(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１６）からの圧縮空気（１８）を排出するためのシステム（１００）であって、当該システム（１００）が、
導管（１０２）を介して前記圧縮機（１６）と流体連通した空気分配マニホルド（１０４）と、
前記空気分配マニホルド（１０４）と流体連通した少なくとも１つの排出管路（１０６）であって、前記空気分配マニホルド（１０４）から大気への流路を画定する少なくとも１つの排出管路（１０６）と
を備えており、
前記排出管路（１０６）が、
前記空気分配マニホルド（１０４）に結合されたカップリングパイプ（１１０）と、
前記カップリングパイプ（１１０）から下流側に配置されたスパージャーセクション（１０８）と、
前記流路内で前記カップリングパイプ（１１０）と前記スパージャーセクション（１０８）との間に配置される少なくとも１つのリストリクタプレート（１１４）であって、前記空気分配マニホルド（１０４）と前記スパージャーセクション（１０８）との間で前記圧縮空気（１８）の圧力低下をもたらす少なくとも１つのアパーチャ（１２２）を含む、少なくとも１つのリストリクタプレート（１１４）と
を含んでおり、
前記少なくとも１つのリストリクタプレート（１１４）が、第１の複数のアパーチャを画定する第１のリストリクタプレート（１１４ａ）であって前記流路内で前記空気分配マニホルド（１０４）から下流側に配置される第１のリストリクタプレート（１１４ａ）と、第２の複数のアパーチャを画定する第２のリストリクタプレート（１１４ｂ）であって前記第１のリストリクタプレート（１１４ａ）から下流側で且つ前記スパージャーセクション（１０８）から上流側に配置される第２のリストリクタプレート（１１４ｂ）とを含んでいる、システム（１００）。
【請求項２】
前記第１のリストリクタプレート（１１４ａ）の第１の複数のアパーチャが、前記第２のリストリクタプレート（１１４ｂ）から上流側の前記流路内で第１の音響エネルギーレベルに関連する第１の圧力低下（ΔＰ１）をもたらすサイズにされ、前記第２のリストリクタプレート（１１４ｂ）の第２の複数のアパーチャが、前記スパージャーセクション（１０８）から上流側の前記流路内で第２の音響エネルギーレベルに関連する第２の圧力低下（ΔＰ２）をもたらすサイズにされる、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記第１の圧力低下（ΔＰ１）と前記第２の圧力低下（ΔＰ２）が等しくない、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記第１の圧力低下（ΔＰ１）に関連する音響エネルギーレベルと前記第２の圧力低下（ΔＰ２）に関連する音響エネルギーレベルとが実質的に等しい、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記スパージャーセクション（１０８）が複数の排気ポート（１１２）を含み、該排気ポート（１１２）が前記流路から大気への流体連通をもたらす、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記導管（１０２）が、前記圧縮機（１６）から下流側に配置される圧縮機吐出ケーシング（４０）に結合される、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの排出管路（１０６）が、前記空気分配マニホルド（１０４）と流体連通し且つ前記空気分配マニホルド（１０４）から大気への流路を画定する複数の排出管路（１０６）を含み、各排出管路（１０６）が、前記空気分配マニホルド（１０４）に結合されたカップリングパイプ（１１０）と、前記カップリングパイプ（１１０）から下流側に配置されたスパージャーセクション（１０８）とを含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
当該システム（１００）が、ガスタービン（１０）の圧縮機（１６）からの圧縮空気（１８）を排出するためのものであり、前記導管（１０２）が、前記ガスタービン（１０）のタービン（２８）から上流側で前記ガスタービンに結合されている、請求項１に記載のシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、ガスタービンに関する。より詳細には、本発明は、ガスタービンの圧縮機からの圧縮空気を排出するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、一般に、吸入セクション、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。吸入セクションは、作動流体（例えば、空気）を清浄及び調和して、圧縮機セクションに該作動流体を供給する。圧縮機セクションは、作動流体の圧力を漸次的に増大させ、圧縮した作動流体を燃焼セクションに供給する。圧縮作動流体及び燃料が燃焼セクション内で混合されて、燃焼室にて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、高温ガス経路内を通ってタービンセクション内に送られ、ここで燃焼ガスが膨張して仕事を生成する。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張は、発電機に接続されたシャフトを回転させて、電気を発生することができる。
【０００３】
圧縮機によって提供される圧縮空気は、３００ｐｓｉｇを上回る圧力に達する場合がある。ガスタービンの始動時、低加熱燃料での作動時、又はガスタービン試験設備において負荷として圧縮機を用いた場合のような特定の事例においては、ガスタービン作動により必要に応じて、圧縮機及び／又は圧縮機から下流側で且つタービンから上流側に配置された燃焼吐出ケーシングからの圧縮空気を完全に又は少なくとも部分的に放出又は排出することが必要となる。
【０００４】
様々な通気システムが知られている。しかしながら、大量の高度に加圧された圧縮空気を大気圧に放出することにより、サイズが限定された通気システムにおいて高レベルのエネルギーが消散される必要性のあるような状況が生じ、振動が発生する可能性がある。これらの振動は、通気システムの様々な構成要素に対して高サイクル疲労応力をもたらす可能性がある。従って、圧縮機からの圧縮空気を排出するための改善されたシステムが有用となる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。
【０００６】
本発明の１つの実施形態は、圧縮機からの圧縮空気を排出するためのシステムである。本システムは、導管を介して圧縮機と流体連通した空気分配マニホルドと、空気分配マニホルドと流体連通した少なくとも１つの排出管路とを含む。排出管路は、空気分配マニホルドから大気への流路を定める。排出管路は、空気分配マニホルドに結合されたカップリングパイプと、カップリングパイプから下流側に配置されたスパージャーセクションと、流路内でカップリングパイプとスパージャーセクションとの間に配置される少なくとも１つのリストリクタプレートと、を含む。リストリクタプレートは、空気分配マニホルドとスパージャーセクションとの間で圧縮空気の圧力低下をもたらす少なくとも１つのアパーチャを含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、ガスタービンの圧縮機からの圧縮空気を排出するためのシステムである。本システムは、ガスタービンのタービンから上流側でガスタービンに結合された導管を介して圧縮機と流体連通した空気分配マニホルドを含む。排出管路は、空気分配マニホルドと流体連通し、空気分配マニホルドから大気への流路を定める。排出管路は、空気分配マニホルドに結合されたカップリングパイプと、カップリングパイプから下流側に配置されたスパージャーセクションと、流路内でカップリングパイプとスパージャーセクションとの間に配置される少なくとも１つのリストリクタプレートと、を含む。リストリクタプレートは、空気分配マニホルドとスパージャーセクションとの間で圧縮空気の圧力低下をもたらす少なくとも１つのアパーチャを含む。
【０００８】
当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。
【０００９】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の少なくとも１つの実施形態による、圧縮機からの圧縮空気を排出するためのシステムを含む例示的なガスタービンの機能ブロック図。
【図２】本発明の少なくとも１つの実施形態による、圧縮機からの圧縮空気を排出するための例示的なシステムの斜視図。
【図３】本発明の少なくとも１つの実施形態による、図２に示す圧縮機からの圧縮空気を排出するためのシステムの部分斜視図。
【図４】本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的なリストリクタプレートの下流側の図。
【図５】切断線５−５に沿った図４に示すリストリクタプレートの断面図。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態による、例示的なリストリクタプレートの下流側の図。
【図７】本発明の１つの実施形態による、図１，２及び３に示されるシステムの一部の簡易概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
【００１２】
各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。本発明の例示的な実施形態は、例示の目的で陸上用発電ガスタービンからの圧縮空気を排出するためのシステムに関して全体に説明しているが、請求項に別途規定のない限り、本発明の実施形態は、ターボ機械からもたらされるあらゆるタイプの圧縮空気に適用することができ、陸上用発電ガスタービンに限定されないことは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１３】
次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができる例示的なガスタービン１０の機能ブロック図を示す。図示のように、ガスタービン１０は一般に、吸入セクション１２を含み、該吸入セクション１２は、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又はガスタービン１０に流入する空気１４又は他の作動流体を浄化又は他の方法で調和させるための他の装置を含むことができる。空気１４は、圧縮機セクションに流れ、ここで圧縮機１６は、空気１４に運動エネルギーを漸次的に与えて、圧縮空気１８を生成する。
【００１４】
圧縮空気１８は、１又はそれ以上の燃焼器２４内で燃料供給システム２２からの燃料２０と混合されて、可燃性混合気を形成する。可燃性混合気が燃焼して、高温高圧高速度の燃焼ガス２６を発生する。燃焼ガス２６は、タービンセクションのタービン２８を通って流れて仕事を生成する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に接続され、タービン２８の回転によって圧縮機１６が駆動されて、圧縮空気１８を生成するようにすることができる。代替として又はこれに加えて、シャフト３０は、タービン２８を発電機（図示せず）に接続して電気を生成することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、排気セクション３６を通って流れ、該排気セクション３６は、タービン２８を該タービン２８から下流側にある排気スタック３８に接続する。排気セクション３６は、例えば、環境に放出する前に排気ガス３４を清浄化し該排気ガスから追加の熱を抽出するため熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。
【００１５】
ガスタービン１０の動作モードによっては、圧縮空気１８は、圧縮機の出口において約３００ｐｓｉｇ及び約１０００°Ｆを超える場合がある。圧縮空気１８は通常、圧縮機出口から、種々の燃焼器構成要素を囲む圧縮機吐出ケーシング４０に送られる。ガスタービンの始動時、低加熱燃料での作動時、又はガスタービン試験設備において負荷として圧縮機を用いた場合のような特定の事例においては、ガスタービン作動により必要に応じて、圧縮機及び／又は圧縮機から下流側で且つタービンから上流側に配置された燃焼吐出ケーシングからの圧縮空気を完全に又は少なくとも部分的に放出又は排出することが必要となる。
【００１６】
種々の実施形態において、図１、２及び３に示すように、本明細書で「システム」と呼ばれる、圧縮機１６及び／又は圧縮機吐出ケーシング４０からの圧縮空気１８を排出するためのシステム１００は、ガスタービン１０に流体結合される。例えば、図１に示すように、システム１００は、圧縮機１６及び／又は圧縮機吐出ケーシング４０からシステム１００の空気分配マニホルド１０４に圧縮空気１８を送るための１又はそれ以上の流路を定める種々の流体カップリング及び／又は導管１０２を含むことができる。
【００１７】
種々の実施形態において、図１及び２に示すように、システム１００は、空気分配マニホルド１０４と流体連通した少なくとも１つの排出管路１０６を含む。種々の構成において、図１及び２に例示されるように、システム１００は、複数の水平方向に延びる排出管路１０６を含む。図２に示すように、排出管路１０６は、一般に、１又はそれ以上のカップリングパイプ１１０を介して空気分配マニホルド１０４に結合されるスパージャーセクション１０８を含む。スパージャーセクション１０８は、該スパージャーセクション１０８のスパンに沿って定められる複数の排気ポート１１２を定める。１又は複数の排出管路１０６は、空気分配マニホルド１０４から大気への流路を定める。
【００１８】
ガスタービンのトリップ事象時のような作動時には、種々のバルブを作動させることができ、すなわち、圧縮空気１８が圧縮機１６及び／又は圧縮機吐出ケーシング４０から空気分配マニホルド１０４内に流入可能となる。圧縮空気１８は、カップリングパイプ１１０を通じて空気分配マニホルド１０４から出てスパージャーセクション１０８に流入する。次いで、圧縮空気１８は、排気ポート１１２を通って周囲大気に流れる。排気ポート１１２は、圧縮空気が大気に放出される前に圧縮空気の圧力を有意に低減する。しかしながら、比較的高圧の圧縮空気１８が大気圧に突然に放出されることで、高レベルのエネルギーが生じ、排出管路１０６において、特にスパージャーセクション１０８において振動が誘起される。種々の実施形態において、図３に示すように、少なくとも１つの排出管路１０６は、スパージャーセクション１０８から上流側で且つ空気分配マニホルド１０４から下流側に配置された少なくとも１つのリストリクタプレート１１４を含む。
【００１９】
図４は、本開示の１つの実施形態による、例示的なリストリクタプレート１１４の下流側の図を示す。図５は、切断線５−５に沿った図４に示すリストリクタプレート１１４の側断面図を示す。図６は、本発明の１つの実施形態による、例示的なリストリクタプレートの下流側の図を示す。図４、５及び６に示すように、リストリクタプレート１１４は、一般に、プレート又はプレート部分１１６と、フランジ部分１１８のフランジとを含む。フランジ部分１１８は、円周方向に配列された複数のボルト孔１２０を含むことができる。
【００２０】
種々の実施形態において、プレート部分１１６は、プレート部分１１６を通って流体流れをもたらす少なくとも１つのオリフィス又はアパーチャ１２２を定める。種々の実施形態において、プレート部分１１６は、複数のアパーチャ１２２を定める。アパーチャ１２２は、全体的に丸みのあるように示されているが、卵形、楕円形、三角形、方形、又は矩形などのあらゆる形状を有することができる。特定の実施形態において、図４に示すように、アパーチャ１２２は、プレート部分１１６にわたって実質的に均等なサイズにすることができる。特定の実施形態において、アパーチャ１２２は、異なる直径を有することができる。
【００２１】
特定の実施形態において、図３に示すように、システム１００は、第２のリストリクタプレート１１４（ｂ）から上流側に配置される第１のリストリクタプレート１１４（ａ）を含み、該第２のリストリクタプレート１１４（ｂ）は、スパージャーセクション１０８から上流側に配置される。対応する各リストリクタプレート１１４（ａ）及び１１４（ｂ）におけるアパーチャ１２２の直径及び総数は、第１のリストリクタプレート１１４（ａ）を通る第１の音響エネルギー量又はレベル（第１の圧力低下ΔＰ１／第１の圧力Ｐ１の形態に関連する）が、第２のリストリクタプレート１１４（ｂ）を通る第２の音響エネルギー量又はレベル（第２の圧力低下ΔＰ２／第２の圧力Ｐ２の形態に関連する）に実質的に等しいように選択することができる。
【００２２】
例えば、図７に概略的に示されるように、圧縮空気１８は、第１の圧力Ｐ１で空気分配マニホルド１０４（図１）から排出管路１０６内に流れる。圧縮空気１８が第１のリストリクタプレート１１４（ａ）のアパーチャ１２２（ａ）を通って流れると、圧力は第２の圧力Ｐ２まで低下することになる。次いで、圧縮空気１８は、カップリングパイプ１１０内で軸方向距離１２４を流れることになる。次に、圧縮空気１８は、第２のリストリクタプレート１１４（ｂ）のアパーチャ１２２（ｂ）を通って流れて、排出管路１０６内の圧力は、二度目としてＰ２から第３の圧力Ｐ３まで低下することになる。
【００２３】
次いで、圧縮空気１８は、スパージャーセクション１０８（図２）に流入することができ、ここで圧縮空気１８は、排気ポート１１２を介して大気へ排出される。スパージャーセクション１０８の上流側で排出管路１０６を通って流れる圧縮空気１８の圧力を降圧することにより、より重要なことには、複数段のリストリクタのかかる圧力降下は、圧力自体というよりも、音響エネルギーを処理する能力に応じて等しくはなく、空気分配マニホルド１０４からスパージャーセクション１０８に及び排気ポート１１２を通じて周囲圧力に直接的に流れる高圧の圧縮空気１８によって通常は生じる高レベルの音響エネルギーを実質的に低減することができる。結果として、特にスパージャーセクション１０８に沿った高サイクル疲労が低減され、従って、排出管路１０６の機械的寿命を向上させることができる。
【００２４】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、また、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる組み込み方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ガスタービン
１２  吸入セクション
１４  作動流体／空気
１６  圧縮機
１８  圧縮空気
２０  燃料
２２  燃料供給源
２４  燃焼器
２６  燃焼ガス
２８  タービン
３０  シャフト
３２  発電機／モータ
３４  排気ガス
３６  排気セクション
３８  排気スタック
４０  圧縮機吐出ケーシング
１００  システム
１０２  導管
１０４  空気分配マニホルド
１０６  排出管路
１０８  スパージャーセクション
１１０  カップリングパイプ
１１２  排気ポート
１１４  リストリクタプレート
１１４（ａ）  第１のリストリクタプレート
１１４（ｂ）  第２のリストリクタプレート
１１６  プレート／プレート部分
１１８  フランジ／フランジ部分
１２０  ボルト孔
１２２  アパーチャ
１２４  軸方向距離
ΔＰ１  第１の圧力低下
ΔＰ２  第２の圧力低下
Ｐ１  第１の圧力
Ｐ２  第２の圧力
Ｐ３  第３の圧力
【図１】
0006800621.tif 000002
【図２】
0006800621.tif 000003
【図３】
0006800621.tif 000004
【図４】
0006800621.tif 000005
【図５】
0006800621.tif 000006
【図６】
0006800621.tif 000007
【図７】
0006800621.tif 000008