(57)【要約】      （修正有）【課題】高圧領域からの抽気流を低圧領域へと導くように構成される抽気システムを含むシステムを提供する。【解決手段】抽気システム３６は、抽気システム３６を通る抽気流４２を制御するように構成される弁３８と、抽気流４２を漸進的に減圧するように構成される段階的抽気導管４０とを含む。段階的抽気導管４０は、弁３８に結合される入口５０と、抽気流４２を減圧するように構成される、入口５０に結合される第１段５８と、抽気流を減圧するように構成される、第１段５８に結合される第２段６０と、第２段６０に結合される出口５２とを含む。出口５２は抽気流４２を低圧領域４６へと導くように構成される。入口５０と第１段５８と第２段６０と出口５２とは平行な軸９４，９６，９８に沿って配置される。【選択図】図２
2014139433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧領域からの抽気流を低圧領域に導くように構成される抽気システムを含むシステムにおいて、前記抽気システムは、
弁と；
前記抽気流を漸進的に減圧するように構成される段階的抽気導管であって、
前記弁に結合される入口と；
前記抽気流を減圧するように構成される、前記入口に結合される第１段と；
前記抽気流を減圧するように構成される、前記第１段に結合される第２段と；
前記第２段に結合される出口であって、前記入口と出口とが平行な軸に沿って配置される出口とを含む段階的抽気導管とを備えるシステム。
【請求項２】
前記第１段と前記第２段との少なくとも一方は、前記抽気流を膨張させることにより減圧するように構成され、前記入口と前記出口と前記第１段と前記第２段とは平行な軸に沿って配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記段階的抽気導管は、前記抽気流を減圧するように構成される少なくとも１つのディフューザ板を含み、前記少なくとも１つのディフューザ板は前記入口、前記第１段、前記第２段又は前記出口、或いはこれらの内の複数に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１段と前記第２段との少なくとも一方は、前記抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのディフューザ板の第１のディフューザ板は前記段階的抽気導管において第１の断面積を有する第１の位置に配置され、前記第１のディフューザ板は、前記断面積の４０％を超える全オリフィス面積を有する複数のオリフィスを含む請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのディフューザ板の各ディフューザ板は複数のオリフィスを含み、前記複数のオリフィスの各々は共通の寸法を有する請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのディフューザ板の各ディフューザ板は複数のオリフィスを含み、前記複数のオリフィスの大きさは、少なくとも部分的に、それぞれの前記ディフューザ板の位置における前記段階的抽気導管の寸法に基づく請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記平行な軸は共通の軸によって構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記抽気システムは、前記弁又は前記段階的抽気導管内における振動を低下させるように構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
圧縮機を含む前記高圧領域と；
前記圧縮機に結合されるガスタービンとを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記圧縮機は圧縮空気流と前記抽気流とを生成するように構成され、前記弁は前記抽気流を前記圧縮空気流の約１０％未満に制御するように構成される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
高圧領域からの抽気流を低圧領域に導くように構成される抽気システムを含むシステムにおいて、前記抽気システムは、
前記抽気流を漸進的に減圧するように構成される、可変導管寸法を有する段階的抽気導管であって、
前記高圧領域に結合される、入口寸法を有する入口と；
前記入口寸法より大きい第１の寸法を有すると共に前記抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される、前記入口に結合される第１段と；
前記第１の寸法より大きい第２の寸法を有すると共に前記抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される、前記第１段に結合される第２段と；
前記第２段に結合される出口であって、前記入口と前記第１段と前記第２段と出口とが平行な軸に沿って配置される出口とを含む段階的抽気導管を備えるシステム。
【請求項１３】
前記段階的抽気導管は、
前記入口と前記第１段との間に結合される、第１の膨張率を有する第１の膨張部と；
前記第１段と前記第２段との間に結合される、第２の膨張率を有する第２の膨張部とを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の膨張率及び前記第２の膨張率は約１０〜４０％である請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１段は前記第１の寸法の約３．５〜４．５倍の第１の長さを有し、前記第２段は前記第２の寸法の約３．５〜４．５倍の第２の長さを有する請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記段階的抽気導管は、
前記入口と前記第１段との間に結合される第１のディフューザ板であって、第１の複数のオリフィスを含み、前記第１の複数のオリフィスの各オリフィスは、前記入口寸法の約２０％〜約３０％の第１のオリフィス寸法を有する第１のディフューザ板と；
前記第１段と前記第２段との間に結合される第２のディフューザ板であって、第２の複数のオリフィスを含み、前記第２の複数のオリフィスの各オリフィスは、前記第１の寸法の約２０％〜約３０％の第２のオリフィス直径を有する第２のディフューザ板とを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
圧縮機を含む前記高圧領域と；
前記圧縮機に結合されるガスタービンとを含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
ガスタービンエンジンを含むシステムにおいて、前記ガスタービンエンジンは、
抽気流を生成するように構成される圧縮機と；
前記圧縮機に結合されるガスタービンと；
排気流と前記抽気流とを受けるように構成される排気出口と；
前記圧縮機からの前記抽気流を前記排気出口へと導くように構成される抽気システムであって、
前記抽気流を漸進的に減圧するように構成される段階的抽気導管を含み、
前記段階的抽気導管は、
入口直径を有する、前記圧縮機に結合される入口と；
前記入口直径より大きい第１の直径を有すると共に前記抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される、前記入口に結合される第１段と；
前記第１の直径より大きい第２の直径を有すると共に前記抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される、前記第１段に結合される第２段と；
前記第２段に結合される出口であって、前記抽気流を前記排気出口へと導くように構成されると共に、前記入口と前記第１段と出口とは平行な軸に沿って配置される出口と；
前記抽気流を減圧するように構成される少なくとも１つのディフューザ板とを含む抽気システムとを備えるシステム。
【請求項１９】
前記圧縮機は圧縮空気流を生成するように構成され、前記抽気システムは、前記抽気流を前記圧縮空気流の約１０％未満に制御するように構成される弁を含む請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのディフューザ板は、前記第１段に結合される第１のディフューザ板と、前記第２段に結合される第２のディフューザ板と、前記出口に結合される第３のディフューザ板とを含む請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、一般にガスタービンエンジンに関し、特に、圧縮機抽気流を膨張させるシステム及び方法に関する。
【０００２】
本願は、その内容全体を参照により本明細書に援用する、２０１２年１２月２８日出願の「圧縮機抽気流を膨張させるシステム及び方法（SYSTEM AND METHOD FOR EXPANDING A COMPRESSOR BLEED FLOW）」という名称のポーランド国特許出願第Ｐ．４０２２８６号の本出願である。
【背景技術】
【０００３】
ガスタービンシステムは、一般に、圧縮機と燃焼器とタービンとを含む。燃焼器は、圧縮空気と燃料との混合物を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスはタービンへと導かれて、発電機の駆動といったような仕事を生み出す。圧縮機は空気取入口からの空気を圧縮した後、圧縮空気を燃焼器へと導く。しかし、圧縮空気の幾らかは常に燃焼器に導かれるわけではない。圧縮空気の幾らかは圧縮機からガスタービンシステムのその他の部分へと導かれることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９９８２５３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
圧縮空気をより低い圧力へと導くことは、ガスタービンシステム内において振動と騒音とを引き起こすことがある。
【０００６】
オリジナルクレームに記載の本発明の範囲に対応する一部の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載の本発明を制限することを意図するものではなく、寧ろこれらの実施形態が意図するのは本発明の可能な形態の概要を示すことのみである。実際に、本発明は、以下に記載の実施形態と同様である場合又は相違する場合がある様々な形態を包含する。
【０００７】
第１の実施形態において、本システムは、抽気流を高圧領域から低圧領域へと導くように構成される抽気システムを含む。この抽気システムは、弁と、抽気流を漸進的に減圧するように構成される段階的抽気導管とを含む。段階的抽気導管は、弁に結合される入口と、抽気を減圧させるように構成される、入口に結合される第１段と、抽気を減圧させるように構成される、第１段に結合される第２段と、第２段に結合される出口とを含む。入口及び出口は、平行軸に沿って配置される。
【０００８】
第２の実施形態において、本システムは、抽気流を高圧領域から低圧領域へと導くように構成される抽気システムを含む。この抽気システムは、抽気流を漸進的に減圧するように構成される段階的抽気導管を含む。段階的抽気導管は、可変導管寸法を有する。段階的抽気導管は、高圧領域に結合されるように構成される入口と、抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される、入口に結合される第１段と、抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される、第１段に結合される第２段と、第２段に結合される出口とを含む。入口は入口寸法を有し、第１段は入口寸法より大きい第１の寸法を有し、第２段は第１の寸法より大きい第２の寸法を有する。入口と第１段と第２段と出口とは平行軸に沿って配置される。
【０００９】
第３の実施形態において、本システムは、抽気流を生成するように構成される圧縮機と、圧縮機に結合されるガスタービンと、排気流と抽気流とを受けるように構成される排気出口と、圧縮機からの抽気流を排気出口へと導くように構成される抽気システムとを含むガスタービンエンジンを含む。抽気システムは、抽気流を漸進的に減圧するように構成される段階的抽気導管を含む。段階的抽気導管は、圧縮機に結合される入口と、入口に結合される第１段であって、抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される第１段と、第１段に結合される第２段であって、抽気流を膨張させることにより減圧するように構成される第２段と、第２段に結合される出口と、抽気流を減圧するように構成される少なくとも１つのディフューザ板とを含む。入口は入口直径を有し、第１段は入口直径より大きい第１の直径を有し、第２段は第１の直径より大きい第２の直径を有する。出口は、抽気流を排気出口へと導くように構成される。入口と第１段と第２段と出口とは平行軸に沿って配置される。
【００１０】
本発明の上記及びその他の特徴と態様と利点は、図面全体を通して同じ符号が同じ部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】抽気システムを有するガスタービンシステムの実施形態のブロック略図である。
【図２】図１のガスタービンシステムの抽気システムの実施形態の斜視図である。
【図３】図１のガスタービンシステムの抽気システムの実施形態の斜視図である。
【図４】図２の抽気システムのディフューザ板の実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の１つ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施方法の全ての特徴を本明細書に説明しない場合もある。こうしたいかなる実際の実施態様の開発においても、あらゆる技術又は設計プロジェクトの場合と同様に、システム関連及び事業関連の制約事項に準拠すること等の、実施態様毎に異なることもある、開発者の特定の目標を達成するために、その実施態様特有の数多くの決定を行わなければならないことを理解するべきである。更に、このような開発努力は複雑であり、かつ時間がかかることもあるが、それでもやはり、本開示を利用することができる当業者にとっては、設計、製作及び製造という定常作業であることを理解するべきである。
【００１３】
本発明の様々な実施形態の要素を示す場合、「１つの」、「ある」、「この」及び「前記の」という言葉は、その要素が１つ以上あることを意味することとする。「具備する」、「含む」、及び「有する」という用語は包含的であって、列挙された要素以外の付加的な要素が存在する場合もあることを意味する。
【００１４】
圧縮機、ポンプ、タービン及び様々なターボ機械等の様々なシステムは、流体をある位置から別の位置へと抜き出すために、抽気システムを用いることがある。抽気システムは、高圧領域からの抽気流を受けると共に、この抽気流を低圧領域へと導く。抽気システムの段階的抽気導管は、抽気流を徐々に減圧して、抽気弁の振動といったような抽気システムの振動及び／又は騒音を減らすように構成される。段階的抽気導管は少なくとも２つの段を有して、抽気流を徐々に（漸進的に）減圧する。段階的抽気導管の各段は、膨張部及び／又はディフューザ板を有する。段の個数は、少なくとも部分的に高圧領域と低圧領域との圧力差に基づいて判断される。圧力差が大きい場合には圧力差が小さい場合より多くの段が用いられることがある。各段は、自身の長さに沿って一定の寸法（例えば直径）を有するか、又は下流方向に拡大する。膨張部は段階的抽気導管の寸法を増大させて、少なくとも抽気流の静圧を低下させる。ディフューザ板は抽気流を部分的に妨害すると共に、抽気流にオリフィスを通過させる。ディフューザ板は、少なくとも抽気流の運動エネルギー又は動圧を低下させるように構成される。膨張部（例えば膨張率、大きさ、断面形状、長さ）及びディフューザ板（例えばオリフィスの大きさ、オリフィスの個数、オリフィスの形状、オリフィスの構成、ディフューザ板の大きさ）の特徴は、抽気システムの振動を左右する。膨張部及び／又はディフューザ板の様々な組合せを段階的抽気導管内において一緒に用いることができる。段階的抽気導管は、抽気システムの振動を低下させるために段階的抽気導管に沿って配置される膨張部及び／又はディフューザ板を有する段を備えて構成される。幾つかの実施形態では、段階的抽気導管は抽気システムの下流における振動も低下させる。
【００１５】
次に、図面を参照して最初に図１を参照すると、ガスタービンシステム１０の実施形態のブロック図が示されている。以下に詳細に説明するように、開示のガスタービンシステム１０（例えばガスタービンエンジン）は、１つ以上の燃料ノズル１２を用いて燃料１４と圧縮空気１６とを混合する。ガスタービンシステム１０は、ガスタービンシステム１０を駆動するために天然ガス及び／又は水素リッチ合成ガス等の液体又は気体燃料１４を用いてよい。図に示すように、１つ以上の燃料ノズル１２は燃料１４を取り入れ、且つ燃料１４を圧縮空気１６と混合すると共に、空気燃料混合物を最適な燃焼と排出量と燃料消費量と出力とに適する比で燃焼器１８内に送給する。空気燃料混合物は燃焼器１８内において燃焼され、高温の加圧排気ガス２０が創出される。燃焼器１８は排気ガス２０を、タービン２２を介して排気出口２４の方へと導く。排気ガス２０がタービン２２を通過する時に、排気ガス２０はタービン動翼に軸２６をガスタービンシステム１０の軸に沿って回転させる。図に示すように、軸２６は、負荷２８を含む、ガスタービンシステム１０の様々な構成要素に接続されてよい。負荷２８は、自動車の部品、又は、例えば航空機のプロペラ又は発電所の発電機等の定常負荷であってよい。負荷２８は、ガスタービンシステム１０の回転出力により付勢される何らかの適切な装置を含んでよい。軸２６は圧縮機３０にも接続される。圧縮機３０は、更に、軸２６に結合される翼を含む。軸２６が回転すると、圧縮機３０内の翼も回転し、空気取入口３４からの空気３２が圧縮機３０を通って圧縮されて燃料ノズル１２及び／又は燃焼器１８内に送られる。以下に詳細に説明するように、圧縮空気１６の幾らかは、様々な目的のために抽気流として抽気システム３６を介して抜き出される。抽気流は抽気システム３６を通って導かれて、圧縮機３０により生み出される過剰な圧力の緩和、サージ又は失速状態に対する燃焼器１８及びタービン２２の保護、排気ガス２０及び／又はタービン２２の冷却、排気出口２４を介した排気ガス２０の希釈又は連行等を行う。
【００１６】
図２に、抽気システム３６の実施形態を示す。図に示す抽気システム３６は、弁３８と段階的抽気導管４０とを含む。抽気システム３６は、抽気流４２を高圧領域４４（例えば圧縮機３０）から低圧領域４６（例えば排気出口２４）へと導くように構成される。弁３８は、高圧領域４４に流体結合されており、これによって抽気流４２が段階的抽気導管４０を通ることが可能になる。抽気流４２は主流４８の一部分（例えば約５、１０、１５、２０又は２５パーセント未満）である。例えば、主流４８は圧縮機３０からの圧縮空気１６であってよく、抽気流４２は主流４８の分流部分であってよい。弁３８は、開弁すると、抽気流４２を段階的抽気導管４０の入口５０から段階的抽気導管４０の出口５２へと通過させるように構成される。出口５２は、抽気流４２を低圧領域４６内へと導くように構成される。一部の実施形態において、排気出口２４等の低圧領域４６は、出口５２に対向する壁５４を含む。排気出口２４は、抽気流４２を排気ガスの希釈及び連行又はタービン動翼の冷却等の複数の用途に向けて導くように構成される。
【００１７】
弁３８に結合される制御装置５５は、段階的抽気導管４０を通る抽気流４２の質量流量を制御するように構成される。制御装置５５は、メモリと処理装置とを含む。メモリは、処理装置が弁３８を制御するために用いる符号又は命令を記憶するように構成される機械読取可能媒体であってよい。弁３８を開くことによって、より大量の抽気流４２が段階的抽気導管４０を通過することが可能になる。弁３８は、完全に閉弁されると、抽気流４２が段階的抽気導管４０を通過することを実質的に阻止する。弁３８を調節することにより抽気流４２が主流４８の一部分として調節されて、弁３８の開弁により抽気流４２が増加すると共に主流４８が減少し、弁３８の閉弁により抽気流４２が減少すると共に主流４８が増加するようになる。一部の実施形態において、抽気流４２は、主流４８の約０％〜１５％、１％〜１０％、又は４％〜８％の範囲内に調節されてよい。弁３８は、バタフライ弁、仕切弁、玉形弁又は逆止め弁を含むがこれらに限定されないいかなる種類の弁であってもよい。
【００１８】
高圧領域４４の主流４８から分流される抽気流４２は、低圧領域４６の環境より高い圧力を有する。高圧領域４４は第１の圧力にあり、低圧領域はより低い第２の圧力にある。抽気流４２は、略第１の圧力の入口５０から略第２の圧力の出口５２へと急速に流れる。抽気流の減圧に伴う急速な流れは、本明細書に記載のように別の方法で緩和されない限り、抽気システム３６内において振動と騒音とを発生させかねない。例えば、弁３８を用いて抽気流４２を絞ると、抽気流４２が摂動して、キャビテーション、背圧波又は減圧によるその他の効果によって振動と騒音とを誘発しかねない。現在考えられる実施形態の抽気システム３６は、複数の段階（例えば２、３、４、５、６、７、８、９、１０段階又は１０段階以上）を踏んで抽気流４２を減圧することによって振動と騒音とを低下させるように構成される。振動と騒音との低減は、抽気システム３６、高圧領域４４（例えば圧縮機３０）及び／又は低圧領域４６（例えば排気出口２４）の疲労の低減と寿命の延長とメンテナンスの軽減とをもたらす。抽気システム３６の各段は、抽気流４２を減圧して振動と騒音とを低下させるように構成される。一部の実施形態において、抽気システム３６は、制御装置５５により弁３８を通って導かれる抽気流４２の質量流量範囲を実質的に左右することなしに、減圧される抽気流４２による振動と騒音とを低下させるように構成される。一部の実施形態において、各段は、抽気流４２の膨張を、制御弁３８が振動及び騒音の低減のために開弁される方向に固有の摂動と実質的に合致させるように構成される。
【００１９】
流れを高い第１の圧力から低い第２の圧力に急速に減圧すると、圧力波の形成により振動と騒音とが引き起こされる。流れの減圧速度を遅くすること及び／又は流れを漸進的に減圧することにより、圧力波の大きさが小さくなることによって流れにより引き起こされる振動と騒音とを低下させることができる。例えば、短い管長さにわたって流れを第１の圧力から第２の圧力に減圧する場合には、より長い管長さにわたって同じ流れを第１の圧力から第２の圧力に減圧する場合より大きい圧力波が引き起こされる。抽気流４２による振動を低下させることにより、弁３８、抽気導管４０、出口５２及び／又はガスタービンシステム１０のその他の部分の摩耗を減少させることができる。振動を低下させることにより、弁３８及び抽気導管４０の寿命を延ばすことができる。管を通る流れ（例えば段階的抽気導管４０を通る抽気流４２）の圧力を左右する要因の一部には、摩擦、流れの長さ、呼び径（例えば管直径）及び流れを妨害する物（例えば弁、多孔板、曲がり角）が含まれる。段階を踏んで流れを漸進的に減圧することにより、圧力波の大きさを小さくして、管（例えば段階的抽気導管４０）及び結合される何らかの要素の振動と騒音とを低下させることができる。段は、圧力波を離間させて振動と騒音とを更に低下させるように構成される。一部の実施形態では、段間の圧力比（例えば第２段の圧力／第１段の圧力）は、空気の臨界圧力である約０．５２８より大きい。臨界圧力比を超える段間の圧力比を維持することにより、振動と騒音とを引き起こしかねない超音速流及び圧力波が生じる可能性を低下させることができる。
【００２０】
段階的抽気導管４０は、抽気流４２を減圧するために２つの段５６を含む。図２には２つの段５６と１つの入口とが示されているが、その他の実施形態には、約２〜１５個、約３〜１０個、又は約４〜８個、或いはこれらの範囲内のいかなる部分範囲の個数の段が含まれてもよい。幾つかの実施形態において、第１段５８は入口５０に結合され、第２段６０は第１段５８と出口５２との間に結合される。入口５０は入口長さ６２と入口寸法６４とを有し、第１段５８は第１の長さ６６と第１の寸法６８とを有し、第２段６０は第２の長さ７０と第２の寸法７２とを有する。段階的抽気導管４０は、入口５０から出口５２まで可変寸法７４（例えば直径）を有してよい。幾つかの実施形態において、段階的抽気導管４０は円形断面７６を有する。断面７６が円形である場合は、入口寸法６４、第１の寸法６８及び第２の寸法７２等の特性寸法は、それぞれ入口５０、第１段５８及び第２段６０の直径である。これに代わる方法として、断面７６は、楕円形、矩形、六角形又はその他の多角形の形状をなしてよく、各々の寸法は、断面７６の辺の長さその他の特性寸法であってよい。幾つかの実施形態では、断面７６は、段階的抽気導管４０の段５６間で相違してよい。例えば、入口５０は矩形断面７６を有してよく、第１段５８は円形断面７６を有してよく、第２段６０は楕円形断面７６を有してよい。
【００２１】
入口５０及び各段５６の長さと特性寸法とは、抽気流４６の圧力を徐々に低下させて抽気システム３６の振動と騒音とを減らすように構成される。幾つかの実施形態において、入口５０又は段５６の長さと特性寸法とは、抽気流４２が十分に発達した後に次の段５６又は出口５２へと流れるように構成される。十分に発達した流れは、断面５６を横切る方向に実質的に定常速度のプロフィールを有する。幾つかの実施形態では、入口５０又は段５６の長さと特性寸法とが特定の関係に構成される。例えば、第１の長さ６６は第１の寸法６８の約３．５〜４．５倍とされてよく、且つ／又は、第２の長さ７０は第２の寸法７２の約３．５〜４．５倍とされてよい。幾つかの実施形態において、入口長さ６２と入口寸法６４との比は約３．０６であり、第１の長さ６６と第１の寸法６８との比は約４．１２であり、第２の長さ７０と第２の寸法７２との比は約４．０２である。
【００２２】
段階的抽気導管４０は、膨張部７８（例えば先細導管）を介した膨張により各段５６において抽気流４２を減圧し、且つ／又は、ディフューザ板８０（例えば拡散穴又はオリフィス８２を有する板）を手段として運動エネルギーを減じるように構成されてよい。膨張部７８は、断面７６の面積を増大させると共に、抽気流４２の静圧を低下させるように構成される。ディフューザ板８０は、抽気流４２を妨げると共に、抽気流の運動エネルギーを減じることにより抽気流４２の動圧を低下させるように構成される。ディフューザ板８０を貫通するオリフィス８２は、抽気流４２がディフューザ板８０を通って流れることを可能にする。段階的抽気導管４０は複数の段５６を含み、各段５６は膨張部７８又は１つ以上のディフューザ板８０、或いはこれらを組み合わせたものを有する。段階的抽気導管４０の幾つかの実施形態は、膨張部７８とディフューザ板８０との両方を用いて、抽気流４２の圧力（例えば静圧及び動圧）を低下させて振動を減らすように構成される。膨張部７８及びディフューザ板８０を段階的抽気導管４０内に配置して、段階的抽気導管４０を通る抽気流４２の質量流量、圧力及び運動エネルギーに少なくとも部分的に基づく抽気システム３６の振動を低下させることができる。例えば、幾つかの実施形態は、図２に示すように、２つの段５６と１つの入口５０と２つの膨張部７８と３つのディフューザ板８０とを有する。その他の実施形態は、複数の段５６（例えば２、３、４、５つ又は５つ以上）と１つの入口５０と３つ以上のディフューザ板８０とを有してよい。現在考えられる実施形態のその他の構成には、２つを超える個数の段５６とその他の個数の膨張部７８及び／又はディフューザ板８０とが含まれる。
【００２３】
幾つかの実施形態において、各段５６は１つの膨張部７８を有してよい。例えば、段階的抽気導管４０は、入口５０と、第１の幅８６を持つ第１の膨張部８４を有する第１段５８と、第２の幅９０を持つ第２の膨張部８８を有する第２段６０と、出口５２とを含んでよい。膨張部７８は、段階的抽気導管４０の可変寸法７４（例えば直径）を出口５２に向かって下流方向に増大させる。各膨張部７８は、相対的に大きい特性寸法を有する段５６を入口５０に、又は相対的に小さい特性寸法を有するまた他の段５６に結合させる。各膨張部７８は、特性寸法（例えば第１の寸法５８から第２の寸法７２へ）の増加の尺度となる膨張率を有する。各膨張部７８の膨張率は、段階的抽気導管４０がどのように振動及び騒音を低下させるように構成されるかに基づく。例えば、第１の膨張部８４の第１の膨張率及び第２の膨張部８８の第２の膨張率は、約２５％とされてよい。幾つかの実施形態において、段階的抽気導管４０の１つの膨張部７８は、同じ段階的抽気導管４０のまた他の膨張部７８とは異なる膨張率を有する。膨張率は、約５〜５０％、１０〜４０％又は２０〜３０％、或いはこれらの何らかの部分範囲であってよい。幾つかの実施形態において、各膨張部の幅は、上流側の特性寸法の７５〜１００％の割合とされてよい。例えば、第１の幅８６を入口寸法６４の約９５％とし、第２の幅９０を第１の寸法６８の約８８％としてよい。
【００２４】
上述したように、膨張部７８は、抽気流４２を膨張させて静圧を低下させるように構成される。幾つかの実施形態において、段階的抽気導管４０の段５６は、いかなるディフューザ板８０も有さずに膨張部７８のみを含んでよい。図２に示すように、段階的抽気導管４０の可変寸法７４は、入口５０から出口５２までの各膨張部７８において増大する。段階的抽気導管４０の可変寸法７４は、入口５０と出口５２との間において３つの異なる値を有してよい。例えば、段階的抽気導管４０は、第１の寸法６８より小さい入口寸法６４を有し、第１の寸法６８は第２の寸法７２より小さい。入口５０と各段５６とは、抽気流４２が段階的抽気導管４０に沿って実質的に軸方向９２に流れることを可能にするように構成される。幾つかの実施形態において、入口５０は入口軸９４に沿って位置し、第１段５８は第１の軸９６に沿って位置し、第２段６０は第２の軸９８に沿って位置する。入口軸９４、第１の軸９６及び第２の軸９８は同じ軸又は平行な軸であってよい。幾つかの実施例では、入口５０と第１段５８と第２段６０とは同心をなす。図２に示すように、入口５０と第１段５８と第２段６０とは軸対称でなくてよい。本明細書に記載のように、入口軸、第１及び第２の軸９４、９６及び９８は、偏倚した平行な軸であり、軸９４、９６及び９８は平行をなし、抽気流４２が下流側の段によって再誘導される（例えば絞られる）ことはない。図２に示す入口５０と第１の段５８と第２の段６０とは偏倚した平行な軸９４、９６及び９８を有する。偏倚した平行な軸９４、９６、９８は、段階的抽気導管４０が軸方向に開口するように同じ半径方向に偏倚する。
【００２５】
幾つかの実施形態では、図２に示すように、段階的抽気導管４０は平行な軸９４、９６及び９８を有する線形である。これに代わる方法として、幾つかの実施形態は、入口５０及び出口５２に対して平行をなさない１つ以上の段５６を有してよい。図３に、第１段５８の第１の軸９６が入口軸９４又は第２の軸９８に対して垂直をなす段階的抽気導管４０の実施形態を示す。その他の実施形態は、軸方向９２から約１５°、３０°、４５°、６０°、７５°又は９０°を含む異なる角度９７をなす軸を有する非平行段（例えば第１段５８）を有してよい。エルボ９９が非平行段（例えば第１段５８）を入口又はその他の段５６に連結する。１つ以上のエルボ９９は、抽気流４２の運動エネルギーと圧力とを低下させるように構成される。理解されるように、非平行段の長さ（例えば第１の長さ６６）は、抽気流４２を安定させた後に次のエルボ９９又は段５６に流入させるように構成される。
【００２６】
図２に戻ると、幾つかの実施形態において、段階的抽気導管４０の段５６はディフューザ板８０のみを含んでよい。ディフューザ板８０は、段階的抽気導管４０を通る抽気流４２を調整するように構成される複数のオリフィス８２を有する。幾つかの実施形態において、ディフューザ板８０は、中央オリフィス１００の周りに配置される外側列のオリフィス８２を有してよい。各々のオリフィス８２はオリフィス寸法１０２（例えば直径）を有する。幾つかの実施形態において、各オリフィス８２は、同じオリフィス寸法１０２を持つ実質的に同じ大きさである。その他の実施形態において、オリフィス寸法１０２は、ディフューザ板８０における可変寸法７４と関係付けられる。ディフューザ板８０は、段５６の始まり部分、中間部分及び／又は終わり部分に配置されてよい。例えば、第１のディフューザ板１０４は第１段５８の始まり部分に配置されてよく、第２のディフューザ板１０６は第２段６０の始まり部分に配置されてよく、第３のディフューザ板１０８は出口５２に位置する第２段６０の終わり部分に配置されてよい。各ディフューザ板８０の複数のオリフィス８２は、抽気流４２の運動エネルギーを低下させると共に、段階的抽気導管４０及び／又は壁部５４の振動を減らすように構成される。例えば、ディフューザ板８０を可変寸法７４と弁３８からの距離とに基づいて段階的抽気導管４０に沿って配置して振動を低下させることができる。ディフューザ板８０の配置は、抽気流４２の運動エネルギーを段階的に低下させて抽気流４２を漸進的に減圧するように構成される。
【００２７】
段階的抽気導管４０の幾つかの実施形態は、膨張部７８とディフューザ板８０との両方を有する。段５６と膨張部７８とディフューザ板８０との個数は、下記の数学的関係に従って関係付けられる：
Ｎ＝Ｘ      （１）
Ｄ＝Ｎ＋１  （２）
ここで、Ｎは段５６の個数であり、Ｘは膨張部７８の個数であり、Ｄはディフューザ板８０の個数である。図２の段階的抽気導管４０は、これらの関係（１）及び（２）を呈する。これらの関係（１）及び（２）に基づいて膨張部７８及びディフューザ板８０を配置して、抽気流４２を漸進的に減圧すると共に、ガスタービンシステム１０の振動と騒音とを低下させることができる。上述したように、ディフューザ板８０は、段階的抽気導管４０の各段５６の始まり部分、中間部分及び／又は終わり部分に配置可能である。段階的抽気導管４０のその他の実施形態は、関係（１）及び（２）に定められる個数とは異なる個数の段５６、膨張部７８及びディフューザ板８０を有してよい。現在考えられる実施形態には、高圧領域４４と低圧領域４６との間における圧力差を大きくするためにより多数の段５６を有する段階的抽気導管４０が含まれる。
【００２８】
図４に、複数のオリフィス８２を有するディフューザ板８０の実施形態を示す。上述したように、ディフューザ板８０は円形の断面を有してよい。ディフューザ板８０の実施形態は、約２〜１００個、約５〜５０個又は約７〜２０個、或いはこれらの範囲内のいかなる部分範囲の個数のオリフィス８２を有してもよい。各々のオリフィス８２は、円形、矩形、スロット状、Ｘ形、Ｖ形、三角形、多角形又はその他の幾何学形状をなしてよい。オリフィス８２は、同心列、格子パターン又は断面７６に合致するパターン（例えば円形）等の様々な構成に配置されてよい。例えば、図４のディフューザ板８０は、略同心配置の第１列又は環状列１１０のオリフィス８２と第２列又は環状列１１２のオリフィス８２と第３列又は環状列１１４のオリフィス８２とを呈する。その他の実施形態は、より多数又は少数の列をなすオリフィス８２を有してよい。幾つかの実施形態において、ディフューザ板８０は、ディフューザ板８０の中心線１１６の周りにオリフィス８２を有する。ディフューザ板８０は、段階的抽気導管４０を通る抽気流４２を妨げ且つその運動エネルギー低下させるように構成される。ディフューザ板８０の幾つかの構成は、運動エネルギーをその他の構成より低下させ且つ抽気流４２を減圧する。このように、複数のオリフィス８２の構成は、ガスタービンシステム１０の段階的抽気導管４０及び／又はその他の部分の振動と騒音とを低下させるように構成される。例えば、第１の構成を有するディフューザ板８０が第１段５８に配置され、それとは異なる第２の構成を有するディフューザ板８０が第２段６０に配置される。
【００２９】
幾つかの実施形態において、複数のオリフィス８２の構成は、少なくとも部分的に、ディフューザ板８０における段階的抽気導管４０の可変寸法７４（例えば直径）に基づく。例えば、オリフィス寸法１０２は可変寸法７４の約２８％とされてよい。幾つかの実施形態において、オリフィス寸法１０２は、可変寸法７４の約１０〜４０％、約１５〜３０％又は約２０〜２５％、或いはこれらの範囲内の何らかの部分範囲とされてよい。
【００３０】
ディフューザ板８０を貫通して設けられるオリフィス８２の個数は、少なくとも部分的に、オリフィス８２により引き起こされる又は減じられる振動及び／又は騒音等の、抽気流４２に対するオリフィス８２の効果に基づく。幾つかの実施形態では、ディフューザ板８０は、多数の小さいオリフィス８２（例えば相対的に第２列１１２のような大きさとされる）のみを有する。その他の実施形態では、ディフューザ板８０は少数のより大きいオリフィス８２（例えば相対的に第１列１１０のような大きさとされる）のみを有する。オリフィスの個数及び大きさは、ディフューザ板１８を通過する抽気流４２の質量流量を左右する。板表面１１８は抽気流４２を妨げ、オリフィス８２が抽気流４２を通過させる。幾つかの実施形態において、オリフィス８２の全面積は、ディフューザ板８０が配置される断面積の約３５〜７５％、約４５〜６５％又は約５０〜６０％とされる。例えば、約１０ｃｍの可変寸法７４（例えば直径）を有する段階的抽気導管４０の点は、約７８．５４ｃｍ2の円形断面積を有する。その点に配置される、オリフィス寸法１０２（例えば直径）が可変寸法７４の約２８．５％（即ち２．８５ｃｍ）である７つの円形オリフィス８２を有するディフューザ板８０の場合、オリフィス８２の全面積は約４４．６６ｃｍ2、即ちその点における段階的抽気導管４０の円形断面積の約５７％となる。本例は、幾つかの実施形態における可変寸法７４とオリフィス８２の個数及び大きさとの関係を明確に示すことを意図している。段階的抽気導管４０及びディフューザ板８０が本例の大きさ及び構成に制限されることを意図するものではない。段階的抽気導管４０及びディフューザ板８０のその他の実施形態は、異なる可変寸法７４、異なるオリフィス寸法１０２及び異なる個数のオリフィス８２を有してよい。
【００３１】
幾つかの実施形態において、異なるディフューザ板８０のオリフィス８２のオリフィス寸法１０２は、それぞれの各ディフューザ板８０における可変寸法７４と同じ関係に基づく。例えば、図２の第１のディフューザ板９４は約１０ｃｍの可変寸法７４（例えば直径）と約２．５ｃｍ（即ち１０ｃｍの約２５％）のオリフィス寸法１０２（例えば直径）とを有してよい。第２のディフューザ板９６は、約１２．５ｃｍの可変寸法７４と約３．１３ｃｍ（即ち１２．５ｃｍの約２５％）のオリフィス寸法１０２とを有してよい。その他の実施形態では、異なるディフューザ板８０のオリフィス８２のオリフィス寸法１０２は、それぞれの各ディフューザ板８０における可変寸法７４とは無関係である。例えば、図２の第１のディフューザ板９４は、約１０ｃｍの可変寸法７４（例えば直径）と約２．５ｃｍ（即ち１０ｃｍの約２５％）のオリフィス寸法１０２（例えば直径）を有してよい。第２のディフューザ板９６は、約１２．５ｃｍの可変寸法７４と、第１のディフューザ板９４のオリフィス寸法１０２と同じである約２．５ｃｍのオリフィス寸法１０２とを有してよい。幾つかの実施形態では、第２のディフューザ板９６は第１のディフューザ板９４と同じ個数又はそれより多数のオリフィス８２を有してよい。
【００３２】
幾つかの実施形態において、各ディフューザ板のオリフィス８２は、ディフューザ板８０上における配置に基づいて、異なるオリフィス寸法１０２を有してよい。例えば、図４に示すように、第１列１１０は第２列１１２及び第３列１１４より大きくてよい。各列のオリフィス８２の個数は列間で異なってよい。図４に示すように、第１列１１０及び第２列１１２は８個のオリフィス８２を有し、第３列１１４は３個のオリフィスを有する。オリフィス寸法１０２とオリフィス８２の個数とオリフィス８２の構成とは、上記のオリフィス構成の何らかの組合せを用いて、ディフューザ板８０を通る抽気流４２に影響を及ぼして振動及び／又は騒音を低下させるように構成される。
【００３３】
本発明の技術的効果には、段階的抽気導管が、弁及び／又は抽気システムの下流の排気出口を含む抽気システムの振動及び／又は騒音を低下させるように構成されることが含まれる。振動を減らすことにより、抽気システム、弁及び／又はガスタービンシステムの保全費を節減することができる。振動の減少により、更にまた、ガスタービンの寿命を延ばすことができる。段階的抽気導管は、抽気流の圧力と運動エネルギーとを徐々に（例えば漸進的に）低下させるように構成される。段階的抽気導管は、更にまた、圧力波を引き起こしかねない超音波流が生じる可能性を低下させる。段階的抽気導管の幾つかの実施形態は、約１．７２ＭＰａ（２５０ｐｓｉａ）〜２．４１ＭＰａ（３５０ｐｓｉａ）という高い圧力から外部環境の圧力程度の実質的により低い圧力までの抽気流を受けるように構成される。実施形態の様々な構成の膨張部及びディフューザ板は、その実施形態の抽気流の質量流量と圧力と速度とに基づく。段階的抽気導管の長さに沿って圧力を徐々に低下させることにより、抽気導管の寸法（例えば直径）を出口のみで増大させる場合及び／又は出口にディフューザ板のみを配置する場合より出口の有効面積を増大させることができる。段階的抽気導管は、圧縮機、又は低圧領域に高加圧流を排出するまた他のシステムからの抽気流に使用可能である。
【００３４】
本明細書は、最良の形態を含めて、例を用いて本発明を開示するとともに、いずれかの装置、機構、又はシステムの作製及び使用と本明細書に組み込まれたいずれかの方法の実行を含めて、あらゆる当業者が本発明を実施することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定められるとともに、当業者が想到するその他の例を含む。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2014139433000001.pdf