(57)【要約】【課題】パージ用空気の流れおよび冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティまたはステータキャビティに提供する。【解決手段】一実施形態によると、タービン組立体が開示される。タービン組立体が、ロータ組立体と、ロータ組立体に隣接して配置されるステータ組立体と、ロータ組立体とステータ組立体との間に形成されるホイールスペースキャビティとを有することができる。少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスがステータ組立体に付随してよい。固定されるパージ用空気オリフィスがパージ用空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。さらに、少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスがステータ組立体に付随してよい。少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスが冷却空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。【選択図】図１
2014173596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン組立体であって、
ロータ組立体と、
前記ロータ組立体に隣接して配置されるステータ組立体と、
前記ロータ組立体と前記ステータ組立体との間に形成されるホイールスペースキャビティと、
前記ステータ組立体に付随する少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスと、
前記ステータ組立体に付随する少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスと
を備え、
前記少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスがパージ用空気の流れを前記ホイールスペースキャビティに提供するように構成され、前記少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスが冷却空気の調整可能な流れを前記ホイールスペースキャビティに提供するように構成される、
タービン組立体。
【請求項２】
前記少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスに付随する流れ制御デバイスをさらに備え、前記流れ制御デバイスが、前記少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスのサイズを変化させることにより前記ホイールスペースキャビティへの冷却空気の流れを変化させるように構成される、請求項１記載の組立体。
【請求項３】
前記ステータ組立体が、
ステータ壁と、
前記ステータ壁によって画定されるステータキャビティであって、前記ステータキャビティが圧縮機抽出空気の流れに連通される、ステータキャビティと
を備える、請求項２記載の組立体。
【請求項４】
前記少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスが前記ステータ壁内に配置される、請求項３記載の組立体。
【請求項５】
前記少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスが前記ステータ壁内に配置される、請求項３記載の組立体。
【請求項６】
前記流れ制御デバイスが前記ステータキャビティ内に配置される、請求項３記載の組立体。
【請求項７】
前記圧縮機抽出空気の流れが前記パージ用空気の流れおよび前記冷却空気の流れの少なくとも一部を形成する、請求項３記載の組立体。
【請求項８】
前記ホイールスペースキャビティに付随しかつ前記少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスに連通される温度センサをさらに備える、請求項１記載の組立体。
【請求項９】
前記ロータ組立体と前記ステータ組立体との間に配置されるステージ間シールをさらに備える、請求項１記載の組立体。
【請求項１０】
タービン組立体であって、
ロータ組立体と、
前記ロータ組立体に隣接して配置されるステータ組立体と、
前記ロータ組立体と前記ステータ組立体との間に形成されるホイールスペースキャビティと、
前記ステータ組立体に付随する少なくとも１つのパージ用空気回路と、
前記ステータ組立体に付随する少なくとも１つの冷却空気回路と
を備え、
前記少なくとも１つのパージ用空気回路がパージ用空気の流れを前記ホイールスペースキャビティに提供するように構成され、前記少なくとも１つの冷却空気回路が冷却空気の調整可能な流れを前記ホイールスペースキャビティに提供するように構成される、
タービン組立体。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの冷却空気回路に付随する流れ制御デバイスをさらに備え、前記流れ制御デバイスが、前記ホイールスペースキャビティへの冷却空気の流れを変化させるように構成される、請求項１０記載の組立体。
【請求項１２】
前記流れ制御デバイスが前記少なくとも１つの冷却空気回路に連通されるバルブを備える、請求項１１記載の組立体。
【請求項１３】
前記ステータ組立体が
ステータ壁と
前記ステータ壁によって画定されるステータキャビティであって、前記ステータキャビティが圧縮機抽出空気の流れに連通される、ステータキャビティと
を備える、請求項１０記載の組立体。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのパージ用空気回路が前記ステータ壁内に配置されるオリフィスを備える、請求項１３記載の組立体。
【請求項１５】
前記オリフィスが固定される、請求項１４記載の組立体。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの冷却空気回路が前記ステータ壁内に配置される調整可能オリフィスを備える、請求項１３記載の組立体。
【請求項１７】
前記ホイールスペースキャビティに付随しかつ前記少なくとも１つの冷却空気回路に連通される温度センサをさらに備える、請求項１０記載の組立体。
【請求項１８】
前記ロータ組立体と前記ステータ組立体との間に配置されるステージ間シールをさらに備える、請求項１０記載の組立体。
【請求項１９】
ガスタービン組立体内のキャビティにパージ用空気の流れおよび冷却空気の流れを提供するための方法であって、
少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスを経由して前記パージ用空気の流れを前記キャビティに提供するステップと、
少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスを経由する前記キャビティへの冷却空気の流れを変化させるステップであって、前記キャビティがホイールスペースキャビティまたはステータキャビティを備える、ステップと
を備える方法。
【請求項２０】
流れ制御デバイスを用いて前記少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスのサイズを変化させるステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ステータキャビティからタービン組立体のホイールステータキャビティまで冷却空気の調整可能な流れを提供するためのシステムであって、前記システムが、
前記ステータキャビティから前記ホイールスペースキャビティまで前記冷却空気の調整可能な流れを提供するように構成される少なくとも１つの冷却空気通路と、
前記少なくとも１つの冷却空気通路に付随する流れ制御デバイスであって、前記流れ制御デバイスが、
前記少なくとも１つの冷却空気通路内の前記冷却空気の調整可能な流れを制御するように構成されるバルブ、および、
前記ホイールスペースキャビティ内に少なくとも部分的に配置されかつ前記バルブに機械的に連通される温度依存アクチュエータであって、前記温度依存アクチュエータが前記バルブを開閉するように構成される、温度依存アクチュエータ
を備える、流れ制御デバイスと
を備えるシステム。
【請求項２２】
前記温度依存アクチュエータが、
前記ホイールスペースキャビティ内に少なくとも部分的に配置されるアクチュエータハウジングと、
前記アクチュエータハウジング内に配置される温度依存要素であって、前記温度依存要素が、前記バルブを開閉させるために前記ホイールスペースキャビティの温度に反応して膨張または収縮するように構成される、温度依存要素と
を備える、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記バルブが、
前記少なくとも１つの冷却空気通路に流体連通されるバルブボディと、
前記少なくとも１つの冷却空気通路により前記ホイールスペースキャビティに提供される前記冷却空気の調整可能な流れを調整するために前記温度依存アクチュエータに反応して開閉するように構成されるバルブディスクと
を備える、請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの冷却空気通路が、前記温度依存アクチュエータの上流側に前記冷却空気の調整可能な流れを送出するために前記温度依存アクチュエータの上流に配置される、請求項２１記載のシステム。
【請求項２５】
前記ホイールスペースキャビティに連通される少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスをさらに備え、前記少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスが一定流れのパージ用空気を前記ホイールスペースキャビティに提供するように構成される、請求項２１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は概してガスタービンエンジンに関し、より詳細には、パージ用空気の流れおよび冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティおよび／またはステータキャビティに提供するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは工業オペレーションおよび商用オペレーションで広く使用されている。典型的なガスタービンエンジンは前方に圧縮機を有し、中間あたりに１つまたは複数の燃焼器を有し、後方にタービンを有する。圧縮機が動作流体（例えば、空気）に運動エネルギーを与え、それにより高エネルギー状態の圧縮動作流体が生成される。圧縮動作流体が圧縮機を出て燃焼器まで流れ、燃焼器内で、圧縮動作流体が燃料と混合されて点火され、それにより高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスがタービンまで流れ、そこで膨張して仕事を生成する。結果として、タービンは燃焼ガスによる非常に高い温度に露出されることになる。その結果、通常、種々のタービン構成要素（シュラウド組立体、ロータ組立体、および、ホイールスペースキャビティなど）は、冷却されることおよび／またはパージ用空気を供給されることが必要となる。したがって、タービン冷却システムおよび方法を改善することが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４４５４２４号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の要求および／または問題の一部またはすべてが本開示の特定の実施形態によって対処され得る。一実施形態によると、タービン組立体が開示される。タービン組立体が、ロータ組立体と、ロータ組立体に隣接して配置されるステータ組立体と、ロータ組立体とステータ組立体との間に形成されるホイールスペースキャビティとを有することができる。少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスがステータ組立体に付随してよい。固定されるパージ用空気オリフィスが、パージ用空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。さらに、少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスがステータ組立体に付随してよい。少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスが、冷却空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。
【０００５】
別の実施形態によると、タービン組立体が開示される。タービン組立体が、ロータ組立体と、ロータ組立体に隣接して配置されるスタータ組立体と、ロータ組立体とステータ組立体との間に形成されるホイールスペースキャビティとを有することができる。少なくとも１つのパージ用空気回路がステータ組立体に付随してよい。パージ用空気回路がパージ用空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。さらに、少なくとも１つの冷却空気回路がステータ組立体に付随してよい。冷却空気回路が冷却空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。
【０００６】
別の実施形態によると、ガスタービン組立体内のキャビティにパージ用空気の流れおよび冷却空気の流れを提供するための方法が開示される。本方法が、少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスを経由してパージ用空気の流れをキャビティに提供することを含むことができる。さらに、本方法が、少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスを経由するキャビティへの冷却空気の流れを変化させることを含むことができる。一部の例では、キャビティがホイールスペースキャビティおよび／またはステータキャビティを含むことができる。
【０００７】
別の実施形態によると、ステータキャビティからタービン組立体のホイールスペースキャビティまで冷却空気の調整可能な流れを提供するためのシステムが開示される。本システムが、ステータキャビティからホイールスペースキャビティまで冷却空気の調整可能な流れを提供するように構成される少なくとも１つの冷却空気通路を有することができる。本システムがまた、少なくとも１つの冷却空気通路に付随する流れ制御デバイスを有することができる。流れ制御デバイスが、少なくとも１つの冷却空気通路内で冷却空気の調整可能な流れを制御するように構成されるバルブを有することができる。さらに、流れ制御デバイスが、少なくとも部分的にホイールスペースキャビティ内に配置されかつバルブに機械的に連通（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）される温度依存アクチュエータ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ａｃｔｕａｔｏｒ）を有することができる。温度依存アクチュエータがバルブを開閉するように構成され得る。
【０００８】
以下の詳細な説明、添付図面および添付の特許請求の範囲から当業者には本発明の別の実施形態、態様および特徴が明らかとなる。
【０００９】
必ずしも正確な縮尺ではない添付図面を次に参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態によるガスタービンエンジンを示す例示の概略図である。
【図２】本開示の一実施形態による、パージ用空気の流れおよび冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティに提供するためのシステムを示す例示の概略断面図である。
【図３】本開示の一実施形態による、パージ用空気の流れおよび冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティに提供するためのシステムを示す例示の概略断面図である。
【図４】本開示の一実施形態による、冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティに提供するためのシステムを示す例示の概略断面図である。
【図５】本開示の一実施形態による、冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティに提供するためのシステムを示す例示の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、以下で、すべてではないが一部の実施形態を示す添付図面を参照しながら説明的実施形態をより完全に説明する。本開示は多くの異なる形態で具体化され得、本明細書に記載される実施形態のみ限定されるものとして解釈されるべきではない。全体を通して同様の参照符号が同様の要素を示す。
【００１２】
説明的実施形態は、とりわけ、パージ用空気の流れおよび冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティおよび／またはステータキャビティに提供するためのシステムおよび方法を対象とする。すなわち、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、圧縮機から抽出されてホイールスペースキャビティおよび／またはステータキャビティに提供される冷却空気流れを調整するための手段を提供する。冷却空気流れは、調整可能冷却空気オリフィスおよび／または調整可能冷却空気回路を経由して調整され得る。
【００１３】
特定の実施形態では、タービン組立体が、ロータ組立体と、ロータ組立体に隣接して配置されるステータ組立体と、ロータ組立体とステータ組立体との間に形成されるホイールスペースキャビティとを有することができる。少なくとも１つの固定されるパージ用空気オリフィスおよび少なくとも１つの調整可能冷却空気オリフィスがステータ組立体に付随してよい。固定されるパージ用空気オリフィスがパージ用空気の流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得、調整可能冷却空気オリフィスが冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティに提供するように構成され得る。このようにして、パージ用空気の流れがホイールスペースキャビティをパージすることができ、冷却空気の調整可能な流れがロータ組立体を冷却することができる。
【００１４】
一部の例では、流れ制御デバイスが調整可能冷却空気オフィリスに付随してよい。例えば、流れ制御デバイスが、調整可能冷却空気オリフィスのサイズを変化させることによりホイールスペースキャビティへの冷却空気の流れを変化させるように構成され得る。別の例では、流れ制御デバイスは、調整可能冷却空気オフィリスに付随するバルブまたはホイールスペースキャビティに連通される冷却空気回路を有することができる。
【００１５】
特定の実施形態では、ステータ組立体が、ステータ壁によって画定されるステータキャビティを有することができる。一部の例では、固定されるパージ用空気オリフィスおよび調整可能冷却空気オリフィスがステータ壁内に配置され得る。別の例では、ステータキャビティが圧縮機抽出空気の流れに連通され得る。この場合、圧縮機抽出空気の流れが、パージ用空気の流れおよび冷却空気の流れの一部を少なくとも部分的に形成することができる。すなわち、圧縮機抽出空気の流れがステータキャビティに入ることができ、そこで、圧縮機抽出空気の流れの一部がステータ壁内の固定されるパージ用空気オリフィスを通過してホイールスペースキャビティ内に入ることができ、圧縮機抽出空気の流れの一部がステータ壁内の調整可能冷却空気オリフィスを通過してホイールスペースキャビティに入ることができる。パージ用空気の流れがホイールキャビティをパージすることができ、冷却空気の流れがロータ組立体を冷却することができる。
【００１６】
一部の例では、流れ制御デバイスがステータキャビティ内に配置され得る。別の例では、流れ制御デバイスがガスタービンエンジンの外部に配置され得る。特定の実施形態では、温度センサおよび／またはアクチュエータが流量デバイスまたはバルブに連通され得、かつ、ホイールスペースキャビティおよび／またはステータ組立体に付随してよい。例えば、温度センサおよび／またはアクチュエータは流量デバイスまたはバルブに連通され得、かつ、ステータ壁に設置され得かつホイールスペースキャビティ内に少なくとも部分的に突出してよい。温度センサおよび／またはアクチュエータは流量デバイスまたはバルブを操作するように構成され得る。別の実施形態では、ステージ間シールがロータ組立体とステータ組立体との間に配置され得る。
【００１７】
特定の実施形態では、タービン組立体が、スタータ組立体に付随する、少なくとも１つのパージ用空気回路および少なくとも１つの冷却空気回路を有することができる。一部の例では、流れ制御デバイスが冷却空気回路に付随してよい。すなわち、流れ制御デバイスが、ホイールスペースキャビティへの冷却空気の流れを変化させるように構成され得る。例えば、流れ制御デバイスは、冷却空気回路に連通されるバルブを有することができる。この場合、冷却空気回路が、圧縮機抽出空気の流れをホイールスペースキャビティに接続されるチューブまたはパイプを通るように誘導する流れ回路を有することができる。バルブが、温度センサなどの１つまたは複数の監視機器によって測定されるホイールスペース温度および／またはロータ組立体温度に反応してホイールスペースキャビティへの冷却流れを調整することができる。
【００１８】
特定の実施形態では、本明細書で説明されるシステムおよび方法が、冷却流れおよびパージ流れをステータキャビティに提供するように構成され得る。すなわち、一部の例では、一定量のパージ用空気流れが１つのステータキャビティから別のステータキャビティまで提供され得、また、追加の量の調整される冷却流れがステータキャビティ間で提供され得る。
【００１９】
次に図面を参照すると、図１が、本明細書で使用され得るガスタービンエンジン１００の例示の概略図を描いている。ガスタービンエンジン１００は圧縮機１０２を有するガスタービンを含むことができる。圧縮機１０２が入ってくる空気１０４の流れを圧縮することができる。圧縮機１０２が圧縮された空気１０４の流れを燃焼器１０６に送出することができる。燃焼器１０６が圧縮された空気１０４の流れを加圧された燃料１０８の流れに混合してその混合物を点火することができ、それにより燃焼ガス１１０の流れを生成することができる。単一の燃焼器１０６のみが示されるが、ガスタービンエンジンは任意の数の燃焼器１０６を有することができる。燃焼ガス１１０の流れがタービン１１２に送出され得る。燃焼ガス１１０の流れがタービン１１２を駆動させることができ、それにより機械仕事を生成することができる。タービン１１２内で生成された機械仕事がシャフト１１４を介して圧縮機１０２を駆動させることができ、また、発電機などの外部負荷１１６を駆動させることができる。
【００２０】
ガスタービンエンジンは、天然ガス、種々の種類の合成ガス、および／または、別の種類の燃料を使用することができる。ガスタービンは、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋによって提供される多種多様なガスタービンエンジンのうちの任意の１つであってよく、これには、限定しないが、７シリーズまたは９シリーズのヘビーデューティガスタービンエンジンなどが含まれる。ガスタービンエンジンは多様な構成を有することができ、別の種類の構成要素も使用することができる。ガスタービンエンジンは、エアロデリバティブガスタービン（ａｅｒｏｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  ｇａｓ  ｔｕｒｂｉｎｅ）、産業ガスタービン、または、往復動エンジンであってよい。また、本明細書では別の種類のガスタービンエンジンも使用されてよい。また、本明細書では、一体に、マルチプルガスタービンエンジン、別の種類のタービン、および、別の種類の発電設備も使用されてよい。
【００２１】
特定の実施形態では、図２に概略的に描かれるように、図１のタービン１１２がロータ組立体１１８およびステータ組立体１２０を有することができる。ステータ組立体１２０がロータ組立体１１８に隣接して配置され得る。ホイールスペースキャビティ１２２がロータ組立体１１８とステータ組立体１２０との間に形成され得る。一部の例では、ステージ間シール１２１がロータ組立体１１８とステータ組立体１２０との間に配置され得る。
【００２２】
ステータ組立体１２０がステータ壁１２４を有することができる。このステータ壁１２４がその中にステータキャビティ１２６を画定することができる。ステータキャビティ１２６が圧縮機抽出空気１２８の流れに連通され得る。すなわち、圧縮機抽出空気１２８の流れが少なくとも部分的にステータキャビティ１２６を充填することができる。
【００２３】
一部の例では、固定されるパージ用空気オリフィス１３０および調整可能冷却空気オリフィス１３２がステータ壁１２４内に配置され得る。固定されるパージ用空気オリフィス１３０がパージ用空気１３４の流れをホイールスペースキャビティ１２２に提供するように構成され得、調整可能冷却空気オリフィス１３２が冷却空気１３６の調整可能な流れをホイールスペースキャビティ１２２に提供するように構成され得る。例えば、圧縮機抽出空気１２８の流れがステータキャビティ１２６に入ることができ、そこで、圧縮機抽出空気１２８の流れの第１の部分１３４が固定されるパージ用空気オリフィス１３０を通過することができ、第２の部分１３６が調整可能冷却空気オリフィス１３２を通過することができる。パージ用空気１３４の流れがホイールスペースキャビティ１２２をパージすることができ、冷却空気１３６の調整可能な流れがロータ組立体１１８を冷却することができる。
【００２４】
一部の例では、流れ制御デバイス１３８がステータキャビティ１２６内に配置され得る。また、流れ制御デバイス１３８は調整可能冷却空気オリフィス１３２に付随してよい。例えば、流れ制御デバイス１３８は、ホイールスペースキャビティ１２２への冷却空気１３６の流れを変化させるように構成され得る。一実施例では、流れ制御デバイス１３８が、調整可能冷却空気オリフィス１３２のサイズを変化させることによりホイールスペースキャビティ１２２への冷却空気１３６の流れを変化させることができる。別の例では、流れ制御デバイス１３８は、ホイールスペースキャビティ１２２への冷却空気１３６の流量れを変化させるための、調整可能冷却空気オリフィス１３２に付随するバルブタイプの機構またはアクチュエータを有することができる。例えば、特定の実施形態では、温度センサ１４０がホイールスペースキャビティ１２２および／またはステータ組立体１２０に付随してよい。温度センサ１４０は流れ制御デバイス１３８または別個の構成要素の一部であってよい。一部の例では、温度センサ１４０および／またはアクチュエータが流れ制御デバイス１３８に連通され得、また、ステータ壁１２４に設置され得かつホイールスペースキャビティ１２２内に少なくとも部分的に突出してよい。ホイールスペースキャビティ１２２、ステータ組立体１２０、および／または、ロータ組立体１１８の温度に応じて（温度センサ１４０によって決定される）、流れ制御デバイス１３８が、温度依存アクチュエータなどを経由して調整可能冷却空気オリフィス１３２を介してホイールスペースキャビティ１２２に入る冷却空気１３６の流れを増加または減少させることができる。しかし、特定の実施形態では、ホイールスペースキャビティ１２２の温度に関係なく、固定されるパージ用空気オリフィス１３０が計量される一定流れのパージ用空気１３４をホイールスペースキャビティ１２２に提供することができる。
【００２５】
図３が、パージ用空気３２２の流れおよび冷却空気３２４の調整可能な流れをホイールスペースキャビティ３０６に提供するためのシステム３００を概略的に描いている。例えば、システム３００が、ロータ組立体３０４に隣接して配置されるステータ組立体３０２を有することができる。ホイールスペースキャビティ３０６がロータ組立体３０４とステータ組立体３０２との間に形成され得る。一部の例では、ステージ間シール３０７がロータ組立体３０４とステータ組立体３０２との間に配置され得る。
【００２６】
ステータ組立体３０２が少なくとも１つのパージ用空気回路３０８および少なくとも１つの冷却空気回路３１０を有することができる。パージ用空気回路３０８および冷却空気回路３１０の両方が、ホイールスペースキャビティ３０６と、圧縮機抽出空気３１２の流れとに連通され得る。一部の例では、流れ制御デバイス３１４が冷却空気回路３１０に付随してよい。すなわち、流れ制御デバイス３１４が、ホイールスペースキャビティ３０６への冷却空気の流れを変化させるように構成され得る。例えば、流れ制御デバイス３１４は、冷却空気回路３１０に連通されるバルブ３１６を有することができる。この場合、冷却空気回路３１０が、圧縮機抽出空気３１２の流れをチューブまたはパイプを通してホイールスペースキャビティ３０６まで誘導する流れ回路を有することができる。バルブ３１６が、バルブ３１６に連通される温度センサ３２０などの１つまたは複数の監視機器によって測定されるホイールスペース温度、ステータ組立体温度および／またはロータ組立体温度に反応してホイールスペースキャビティ３０６への冷却流れを調整することができる。一部の例では、温度センサ３２０および／またはアクチュエータがバルブ３１６に連通され得、かつ、ステータ壁に設置され得かつホイールスペースキャビティ３０６内に少なくとも部分的に突出してよい。一部の例では、バルブ３１６がガスタービンエンジンの外部に配置され得る。
【００２７】
上述したように、パージングオリフィス（例えば、孔）および／または回路は固定され、ホイールスペースキャビティのパージ要求に適合させるのに必要となるパージ流れを提供するようなサイズを有する。調整可能冷却空気オリフィスおよび／または冷却空気回路によって提供されるロータ冷却空気流れが調整され得、したがって、周囲条件に対して最適化され得る。例えば、低温の周囲条件の場合、ホイールスペースキャビティの温度を維持するのに必要な冷却空気流れが減少することから、このような事例では、流れデバイスが冷却空気流れを制限または停止することができる。周囲条件が高温である場合、設計限界下でホイールスペースキャビティ温度を維持するためにより多くの冷却空気流れが必要となる可能性があり、このような条件下では、流れデバイスが冷却空気流れを増加させることができる。したがって、ロータ冷却空気を制御するのに使用される流れデバイスはホイールスペースキャビティの温度に直接に反応することができ、ロータ温度を設計限界の範囲内で維持するために必要に応じて冷却空気の流れを調整することができる。可変の流れ領域を有することにより、すなわち、冷却回路の有効流れ領域を変化させる能力を有することにより、逆流マージンを最適化して改善するという追加の利点が得られる。
【００２８】
任意の数の固定されるおよび／または可変の孔および／または回路が本明細書では使用され得る。固定されるおよび／または可変の孔および／または回路は任意のサイズ、形状および／または構成を有することができる。また、可変の流れ孔および／または回路は必ずしも同時に作動する必要があるわけではない。すなわち、一部は開いて一部は閉じてよい。さらに、可変の流れ孔および／または回路は、限定しないが、温度、パワー出力、周囲条件、コストなど、の任意のパラメータに反応して調整され得る。
【００２９】
図４および５は、冷却空気の調整可能な流れをホイールスペースキャビティ４０６に提供するためのシステム４００の例示の断面図を概略的に描いている。例えば、システム４００が、ロータ組立体４０４に隣接して配置されるステータ組立体４０２を有することができる。ステータ組立体４０２が、ステータキャビティ４０７を画定するステータ壁４０５を有することができる。ホイールスペースキャビティ４０６がロータ組立体４０４とステータ組立体４０２との間に形成され得る。一部の例では、ステージ間シール４０８がロータ組立体４０４とステータ組立体４０２との間に配置され得る。
【００３０】
特定の実施形態では、システム４００は、ホイールスペースキャビティ４０６への冷却空気４１２の調整可能な流れを増加または減少させることにより、ホイールスペースキャビティ４０６内の温度を感知、制御および／または調整するように構成され得る。例えば、システム４００は、ステータキャビティ４０７からホイールスペースキャビティ４０６まで冷却空気４１２の調整可能な流れを提供するように構成される少なくとも１つの冷却空気通路４１０を有することができる。冷却空気通路４１０は、ステータキャビティ４０７とホイールスペースキャビティ４０６との間に任意の開口部または通路を有することができる。冷却空気通路４１０によりホイールスペースキャビティ４０６に提供される冷却空気４１２の調整可能な流れが、流れ制御デバイス４１４によって制御され得る。この場合、流れ制御デバイス４１４は、冷却空気通路４１０によりホイールスペースキャビティ４０６に提供される冷却空気４１２の調整可能な流れを調整するために、冷却空気通路４１０に付随してよいが、必ずしも冷却空気通路４１０内に配置されなくてもよい。一部の例では、流れ制御デバイス４１４の複数の部分がステータ壁４０５に設置され得る。
【００３１】
冷却空気通路４１０によってホイールスペースキャビティ４０６に提供される冷却空気４１２の調整可能な流れを制御することを目的として、流れ制御デバイス４１４が、開閉するように構成されるバルブ４１８を有することができ、それにより、冷却空気通路４１０によってホイールスペースキャビティ４０６に提供される冷却空気４１２の調整可能な流れを増加または減少させることができる。例えば、図４に描かれるように、バルブ４１８が閉位置にあると、冷却空気４１２の調整可能な流れがホイールスペースキャビティ４０６に入ることが防止および／または制限される。逆に、図５に描かれるように、バルブ４１８が開位置にあると、冷却空気４１２の調整可能な流れがホイールスペースキャビティ４０６に入ることが可能となる。
【００３２】
特定の実施形態では、温度依存アクチュエータ４２０がバルブ４１８に機械的に連通され得る。温度依存アクチュエータ４２０はバルブ４１８を開閉するように構成され得る。例えば、温度依存アクチュエータ４２０は、ホイールスペースキャビティ４０６に対して少なくとも部分的に露出されるように少なくとも部分的にホイールスペースキャビティ４０６内に配置されてよい。この場合、温度依存アクチュエータ４２０は、ホイールスペースキャビティ４０６内の温度を感知しておよび／またはその温度に反応することができる。温度依存アクチュエータ４２０は、反応後、バルブ４１８を開けるかまたは閉めてホイールスペースキャビティ４０６内の温度を調節することができる。
【００３３】
特定の実施形態では、温度依存アクチュエータ４２０はアクチュエータハウジング４２２を有することができる。一部の例では、アクチュエータハウジング４２２は、少なくとも部分的にホイールスペースキャビティ４０６内および／または少なくとも部分的にステータキャビティ４０７内に配置され得る。すなわち、アクチュエータハウジング４２２はホイールスペースキャビティ４０６に対して少なくとも部分的に露出され得る。また、温度依存要素４２４がアクチュエータハウジング４２２内に配置されてよい。温度依存要素４２４は、ホイールスペースキャビティ４０６の温度に反応して膨張または収縮するように構成され得る。例えば、温度依存要素４２４は、膨張すると、バルブ４１８に取り付けられるロッド４２６（または、別の機械的連結部）を押圧してバルブ４１８を開くことができ、それにより冷却空気４１２の調整可能な流れが冷却空気通路４１０を経由してホイールスペースキャビティ４０６に入ることが可能となる。逆に、温度依存要素４２４は、収縮すると、バルブ４１８に取り付けられるロッド４２６（または、別の機械的連結部）を引いてバルブ４１８を閉じることができ、それにより、冷却空気４１２の調整可能な流れが冷却空気通路４１０を経由してホイールスペースキャビティ４０６に入るのを防止または制限することができる。
【００３４】
一部の例では、バルブ４１８はバルブボディ４２８およびバルブディスク４３０を有することができる。例えば、バルブボディ４２８がスタータキャビティ４０７に対する開口部４３２を有することができ、バルブディスク４３０が開口部４３２を開閉するように構成され得る。すなわち、バルブディスク４３０は、温度依存アクチュエータ４２０が膨張または収縮することに反応して開くかまたは閉じるように構成され得る。この場合、開口部４３２周りでのバルブディスク４３０の位置が、冷却空気通路４１０によりホイールスペースキャビティ４０６に提供される冷却空気４１２の調整可能な流れを決定することができる。
【００３５】
特定の実施形態では、冷却空気通路４１０が温度依存アクチュエータ４２０の上流に配置されてよく、それにより、温度依存アクチュエータ４２０の上流側に冷却空気４１２の調整可能な流れを送出することが可能となる。すなわち、ホイールスペース４０６内の流体流れ４３６が径方向外側に位置することができる。特定の実施形態では、流れ制御デバイス４２０は冷却空気通路４１０に直接に設置されなくてよい。
【００３６】
構造的特徴および／または方法論的行為に特有の文言で実施形態を説明してきたが、本開示が説明される特定の特徴および行為のみに必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、これらの特定の特徴および行為は実施形態を実施するための説明的形態として開示されるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  圧縮機
１０４  空気
１０６  燃焼器
１０８  燃料
１１０  燃料ガス
１１２  タービン
１１４  シャフト
１１６  外部負荷
１１８  ロータ組立体
１２０  ステータ組立体
１２１  ステージ間シール
１２２  ホイールスペースキャビティ
１２４  ステータ壁
１２６  ステータキャビティ
１２８  圧縮機抽出空気
１３０  パージ用空気オリフィス
１３２  調整可能空気オリフィス
１３４  パージ用空気
１３６  冷却空気
１３８  流れ制御デバイス
１４０  温度センサ
３００  システム
３０２  ステータ組立体
３０４  ロータ組立体
３０６  ホイールスペースキャビティ
３０７  ステージ間シール
３０８  パージ用空気回路
３１０  冷却空気回路
３１２  圧縮機抽出空気
３１４  流れ制御デバイス
３１６  バルブ
３２０  温度センサ
３２２  パージ用空気
３２４  冷却空気
４００  システム
４０２  ステータ組立体
４０４  ロータ組立体
４０５  ステータ壁
４０６  ホイールスペースキャビティ
４０７  ステータキャビティ
４０８  ステージ間シール
４１０  冷却空気通路
４１２  冷却空気
４１４  流れ制御デバイス
４１８  バルブ
４２０  温度依存アクチュエータ
４２２  アクチュエータハウジング
４２４  温度依存要素
４２６  ロッド
４２８  バルブボディ
４３０  バルブディスク
４３２  開口部
４３６  流体流れ
【図１】
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【図２】
2014173596.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014173596.tif 000006
【図５】
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