構造的支持を燃焼ライナ１１０の正圧側壁１１６および／または負圧側壁１１８に提供することができる。
【0034】
特定の実施形態では、図５に示すように、各一体型燃焼器ノズル１００は、外側ライナセグメント１０８の外面１３１に沿って延びる１つまたは複数の外側インピンジメントパネル１３０を含むことができる。外側インピンジメントパネル１３０は、外側ライナセグメント１０８の形状または形状の一部に対応する形状を有することができる。多くの実施形態では、外側インピンジメントパネル１３０は、外側インピンジメントパネル１３０に沿った様々な位置に画定された複数のインピンジメント孔１３９を画定し得る（図７）。多くの実施形態では、図３および図４に最もよく示すように、外側インピンジメントパネル１３０は、インピンジメント冷却を外側ライナセグメント１０８全体に提供するために、キャビティ１２４、１２６の両側に配置されてもよい。
【0035】
同様に、各一体型燃焼器ノズル１００は、内側ライナセグメント１０６の外面１３５に沿って延びる内側インピンジメントパネル１３４を含むことができる。内側インピンジメントパネル１３４は、内側ライナセグメント１０６の形状または形状の一部に対応する形状を有することができる。多くの実施形態では、図３および図４に最もよく示すように、内側インピンジメントパネル１３４は、インピンジメント冷却を内側ライナセグメント１０６全体に提供するために、キャビティ１２４、１２６の両側に配置されてもよい。
【0036】
図５に示すように、一体型燃焼器ノズル１００の１つまたは複数は、燃焼ライナ１１０の前端１１２に近接して位置決めされた冷却インサート４００と、燃焼ライナ１１０の後端１１４に近接して位置決めされたインピンジメント冷却装置３００とをさらに含むことができる。以下に詳細に示され説明されるように、冷却インサートは、冷却インサート４００が燃焼ライナ１１０の内部に収容されて冷却を提供するように、キャビティ１２４内に位置決めされ得る。同様に、インピンジメント冷却装置３００は、インピンジメント冷却装置３００が燃焼ライナ１１０の内部に収容されて冷却を提供するように、キャビティ１２６内に収容され得る。以下でより詳細に説明するように、冷却インサート４００とインピンジメント冷却装置３００の両方は、空気キャビティ１２６に相補的な形状の、一端または両端に開口部を有する実質的に中空（または半中空）の構造として形成されてもよい。動作中、圧縮機吐出ケーシング３２からの空気は、冷却インサート４００および／またはインピンジメント冷却装置３００の一方または両方を通って流れることができ、ここで空気は、燃焼ライナ１１０の内面に衝突する離散ジェットとしてインピンジメント孔を通って流れることができ、それによって熱が燃焼ライナ１１０の内面から冷却空気に対流的に伝達することを可能にする。以下で詳細に説明するように、燃焼ライナ１１０の内面に衝突した後、冷却インサート４００および／またはインピンジメント冷却装置３００を通過した空気の一部は、燃焼ライナ１１０を通って燃料噴射器に向かって流れることができ、ここで空気は燃料と混合され、二次燃焼ゾーン１０４での燃焼に使用され得る。このようにして、燃焼ライナ１１０を冷却するために使用される空気は、タービンセクション１８で仕事を発生するためにも使用され、それによってガスタービン１０の全体的な効率を高める。
【0037】
多くの実施形態では、示すように、内側ライナセグメント１０６を通して設置された第１の冷却インサート４００および外側ライナセグメント１０８を通して設置された第２の冷却インサート４００などの２つの冷却インサート４００を、空気キャビティ１２４内に設置することができる。このようなアセンブリは、一体型燃焼器ノズル１００が、キャビティ１２４の半径方向寸法を通る単一のインピンジメント空気インサート４００の挿入を防止する火炎伝播管１２２を含む際に有用であり得る。あるいは、２つ以上のインピンジメント空気インサート４００を、所与のキャビティ内で、例えば、火炎伝播管１２２の両側に、軸方向Ａ（軸方向Ａは、例えば、図６に示されている）に順次位置決めすることができる。
【0038】
図６は、本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズル１００の断面概略図を示している。図６に示すように、一体型燃焼器ノズル１００は、正圧側燃料噴射器１６０をさらに含むことができる。多くの実施形態では、一体型燃焼器ノズル１００は、半径方向Ｒに沿って互いに離間した複数の正圧側燃料噴射器１６０を含むことができる。例えば、正圧側燃料噴射器１６０の各々は、負圧側壁１１８に近接した燃焼ライナ１１０内に位置決めされた入口１６２から正圧側噴射出口１６４に延びることができる。同様に、多くの実施形態では、一体型燃焼器ノズル１００は、半径方向Ｒに沿って互いに離間した複数の負圧側燃料噴射器１６１を含むことができる。例えば、負圧側燃料噴射器１６１の各々は、正圧側壁１１６に近接した燃焼ライナ１１０内に位置決めされた入口１６６から負圧側噴射出口１６５に延びることができる。燃料噴射器１６０、１６１は、燃焼ガスがタービンセクション１８に入り仕事を発生するために使用される前に燃焼ガスの温度を上昇させるために、燃料と空気の二次混合物を一次燃焼ゾーン１０２の下流の二次燃焼ゾーン１０４に提供し得る。
【0039】
様々な実施形態において、図６に示すように、燃料噴射器１６０、１６１は、冷却インサート４００とインピンジメント冷却装置３００との間に軸方向に位置決めされてもよい。特定の実施形態では、正圧側燃料噴射器１６０は、インピンジメント冷却装置３００と負圧側燃料噴射器１６１との間に軸方向に位置決めされ得る。同様に、負圧側燃料噴射器１６１は、冷却インサート４００と正圧側燃料噴射器１６０との間に軸方向に位置決めされてもよい。
【0040】
特定の実施形態では、一体型燃焼器ノズル１００は、フレーム１６８と、リブ１２８、１２９とを含むことができる。フレーム１６８は、燃料噴射器１６０、１６１の周囲に延び、それらを支持することができる。さらに、フレーム１６８は、燃料噴射器１６０、１６１に入る前に空気が移動するための経路を少なくとも部分的に画定し得る。リブ１２８、１２９の各々は、正圧側壁１１６と負圧側壁１１８との間に延びてもよい。図６に示すように、リブ１２８、１２９は、燃料噴射器１６０、１６１と冷却インサート４００またはインピンジメント冷却装置３００との間の流体連通を提供するために、貫通して画定された１つまたは複数の開口部を含むことができる。
【0041】
示すように、様々な矢印は、燃焼ライナ１１０内の空気の流路を示している。例えば、一体型燃焼器ノズル１００は、プレインピンジメント空気１５２と、ポストインピンジメント空気または使用済み冷却空気１５４とをさらに含むことができる。図６に示すように、プレインピンジメント空気１５２は、それぞれ壁４０２、４０３の各々に画定された第１の複数のインピンジメント開口４０４（図２４）および第２の複数のインピンジメント開口４０５（図２５）を介して冷却インサート４００から出ることができる。同様に、プレインピンジメント空気１５２は、インピンジメント部材３０２の各々に画定された複数のインピンジメント開口３０４（図１７）を介してインピンジメント冷却装置３００から出ることができる。インピンジメント開口３０４、４０４、４０５は、離散ジェットでプレインピンジメント空気１５２を導き、正圧側壁１１６の内面１５６または負圧側壁１１８の内面１５８に衝突させるようなサイズおよび向きにすることができる。空気の離散ジェットは、内面１５６、１５８に衝突し（またはぶつかり）、内面１５６、１５８の上に空気の薄い境界層を形成し、壁１１６、１１８と空気との間の最適な熱伝達を可能にする。例えば、インピンジメント開口３０４、４０４、４０５は、ぶつかる表面、例えば、壁１１６、１１８の内面１５６、１５８に垂直になるように、プレインピンジメント空気を配向することができる。空気が内面１５６、１５８に衝突すると、空気はエネルギー伝達を受け、したがって異なる特性を有するため、空気は「ポストインピンジメント空気」および／または「使用済み冷却空気」と呼ばれることがある。例えば、使用済み冷却空気１５４は、衝突プロセス中に使用済み冷却空気１５４が燃焼ライナ１１０から熱を除去しているため、プレインピンジメント空気１５２よりも高い温度および低い圧力を有することができる。
【0042】
インピンジメント冷却装置３００から出る空気の流路を参照すると、図６に示すように、プレインピンジメント空気１５２は、複数のインピンジメント開口３０４を介してインピンジメント部材３０２の各々から出て、側壁１１６、１１８の内面１５６、１５８に衝突する。その時点で、空気は、側壁１１６、１１８から熱を除去することによってエネルギー伝達を受け、したがってポストインピンジメント空気１５４になる。次いで、ポストインピンジメント空気１５４は、方向を反転させ、インピンジメント部材３０２の間に画定されたギャップ１７２（図１８）を通って流れる。図６に示すように、インピンジメント冷却装置３００は、インピンジメント部材３０２の間に画定されたギャップ１７２からポストインピンジメント空気１５４を受け取る収集通路１７４をさらに画定することができる。ギャップ１７２と収集通路１７４の両方は、好ましくは、ポストインピンジメント空気１５４がプレインピンジメント空気１５２から離れるように移動するための経路を提供する。これは、ポストインピンジメント空気１５４がプレインピンジメント空気１５２の流れを妨げる、すなわち、横切って流れて妨害するのを防止し、プレインピンジメント空気１５２がその高速を維持し、壁１１６、１１８を効果的に冷却することを可能にするので有利である。ポストインピンジメント空気１５４が収集通路１７４内に入ると、軸方向Ａとほぼ反対の方向、すなわち、燃焼ガスの方向とは反対の方向に流れることができる。図６に示すように、ポストインピンジメント空気１５４は、収集通路１７４から、リブ１２９に画定された１つまたは複数の孔を通って、正圧側燃料噴射器１６０の周囲を流れ、負圧側燃料噴射器１６１の入口１６６に流入することができる。このようにして、インピンジメント冷却装置３００を通って流れるすべての空気は、インピンジメント冷却と燃焼ガス生成の両方に利用され、圧縮機セクション１４からの廃棄空気の量を最小限に抑え、したがってガスタービン１０の全体的な性能を高める。
【0043】
ここで冷却インサート４００から出る空気の流路を参照すると、図６に示すように、プレインピンジメント空気１５２は、複数のインピンジメント開口４０４、４０５を介して壁４０２、４０３から出て、側壁１１６、１１８の内面１５６、１５８に衝突し得る。その時点で、空気は、側壁１１６、１１８から熱を除去することによってエネルギー伝達を受け、したがってポストインピンジメント空気１５４になる。次いで、ポストインピンジメント空気１５４の一部は方向を変え、軸方向Ａと反対の方向、すなわち、燃焼ガスの方向とは反対の方向に流れる。図６に示すように、次にポストインピンジメント空気１５４は、方向を反転させ、壁４０２、４０３の間に画定された収集通路４０６を通って移動することができる。収集通路４０６は、ポストインピンジメント空気１５４を正圧側燃料噴射器１６０に向けて導くことができる。このようにして、収集通路４０６は、好ましくは、ポストインピンジメント空気１５４がプレインピンジメント空気１５２から離れるように移動するための経路を提供する。これは、ポストインピンジメント空気１５４がプレインピンジメント空気１５２の流れを妨げる、すなわち、横切って流れて妨害するのを防止し、プレインピンジメント空気１５２がその高速を維持し、壁１１６、１１８を効果的に冷却することを可能にするので有利である。ポストインピンジメント空気１５４が収集通路４０６内に入ると、正圧側燃料噴射器１６０の入口１６２に向かって案内され得る。例えば、ポストインピンジメント空気１５４は、収集通路４０６から、リブ１２８に画定された１つまたは複数の開口部を通って、負圧側燃料噴射器１６１の周囲を流れ、正圧側燃料噴射器１６０の入口１６２に流入することができる。このようにして、冷却インサート４００を通って流れるすべての空気は、インピンジメント冷却と燃焼ガス生成の両方に利用され、圧縮機セクション１４からの廃棄空気の量を最小限に抑え、したがってガスタービン１０の全体的な性能を高める。
【0044】
図７は、一体型燃焼器ノズル１００の例示的な実施形態による、外側ライナセグメント１０８の一部の拡大断面図を示し、図８は、内側ライナセグメント１０６の一部の拡大断面図を示している。多くの実施形態では、一体型燃焼ノズル１００は、インピンジメント冷却を外側ライナセグメント１０８および内側ライナセグメント１０６全体に提供するために、燃焼ライナ１１０の両側に外側インピンジメントパネル１３０および内側インピンジメントパネル１３４を含むことができる。
【0045】
図７および図８に示すように、外側インピンジメントパネル１３０と内側インピンジメントパネル１３４の両方は、それぞれ外側ライナセグメント１０８および内側ライナセグメント１０６の外面１３１、１３５に沿って配置されたインピンジメントプレート１３６を含むことができる。例えば、外側インピンジメントパネル１３０のインピンジメントプレート１３６は、外側ライナセグメント１０８の外面１３１、すなわち、半径方向外側の表面に沿って配置され得る。同様に、内側インピンジメントパネル１３４のインピンジメントプレート１３６は、内側ライナセグメント１０６の外面１３５、すなわち、半径方向内側の表面に沿って配置され得る。例示的な実施形態では、示すように、各インピンジメントプレート１３６は、半径方向Ｒに沿ってそれぞれの外面１３１、１３５から離間して、それらの間に冷却流ギャップ１３８を形成することができる。例えば、外側インピンジメントパネル１３０に関して、インピンジメントプレート１３６は、半径方向Ｒに沿って外側ライナセグメントの外面１３１から外側に離間され、それによってそれらの間に冷却流ギャップ１３８を形成してもよい。同様に、内側インピンジメントパネル１３４のインピンジメントプレート１３６は、半径方向Ｒに沿って内側ライナセグメント１０６の外面１３５から内側に離間され、それによってそれらの間に冷却流ギャップ１３８を形成してもよい。
【0046】
図７および図８に示すように、様々な矢印は、インピンジメントパネル１３０、１３４内の空気の流路を表すことができる。例示的な実施形態では、高圧プレナム３４は、半径方向Ｒに沿ってインピンジメントプレート１３６を通して画定された複数のインピンジメント孔１３９を介して冷却流ギャップ１３８と流体連通してもよい。具体的には、インピンジメント孔１３９は、離散ジェットで高圧プレナム３４からのプレインピンジメント空気１５２を導き、外側ライナセグメント１０８および内側ライナセグメント１０６の外面１３１、１３５に衝突させるようなサイズおよび向きにすることができる。次いで、プレインピンジメント空気１５２の離散ジェットは、外面１３１、１３５に衝突し（またはぶつかり）、外面１３１、１３５の上に空気の薄い境界層を形成することができ、ライナセグメント１０６、１０８と空気との間の最適な熱伝達を可能にする。空気が外面１３１、１３５に衝突すると、空気はエネルギー伝達を受け、したがって異なる特性を有するため、空気は「ポストインピンジメント空気」および／または「使用済み冷却空気」と呼ばれることがある。例えば、使用済み冷却空気１５４は、衝突プロセス中に燃焼ライナセグメント１０６、１０８から熱を除去しているため、プレインピンジメント空気１５２よりも高い温度および低い圧力を有することができる。
【0047】
例示的な実施形態では、入口部分１４０は、インピンジメントプレート１３６から収集ダクト１４２に延びる。図７に示すように、収集ダクト１４２は、入口部分１４０を介して冷却流ギャップ１３８からポストインピンジメント空気１５４を受け取り、ポストインピンジメント空気１５４を燃料噴射器１６０、１６１（図６）内で利用される冷却インサート４００の低圧入口４０８に向けて案内する収集通路１４４を画定することができる。多くの実施形態では、図７に示すように、入口部分１４０は、冷却流ギャップ１３８と収集通路１４４との間に通路を提供することができる。例えば、入口部分１４０は、入口部分１４０が冷却流ギャップ１３８を収集通路１４４に直接流体結合するように、インピンジメントプレート１３６から収集ダクト１４２に直接延びてもよい。様々な実施形態において、図１０に示すように、入口部分１４０は、互いに離間した側壁１５０を含み得る。側壁１５０は、ポストインピンジメント空気１５４の通過のためにインピンジメントプレート１３０を通る細長いスロット形状の開口部１８８（図１１）を画定するように、互いに平行にインピンジメントプレート１３６に沿って軸方向に延びることができる。
【0048】
特定の実施形態では、図１０に示すように、各収集ダクト１４２は、矩形領域を画定する断面形状を有することができる。例えば、各収集ダクト１４２は、半径方向内側壁１４６と、半径方向外側壁１４８と、半径方向内側壁１４６と半径方向外側壁１４８との間に延びる側壁１４１とを含むことができる。特定の実施形態では、収集ダクト１４２の側壁１４１は、互いに平行であり、半径方向内側／外側壁１４６、１４８よりも長くてもよく、これにより有利には、収集ダクト１４２は、インピンジメント孔１３９と重なり合わず、高圧プレナム３４と冷却流ギャップ１３８との間の空気流を妨げることなく、大きな収集領域を有することができる。他の実施形態（図示せず）では、収集ダクトは、円形、楕円形、ダイヤモンド形、正方形、または他の適切な多角形などの任意の適切な断面形状を有することができ、したがって、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、任意の特定の断面形状に限定されるべきではない。
【0049】
図１０に示すように、入口部分１４０は第１の幅１７６を画定してもよく、収集ダクト１４２は第２の幅１７８を画定してもよい。より具体的には、第１の幅１７６は、入口部分１４０の側壁１５０の間に画定されてもよい。同様に、収集ダクト１４２の第２の幅１７８は、収集ダクト１４２の側壁１４１の間に画定されてもよい。インピンジメントプレート１３６によってインピンジメント冷却することができる面積の量を最大にするために、収集ダクト１４２の第２の幅１７８に対して第１の幅１７６を可能な限り小さくすることが有利であり得る。例えば、例示的な実施形態では、収集ダクト１４２の第２の幅１７８は、入口部分１４０の第１の幅１７６よりも大きくてもよい。
【0050】
多くの実施形態では、図９に示すように、収集ダクト１４２は、第１の収集ダクト１４２’であってもよく、インピンジメントパネル１３０は、インピンジメントパネル１３０から延びる第２の収集ダクト１４２’’をさらに含んでもよい。示すように、第１の収集ダクト１４２’および第２の収集ダクト１４２’’は、互いに離間していてもよく、軸方向Ａに互いに概して平行に延びてもよい。そのような実施形態では、各収集ダクト１４２’、１４２’’は、冷却流ギャップ１３８と収集通路１４４との間に通路を提供するそれぞれの入口部分１４０を介してインピンジメントプレート１３６に結合されてもよい。例えば、それぞれの入口部分１４０は各々、冷却流ギャップ１３８をそれぞれの収集通路１４４に直接流体結合するように、インピンジメントプレート１３６から収集ダクト１４２に直接延びてもよい。
【0051】
図９は、一体型燃焼器ノズルの他の構成要素から隔離された、２つのインピンジメントパネル１３１および冷却インサート４００の半径方向Ｒに沿った平面図を示している。図９に示すように、インピンジメントパネル１３１は、外側インピンジメントパネル１３０および／または内側インピンジメントパネル１３４のいずれかまたは両方を表すことができる。多くの実施形態では、インピンジメントパネル１３０の各々は、冷却インサート４００の低圧入口４０８に結合することができる。特定の実施形態では、収集ダクト１４２の各々は、接続ダクト１８０を介して低圧入口４０８に結合することができる。いくつかの実施形態（図示せず）では、収集ダクト１４２は、冷却インサート４００のそれぞれの低圧入口４０８に直接結合してもよい。以下で詳細に説明するように、冷却インサート４００の低圧入口４０８は、収集通路４０６と直接流体連通することができ、したがって負圧側燃料噴射器１６１と流体連通することができる。このようにして、収集ダクト１４２は、有利には、ポストインピンジメント空気１５４が燃料噴射器に移動するための通路を提供し、空気を二次燃焼ゾーン１０４内で燃焼ガスを発生するために使用することができる。
【0052】
多くの実施形態では、インピンジメントパネル１３０は、前端から後端まで連続的に延びる単一の本体であってもよい。しかし、例示的な実施形態では、図９に示すように、インピンジメントパネル１３０は、互いに結合された複数のパネルセグメント１８２を含むことができる。例えば、多くの実施形態では、インピンジメントパネル１３０は、互いに結合された前方セグメント１８４および後方セグメント１８６などの２つのパネルセグメント１８２を含み得る。他の実施形態では、インピンジメントパネルは、前方セグメント１８４、中間セグメント１８５、および後方セグメント１８６などの３つ以上のセグメントを含んでもよい。そのような実施形態では、前方セグメント１８４および後方セグメント１８６は各々、示すように、中間セグメント１８５に独立して結合することができる。インピンジメントパネル１３０をパネルセグメント１８２に分割することにより、有利には、一度に付加製造などによって製造されるインピンジメントパネル１３０の数を増やすことができ、製造コストを節約することができる。
【0053】
図１１に隠れ線で示されるように、パネルセクション１８２の各々の入口部分１４０は、それぞれのインピンジメントプレート１３６を通る細長いスロット開口部１８８をさらに画定することができ、ポストインピンジメントの空気１５４が冷却ギャップから収集ダクト１４２に流れることを可能にする。いくつかの実施形態（図示せず）では、細長いスロット開口部１８８は、パネルセグメント１８２の間で連続していてもよい。
【0054】
様々な実施形態において、図９に示すように、収集ダクト１４２の各々は、前端１９０から後端１９２に、すなわち、軸方向Ａに断面で収束することができる。より具体的には、収集ダクト１４２の側壁１４１は、インピンジメントパネル１３０の前端１９０から後端に互いに向かって収束することができ、それによって、軸方向Ａに延びるにつれて収集ダクト１４２の第２の幅１７８および断面積を徐々に減少させる。インピンジメントパネル１３０の前端１９０から後端１９２まで収集ダクト１４２の断面積を徐々に減少させることにより、ポストインピンジメント空気１５４に有利に影響を与え、冷却インサート４００に向かって、すなわち、軸方向とは反対の方向に流すことができる。
【0055】
動作中、収集ダクト１４２は、冷却流ギャップ１３８から使用済み冷却空気を受け取ることができる。本明細書で使用する場合、「ポストインピンジメント空気」および／または「使用済み冷却空気」という用語は、表面に既に衝突し、したがってエネルギー伝達を受けた空気を指す。例えば、使用済み冷却空気は、外面１３１、１３５に衝突する前よりも高い温度および低い圧力を有することができ、これにより使用済み冷却空気は、一体型燃焼ノズル内でさらに冷却するのに理想的ではなくなる。しかし、収集ダクト１４２は、有利には、使用済み冷却空気を収集し、一次燃焼ゾーン１０２または二次燃焼ゾーン１０４のいずれかで使用するために、使用済み冷却空気を１つまたは複数の燃料噴射器、例えば、燃料噴射モジュール１１７および／または燃料噴射器１６０および１６１の一方または両方に向けて導く。このようにして、インピンジメントパネル１３０は、最初にライナセグメント１０６、１０８を冷却するために空気を利用し、次にタービンセクション１８に動力を供給する燃焼ガスを発生するために空気を使用することによって、高圧プレナム３４からの空気を効率的に利用する。
【0056】
多くの実施形態では、パネルセグメント１８２の各々は、単一の構成要素として一体的に形成されてもよい。すなわち、例えば、インピンジメントプレート１３６、入口部分１４０、収集ダクト１４２、およびパネルセグメント１８２の任意の他のサブ構成要素などのサブ構成要素の各々は、単一の本体として共に製造することができる。例示的な実施形態では、これは、本明細書に記載の付加製造システム１０００を利用することによって行うことができる。しかし、他の実施形態では、鋳造または他の適切な技法などの他の製造技法が使用されてもよい。これに関して、付加製造方法を利用して、インピンジメントパネル１３０の各パネルセグメント１８２は、連続的な金属の単一片として一体的に形成することができ、したがって、従来の設計と比較してより少ないサブ構成要素および／または接合部を含み得る。付加製造による各パネルセグメント１８２の一体形成は、有利には、組み立てプロセス全体を改善することができる。例えば、一体形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連する時間および全体としての組み立てコストを低減する。加えて、例えば、漏れ、別個の部品間の接合品質、および全体の性能に関する既存の問題を有利に低減することができる。いくつかの実施形態では、インピンジメントパネル１３０全体は、単一の構成要素として一体的に形成されてもよい。
【0057】
図１０は、本開示の実施形態による、軸方向Ａに沿ったインピンジメントパネル１３０のパネルセグメント１８２の断面図を示し、図１１は、半径方向Ｒに沿ったパネルセグメント１８２の平面図を示している。図１０および図１１に示すパネルセグメント１８２の特徴は、前方セグメント１８４、中間セグメント１８５、および／または後方セグメント１８６など、本明細書に記載のパネルセグメントのいずれかに組み込むことができることが理解されよう。
【0058】
図１０および図１１に示すように、パネルセグメント１８２は、入口部分１４０、収集ダクト１４２、およびインピンジメントプレート１３６の間に延び、それらと一体的に形成された、構造的支持を提供するための１つまたは複数の支持体１９４をさらに含むことができる。様々な実施形態において、各支持体１９４は、インピンジメントプレート１３６と収集ダクト１４２との間に延びる平坦なプレートとして実質的に成形されてもよい。特定の実施形態では、各支持体１９４は、インピンジメントプレート１３６と一体的に形成された第１の端部１９６から、収集ダクト１４２と一体的に形成された第２の端部１９８に延びることができる。例示的な実施形態では、支持体１９４は、パネルセグメント１８２に固定的に結合されてもよく、例えば、支持体１９４は、パネルセグメント１８２に溶接および／またはろう付けされる別個の構成要素であってもよい。このようにして支持体１９４を利用することにより、収集ダクト１４２に追加の構造的完全性が提供され、これにより有利には、動作中のガスタービン１０の振動力に起因するインピンジメントパネル１３０の損傷を防止することができる。
【0059】
特定の実施形態では、支持体１９４の各々は、支持体１９４の各々の第１の端部１９６と第２の端部１９８との間、すなわち、インピンジメントプレート１３６と収集ダクト１４２との間に延びる第１の側面１９７および第２の側面１９９を含む。図１０に示すように、第１の端部１９６、第２の端部１９８、第１の側面１９７、および第２の側面１９９は、支持体１９４の周囲を集合的に画定してもよい。多くの実施形態では、支持体１９４の第１の側面１９７は、入口部分１４０の側壁１５０の一方に沿って延び、これと一体的に形成される。例示的な実施形態では、支持体１９４の第２の側面１９９は、角度２００でインピンジメントプレート１３６から延びる概して直線であってもよい。
【0060】
例えば、多くの実施形態では、各支持体１９４の第２の側面１９９は、インピンジメントプレート１３６と約１０°～約７５°の角度２００を形成することができる。他の実施形態では、各支持体１９４の第２の側面１９９は、インピンジメントプレート１３６と約２０°～約６５°の角度２００を形成してもよい。様々な実施形態において、各支持体１９４の第２の側面１９９は、インピンジメントプレート１３６と約３０°～約５５°の角度２００を形成してもよい。特定の実施形態では、各支持体１９４の第２の側面１９９は、インピンジメントプレート１３６と約４０°～約５０°の角度２００を形成してもよい。
【0061】
例示的な実施形態では、第２の側面１９９の角度２００は、有利には、追加の構造的支持をインピンジメントパネル１３０に提供し、それによってガスタービン１０の動作中にインピンジメントパネル１３０への振動損傷を防止することができる。加えて、第２の側面１９９の角度２００は、追加の構造的支持をインピンジメントパネル１３０の付加製造プロセス中に収集ダクト１４２に提供することができ、有利には、インピンジメントパネル１３０の歪みおよび／または欠陥の可能性を低減する。例えば、本明細書で説明するインピンジメントプレート１３６に対する第２の側面１９９の角度２００は、付加製造システム１０００（図１５）を使用して製作されている間に、支持体１９４がオーバーハングする、すなわち、過度の厚さ対厚さの変化を有することを防止することができる。その結果、その複雑な幾何学的形状のために従来の手段を介して製造することが困難であり得るインピンジメントパネル１３０は、部品に欠陥または変形を引き起こすことなく、付加製造システム１０００を使用して製作することができる。
【0062】
図１１に示すように、支持体１９４の各々は、入口部分１４０（図１１に破線で示す）と角度２０２を形成することができる。より具体的には、支持体１９４の各々は、入口部分１４０の側壁１５０と角度２０２を形成することができる。多くの実施形態では、角度２０２は斜めであってもよく、これにより好ましくは、支持体１９４がインピンジメントプレート１３６に沿ってさらに延びることが可能である。しかし、他の実施形態（図示せず）では、支持体１９４の１つまたは複数は、入口部分１４０に垂直であってもよい。
【0063】
様々な実施形態において、入口部分１４０の側壁１５０と支持体１９４との間の角度２０２は、約１０°～約９０°であり得る。他の実施形態では、入口部分１４０の側壁１５０と支持体１９４との間の角度２０２は、約２０°～約７０°であってもよい。特定の実施形態では、入口部分１４０の側壁１５０と支持体１９４との間の角度２０２は、約３０°～約６０°であってもよい。多くの実施形態では、入口部分１４０の側壁１５０と支持体１９４との間の角度２０２は、約４０°～約５０°であってもよい。
【0064】
図１１に示すように、パネルセグメント１８２は、入口部分１４０の側壁１５０に概して平行であり得る中心軸２０６をさらに含むことができる。多くの実施形態では、パネルセグメント１８２が一体型燃焼器１００に設置されるとき、中心軸２０６は、ガスタービン１０の軸方向Ａと同軸に延びることができる。他の実施形態では、中心軸２０６は、パネルセグメントが一体型燃焼器ノズル１００に設置されるとき、軸方向Ａに概して平行に延びることができる。
【0065】
図１２は、本開示の実施形態による、パネルセグメント１８２の断面斜視図を示している。パネルセグメント１８２は、中心軸２０６（図１１）に沿って、第１の端部２０８から第２の端部２１０に延びることができる。図１３は、中心軸２０６に沿ったパネルセグメント１８２の第１の端部２０８の例示的な実施形態の平面図を示し、図１４は、中心軸２０６に沿ったパネルセグメント１８２の第２の端部２１０を示している。
【0066】
図１３に示すように、パネルセグメント１８２の第１の端部２０８は、インピンジメントパネルから延びるフランジ２１２を含む。様々な実施形態において、フランジ２１２は、パネルセグメント１８２の第１の端部２０８から延びる概して平坦なプレートであってもよい。より具体的には、フランジ２１２は、接続面２１３（図１３）を画定するために、パネルセグメント１８２の第１の端部２０８におけるインピンジメントプレート１３６、入口部分１４０、および収集ダクト１４２に垂直であり、そこから離れて延びることができる。接続面２１３は、有利には、複数のパネルセグメント１８２が、溶接、ろう付け、または他の適切な方法などの手段によって互いに固定的に結合されることを可能にする。多くの実施形態では、フランジ２１２はまた、パネルセグメント１８２の全体的な剛性および構造的完全性を高め、それによってガスタービン１０の動作中に構成要素に生じ得る振動損傷を防止することができる。
【0067】
多くの実施形態では、フランジ２１２は、収集プレート１３６、入口部分１４０、収集ダクト１４２、およびフランジ２１２が連続的な金属の単一片であり得るように、パネルセグメント１８２と一体的に形成されてもよい。そのような実施形態では、フランジ２１２はまた、製造上の利点を提供することができる。例えば、フランジ２１２は、一般に、パネルセグメント１８２の特徴を囲み、付加製造プロセス中に収集ダクト１４２に対する追加の構造的支持を提供する。
【0068】
図１４に示すように、いくつかの実施形態では、インピンジメントパネル１８２の第２の端部２１０は、第１の端部２０８の場合のように、共に一体的に形成されたフランジ２１２を含まなくてもよい。図１４の破線によって示されるように、エンドプレート２１１が、第２の端部２１０に取り付けられ、固定的に結合されてもよい。例えば、エンドプレート２１１は、インピンジメントパネルセグメント１８２とは完全に別個の構成要素であってもよい。多くの実施形態では、インピンジメントパネルセグメント１８２の製造が完了した後に、エンドプレート２１１を第２の端部２１０に溶接またはろう付けすることができる。第２の端部２１０に固定的に結合されるエンドプレート２１１は、フランジ２１２と実質的に同様の幾何学的形状を有してもよいが、一体的に形成されるのではなく別個の構成要素である。エンドプレート２１１は、（図９に示すように）インピンジメントパネルセグメント１８２の第２の端部２１０を隣り合うインピンジメントパネルセグメントの第１の端部２０８に結合するように機能することができる。例示的な実施形態では、インピンジメントパネルセグメント１８２のエンドプレート２１１は、隣り合うインピンジメントパネルセグメント１８２のフランジ２１２に固定的に結合することができる。インピンジメントパネルセグメント１８２をこのように結合することは、エンドプレート２１１およびフランジ２１２がそれらの間の容易でエラーのない溶接を提供する比較的平坦で滑らかな表面であるため、有利であり得る。他の実施形態では、第１の端部２０８と第２の端部２１０の両方がフランジ２１２を含んでもよく、パネルセグメント１８２の第１の端部２０８のフランジ２１２は、隣り合うパネルセグメント１８２の第２の端部２１０のフランジ２１２に固定的に結合してもよい。
【0069】
付加製造システムおよびプロセスの例を示すために、図１５は、本明細書に記載のパネルセグメント１８２、冷却インサート４００、および／またはインピンジメント冷却装置３００などの物体１２２０を生成するための付加製造システム１０００の概略／ブロック図を示す。図１５は、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）または直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）用に構成された付加製造システムを表すことができる。付加製造システム１０００は、物体１２２０（これは、本明細書に記載のパネルセグメント１８２、冷却インサート４００、および／またはインピンジメント冷却装置３００を表すことができる）などの物体を製作する。例えば、物体１２２０は、レーザ１２００などの光源によって生成されたエネルギービーム１３６０を使用して粉末材料（図示せず）を焼結または溶融することによって、層ごとに製作することができる。エネルギービームによって溶融される粉末は、リザーバ１２６０によって供給され、リコータアーム１１６０を使用してビルドプレート１００２上に均一に分散し、レベル１１８０に粉末を維持し、粉末レベル１１８０の上方に延びる余分な粉末材料を廃棄物容器１２８０に除去する。エネルギービーム１３６０は、ガルボスキャナ１３２０の制御の下で構築中の物体の断面層を焼結または溶融する。ビルドプレート１００２は下げられ、別の粉末層がビルドプレートおよび構築中の物体上に分散され、次いでレーザ１２００によって引き続き粉末の溶融／焼結が行われる。プロセスは、物体１２２０が溶融／焼結した粉末材料から完全に構築されるまで繰り返される。レーザ１２００は、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータシステムによって制御することができる。コンピュータシステムは、層ごとに走査パターンを決定し、走査パターンに従って粉末材料を照射するようにレーザ１２００を制御することができる。物体１２２０の製作が完了した後、様々な後処理手順を物体１２２０に適用することができる。後処理手順は、例えば、吹き飛ばしまたは吸引による余分な粉末の除去を含む。他の後処理手順には、応力緩和プロセスが挙げられる。加えて、熱的および化学的後処理手順を使用して、物体１２２０を仕上げることができる。
【0070】
図１６は、本開示の実施形態による、インピンジメントパネル（例えば、本明細書に記載のインピンジメントパネル１３０、１３１、１３４の１つ）を製作する方法１６００を定義する一連のステップ１６０２～１６０６のフローチャートである。方法１６００は、本明細書に記載の付加製造システム１０００または別の適切なシステムなどの付加製造システムを使用して実行することができる。図１６に示すように、方法１６００は、粉末床１１２０内の粉末層を照射して融着領域を形成するステップ１６０２を含む。多くの実施形態では、図１５に示すように、粉末床１１２０は、融着領域がビルドプレート１００２に固定的に取り付けられるように、ビルドプレート１００２上に配置されてもよい。方法１６００は、粉末床１１２０の第１の側面から粉末床１１２０の上に後続の粉末層を提供するステップ１６０４を含むことができる。方法１６００は、インピンジメントパネルが粉末床１１２０に形成されるまで、ステップ１６０２および１６０４を繰り返すステップ１６０６をさらに含む。
【0071】
図１７は、一体型燃焼器ノズルから隔離され、ビルドプレート１００２上に位置決めされ、一列のインピンジメント部材のうちの１つが切り取られているインピンジメント冷却装置３００の斜視図を示している。後述するように、インピンジメント冷却装置３００は、例えば、付加製造システム１０００によって、ビルドプレート１００２上に付加製造することができる。図１７は、本開示の実施形態による、ビルドプレート１００２から取り外して一体型燃焼器ノズル１００に設置する前のインピンジメント冷却装置３００を図示する。
【0072】
図１７に示すように、インピンジメント冷却装置３００は、第１の端部３０６から第２の端部３０８まで、構築方向と一致し得る半径方向Ｒに延びてもよい。多くの実施形態では、インピンジメント冷却装置３００は、インピンジメント部材３０２の第１の列３２０およびインピンジメント部材３０２の第２の列３２２に配置された、複数のインピンジメント部材３０２を含む。インピンジメント部材３０２の第１の列３２０の各インピンジメント部材３０２は、インピンジメント冷却装置３００の第１の端部３０６の第１のフランジ３１０から第２の端部３０８のそれぞれの閉鎖端３１２に延びてもよい。同様に、インピンジメント部材３０２の第２の列３２２の各インピンジメント部材３０２は、インピンジメント冷却装置３００の第１の端部３０６の第２のフランジ３１１から第２の端部３０８のそれぞれの閉鎖端３１２に延びてもよい。このようにして、インピンジメント部材３０２の第１の列３２０および第２の列３２２は各々、キャビティ１２６への設置中に互いに対して移動することが可能な単一の構成要素であってもよく、これにより有利には、インピンジメント部材３０２の列３２０、３２２と壁１１６、１１８との間の距離を互いに独立して設定することが可能になる。
【0073】
他の実施形態では、各インピンジメント部材３０２は、インピンジメント冷却装置３００内の他のインピンジメント部材３０２に対して移動することが可能な、それ自体の完全に別個の構成要素であってもよい。そのような実施形態では、各インピンジメント部材３０２は、それぞれのフランジから延びることができる。各インピンジメント部材３０２が別個の構成要素である実施形態では、インピンジメント部材は、一体型燃焼器ノズル内に個々に設置することができ（すなわち、一度に１つ）、各スタンドオフ３５６、３５８は、インピンジメント部材３０２の設置とその動作の両方の間に、各インピンジメント部材３０２の間に適切なサイズのギャップが配置されることを確実にするように機能することができる。
【0074】
例示的な実施形態では、インピンジメント部材３０２の各々は、フランジ３１０、３１１に画定されたそれぞれの開口部３１３からそれぞれの閉鎖端３１２（図１９）に延びる実質的に中空体であってもよい。図１７の実施形態は、１１個のインピンジメント冷却部材３０２を有するインピンジメント冷却装置３００を示しているが、インピンジメント冷却装置３００は、任意の数、例えば、４つ、６つ、８つ、１２個、１４個、またはそれ以上の数のインピンジメント部材３０２を有することができる。様々な実施形態において、図１７に示すように、複数のインピンジメント部材３０２の各インピンジメント部材３０２は、インピンジメント部材３０２の間および収集通路１７４（図６）に流れるポストインピンジメント空気１５４のためのギャップ１７２を画定するために、直接隣り合うインピンジメント部材３０２から離間してもよい。多くの実施形態では、複数のインピンジメント開口３０４は、複数のインピンジメント部材３０２の各インピンジメント部材３０２に画定されてもよい。
【0075】
図１８は、インピンジメント冷却装置３００がキャビティ１２６内に位置決めされた、半径方向Ｒに沿った一体型燃焼器ノズル１００の拡大断面図を図示する。図１８に示すように、一体型燃焼器ノズル１００は、正圧側壁１１６と負圧側壁１１８との間の中間に画定され得るキャンバ軸３１８をさらに含むことができる。例えば、キャンバ軸３１８は、正圧側壁１１６および負圧側壁１１８の湾曲に対応するように湾曲されてもよく、かつ／または輪郭付けられてもよい。横方向Ｔは、キャンバ軸３１８に対して直交して画定され得る。より具体的には、横方向Ｔは、キャンバ軸３１８に沿った各位置でキャンバ軸３１８に接する線から外側に、かつこれに垂直に延びることができる。
【0076】
特定の実施形態では、複数のインピンジメント部材３０２の各インピンジメント部材３０２は、中実壁３１６から離間したインピンジメント壁３１４を含む。例示的な実施形態では、複数のインピンジメント開口は、プレインピンジメント空気１５２を壁１１６、１１８（図６）の内面１５６、１５８に向けて導くために、インピンジメント壁３１４に画定されてもよい。中実壁３１６は、インピンジメント壁３１４と対向して配置されてもよい。多くの実施形態では、各それぞれのインピンジメント部材３０２の中実壁３１６は、横方向Ｔに沿ってキャンバ軸３１８の直接外側にあってもよく、それによりインピンジメント部材３０２の中実壁３１６は、収集通路１７４の境界を集合的に画定する。本明細書で使用する場合、「中実」という用語は、空気または他の流体が通過することができないように、不透過性の１つまたは複数の壁を指すことができる。例えば、中実壁３１６の各々は、すべての空気が冷却のために壁１１６、１１８の内面１５６、１５８に向けて確実に導かれるように、プレインピンジメント空気１５２が逃げることを可能にするインピンジメント開口、孔、または空隙を有さなくてもよい。
【0077】
特定の実施形態では、図１８に示すように、複数のインピンジメント部材３０２は、正圧側壁１１６に近接して配置されたインピンジメント部材３０２の第１の列３２０と、負圧側壁１１８に近接して配置されたインピンジメント部材３０２の第２の列３２２とを含むことができる。例えば、インピンジメント部材の第１の列３２０および第２の列３２２は、横方向Ｔに離間するように、キャンバ軸３１８の両側に配置されてもよい。図１８に示すように、収集通路１７４は、インピンジメント部材３０２の第１の列３２０と第２の列３２２との間に画定されてもよい。より具体的には、収集通路１７４は、インピンジメント部材３０２の第１の列３２０の中実壁３１６とインピンジメント部材３０２の第２の列３２２の中実壁３１６との間に集合的に画定されてもよい。図６に示し、上述したように、収集通路１７４は、ポストインピンジメント空気１５４を受け取り、負圧側燃料噴射器１６１（図６）などの燃料噴射器に向けて導くように機能することができる。
【0078】
特定の実施形態では、インピンジメント部材３０２の第１の列３２０およびインピンジメント部材の第２の列３２２は、インピンジメント冷却装置３００の後端３２４から前端３２６まで、すなわち、燃焼ゾーン１０２、１０４内の燃焼ガスの方向とは反対に、互いに離れて分岐する。例えば、インピンジメント部材３０２の第１の列３２０およびインピンジメント部材の第２の列３２２は、インピンジメント冷却装置３００の後端３２４から前端３２６まで横方向に互いに離れて分岐する。このようにして、第１の列３２０のインピンジメント部材３０２と第２の列３２２のインピンジメント部材３０２との間の横方向距離は、後端３２４から前端３２６まで徐々に増加することができ、それによってポストインピンジメント空気１５４が負圧側燃料噴射器１６１に向かって移動するように影響を及ぼす。
【0079】
図１８に示すように、第１の列３２０の各それぞれのインピンジメント部材３０２のインピンジメント壁３１４は、第１の列３２０のインピンジメント壁３１４が正圧側壁１１６の輪郭に集合的に対応するように、正圧側壁１１６の一部に対応するように輪郭付けられてもよい。同様に、第２の列３２２の各それぞれのインピンジメント部材３０２のインピンジメント壁３１４は、第２の列３２２のインピンジメント壁３１４が負圧側壁１１８の輪郭に集合的に対応するように、負圧側壁１１８の一部に対応するように輪郭付けられてもよい。壁１１６、１１８の輪郭を一致させることは、有利には、それぞれの壁１１６、１１８からの所望の横方向距離を維持する。多くの実施形態では、インピンジメント壁３１４とそれぞれの壁１１６、１１８との間の横方向距離は、ほぼ一定であってもよい。
【0080】
特定の実施形態では、複数のインピンジメント部材３０２の各インピンジメント部材３０２は、インピンジメント壁３１４と中実壁３１６との間に各々延びる第１の中実側壁３２８および第２の中実側壁３３０を含むことができる。図１８に示すように、各インピンジメント部材３０２の第１の中実側壁３２８および第２の中実側壁３３０は、互いに離間して対向して配置されてもよい。様々な実施形態において、各インピンジメント部材３０２の第１の中実壁３２８および第２の側壁３３０は、横方向Ｔに互いに概して平行であってもよい。図１８に示すように、複数のインピンジメント部材の各インピンジメント部材の第１の中実側壁３２８、第２の中実壁３３０、インピンジメント壁３１４、および中実壁３１６は、高圧プレナム３４と流体連通する内部容積３３２を集合的に画定する。例示的な実施形態では、インピンジメント部材３０２の各々は、概して矩形の断面積を画定することができる。しかし、他の実施形態（図示せず）では、インピンジメント部材３０２の各々は、円形、ダイヤモンド形、三角形、または他の適切な断面形状を有する断面積を画定することができる。
【0081】
特定の実施形態では、図６、図１８、および図２０に示すように、ギャップ１７２を直接隣り合うインピンジメント部材３０２の間に画定することができ、これは有利には、ポストインピンジメント空気１５４が収集通路１７４に移動するための経路を提供する。様々な実施形態において、ギャップ１７２の各々は、インピンジメント部材の第１の側壁３２８と直接隣り合うインピンジメント部材３０２の第２の側壁３３０との間に直接画定されてもよい。このようにして、複数のインピンジメント部材３０２の各インピンジメント部材３０２は、少なくとも１つのギャップ１７２を部分的に画定する。図１８に示すように、ギャップ１７２の各々は、それぞれの位置でキャンバ軸３１８に概して平行な方向に、インピンジメント部材３０２の第１の側壁３２８と隣り合うインピンジメント部材３０２の第２の側壁３３０との間に画定されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、各インピンジメント部材３０２は、ダイヤモンド形の断面積を画定し得る。そのような実施形態では、第１の側壁３２８および第２の側壁３３０は、キャンバ軸に対して傾斜していてもよく、これにより有利には、インピンジメント空気の圧力降下を低減することができる。
【0082】
図１９は、キャンバ軸３１８に沿った単一のインピンジメント部材３０２の断面図を図示する。図２０は、本開示の実施形態による、半径方向Ｒに沿ったインピンジメント部材３０２および２つの隣り合うインピンジメント部材３０２の一部の拡大断面図を示している。図１９および図２０に示すインピンジメント部材３０２の特徴は、本明細書に記載の複数のインピンジメント部材３０２のインピンジメント部材３０２のいずれかに組み込むことができることを理解されたい。例示的な実施形態では、図１９および図２０に示すように、インピンジメント部材３０２は、第１の突出部３３４と、第２の突出部３３５と、それらの間に延びる複数の交差支持体３４６とをさらに含んでもよい。多くの実施形態では、第１の突出部３３４はインピンジメント壁３１４上に配置されてもよく、第２の突出部３３５は中実壁３１６上に配置されてもよく、複数の交差支持体３４６は各々、第１の突出部３３４から内部容積３３２を通って第２の突出部３３５に延びてもよい。突出部３３４、３３５の各々は、それぞれの壁３１４、３１６からインピンジメント部材３０２の軸方向中心線３３６（図１９）に向かって延びることができる。より具体的には、第１の突出部３３４は、インピンジメント壁３１４の内面３３８から軸方向中心線３３６に向かって直接延びてもよい。同様に、第２の突出部３３５は、中実壁３１６の内面３４０から軸方向中心線３３６に向かって直接延びてもよい。様々な実施形態において、第１の突出部３３４は、例えば、インピンジメント部材３０２の開放端３１３と閉鎖端３１２との間で、インピンジメント壁３１４の全長に沿って半径方向に延びてもよい。
【0083】
特定の実施形態では、図２０に示すように、各突出部３３４、３３５は、それぞれの壁３１４、３１６と第２の部分３４４との間に概して垂直に延びる第１の部分３４２を含んでもよい。各突出部３３４、３３５の第２の部分３４４は、突出部３３４、３３５が各々Ｔ字形断面を画定するように、それぞれの第１の部分３４２に概して垂直に延びてもよい。突出部３３４、３３５は、有利には、インピンジメント部材３０２の各々の剛性を改善し、したがって、インピンジメント冷却装置３００全体の剛性を改善する。インピンジメント冷却装置３００の剛性を高めることにより、動作中にガスタービン１０の振動力によって引き起こされる損傷を防止することができる。例えば、突出部３３４、３３５は、一体型燃焼ノズル１００の微小振動によって引き起こされるインピンジメント冷却装置３００の故障を防止するために、インピンジメント冷却装置３００により望ましい固有振動数を与えることができる。
【0084】
図１９および図２０に示すように、交差支持体３４６の各々は、第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０を含むことができ、これらはインピンジメント部材３０２の内部容積３３２内に配置された交点３５２（図１９）で互いに交差する。特定の実施形態では、交差支持体３４６の各々の第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は、第１の突出部３３４と第２の突出部３３５との間に延び得る。より具体的には、交差支持体３４６の各々の第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は、第１の突出部３３４の第２の部分３４４と第２の突出部３３５の第２の部分３４４との間に直接延びてもよい。他の実施形態（図示せず）では、交差支持体の各々の第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は、突出部が存在しないように、インピンジメント壁の内部と中実壁の内部との間に直接延びてもよい。
【0085】
多くの実施形態では、図１９に示すように、第１の支持バー３４８および第２の支持バーは各々、フランジ３１０に対して斜め、すなわち、平行でも垂直でもない角度３５４を形成してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は各々、フランジ３１０と約１５°～約７５°の角度３５４を形成し得る。他の実施形態では、第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は各々、フランジ３１０と約２５°～約６５°の角度３５４を形成してもよい。様々な実施形態において、第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は各々、フランジ３１０と約３５°～約５５°の角度３５４を形成してもよい。特定の実施形態では、第１の支持バー３４８および第２の支持バー３５０は各々、フランジ３１０と約４０°～約５０°の角度３５４を形成してもよい。角度３５４は、有利には、追加の構造的完全性および内部ブレースをインピンジメント部材３０２の各々に提供し、ガスタービン１０の振動力による損傷を防止する。加えて、後述するように、支持バー３４８、３５０の角度３５４は、欠陥または変形なしにインピンジメント部材３０２を付加製造することを可能にする。例えば、本明細書に記載の付加製造システム１０００などを用いて層ごとに付加製造されるとき、支持バー３４８、３５０の角度は、有利には、構成要素の変形および／または全体的な崩壊を引き起こす可能性がある、交差支持体３４６の有害となり得るオーバーハングを防止する。例えば、インピンジメント部材３０２を横切って垂直に延びる支持バーは、付加製造システムを使用して製造することが困難および／または不可能であり得る。したがって、支持バー３４８、３５０とフランジ３１０との間の角度３５４は、良好である。
【0086】
多くの実施形態では、図１７～図２０にまとめて示すように、インピンジメント冷却装置３００は、インピンジメント部材３０２の各々から延びるスタンドオフ３５６、３５８をさらに含むことができる。スタンドオフ３５６、３５８は、インピンジメント部材３０２から外側に延びる実質的に平坦なプレートとして成形することができる。多くの実施形態では、スタンドオフは、隣り合うインピンジメント部材３０２および／または燃焼ライナ１１０の壁１１６、１１８などの周囲の表面から各インピンジメント部材３０２を離間させることができる。スタンドオフ３５６、３５８は、燃焼ライナ３１０のインピンジメント冷却およびポストインピンジメント空気１５４の収集通路１７４への再循環を最適化するために、インピンジメント部材３０２を周囲の表面から所望の距離に保つように構成することができる。
【0087】
特定の実施形態では、スタンドオフは、側壁スタンドオフ３５６と、インピンジメント壁スタンドオフ３５８とを含むことができる。図１７に示すように、多くの実施形態では、少なくとも１つの側壁スタンドオフ３５６および少なくとも１つのインピンジメント壁スタンドオフ３５８は、各インピンジメント部材３０２上のフランジ３１０、３１１に近接して配置され得る。様々な実施形態において、少なくとも１つの側壁スタンドオフ３５６および少なくとも１つのインピンジメント壁スタンドオフ３５８は、複数のインピンジメント部材３０２の各インピンジメント部材３０２の閉鎖端３１２に近接して配置されてもよい。インピンジメント冷却装置３００の第１の端部３０６および第２の端部３０８に近接してスタンドオフ３５６、３５８を配置することにより、有利には、隣り合うインピンジメント部材３０２の間およびインピンジメント部材３０２と燃焼ライナ１１０の壁１１６、１１８との間のより均一な支持および間隔を提供することができる。
【0088】
特定の実施形態では、図２０に示すように、側壁スタンドオフ３５６は各々、インピンジメント部材３０２の第１の中実側壁３２８から隣り合うインピンジメント部材３０２の第２の中実側壁３３０に延び、それらを結合することができる。例示的な実施形態では、側壁スタンドオフ３５６の長さは、ギャップ１７２の距離を設定することができ、隣接するインピンジメント部材３０２を互いに結合することができる。例えば、一列のインピンジメント部材３０２、例えば第１の列３２０および／または第２の列３２２は、側壁スタンドオフ３５６の１つまたは複数を介してその列内の隣り合うインピンジメント部材３０２に連結されてもよい。このようにして、側壁スタンドオフ３５６は、インピンジメント部材３０２の間に適切な空間を維持するように機能する。加えて、側壁スタンドオフ３５６は、有利には、追加の構造的支持をインピンジメント冷却装置３００に提供することによって、付加製造プロセス中に比較的細いインピンジメント部材３０２の変形を防止する。
【0089】
様々な実施形態において、図１８に示すように、インピンジメント壁スタンドオフ３５８は、インピンジメント部材３０２と燃焼ライナ１１０の壁１１６、１１８の一方との間に適切な空間を維持するように機能することができる。例えば、例示的な実施形態では、インピンジメント壁スタンドオフ３５８は、インピンジメント壁３１４から延び、燃焼ライナ３１０の壁１１６、１１８の一方に接触することができ、これらは燃焼ライナ３１０の第１の側壁１１６または第２の側壁１１８の一方であり得る。例えば、側壁スタンドオフ３５６とは異なり、インピンジメント壁スタンドオフ３５８は両端で結合されておらず、インピンジメント冷却装置３００が燃焼ライナ１１０に設置されると、一端でインピンジメント壁３１４と一体的に形成され、正圧側壁１１６または負圧側壁１１８のいずれかの内面と接触する。このようにして、インピンジメント壁スタンドオフ３５８は、燃焼ライナ１１０に取り外し可能に結合することができる。例示的な実施形態では、側壁スタンドオフ３５８の長さは、インピンジメント壁３１４と燃焼ライナ３１０の壁１１６または１１８との間に配置されたギャップの距離を設定することができる。
【0090】
図２１および図２２は、本開示の実施形態による、インピンジメント部材３０２のインピンジメント壁３１４から燃焼ライナ３１０の壁１１６、１１８のうちの１つ（破線で示す）に延びるインピンジメント壁スタンドオフ３５８の拡大図を示している。より具体的には、図２０は、例えば、付加製造システム１０００によって製造された直後であるが後加工の前のインピンジメント壁スタンドオフ３５８を示している。多くの実施形態では、インピンジメント壁スタンドオフの各々は、壁１１６または１１８を越えて延びるスタンドオフ３５８の長さ３６０によって示されるように、余分な材料または長さ３６０を有するように製造することができる。図２１に示すように、最適な冷却性能のためにインピンジメント壁３１４と壁１１６、１１８との間の所望の公差を維持するために、スタンドオフ３５８の余分な材料または長さ３６０を除去することができる。
【0091】
図２２は、インピンジメント冷却装置３００のインピンジメント壁スタンドオフ３５８の例示的な実施形態を示しているが、図２１は、本明細書に開示された様々な他のスタンドオフ（インピンジメントパネル１３０上に配置されたスタンドオフおよび／または冷却インサート４００上に配置されたスタンドオフなど）を表すことができる。
【0092】
特定の実施形態では、インピンジメント冷却装置３００内のインピンジメント部材の各列３２０、３２２は、単一の構成要素として一体的に形成されてもよい。すなわち、サブ構成要素の各々、例えば、フランジ３１０、３１１、インピンジメント部材３０２、第１の突出部３３４、第２の突出部３３５、複数の交差支持体３４６、スタンドオフ３５６、３５８、およびインピンジメント部材３０２の各列３２０、３２２の任意の他のサブ構成要素の１つは、単一の本体として共に製造されてもよい。例示的な実施形態では、これは、本明細書に記載の付加製造システム１０００を利用することによって行うことができる。しかし、他の実施形態では、鋳造または他の適切な技法などの他の製造技法が使用されてもよい。これに関して、付加製造方法を利用して、インピンジメント部材３０２の各列３２０、３２２は、連続的な金属の単一片として一体的に形成することができ、したがって、従来の設計と比較してより少ないサブ構成要素および／または接合部を含み得る。付加製造によるインピンジメント部材３０２の各列３２０、３２２の一体形成は、有利には、組み立てプロセス全体を改善することができる。例えば、一体形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連する時間および全体としての組み立てコストを低減する。加えて、例えば、漏れ、別個の部品間の接合品質、および全体の性能に関する既存の問題を有利に低減することができる。いくつかの実施形態（図示せず）では、インピンジメント冷却装置３００全体は、単一の構成要素として一体的に形成されてもよい。そのような実施形態では、インピンジメント冷却装置は、インピンジメント部材３０２のすべてがそこから延びる第１のフランジ３１０および第２のフランジ３１１ではなく、単一のフランジを有してもよい。
【0093】
図２３は、本開示の実施形態による、インピンジメント冷却装置３００を製作する方法２３００を定義する一連のステップ２３０２～２３０６のフローチャートである。方法２３００は、本明細書に記載の付加製造システム１０００または別の適切なシステムなどの付加製造システムを使用して実行することができる。図２３に示すように、方法２３００は、粉末床１１２０内の粉末層を照射して融着領域を形成するステップ２３０２を含む。多くの実施形態では、図１５に示すように、粉末床は、融着領域がビルドプレート１００２に固定的に取り付けられるように、ビルドプレート１００２上に配置されてもよい。方法２３００は、粉末床１１２０の第１の側面から粉末床１１２０の上に後続の粉末層を提供するステップ２３０４を含むことができる。方法２３００は、インピンジメント冷却装置３００が粉末床１１２０に形成されるまで、ステップ２３０２および２３０４を繰り返すステップ２３０６をさらに含む。
【0094】
図２４は、本開示の実施形態による、一体型燃焼器ノズル１００の他の構成要素から隔離された、冷却インサート４００の斜視図を示している。図２４に示すように、冷却インサート４００は、第１の端部４１０と第２の端部４１２との間に延びてもよい。多くの実施形態では、冷却インサート４００は、冷却インサート４００の第１の端部４１０において壁４０２、４０３の間に延び、それらを概して囲むフランジ４１４を含む。多くの実施形態では、フランジ４１４は、冷却インサート４００、高圧プレナム３４、および／または本明細書に記載のインピンジメントパネル１３０の１つまたは複数の間の流体連通を提供する１つまたは複数の開口部を画定することができる。様々な実施形態において、フランジ４１４は、冷却インサート４００を内側ライナセグメント１０６または外側ライナセグメント１０８の一方に結合することができる。以下でより詳細に説明するように、フランジ４１４は、高圧プレナム３４と冷却インサート４００の第１の壁および第２の壁との間の流体連通を提供するために、第１の開放端４１８と第２の開放端４２８の両方を画定することができる。このようにして、フランジ４１４内に画定された第１の開放端４１８および第２の開放端４２８は、高圧空気入口として機能することができる。多くの実施形態では、冷却インサート４００は、フランジ４１４内に画定された低圧入口４０８をさらに含むことができる。図６および図９に最もよく示すように、低圧入口４０８は、インピンジメントパネル１３０の収集ダクト１４２と冷却インサート４００（図９）の収集通路４０６との間の流体連通を提供し得る。
【0095】
図２５は、本開示の実施形態による、軸方向Ａに沿った冷却インサート４００の断面図を示し、図２６は、半径方向Ｒに沿った断面図を示し、図２７は、円周方向Ｃに沿った冷却インサート４００の断面図を示している。図２５に示すように、冷却インサート４００は、冷却インサートの壁４０２、４０３の間に延びる軸方向中心線４０１を含むことができる。例示的な実施形態では、冷却インサート４００が一体型燃焼器ノズル１００に設置されるとき、軸方向中心線４０１は、ガスタービン１０の半径方向Ｒと一致し得る。
【0096】
図２５に示すように、冷却インサート４００は、内部に第１の通路４１６を画定する第１の壁４０２を含んでもよい。示すように、第１の壁４０２は、フランジ４１４内に画定された第１の開放端４１８から第１の閉鎖端４２０に概して半径方向に延びてもよい。このようにして、第１の壁４０２は、フランジ４１４に画定された第１の開放端４１８を介して高圧プレナム３４から空気を受け取る実質的に中空の本体であってもよい。特定の実施形態では、第１の壁４０２は、第１の中実側面４２４から離間した第１のインピンジメント側面４２２を含む。示すように、第１の通路４１６は、第１のインピンジメント側面４２２と第１の中実側面４２４との間に直接画定されてもよい。様々な実施形態において、第１のインピンジメント側面４２２は、第１の通路４１６から燃焼ライナ１１０（図５）の第１の側壁（例えば、正圧側壁１１６）に向かって空気を導くように構成され得る、第１の複数のインピンジメント開口４０４を画定することができる。多くの実施形態では、第１の複数のインピンジメント開口４０４は、離散ジェットでプレインピンジメント空気１５２を導き、正圧側壁１１６の内面１５６に衝突させるようなサイズおよび向きにすることができる。空気の離散ジェットは、内面１５６に衝突し（またはぶつかり）、内面１５６の上に空気の薄い境界層を形成し、正圧側壁１１６と空気との間の最適な熱伝達を可能にする。
【0097】
同様に、冷却インサート４００は、第１の壁４０２から離間した第２の壁４０３をさらに含んでもよい。多くの実施形態では、第２の壁４０３は、内部に第２の通路４２６を画定してもよい。示すように、第１の壁４０２は、フランジ４１４内に画定された第２の開放端４２８から第２の閉鎖端４３０に概して半径方向に延びてもよい。このようにして、第２の壁４０３は、フランジ４１４に画定された第２の開放端４２８を介して高圧プレナム３４から空気を受け取る実質的に中空の本体であってもよい。特定の実施形態では、第２の壁４０３は、第２の中実側面４３４から離間した第２のインピンジメント側面４３２を含む。示すように、第２の通路４２６は、第２のインピンジメント側面４３２と第２の中実側面４３４との間に直接画定されてもよい。様々な実施形態において、第２のインピンジメント側面４３２は、第２の通路４２６から燃焼ライナ１１０（図５）の第２の側壁（例えば、負圧側壁１１８）に向かって空気を導くように構成され得る、第２の複数のインピンジメント開口４０５を画定することができる。多くの実施形態では、第２の複数のインピンジメント開口４０５は、離散ジェットでプレインピンジメント空気１５２を導き、負圧側壁１１８の内面１５８に衝突させるようなサイズおよび向きにすることができる。空気の離散ジェットは、内面１５８（図６）に衝突し（またはぶつかり）、内面１５８の上に空気の薄い境界層を形成し、負圧側壁１１８と空気との間の最適な熱伝達を可能にする。
【0098】
本明細書で使用する場合、「中実」という用語は、空気または他の流体が通過することができないように、不透過性の１つまたは複数の壁を指すことができる。例えば、第１の中実側面４２４および第２の中実側面４３４は、すべての空気が冷却のために壁１１６、１１８の内面１５６、１５８に向けて確実に導かれるように、プレインピンジメント空気１５２が逃げることを可能にするインピンジメント開口、孔、または空隙を有さなくてもよい。
【0099】
図２５に示すように、第１の壁４０２は、第１のインピンジメント側面４２２と第１の中実側面４２４との間に延びる支持体４３８の第１の列４３６を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、各支持体４３８は、第１のインピンジメント側面４２２と第１の中実側面４２４との間に直接延びてもよく、その結果、有利には、追加の構造的完全性を第１の壁４０２に提供する。図２５に示すように、支持体４３８の第１の列４３６の各支持体４３８は、第１の中実側面４２４と斜角４４０を形成してもよく、これにより支持体４３８は、付加製造システム（本明細書に記載の付加製造システム１０００など）を介して第１の壁４０２により製造されることが可能になる。例えば、多くの実施形態では、支持体４３８の第１の列４３６の各支持体４３８は、第１の中実側壁４２４と約１０°～約８０°の斜角４４０を形成し得る。他の実施形態では、支持体４３８の第１の列４３６の各支持体４３８は、第１の中実側壁４２４と約２０°～約７０°の斜角４４０を形成してもよい。特定の実施形態では、支持体４３８の第１の列４３６の各支持体４３８は、第１の中実側壁４２４と約３０°～約６０°の斜角４４０を形成してもよい。多くの実施形態では、支持体４３８の第１の列４３６の各支持体４３８は、第１の中実側壁４２４と約４０°～約５０°の斜角４４０を形成してもよい。
【0100】
同様に、第２の壁４０３は、第２のインピンジメント側面４３２と第２の中実側面４３４との間に延びる支持体４４４の第２の列４４２を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、支持体４４４の第２の列４４２の各支持体４４４は、第２のインピンジメント側面４３２と第２の中実側面４３４との間に直接延びてもよく、その結果、有利には、追加の構造的完全性を第２の壁４０３に提供する。図２５に示すように、支持体４４４の第２の列４４２の各支持体４４４は、第２の中実側面４３４と斜角４４６を形成してもよく、これにより支持体４４４は、付加製造システム（本明細書に記載の付加製造システム１０００など）を介して第２の壁４０３により製造されることが可能になる。例えば、多くの実施形態では、支持体４４４の第２の列４４２の各支持体４４４は、第２の中実側壁４３４と約１０°～約８０°の斜角４４６を形成し得る。他の実施形態では、支持体４４４の第２の列４４２の各支持体４４４は、第２の中実側壁４３４と約２０°～約７０°の斜角４４６を形成してもよい。特定の実施形態では、支持体４４４の第２の列４４２の各支持体４４４は、第２の中実側壁４３４と約３０°～約６０°の斜角４４６を形成してもよい。多くの実施形態では、支持体４４４の第２の列４４２の各支持体４４４は、第２の中実側壁４３４と約４０°～約５０°の斜角４４６を形成してもよい。
【0101】
支持体４３８、４４４の斜角４４０、４４６は、壁４０２、４０３が欠陥または変形を最小限に抑えて、または全く伴わずに付加製造されることを可能にする。例えば、本明細書に記載の付加製造システム１０００などを用いて層ごとに付加製造されるとき、支持体４３８、４４４の斜角４４０、４４６は、有利には、構成要素の変形および／または全体的な崩壊を引き起こす可能性がある、支持体４３８、４４４の有害となり得るオーバーハングを防止する。例えば、インピンジメント部材を横切って垂直に延びる支持体は、付加製造システムを使用して製造することが困難および／または不可能であり得る。したがって、支持体４３８、４４４と中実壁４２４、４３４との間の斜角４４０、４４６は、良好である。
【0102】
図２６に示すように、第１のインピンジメント側面４２２は、第１の壁、例えば、正圧側壁１１６に対応する第１の輪郭を含み得る。同様に、多くの実施形態では、第２のインピンジメント側面は、第２の壁、例えば、負圧側壁１１６に対応する第２の輪郭を含むことができる。このようにして、インピンジメント側面４２２、４３２は各々、軸方向Ａにおいてそれぞれの側壁１１６、１１８から一定の間隔を維持することができ、それによってインピンジメント冷却を最適化する。本明細書で使用する場合、互いに「対応する」輪郭は、各々が１つまたは複数の方向に一致するまたはほぼ同一の曲率を有する２つ以上の壁または表面を意味することができる。
【0103】
多くの実施形態では、図２６に示すように、第１のインピンジメント側面４２２は、軸方向Ａに延びるにつれて第１の中実壁４２４から離れるように分岐し得る。同様に、第２のインピンジメント側面４３２は、軸方向Ａに延びるにつれて第２の中実壁４３４から離れるように分岐し得る。より具体的には、第１の壁４０２は、第１の平行部分４４８と、第１の分岐部分４５０とを含むことができる。第１の壁４０２の第１の平行部分４４８は、冷却インサート４００の前端に近接して配置され得る。図２６に示すように、第１の平行部分４４８において、第１のインピンジメント側面４２２は、第１の中実側面４２４に概して平行であってもよい。第１の壁４０２の第１の分岐部分４５０は、第１の平行部分４４８から連続的に延びてもよい。第１の分岐部分４５０において、第１のインピンジメント側面４２２は、軸方向Ａに延びるにつれて第１の中実壁４２４から離れるように徐々に分岐することができ、それにより壁の間のギャップが軸方向Ａに徐々に増加する。同様に、第２の壁４０３は、第２の平行部分４５２と、第２の分岐部分４５４とを含むことができる。第２の壁４０３の第２の平行部分４５２は、冷却インサート４００の前端に近接して配置され得る。図２６に示すように、第２の平行部分４５２において、第２のインピンジメント側面４３２は、第２の中実側面４３４に概して平行であってもよい。第２の壁４０３の第２の分岐部分４５４は、第２の平行部分４５２から連続的に延びてもよい。多くの実施形態では、第２の分岐部分４５２において、第２のインピンジメント側面４３２は、軸方向Ａに延びるにつれて第２の中実壁４３４から離れるように徐々に分岐することができ、それにより壁の間のギャップが軸方向Ａに徐々に増加する。
【0104】
特定の実施形態では、収集通路４０６が、第１の中実側面４２４と第２の中実側面４３４との間に画定されてもよい。例えば、多くの実施形態では、第１の中実側面４２４および第２の中実側面４３４は、収集通路４０６がそれらの間に画定されるように、互いに離間していてもよい。多くの実施形態では、第１の中実側面４２４および第２の中実側面４３４は各々、軸方向Ａと半径方向Ｒの両方に互いに平行に延びる実質的に平坦なプレートであってもよい。収集通路４０６は、１つまたは複数の供給源から（高圧プレインピンジメント空気と比較して）低圧空気を受け取り、二次燃焼ゾーン１０４で使用するために前記低圧空気を燃料噴射器１６０、１６１に案内することができる。例えば、収集通路４０６は、フランジ４１４内に画定された低圧入口４０８を介して冷却インサート４００に結合されたインピンジメントパネル１３０の収集ダクト１４２の１つまたは複数から低圧空気の第１の供給源を受け取ることができる。収集通路４０６用の低圧空気の別の供給源は、図６に示すように、インピンジメント側面から出て壁１１６、１１８に衝突したポストインピンジメント空気１５４であってもよい。
【0105】
図２４～図２７にまとめて示すように、低圧空気を燃料噴射器１６０、１６１に向けて案内するために、１つまたは複数のガイドベーン４５６が、第１の中実側面４２４と第２の中実側面４３４との間に延び得る。様々な実施形態において、各ガイドベーン４５６は、第１の中実側面４２４と第２の中実側面４３４との間に直接延び、それによって冷却インサート４００の第１の壁４０２を冷却インサート４００の第２の壁４０３に結合することができる。特定の実施形態では、ガイドベーン４５６は、低圧空気がガイドベーン４５６に沿って燃料噴射器１６０、１６１に向かって移動することができるように、収集通路４０６内に配置することができる。多くの実施形態では、ガイドベーン４５６の各々は、互いに連続的に延びる弓形部分４５８および直線部分４６０を含むことができる。弓形部分４５８は、冷却インサート４００の前端に近接して配置され得る。ガイドベーン４５６の直線部分４６０は、弓形部分４５８から冷却インサート４００の後端に向かって延びてもよい。多くの実施形態では、ガイドベーンの直線部分４６０は、冷却インサートが一体型燃焼器ノズル１００に設置されるとき、軸方向Ａに概して平行であってもよい。
【0106】
図２４～図２６にまとめて示すように、第１のインピンジメント側面は、冷却インサート４００が一体型燃焼器ノズル１００内に設置されるとき、第１のインピンジメント側面４２２から第１の側壁（例えば、正圧側壁１１６）に延びる第１のスタンドオフ４６２のセットを含むことができる。同様に、多くの実施形態では、第２のインピンジメント側面は、第２のインピンジメント側面４３２から第２の側壁（例えば、負圧側壁１１８）に延びる第２のスタンドオフ４６４のセットを含む。スタンドオフ４６２、４６４の各セットは、インピンジメント側面４２２、４３２と燃焼ライナ１１０の壁１１６、１１８の一方との間に適切な空間を維持するように機能することができる。例えば、例示的な実施形態では、スタンドオフは、各それぞれのインピンジメント側面から延び、燃焼ライナ１１０の壁１１６、１１８に接触することができる。例えば、スタンドオフは、両端では結合されないが、冷却インサート４００が燃焼ライナ１１０に設置されると、一端でインピンジメント側面４２２、４３２と一体的に形成され、正圧側壁１１６または負圧側壁１１８のいずれかの内面と接触する。このようにして、スタンドオフ４６２、４６４は、燃焼ライナ１１０に取り外し可能に結合することができる。例示的な実施形態では、スタンドオフ４６２、４６４の長さは、インピンジメント側面と燃焼ライナ１１０の壁１１６、１１８との間に配置されたギャップの距離を設定することができる。
【0107】
図２８は、本開示の実施形態による、２つの対向して配置された冷却インサート４００の拡大図を示している。より具体的には、図２５は、２つの対向して配置された冷却インサート４００の閉鎖端４２０を示している。特定の実施形態では、各閉鎖端４２０は、火炎伝播管１２２の周囲に湾曲する弓形部分４６６を含むことができる。火炎伝播管が予め設定されていない他の実施形態（図示せず）では、閉鎖端は、（例えば、軸方向Ａに）直線に延びてもよい。
【0108】
多くの実施形態では、冷却インサート４００の各々は、単一の構成要素として一体的に形成されてもよい。すなわち、サブ構成要素の各々、例えば、第１の壁４０２、第２の壁４０３、フランジ４１４、ガイドベーン４５６、スタンドオフ４６２、４６４、および冷却インサート４００の任意の他のサブ構成要素は、単一の本体として共に製造されてもよい。例示的な実施形態では、これは、本明細書に記載の付加製造システム１０００を利用することによって行うことができる。しかし、他の実施形態では、鋳造または他の適切な技法などの他の製造技法が使用されてもよい。これに関して、付加製造方法を利用して、冷却インサート４００は、連続的な金属の単一片として一体的に形成することができ、したがって、従来の設計と比較してより少ないサブ構成要素および／または接合部を含み得る。付加製造による冷却インサート４００の一体形成は、有利には、組み立てプロセス全体を改善することができる。例えば、一体形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連する時間および全体としての組み立てコストを低減する。加えて、例えば、漏れ、別個の部品間の接合品質、および全体の性能に関する既存の問題を有利に低減することができる。
【0109】
本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差が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の実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【0110】
１０ ガスタービン
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１６ 燃焼セクション、燃焼器
１８ タービンセクション
２０ 排気セクション
２２ ガスタービンシャフト
２４ 空気
２６ 圧縮空気
２８ 燃料
３０ 燃焼ガス
３２ 圧縮機吐出ケーシング
３４ 高圧プレナム
３６ 環状燃焼システム
３８ 軸方向中心線
１００ 一体型燃焼器ノズル、一体型燃焼ノズル
１０２ 一次燃焼ゾーン
１０４ 二次燃焼ゾーン
１０６ 内側ライナセグメント
１０８ 外側ライナセグメント
１１０ 燃焼ライナ、燃焼噴射パネル
１１２ 前端部分、上流端部分
１１４ 後端、下流端部分
１１６ 第１の側壁、正圧側壁
１１７ 燃料噴射モジュール
１１８ 第２の側壁、負圧側壁
１２０ 下流タービンノズル、一体型タービンノズル
１２２ 火炎伝播管
１２４ 空気キャビティ
１２６ 空気キャビティ
１２８ リブ、隔壁
１２９ リブ、隔壁
１３０ 外側インピンジメントパネル、インピンジメントプレート
１３１ 外面、インピンジメントパネル
１３４ 内側インピンジメントパネル
１３５ 外面
１３６ インピンジメントプレート、収集プレート
１３８ 冷却流ギャップ
１３９ インピンジメント孔
１４０ 入口部分
１４１ 側壁
１４２ 収集ダクト
１４２’ 第１の収集ダクト
１４２’’ 第２の収集ダクト
１４４ 予混合空気プレナム、収集通路
１４６ 半径方向内側壁
１４８ 半径方向外側壁
１５０ 側壁
１５２ プレインピンジメント空気
１５４ ポストインピンジメント空気、使用済み冷却空気
１５６ 内面
１５８ 内面
１６０ 正圧側燃料噴射器
１６１ 負圧側燃料噴射器
１６２ 入口
１６４ 正圧側噴射出口
１６５ 負圧側噴射出口
１６６ 入口
１６８ フレーム
１７２ ギャップ
１７４ 収集通路
１７６ 第１の幅
１７８ 第２の幅
１８０ 接続ダクト
１８２ インピンジメントパネルセグメント、パネルセクション
１８４ 前方セグメント
１８５ 中間セグメント
１８６ 後方セグメント
１８８ 細長いスロット開口部
１９０ 前端
１９２ 後端
１９４ 支持体
１９６ 第１の端部
１９７ 第１の側面
１９８ 第２の端部
１９９ 第２の側面
２００ 角度
２０２ 角度
２０６ 中心軸
２０８ 第１の端部
２１０ 第２の端部
２１１ エンドプレート
２１２ フランジ
２１３ 接続面
３００ インピンジメント冷却装置
３０２ インピンジメント部材、インピンジメント冷却部材
３０４ インピンジメント開口
３０６ 第１の端部
３０８ 第２の端部
３１０ 第１のフランジ、燃焼ライナ
３１１ 第２のフランジ
３１２ 閉鎖端
３１３ 開口部、開放端
３１４ インピンジメント壁
３１６ 中実壁
３１８ キャンバ軸
３２０ 第１の列
３２２ 第２の列
３２４ 後端
３２６ 前端
３２８ 第１の中実側壁
３３０ 第２の中実側壁
３３２ 内部容積
３３４ 第１の突出部
３３５ 第２の突出部
３３６ 軸方向中心線
３３８ 内面
３４０ 内面
３４２ 第１の部分
３４４ 第２の部分
３４６ 交差支持体
３４８ 第１の支持バー
３５０ 第２の支持バー
３５２ 交点
３５４ 角度
３５６ 側壁スタンドオフ
３５８ インピンジメント壁スタンドオフ、側壁スタンドオフ
３６０ 長さ
４００ 冷却インサート、インピンジメント空気インサート
４０１ 軸方向中心線
４０２ 第１の壁
４０３ 第２の壁
４０４ 第１の複数のインピンジメント開口
４０５ 第２の複数のインピンジメント開口
４０６ 収集通路
４０８ 低圧入口
４１０ 第１の端部
４１２ 第２の端部
４１４ フランジ
４１６ 第１の通路
４１８ 第１の開放端
４２０ 第１の閉鎖端
４２２ 第１のインピンジメント側面
４２４ 第１の中実側面、第１の中実側壁
４２６ 第２の通路
４２８ 第２の開放端
４３０ 第２の閉鎖端
４３２ 第２のインピンジメント側面
４３４ 第２の中実側面、第２の中実側壁
４３６ 第１の列
４３８ 支持体
４４０ 斜角
４４２ 第２の列
４４４ 支持体
４４６ 斜角
４４８ 第１の平行部分
４５０ 第１の分岐部分
４５２ 第２の平行部分
４５４ 第２の分岐部分
４５６ ガイドベーン
４５８ 弓形部分
４６０ 直線部分
４６２ 第１のスタンドオフ
４６４ 第２のスタンドオフ
４６６ 弓形部分
１０００ 付加製造システム
１００２ ビルドプレート
１１２０ 粉末床
１１６０ リコータアーム
１１８０ 粉末レベル
１２００ レーザ
１２２０ 物体
１２６０ リザーバ
１２８０ 廃棄物容器
１３２０ ガルボスキャナ
１３６０ エネルギービーム
１６００ 方法
２３００ 方法
Ａ 軸方向
Ｃ 円周方向
Ｒ 半径方向
Ｔ 横方向
１２ 入口セクション
１４ 圧縮機セクション
１６ 燃焼セクション、燃焼器
１８ タービンセクション
２０ 排気セクション
２２ ガスタービンシャフト
２４ 空気
２６ 圧縮空気
２８ 燃料
３０ 燃焼ガス
３２ 圧縮機吐出ケーシング
３４ 高圧プレナム
３６ 環状燃焼システム
３８ 軸方向中心線
１００ 一体型燃焼器ノズル、一体型燃焼ノズル
１０２ 一次燃焼ゾーン
１０４ 二次燃焼ゾーン
１０６ 内側ライナセグメント
１０８ 外側ライナセグメント
１１０ 燃焼ライナ、燃焼噴射パネル
１１２ 前端部分、上流端部分
１１４ 後端、下流端部分
１１６ 第１の側壁、正圧側壁
１１７ 燃料噴射モジュール
１１８ 第２の側壁、負圧側壁
１２０ 下流タービンノズル、一体型タービンノズル
１２２ 火炎伝播管
１２４ 空気キャビティ
１２６ 空気キャビティ
１２８ リブ、隔壁
１２９ リブ、隔壁
１３０ 外側インピンジメントパネル、インピンジメントプレート
１３１ 外面、インピンジメントパネル
１３４ 内側インピンジメントパネル
１３５ 外面
１３６ インピンジメントプレート、収集プレート
１３８ 冷却流ギャップ
１３９ インピンジメント孔
１４０ 入口部分
１４１ 側壁
１４２ 収集ダクト
１４２’ 第１の収集ダクト
１４２’’ 第２の収集ダクト
１４４ 予混合空気プレナム、収集通路
１４６ 半径方向内側壁
１４８ 半径方向外側壁
１５０ 側壁
１５２ プレインピンジメント空気
１５４ ポストインピンジメント空気、使用済み冷却空気
１５６ 内面
１５８ 内面
１６０ 正圧側燃料噴射器
１６１ 負圧側燃料噴射器
１６２ 入口
１６４ 正圧側噴射出口
１６５ 負圧側噴射出口
１６６ 入口
１６８ フレーム
１７２ ギャップ
１７４ 収集通路
１７６ 第１の幅
１７８ 第２の幅
１８０ 接続ダクト
１８２ インピンジメントパネルセグメント、パネルセクション
１８４ 前方セグメント
１８５ 中間セグメント
１８６ 後方セグメント
１８８ 細長いスロット開口部
１９０ 前端
１９２ 後端
１９４ 支持体
１９６ 第１の端部
１９７ 第１の側面
１９８ 第２の端部
１９９ 第２の側面
２００ 角度
２０２ 角度
２０６ 中心軸
２０８ 第１の端部
２１０ 第２の端部
２１１ エンドプレート
２１２ フランジ
２１３ 接続面
３００ インピンジメント冷却装置
３０２ インピンジメント部材、インピンジメント冷却部材
３０４ インピンジメント開口
３０６ 第１の端部
３０８ 第２の端部
３１０ 第１のフランジ、燃焼ライナ
３１１ 第２のフランジ
３１２ 閉鎖端
３１３ 開口部、開放端
３１４ インピンジメント壁
３１６ 中実壁
３１８ キャンバ軸
３２０ 第１の列
３２２ 第２の列
３２４ 後端
３２６ 前端
３２８ 第１の中実側壁
３３０ 第２の中実側壁
３３２ 内部容積
３３４ 第１の突出部
３３５ 第２の突出部
３３６ 軸方向中心線
３３８ 内面
３４０ 内面
３４２ 第１の部分
３４４ 第２の部分
３４６ 交差支持体
３４８ 第１の支持バー
３５０ 第２の支持バー
３５２ 交点
３５４ 角度
３５６ 側壁スタンドオフ
３５８ インピンジメント壁スタンドオフ、側壁スタンドオフ
３６０ 長さ
４００ 冷却インサート、インピンジメント空気インサート
４０１ 軸方向中心線
４０２ 第１の壁
４０３ 第２の壁
４０４ 第１の複数のインピンジメント開口
４０５ 第２の複数のインピンジメント開口
４０６ 収集通路
４０８ 低圧入口
４１０ 第１の端部
４１２ 第２の端部
４１４ フランジ
４１６ 第１の通路
４１８ 第１の開放端
４２０ 第１の閉鎖端
４２２ 第１のインピンジメント側面
４２４ 第１の中実側面、第１の中実側壁
４２６ 第２の通路
４２８ 第２の開放端
４３０ 第２の閉鎖端
４３２ 第２のインピンジメント側面
４３４ 第２の中実側面、第２の中実側壁
４３６ 第１の列
４３８ 支持体
４４０ 斜角
４４２ 第２の列
４４４ 支持体
４４６ 斜角
４４８ 第１の平行部分
４５０ 第１の分岐部分
４５２ 第２の平行部分
４５４ 第２の分岐部分
４５６ ガイドベーン
４５８ 弓形部分
４６０ 直線部分
４６２ 第１のスタンドオフ
４６４ 第２のスタンドオフ
４６６ 弓形部分
１０００ 付加製造システム
１００２ ビルドプレート
１１２０ 粉末床
１１６０ リコータアーム
１１８０ 粉末レベル
１２００ レーザ
１２２０ 物体
１２６０ リザーバ
１２８０ 廃棄物容器
１３２０ ガルボスキャナ
１３６０ エネルギービーム
１６００ 方法
２３００ 方法
Ａ 軸方向
Ｃ 円周方向
Ｒ 半径方向
Ｔ 横方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【外国語明細書】