(57)【要約】      （修正有）【課題】設計条件を外れた状況でのガスタービンの排ガスのスワールの変化に対応できる形状記憶装置を提供する。【解決手段】設計条件を外れた状況でのガスタービンの排ガスのスワールの変化は、ガスタービンの性能に悪影響を与える。形状記憶装置２３０が、ガスタービンの排ガスディフューザの支柱に組み込まれる。形状記憶装置２３０は、熱によって形状を変化させるが、この熱は、記憶装置加熱器２４０を介して加えることができる。記憶装置加熱器２４０を制御することによって、形状記憶装置２３０に加えられる熱を調節することができる。負荷状況を考慮して記憶装置２３０の形状を変えることによって支柱の形状を変えることで、効率を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの排ガスディフューザの支柱であって、
ホイル部分と、
前記ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置であって、各々が、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築された１つまたは複数の形状記憶装置と、
１つまたは複数の記憶装置加熱器であって、各々がその記憶装置加熱器に提供される形状作動信号に従って少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築されており、前記形状作動信号が外部源から提供される１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備える支柱。
【請求項２】
少なくとも１つの記憶装置加熱器が、電動式加熱器である、請求項１記載の支柱。
【請求項３】
前記電動式加熱器が、少なくとも１つの形状記憶装置に装着される、請求項２記載の支柱。
【請求項４】
前記電動式加熱器が、前記ホイル部分に装着され、少なくとも１つの形状記憶装置に物理的に近接することにより、その形状記憶装置に熱接続される、請求項２記載の支柱。
【請求項５】
支持部分をさらに備えることで、前記ホイル部分が前記支持部分を囲むことにより、前記支持部分と前記ホイル部分の中間に支柱の空洞を画定し、
少なくとも１つの形状記憶装置が、前記ホイル部分を介して前記支柱の空洞の中を流れる冷却流体と熱接続する、請求項１記載の支柱。
【請求項６】
前記支柱が、第１および第２の形状記憶装置を含む複数の形状記憶装置を備え、
前記第１の形状記憶装置が、前記第２の形状記憶装置と異なるようにその形状を変えるように構築される、請求項１記載の支柱。
【請求項７】
ガスタービンの排ガスディフューザであって、
シュラウドと、
前記シュラウドを囲む壁と、
前記シュラウドから前記壁まで延在することにより、複数の排ガス流れ経路を画定する複数の支柱であって、各々の排ガス流れ経路が、前記シュラウド、前記壁および隣接する支柱によって境界が決められる複数の支柱とを備え、
少なくとも１つの支柱が、
ホイル部分と、
前記ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置であって、各々が、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築された１つまたは複数の形状記憶装置と、
１つまたは複数の記憶装置加熱器であって、各々がその記憶装置加熱器に提供される形状作動信号に従って、少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築されており、前記形状作動信号が外部源から提供される１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備える排ガスディフューザ。
【請求項８】
１つまたは複数の形状記憶装置が、前記形状作動信号に従ってそれぞれの形状を変えるように構築されることにより、前記排ガス流れ経路の領域、および前記排ガス流れ経路を通って流れる排ガスのスワール角度の一方または両方を変更させる、請求項７記載の排ガスディフューザ。
【請求項９】
前記排ガスディフューザが、第１および第２の形状記憶装置を含む複数の形状記憶装置を備え、
前記第１の形状記憶装置が、前記第２の形状記憶装置と異なるようにその形状を変えるように構築される、請求項７記載の排ガスディフューザ。
【請求項１０】
前記第１および第２の形状記憶装置が、１つの支柱のものである、請求項９記載の排ガスディフューザ。
【請求項１１】
前記複数の支柱が、第１および第２の支柱を含んでおり、
前記第１の形状記憶装置が、前記第１の支柱のものであり、前記第２の形状記憶装置が、前記第２の支柱のものである、請求項９記載の排ガスディフューザ。
【請求項１２】
前記支柱がさらに支持部分を備えることで、前記ホイル部分が前記支持部分を囲むことにより、前記支持部分と前記ホイル部分の中間に支柱の空洞を画定し、
少なくとも１つの形状記憶装置が、前記ホイル部分を介して前記支柱の空洞の中を流れる冷却と熱接続する、請求項７記載の排ガスディフューザ。
【請求項１３】
酸化剤を圧縮し、圧縮された酸化剤を提供するように構築された圧縮機と、
燃料と、前記圧縮機からの前記圧縮された酸化剤との混合物を燃焼させ、高エネルギーガスを提供するように構築された燃焼器と、
前記燃焼器からの前記高エネルギーガスのエネルギーを機械的エネルギーに変換するように構築されたガスタービンと、
前記ガスタービンシステムの作動を制御するように構築された制御装置とを備えるガスタービンシステムであって、
前記ガスタービンが排ガスディフューザを含んでおり、前記排ガスディフューザが、
シュラウドと、
前記シュラウドを囲む壁と、
前記シュラウドから前記壁まで延在することにより、複数の排ガス流れ経路を画定する複数の支柱であって、各々の排ガス流れ経路が、前記シュラウド、前記壁および隣接する支柱によって境界が決められる複数の支柱とを備え、
少なくとも１つの支柱が、
ホイル部分と、
前記ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置であって、各々が、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築された１つまたは複数の形状記憶装置と、
１つまたは複数の記憶装置加熱器であって、各々がその記憶装置加熱器に提供される形状作動信号に従って、少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築されており、前記形状作動信号が前記制御装置から提供される１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備え、
前記制御装置が、
圧縮機センサ、燃焼器センサ、タービンセンサ、周辺センサおよび負荷センサの１つまたは複数から１つまたは複数のセンサ信号を受信し、
前記センサ信号に基づいて前記記憶装置加熱器に前記形状作動信号を提供するように構築されるガスタービンシステム。
【請求項１４】
前記排ガスディフューザが、第１および第２の記憶装置加熱器を含む複数の記憶装置加熱器を備え、
前記制御装置が、前記第１の記憶装置加熱器に第１の形状作動信号を提供し、前記第２の記憶装置加熱器に第２の形状作動信号を提供するように構築され、前記第１および第２の形状作動信号が互いに独立している、請求項１３記載のガスタービンシステム。
【請求項１５】
前記第１および第２の記憶装置加熱器が、１つの支柱のものである、請求項１４記載のガスタービンシステム。
【請求項１６】
前記複数の支柱が、第１および第２の支柱を含み、
前記第１の記憶装置加熱器が、前記第１の支柱のものであり、前記第２の記憶装置加熱器が、前記第２の支柱のものである、請求項１４記載のガスタービンシステム。
【請求項１７】
前記支柱がさらに支持部分を備えることで、前記ホイル部分が、前記支持部分を囲むことにより、前記支持部分と前記ホイル部分の中間に支柱の空洞を画定し、
少なくとも１つの形状記憶装置が、前記ホイル部分を介して前記支柱の空洞の中を流れる冷却流体と熱接続しており、
前記制御装置が、１つまたは複数の冷却流体制御信号を提供することで、前記支柱の空洞の中を流れる前記冷却流体の温度と流量の一方または両方を制御するように構築される、請求項１３記載のガスタービンシステム。
【請求項１８】
ガスタービンシステムのガスタービンの排ガスディフューザを通って出て行く排ガスを制御するための方法であって、
前記ガスタービンシステムの制御装置において、圧縮機センサ、燃焼器センサ、タービンセンサ、周辺センサおよび負荷センサの１つまたは複数から１つまたは複数のセンサ信号を受信するステップと、
前記センサ信号に基づいて１つまたは複数の形状作動信号を前記制御装置から提供するステップとを含む方法であって、
前記排ガスディフューザが、
シュラウドと、
前記シュラウドを囲む壁と、
前記シュラウドから前記壁まで延在することにより、複数の排ガス流れ経路を画定する複数の支柱であって、各々の排ガス流れ経路が、前記シュラウド、前記壁および隣接する支柱によって境界が決められる複数の支柱とを備え、
少なくとも１つの支柱が、
ホイル部分と、
前記ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置であって、各々が、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築された１つまたは複数の形状記憶装置と、
１つまたは複数の記憶装置加熱器であって、各々がその記憶装置加熱器に提供される形状作動信号に従って、少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築されており、前記形状作動信号が前記制御装置から提供される１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備え、
前記形状作動信号を提供する前記ステップにおいて、前記形状作動信号が、前記記憶装置加熱器に提供される方法。
【請求項１９】
前記排ガスディフューザが、第１および第２の記憶装置加熱器を含む複数の記憶装置加熱器を備え、
前記形状作動信号を提供するステップにおいて、前記第１の記憶装置加熱器に第１の形状作動信号が提供され、前記第２の記憶装置加熱器に第２の形状作動信号が提供され、前記第１および第２の形状作動信号が互いに独立している、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２の記憶装置加熱器が、１つの支柱のものである、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の支柱が、第１および第２の支柱を含み、
前記第１の記憶装置加熱器が、前記第１の支柱のものであり、前記第２の記憶装置加熱器が、前記第２の支柱のものである、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記支柱がさらに支持部分を備えることで、前記ホイル部分が、前記支持部分を囲むことにより、前記支持部分と前記ホイル部分の中間に支柱の空洞を画定し、
少なくとも１つの形状記憶装置が、前記ホイル部分を介して前記支柱の空洞の中を流れる冷却流体と熱接続しており、
前記方法がさらに、１つまたは複数の冷却流体制御信号を提供することで、前記支柱の空洞の中を流れる前記冷却流体の温度と流量の一方または両方を制御するステップを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記シュラウドまたは前記壁に装着された少なくとも１つの形状記憶装置と、
前記形状作動信号に従って、前記シュラウドまたは前記壁に装着された前記形状記憶装置に熱を加えるように構築された少なくとも１つの記憶装置加熱器とをさらに備える、請求項７記載の排ガスディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の１つまたは複数の態様は、ガスタービンにおける排気ガスのスワールを制御するための方法、装置およびシステムに関する。詳細には、１つまたは複数の態様は、ガスタービンの部分負荷性能の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なガスタービンシステムは、圧縮機と、１つまたは複数の燃焼器と、後方にあるタービンとを含む。圧縮機が周辺空気を圧縮する。圧縮された空気は圧縮機を出て、燃焼器へと流れ、そこでそれは燃料と混ざることで発火し、高温かつ高圧の燃焼ガスを生成す。高エネルギーのガスは燃焼器を出て、ガスタービンへと流れ、そこでそれらが膨張して仕事を生み出す。タービンの下流にある排気ガスディフューザが、タービンを出て行く排気ガス流の運動エネルギーを増大した静圧の形態の位置エネルギーへと変換する。排ガスディフューザは典型的には、軸受を支える支柱を含む。
【０００３】
設計条件を外れた／部分負荷状況におけるガスタービンの排気ガスのスワールの変化は、排ガスディフューザを非効率なものにする重要な要素であり、これはガスタービンの性能に悪影響を与える。スワールを制御する従来の方法には、吹き込み、吸引、渦の生成などが含まれる。残念なことに、これらの方法は、設計および操作が複雑であり、より大きな付随する動力を必要とし、排出エネルギーを弱め、これによりいかなる効率の改善も打ち消される可能性がある。
【０００４】
スワールを制御し、部分負荷にも調整可能であり、補助動力が削減され、排出エネルギーグレードを維持することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２３２２９１号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様は、ガスタービンの排ガスディフューザの支柱に関する。支柱は、ホイル部分と、ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置と、１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備えることができる。各々の形状記憶装置は、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築することができる。各々の記憶装置加熱器は、外部から提供される形状作動信号に従って、少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築することができる。
【０００７】
本発明の別の態様は、ガスタービンの排ガスディフューザに関する。排ガスディフューザは、シュラウドと、シュラウドを囲む壁と、シュラウドから壁まで延在することにより、複数の排気流れ経路を画定する複数の支柱とを備えることができる。各々の流れ経路は、シュラウドと、壁と、隣接する支柱とによって境界を決めることができる。少なくとも１つの支柱は、ホイル部分と、ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置と、１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備えることができる。各々の形状記憶装置は、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築することができる。各々の記憶装置加熱器は、外部から提供される形状作動信号に従って、少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築することができる。
【０００８】
本発明の別の態様は、ガスタービンシステムに関する。ガスタービンシステムは、酸化剤を圧縮し、圧縮された酸化剤を提供するように構築された圧縮機と、燃料と、圧縮機からの圧縮された酸化剤との混合物を燃焼させ、高エネルギーガスを提供するように構築された燃焼器と、燃焼器からの高エネルギーガスのエネルギーを使用可能な仕事に変換するように構築されたガスタービンと、ガスタービンシステムの作動を制御するように構築された制御装置とを備えることができる。ガスタービンは、排ガスディフューザを含むことができる。排ガスディフューザ自体は、シュラウドと、シュラウドを囲む壁と、シュラウドから壁まで延在することにより複数の排気流れ経路を画定する複数の支柱とを備えることができる。各々の流れ経路は、シュラウドと、壁と、隣接する支柱とによって境界を決めることができる。少なくとも１つの支柱は、ホイル部分と、ホイル部分に装着された１つまたは複数の形状記憶装置と、１つまたは複数の記憶装置加熱器とを備えることができる。各々の形状記憶装置は、その形状記憶装置の温度に従ってその形状を変えるように構築することができる。各々の記憶装置加熱器は、制御装置から提供される形状作動信号に従って、少なくとも１つの形状記憶装置に熱を加えるように構築することができる。制御装置は、圧縮機センサ、燃焼器センサ、タービンセンサ、周辺センサおよび負荷センサの１つまたは複数から１つまたは複数のセンサ信号を受信するように構築することができる。これらのセンサ信号に基づいて、制御装置は、形状作動信号を記憶装置加熱器に提供することができる。
【０００９】
本発明の別の態様は、例えば上記に記載するガスタービンシステムなどのガスタービンシステムのガスタービンの排ガスディフューザを通って出て行く排気ガスを制御するための方法に関する。方法は、ガスタービンシステムの制御装置において、圧縮機センサ、燃焼器センサ、タービンセンサ、周辺センサおよび負荷センサの１つまたは複数から１つまたは複数のセンサ信号を受信するステップを含むことができる。方法はまた、これらのセンサ信号に基づいて、制御装置から１つまたは複数の形状作動信号を提供するステップを含むこともできる。
【００１０】
本発明は、以下に特定される図面と関連して以下により詳細に記載される。
【００１１】
本発明のこれらのおよび他の特徴は、添付の図面と併せて以下の一例の実施形態の詳細な記載によってより適切に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるガスタービンの一例の排ガスディフューザの実施形態の正面図である。
【図２】本発明の一例の支柱の実施形態の上面図である。
【図３】本発明の一例の支柱の実施形態の側面図である。
【図４】形状記憶装置の変化に起因する排気流れ経路の一例の変化を示す図である。
【図５】形状記憶装置の変化に起因する排気流れ経路の一例の変化を示す図である。
【図６】本発明による一例のガスタービンシステムの実施形態の構造を示す図である。
【図７】本発明による排気ガスを制御するための一例の方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ガスタービンにおける排気ガスのスワールを制御するための新規の方法、システムおよび装置を記載する。一態様において、記載される方法、システムおよび装置は、記憶材料を利用することで、ガスタービンに対する負荷に基づいて排気ガスの流れ領域、排気ガスのスワール角度またはその両方を制御する。
【００１４】
図１は、本発明によるガスタービンの一例の排ガスディフューザの実施形態の正面図である。ここに見られるように、一例の排ガスディフューザ１００は、シュラウド１１０と、シュラウド１１０を囲む壁１２０とを含むことができる。排ガスディフューザ１００は二重に壁を有する場合もある。この例では、排ガスディフューザ１００が、壁１２０を囲む外側の壁１３０と備える場合もあり、壁１２０は内側の壁１２０と呼ばれる場合もある。排ガスディフューザ１００は、複数の支柱１４０を含むことができる。各々の支柱１４０は、シュラウド１１０から壁１２０まで延在することができる。複数の排ガス流れ経路１４５を画定することができる。各々の流れ経路１４５は、シュラウド１１０と、壁１２０と、隣接する支柱１４０とによって境界を決めることができる。
【００１５】
図２は、一例の支柱１４０の上面図を示し、図３は、一例の支柱１４０の側面図を示している。これらの図面に見られるように、支柱１４０は、支持部分２１０と、支持部分２１０を囲むホイル部分２２０とを含むことができる。支持部分２１０とホイル部分２２０の中間に支柱の空洞２３５を形成することができる。一態様において、この支柱の空洞２３５を利用して、冷却流体を運ぶことにより、支柱１４０の温度を所定の範囲内に維持することができる。
【００１６】
支柱１４０はまた、ホイル部分２２０に装着された１つまたは複数の形状記憶装置２３０を含むことができる。好ましくは全ての、但し少なくとも１つの形状記憶装置２３０は、その形状記憶装置２３０の温度に従ってその形状を変えるように構築することができる。形状記憶装置２３０は、記憶金属であってよく、例えばニッケル−チタン合金であってよい。記憶金属はまた、形状記憶合金（ＳＭＡ）、形状記憶金属（ＳＭＭ）、スマート金属、記憶合金、スマート合金などとも呼ばれる。スマート材料について既知の使用法がある。Ｓｅｍｍｅｒｅ等（米国特許第７，４６２，９７６Ｂ２）およびＣａｒｅ等（米国特許第６，４８５，２５５Ｂ１）は共に参照によりその全体が本明細書に組み込まれており、そのような既知の使用法の例を開示している。記憶金属に熱が加えられる際、その形状を変えることができる。
【００１７】
記憶金属あるいはより一般的には形状記憶装置２３０の形状の特徴−例えば第１の温度における第１の形状、第２の温度における第２の形状など−を装置２３０に設計することができる。複数の形状記憶装置２３０が存在する場合、それらは全て厳密に同様である必要はない。すなわち少なくとも２つの形状記憶装置２３０は、それぞれの形状の特徴が異なる可能性がある。
【００１８】
図２に見られるように、支柱１４０は、１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０を含むことができる。各々の記憶装置加熱器２４０は、外部源、例えば以下にさらに詳細に記載される制御装置から形状作動信号を提供することができる。提供された形状作動信号に基づいて、各々の記憶装置加熱器２４０は、少なくとも１つの形状記憶装置２３０に熱を加えることにより、その形状記憶装置２３０の形状に影響を与えることができる。加えられる熱の量は、その記憶装置加熱器２４０に提供される形状作動信号によって変動する可能性がある。記憶装置加熱器２４０の一例は、電気式加熱器、例えば抵抗器またはコイルである。
【００１９】
一態様において、記憶装置加熱器２４０は、形状記憶装置２３０に装着させることができる。これにより、装着された形状記憶装置２３０に熱を加えるための直接的な方法が実現する。別の態様では、記憶装置加熱器２４０は、ホイル部分２２０に装着され、形状記憶装置２３０に近接することで、記憶装置加熱器２４０からの熱が、その形状記憶装置２３０に加えられる。すなわち記憶装置加熱器２４０と、形状記憶装置２３０は、互いに熱接続しているとみなすことができる。さらに別の態様では、記憶装置加熱器２４０が、形状記憶装置２３０にマイクロ波エネルギーを与えるように構築されたマイクロ波装置である場合もある。
【００２０】
複数の記憶装置加熱器２４０が存在する場合、それら全てが厳密に同様である必要はない。例えばある記憶装置加熱器２４０は抵抗器であってよく、別の記憶装置加熱器２４０はコイルの場合もある。別の例として、ある記憶装置加熱器が、別の記憶装置加熱器とは対照的に相対的に高い熱を加えることが可能な場合もある。また支柱１４０は、共通の形状作動信号が、支柱１４０の全ての記憶装置加熱器２４０に提供されるように構築することができる。あるいは支柱１４０は、少なくとも１つの記憶装置加熱器２４０が、別の記憶装置加熱器２４０によって受信される形状作動信号とは独立して、その対応する形状作動信号を受信するように構築される場合もある。
【００２１】
任意の数の形状記憶装置２３０と、任意の数の記憶装置加熱器２４０が存在する場合があり、その２つは、必ずしも同一である必要はない。一態様において、１つの記憶装置加熱器２４０が、複数の形状記憶装置２３に熱を加えるように構築される場合もある。別の態様では、１つの形状記憶装置２３０が、複数の記憶装置加熱器２４０によって加熱される場合もある。
【００２２】
形状記憶装置２３０の数と記憶装置加熱器２４０の数が等しい場合、１対１の対応関係になる可能性がある。すなわち、各々の記憶装置加熱器２４０が１つの形状記憶装置２３０のみに適用するように支柱１４０を構築することができる。あるいはその数が等しい場合でも、２つ以上の記憶装置加熱器２４０を有する１つのグループの記憶装置加熱器２４０が共通に、これもまた２つ以上の形状記憶装置２３０を有する形状記憶装置２３０のグループに熱を加えることができる。
【００２３】
記憶装置加熱器２４０の利用は、形状記憶装置２３０に熱を加えるための１つの方法である。別の方法では、支柱の空洞２３５の中を流れる冷却流体が使用される場合もある。すなわち、１つまたは複数の形状記憶装置２３０は、ホイル部分２２０を介して冷却流体と熱接続させることができる。冷却流体の温度を制御することによって、形状記憶装置２３０に加える熱を制御することができる。冷却流体と、記憶装置加熱器２４０は、互いを除外して使用することができる、あるいは組み合わせて使用することもできる。
【００２４】
図４および図５は、形状記憶装置２３０の変化に起因する排ガス流れ経路１４５の一例の変化を示している。通常の作動状況下では、形状作動信号が記憶装置加熱器２４０（これらの図面では示されていない）に提供されることにより、形状記憶装置２３０の形状を制御して、図４に示されるように排ガス流れ経路１４５の領域を最大限にすることができる。大抵の場合、ホイル部分２２０は、空気力学的な形状になっている。したがって形状記憶装置２３０は、最大限の排ガス流れ領域が望まれる場合、外側の支柱２２０の輪郭にほぼ一致するように構築されてよい。当然のことながら、これは厳密な要件ではない。
【００２５】
部分負荷状況下では、排ガス流量は減少する。よって、図５に示されるように、これに対応して排ガス流れ経路１４５の領域も縮小することが望ましい。これは、適切な１つまたは複数の形状作動信号を１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０に提供することによって達成することができる。
【００２６】
形状記憶装置２３０の形状は、全ての作動状況において同一である必要はないことに留意されたい。上記で指摘したように、ある形状記憶装置２３０は、その形状特徴において別の形状記憶装置２３０と異なる場合がある。２つの形状記憶装置２３０が全く同一の形状特徴を有する場合でさえ、加えられる熱は、２つの装置に対して異なる場合もある。例えば支柱１４は、少なくとも１つの記憶装置加熱器２４０によって受信される形状作動信号が、少なくとも１つの他の記憶装置加熱器２４０によって受信される作動信号から独立になるように構築することができる。
【００２７】
形状記憶装置２３０を制御することにより、排ガス流れ経路１４５の領域だけでなく、排ガス流のスワール角度に影響を与えることもできる。より一般的には、適切な１つまたは複数の形状作動信号を１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０に提供することによって、排ガス流れ経路１４５の領域、および排ガス流れ経路１４５を通って流れる排ガスのスワール角度の一方または両方を制御することができる。
【００２８】
隣接する支柱１４０の他に、各々の排ガス流れ経路１４５は、シュラウド１１０と壁１２０によっても境界を決めることができることを思い出して欲しい。したがって図面には特に示されていないが、１つまたは複数の形状記憶装置２３０が記憶装置加熱器２４０と共にシュラウド１１０または壁１２０に装着される場合もあり、この記憶装置加熱器２４０は、受信した形状作動信号に従って、形状記憶装置２３０を装着したシュラウド１１０または壁１２０に熱を加えるように構築することができる。このような記憶装置加熱器２４０に適切な形状作動信号を提供することによって、排ガス流れ経路１４５の領域および／または排ガス流れ経路１４５を通って流れる排ガスのスワール角度も制御することができる。
【００２９】
図６は、一例のガスタービンシステム６００の構造を示している。ここに見られるように、システム６００は、圧縮機６１０、と、圧縮機６１０に流体接続された燃焼器６２０と、燃焼器６２０に流体接続されたガスタービン６３０とを含むことができる。圧縮機６１０は、酸化剤、例えば空気を圧縮して、圧縮された酸化剤を燃焼器６２０へと供給するように構築することができる。燃焼器６２０は、燃料と圧縮された酸化剤の混合物を燃焼させて、高エネルギーガスをガスタービン６３０に供給するように構築することができ、このガスタービンが、高エネルギーガスのエネルギーを使用可能な仕事に変換することで負荷６６０を駆動させることができる。図６では、負荷６６０は発電機であり、使用可能な仕事は、機械的なエネルギーの形態で発電機を駆動させて発電するのに利用される。示されていないが、使用可能な仕事が推力の形態で生じる場合もあり、この推力を利用して航空機を推進させることができる。
【００３０】
システム６００は、圧縮機センサ６１５、燃焼器センサ６２５、タービンセンサ６３５および負荷センサ６６５の任意の１つまたは複数を含むことができ、それぞれが、その各々のシステム構成要素を監視するように構築されている。例えば圧縮機センサは、取り込み口の酸化剤の温度、圧縮された酸化剤の酸素含有量、圧縮された酸化剤の圧力、圧縮機の吐き出し温度などの任意の１つまたは複数を検出する、あるいはそうでなければ判定することができる。燃焼器センサ６２５は、燃焼温度および音響運動力学の１つまたは複数を検出する、あるいはそうでなければ判定することができる。タービンセンサ６３５は、排ガスの温度および圧力、種々の段（例えば高圧、中間圧、低圧）を通る高エネルギー化したガスの流量などの１つまたは複数を検出する、あるいはそうでなければ判定することができる。負荷センサ６６５は、ガスタービン６３０に対する負荷を検出する、あるいはそうでなければ判定することができる。システム６００はまた、１つまたは複数の周辺センサ６４０を含む場合もあり、このセンサは必ずしもシステム構成要素のいずれかに専用ではない。例えば周辺センサ６４０は、周辺温度をする検出する、あるいはそうでなければそれらを判定することができる。
【００３１】
システム６００はまた、ガスタービンシステム６００の作動を制御するように構築された制御装置６５０を含むことができる。ここに見られるように、制御装置６５０は入力として、センサ６１５、６２５、６３５、６４０、６６５の任意の１つまたは複数からセンサ信号を受信することができる。制御装置６５０はまた、始動、部分負荷作動、全負荷作動、停止などに関する指示などの操作入力を受信することができる。この入力に基づいて、制御装置６５０は、システム構成要素６１０、６２０、６３０の任意の１つまたは複数に制御信号を出力することができる。
【００３２】
図６では、センサ６１５、６２５、６３５、６４０、６６５から制御装置６５０へのセンサ信号、および制御装置６５０からシステム構成要素６１０、６２０、６３０への制御信号が存在する。混雑を最小限にするために、制御装置６５０とシステムユニット６１０、６２０、６３０間のセンサ信号と制御信号の接続は、明確に示されていない。
【００３３】
制御信号の中でも、制御装置６５０は、１つまたは複数の形状作動信号を、ガスタービン６３０の排気端部に向かって位置する排ガスディフューザ１００に提供することができる。詳細には、制御装置６５０は、１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０に形状作動信号を提供することができる。このような形状作動信号は、ガスタービン６３０に対する負荷を示す負荷信号に基づく場合もある。負荷信号は、負荷センサ６６０によって提供することができる。形状作動信号はまた、周辺温度を検出または判定する１つまたは複数の周辺センサ６４０からの周辺温度信号に基づく場合もある。単に説明する目的で、限定としてではなく、周辺温度の範囲は、華氏−２０°から華氏１２０°の範囲であってよい。一般に周辺温度が降下することは、排気温度が低下することになる。
【００３４】
形状作動信号を提供する際に制御装置６５０によって考慮され得る他のセンサ信号には、圧縮機の吐出温度（例えば圧縮機センサ６１５からの）およびガスタービン排気温度（例えばタービンセンサ６３５からの）が含まれる。当然のことながら、これらは包括的ではない。それは、スワールの制御を作動することを考慮に入れたセンサ入力の多くは、形状作動信号を提供することを考慮に入れた入力として機能する場合もあることを示すのに十分である。
【００３５】
上記の考察から、任意の２つの記憶装置加熱器２４０の間で、それらは、全く同一の状況下であっても、同一の形状作動信号を受信する必要がないことを思い出して欲しい。例えば、少なくとも１つの支柱１４０は、複数の記憶装置加熱器２４０を備え、これには第１および第２の記憶装置加熱器２４０が含まれており、各々が第１および第２の形状記憶装置２３０に熱を加えるように構築されていると仮定しよう。制御装置６５０は、第１の形状作動信号を第１の形状記憶装置２３０に提供し、これとは独立して第２の形状作動信号を第２の形状記憶装置２３０に提供することができる。
【００３６】
別の例として、排ガスディフューザ１００が複数の支柱１４０を含んでおり、この支柱が第１および第２の支柱１４０を含むものと仮定しよう。制御装置６５０は、第１の形状作動信号を第１の支柱１４０の１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０に提供し、これとは独立して、第２の形状作動信号を第２の支柱１４０の１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０に提供することができる。この段落で考察される第１および第２の支柱１４０に関する第１および第２の形状作動信号は必ずしも、先の段落で考察した第１および第２の記憶装置加熱器２４０に関する第１および第２の形状作動信号と同一ではない。
【００３７】
特定の支柱１４０に個別の形状作動信号を提供するという柔軟性によって、制御装置６５０が、その特定の支柱１４０の形状記憶装置２３０の形状を精密に制御することが可能になる。支柱１４０同士の間に個別の形状作動信号を提供するという柔軟性によって、制御装置６５０が複数の支柱１４０にわたって形状記憶装置２３０の形状を精密に制御することが可能になる。当然のことながら、支柱の範囲内および支柱同士の間の両方の柔軟性が可能である。
【００３８】
別の態様では、制御信号は、１つまたは複数の支柱１４０の支柱の空洞２３５の中を流れる冷却流体の温度および流量の一方または両方を制御するための信号を含む場合がある。形状作動信号および冷却流体制御信号は、互いを除外することも、あるいは互いと併せることも可能である。
【００３９】
図７は、ガスタービンシステムのガスタービンの排ガスディフューザを通って出て行く排ガスを制御するための一例の方法のフローチャートを示している。説明する目的で、図６のガスタービンシステム６００が想定されている。図７の方法７００は、制御装置６５０によって実行することができる。
【００４０】
ステップ７１０では、制御装置６５０は、センサ６１５、６２５、６３５、６４０および６６５の任意の１つまたは複数からセンサ信号を受信することができる。例えば負荷センサ６６５からのガスタービン６３０に対する負荷を示す負荷信号は、受信されるセンサ信号の中に含まれてよい。ステップ７２０では、制御装置６５０はまた１つまたは複数の操作入力を受信することができる。少なくとも受信した負荷信号に基づいて、ステップ７３０における制御装置６５０は、１つまたは複数の形状作動信号を１つまたは複数の記憶装置加熱器２４０に提供することができる。代替として、あるいはステップ７３０と併せて、制御装置６５０は、センサおよび／または操作入力信号に基づいて、１つまたは複数の冷却流体制御信号をガスタービン６３０に提供することができる。
【００４１】
ステップ７１０では、受信されたセンサ信号はまた、周辺センサ６４０からの周辺温度信号を含む場合もある。このときステップ７３０では、周辺温度信号はまた、制御装置６５０が形状作動信号を提供する際に考慮に入れることもできる。ステップ７３０では、形状作動信号は、任意の特定の支柱の中の複数の記憶装置加熱器２４０に独立して提供される、複数の支柱１４０に独立して提供される、あるいはその両方が可能である。
【００４２】
開示される主題の１つまたは複数の態様によって、複数の利点を実現することができる。利点の非包括的なリストには、
・効率の改善
・部分負荷作動の改善および
・排ガススワールを制御するための補助動力の削減が含まれる。
【００４３】
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形態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定義されており、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】
【００４４】
１００  排ガスディフューザ
１１０  シュラウド
１２０  壁
１３０  外側の壁
１４０  支柱
１４５  排ガス流れ経路
２１０  支持部分
２２０  ホイル部分
２３０  形状記憶装置
２４０  記憶装置加熱器
６００  ガスタービンシステム
６１０  圧縮機
６２０  燃焼器
６３０  タービン
６５０  制御装置
６６０  負荷
６１５、６２５、６３５、６４０、６６５  センサ
７００  方法
７１０  センサ信号を受信する
７２０  操作入力を受信する
７３０  形状作動信号を提供する
７４０  冷却流体制御信号を提供する
【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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【外国語明細書】
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