(57)【要約】  吸気プレナム（１０３）と、吸気プレナム（１０３）と流体連通する圧縮機吸気口を有する圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンと、動力タービンとを備える航空転用形ガスタービン（１０２）を開示する。強制空気流ジェネレータ（１１１）が吸気プレナム（１０３）と流体連通して配置される。シャッター装置（１２３）が燃焼用空気流路（１０５）に設けられ、燃焼用空気流路を閉じるように配置および制御されて、強制空気流ジェネレータ（１１１）により、航空転用形ガスタービン（１０２）を通って加圧空気を流すのに十分な圧まで該吸気プレナムが加圧される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気プレナム（１０３）と、前記吸気プレナム（１０３）と流体連通する圧縮機吸気口を有する圧縮機と、燃焼器と、高圧タービン（１９）と、動力タービンとを備える航空転用形ガスタービン（１０２）であって、
前記吸気プレナム（１０３）と流体連通する強制空気流ジェネレータ（１１１）が配置され、
空気がそれを通って前記吸気プレナム（１０３）に入るシャッター装置（１２３）が燃焼用空気流路（１０５）に備えられ、前記シャッター装置（１２３）は前記燃焼用空気流路（１０５）を閉じるように配置され制御されて、前記強制空気流ジェネレータ（１１１）により、加圧空気を前記航空転用形ガスタービン（１０２）を通って強制的に流すのに十分な圧まで前記吸気プレナム（１０３）を加圧する、航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項２】
前記燃焼用空気流路（１０５）に配置されたサイレンサー装置（１０９）を備え、前記シャッター装置（１２３）が、前記燃焼用空気流路（１０５）の空気流に対し、前記サイレンサー装置（１０９）の下流に配置される、請求項１に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項３】
前記サイレンサー装置（１０９）が複数の平行配置されたサイレンサーパネル（１３１）を備え、隣接するサイレンサーパネル（１３１）の各対の間に空気通路（１４５、１４７）が画定され、各空気通路（１４５、１４７）は空気出口開口部を有し、シャッター（１５１）が各空気出口開口部に可動式に配置されて選択的に前記空気通路（１４５、１４７）を開閉する、請求項１または２に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項４】
前記シャッター（１５１）が、それぞれの軸の周りを往復回動するように配置されて選択的に前記空気通路（１４５、１４７）を開閉する回動シャッター（１５１）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項５】
前記シャッター（１５１）が開閉用アクチュエータ（１６０）により同時に制御される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項６】
各回動シャッター（１５１）が、それぞれのサイレンサーパネル（１３１）に平行に延び、前記サイレンサーパネル（１３１）の後縁の下流にあるそれぞれの回動軸（１５３）の周りを回動するように配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項７】
傾斜板（１４９）が各回動軸（１５３）と平行に、各サイレンサーパネル（１３１）の空気流方向の下流に延びて配置され、前記傾斜板（１４９）と前記シャッター（１５１）は空気流方向に互いに集束し、それぞれのサイレンサーパネル（１３１）の下流に延びる後縁外形を形成するように設計され配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項８】
各前記サイレンサーパネル（１３１）が平坦面を有し、隣接するサイレンサーパネル（１３１）の各対の対向する平坦面が、それぞれの空気通路（１４５、１４７）を画定し、前記空気通路（１４５、１４７）は前記平坦面と平行である第１寸法Ｄ１と前記平坦面に直交する第２寸法Ｄ２を有する実質的に矩形の断面を有し、前記第１寸法Ｄ１は前記第２寸法Ｄ２よりも長い、請求項１〜７のいずれか一項または複数に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項９】
前記第１寸法Ｄ１が前記第２寸法Ｄ２の少なくとも１０倍である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１０】
前記燃焼用空気流路（１０５）の空気流に対し各サイレンサーパネル（１３１）の下流に配置された梁（１４３）を備え、各シャッター（１５１）が前記梁（１４３）の下流で回動される、請求項１〜９のいずれか一項または複数に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１１】
各傾斜板（１４９）がそれぞれ梁（１４３）で支持され、前記それぞれの梁（１４３）に対し平行に延びている、請求項１〜１０いずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１２】
各空気出口開口部が、それぞれのシャッター（１５１）と共作用する封止ガスケット（１６３）に少なくとも部分的に囲まれている、請求項１〜１１のいずれか一項または複数に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１３】
各空気出口開口部が、前記封止ガスケット（１６３）に全体的に囲まれている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１４】
前記封止ガスケット（１６３）が自己封止形状を有するため、前記封止ガスケット（１６３）の封止作用が前記吸気プレナム（１０３）内の気圧により高められる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１５】
前記封止ガスケット（１６３）が、ガスケット体部（１６３Ｂ）および前記ガスケット体部（１６３Ｂ）から突出する封止リップを備え、前記シャッター（１５１）が閉位置にあるとき、前記封止リップがそれぞれのシャッター（１５１）と共作用し、前記吸気プレナム（１０３）内の圧が前記封止リップを前記シャッター（１５１）に押し付ける、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１６】
前記空気出口開口部が、ガスケット保持形材に少なくとも部分的に囲まれ、前記封止ガスケット（１６３）が前記ガスケット保持形材内に固定されている、請求項１〜１５のいずれか一項または複数に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１７】
エンドストップ（１５０）が各空気出口開口部に設けられ、前記エンドストップ（１５０）はそれぞれのシャッター（１５１）の閉位置を画定している、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１８】
前記強制空気流ジェネレータ（１１１）と前記圧縮機吸気口が、前記吸気プレナム（１０３）内で互いに面して配置されている、請求項１〜１７のいずれか一項または複数に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項１９】
前記強制空気流ジェネレータ（１１１）が、ガスタービンコンパートメント（１０６）の換気空気入口下に配置されている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項２０】
前記強制空気流ジェネレータ（１１１）が、前記強制空気流ジェネレータ（１１１）の非動作中はそこを通って空気が流れないように設計され配置されている、請求項１〜１９のいずれか一項または複数に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項２１】
前記強制空気流ジェネレータ（１１１）が容積式圧縮機を備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項２２】
前記強制空気流ジェネレータ（１１１）が回転圧縮機を備える、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の航空転用形ガスタービン（１０２）。
【請求項２３】
航空転用形ガスタービン（１０２）のシャットダウン後に前記タービンのロータ（２１Ｒ）をロック解除する方法であって、
燃焼用空気流路（１０５）と流体連通する吸気プレナム（１０３）、前記航空転用形ガスタービン（１０２）の圧縮機吸気口および強制空気流ジェネレータ（１１１）を準備するステップと、
前記燃焼用空気流路（１０５）を閉じるように配置され制御されるシャッター装置（１２３）を準備するステップと、
前記ロータ（２１Ｒ）がシャットダウン後にロックされたとき、前記シャッター装置（１２３）を閉じ、前記強制空気流ジェネレータ（１１１）によって前記吸気プレナム（１０３）内で過圧力を生成して前記航空転用形ガスタービン（１０２）の前記ロータ（２１Ｒ）を冷却するステップであって、前記過圧力は前記航空転用形ガスタービン（１０２）の前記ロックされたロータ（２１Ｒ）を通って加圧空気を強制的に流すのに十分であるステップと
を含む、方法。
【請求項２４】
前記過圧力が周囲圧力プラス０．０５〜０．３バールの範囲である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記過圧力が周囲圧力プラス０．１〜０．１５バールの範囲である、請求項２３または２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、広くはガスタービンに関し、特に航空転用形ガスタービンに関する。より具体的には、本開示は、ターボ機械内部の温度差によるシャットダウンとロータのロック後、ガスタービンをロック解除するためのデバイスと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空転用形ガスタービンは、機械駆動用途の動力源として、ならびに工業プラント、配管系、海上作業台、ＬＮＧ用途などにおける発電用に広く使用されている。
【０００３】
ガスタービンは、たとえば緊急時にはシャットダウンされる場合があり、短時間のうちに再始動される。タービンのロータがシャットダウン後に無動のままだと熱変形が生じ得、ロータ部とステータ部の間のクリアランスが減少するかまたはなくなり、ロータ部とステータ部が擦れ合い、ロータのロック現象にも発展し得る。熱変形は、複数の要因による不均一な温度場に関連している。タービンの無動時はロータ冷却が不均一になり、ロータ上部は自然の対流現象により下部よりも冷却速度が遅くなるので、ロータの曲げや反りなどの変形が生じる。ロータとステータの間のクリアランスの減少は、シャットダウン中の二次流分布と関連のある温度の拡散からも生じ得る。タービンは、ロータが適切な温度場ならびに幾何学的形状になるまでは再始動できない。この点で、航空転用形ガスタービンの最も重要な部分は、ステータとロータの間の限られたクリアランスが設けられている、圧縮機段のブレードの先端部である。
【０００４】
一部のタイプのガスタービン緊急シャットダウンでは、冷却プロセスに相当な時間を要するので、その間タービンと駆動負荷は再始動できない。このことは多大な経済的損失をもたらし得、かつ／または技術的もしくは管理上の問題を生じさせ得る。
【０００５】
この問題に対し、シャットダウン中に低速ターニング条件でタービンロータの回転を維持することでロータの不均一な冷却を回避し、ロータのロックを防止するという解決策が提案されている。このことは、通常は始動用電気モータによりタービンロータを回転させて実行される。始動用電気モータは動力源として大量の電気エネルギーを必要とする。一部の特定のプラントの緊急シャットダウン条件ではＡＣ電流が利用できないため、始動用モータや高エネルギー消費装置が一切使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６３０３５６号公報
【発明の概要】
【０００７】
シャットダウンとロッキング後にガスタービンを冷却するのに必要なダウンタイムを短縮するために、ガスタービンがロックモードにあるときガスタービン内部全体に冷却空気を循環させるのに十分な圧の強制冷却空気流を生成する強制空気流ジェネレータを提供する。強制空気流はタービンロータをロック解除するのに必要な時間を短縮するので、強制冷却空気が供給されない場合よりも実質的に短時間でガスタービンを再始動させられる。
【０００８】
米国特許第４，００３，２００号は、付属ブロアが空気供給ラインに接続されたターボ機械システムを開示している。しかしこの場合、ブロアは、ターボ機械システムのロータを低回転（ローリング）条件に維持するための空気流を生成するのに使用される。しかし、この先行技術の構成は、ガスタービンのシャットダウン後のロック解除に関する問題には対処してはいない。
【０００９】
１つの実施形態によると、吸気プレナム、吸気プレナムと流体連通した圧縮機吸気口を有する圧縮機、燃焼室、高圧タービンおよび動力タービンで構成される航空転用形ガスタービンが提供される。強制空気流ジェネレータは、有利にも吸気プレナムと流体連通して配置されている。さらに、燃焼用空気流路にシャッター装置が設けられ、ガスタービンに入る空気は該シャッター装置を通って流れる。シャッター装置は、燃焼用空気流路を閉じるように配置され制御されるので、吸気プレナムは、強制空気流ジェネレータにより、たとえばシャットダウン後にロックされて該航空転用形タービンが回転しない間、加圧空気が該航空転用形タービンを通って流れるのに十分な圧になるまで加圧される。強制空気流ジェネレータが生成した強制冷却空気流は、ターボ機械から熱を除去するので、ロータのロックの原因となる熱膨張差効果が、強制冷却が不存在の場合よりも短時間で中和される。
【００１０】
一部の実施形態では、サイレンサー装置が燃焼用空気流路に備えられる。この場合、シャッター装置は、該燃焼用空気流路の空気流に対し、サイレンサー装置の下流に配置され得る。
【００１１】
サイレンサー装置は、平行に配置された複数の、間に空気通路を画定するサイレンサーパネルを含み得、各空気通路は空気出口開口部を有する。回動シャッターが各空気出口開口部に配置され得、選択的に空気通路を開閉する。回動シャッターはそれぞれ独立したアクチュエータで操作され得る。しかし、好ましい実施形態では、シャッターは互いに接続されて同時に共通の開閉用アクチュエータで制御される。
【００１２】
各回動シャッターは、それぞれの回動軸の周りを回動し得る。回動軸は、それぞれのサイレンサーパネルと平行に延び、かつ該サイレンサーパネルの後縁の下流にあるように配置され得る。後縁は、空気流方向に対しパネルの最も下流の縁部である。
【００１３】
一部の実施形態では、傾斜板が各回動軸と平行に配置され、それぞれのサイレンサーパネルの空気流方向の下流に延びている。シャッターが開位置にあるとき、傾斜板とシャッターは、空気流方向で互いに集束する相互位置にあり得、それぞれのサイレンサーパネルの下流に延びる低圧損失外形を形成するように設計され配置され得、その断面は空気流方向に減少する。
【００１４】
一部の実施形態によると、各サイレンサーパネルは平坦面を有し、隣接するサイレンサーパネルの各対の対向する平坦面がそれぞれ空気通路を画定する。各空気通路は、サイレンサーパネルの平坦面に対し平行である第１寸法と該平坦面に直交する第２寸法を有する実質的に矩形の断面を有し得る。第１寸法は第２寸法よりもたとえば１０倍長く、すなわち空気通路は長辺と短辺を有する矩形であり、短辺は長辺よりも１０倍短い、すなわち小さい。
【００１５】
吸気プレナムをより良好に閉じるために、したがってより高効率にガスタービンを強制冷却するために、少なくともいくつかの、好ましくは各空気出口開口部が、それぞれのシャッターと共作用する封止ガスケットに少なくとも部分的に囲まれている。一部の実施形態では、各空気出口開口部は全体的に封止ガスケットに囲まれている。封止ガスケットは自己封止形状を有し得る。自己封止形状は、吸気プレナム内の気圧が高まると封止効果を高めるものである。
【００１６】
たとえば、封止ガスケットは、ガスケット体部およびガスケット体部から突出する封止リップを備え得る。封止リップは、シャッターが閉位置にあるときはそれぞれのシャッターと共作用するように配置され設計され得、吸気プレナム内の圧により封止リップがシャッターに押し付けられる。
【００１７】
各空気出口開口部は、封止ガスケットを固定し所定位置に保持するガスケット保持形材に少なくとも部分的に囲まれている。
【００１８】
一部の実施形態では、各空気出口開口部にエンドストップが備えられ得、該エンドストップはそれぞれのシャッターの閉位置を画定し、吸気プレナム内の圧が封止ガスケットを押し潰さないようにする。これにより、封止ガスケットの機械的破損が防止される。
【００１９】
一部の実施形態では、強制空気流ジェネレータは、該強制空気流ジェネレータが動作していないときは、空気がそこを通って流れないように設計され配置されている。このことは、容積式圧縮機、たとえばルーツ圧縮機、またはスクリュー圧縮機などの回転圧縮機を用いると好都合に得られ得る。
【００２０】
さらなる態様によると、本開示は、航空転用形ガスタービンのシャットダウン後、該タービンのロータをロック解除する方法に関し、該方法は以下のステップを含む：
燃焼用空気流路と流体連通する吸気プレナム、航空転用形ガスタービンの圧縮機吸気口および強制空気流ジェネレータを準備するステップ、
燃焼用空気流路を閉じるように配置され制御されるシャッター装置を準備するステップ、
航空転用形ガスタービンの該ロータがシャットダウン後にロックされたとき、シャッター装置を閉じ、強制空気流ジェネレータによって航空転用形ガスタービンのロックされたロータを通って加圧空気を強制的に流すのに十分な過圧力を吸気プレナム内で生成することにより、該ロータを冷却するステップ。
【００２１】
各種の特徴と実施形態を以下に開示し、本明細書と一体である添付の請求項にも記載する。上記の簡単な説明では、以下の詳細な説明がわかりやすいように、また、本発明の当技術分野への貢献が理解しやすいように、本発明の様々な実施形態の特徴を記載した。もちろん他にも本発明の特徴はあり、以下に記載するとともに添付の請求項にも記載する。この点において、本発明の複数の実施形態を詳述する前に、本発明の様々な実施形態は、以下の説明や図面の例示における構造の詳細や構成要素の配置にその適用を限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施され実行されることが可能である。また、本明細書で使用される語句は、説明を目的とするだけであり、限定的であると考えてはならないことも理解されたい。
【００２２】
このように、当業者であれば、本開示の基本概念が、本発明の複数の目的を実行するための他の構造、方法および／またはシステムの設計の基本として容易に利用できることを理解しよう。したがって、特許請求の範囲は、そのような等価の構成が本発明の精神と範囲から逸脱しない限りはそれらも含むとみなされることが重要である。
【００２３】
以下の詳細な説明を添付の図面を参照しながら本発明をよりよく理解すれば、本発明の開示された実施形態およびそれらに付随する多くの利点をより完璧に容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】図１Ａは、それぞれ違う操作条件における、タービンロータのロック解除用の強制空気システムを備える航空転用形ガスタービン概略側面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、それぞれ違う操作条件における、タービンロータのロック解除用の強制空気システムを備える航空転用形ガスタービン概略側面図を示す。
【図１Ｃ】航空転用形ガスタービンの１つの例示的実施形態の概略長手方向断面図を示す。
【図２】１つの実施形態の強制空気システムのシャッター装置の等角投影図を示す。
【図３】図２のシャッター装置の平面図を示す。
【図４】図３の切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面を示す。
【図４Ａ】シャッター装置が閉位置での図４の細部Ａの拡大図を示す。
【図５】図３の切断線Ｖ−Ｖにおける側面図を示す。
【図６】図５の切断線ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す。
【図７】違う実施形態における吸気プレナム上部の垂直断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の例示的実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照する。違う図面内の同一の参照番号は、同一または類似の要素を特定する。さらに、図面は必ずしも正確な縮尺率で描かれてはいない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定義される。
【００２６】
本明細書を通じて、「１つの実施形態」または「ある実施形態」または「一部の実施形態」の参照は、ある実施形態との関連で記載される具体的な特色、構造また特徴が、本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じてあらゆる箇所に登場する「１つの実施形態では」または「ある実施形態では」または「一部の実施形態では」という語句は、必ずしも同一の実施形態（複数可）に言及しているとは限らない。さらに、具体的な特色、構造また特徴は、１または複数の実施形態に任意適当な方法で組み込まれ得る。
【００２７】
図１Ａと図１Ｂは、航空転用形ガスタービン設備の側面図と部分断面を概略的に示す。図１Ａではガスタービンは動作中であり、図１Ｂではロック解除装置が動作している間はガスタービンは動作していない。
【００２８】
設備全体を１００と標識する。設備は、ガスタービンパッケージ１０１と、その中に配置された航空転用形ガスタービン１０２を備える。航空転用形ガスタービン１０２の上流には吸気プレナム１０３が備えられている。吸気プレナム１０３は、吸気プレナム１０３の上方に延びる燃焼用空気流路１０５と流体連通している。燃焼用空気流路１０５の入口側にはフィルター１０７が設けられている。燃焼用空気流路１０５内部には、吸気により生じるノイズを低減するサイレンサー装置１０９が設けられている。
【００２９】
図１Ａを参照して後にさらに詳述するが、航空転用形ガスタービン１０２は、圧縮機セクション、燃焼器、高圧タービンおよび動力タービンを含む複数のセクションを備える。航空転用形ガスタービン１０２は、圧縮機およびタービンならびに燃焼器を囲む外側ケーシング１０２Ｃをさらに備える。航空転用形ガスタービン１０２の外側ケーシング１０２Ｃは、内部容積１０１Ａを画定するガスタービンパッケージ１０１に囲まれている。冷却空気は外側ケーシング１０２Ｃの周りを循環し、排出ダクト１１５を通じて排出される。動力タービンから排出された燃焼排ガスは、排気機１１７を通ってパッケージから出る。図１Ａと図１Ｂの図示表示では、航空転用形ガスタービン１０２の高温側に従軸１１９が備えられ、一般負荷１２１たとえば天然ガス液化ラインの発電機、圧縮機または圧縮機トレインまたは任意他の適当な負荷を駆動する。
【００３０】
一部の実施形態では、航空転用形ガスタービン１０２と反対の吸気プレナム１０３側に、吸気ダクト１１３およびガスタービンパッケージ１０１の内部１０１Ａと流体連通するコンパートメント１０６が配置されている。送風機１１０が吸気ダクト１１３内に配置され得る。あるいは、送風機１１２は排出ダクト１１５内に配置されてもよい。より多数の送風機の組合せも含まれる。送風機（複数可）１１０および／または１１２は、吸気ダクト１１３とコンパートメント１０６を通り吸気プレナム１０３の周囲を流れてガスタービンパッケージ１０１の内部１０１Ａに入り、ガスタービン外側ケーシング１０２Ｃを冷却する冷却空気流を生成する。
【００３１】
図１Ａと図１Ｂに示す実施形態によると、強制空気流ジェネレータ１１１がコンパートメント１０６に配置されている。一部の実施形態では、強制空気流ジェネレータ１１１は、回転容積圧縮機などの容積式圧縮機を備える。適当な回転圧縮機は、回転ローブ圧縮機たとえばルーツ圧縮機、スクリュー圧縮機または翼圧縮機である。より一般的な言い方をすれば、強制空気流ジェネレータ１１１は、強制空気流ジェネレータが動作していないときに空気流の流通を防止する手段で構成されている。ルーツ圧縮機などの容積式圧縮機を使用する場合、追加のチェック弁配置などの必要なく、圧縮機が動作していないときには空気が圧縮機を通って流れるのが防止される。このため構成が簡素化しより廉価になる。
【００３２】
強制空気流ジェネレータ１１１は、たとえば電気モータ１１４などの発動機により駆動され得る。強制空気流ジェネレータ１１１の入口側を１１１Ａで示し、出口側を１１１Ｂで示す。入口側１１１Ａはコンパートメント１０６と流体連通し、出口側１１１Ｂは吸気プレナム１０３と流体連通するので、強制空気流ジェネレータの動作中は、空気は吸気ダクト１１３を通じて吸引され、後に明記する目的のために強制的に吸気プレナム１０３を通って流される。
【００３３】
次に図１Ｃを参照すると、一部の実施形態では、航空転用形ガスタービン１０２は、圧縮機吸気口を形成する圧縮機フロントフレームまたはベルマウス１１を含む圧縮機セクション９、ケーシング１３および共通軸１６で回転可能に支持されケーシング１３内に配置されたロータ１４を備える。ロータ１４の動翼とケーシング１３の静翼により空気がベルマウス１１を通じて吸引され、圧縮されて圧縮機セクション９の出口１５に供給される。出口１５は燃焼器１７と流体連通している。圧縮機セクション９から出る圧縮空気は気体または液体燃料とともに燃焼器１７に供給される。
【００３４】
燃焼器１７は高圧タービン１９と流体連通している。高圧タービン１９は、それを通って流れる燃焼ガスにより回転され、圧縮機セクション９を駆動する動力を供給する。圧縮機を駆動するのに、利用可能な動力の一部のみが高圧タービン１９に利用される。高圧タービン１９から出る高温ガスはなおも加圧されており、航空転用形ガスタービン下流区域で機械的動力を生成するのに利用される。圧縮機セクション９、燃焼器１７および高圧タービン１９の組合せは、通常ガスジェネレータと称され、図面では全体として２０とされている。
【００３５】
図面に示す実施形態では、圧縮機セクション９のロータ１４と高圧タービン１９のロータは共通軸１６で支持され、一緒にガスジェネレータロータを形成している。
【００３６】
ガスジェネレータ２０で生成され高圧タービン１９から出るガスは、動力タービンセクションの下流を通って流れ、ここでガスに含まれるエネルギーは部分的に機械的エネルギーに変換される。
【００３７】
図面に示す例示的実施形態では、動力タービンセクションは低圧動力タービン２１を備え、これはステータ２１Ｓとロータ２１Ｒを備えている。図面に示す実施形態では、低圧動力タービン２１のロータ２１Ｒは、ガスジェネレータの共通軸１６とは機械的に別であるタービン軸２２上で支持され捩じり接続されている。
【００３８】
低圧動力タービン２１は、様々な数の膨張段を含み得る。図１Ａに示す例示的実施形態は、低速６段動力タービンを含む。他の実施形態は、高速動力タービン、たとえば高速２段動力タービンを含み得る。２３で動力タービンから出る排気ガスは、コージェネレーション目的で使用してもよいし、単に大気中に排出してもよい。
【００３９】
図１Ｃに示す航空転用形ガスタービンは単なる一例である。この用途では、多種多様な市販の航空転用形ガスタービンが使用され得る。圧縮機数、タービン数、軸数および圧縮・膨張段数を含む全体的な構造と配置は、各航空転用形ガスタービンにより異なり得る。適当な航空転用形ガスタービンは、ＬＭ２５００  Ｐｌｕｓ  Ｇ４  ＨＳＰＴまたはＬＭ２５００  Ｐｌｕｓ  ６段ガスタービンであり、いずれもＧＥアビエーション社（米国オハイオ州イヴンデール）から市販されている。他の適当な航空転用形ガスタービンは、ＧＥオイルアンドガス社（伊国フィレンツェ）から市販されているＰＧＴ２５＋航空転用形ガスタービンまたはドレッサーランドカンパニー社（米国テキサス州ヒューストン）から市販されているＤｒｅｓｓｅｒ−Ｒａｎｄ  Ｖｅｃｔｒａ（登録商標）４０Ｇ４航空転用形ガスタービンである。他の実施形態では、航空転用形ガスタービンは、いずれもＧＥオイルアンドガス社（伊国フィレンツェ）から市販されているＰＧＴ１６、ＰＧＴ２０またはＰＧＴ２５であり得る。また、ＧＥアビエーション社（米国オハイオ州イヴンデール）から市販されているＬＭ６０００航空転用形ガスタービンも適当である。
【００４０】
一部の実施形態では、航空転用形ガスタービンの軸は、一般負荷１２１を直接、つまり直接的な機械的接続により駆動できるので、一般負荷１２１は、航空転用形ガスタービン１０２の動力タービンと実質的に同じ速度で回転する。他の実施形態では、動力タービンの軸と一般負荷１２１の軸の間にギアボックスが配置され得る。特定の配置は、使用される動力タービンの種類（高速または低速）および／または一般負荷１２１の回転速度に基づき、設計要件による。
【００４１】
燃焼用空気流路１０５内の、サイレンサー装置１０９の下流に、シャッター装置１２３が設けられている。その動作と構造は後で詳述する。後でより詳しく説明するように、航空転用形ガスタービンのシャットダウン後、航空転用形ガスタービンのロータ、具体的にはガスジェネレータのロータがロックされ、航空転用形ガスタービンの再始動を可能にするために冷却されてロック解除されることが必要な場合はいつでも、シャッター装置１２３が閉じられ強制空気流ジェネレータ１１１が始動される。
【００４２】
特に図２から図６を参照して、次にシャッター装置１２３の第１実施形態を説明する。
【００４３】
有利な実施形態では、シャッター装置１２３は、図１に示すように、サイレンサー装置１０９の下、すなわち空気流の方向に対し該サイレンサー装置１０９の下流に配置されている。サイレンサー装置１０９は、複数の平行のサイレンサーパネル１３１を含み得る。サイレンサーパネルは、好ましくは平坦または平面である。隣接するサイレンサーパネル１３１の各対の間にそれぞれ空気通路が形成される。後の説明で明らかになるように、シャッター装置１２３は、各空気通路に回動シャッターを備え、サイレンサー装置１０９の下流に燃焼用空気流路１０５の高効率な閉鎖を提供する。
【００４４】
図２から図６に示す実施形態では、シャッター装置１２３は、枠体１３５を備える。好ましくは、枠体１３５は、互いに接続されて矩形または正方形の枠体１３５を形成する辺形材１３７、１３８、１３９および１４０で構成されている。好ましい実施形態では、枠体１３５の外寸は、燃焼用空気流路１０５の断面と合う。
【００４５】
図面に示す例示的実施形態では、複数の梁１４３が枠体１３５内部に配置されている。各梁１４３は、辺形材１３７から辺形材１３９まで枠体１３５の幅にわたり架かっている。梁１４３は、互いに離間されて隣接する梁１４３の各対の間に空気通路１４５を画定する。
【００４６】
図４の概略図からわかるように、各梁１４３は、サイレンサー装置１０９を形成するサイレンサーパネル１３１の１つの下端の下に配置されている。一部の実施形態では、梁１４３は、正方形または矩形の断面を有する。しかし、異なる断面も使用できることを理解されたい。
【００４７】
隣接する平行な梁１４３の間に画定された空気通路１４５は、対応する平行なサイレンサーパネル１３１の間に画定された対応する通路１４７の延長部を形成する。こうして、サイレンサー装置１０９部分とシャッター装置１２３部分において、燃焼用空気流路１０５の内部は、複数の隣り合って配置された空気通路１４５、１４７に分けられる。各通路は矩形の断面を有する。より具体的には、各空気通路１４５、１４７の断面は、第１寸法Ｄ１と第２寸法Ｄ２を有する。第１寸法Ｄ１は、サイレンサーパネル１３１と梁１４３の長さに対応し、第２寸法Ｄ２は隣接する梁１４３の間の距離に対応する。好ましい実施形態では、第１寸法Ｄ１は第２寸法Ｄ２の数倍長い。一部の実施形態では、第１寸法Ｄ１は第２寸法Ｄ２の少なくとも１０倍以上長い。
【００４８】
各空気通路１４５、１４７は、２つのそれぞれ平行な梁１４３と２つの対向する辺形材１３７と１３９により形成される空気出口開口部を有する。図４および図４Ａでは１４５Ａと標識される空気入口開口部は、後に詳述するように回動シャッターと共作用する封止ガスケットに囲まれている。
【００４９】
一部の実施形態では、各梁１４３の下部側壁から傾斜板１４９が吸気プレナム１０３に向けて延びている。各傾斜板１４９は、それぞれの梁１４３の全長にわたり伸び、対応する梁１４３ならびに対応するサイレンサーパネル１３１の下流方向の垂直中央面に向けて集束するように配置されている。
【００５０】
一部の実施形態では、各梁１４３の下、すなわち燃焼用空気流路１０５を通って吸気プレナム１０３に流れる空気に対し各梁１４３の下流で、シャッター１５１が対応する回動軸１５３に回動可能に支持されている。各回動軸１５３（特に図６参照）は、両端を支持ベアリング１５５と１５７で支持されている。図６に示す例示的実施形態では、各回動軸１５３の支持ベアリング１５５は辺形材１３７に支持され、各支持ベアリング１５７は対向する辺形材１３９に支持されている。したがって、各回動軸１５３はＡ−Ａ軸の周りを回動できる。
【００５１】
各回動軸１５３にはレバー１５４（特に図５参照）が備えられている。回動軸１５３のレバー１５４はすべてロッド１５９により互いに接続されている。ロッド１５９は、様々なレバー１５４の１つめから最後まで延びる一種の複合軸を形成するので、１つのアクチュエータ（たとえば図５に概略的に１６０で示すシリンダピストンアクチュエータ）により、全回動軸１５３が同時にそれぞれのＡ−Ａ軸の周りを回動して同時にシャッター１５１を開閉できる。回動運動は、およそ９０°の往復回転運動である。
【００５２】
一部の実施形態では、各シャッター１５１は、それぞれの回動軸１５３に捩じれを伴い抑制される平板で構成されているので、各回動軸１５３の往復回転は、それぞれのシャッター１５１（図４Ａ）を二頭矢印ｆ１５１にしたがい対応して往復回転させる。
【００５３】
それぞれの回動軸１５３のＡ−Ａ軸の周りの回動運動を制御することで、各シャッター１５１は開位置（図４）から閉位置（図４Ａ）に、およびその反対に動くことができる。
【００５４】
開位置（図４）では、各シャッター１５１は、それぞれの梁１４３の下に配置される。好ましい実施形態では、シャッター１５１が開位置にあるとき、各シャッター１５１と対応する傾斜板１４９は、サイレンサーパネル１３１とそれぞれの梁１４３を越えて延びる一種の後縁を吸気プレナム１０３に向かう空気流の方向に形成する。この配置により、空気流の圧損失とノイズの両方が相当低減される。
【００５５】
アクチュエータ１６０により全回動軸１５３をそれらのＡ−Ａ軸の周りで同時に回動させることで、全シャッター１５１が同時に図４Ａに示す閉位置にされる。この位置で、各シャッター１５１は、それぞれの空気入口開口部１４５Ａを完全に閉じる。
【００５６】
好ましい実施形態では、各空気入口開口部１４５Ａは、封止ガスケット１６３に囲まれている。空気入口開口部１４５Ａは、第１寸法Ｄ１−第２寸法Ｄ２の細長い矩形断面を有する。したがって、封止ガスケット１６３は、空気入口開口部１４５Ａの直線的縁部の周りに延びる直線的ガスケット部分で対応して形成される。封止ガスケット１６３は、押出し形材の部分を４５°で切断し、互いに接着溶接して細長い矩形の封止ガスケットの形にすることで形成できる。
【００５７】
一部の実施形態では、各シャッター１５１の閉位置は、シャッターが閉位置にあるとき（図４Ａ）シャッターが封止ガスケット１６３を過剰に押し潰したり挟んだりするのを防止するエンドストップ１５０により画定される。
【００５８】
一部の実施形態では、封止ガスケット１６３は、特に図４Ａに示すように、適当な断面を有する金属片により形成される溝形材１６５内に拘束されて所定位置に保持される。溝形材１６５は、空気入口開口部１４５Ａ全体の周りに延び、封止ガスケット１６３を所定位置に保持する。
【００５９】
さらに高効率の封止効果のために、一部の実施形態では、封止ガスケット１６３は、対応する溝形材１６５内に強制的に保持されるガスケット体部１６３Ｂを備え、さらに第１リップ１６３Ｘと第２リップ１６３Ｙを備える。２つのリップ、第１リップ１６３Ｘと第２リップ１６３Ｙは分岐して楔形空間１６３Ｓを形成する。閉位置（図４Ａ）では、シャッター１５１は下部リップ１６３Ｙに押し付けられている。シャッター１５１の上面に対する第２リップ１６３Ｙの封止作用は、吸気プレナム１０３内の気圧により、第２リップ１６３Ｙの可撓性と２つのリップ、第１リップ１６３Ｘと第２リップ１６３Ｙの間の楔形空間１６３Ｓのおかげで増加する。このようにして、回動軸１５３にわずかなトルクを加えただけでも高効率の封止が得られる。
【００６０】
航空転用形ガスタービン１０２のガスジェネレータのロータが、たとえば圧縮機ブレードが圧縮機ケーシング内部を擦ることで、タービンシャットダウン後にロックされると、ロータを冷却しガスタービンのロック解除に要するダウンタイムを短縮するために、シャッター装置１２３が閉じられ、強制空気流ジェネレータ１１１が始動する。空気は吸気ダクト１１３を通じて吸引され、吸気プレナム１０３において、航空転用形ガスタービン１０２のロックされたロータを空気が通って流れるような値にまで強制空気流ジェネレータ１１１により加圧される。一部の実施形態では、吸気プレナム１０３内で０．０５〜０．３バールの気圧、好ましくは周囲圧力より０．１〜０．１５バール上の気圧が望ましい。これらの圧条件下で、航空転用形ガスタービン１０２を通る空気流が生成される。空気流は、ガスジェネレータロータ、タービンロータおよびケーシングを冷却し、ロータがロック解除されるまで維持される。この冷却とロック解除はより短時間で得られるので、航空転用形ガスタービン１０２は速やかに再始動される。
【００６１】
上述の特別な封止ガスケット装置は、強制空気流ジェネレータ１１１の動作中、燃焼用空気流路１０５を閉じて吸気プレナム１０３から環境への逆流を防ぐのに特に有効である。
【００６２】
図７は、別のシャッター装置を設けられた吸気プレナム１０３の垂直面に沿った断面を概略的に示す。この実施形態では、シャッター装置（ここでも全体として１２３と標識する）は、吸気プレナム１０３の側壁に１７１で蝶番式に留められて水平軸の周りで回動し、燃焼用空気流路１０５を選択的に開閉する１つのドアまたはハッチ１７０を備える。シリンダピストンアクチュエータ１７３は、ドアまたはハッチ１７０の回動運動を二頭矢印ｆ１７０にしたがい制御して開位置（図７で実線で示す）から閉位置（図７で点線で示す）まで移動させ、ドア１７０は該閉位置でサイレンサー装置１０９の下流で燃焼用空気流路１０５を閉じる。
【００６３】
ここまで説明してきたガスタービン装置の動作は次のとおりである。ガスタービンの運転中（図１Ａ）、燃焼用空気流路１０５、サイレンサー装置１０９およびシャッター装置１２３（図１Ａの矢印Ａ）を通って流れる空気は吸気プレナム１０３および航空転用形ガスタービン１０２に入る。ガスジェネレータが生成した燃焼ガスは動力タービン内で膨張し、排気機１１７を通じて排出される。冷却空気（矢印Ｃ）は、吸気ダクト１１３、ガスタービンパッケージ１０１の内部１０１Ａを通って流れ、排出ダクト１１５を通って流出する。空気は、使用されているデバイス、つまり、たとえば容積式圧縮機の特質そのものにより、コンパートメント１０６内で吸気プレナム１０３から強制空気流ジェネレータ１１１を通って流れることはできない。
【００６４】
ガスタービンがシャットダウンすると、ガスジェネレータロータは摩擦によりすぐにロックされてしまう。ガスタービンは、十分に均一な温度分布（温度場）が得られるまでは冷却されねばならず、そうしてガスジェネレータロータは解除されまた回転できるようになる。
【００６５】
ガスタービン再始動までのダウンタイムを短縮するために、強制空気流ジェネレータ１１１が用いられ、ガスタービンを通って流れる強制冷却空気流を生成する。強制空気流ジェネレータ１１１が適切に動作できるように、シャッター装置１２３が閉じて強制空気流ジェネレータ１１１からの空気が燃焼用空気流路１０５を通って逃げないようにする。
【００６６】
強制空気流ジェネレータ１１１は、電気モータ１１４を作動させることで始動する。すると空気が吸気ダクト１１３を通じて吸引され、十分な過圧力で吸気プレナム１０３に送られ、強制的にガスタービンを通って流されて排気機１１７から出る。図１Ｂの矢印Ｄを参照されたい。
【００６７】
冷却空気は静止状態（非回転中）の航空転用形ガスタービン１０２を強制的に流れ、航空転用形ガスタービン１０２のロータとケーシングを冷却し、強制対流により熱を除去する。ロータは強制冷却されない場合に必要であるよりも大幅に短い時間でロック解除される。ロータのロック解除に必要な時間は、タービンの設計または他の要因により異なり得る。ＰＧＴ２５＋ガスタービンで実施した試験では、ロック解除合計時間は約４０分という結果であった。一般に、上述したような強制空気システムを用いた場合に必要な冷却時間は典型的には３０分から９０分である。なお、これらの数値は例示目的であり、ロータのロックが解除されるまでに必要な実際の合計時間には複数のパラメータが影響し得るので、本開示の範囲を限定するとみなしてはならない。
【００６８】
本明細書に記載の主題の開示された実施形態を図面に示し、複数の例示的実施形態と関連して特に詳しく説明してきたが、当業者にとっては、本明細書に記載の新規の教示、原理および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に記載の主題の利点から著しく逸脱することなく、多くの変形、変更および省略が可能であることは明らかであろう。したがって、本開示の新機軸の適切な範囲は、添付の特許請求の範囲の最も広義な解釈のみにより決定され、そのような変形、変更および省略のすべてを包含すべきである。さらに、あらゆる過程または方法のステップの順番や順序は代替実施形態にしたがい変更しても、または入れ替えてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
９  圧縮機セクション
１１  ベルマウス
１３  ケーシング
１４  ロータ
１５  出口
１６  共通軸
１７  燃焼器
１９  高圧タービン
２０  ガスジェネレータ
２１  低圧動力タービン
２１Ｒ  ロータ
２１Ｓ  ステータ
２２  タービン軸
１０１  ガスタービンパッケージ
１０１Ａ  内部
１０２  航空転用形ガスタービン
１０３  吸気プレナム
１０５  燃焼用空気流路
１０６  コンパートメント
１０７  フィルター
１０９  サイレンサー装置
１１０  送風機
１１１  強制空気流ジェネレータ
１１１Ａ  入口側
１１１Ｂ  出口側
１１２  送風機
１１３  吸気ダクト
１１４  電気モータ
１１５  排出ダクト
１１７  排気機
１１９  従軸
１２１  一般負荷
１２３  シャッター装置
１３１  サイレンサーパネル
１３５  枠体
１３７  辺形材
１３８  辺形材
１３９  辺形材
１４３  梁
１４５  空気通路
１４５Ａ  空気入口開口部
１４７  空気通路
１４９  傾斜板
１５０  エンドストップ
１５１  シャッター
１５３  回動軸
１５４  レバー
１５５  支持ベアリング
１５７  支持ベアリング
１５９  ロッド
１６０  アクチュエータ
１６３  封止ガスケット
１６３Ｂ  ガスケット体部
１６３Ｓ  楔形空間
１６３Ｘ  第１リップ
１６３Ｙ  第２リップ
１６５  溝形材
１７０  ハッチ（ドア）
１７３  シリンダピストンアクチュエータ
Ｄ１  第１寸法
Ｄ２  第２寸法
【図１Ａ】
2015512478.tif 000003
【図１Ｂ】
2015512478.tif 000004
【図１Ｃ】
2015512478.tif 000005
【図２】
2015512478.tif 000006
【図３】
2015512478.tif 000007
【図４】
2015512478.tif 000008
【図４Ａ】
2015512478.tif 000009
【図５】
2015512478.tif 000010
【図６】
2015512478.tif 000011
【図７】
2015512478.tif 000012
【国際調査報告】
2015512478.tif 000013
2015512478.tif 000014
2015512478.tif 000015