(57)【要約】【課題】１つまたは複数のガイドベーンを含むインデューサ組立体を提供する。【解決手段】一実施形態によると、ガスタービンエンジンと共に使用されるためのインデューサ組立体が開示される。このインデューサ組立体はキャビティを有することができる。このインデューサ組立体はまた、キャビティに流体連通されるインデューサを有することができる。さらに、このインデューサ組立体は、キャビティ内に配置される少なくとも１つのガイドベーンを有することができる。【選択図】図１
2014092156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティと、
前記キャビティに流体連通されるインデューサと、
前記キャビティ内に配置される少なくとも１つのガイドベーンと
を備える、ガスタービンエンジンと共に使用されるためのインデューサ組立体。
【請求項２】
前記少なくとも１つのガイドベーンが前記インデューサに隣接して前記キャビティ内に配置される、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項３】
前記少なくとも１つのガイドベーンが前記インデューサの上流側において前記キャビティ内に配置される、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項４】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内において前記キャビティ内に配置される、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項５】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ流体流れおよび前記インデューサ流体流れが合流するところの前記領域内の圧力損失を低減するように構成される、請求項４記載のインデューサ組立体。
【請求項６】
前記少なくとも１つのガイドベーンが複数のガイドベーンを含む、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項７】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ内を延在する複数の弓形状の突出部を備える、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項８】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ内を延在する三角形状の突出部を備える、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項９】
前記インデューサが、前記キャビティ内に入る圧縮機排気の流れの接線速度およびその方向を制御するように構成される、請求項１記載のインデューサ組立体。
【請求項１０】
ガスタービン組立体内のキャビティ内にキャビティ流体流れを流すステップと、
前記キャビティに流体連通されるインデューサ内にインデューサ流体流れを流すステップと、
前記キャビティ流体流れおよび前記インデューサ流体流れが合流するところの領域内に少なくとも１つのガイドベーンを配置するステップであって、前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ流体流れおよび前記インデューサ流体流れが合流するところの前記領域内での圧力損失を低減するように構成される、ステップと
を含む、ガスタービンエンジンと共に使用するための方法。
【請求項１１】
混合された前記キャビティ流体流れおよび前記インデューサ流体流れを用いて少なくとも１つのタービンバケットを冷却するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
圧縮機組立体と、
前記圧縮機組立体に連通される燃焼器組立体と、
前記圧縮機組立体および前記燃焼器組立体に連通されるタービン組立体と、
前記タービン組立体内に配置されるキャビティと、
前記キャビティおよび前記圧縮機組立体に流体連通されるインデューサと、
前記キャビティ内に配置される少なくとも１つのガイドベーンと
を備えるガスタービンシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのガイドベーンが前記インデューサに隣接して前記キャビティ内に配置される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのガイドベーンが前記インデューサの上流側において前記キャビティ内に配置される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内において前記キャビティ内に配置される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ流体流れおよび前記インデューサ流体流れが合流するところの前記領域内の圧力損失を低減するように構成される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのガイドベーンが複数のガイドベーンを含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ内を延在する複数の弓形状の突出部を備える、請求項１２記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのガイドベーンが、前記キャビティ内を延在する三角形状の突出部を備える、請求項１２記載のシステム。
【請求項２０】
前記インデューサが、前記キャビティ内に入る圧縮機排気の流れの接線速度およびその方向を制御するように構成される、請求項１２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、１つまたは複数のガイドベーンを含むインデューサ組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは発電などの分野で広く利用されている。従来のガスタービンエンジンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを有することができる。圧縮機が燃焼器に圧縮空気を供給することができ、そこで、圧縮空気が燃料と混合されて燃焼されて高温ガスを発生させることができる。この高温ガスがタービンに供給され得、そこで、高温ガスからエネルギーが抽出されて仕事が生成され得る。ガスタービンエンジンが運転される間、高温流れを受ける構成要素およびエリアは、ガスタービンエンジンが温度が上昇した流れを用いて運転するのを可能にするために冷却されてよい。冷却されてよいエリアの例にはタービンバケットが含まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
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、ガスタービンエンジンと共に使用されるためのインデューサ組立体が開示される。このインデューサ組立体はキャビティを有することができる。このインデューサ組立体はまた、キャビティに流体連通されるインデューサを有することができる。さらに、このインデューサ組立体は、キャビティ内に配置される少なくとも１つのガイドベーンを有することができる。
【０００４】
別の一実施形態によると、ガスタービンエンジンと共に使用するための方法が開示される。この方法は、ガスタービン組立体内のキャビティ内にキャビティ流体流れを流すことを含むことができる。この方法はまた、キャビティに流体連通されるインデューサ内にインデューサ流体流れを流すことを含むことができる。さらに、この方法は、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内に少なくとも１つのガイドベーンを配置することを含むことができる。この少なくとも１つのガイドベーンは、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内での圧力損失を低減するように構成され得る。
【０００５】
さらに、別の一実施形態では、ガスタービンエンジンシステムが開示される。このシステムは、圧縮機組立体と、圧縮機組立体に連通される燃焼器組立体と、圧縮機組立体および燃焼器組立体に連通されるタービン組立体とを有することができる。このシステムはまた、タービン組立体内に配置されるキャビティを有することができる。加えて、このシステムは、キャビティおよび圧縮機組立体に流体連通されるインデューサを有することができる。さらに、このシステムは、キャビティ内に配置される少なくとも１つのガイドベーンを有することができる。
【０００６】
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白となる。
【０００７】
必ずしも正確な縮尺で描かれていない添付図面をここで参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態による、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを備え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インデューサ組立体の一部分を示す側面図である。
【図３】本開示の一実施形態によるインデューサ組立体の一部分を示す斜視図である。
【図４】本開示の一実施形態によるインデューサ組立体の一部分を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、以下で、添付図面を参照しながら例示の実施形態をより完全に説明する。添付図面では、すべての実施形態が示されるわけではなく、一部の実施形態が示される。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に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は同様の要素を示す。
【００１０】
例示の実施形態は、とりわけ、各々が１つまたは複数のガイドベーンを有する１つまたは複数のインデューサ組立体を含むガスタービンエンジンシステムを対象とする。例えば、一実施形態では、１つのインデューサ組立体が、キャビティと、キャビティに流体連通されるインデューサと、キャビティ内に配置される少なくとも１つのガイドベーンとを有することができる。一部の例では、ガイドベーンはインデューサに隣接してキャビティ内に配置されてよい。別の例では、ガイドベーンはインデューサの上流側においてキャビティ内に配置されてよい。さらに別の例では、ガイドベーンは、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内においてキャビティ内に配置されてよい。これらの例では、ガイドベーンは、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内の圧力損失を低減するように構成され得る。
【００１１】
特定の実施形態では、ガイドベーンは多数のガイドベーンを有することができる。例えば、ガイドベーンは、キャビティ内を延在する多数の弓形状の突出部を有することができる。別の実施例では、ガイドベーンはキャビティ内を延在する三角形状の突出部を有することができる。しかし、任意の数のガイドベーンが使用されてよいこと、ならびに、ガイドベーンが、キャビティ流体流れおよびインデューサ流体流れが合流するところの領域内の圧力損失を低減するような任意の形状および／または構成を有してよいことを認識されたい。
【００１２】
まず、本明細書で使用され得るガスタービンエンジン１０の例示の一実施形態の概略図を描く図１を参照する。例えば、ガスタービンエンジン１０は圧縮機１５を有することができる。圧縮機１５が入ってくる空気流れ２０を圧縮することができる。圧縮機１５が圧縮された空気流れ２０を燃焼器２５に送出することができる。燃焼器２５が、圧縮された空気流れ２０を加圧された燃料流れ３０に混合させてその混合物を点火して燃焼ガス流れ３５を生成することができる。単一の燃焼器２５のみが示されるが、ガスタービンエンジン１０は任意の数の燃焼器２５を有することができる。次いで、燃焼ガス流れ３５がタービン４０に送出され得る。燃焼ガス流れ３５がタービン４０を駆動させることができ、それにより機械仕事が生成される。タービン４０により生成される機械仕事が、シャフト４５を介して燃焼器１５を駆動させることができさらには発電機などの外部負荷５０を駆動させることができる。
【００１３】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、種々のタイプの合成ガス、および／または、別のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、限定しないが、７シリーズまたは９シリーズの重荷重ガスタービンエンジンなどを含めた、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋによって提供される多数の異なるガスタービンエンジンのうちの任意の１つであってよい。ガスタービンエンジン１０は多様な構成を有することができ、また、別のタイプの構成要素を使用することもできる。さらに、本明細書では別のタイプのガスタービンエンジンも使用され得る。本明細書では、複数のガスタービンエンジン、別のタイプのタービン、および、別のタイプの発電装置も共に使用され得る。
【００１４】
図２を参照すると、ガスタービンエンジン１０の例示の実施形態の部分図が描かれている。一実施形態では、ガスタービンエンジン１０が圧縮機排出ケーシング１０２を有することができる。圧縮機排出ケーシング１０２は、その中に圧縮機排気１０６の流れを有することができる。例えば、圧縮機排気１０６は圧縮機１５からの圧縮空気の迂回する流れであってよい。別の空気源および／または流体が使用されてもよい。
【００１５】
一部の例では、インデューサ１０４が圧縮機排出ケーシング１０２に流体連通され得る。例えば、インデューサ１０４は、圧縮機排気１０６の少なくとも一部をインデューサ１０４内へと迂回させるように構成され得る。圧縮機排出ケーシング１０２の反対側では、インデューサ１０４は、渦流キャビティなどのキャビティ１０８に流体連通され得る。すなわち、圧縮機排出ケーシング１０２およびキャビティ１０８はインデューサ１０４を介して互いに流体連通され得る。キャビティ１０８はその中に空気流れ１１０または別の流体流れを有することができる。こうすることにより、インデューサ１０４から出る圧縮機排気１０６がキャビティ１０８内の空気流れ１１０に混合され得る。一部の例では、混合された空気流れ１０６および１１０は、例えば、ステージ１のタービンバケットなどの１つまたは複数のタービンバケットあるいは他の場所に連通される冷却回路まで誘導され得る。
【００１６】
特定の例示の実施形態では、インデューサ１０４は、圧縮機排気１０６の少なくとも一部分をキャビティ１０８に向かう接線方向に加速させてその方向に誘導するように構成され得る。例えば、冷却空気（圧縮機１５からの迂回する圧縮機排気１０６など）がインデューサ１０４まで運ばれ得る。次いで、インデューサ１０４が圧縮機排気１０６の一部をキャビティ１０８に向かわせるように／キャビティ１０８内に入れるように接線方向に加速させてその方向に誘導する。こうすることにより、インデューサ１０４の構成がキャビティ１０８内の空気流れ１１０を渦流を形成するように運動させることができる。一部の例では、インデューサ１０４は、空気流れ１０６の接線速度およびその方向を制御する、円周方向に配置されるダクトのアレイを備えることができる。
【００１７】
先に述べたように、例示の一実施形態では、インデューサ１０４はキャビティ１０８内に渦流を生成することができ、この渦流はその中の空気流れ１１０の相対温度を低下させる。例えば、圧縮機排気１０６の流れがインデューサ１０４から出てキャビティ１０８内に入ることができ、そこで、圧縮機排気１０６のこの流れは例えばステージ１のタービンバケットに繋がる回路まで誘導される。
【００１８】
キャビティ１０８に入るインデューサ１０４の出口流れの角度αが大きいことが望ましいことに留意されたい。というのは、角度αが大きい場合、キャビティ１０８内で生成される渦流の量が最大となるからである。しかし、インデューサ１０４の流れ角度αが過度に大きい場合、キャビティ１０８とインデューサ１０４のトレーリングエッジ１１４との間の接合部のところに薄い材料区間１１２が形成される可能性がある。一部の例では、薄い材料区間１１２が、その性質を原因として、大きい熱応力または疲労により故障する可能性がある。このような薄い材料区間１１２が形成されるのを回避するために、通常は小さい流れ角度αが使用される。しかし、小さい流れ角度αはインデューサ１０４の性能を犠牲にする可能性がある。例えば、小さい流れ角度αは、インデューサの空気流れ１０６およびキャビティ１０８の渦流キャビティ空気流れ１１０を不意に衝突させる可能性があり、それにより混合圧力の損失が増大する可能性がある。
【００１９】
図３に描かれるように、一部の例では、１つまたは複数のガイドベーン１１６がインデューサ１０４に隣接してキャビティ１０８内に配置され得る。ガイドベーン１１６は、インデューサ１０４の出口領域から離れるように渦流キャビティ空気流れ１１０の一部を迂回させるように構成され得る。こうすることにより、ガイドベーン１１６は、インデューサ空気流れ１０６およびキャビティ空気流れ１１０の合流をより緩やかにしてそれにより圧力損失を低減することができる。一実施例では、ガイドベーン１１６はインデューサ１０４の上流側においてキャビティ１０８内に配置され得る。別の実施例では、ガイドベーン１１６は、キャビティ空気流れ１１０およびインデューサ空気流れ１０６が合流するところの領域１２２内においてキャビティ１０８内に配置されてよい。すなわち、ガイドベーン１１６は、キャビティ空気流れ１１０およびインデューサ空気流れ１０６が合流するところの領域１２２内の圧力損失を低減するように構成され得る。
【００２０】
特定の実施形態では、図３に描かれるように、ガイドベーン１１６が、キャビティ１０８内を延在する多数の弓形状の突出部１１８を有することができる。例えば、弓形状の突出部１１８は、互いに離間されかつインデューサ１０４の上流側端部（例えば、トレーリングエッジ１１４）に隣接するように配置される１つまたは複数の細長いフィンを有することができる。別の例示の一実施形態では、図４に描かれるように、ガイドベーン１１６は、キャビティ１０８内を延在する三角形状の突出部１２０を有することができる。任意の数のガイドベーンが使用されてよい。また、ガイドベーンは任意の形状および／または構成を有することができる。
【００２１】
本明細書で説明される特定の例示の実施形態はインデューサ１０４の効率を向上させることができる。効率が向上すると、より多くのキャビティ渦流を移動させることができるようになり、それにより、インデューサ１０４を跨いての所与の圧力低下における相対温度を低くすることができる。さらに、温度が低下することにより、バケット流れの要求条件が緩和され、および／または、バケットの寿命が延びる。例えば、インデューサ空気流れ１０６と渦流キャビティ空気流れ１１０との間の圧力低下が軽減されると、タービンバケットを冷却するために１つまたは複数のタービンバケットまで誘導され得る渦流キャビティ空気流れ１１０により行われる冷却がより効率的に促進され得る。
【００２２】
構造的特徴および／または方法の行為（ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｃａｌ  ａｃｔ）に特有の文言を用いて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または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、特定の特徴および行為は、実施形態を実施するための例示の形態として開示されるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気流れ
２５  燃焼器
３０  燃料流れ
３５  燃焼ガス流れ
４０  タービン
４５  シャフト
５０  外部負荷
１０２  圧縮機排出ケーシング
１０４  インデューサ
１０６  圧縮機排気
１０８  キャビティ
１１０  空気流れ
１１２  薄い材料区間
１１４  トレーリングエッジ
１１６  ガイドベーン
１１８  弓形状の突出部
１２０  三角形状の突出部
１２２  領域
【図１】
2014092156.tif 000003
【図２】
2014092156.tif 000004
【図３】
2014092156.tif 000005
【図４】
2014092156.tif 000006