(57)【要約】【課題】最終段ホイールの後方継手をパージするためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】本出願の実施形態は、ガスタービン組立体を含む。ガスタービン組立体は、中実ホイールと、タービン後方シャフトと、中実ホイールをタービン後方シャフトに連結する後方継手とを含み得る。タービン組立体はまた、中実ホイールとタービン後方シャフトとの間に配置されたカバープレートを含み得る。カバープレートは、内向きに後方継手を通ってタービン後方シャフトから流出するように圧縮機抽出流体の流れを導くように構成することができる。【選択図】図１
2015086874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機抽出流体の流れを含むガスタービン組立体（１００）であって、
中実ホイール（２２５）と、
タービン後方シャフト（２２８、３１２）と、
前記中実ホイール（２２５）を前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）に連結する後方継手（２２６、３１４）と、
前記中実ホイール（２２５）と前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）との間に配置されたタービン後方シャフト（２３０、３１６）であって、内向きに前記後方継手（２２６、３１４）を通って前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）を介して流出するように圧縮機抽出流体の前記流れを導くように構成される前記タービン後方シャフト（２３０、３１６）と
を含むガスタービン組立体（１００）。
【請求項２】
前記中実ホイール（２２５）が、最終段中実ホイール（３０２）を含む、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項３】
前記中実ホイール（２２５）の前方側（３０４）に隣接して配置された孔開きホイール（３１８）を更に含む、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項４】
前記孔開きホイール（３１８）と前記中実ホイール（２２５）とを連結する前方継手を更に含む、請求項３に記載の組立体（１００）。
【請求項５】
前記孔開きホイール（３１８）と前記中実ホイール（２２５）との間に形成された前方ホイールスペースを更に含む、請求項３に記載の組立体（１００）。
【請求項６】
前記中実ホイール（２２５）と前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）と前記タービン後方シャフト（２３０、３１６）との間に形成された後方ホイールスペースを更に含む、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項７】
前記中実ホイール（２２５）を貫通して軸方向に延びるダブテール溝を更に含む、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項８】
前記後方継手（２２６、３１４）の下流側に配置された流量制御装置であって、前記後方継手（２２６、３１４）を通る圧縮機抽出流体の前記流れを計量するように構成される前記流量制御装置を更に含む、請求項１に記載の組立体（１００）。
【請求項９】
前記流量制御装置が可変オリフィスを含む、請求項８に記載の組立体（１００）。
【請求項１０】
圧縮機抽出流体の流れを含むガスタービン組立体（１００）であって、
最終段中実ホイール（３０２）と、
前記最終段中実ホイール（３０２）に隣接して配置されたタービン後方シャフト（２２８、３１２）と、
前記最終段中実ホイール（３０２）を前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）に連結する後方継手（２２６、３１４）と、
前記最終段中実ホイール（３０２）と前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）との間に配置されたタービン後方シャフト（２３０、３１６）であって、内向きに前記後方継手（２２６、３１４）を通って前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）を介して流出するように圧縮機抽出流体の前記流れを導くように構成される前記タービン後方シャフト（２３０、３１６）と
を含むガスタービン組立体（１００）。
【請求項１１】
前記最終段中実ホイール（３０２）の前方側（３０４）に隣接して配置された孔開きホイール（３１８）を更に含む、請求項１０に記載の組立体（１００）。
【請求項１２】
前記孔開きホイール（３１８）と前記最終段中実ホイール（３０２）とを連結する前方継手を更に含む、請求項１１に記載の組立体（１００）。
【請求項１３】
前記孔開きホイール（３１８）と前記最終段中実ホイール（３０２）との間に形成された前方ホイールスペースを更に含む、請求項１１に記載の組立体（１００）。
【請求項１４】
前記最終段中実ホイール（３０２）と前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）と前記タービン後方シャフト（２３０、３１６）との間に形成された後方ホイールスペースを更に含む、請求項１０に記載の組立体（１００）。
【請求項１５】
前記最終段中実ホイールを貫通して軸方向に延びるダブテール溝を更に含む、請求項１０に記載の組立体（１００）。
【請求項１６】
前記後方継手（２２６、３１４）の下流側に配置された流量制御装置であって、前記後方継手（２２６、３１４）を通る圧縮機抽出流体の前記流れを計量するように構成される前記流量制御装置を更に含む、請求項１０に記載の組立体（１００）。
【請求項１７】
前記流量制御装置が可変オリフィスを含む、請求項１６に記載の組立体（１００）。
【請求項１８】
タービン組立体の最終段ホイール（２２４）とタービン後方シャフト（２２８、３１２）との間の後方継手（２２６、３１４）をパージするための方法であって、
タービン組立体内に圧縮機抽出空気（２２０、３１０）の流れを流通させることと、
前記最終段中実ホイール（３０２）と前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）との間にタービン後方シャフト（２３０、３１６）を配置することであって、前記タービン後方シャフト（２３０、３１６）が前記後方継手（２２６、３１４）の周囲にエンクロージャを形成する、前記配置することと、
タービン後方シャフト（２３０、３１６）により、内向きに前記後方継手（２２６、３１４）を通って前記タービン後方シャフト（２２８、３１２）から流出するように圧縮機抽出流体の前記流れを導くことと
を含む方法。
【請求項１９】
前記後方継手（２２６、３１４）の下流側に配置された流量制御装置を使用して、前記後方継手（２２６、３１４）を通る圧縮機抽出流体の前記流れを計量することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
圧縮機抽出流体の前記流れを使用して、前記後方継手（２２６、３１４）をパージすることを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、最終段ホイールの後方継手をパージするためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、産業用および商用運転で広く使用されている。典型的なガスタービンは、前部における圧縮機と、中間部の周りの１つまたは複数の燃焼器と、後部におけるタービンとを含む。圧縮機は、作動流体に（例えば、空気）運動エネルギーを与えて、高エネルギー状態の加圧作動流体を生成する。加圧作動流体は、圧縮機から出て燃焼器に流れ、燃焼器において、加圧作動流体は燃料と混合されかつ点火されて、高い温度および圧力を有する燃焼ガスを発生する。燃焼ガスはタービンに流れ、タービンでは、燃焼ガスが膨張して仕事を産生する。例えば、タービン内での燃焼ガスの膨張により、発電機に連結されたシャフトを回転させて、電気を生成することができる。
【０００３】
圧縮機およびタービンは、典型的には、圧縮機の前部付近からタービンの後部付近に延びる共通のロータを共有する。ロータは、典型的には、ガスタービンの様々な構成要素を冷却するために、１つまたは複数の冷却回路を通して加圧作動流体の一部を導くように構成される。しかしながら、冷却回路は、最終段ホイール内に大きな温度勾配を生じさせることなく、最終段ホイールの後方継手を適切に冷却および／またはパージすることができない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７，４８４，９３５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
上記の必要性および／または問題の一部または全ては、本出願のある特定の実施形態により対処することができる。一実施形態によれば、ガスタービン組立体が開示される。ガスタービン組立体は、中実ホイールと、タービン後方シャフトと、中実ホイールをタービン後方シャフトに連結する後方継手とを含み得る。タービン組立体はまた、中実ホイールとタービン後方シャフトとの間に配置されたカバープレートを含み得る。カバープレートは、内向きに後方継手を通ってタービン後方シャフトから流出するように圧縮機抽出流体の流れを導くように構成することができる。
【０００６】
別の実施形態によれば、ガスタービン組立体が開示される。ガスタービン組立体は、最終段中実ホイールと、最終段中実ホイールに隣接して配置されたタービン後方シャフトと、最終段中実ホイールをタービン後方シャフトに連結する後方継手とを含み得る。タービン組立体はまた、最終段中実ホイールとタービン後方シャフトとの間に配置されたカバープレートを含み得る。カバープレートは、内向きに後方継手を通ってタービン後方シャフトから流出するように圧縮機抽出流体の流れを導くように構成することができる。
【０００７】
更に、別の実施形態によれば、タービン組立体の最終段ホイールとタービン後方シャフトとの間の後方継手をパージするための方法が開示される。方法は、タービン組立体内に圧縮機抽出空気の流れを流通させることを含み得る。方法はまた、最終段中実ホイールとタービン後方シャフトとの間にカバープレートを配置することを含み得る。カバープレートは、後方継手の周囲にエンクロージャを形成することができる。その上、方法は、カバープレートにより、内向きに後方継手を通ってタービン後方シャフトから流出するように圧縮機抽出流体の流れを導くことを含み得る。
【０００８】
本発明の他の実施形態、態様および特徴は、以下の詳細な説明、添付の図面および添付の特許請求の範囲から当業者に明らかになるであろう。
【０００９】
ここで、必ずしも原寸に比例したものではない、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態による例示的なガスタービンエンジンを示す概略図である。
【図２】図２は、実施形態による例示的なタービン組立体を示す概略図である。
【図３】図３は、実施形態による例示的なタービン組立体を示す概略図である。
【図４】図４は、実施形態による例示的なタービン組立体を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、例示の実施形態について、全ての実施形態を図示するのではなく、一部の実施形態を図示する添付の図面を参照して以下により完全に説明する。本システムおよび方法は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態により限定されるものと解釈されるべきではない。全体を通して類似の番号は類似の要素を指す。
【００１２】
図１は、本明細書で使用することができるガスタービン組立体１００を示す例示的な概略図である。ガスタービンエンジン１００は、圧縮機１０２を含み得る。圧縮機１０２は、流入する空気１０４の流れを圧縮することができる。圧縮機１０２は、圧縮空気１０４の流れを燃焼器１０６に送給することができる。燃焼器１０６は、圧縮空気１０４の流れを加圧燃料１０８の流れと混合し、この混合気に点火して、燃焼ガス１１０の流れを作り出すことができる。単一の燃焼器１０６のみが図示されているが、ガスタービンエンジン１００は、任意の数の燃焼器１０６を含み得る。燃焼ガス１１０の流れは、タービン１１２に送給することができる。燃焼ガス１１０の流れは、タービン１１２を駆動して、機械的仕事を生成することができる。タービン１１２で生成された機械的仕事は、シャフト１１４を介して圧縮機１０２を駆動し、発電機などの外部負荷１１６を駆動することができる。
【００１３】
ガスタービンエンジン１００は、天然ガス、様々な種類の合成ガス、および／または他の種類の燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１００は、限定されるものではないが、７または９シリーズの重荷重ガスタービンエンジンなどのガスタービンエンジンを含む、ゼネラル・エレクトリック社（ニューヨーク州スケネクタディ市）が提供する多数の異なるガスタービンエンジンのうちのいずれか１つとすることができる。ガスタービンエンジン１００は、異なる構成を有することができ、他の種類の構成要素を使用することができる。ガスタービンエンジン１００は、航空転用ガスタービンエンジン、産業用ガスタービンエンジン、またはレシプロエンジンとすることができる。本明細書では、他の種類のガスタービンエンジンも使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン、他の種類のタービン、および他の種類の発電設備も一緒に使用することができる。
【００１４】
図２は、本明細書で使用することができる例示的なタービン組立体２００を示す概略断面図である。図示のように、タービン組立体２００は、一般に第１段２０２、第２段２０４、第３段２０６、および第４段２０８などの多数の段を含み得るが、これよりも多いまたは少ない段を含む場合もある。各段は、高温ガス通路２１２内に延びる回転バケット２１０を含み得る。回転バケット２１０の各々は、ダブテール組立体２１６などによってホイール２１４に連結することができる。場合により、１つまたは複数のホイール２１４は、それらホイール２１４を貫通する軸方向孔２１８を含み得る。
【００１５】
圧縮機からの圧縮空気の流れの一部は、燃焼器を迂回させて、タービン組立体２００の様々な構成要素を冷却および／またはパージするためにタービン組立体２００に直接供給することができる。例えば、分岐させた圧縮機空気の流れは、内径圧縮機抽出空気（ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｉｒ）２２０を含み得る。圧縮機抽出空気２２０は、孔２１８を通って流れ、ホイール２１４の各々の間に形成されたホイールスペース空洞２１５に流入することができる。圧縮機抽出空気２２０の一部は、ダブテール組立体２１６の境界面に形成された溝２１７を介しておよび／またはホイール２１４を連結する継手２２２を通ってホイール２１４間に流れることができる。圧縮機抽出空気２２０は、タービン組立体２００内のホイールスペース空洞２１５を加圧して、タービン組立体２００内のホイールスペース空洞２１５と高温ガス通路２１２との間に圧力差を生成するために使用することができる。加えて、圧縮機抽出空気２２０は、タービン組立体２００の様々な構成要素を冷却および／またはパージするために使用することができる。
【００１６】
場合により、１つまたは複数のホイール２１４は、中実ホイールとすることができる。つまり、中実ホイールでは孔２１８を除くことができる。例えば、最終段ホイール２２４は、それらホイール２２４を貫通する孔を有さない中実ホイール２２５とすることができる。中実の最終段ホイールに関する共通の問題は、中実の最終段ホイール２２４とタービン後方シャフト２２８との間の後方継手２２６をパージすることができないことである。ある特定の実施形態において、カバープレート２３０は、中実の最終段ホイール２２４とタービン後方シャフト２２８との間に配置することができる。カバープレート２３０は、最終段ホイール２２４から後方継手２２６を通ってタービン後方シャフト２２８を介して流出するように空気を供給する回路２２７を作り出すことができる。カバープレート２３０は、中実の最終ホイール２２４の前方側にある実質的に同じ温度の空気を使用して後方継手２２６がパージされることを可能にすることができる。加えて、中実の最終ホイール２２４の両側（前方側および後方側）は、実質的に同じ温度の空気を受け入れることができるので、中実の最終ホイール２２４における熱応力を低減することができる。このように、カバープレート２３０は、中実の最終ホイール２２４を通過した後に圧縮機抽出空気２２０が外向きに噴出するのを防止することができ、代わりに、内方に（または内向きに）後方継手２２６を通ってタービン後方シャフト２２８から流出するように圧縮機抽出空気２２０を導くことができる。
【００１７】
図３は、本明細書で使用することができる例示的なタービン組立体３００を示す概略断面図である。タービン組立体３００は、最終段中実ホイール３０２を含み得る。例えば、最終段中実ホイールは、他の段が含まれる場合もあるが、第４段中実ホイールとすることができる。最終段中実ホイール３０２は、前方側３０４と後方側３０６とを含み得る。最終段中実ホイール３０２はまた、バケットに関連する対応するダブテールを受け入れるように構成されたダブテール溝３０８を含み得る。ダブテール溝３０８は、圧縮機抽出空気３１０の流れが境界面間のダブテール溝３０８を通過するのを可能にするように構成することができる。
【００１８】
タービン組立体３００はまた、タービン後方シャフト３１２を含み得る。最終段中実ホイール３０２の後方側３０６は、後方継手３１４によってタービン後方シャフト３１２に連結することができる。場合により、後方継手３１４は、ボルト継手などとすることができる。
【００１９】
ある特定の実施形態において、タービン組立体３００は、最終段中実ホイール３０２とタービン後方シャフト３１２との間に配置されたカバープレート３１６を含み得る。例えば、カバープレート３１６は、最終段中実ホイール３０２の後方側３０６からタービン後方シャフト３１２に延びることができる。カバープレート３１６は、後方継手３１４の周囲に周方向に延びることができる。つまり、カバープレート３１６は、最終段中実ホイール３０２の後方側３０６とタービン後方シャフト３１２との間の後方継手３１４を囲むように後方継手３１４の周囲に配置することができる。カバープレート３１６は、内向きに後方継手３１４を通ってタービン後方シャフト３１２から流出するように圧縮機抽出空気３１０の流れを導くように構成することができる。
【００２０】
場合により、タービン組立体３００は、最終段中実ホイール３０２の前方側３０４に隣接して配置された孔開きホイール３１８を含み得る。孔開きホイール３１８は、前方継手３２０によって最終段ホイールの前方側３０４に連結することができる。場合により、前方継手３２０は、ボルト継手などとすることができる。名前が示唆するように、孔開きホイール３１８は、そのホイール３１８を貫通する軸方向孔３２２を含み得る。軸方向孔３２２は、圧縮機抽出空気３１０の流れが軸方向孔３２２を通過するのを可能にするように構成することができる。
【００２１】
前方ホイールスペース３２４は、孔開きホイール３１８と最終段中実ホイール３０２との間に形成することができ、後方ホイールスペース３２６は、最終段中実ホイール３０２とカバープレート３１６とタービン後方シャフト３１２との間に形成することができる。このように、圧縮機抽出空気３１０の流れは、孔３２２を通って前方ホイールスペース３２４に入ることができる。次に、圧縮機抽出空気３１０の流れは、前方継手３２０を通ってダブテール溝３０８に入ることができる。圧縮機抽出空気３１０の流れは、ダブテール溝３０８から出て後方ホイールスペース３２６に流入することができる。カバープレート３１６は、内向きに後方継手３１４を通ってタービン後方シャフト３１２から流出するように、ダブテール溝３０８から出る圧縮機抽出空気３１０の流れを導くことができる。よって、圧縮機抽出空気３１０の流れは、中実の最終ホイール３０２の前方側３０４にある実質的に同じ温度の空気を使用して後方継手３１４をパージすることができ、それにより、中実の最終ホイール３０２の前方側３０４と後方側３０６の別々の冷却回路を使用することにより存在し得る中実の最終ホイール３０２の周囲の熱勾配を低減する。
【００２２】
ある特定の実施形態において、タービン組立体３００は、後方継手３１４を通る圧縮機抽出空気３１０の流れを計量するように構成された（可変オリフィス３３０などの）流量制御装置３２８を含み得る。例えば、流量制御装置３２８は、圧縮機抽出空気３１０の流れがタービン組立体３００外側の外気中に出ることを可能にするように構成されたタービン後方シャフト３１２に関連する固定管などを含み得る。固定管の境界面における可変オリフィス３３０は、流量計測を可能にするように調整することができる。その上、場合により、エンジン対エンジンベースで圧縮機抽出空気３１０の流れを最適化できるように、温度と圧力を測定することができる。
【００２３】
図４に示すように、タービン組立体３００は、タービン後方シャフト３１２における穴４００（または開口）を含み得る。このように、圧縮機抽出空気３１０の流れは、タービン後方シャフト３１２の孔を通過するのではなく、穴４００を通過することができる。場合により、穴４００は、図３の流量制御装置３２８のような計量装置を含み得る。
【００２４】
実施形態について、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の文言で説明してきたが、本開示が、説明した特定の特徴または行為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例示の形態として開示されている。
【符号の説明】
【００２５】
１００  ガスタービン組立体
１０２  圧縮機
１０４  空気
１０６  燃焼器
１０８  燃料
１１０  燃焼ガス
１１２  タービン
１１４  シャフト
１１６  外部負荷
２００  タービン組立体
２０２  第１段
２０４  第２段
２０６  第３段
２０８  第４段
２１０  回転バケット
２１２  高温ガス通路
２１４  ホイール
２１５  ホイールスペース空洞
２１６  ダブテール組立体
２１７  溝
２１８  孔
２２０  圧縮機抽出空気
２２２  継手
２２４  最終段ホイール
２２５  中実ホイール
２２６  後方継手
２２７  回路
２２８  タービン後方シャフト
２３０  カバープレート
３００  タービン組立体
３０２  最終段中実ホイール
３０４  前方側
３０６  後方側
３０８  ダブテール溝
３１０  圧縮機抽出空気
３１２  タービン後方シャフト
３１４  後方継手
３１６  カバープレート
３１８  孔開きホイール
３２０  前方継手
３２２  軸方向孔
３２４  前方ホイールスペース
３２６  後方ホイールスペース
【図１】
2015086874.tif 000003
【図２】
2015086874.tif 000004
【図３】
2015086874.tif 000005
【図４】
2015086874.tif 000006
【外国語明細書】
2015086874000001.pdf