(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン筐体（１８）と、
前記ガスタービン筐体（１８）の中に配置され、排気流（５０）を出力するように構成されたガスタービンエンジン（２０）と、
前記ガスタービン筐体（１８）に結合された通気システム（４８）と
を備えるシステムであって、前記通気システム（４８）が、
吸気ポート（２２）を介して前記ガスタービン筐体（１８）に第１の空気流（１１２）を供給するように構成された少なくとも１つのファン（３２、５４、５６）と、
前記ガスタービン筐体（１８）の外側で前記吸気ポート（２２）の上流に位置していて、前記少なくとも１つのファン（３２、５４、５６）を迂回することで、第２の空気流（１１４）を前記吸気ポート（２２）を介して前記ガスタービン筐体（１８）に供給するように構成されたファンバイパス（１２）であって、弁（１１８）に結合された作動装置（１１６）を備えるファンバイパス（１２）と、
前記排気流（５０）を使用して、前記第１の空気流（１１２）又は第２の空気流（１１４）が前記ガスタービン筐体（１８）を通り抜けそこから出るようにこれを引き寄せるように構成された排気駆動式のエダクタ（３４）と
を備えており、前記ガスタービン筐体（１８）が出口ポート（２４）を備えており、前記通気システム（４８）の作動中に、前記第１の空気流（１１２）、第２の空気流（１１４）及び排気流（５０）が前記出口ポート（２４）を介して前記ガスタービン筐体（１８）を出る、システム。
【請求項２】
前記作動装置（１１６）が電気駆動装置（１３４）である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記作動装置（１１６）が流体駆動装置（１４４）である、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記作動装置（１１６）が、前記弁（１１８）を開放位置又は閉鎖位置に向けて付勢するように構成された付勢要素（２０６）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記弁（１１８）が、１以上のドア（１５４、１７２、１７４）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記弁（１１８）が、複数の回転可能なスラット（１９０）を備えたルーバ組立体（１８８）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記ファンバイパス（１２）が、一定の閾値を超える空気流の圧力に応答して自動的に開放するように構成されたチェック弁（２０４）を備える、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのファン（３２、５４、５６）が、前記第１の空気流（１１２）を前記ガスタービン筐体（１８）に供給することで、前記ガスタービン筐体（１８）を少なくとも前記ガスタービンエンジン（２０）の起動手順に先だってパージするように構成される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
前記排気駆動式のエダクタ（３４）が、前記ファンバイパス（１２）からの前記第２の空気流（１１４）が前記ガスタービン筐体（１８）を通り抜けそこから出るようにこれを引き寄せ、その一方で前記少なくとも１つのファン（３２、５４、５６）が、前記ガスタービンエンジン（２０）の作動中に非作動状態にされるように構成される、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムが、前記ガスタービン筐体（１８）と前記ガスタービンエンジン（２０）と前記通気システム（４８）とを有する可動式装置である、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１１】
前記排気駆動式のエダクタ（３４）が、前記ガスタービン筐体（１８）内に配置される、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ガスタービン筐体を通気するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電機を使用して電力網のための電気を生成することが多い。ガスタービン発電機は典型的には、例えば石炭ガス化複合（ＩＧＣＣ）発電所などの発電所に配置される固定式の装置である。しかしながら、大型トレーラなどの可動装置においてガスタービン発電機が使用される場合もある。ガスタービン発電機は典型的には、筐体の中に封じ込められたガスタービンを含んでいる。ガスタービンエンジンの周りに熱が蓄積するのを避けるために、ガスタービン発電機は、ガスタービンエンジンから熱を運び去るための通気システムを含んでいる。残念ながら通気システムの設計によって、ガスタービン発電機の利用が特定の周辺温度範囲内の環境に限定されてしまい、ガスタービン発電機の作動コストが上がる場合がある。さらに通気システムは、かなりの量の電力を消費するため、ガスタービン発電機の効率が低下する可能性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６１５５７６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
元々主張されている発明による範囲に見合った特定の実施形態を以下に概説する。これらの実施形態は、主張される発明の範囲を限定することを意図するのではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供しているだけである。当然のことながら本発明は、以下に記載される実施形態と同様の、あるいはそれとは異なる様々な形態を包含することができる。
【０００５】
最初の実施形態によると、システムは、ガスタービン筐体と、ガスタービン筐体の中に配置されたガスタービンエンジンとを含んでおり、ガスタービンエンジンは、排気流を出力するように構成されている。システムはまた、ガスタービン筐体に結合された通気システムを含んでいる。通気システムは、第１の空気流をガスタービン筐体に供給するように構成された少なくとも１つのファンと、該少なくとも１つのファンを迂回することで、第２の空気流をガスタービン筐体に供給するように構成されたファンバイパスと、排気流を利用して、第１および／または第２の空気流がガスタービン筐体を通り抜けそこから出るように引き寄せるように構成された排気駆動式のエダクタとを含んでいる。
【０００６】
第２の実施形態によると、システムは、タービン通気システムを含んでいる。タービン通気システムは、第１の空気流をガスタービン筐体に供給するように構成された少なくとも１つのファンと、該少なくとも１つのファンを迂回することで、第２の空気流をガスタービン筐体に供給するように構成されたファンバイパスと、第１または第２の空気流がガスタービン筐体を通り抜けそこから出るように引き寄せるように構成されたエダクタとを含んでいる。
【０００７】
第３の実施形態によると、システムは、ガスタービン制御装置を含んでいる。ガスタービン制御装置は、少なくとも１つのファンを作動させることで、ガスタービンエンジンの周りに配置されたガスタービン筐体をパージするように構成されたタービンパージロジックを含んでいる。ガスタービン制御装置はまた、排気駆動式のエダクタを利用して、ファンバイパスを作動させて少なくとも１つのファンを迂回することでガスタービン筐体を通気するように構成されたタービン通気ロジックを含んでいる。
【０００８】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な記載を読むことでよりよく理解されるであろう。またこの図面では図面全体を通して、同様の文字は同様の部品を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】通気システム用のバイパスを有するガスタービン発電機の一実施形態の概略側面図である。
【図２】ガスタービンシステム用の通気システムの一実施形態の概略ブロック図である。
【図３】ガスタービンシステム用の通気システムの一実施形態の詳細な概略図である。
【図４】バイパスと複数のファンが直列になっている通気システムの一実施形態の概略図である。
【図５】バイパスと複数のファンが並列になっている通気システムの別の実施形態の概略図である。
【図６】１つのドアを有するバイパスの一実施形態の概略図である。
【図７】複数のドアを有するバイパスの一実施形態の概略図である。
【図８】複数のルーバを有するバイパスの一実施形態の概略図である。
【図９】圧力応答式のドアを備えたチェック弁組立体を有するバイパスの一実施形態の概略図である。
【図１０】ガスタービン筐体をパージおよび通気する方法の一実施形態の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を以下に記載する。これらの実施形態を簡潔に記載する目的の中で、実際の実装形態の全ての特徴が本明細書には記載されない場合がある。いずれかのこのような実際の実装形態を開発する際、何らかの工学技術または設計プロジェクトなどでの開発のように、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守などの開発者の特定の目的を達成するために、非常に多くの実装形態固有の決定を行なう必要があり、これは実装形態によって異なる場合があることを理解されたい。さらにこのような開発に関する労力は恐らく複雑で時間がかかるものであるが、それでもなおこの開示の利益を有する当業者にとっては、それは設計、製作および製造の日常的な業務であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「前記」は、この要素が１つまたは複数あることを表すことを意図している。用語「備える」、「含む」および「有する」は、包括的であり、記載される要素の他に追加の要素があることを表すことを意図している。
【００１２】
開示される実施形態は、ガスタービンエンジンを取り囲む筐体を通気するためのシステムに向けられている。筐体の中のガスタービンエンジンの周囲に熱が蓄積するのを避けるために、ガスタービンシステムが通気用の空気取入れシステムを含むことで、ガスタービン筐体から熱および排気生成物をパージし通気することができる。開示される実施形態では、通気用の空気取入れシステムは、ガスタービン筐体のパージと通気の両方を行なうエダクタと協働して機能することにより、ファンを必要とせずに筐体内を通るように空気流を吸い込んだり引き寄せたりする。本開示の実施形態は、ガスタービン筐体に結合した通気システムを含むシステムを提供する。通気システムは、空気流を生成することでガスタービン筐体をパージする（ガスタービンエンジンの起動時に）ように作用する１つまたは複数のファンを含んでいる。これに加えて通気システムは、この１つまたは複数のファンを迂回することで通気のためにガスタービン筐体に追加の空気流を供給する（例えばガスタービン筐体をパージした後）バイパスを含んでいる。さらに通気システムは、ガスタービンエンジンによって生成された排気流を使用して、ファンおよび／またはバイパスによって供給される空気流がガスタービン筐体を通り抜けてそこから出るように吸い込むまたは引き寄せるエダクタを含んでいる。いくつかの実施形態では、バイパスが、弁を開閉する作動装置を含む場合がある。他の実施形態では、通気システムが、バイパスと、１つまたは複数のファンの両方を制御するロジックを含んだ制御装置を含むこともある。これらのシステムは、通気システムの効率を上げ、ガスタービン筐体をパージする際に利用されるファンのサイズを小さくすることで最初の単価を下げ、ガスタービン筐体をパージした後にファンを使用しなくなることで作動コストを下げ、より高い周辺温度環境においてもガスタービンシステムを利用することができるように設計されている。
【００１３】
図１は、通気用の空気取入れシステム１４用のバイパス１２を有するガスタービン発電機１０（例えばガスタービンシステム）の一実施形態の概略側面図である。バイパス１２は、様々な実施形態において、固定式と可動式の両方のガスタービン発電装置を含めたいずれのガスタービンにも適用することができる。示されるようにガスタービン発電機１０は、可動式のガスタービン発電装置を含んでいる。発電装置１０は、トレーラ１６と、トレーラ１６上でガスタービンエンジン２０を収容するガスタービン筐体１８と、トレーラ１６上のガスタービンエンジン２０によって駆動する発電機１９を含んでいる。ガスタービン筐体１８は、第１の吸気ポート２１（例えば第１の空気取入れポートまたはタービン空気取入れ口）と、第２の吸気ポート２２（例えば第２の空気取入れポートまたは筐体の通気取入れ口）と、空気の出口ポート２４（例えばエダクタの通気ポート）を画定している。第１の吸気ポート２１は、ガスタービンエンジン２０から上流にある燃焼用の空気取入れシステム２６に結合される。燃焼用の吸気システム２６は、１つまたは複数のフィルタ２８を含むことで、ガスタービンエンジン２０に供給された空気を濾過する。第１の吸気ポート２１は、ガスタービンエンジン２０に空気を誘導する。例えば、第１の吸気ポート２１は、空気をガスタービンエンジン２０の圧縮機に向けることができる。例えば、ガスタービンエンジン２０は、ポート２１からの空気を圧縮し、この空気を燃料と混ぜ合わせ、空気と燃料の混合物を燃焼させて１つまたは複数のタービンを駆動することができる。第２の吸気ポート２２は、通気用の空気取入れシステム１４に結合される。通気用の空気取入れシステム１４は、１つまたは複数のフィルタ３０を含むことで、ガスタービン２０の筐体１８に供給される空気を濾過する。通気用の空気取入れシステム１４は、１つまたは複数のファン３２および／またはバイパス１２（例えばファンバイパス）を介して筐体１８に空気を供給する。第２の吸気ポート２２は、ガスタービン２０を取り囲んでいる筐体１８内に空気を誘導することで、タービン２０および／または筐体１８内のその周辺空間を外から冷却する。筐体１８はエダクタ３４を含むことで、ガスタービン２０によって生成された排気流を利用して、通気用の空気取入れシステム１４からの空気流が筐体１８の中を通り抜け、出口ポート２４においてそこから出るようにこの空気流を引き寄せたり吸い込んだりする。出口ポート２４が排気筒３６に結合されることで、ガスタービン２０からの排ガスおよび筐体１８からの空気を排出する。ガスタービン２０は、筐体１８の中を通って延在し発電機１９に結合する駆動シャフト３８を含んでいる。
【００１４】
固定式および可動式のガスタービン発電装置１０は一般に、特定の温度範囲、例えば特定の周辺温度範囲内に維持されることで、装置１０を過熱しすぎないように保護している。固定式のガスタービン発電装置１０は発電所内に配置されてよく、その一方で可動式のガスタービン発電装置１０は、自然災害、電力の使用制限、停電または他の電源異常を受ける場所に配置される場合もある。その設置場所に関係なく、ガスタービンエンジン２０の周辺に熱が蓄積するのを避けるために、ガスタービン発電機１０が通気システムを含むことで、ガスタービンエンジン２０を取り囲む筐体１８から熱を運び出す。残念ながら特定の通気システムは、ガスタービン発電機１０の利用を特定の周辺温度範囲内の環境に制限する、および／またはガスタービン発電機１０の作動コストを上げる可能性がある。以下に考察するように、通気システム１４の開示される実施形態はバイパス１２を含むことにより、ガスタービン筐体１８に追加の空気が流れるのを可能にすることで、筐体１８を通気し、ガスタービンエンジン２０を冷却する。バイパス１２は、弁またはダンパ（例えば、一枚のプレート、１つまたは複数のドアまたはルーバ）に結合された作動装置（例えば駆動または付勢要素）を含むことで、バイパス１２を通る空気流を調節することができる。エダクタ３４は、空気流が（バイパス１２および／またはファン３２を介して）筐体１８内を通り抜けそこから外に出てタービン排気流になるように空気流を引き寄せるまたは吸い込む。具体的にはエダクタ３４によって、ファン３２を使用するあるいは使用しない通気用の空気が流れることが可能になるが、それはエダクタ３４が、通過する排気流によって形成されるマイナスの圧力または吸い込み力によって通気用の空気流を動かすためである。その結果、ガスタービンエンジン２０が排気流を生成するように作動している間、エダクタ３４は、ファン３２を作動させる必要なしに通気用の空気流を動かす。したがってファン３２を停止させることによってエネルギーがセーブされる。これに加えて、エダクタ３４によって生成される通気用の空気流は、バイパス１２を開放することによってかなり増加し、これは圧力の降下を緩和させ、通気用の空気流に対する制約を緩めることになる。バイパス１２は、エダクタ３４と協働することで、ガスタービン発電機１０が作動し得る周辺温度の範囲を拡大させ、発電機１０の全体的な作動コストを下げる。
【００１５】
図２は、ガスタービンシステム１０用の通気システム４８の一実施形態の概略ブロック図である。上記で言及したように、ガスタービンシステム１０は、固定式でも可動式でもよい。ガスタービンシステム１０は、図１に大まかに記載されるものと同様である。ガスタービンエンジン２０が筐体１８の中に配置される。ガスタービンエンジン２０は、１つまたは複数のフィルタ２８を有する燃焼用の空気取入れシステム２６から濾過された空気を受け取る。ガスタービンエンジン２０は、燃焼用の空気取入れシステム２６からの空気を受け取り、その空気を圧縮し、空気と燃料を混ぜ合わせ、空気と燃料の混合物を燃焼させ、１つまたは複数のタービンを駆動させて、排気流５０を出力するように構成されている。これに加えてガスタービンシステム１０は、通気システム４８（例えばタービン通気システム）に結合される。通気システム４８は、通気用の空気取入れシステム１４と、ガスタービンエンジン２０と通気用の空気取入れシステム１４の両方を制御するように構成された制御装置５２（例えばガスタービン制御装置）と、通気用の空気取入れシステム１４からの空気流が筐体１８を通り抜けてそこから出るように動かすエダクタ３４とを含む。上記で言及したように通気用の空気取入れシステム１４は、１つまたは複数のフィルタ３０と、１つまたは複数のファン３２（例えばファン５４および５６）と、バイパス１２（例えばファンバイパス）を含んでいる。通気用の空気取入れシステム１４は、空気を取入れ５８、この空気をフィルタ３０によって濾過し、バイパス１２および／または少なくとも１つのファン３２を介して空気流を筐体１８へと誘導し（矢印６０によって示されるように）、筐体１８から熱および排出生成物を外に出すようにパージし通気するように構成されている。エダクタ３４は、筐体１８から排気流５０へと空気流を引き寄せ（矢印６２によって示されるように）、ガスタービンエンジン２０から、例えば矢印６４によって示される排気筒へと出力するように構成されている。
【００１６】
制御装置５２は、ガスタービン２０と通気システム４８の作動を制御するように構成されたロジック（例えば一時的ではない実在のコンピュータ読取り可能媒体に記憶された指示）を含んでいる。例えば制御装置５２は、ガスタービンエンジン２０の起動手順、通常の作動手順および停止手順を制御するように構成されたタービン作動ロジック６６を含んでいる。また制御装置５２は、少なくとも１つのファン３２を作動させ、ガスタービンエンジン２０の周りに配置されたガスタービン筐体１８をパージするように構成されたタービンパージロジック６８を含んでいる。例えばタービンパージ制御ロジック６８は、起動シーケンスが始動され（例えばタービン作動ロジック６６を介して）、かつガスタービンエンジン２０が着火される前に、少なくとも１つのファン３２を作動させ、その一方でファンバイパス１２は閉鎖位置のままでガスタービン筐体１８をパージするように構成されている。特定の実施形態では、タービンパージ制御ロジック６８は、少なくとも１つのファン３２を作動させ、その一方でファンバイパス１２は閉鎖位置のままで少なくとも起動シーケンスの前にガスタービン筐体１８をパージするように構成されている。さらに制御装置５２は、排気駆動式のエダクタ３４を使用することで、ファンバイパス１２を作動させ（例えば開放させ）、少なくとも１つのファン３２を迂回してガスタービン筐体１８を通気させるように構成されたタービン通気ロジック７０を含んでいる。例えばタービン通気ロジック７０は、ガスタービン筐体１８をパージした後、少なくとも１つのファン３２を非作動状態にし、ファンバイパス１２を開放するように構成されている。特定の実施形態では、制御装置５２は、１つまたは複数の作動装置または駆動装置に結合される場合があり、この装置は、バイパス１２の弁またはダンパ（例えば１つまたは複数のドアまたはルーバ）に結合される。いくつかの実施形態では、制御装置５２はバイパス１２の一部を形成している。他の実施形態では、制御装置５２はバイパス１２とは別個のものである。このようなロジックの結果として、通気システム４８によって、ガスタービンシステム１０が作動し得る周辺温度の範囲が拡大し、システム１０の全体の作動コストが減少する。
【００１７】
図３は、ガスタービンシステム１０と協働する通気システム４８の全体の作動に関するさらなる詳細を提供している。図３は、ガスタービンシステム１０用の通気システム４８の一実施形態の詳細な概略図である。通気システム４８とガスタービンシステム１０は、図１および図２に大まかに記載されるものと同様である。ガスタービンシステム１０は、筐体１８内に配置されたガスタービンエンジン２０を含んでいる。矢印８０によって示されるように、空気は、開口８２を通って燃焼用の空気取入れシステム２６へと流れ込み、空気を濾過するように構成された複数のフィルタ２８を通り抜けるように流れる。この空気は、矢印８４によって示されるように、第１の空気取入れポート２１を介して筐体１８に進入する。筐体１８は、空気８５をガスタービンエンジン２０の方に誘導する。ガスタービンエンジン２０は、圧縮機８６において空気８５を取り入れ、この圧縮機が空気を圧縮し、圧縮された空気８７を１つまたは複数の燃料ノズルおよび燃焼器９０へと誘導する。燃料ノズル８８は、燃料を取り入れ、圧縮空気８７と混ぜ合わせ、空気と燃料の混合物を燃焼するのに適した比率で１つまたは複数の燃焼器９０に分配する。特定の実施形態において、各々の燃焼器９０は１つまたは複数の燃料ノズル８８を含む。空気と燃料の混合物が各々の燃焼器９０の中のチャンバ内で燃焼することにより、高温の加圧された排ガスが生成される。各々の燃焼器９０は、この排ガスをタービン９２を介して、矢印９６によって示されるように排気領域９４へと誘導する。排気領域９４は、矢印９８によって示されるように、この排ガスを出口ポート２４を通って排気筒３６に向かうように誘導する。排気筒３６が、矢印１００によって示されるようにガスタービンエンジン２０からの排ガスを排出する。排ガスがタービン９２を通過する際、ガスがタービンブレードを押しやることで、シャフト１０２がガスタービンエンジン２０の軸に沿って回転する。示されるように、シャフト１０２は、圧縮機８６を含めた、ガスタービンエンジン２０の様々な構成要素に接続することができる。圧縮機８６はまた、シャフト１０２に結合されたブレードを含む。シャフト１０２が回転する際、圧縮装置８６内にあるブレードも回転することで、空気取入れ口からの空気（燃焼用の空気取入れシステム２６を介して）が圧縮され圧縮機８６を通って燃料ノズル８８および／または燃焼器９０へと進む。シャフト１０２はまた、例えば発電所にある発電機などの特定の負荷に接続される場合もある。
【００１８】
先に言及したように、空気は、筐体１８に結合された通気用の空気取入れシステム１４経由で第２の空気取入れポート２２からも筐体に進入する。示されるように、空気は、矢印１０２によって示されるように、開口１０４を通って通気用の空気取入れシステム１４へと流れ込み、空気を濾過するように構成された複数のフィルタ３０を通り抜けるように流れる。空気は、矢印１０６によって示される少なくとも１つのファン３２へと流れ込む。上記で言及したように通気用の空気取入れシステム１４は、１つまたは複数のファン３２を含むことができる。各々のファン３２は、ブレード１１０を駆動させることで空気流が能動的に各々のファン３２を通り抜けるようにするモータ１０８を含んでいる。筐体１８から熱および排出生成物をパージするパージ作業において、通気システム４８（例えば制御装置５２）は、少なくとも１つのファン３２を作動させて、第１の空気流１１２を第２の空気取入れポート２２に向け筐体１８の中へと誘導する。このようなパージ作業は、１つまたは複数のパージサイクルを含むことができる。パージ作業は、起動手順に先だっておよび／またはその最中に及ぶ可能性があるが、この作業は恐らく、ガスタービンエンジン２０の着火後にタービン２０がフルスピードに達してから終わる。パージ作業が完了してから、通気システム４８（例えば制御装置５２）は、少なくとも１つのファン３２を非作動状態にする。停止状態のファン３２によってなお、若干の空気がそこを通り抜けて、第２の空気取入れ領域２２に向かって流れることができる。しかしながらファン３２のブレード１１０は通気用の空気流の一部を遮断または制限する一方で、ファン３２は、モータ１０８によって能動的には駆動されない。結果として非作動状態のファン３２は、通気用の空気流を制限し、作動していない間にかなりの圧力降下を生み出す。バイパス１２によって、以下で考察されるようにファン３２のこのような欠陥を克服する。
【００１９】
パージ作業が完了すると、通気システム１４は、ファンバイパス１２を利用して第２の空気取入れ領域２２を介して追加の空気流を筐体１８へと供給する。ファンバイパス１２は、少なくとも１つのファン３２を迂回して、矢印１１５によって示されるように第２の空気流１１４をガスタービン筐体１８へと供給するように構成されている。ファンバイパス１２は、ダンパまたは弁１１８（例えばバイパス弁）に結合された作動装置１１６（例えばバイパス作動装置１１６）を含んでいる。作動装置１１６（例えば駆動または付勢要素）は、弁１１８を開閉することで空気流がバイパス１２を通るように制御するように構成されている。パージ作業中、弁１１８は閉鎖位置のままである。しかしながらパージ作業の後の通気作業では、弁１１８が開放され追加の空気流１１４が筐体１８に流れるのを可能にすることで、筐体１８を通気し、ガスタービンエンジン２０を冷却する。通気作業のためのバイパス１２の開放作業は、ガスタービンエンジン２０の着火と同時に、あるいはそれに続いて行なわれてよい。特定の実施形態では、少なくとも１つのファン３２が、タービンエンジン２０がフルスピードに達するまで作動状態にあるうちに、バイパス１２を開放することができ、その間その後バイパス１２を開放させたまま、少なくとも１つのファン３２を非作動状態にすることができる。バイパス１２は、ガスタービンエンジン２０が作動している間は開放されたままである。
【００２０】
１つまたは複数のファン３２および／またはバイパス１２からの空気流は、矢印１１４、１２０によって示されるように、第２の空気取入れポート２２を介して筐体１８に進入する。案内翼１２１が空気流１１４、１２０を筐体１８へと案内する。筐体１８に進入すると、排気駆動式のエダクタ３４が矢印１２２によって示されるように、筐体１８を通り抜けるように空気流（例えば第１および／または第２の空気流）を引き寄せる。ガスタービン筐体１８とガスタービンエンジン２０の構成要素（例えばタービン９２よおび排気領域９４）が、排気筒３６の近くでエンジン２０と筐体１８の間に狭い空間を画定する。このような狭い空間によってエダクタ３４が形成され、このエダクタは、空気流１２２が、通気作業中に筐体１８を通り抜けそこから出て、排気筒３６へと進入するようにこれを引き寄せるあるいは吸い込むように構成されている。具体的には筐体１８から出て排気筒３６に進入する排ガス１００は、真空状態を形成し（例えばベンチュリ効果によって）、この真空状態によって筐体１８内に在るいかなる空気流１２２も加速され、矢印１２４によって示されるように、エダクタ３４を通って排ガス１００の流れの中に入り込み、排気筒３６の中を流れる。したがって排気流がエダクタ３４を駆動させることで、筐体１８をパージした後ガスタービンエンジン２０が作動する間、筐体１８を通気させる。
【００２１】
パージ作業中、排気流１００が存在しないうちは、１つまたは複数のファン３２が、第１の空気流１１２が筐体１８を通り抜けてそこから出るように引き寄せるが、その一方でバイパス１２は閉鎖位置のままになるように構成されている。特定の実施形態において、各々のファン３２は、個別のパージ作業を行なうことができるが、その一方で１つまたは複数のファン３２は予備として機能する。具体的には各々のファン３２によって生成される空気流の割合は、およそ２から１７、５から１５または５から１０ｍ3／ｓの範囲であり得る。例えば各々のファン３２によって生成される空気流の割合は、およそ２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７ｍ3／ｓであり得る。他の実施形態において、２つ以上のファン３２（例えば２つのファン３２）を使用してパージ作業を行なう場合もある。特定の実施形態において、２つ以上のファン３２の場合の空気流を組み合わせる比率は、およそ２から１７、５から１５または５から１０ｍ3／ｓの範囲内であり得る。例えば２つ以上のファン３２によって生成された空気流を組み合わせる比率は、およそ２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７ｍ3／ｓであり得る。
【００２２】
パージ作業の後、排気流１００が存在している間、エダクタ３４は、第２の空気流１１４が筐体１８を通り抜けてそこから出て排気流１００に入り込むように、これを引き寄せるあるいは吸い込むように構成されており、その一方でファン３２は、非作動状態のままであり、バイパス１２は開放位置にある。開放したバイパス１２があることによって、ファン３２を通気作業中（例えばエンジン２０の着火後）に非作動状態にすることが可能である。さらに開放したバイパス１２によって、筐体１８に入り込む制限されない空気流が、ファン３２に起因する（例えばモータ１０８およびブレード１１０）空気流のいかなる圧力降下も最小限にすることができる。特定の実施形態において、エダクタ３４によって引き寄せられるあるいは吸い込まれる空気の割合は、およそ８から２５、１０から２０または１５から２０立方メートル毎秒（ｍ3／ｓ）である。例えばその割合は、およそ８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４または２５ｍ3／ｓあるいはそれらの間の任意の数であってよい。エダクタ３４の筐体１８から空気を引き寄せる力によって、ファン３２のサイズをかなり縮小することができる。バイパス１２を備えた通気システム４８の特定の実施形態において、各々のファン３２のサイズは、バイパス１２のない通気システム４８の実施形態に対して、およそ１から９０、２５から７５または４０から６０パーセント縮小することができる。例えばバイパス１２を備えた通気システム４８の実施形態では各々のファン３２は、およそ１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０または９０パーセントあるいはそれらの間の任意のパーセントだけ、バイパス１２のない通気システム４８の実施形態に対して縮小することができる。したがってバイパス１２が存在しエダクタ３４を使用することにより、ファン３２のサイズを縮小し、ガスタービンエンジン２０の作動中にファン３２が必要なくなることによって、ガスタービンシステム１０の初期コストと作動コストが下がる。さらに通気システム４８の設計により、ガスタービンシステム１０の作動に関する周辺温度の範囲が拡大する。
【００２３】
図４および図５は、複数のファン３２を備えた通気システム４８の異なる実施形態を示している。図４は、通気用の空気取入れシステム１４の一実施形態の概略図である。図４の通気用の空気取入れシステム１４は、いくつかの例外はあるが、図３に大まかに記載されるものと同様である。例えば通気用の空気取入れシステム１４は、１つのフィルタ３０を含んでいる。さらにシステム１４は、直列に並べられた２つのファン５４、５６を含んでおり、これらは第１の空気流１１２をタービン筐体１８に供給するように構成されている。特定の実施形態において、１つのファン５４または５６のみをパージ作業中に作動させることで、第１の空気流１１２を能動的に供給することができる。あるいはファン５４と５６を両方ともパージ作業中に作動させることで、第１の空気流１１２を能動的に供給することもできる。上記に言及したように、一部の空気流１１２には、エダクタ３４によって動かされて、非作動状態にあるファン５４および５６を通って生じるものもある。
【００２４】
上記に記載したように、バイパス１２は、ファン５４および５６を迂回することで第２の空気流１１４を筐体１８内に供給するように構成されている。ガスタービンの作動中、ファン５４および５６は、バイパス１２が故障しない限り、作動することはない。仮にバイパス１２が故障した場合、ファン５４と５６が一緒に作動することでエダクタ３４と協働して、バイパス１２が閉鎖しているにも関わらず十分な通気用の空気流を供給することができる。バイパス１２は、ダンパ（例えばプレート）または弁１１８に結合された作動装置１１６を含んでいる。以下により詳細に記載するように、ダンパまたは弁１１８は、１つまたは複数の可動式のドア、ルーバ、プレートまたはブラインドを含むことができる。さらにバイパス１２は、上記に記載するように制御装置５２を含んでおり、この制御装置は、弁１１８の作動装置１１６に結合され、弁１１８を開閉するように構成されている。示されるように、作動装置１１６は、制御装置５２からの信号に応答して弁１１８を開閉するように構成された電気駆動装置１３４を含んでいる。バイパス１２を開放することによって、ファン５４および５６を収容する区画１３６からバイパス１２の区画１３８への空気流１１５が、ファン５４および５６を迂回することで、追加の空気流が空気流１２２の圧力降下を最小限にし、筐体１８に進入することが可能になる。
【００２５】
図５は、ファン３２が並列に配置された通気用の空気取入れシステム１４の別の実施形態の概略図である。図５の通気用の空気取入れシステム１４は、いくつかの例外はあるが、図４に全体的に記載されるものと同様である。例えば通気用の空気取入れシステム１４は、複数のフィルタ３０を含んでいる。さらにシステム１４は、並列に配置された２つの小型のファン５４および５６を含んでおり、これらのファンは、第１の空気流１１２をタービン筐体１８内に供給するように構成されている。特定の実施形態において、１つのファン５４または５６のみをパージ作業中に作動させることで、第１の空気流１１２を能動的に供給することができる。あるいはファン５４と５６を両方ともパージ作業中に作動させることで、第１空気流１１２を能動的に供給することもできる。上記に言及したように、一部の空気流１１２には、エダクタ３４によって動かされることで、非作動状態にあるファン５４および５６を通って生じるものもある。上記に言及したように、ガスタービンの作動中、ファン５４および５６は、バイパス１２が故障しない限り、作動することはない。仮にバイパス１２が故障した場合、ファン５４と５６が一緒に作動することで、エダクタ３４と協働してバイパス１２が閉鎖しているにも関わらず十分な通気用の空気流を供給することができる。さらにバイパス１２は、作動装置１１６が流体駆動装置１４４を含むこと以外は、図４に記載されるものと同様である。流体駆動装置１１６は、制御装置５２からの信号に応答して空気圧式または油圧式に作動することで、弁１１８を開閉することができる。例えば流体駆動装置１１６は、例えば空気方式の駆動装置、二酸化炭素（ＣＯ2）方式の駆動装置などのガス方式の駆動装置１１６であってよい。別の例として、流体駆動装置１１６は、油、水などの液体によって駆動される場合もある。
【００２６】
図６から９は、バイパス１２に関する代替の配置を提供している。図６は、１つのドア１５４を有するバイパス１２の一実施形態の概略図である。バイパス１２は、駆動装置１１６、１５６（例えば電気駆動装置または流体駆動装置）に結合された制御装置５２を含んでいる。またバイパス１２は、ドア１５４を含んだ弁１１８も含んでいる。駆動装置１５６は、ドア１５４を矢印１６２によって示されるように閉鎖位置１５８から開放位置１６０に移動させる、あるいはその逆も同様に行なうように構成されている。ドア１５４が開放位置１６０にある場合、空気流は、ファン３２を収容している区画１３６からバイパスの区画１３８に進入することができる。
【００２７】
図７は、複数のドア１５４（例えば１７２および１７４）を有するバイパス１２の一実施形態の概略図である。バイパス１２は、駆動装置１１６（例えば駆動装置１５６および１７６）に結合された制御装置５２を含んでおり、これは電気駆動装置または流体駆動装置であってよい。またバイパス１２は、駆動装置１５６および１７６にそれぞれ結合されたドア１５４（例えば１７２および１７４）を含む弁１１８を含んでいる。駆動装置１５６および１７６はそれぞれ、矢印１７８によって示されるように各々のドア１７２および１７４を閉鎖位置１５８から開放位置１６０に移動させるように、あるいはその逆も同様に行なうように構成されている。ドア１７２および１７４が開放位置１６０にある場合、空気流は、ファン３２を収容している区画１３６からバイパスの区画１３８へと進入することができる。
【００２８】
図８は、ルーバ組立体１８８を有するバイパス１２の一実施形態の概略図である。バイパス１２は、駆動装置１１６、１５６（例えば電気駆動装置または流体駆動装置）に結合された制御装置５２を含んでいる。またバイパス１２は、駆動装置１１６、１５６に結合されたルーバ組立体１８８を含んだ弁１１８を含んでいる。ルーバ組立体１８８は、複数の回転可能なルーバまたはスラット１９０を含んでいる。駆動装置１１６、１５６は、方向１９２にルーバ１８８を作動することによってルーバ組立体１８８を開放させ（すなわちスラット１９０を回転させる）、方向１９４に作動させることによってルーバ組立体１８８を閉鎖するように構成されている。複数の回転可能なスラット１９０が開放位置にある場合、空気流は、ファン３２を収容している区画１３６からバイパスの区画１３８へと進入することができる。
【００２９】
図９は、チェック弁または圧力応答弁１１８、２０４を有するバイパス１２の一実施形態の概略図である。チェック弁２０４は、複数のドア１５４（例えばドア１７２および１７４）を含んでおり、これらのドアは、圧力閾値に応答して自動的に開閉するように構成されている。チェック弁２０４は、各々のドア１７２および１７４に結合された付勢要素２０６（例えば、ばね）を含んでいる。付勢要素２０６は、弁１１８（例えばドア１７２および１７４）を閉鎖位置１５８または開放位置１６０に付勢するように構成されている。具体的にはチェック弁２０４は、矢印１７８に示されるように、特定の閾値を超える空気流の圧力に応答して自動的に開放するように構成されている。ドア１７２および１７４が開放位置１６０にある場合、空気流は、ファン３２を収容している区画１３６からバイパスの区画１３８に進入することができる。図６〜図９のバイパス１２の実施形態は、エダクタ３４と協働することで、ガスタービンシステム１０が作動し得る周辺温度の範囲を拡大させ、システム１０の全体の作動コストを下げる。
【００３０】
図１０は、ガスタービン筐体１８をパージし通気するための方法２１６の一実施形態の流れ図である。特定の実施形態において、制御装置５２は、上記に記載したロジック（例えば一時的ではない実在のコンピュータ読取り可能媒体に記憶された指示）を利用して、方法２１６を実施する。方法２１６は、ガスタービンエンジン２０を起動するステップと、バイパス１２を閉鎖したまま少なくとも１つのファン３２を作動させるステップを含む（ブロック２１８）。特定の実施形態において、少なくとも１つのファン３２の作動は、少なくともエンジン２０の起動手順の前に行なわれる。他の実施形態では、少なくとも１つのファン３２の作動は、エンジン２０の起動手順と同時に行なわれる。少なくとも１つのファンを作動させた（２１８）後、少なくとも１つのファン３２によってガスタービン筐体１８をパージするステップが、筐体１８から熱と排出生成物をパージし始める（ブロック２２０）。上記に言及したように、筐体１８をパージするステップは、多様なパージサイクルを含むことができる。方法２１６は、少なくとも１つのファンが作動状態にある間、ガスタービンエンジン２０に着火するステップ（ブロック２２２）を含む。ガスタービンエンジン２０の着火（ブロック２２２）に続いて、方法２１６は、バイパス１２を開放することで追加の空気流が筐体１８に流れ込むことができるようにする（ブロック２２４）。特定の実施形態において、バイパス１２が開放され（ブロック２２２）、同時にガスタービンエンジンに着火する（ブロック２２２）ことができる。ガスタービンエンジン２０がフルスピードに達してから、方法２１６は、タービンエンジン２０の着火に続いて少なくとも１つのファン３２を非作動状態にするステップを含む（ブロック２２６）。エダクタ３４が、ガスタービンエンジン２０によって生成される排ガスによって、開放したバイパス１２からの空気流、および非作動状態のファン３２を通り抜けたいくらかの空気流が筐体１８を通ってそこから外に出るように引き寄せることで、筐体１８から熱を通気させ、ガスタービンエンジン２０を冷却する（ブロック２２８）。このように上記に記載された実施形態を採用する方法２１８によって、ガスタービンシステム１０が作動し得る周辺温度の範囲が拡大され、システム１０の全体の作動コストが下がる。
【００３１】
開示される実施形態の技術的効果は、ガスタービンエンジン２０を取り囲む筐体１８を通気させるシステムを提供することを含んでいる。通気システム４８は、空気流を生成することでガスタービン筐体１８をパージする（例えばガスタービンエンジン２０の起動時に）ように作動する１つまたは複数のファン３２を含んでいる。これに加えて通気システム４８がバイパス１２を含むことで、１つまたは複数のファン３２を迂回して追加の空気流をガスタービン筐体１８に供給して通気する（例えばガスタービン筐体１８をパージした後）。バイパス１２は、バイパス１２を通る空気流を制御するために弁１１８を開閉する作動装置１１６を含んでいる。さらに通気システム４８は、ガスタービンエンジン２０によって生成された排ガスを利用して、ファン３２および／またはバイパス１２によって供給された空気流がガスタービン筐体１８を通り抜けてそこから出るように、これを吸い込むあるいは引き寄せるエダクタ３４を含んでいる。通気システム４８は、パージおよび通気作用と連動させてタービンエンジン２０の作動を制御するロジック（例えば一時的ではない実在のコンピュータ読取り可能媒体に記憶された指示）を含んだ制御装置５２を含むことができる。このようなシステムは、通気システム４８の効率を上げ、ガスタービン筐体１８をパージするのに利用されるファン３２のサイズを縮小することで初期単価を削減し、ガスタービン筐体１８のパージの後にファン３２を使用しなくなることで作動コストが削減され、ガスタービンシステム１０をより高い周辺温度環境で利用することができるように設計されている。
【００３２】
この書面による記述によって、最適な態様を含めた複数の例を使用して本発明が開示されており、また任意の装置またはシステムを作成し使用すること、および任意の採用された方法を実施することを含め、いずれの当業者も本発明を実施することが可能になる。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、当業者が考えつ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字義通りの言い回しと差異のない構造上の要素を有する場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の字義通りの言い回しとわずかに異なる等価な構造上の要素を含んでいる場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとされる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ガスタービン発電機
１２  バイパス
１４  通気用の空気取入れシステム
１６  トレーラ
１８  ガスタービン筐体
１９  発電機
２０  ガスタービンエンジン
２１  第１の吸気ポート
２２  第２の吸気ポート
２４  出口ポート
２６  空気取入れシステム
２８  フィルタ
３０  フィルタ
３２  ファン
３４  エダクタ
３６  排気筒
３８  駆動シャフト
４８  通気システム
５０  排気流
５２  制御装置
５４、５６  ファン
５８  空気の取り入れ
６０、６２、６４  矢印
６６  タービン作動ロジック
６８  タービンパージ制御ロジック
７０  タービン通気ロジック
８０、８４  矢印
８２  開口
８５  空気
８６  圧縮機
８７  空気
８８  燃料ノズル
９０  燃焼器
９２  タービン
９４  排気領域
９６、９８、１００  矢印
１０２  シャフト
１０４  開口
１０６  矢印
１０８  モータ
１１０  ブレード
１１２  第１の空気流
１１４  第２の空気流
１１５  矢印
１１６  作動装置
１１８  弁
１２０  空気流
１２１  案内翼
１２２  矢印
１２４  矢印
１３４  電気駆動装置
１３６、１３８  区画
１４４  流体駆動装置
１５４  ドア
１５６  駆動装置
１５８  閉鎖位置
１６０  開放位置
１６２  矢印
１７２、１７４  ドア
１７６  駆動装置
１７８  矢印
１８８  ルーバ組立体
１９０  複数の回転可能スラット
１９２、１９４  方向
２０４  チェック弁
２０６  付勢要素
【図１】
0006055213.tif 000002
【図２】
0006055213.tif 000003
【図３】
0006055213.tif 000004
【図４】
0006055213.tif 000005
【図５】
0006055213.tif 000006
【図６】
0006055213.tif 000007
【図７】
0006055213.tif 000008
【図８】
0006055213.tif 000009
【図９】
0006055213.tif 000010
【図１０】
0006055213.tif 000011