(57)【要約】【課題】ガスタービンの部分負荷作動時に圧縮機からタービンセクションへと流れる圧縮空気の流量を低下させるための改良されたシステムを提供すること。【解決手段】ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間で圧縮冷却媒体の流量を制御するためのシステムは、ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間に画定された流路と、流路内に配設された熱作動式可変流量弁とを含む。可変流量弁は、そこを通って流れる圧縮冷却媒体の温度に基づいてサイズが変化する開口を画定する。【選択図】図１
2014114811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間で圧縮冷却媒体の流量を制御するためのシステムであって、
ａ．前記ガスタービンの前記圧縮機セクションと前記タービンセクションの間に画定された流路と、
ｂ．前記流路内に配設された熱作動式可変流量弁とを備え、前記可変流量弁が、そこを通って流れる前記圧縮冷却媒体の温度に基づいてサイズが変化する開口を画定するシステム。
【請求項２】
前記可変流量弁が、環状の本体と、前記環状の本体によって円周方向に囲まれた環状の内側スリーブとを備え、前記内側スリーブが、前記本体を少なくとも部分的に貫通するように延在する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記可変流量弁の前記内側スリーブが、前記可変流量弁の前記開口を画定する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記可変流量弁の前記内側スリーブが、形状記憶合金、形状記憶ポリマーまたは二種の金属から成る材料のうちの少なくとも１つを備える、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記可変流量弁の前記内側スリーブが、前記可変流量弁の前記環状本体を貫通する流路を画定することで、前記圧縮冷却媒体をそこを通るように経由させる、請求項２記載のシステム。
【請求項６】
前記内側スリーブが、マルテンサイト構成と、オーステナイト構成を有する形状記憶合金を備える、請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記内側スリーブの前記マルテンサイト構成が、第１の開口サイズに相当し、前記オーステナイト構成が第２の開口サイズに相当する、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の開口サイズが、前記第２の開口サイズより小さい、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記流路が、前記冷却媒体を前記ガスタービンの外側の前記圧縮機セクションから前記ガスタービンの前記タービンセクションへと経由させるように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間で圧縮冷却媒体の流量を制御するためのシステムであって、
ａ．前記圧縮機セクションの抽出ポートと、
ｂ．前記タービンセクションの入り口ポートと、
ｃ．前記圧縮冷却媒体を前記圧縮機セクションと前記タービンセクションの間に経由させるために、前記抽出ポートと前記入り口ポートの間に画定される流路と
ｄ．前記抽出ポートと前記入り口ポートの間の熱作動式可変流量弁とを備え、前記可変流量弁が、そこを通って流れる前記冷却媒体の温度に基づいてサイズが変化する開口を画定するシステム。
【請求項１１】
前記可変流量弁が、環状の本体と、前記環状の本体によって円周方向に囲まれた環状の内側スリーブとを備え、前記内側スリーブが、前記本体を少なくとも部分的に貫通するように延在する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記可変流量弁の前記内側スリーブが、前記可変流量弁の前記開口を画定する、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記可変流量弁の前記内側スリーブが、形状記憶合金、形状記憶ポリマーまたは二種の金属から成る材料のうちの少なくとも１つを備える、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記可変流量弁の前記内側スリーブが、前記可変流量弁の前記環状本体を貫通する流路を画定することで、前記圧縮冷却媒体をそこを通るように経由させる、請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記タービンセクションがさらに、前記タービンセクション内に画定された冷却回路を含み、前記冷却回路が、前記流路と流体連通する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１６】
流体導管をさらに備え、前記流体導管が、前記圧縮機の前記抽出ポートと前記タービンセクションの前記入り口ポートの間に少なくとも部分的に前記流路を画定し、前記可変流量弁が、前記流体導管の一端に結合されることで、そこを通る前記圧縮冷却媒体の流れを制御する、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
ａ．ケーシング、および前記ケーシングを貫通するように延在する抽出ポートを有する圧縮機セクションであって、前記抽出ポートが、圧縮冷却媒体を前記ケーシングを貫通するように経由させるための流路を画定する圧縮機セクションと、
ｂ．前記圧縮機セクションから下流の燃焼セクションと、
ｃ．前記燃焼セクションから下流のタービンセクションであって、タービンケーシングと入り口ポートを有し、前記タービンケーシングが前記タービンセクション内に少なくとも部分的に冷却回路を画定し、前記入り口ポートが、前記タービンケーシングを貫通して前記冷却回路へと流れる流路を画定するタービンセクションと、
ｄ．前記圧縮機セクションの前記抽出ポートと前記タービンケーシングの前記入り口ポートの間に画定された流路と、
ｅ．前記流路内に配設された熱作動式可変流量弁とを備えるガスタービンであって、前記可変流量弁が、そこを通って流れる前記圧縮冷却媒体の温度に基づいて、開放位置と、少なくとも部分的に閉鎖した位置の間で変化する開口を画定するガスタービン。
【請求項１８】
前記可変流量弁が、環状の本体と、前記環状の本体によって円周方向に囲まれた環状の内側スリーブとを備え、前記内側スリーブが、前記本体を少なくとも部分的に貫通するように延在する、請求項１７記載のガスタービン。
【請求項１９】
前記内側スリーブが、マルテンサイト構成とオーステナイト構成を有する形状記憶合金を備え、前記内側スリーブの前記マルテンサイト構成が、第１の開口サイズに相当し、前記オーステナイト構成が第２の開口サイズに相当する、請求項１８記載のガスタービン。
【請求項２０】
前記内側スリーブの前記第１の開口サイズが、前記内側スリーブの前記第２の開口サイズより小さい、請求項１９記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にガスタービンに関する。より詳細には、本発明は、ガスタービンの圧縮機セクションからタービンセクションへの圧縮冷却媒体の冷却流を制御するためのシステムを含む。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは一般に、軸流圧縮機と、圧縮機から下流にある燃焼セクションと、燃焼セクションから下流にあるタービンセクションとを含む。圧縮機は一般に、ケーシングと、ケーシングの上流端に配設された入り口とを含む。燃焼セクションは一般に、軸方向に延在するシャフトの周りに環状の列に配列された複数の燃焼器を含んでおり、このシャフトは、少なくとも一部がガスタービン内を貫通するように延在している。タービンセクションは一般に、少なくとも一部がシャフトを円周方向に囲む外側ケーシングを含む。タービンセクションはさらに、いくつもの列または段の静翼を含んでおり、これは外側ケーシングの内側の面から半径方向内向きに延在することで、シャフトを円周方向に囲んでいる。各々の静翼の列は、シャフトから半径方向外向きに延在するタービンブレードの列によって軸方向に隔てられる。
【０００３】
作動中、空気などの作用流体が、圧縮機の入り口より取り入れられ、それが圧縮機内を通って燃焼セクションに向かって流れる際に徐々に圧縮される。圧縮空気の主要な部分は、燃焼セクションの各々の燃焼器に経由され、種々の高温ガス路構成要素を冷却する、および／または燃焼させるために燃料と混合される。
【０００４】
圧縮空気の二次的な部分は、圧縮機ケーシングを貫通するように延在する１つまたは複数の抽出ポートを介して燃焼セクションから上流の圧縮機セクションから抽出される。圧縮空気の二次的な部分は、１つまたは複数の流体導管および／または継手を介して圧縮機から、ガスタービンのタービンセクション内に画定される種々の冷却回路へと経由される。圧縮空気の二次的な部分が冷却媒体として利用されることで、タービンセクションの種々の構成要素、例えば１つまたは複数の静翼の列などを冷却する。
【０００５】
一般に調節弁などの１つまたは複数の流量制御弁が、抽出ポートとタービンセクションの間に配設され、圧縮機からタービンセクションへと流れる圧縮空気の二次的な部分の流量を制御する。ガスタービンの基準負荷またはピーク負荷作動時に、タービンセクションに関する冷却要件は最も大きくなり、流量制御弁は、ガスタービンが部分負荷または無負荷状態で作動されるときより、より高い流量の圧縮空気を可能にするように設定される。部分負荷作動時、タービンセクションに関する冷却要件が緩和された場合、流量制御弁は、タービンセクションへの圧縮空気の流れを制限するまたは限界を設けることで、圧縮機および／またはガスタービン全体の効率を改善させる。タービンセクションへの圧縮空気の流量を制御するためのこのような種類のシステムに関する１つの懸案事項は、流量制御弁が、測定およびフィードバック制御を必要とする点であり、これによりガスタービンの全体の信頼性が損なわれる可能性がある点である。
【０００６】
代替のガスタービン構成において、流量制御弁は、流量を低下させるように調節または作動しない。その結果、部分負荷作動時に過剰な圧縮空気がタービンセクションへと経由され、これにより圧縮機および／またはガスタービンの全体の効率が低下することになる。したがって、ガスタービンの部分負荷作動時に圧縮機からタービンセクションへと流れる圧縮空気の流量を低下させるための改良されたシステムが有益である。
【０００７】
本発明の態様および利点は、以下の記載において以下に列記される、またはこの記載から明白であり得る、または本発明の実施を通して理解される可能性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第２０１０／０２７６０２５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態は、ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間で圧縮冷却媒体の流量を制御するためのシステムである。システムは一般に、ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間に画定された流路と、流路内に配設された熱作動式可変流量弁とを備える。可変流量弁は、そこを通って流れる圧縮冷却媒体の温度に基づいてサイズが変化する開口を画定する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンの圧縮機セクションとタービンセクションの間で圧縮冷却媒体の流量を制御するためのシステムである。システムは、圧縮機セクションの抽出ポートと、タービンセクションの入り口ポートと、該抽出ポートと該入り口ポートの間に画定された流路とを含む。熱作動式可変流量弁が、抽出ポートと入り口ポートの間の流路内に配設される。可変流量弁は、そこを通って流れる冷却媒体の温度に基づいてサイズが変化する開口を画定する。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、ケーシングと、ケーシングを貫通して延在する抽出ポートとを有する圧縮機セクションを有するガスタービンを含む。抽出ポートは、圧縮冷却媒体をケーシングを通るように経由させるための流路を画定する。燃焼セクションは、圧縮機セクションから下流に配設される。タービンセクションは、燃焼セクションから下流に配設される。タービンセクションは、タービンケーシングと、入り口ポートとを含む。タービンケーシングは、少なくとも部分的にタービンセクション内に冷却回路を画定する。入り口ポートは、タービンケーシングを通り冷却回路へと進む流路を画定する。流路が、圧縮機セクションの抽出ポートとタービンケーシングの入り口ポートの間に画定される。熱作動式可変流量弁が、流路内に配設される。可変流量弁は、そこを通って流れる圧縮冷却媒体の温度に基づいて、開放位置と少なくとも一部が閉鎖した位置の間で調節する開口を画定する。
【００１２】
当業者は、この明細書を精査することで、このような実施形態および他の特徴および態様をより適切に認識するであろう。
【００１３】
当業者にとってその最適な態様を含めた本発明の完全なかつ可能な開示は、添付の図面の参照も含めて明細書の残りの部分により詳細に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一例のガスタービンの側部断面図である。
【図２】本開示の少なくとも１つの実施形態による、圧縮冷却媒体の流量を制御するためのシステムを含んだ一例のガスタービンの一部の側部断面図である。
【図３】本開示の少なくとも１つの実施形態による熱作動式可変流量弁の斜視図である。
【図４】図３に示される熱作動式可変流量弁の断面斜視図である。
【図５】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図３に示される熱作動式可変流量弁の断面図である。
【図６】図５に示される熱作動式可変流量弁の頂面図である。
【図７】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図３に示される熱作動式可変流量弁の側部断面図である。
【図８】図７に示される熱作動式可変流量弁の頂面図である。
【図９】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図２に示される熱作動式可変流量弁の側部断面図である。
【図１０】図９に示される熱作動式可変流量弁の側部断面図である。
【図１１】本開示の少なくとも１つの実施形態による、図２に示される一例のガスタービンの一部の側部断面図である。
【図１２】一酸化炭素の生成に対する燃焼温度の作用をグラフ式に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで本発明の本実施形態を詳細に参照すると、その１つまたは複数の例が、添付の図面に例示されている。詳細な記載は、図面中の特徴を指すのに数字および文字名称を使用している。図面および記載における同様のまたは同じ名称は、本発明の同様のまたは同じ部品を指すのに使用されている。本明細書で使用されるように、用語「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」および「第３の（ｔｈｉｒｄ）」は、ある要素を別の要素から区別するのに交換可能に用いられてよく、個々の構成要素の場所または重要性を表すことは意図されていない。これに加えて、用語「上流（ｕｐｓｔｒｅａｍ）」および「下流（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」は、流体の経路における構成要素の相対的な位置を指している。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂから上流にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体を受け取る場合、構成要素Ｂは、構成要素Ａから下流にある。
【００１６】
各々の例は、本発明を説明することを目的に提供されており、本発明を限定するものではない。実際には、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明に対して修正形態または変形形態を作成することができることは当業者には明らかである。例えば、一実施形態の一部として図示され記載される特徴は、別の実施形態に対して利用されることでさらに別の実施形態を生み出す。よって本発明は、このような修正形態および変形形態を添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるものとして網羅することが意図されている。本発明の例示の実施形態は、ガスタービンに組み込まれた熱作動式可変流量弁の文脈で概ね記載されるが、特許請求の範囲に特に記載されなければ、本発明の実施形態がガスタービンに限定されないことを当業者は本明細書の教示から容易に認識するであろう。
【００１７】
ここで図面を参照すると、図１は、一例のガスタービン１０の１つの例を示しており、図２は、本開示の少なくとも一実施形態による、図１に示されるガスタービン１０の一部の側部断面図を示している。図１に示されるように、ガスタービン１０は一般に、圧縮機セクション１２と、圧縮機セクション１２から下流の燃焼セクション１４と、燃焼セクション１４から下流のタービンセクション１６とを含む。１つまたは複数のシャフト１８が、少なくとも一部がガスタービン１０を軸方向に貫通するように延在している。
【００１８】
圧縮機セクション１２は一般に、環状ケーシング２０を含んでおり、これはシャフト１８の少なくとも一部の周りに円周方向に延在している。圧縮機セクション１２はさらに、ケーシング２０から半径方向内向きに延在する複数の列または段２２の静翼２４を含んでいる。一列または一段２６の回転式圧縮機ブレード２８が、静翼２４の連続する段２２の間に配設される。圧縮機ブレード２８は、シャフト１８から半径方向外向きに延在している。圧縮機ブレード２８は、シャフト１８に直接結合される、またはシャフト１８を円周方向に囲むロータディスク３０に結合される場合がある。作動時に、回転式圧縮機ブレード２８の段２６が回転し、これにより例えば空気などの作用流体３２を圧縮機セクション１２を介して引き出す。作用流体３２は、それが燃焼セクション１４に向かって流れる際に徐々に圧縮される。
【００１９】
抽出ポート３４が、圧縮機セクション１２のケーシング２０を貫通するように延在している。抽出ポート３４が、少なくとも部分的に流路３６を画定することで、冷却媒体として使用される圧縮作用流体３２の二次的な部分３７を燃焼セクション１４から上流の特定の地点より圧縮セクション１２から外に経由させる。図１に示されるように、ガスタービン１０は、圧縮機セクション１２の異なる段に位置決めされた２つ以上の抽出ポート３４を含む場合がある。抽出ポート３４を介して抽出された圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の温度および圧力は、圧縮機セクション１２を貫通して延在する軸方向の中心線に対する抽出ポート３４の軸方向の場所に左右される。例えば、燃焼セクション１４に近接して位置決めされた抽出ポート３４を介して圧縮機セクション１２から抽出された圧縮作用流体３２の二次的な部分３７は、燃焼セクション１４からさらに上流に位置決めされた抽出ポート３４を介して圧縮機セクション１２から抽出された圧縮作用流体３２の二次的な部分３７より温度と圧力が高くなる。
【００２０】
図１に示されるように、燃焼セクション１４は一般に、複数の燃焼器３８を含んでおり、これらはシャフト１８の一部を少なくとも部分的に囲む圧縮機吐出ケーシング４０の周りに環状の列で配列される。圧縮機吐出プリナム４２が、圧縮機吐出ケーシング４０によって少なくとも部分的に画定される。圧縮作用流体３２の主要な部分４３は、圧縮機セクション１２から圧縮機吐出プリナム４２へと流れ、ここでそれは燃焼器３８の種々の部分を冷却するように送られる。圧縮作用流体３２の主要な部分４３の少なくとも一部は、少なくとも一部が各々の燃焼器３８の中に画定される燃焼室４４において燃料と混合され、高温高圧の燃焼ガス４６を生成し、このガスはタービンセクション１６へと流れる。
【００２１】
タービンセクション１６は一般に、シャフト１８の少なくとも一部分を囲む環状ケーシング４８を含んでいる。タービンセクション１６はさらに、ケーシング４６から半径方向内向きに延在する１つまたは複数の段または列５０の静止ノズル５２を含んでいる。静止ノズル５２の隣接する段５０は、シャフト１８から半径方向外向きに延在する一段または列５４のタービンロータブレード５６によって軸方向に隔てられている。燃焼ガス４６は燃焼セクション１４の燃焼器３８からタービンセクション１６へと流れる。静止ノズル５０の各々の段５０は、燃焼ガス４６を対応する下流の段５４の回転式タービンブレード５６に集中させ、これにより回転式タービンブレード５６がシャフト１８を回転させる。燃焼ガス４６がタービンセクション１６を通り抜けて流れる際、熱エネルギーが静止ノズル５２および回転式タービンブレード５６に伝達され、これにより寿命を制限する可能性のある熱ストレスが生じることになる。
【００２２】
冷却回路５８が、タービンセクション１６のケーシング４８と、対応する段５０の静止ノズル５２の間に少なくとも部分的に画定される。特定のガスタービン設計では、第１の冷却回路６０は、第２の段６２の静止ノズル５２に少なくとも部分的に画定され、第２の冷却回路６４は、第３の段６６の静止ノズル５２に少なくとも部分的に画定される。入り口ポート６８が、タービンセクション１６のケーシング４８を貫通するように延在することで、タービンセクション１６のケーシング４８の外側から冷却回路５８の対応するものに流れ込む流路を少なくとも部分的に画定する。
【００２３】
既存のガスタービン設計では、図１に示されるように、流路７０は、圧縮機セクション１２の抽出ポート３４と、タービンセクション１６の入り口ポート６８の間に画定される。このようなやり方では、圧縮機セクション１２からの圧縮作用流体３２の二次的な部分３７が、抽出ポート３４を通り、流路７０を通り、入り口ポート６８を通ってタービンセクション１６の冷却回路５８へと流れ込むように経由されることで、対応する段５０の静止ノズル５２および／またはタービンセクション１６の他の部分を冷却することができる。
【００２４】
流路７０は、例えばパイプなどの１つまたは複数の流体導管７２および／またはパイプと流体結合する１つまたは複数の弁によって概ね画定される。このような構成において、冷却媒体として圧縮機セクション１２とタービンセクション１６の冷却回路５８の間を流れる圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の量は、タービン速度および／またはガスタービンの負荷条件に左右される。圧縮冷却媒体としてタービンセクション１６の冷却回路５８へと経由される圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の流量は、ガスタービン１０の全速力−全負荷作動条件に最適である。しかしながらガスタービン１０が部分負荷または部分速度作動条件にターンダウンされたとき、過剰な圧縮作用流体３２の二次的な部分３７が、タービンセクション１６の冷却回路５８に流れることで、圧縮機セクション１２および／またはガスタービン１０の全体の効率に悪影響を与えることになる。
【００２５】
特定のガスタービン設計では、図１に示されるように、１つまたは複数の作動弁７４が流路７２に沿って配設される。作動弁７４は、コントローラ７６に接続され、これは、圧縮機セクションと、タービンセクション１６の冷却回路５８間で圧縮冷却流体３２の二次的な部分３７の流量を調節するために弁７４にコマンド信号を伝達する。しかしながらこのような構成に関する様々な問題には、作動弁７４およびコントローラ７６に関連する初期コストならびに作動弁７４とコントローラ７６の一方または両方が故障する可能性が含まれる。
【００２６】
図２は、図１に示されるガスタービン１０の一部の側部断面図を示しており、これは、本開示の種々の実施形態による、ガスタービン１０の圧縮機セクション１２とタービンセクション１６の冷却回路５８間の流量を制御するためのシステム１００を含んでいる。図２に示されるように、システム１００は一般に、ガスタービン１０の圧縮機セクション１２とタービンセクション１６の冷却回路５８の間に延在する流路１０２と、少なくとも１つの熱作動式可変面積流量弁１０４（本明細書では「可変流量弁１０４」と呼ばれる）とを含んでおり、この弁は、圧縮機セクション１２と、タービンセクション１６の冷却回路５８間の流路１０２内に配設される。
【００２７】
流路１０２は、１つまたは複数の流体導管１０６、例えば、圧縮機セクション１２の抽出ポート３４と、タービンセクション１６の入り口ポート６８の間に少なくとも一部が延在するパイプ、弁および／または可撓性の導管によって少なくとも一部が画定される。流体導管１０６の各々または一部は、流体導管を圧縮機セクション１２の抽出ポート３４、タービンセクション１６の入り口ポート６８、流路１０２の別の流体導管１０６および／または可変流量弁１０４に結合するために一端に配設されたフランジ１０７を含む。種々の実施形態において、システム１００は、複数の流路１０２と、複数の可変流量弁１０４とを含む場合がある。流路は、圧縮機セクション１２と、タービンセクション１６の冷却回路５８の間に延在することができ、本明細書に記載される流路１０２と同一またはほぼ同様に構成されてよい。これに加えて、流路の各々または一部が、連続しておよび／または平行して流路内に配置された１つまたは複数の可変流量弁を含むこともある。
【００２８】
図３は、本発明の種々の実施形態による図２に示される流量弁１０４の斜視図を提供しており、図４は、図３に示される可変流量弁１０４の断面斜視図を提供している。図３に示されるように可変流量弁１０４は、環状の内側スリーブ１０８を円周方向に囲む環状の本体１０６を含む。本体１０６は、対応するフランジ１０７（図２）、圧縮機セクション１２の抽出ポート３４（図２）、タービンセクション１６の入り口ポート６８（図２）ならびに／あるいは圧縮機セクション１２のケーシング２０またはタービンセクション１６のケーシング４８に接続するように構成されてよい。例えば本体１０６は、本体１０６の半径方向外側の部分１１２を概ね軸方向に貫通するように延在する複数のボルトの通路１１０を含む場合がある。
【００２９】
図３および図４に示されるように、内側スリーブ１０８は、環状の流路１１４を画定し、これは本体１０６の軸方向の中心線に対して本体１０６を概ね軸方向に貫通するように延在している。図４に示されるように、内側スリーブ１０８は、本体１０６の軸方向の中心線に対して下流端部１１８から軸方向に隔てられた上流端部１１６を有する。内側スリーブ１０８の下流端部１１８は、内側スリーブ１０８を貫通する開口１２０を画定している。内側スリーブ１０８は、システム１００の流路１０２において作動条件に耐えるのに好適な当分野で知られているいずれかのやり方で本体１０６に結合されてよい。例えば内側スリーブ１０８は、溶接またはろう付けによって本体１０６に結合されてよい。代替の形態では、内側スリーブ１０８は、単独の構成要素として本体１０６と共に鋳造される場合もある。
【００３０】
特定の実施形態では、内側スリーブ１０８は、形状記憶合金を有する。内側スリーブ１０８は、本発明を実施する目的で、システム１００の流路１０２において使用するのに適した当分野で知られているいずれかの形状記憶合金から構築されてよい。形状記憶合金は、２つの異なる温度依存性結晶構造または相で存在する場合がある。結晶構造間で相変化が生じる温度は、この合金の組成に左右される。このような相変化温度は、遷移温度として知られている。例えば一方の特異的な結晶構造は、マルテンサイトとして知られており、低温に相当し、第２の特異的な結晶構造は、オーステナイトとして知られており、高温に相当する。
【００３１】
二方向形状記憶合金には、変形温度を超えるまで加熱する際、事前設定された形状に戻り、変形温度より下がるように冷却する際、特定のもう１つの形状に戻る能力がある。二方向形状記憶合金は、機械的作業および加熱処理工程によってプログラムされるまたは操作されることで、それは予測可能で反復可能なやり方で温度変化および／または遷移温度に反応する。代替の実施形態では、内側スリーブ１０８は、二種の金属で構成される場合があり、この材料は、形状記憶合金と同様のやり方で変形温度に反応する。他の実施形態において、内側スリーブ１０８が、高温の形状記憶ポリマーで構成される場合があり、これは、形状記憶合金と同様のやり方で変形温度に反応する。
【００３２】
特定の実施形態において、内側スリーブ１０８は、二方向形状記憶合金、例えばニッケルチタン（“ＮｉＴｉ”）合金で構築され、これは圧縮機セクション１２とタービンセクション１６の冷却回路５８の間を流れる圧縮冷却流体３２の熱の過渡性の範囲内の相変化または遷移温度を有する。図５および図６に示されるように、内側スリーブ１０８の少なくとも一部、例えば下流端部１１８は、プログラミング工程を受け、この工程において内側スリーブ１０８は、図７および図８に示されるようにマルテンサイト、すなわちより低温の構成において第１の開口サイズ１２２を有し、オーステナイト、すなわちより高温の構成において第２の開口サイズ１２４を有する。
【００３３】
ガスタービン１０がより低温の作動条件、例えば部分速度／部分負荷または始動時などからより高い作動条件、例えば全速／全負荷またはピーク負荷に移行する際、冷却媒体として使用される圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の温度、タービンセクション１６内の温度、および圧縮機セクション１２を通る圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の流量は増大する。圧縮作用流体３２の二次的な部分３７が、抽出ポート３４から流路１０２に入り、可変流量弁１０４を通るように経由される際、内側スリーブ１０８の温度が上昇し、これにより内側スリーブ１０８を、第１の開口サイズ１２２に相当する図５および図６に示されるそのマルテンサイト相または構成から、第２の開口サイズ１２４に相当する図７および図８に示されるそのオーステナイト相または構成に移行させる。その結果内側スリーブ１０８は、図５および図６に示される第１の開口サイズ１２２から図７および図８に示される第２の開口サイズ１２４に移行する。このようなやり方において、タービンセクション１６の冷却回路５８へと流れる圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の流量が増加することにより、全速／部分負荷／全負荷および／またはピーク負荷作動条件におけるタービンセクション１６の冷却作用を最適化する。
【００３４】
ガスタービン１０が全速／全負荷またはピーク負荷作動条件から、部分速度／部分負荷作動条件に戻るように移行する際、冷却媒体として流路１０２を通り可変流量弁１０４を通る圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の温度は低下し、これにより内側スリーブ１０８を図７および図８に示されるそのオーステナイト相または構成から図５および図６に示されるそのマルテンサイト相または構成に移行させる。その結果、内側スリーブ１０８によって画定される開口１２２（図４）は、第２の開口１２４（図７および図８）から第１の開口１２２（図５および図６）に戻るように縮小する。このようなやり方において、圧縮冷却媒体としてタービンセクション１６の冷却回路５８に流れる圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の流量が制限されることで、圧縮作用流体３２の二次的な部分３７を利用してガスタービン１０の種々の他の構成要素を冷却することによって圧縮機セクション１２の性能および／またはガスタービン１０の全体の効率を改善し、これにより圧縮機セクション１２および／またはガスタービンの性能を多様な作動モード、例えば部分負荷またはターンダウン作動モードなどにわたって最適化する。
【００３５】
図９および図１０は、可変流量弁１０４の代替の実施形態を示している。示されるように、可変流量弁１０４の本体１０６は、２つの隣接するフランジ１０８の間に挿入されてよい。２つの隣接するフランジ１０８は、隣接する流体導管１０６上、流体導管１０６と圧縮機セクション１２の抽出ポート３４（図２）および／または流体導管１０６とタービンセクション１６の入り口ポート６８に配設される場合がある。可変流量弁１０４は、圧縮機セクション１２からガスタービン１０の別の部分まで延在する任意の流路内に導入されてよい。例えば、可変流量弁１０４は、ガスタービン１０の圧縮機セクション１２と、燃焼セクション１４の間に延在する、および／または例えば熱交換器などの補助デバイス（図示せず）まで延在する流路（図示せず）内に導入される場合もある。
【００３６】
追加の一実施形態では、図１１に示されるように、システム１００は、同一の流路１０２内で２つの可変流量弁１０４を並行して利用する場合もある。各々の可変流量弁１０４の内側スリーブ１０８は、異なる温度でその対応する開口サイズ１２０を変えるように操作されている。これに加えて、あるいは代替として、可変流量弁１０４の内側スリーブ１０８は、異なるタイプの形状記憶合金を備える場合もあり、この場合異なる形状記憶合金は、温度変動に対する反応が異なる。可変冷却流量弁１０４の第１の弁１２０は、圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の温度の低下に伴い、開口サイズ１２０の流量面積を縮小する。例えばタービンが部分負荷またはターンダウン作動モードで作動される場合などである。可変流量弁１０４の第２の弁１３２は、圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の温度が所定の値を超えた場合、一定の開口サイズ１２０を維持する。ガスタービンの作動負荷が低下し、冷却媒体として使用される圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の温度がトリガー温度を下回るまで低下すると、内側スリーブ１０８の開口サイズ１２０は拡大する。その結果、より多くの空気が迂回され、ガスタービン１０のターンダウン力が改善される。
【００３７】
より具体的には、この実施形態において、より低い負荷レベル、例えばターンダウン時には、燃焼器によって消費される燃料の量が減少し、燃焼させるために提供される圧縮作用流体の主要な部分の量もまた、排気規制遵守を維持する、具体的にはＮＯxおよびＣＯ排気規制遵守の制限の範囲内に留まるように変化する。周辺温度が低下する際、圧縮作用流体３２の温度は低下し、よって生成される排気に対して悪影響を有する。これに加えて、ＣＯ規制遵守に適合させるのに必要な最小負荷が急激に上昇する。このような関係は、図１１にグラフによって表されている。冷却媒体としてより多くの圧縮作用流体３２を流路１０２を通るように迂回させることによって燃焼に利用できる圧縮作用流体３２を調整することによって、排気を改善させることができる。高い圧縮作用流体３２温度では（これは高い周辺温度で生じる）、内側スリーブ１０８の流量開口サイズ１２２は最小限である。低い圧縮作用流体３２温度では（これは低い周辺温度ならびに低負荷で生じる）、内側スリーブ１０８の開口サイズ１２０は、拡大された開口サイズ１２０を実現することによって低温設定点へと反応する。これにより燃焼器３８への空気流が減少し、圧縮作用流体３２の二次的な部分３７の流量が増大することになる。結果として、周辺温度が設計基準温度またはトリガー温度より低い場合、ガスタービンのターンダウン作動時により低い一酸化炭素（ＣＯの生成）レベルが達成される。これに加えて、システム１００は、周辺空気温度に基づいて、ガスタービン１０の始動時の圧縮機の抽気の制御の改善を実現することで、圧縮機のサージを回避し、排気レベルを調節する。
【００３８】
図２から図１０に示され本明細書に記載されるシステムは、ガスタービンの圧縮機セクションからの冷却流を制御するのに使用される現行のシステムに対して様々な技術的な利点を提供する。例えば圧縮機セクションとタービンセクションの間の冷却流を形状記憶合金を備える内側スリーブを有する可変流量弁を使用して制御することで、ハードウェアおよび電気接続を減らすことによってコストを削減し信頼性を高める。
【００３９】
この書面による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置またはシステムを作製し利用すること、ならびに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。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言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな相違点を有する等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼セクション
１６  タービンセクション
１８  シャフト
２０  ケーシング
２２  段
２４  静翼
２６  段
２８  圧縮機ブレード
３０  ロータディスク
３２  作動Ｌ流体
３４  抽出ポート
３６  流路
３８  燃焼器
４０  圧縮機吐出ケーシング
４２  圧縮機吐出プリナム
４４  燃焼室
４６  燃焼ガス
４８  環状ケーシング
５０  段
５２  静翼
５４  列
５６  タービンロータブレード
５８  冷却回路
６０  第１の冷却回路
６２  第２の段
６４  第２の冷却回路
６６  第３の段
６８  入り口ポート
７０  流路
７２  流体回路
７４  作動弁
７６  コントローラ
１００  システム
１０２  流路
１０４  可変流量弁
１０６  流体導管
１０８  内側スリーブ
１１０  ボルトの通路
１１２  外側の部分
１１４  流路
１１６  上流端部
１１８  下流端部
１２０  開口
１２２  第１の開口のサイズ
１２４  第２の開口のサイズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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