(57)【要約】【課題】ガスタービン排気部を通る流体流れを制御するためのシステム及び装置を提供すること。【解決手段】１つのガスタービン排気部は、その内部とその外部との間で流体が流れることができるように構成された第１の開口を有するガスタービン排気部のストラットを含むことができる。ガスタービン排気部はまた、ストラットに結合され且つ第１の開口を通って流れる流体の量を制御するように構成された可動プレートを含むことができる。【選択図】      図１
2013139802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン排気部であって、
ガスタービン排気部のストラットであって、その内部と外部との間で流体を流すことができるように構成された第１の開口を有するストラットと、
ストラットに結合した可動プレートであって、第１の開口を通って流れる流体の量を制御するように構成された可動プレートと
を備える、ガスタービン排気部。
【請求項２】
前記可動プレートがストラットの内側表面に結合される、請求項１記載のガスタービン排気部。
【請求項３】
前記可動プレートがストラットの外側表面に結合される、請求項１記載のガスタービン排気部。
【請求項４】
前記可動プレートが形状記憶合金を含む、請求項１記載のガスタービン排気部。
【請求項５】
前記可動プレートが少なくとも２つの位置間で移動し、第１の開口を通って流れる流体の量を制御するよう構成されている、請求項１記載のガスタービン排気部。
【請求項６】
前記可動プレートが受信信号に基づいて少なくとも２つの位置間で移動するように構成される、請求項５記載のガスタービン排気部。
【請求項７】
前記可動プレートが、ガスタービンが全負荷運転である時には第１の開口を通る流体流れを抑制する第１の位置に移動するように構成され、ガスタービンの始動時には第１の開口を通る流体流れを許容する第２の位置に移動するように構成される、請求項６記載のガスタービン排気部。
【請求項８】
ガスタービン始動時にストラットにおける第２の開口を通る流体流れを変えるように構成された第２の可動プレートを含み、第２の開口が、第１のストラット領域内にある、請求項１記載のガスタービン排気部。
【請求項９】
ガスタービンの運転時にストラットにおける第３の開口を通る流体流れを変えるように構成された第３の可動プレートを含み、第３の開口が、第２のストラット領域内にあり、第３の可動プレートが、ガスタービンがほぼ２０％と５０％負荷容量の間で運転している時に移動するように構成される、請求項８記載のガスタービン排気部。
【請求項１０】
第１の開口が、第３のストラット領域内にあり、可動プレートが、ガスタービンがほぼ４０％と１００％負荷容量の間で運転している時に移動するように構成される、請求項９記載のガスタービン排気部。
【請求項１１】
ガスタービン排気ディフューザのための制御システムであって、
ガスタービンエンジンの運転状態を表す信号を受信し、制御信号をアクチュエータに送信するように構成されたコントローラを備え、制御信号により、アクチュエータが、ガスタービン排気ディフューザ内に設置されたストラットに結合されたプレートを移動させて、ストラットを通る流体流れを変えるようにする、制御システム。
【請求項１２】
ガスタービンエンジンの運転状態を表す信号を生成するよう構成されたセンサを備える、請求項１１記載の制御システム。
【請求項１３】
センサが温度センサである、請求項１２記載の制御システム。
【請求項１４】
アクチュエータが油圧式アクチュエータを含む、請求項１１記載の制御システム。
【請求項１５】
アクチュエータが、空気圧式アクチュエータを含む、請求項１１記載の制御システム。
【請求項１６】
ガスタービン排気ディフューザであって、
ハブを形成する内壁と、
内壁を取り囲む外壁と、
ガスタービン排気ディフューザの内壁と外壁との間に結合された複数のストラットと
を備え、各ストラットが、少なくとも１つの開口と、該少なくとも１つの開口を通る流体流れを制御するように構成された可動プレートとを含む、ディフューザ。
【請求項１７】
前記可動プレートが少なくとも２つの位置間を移動して少なくとも１つの開口を通る流体流れを制御する、請求項１６記載のディフューザ。
【請求項１８】
前記可動プレートがスケジュールに基づいて流体流れを制御するように構成される、請求項１６記載のディフューザ。
【請求項１９】
前記可動プレートが運転パラメータに基づいて流体流れを制御するように構成される、請求項１６記載のディフューザ。
【請求項２０】
前記可動プレートがセンサ測定値に基づいて流体流れを制御するように構成される、請求項１６記載のディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、総括的にはタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービン排気部を通る流体流れを制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、ガスタービンエンジンに結合された排気ディフューザを含むことができる。ガスタービンエンジンは、燃料及び空気の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、次いで高温燃焼ガスは、１以上のタービンを駆動する。具体的には、高温の燃焼ガスは、タービンブレードが回転するように強制的に送り込まれ、これによりシャフトを駆動して１以上の負荷、例えば発電機を回転させる。排気ディフューザは、タービンからの排気を受け、圧力及び速度を漸次的に低下させる。排気ディフューザ内では、ストラットは、構造上支持を与えるが、流れ内に乱流を発生させることによって排気流れの特性を変化させることができる。しかしながら、ストラットは、タービンエンジンが全負荷状態下で運転している時の排気流れにより最少の乱流を発生するように設計することができる。残念ながら、このようなストラットは、タービンエンジンが部分負荷状態下で運転している時の排気流れにおいて乱流を発生させる可能性がある。
【０００３】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６８９６４７５号明細書
【発明の概要】
【０００５】
第１の実施形態では、ガスタービン排気部が、その内部とその外部との間で流体を流すように構成された第１の開口を有するガスタービン排気部のストラットを含む。ガスタービン排気部はまた、ストラットに結合され且つ第１の開口を通って流れる流体の量を制御するように構成された可動プレートを含む。
【０００６】
第２の実施形態では、ガスタービン排気ディフューザの制御システムが、ガスタービンエンジンの運転状態を表す信号を受信するように構成されたコントローラを含む。コントローラはまた、制御信号をアクチュエータに送信するように構成される。制御信号により、アクチュエータが、ガスタービン排気ディフューザ内に設置されたストラットに結合されたプレートを移動してストラットを通る流体流れを変えるようにする。
【０００７】
第３の実施形態では、ガスタービン排気ディフューザが、ハブを形成する内壁と内壁を取り囲む外壁とを含む。排気ディフューザはまた、ガスタービン排気ディフューザの内壁と外壁との間に結合された複数のストラットを含む。各ストラットは、少なくとも１つの開口及び少なくとも１つの開口を通る流体流れを制御するように構成された可動プレートを含む。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の技術の一実施形態によるガスタービンエンジンの側断面図。
【図２】図１のガスタービンエンジンで使用できるガスタービン排気ディフューザの一実施形態の斜視図。
【図３】可動プレートを備えた図２のガスタービン排気ディフューザのストラットの一実施形態の断面図。
【図４】図３に示したような可動プレートを備えたストラットの一実施形態の側断面図。
【図５】本発明技術の実施形態により可動プレートと共に使用する制御システムを有する、図１のガスタービンエンジンで使用可能なガスタービン排気ディフューザシステムのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
タービンシステムでは、ストラットを使用してタービン排気システムに対する構造上の支持を与えることができる。しかしながら、ある特定のシステムでは、ストラットは、排気流れに乱流を引き起こす可能性がある。下記で説明するように、ガスタービン排気部の特定の実施形態は、各ストラットの内部から各ストラットの外部に流体（例えば、排気）を流して、排気流れの乱流を減少させるように開口を備えたストラットを含む。ストラットの外部と内部との間で流れる流体の量を制御するために、可動プレートをストラットに結合して様々な位置の間に移動させ、排気流れの乱流を減少させるのに望ましい流体流れの量に応じて、流体流れを増加又は減少させることができる。例えば、可動プレートは、ストラットの開口を覆い、ストラットを通る流体流れを減少させることができ、また可動プレートは、ストラットの開口の覆いを解除し、ストラットを通る流体流れを増加させることができる。ストラットを通る流体流れを制御することにより、ストラットの周りに流れる排気の乱流を低減（例えば、流れ剥離を低減）することができる。
【００１３】
一実施形態では、可動プレートは、作動システムを使用して様々な位置間に移動することができる。作動システムは、ガスタービンの運転負荷容量に基づいてプレートを移動することができる。例えば、作動システムは、全運転負荷容量（例えば、１００％出力）時にストラットの開口を覆うようにプレートを移動させ、流体がストラットを通って流れない（例えば、最少の排気流れ乱流を有する）ようにすることができる。更に、作動システムは、全運転負荷容量未満（例えば、１００％出力未満）時にストラットの開口を覆わないようにプレートを移動させ、流体がストラットを通って流れる（例えば、排気流れを変えて最少の排気流れ乱流を有する）ようにすることができる。
【００１４】
他の実施形態では、作動システムは、センサ測定値及び／又はスケジュールに基づいてプレートを移動することができる。例えば、センサ測定値が、特定の閾値を超えた時には、プレートは、ストラットを通って流れる流体の量を増加又は減少させることができる。更に、プレートは、経過時間に基づいて様々な位置に移動することができる。例えば、第１の時間期間が経過した後、プレートは、ストラットを通る流体流れを増加させることができ、また第２の時間期間が経過した後、プレートは、ストラットを通る流体流れを減少させることができる。
【００１５】
更に、コントローラを使用して、ストラットに沿ったプレートの動きを制御することができる。例えば、コントローラは、１以上のセンサから排気システムの流体流れパラメータ又は他の属性を表す信号を受信することができる。これらの信号をコントローラが利用して、例えば、作動システムを制御してプレートを移動するためにどの制御信号が送信されるべきかを決定することができる。
【００１６】
次に、図面に移り、最初に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１００の一実施形態が示されている。ガスタービンエンジン１００は、軸方向１０２に延びている。半径方向１０４は、エンジン１００の軸線から外向きに延びる方向を示す。更に、円周方向１０６は、エンジン１００の軸線の周りの回転方向を示す。ガスタービンエンジン１００は、燃焼器セクション１１０の内部に設置された１以上の燃料ノズル１０８を含む。特定の実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、燃焼器セクション１１０内に環状（例えば、円周方向１０６）構成で配置された複数の燃焼器１１２を含むことができる。更に、各燃焼器１１２は、環状（例えば、円周方向１０６）又は他の構成で各燃焼器１１２のヘッド端部に又はその近傍に取り付けられた複数の燃料ノズル１０８を含むことができる。
【００１７】
空気は、吸気口セクション１１４を通って流入し、圧縮機１１６によって加圧される。圧縮機１１６からの加圧空気は次に、燃焼器セクション１１０内に向けられ、ここで加圧空気が燃料と混合される。加圧空気と燃料との混合気は、燃焼器セクション１１０内でほぼ燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを生成し、これを用いてタービンセクション１１８内でトルクを発生させる。上述のように、複数の燃焼器１１２は、燃焼器セクション１１０内で環状に（例えば、円周方向１０６に）配置することができる。各燃焼器１１２は、燃焼器１１２からの高温燃焼ガスをタービンセクション１１８に配向するトランジションピース１１９を含む。具体的には、各トランジションピース１１９は、燃焼器１１２からタービンセクション１１８のノズル組立体までの高温ガス通路を全体的に定める。図示のように、タービンセクション１１８は、シャフト１２４に対して回転可能に取り付けられたロータホイール１２２に結合される複数のブレード１２０を含む。タービンセクション１１８はまた、ブレード１２０の各セットのすぐ上流に配置されたノズル組立体１２６を含む。ノズル組立体１２６は、高温燃焼ガスをブレード１２０に向けて配向し、ここで高温燃焼ガスは、ブレード１２０に駆動力を加えて該ブレード１２０を回転させ、これによりシャフト１２４を転回させるようにする。ブレード１２０及びシャフト１２４は、円周方向１０６に回転する。高温燃焼ガスは次に、ガスタービンセクション１１８から流出し、排気ディフューザセクション１２８に流入することができる。排気ディフューザセクション１２８は、流体流れの速度を低下させ、また、静圧を増大させてガスタービンエンジン１００によりもたらされる仕事を増大させる。外壁１３０は、排気ディフューザセクション１２８の長さに沿って軸方向１０２に延びる。ストラット１３２は、外壁１３０と当接して示されている。更に、この断面図では、１つのみのストラットが示されているが、複数のストラットが、排気ディフューザセクション１２８の外壁１３０と内壁との間の支持構造体（例えば、ストラット１３２のベースで円周方向１０６に延びるハブ）として使用される。
【００１８】
図２は、ガスタービン排気ディフューザ１２８の一実施形態の斜視図を示している。具体的には、ストラット１３２は、ハブ１３４（例えば、内壁）の周りに配置され、このハブ１３４から半径方向１０４に延びる。ストラット１３２は、ハブ１３４と外壁１３０との間に結合され、これにより外壁１３０を構造的に支持するようにする。理解できるように、外壁１３０はハブ１３４を囲む。特定の実施形態では、外壁１３０は、膨張又は収縮して外壁１３０の外周を変えるように構成することができる。タービン排気が排気ディフューザ１２８内に流れると、排気は、ハブ１３４と外壁１３０との間に流れる。すなわち、排気はストラット１３２の周りに流れて、ストラット１３２が排気流れを変える。従って、排気ディフューザ１２８を通って排気がどのように流れるかについての特性は、ストラット１３２の形状及び位置に影響される。例えば、特定のストラット１３２では、ストラット１３２の様々な部分で流れ剥離が発生する可能性がある。しかしながら、以下で説明する技術を使用して流れ剥離を低減することができる。
【００１９】
図３は、流れ剥離を低減するのに使用できる可動プレートを備えた、図２のストラット１３２の一実施形態の断面図である。ストラット１３２は、全体的に細長い涙滴形状を有するものとして示されている。このような構成は、タービンエンジン１００が全負荷状態下で運転している時にディフューザセクション１２８を通って流れる排気に対してストラット１３２が引き起こす流れの乱流を最小限にすることができる。ストラット１３２の外部１３６は、外見的には涙滴形状を形成するが、内部１３８は中空である。更に、外部１３６は、外側表面１４０及び内側表面１４２を有する。開口１４４、１４６、１４８、及び１５０は、外側表面１４０から内側表面１４２まで延びて、ストラット１３２の内部１３８と外部１３６との間で開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通って流体（例えば、排気、空気など）が流れる（例えば、流体が内部１３８から開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通って流れてストラット１３２から流出する）ことを可能にする。理解できるように、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０は各々、ストラット１３２の表面に沿った様々な位置に複数の開口を含むことができる。運転時には、ストラット１３２の内部１３８に（例えば、ポンプを使用して）流体を噴射することができる。噴射した流体は、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通ってストラット１３２から流出することができ、ストラット１３２の周りに流れる排気の流れを変えることができる。例えば、タービンエンジン１０の始動時に開口１４４を通して流体を流し、ストラット１３２の周りに流れる排気プロファイルを改善することが望ましいとすることができる。逆に、タービンエンジン１００が全容量で運転している時には、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０の何れかを通る流体の流れを抑制するのが望ましいとすることができる。理解できるように、タービンエンジン１００の運転状態に応じて、流体がストラット１３２内に噴射され、この噴射された流体が開口１４４，１４６，１４８、及び１５０の少なくとも１つを通って流れる時に、ストラット１３２によって引き起こされる排気流れの乱流を低減することができる。例えば、噴射流体は、タービンエンジン１００の運転状態及び開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通る流体流れが遮断又は可能にされるかどうかに応じて、ストラット１３２上の様々な位置で流れ剥離が発生するのを止めることができる。
【００２０】
第１の可動プレート１５２は、第１のストラット領域１５３内に配置される。第１の可動プレート１５２は、ストラット１３２に結合され、開口１４４を通る流体流れを増加又は低減するように移動することができる。更に、第２の可動プレート１５４は、第２のストラット領域１５５内に配置される。第２の可動プレート１５４は、ストラット１３２に結合され、開口１４６及び１４８を通る流体流れを増加又は低減するよう移動することができる。加えて、第３の可動プレート１５６は、第３のストラット領域１５７内に配置される。第３の可動プレート１５６は、ストラット１３２に結合され、開口１５０を通る流体流れを増加又は低減するよう移動することができる。このようにして、可動プレートは、該可動プレート１５２、１５４、及び１５６の位置に基づいて、それぞれの開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通って流れる流体の量を制御することができる。図示のように、可動プレート１５２、１５４、及び１５６は、ストラット１３２の内側表面１４２に結合される。しかしながら、特定の実施形態では、可動プレート１５２、１５４、及び１５６は、ストラット１３２の外側表面１４０に（すなわち、ストラット１３２の外側上に）結合することができる。
【００２１】
可動プレート１５２、１５４、及び１５６は、金属、ポリマー、及びその他などのあらゆる材料で構成することができる。特定の実施形態では、可動プレート１５２、１５４、及び１５６は、形状記憶合金から構成することができる。例えば、可動プレート１５２、１５４、及び１５６は、銅、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、チタン、金、及び鉄の１以上を使用して形成された形状記憶合金から構成することができる。形状記憶合金を使用して、合金の温度又は他の何らかの特性に基づいて、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通って流れる流体の量を制御することができる。例えば、形状記憶合金は、ストラット１３２の温度及び／又はガスタービン排気ディフューザ１２８を通って流れる排気に基づいて、熱膨張又は収縮することができる。従って、形状記憶合金は、運転中に形状を変化させて流体流れの量を制御する。特定の実施形態では、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０は、軸方向１０２（図示）、半径方向１０４、及び／又は円周方向１０６の１以上で配列されて、ストラット１３２の内部１３８から外部１４０に流体を流すことを可能にすることができる点に留意されたい。
【００２２】
図４は、図３に示すように、可動プレートを備えたストラット１３２の一実施形態の側断面図である。内側表面１４２は、プレート１５２、１５４、及び１５６が結合された状態で示されている。第１の可動プレート１５２は、開口１７０、１７２、１７４、及び１７６を有する。図示のように、プレート１５２の開口１７０、１７２、１７４、及び１７６は、ストラット１３２の開口１４４と整列している。このようにして、第１の可動プレート１５２が図示した位置にある場合、流体は、ストラットの外部を通って流れることができる。更に、プレート１５２は、矢印１７８で示すように、軸方向１０２に移動することができる。理解できるように、プレート１５２の少ない動きは、開口１４４を部分的に塞ぐことができ、プレート１５２のより大きな動きは、開口１４４を完全に塞ぐことができる。更に、プレート１５２は、何れかの側部（軸方向）に移動して、開口１４４を塞ぐことができる。このようにして、プレート１５２は、様々な位置間に移動して、開口１４４を通って流れる流体の量を制御することができる。具体的には、プレート１５２は、図示のように開口１４４が全開状態になるように位置付けることができ、又は、プレート１５２は、全閉状態になるように位置付けることができ、或いは、プレート１５２は、開口１４４が部分開状態になるようにこれらの中間の任意の位置に位置付けることができる。
【００２３】
第２の可動プレート１５４は、開口１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、及び１９４を有する。開口１８０、１８２、１９２、及び１９４の一部は、ストラット１３２の開口１４６及び１４８と整列していない。逆に、他の開口１８４、１８６、１８８、及び１９０がストラット１３２の開口１４６及び１４８と整列する。ストラット１３２における一部の開口１４６及び１４８は、プレート１５４が現在のように位置付けられた時にプレート１５４の開口と整列しないので、点線で示されている。しかしながら、プレート１５４が矢印１９６で示すように、軸方向１０２に移動した時には、プレート１５４の開口１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、及び１９４は、現時点で整列していない開口１４６及び１４８と整列するよう移動することができる。例えば、プレート１５４は、右側に移動することができ、プレート１５４の開口１８４及び１８６は、ストラット１３２の開口１４８と整列することができ、他方、プレート１５４の開口１８０及び１８２は、ストラット１３２の開口１４６と整列することができる。更に、プレート１５４は、左側に移動することができ、プレート１５４の開口１８８及び１９０は、ストラット１３２の開口１４６と整列することができ、他方、プレート１５４の開口１９２及び１９４は、ストラット１３２の開口１４８と整列することができる。
【００２４】
第３の可動プレート１５６は、開口１９８、２００、２０２、及び２０４を有する。１つの開口２０２は、ストラット１３２の開口１５０と整列していないが、他の開口１９８、２００、及び２０４は、ストラット１３２の開口１５０と整列している。他のプレート１５２及び１５４と同様に、プレート１５６は、矢印２０６で示すように、軸方向１０２に移動することができる。プレート１５６の移動により、プレート１５６の開口２０２が移動して、開口１５０の１つと整列するようにすることができ、開口１９８、２００、及び２０４が移動して、開口１５０の１つと整列しないようにすることができる。更に、プレート１５６の上部に位置する開口１５０の２つは、プレートが軸方向１０２に移動した場合でも、プレート１５６の開口と整列することはできない。特定の実施形態では、プレート１５２，１５４、及び１５６は、半径方向１０４及び／又は円周方向１０６に移動して、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通る流体流れを制御できる点に留意されたい。
【００２５】
開口１４４、１４６、１４８、及び１５０は、あらゆる好適なサイズの直径を有することができる。例えば、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０の直径は、約５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、又は５０ｍｍとすることができる。特定の実施形態では、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０は、約６〜３０ｍｍ、２２〜６０ｍｍ、又は１２〜４５ｍｍの直径を有することができる。更に、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０は、円形、長円形、正方形、矩形、三角形、又は他のあらゆる好適な形状とすることができる。理解できるように、プレート１５２、１５４、及び１５６の開口もまた、あらゆる好適なサイズ又は形状とすることができる。更に、プレート１５２、１５４、及び１５６の開口は、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０と同じ形状ではなくてもよい。例えば、開口１４４，１４６，１４８，及び１５０は、円形とすることができ、プレート１５２、１５４、及び１５６の開口は、半円形、三日月形、パイ形、その他などの円の様々な部分の間で変わることができる。理解できるように、プレート１５２、１５４、及び１５６の開口は、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０と同じ形状及び／又はサイズとすることができる。更に、プレート１５２、１５４、及び１５６の各々の開口の配列は、図示のように、各プレートで異なることができ、又は各プレートの開口は均一とすることができる。具体的には、図４に示す構成は、開口が特定の用途に基づいてあらゆる好適な位置にあることができる点を立証していることを意味している。例えば、開口の構成（例えば、開口のパターン及び配置）、開口の個数、開口のサイズ、及び開口の形状は、特定のタービンエンジン１００における運転要件に基づいて決定することができる。
【００２６】
プレート１５２、１５４、及び１５６を移動することによって、スラット内部１３８から開口１４４，１４６、１４８、及び１５０を通って流れる流体を変えることができる点に留意されたい。様々な状況において、流れ剥離が発生するのを阻止するために、開口１４４、１４６、１４８、及び１５０の全て又は一部を通って流体を流すことができるか、或いは開口の何れもが通ることができないことが望ましいとすることができる。例えば、タービンエンジン１００が、ほぼ全負荷容量（例えば、ほぼ１００％出力）で運転している時には、ストラット１３２の周りの排気の流れが妨げられないように流体が開口１４４、１４６、１４８、及び１５０の全てを通って流れるのを阻止するのが望ましいとすることができる（例えば、ストラット１３２は、全負荷容量で運転している時に最少の流れ剥離になるように設計することができる）。更に、タービンエンジン１００が、約４０〜１００％の負荷容量で運転している時には、開口１５０を通って流れる流体がない状態で第３のストラット領域１５７で発生する可能性がある流れ剥離を阻止するために、流体が開口１５０を通って流れて、ストラット１３２の周りの排気の流れを変えることができるのが望ましいとすることができる。
【００２７】
加えて、タービンエンジン１００が、約２０〜５０％の負荷容量で運転している時には、流れ剥離が第２のストラット領域１５５内で発生するのを防止するために、流体が開口のうちの２つ（例えば、開口１４６及び／又は１４８）を通って流れることができるのが望ましいとすることができる。更に、タービンエンジン１００が、０〜３０％の負荷容量で運転している時には、流れ剥離が第１のストラット領域１５３内で発生するのを防止するために、流体が開口１４４を通って流れることができるのが望ましいとすることができる。更に、タービンエンジン１００の始動時には、流体が開口１４４を通って流れることができるのが望ましいとすることができる。理解できるように、この開口１４４、１４６、１４８、及び１５０の仕様は、排気ディフューザセクション１２８を通じて望ましい流体流れをもたらし、システム間で変わることができ、特定の用途に依存することができる。
【００２８】
プレート１５２、１５４、及び１５６は、任意の方法で移動して、ストラット１３２の開口１４４、１４６、１４８、及び１５０を通る流体流れを制御することができる。例えば、プレート１５２、１５４、及び１５６は、作動システムによって移動して、流体流れを制御することができる。作動システムは、油圧、空気圧、機械、又は電気によって作動可能なアクチュエータを含むことができる。更に、プレート１５２、１５４、及び１５６は、スケジュール、運転パラメータ、センサ測定値、その他に基づいて流体流れを制御するように移動することができる。例えば、プレート１５２、１５４、及び１５６は、特定の運転時間の間に、流体が特定の開口１４４、１４６、１４８及び１５０を通って流れることができるような指定時刻のスケジュールに基づいて流体流れを可能にするか又は阻止するように移動することができる。指定時刻の時間期間は、特定の時間期間におけるタービンエンジン１００の始動、停止、又は運転に相関させることができる。加えて、プレート１５２、１５４、及び１５６は、上記で説明したように、運転負荷容量のようなタービンエンジン１００の運転パラメータに基づいて移動するように構成することができる。更に、プレート１５２，１５４、及び１５６は、温度センサ、流量センサ、運転状態センサ、圧力センサ、その他などのセンサ測定値に基づいて移動するように構成することができる。
【００２９】
図５は、可動プレート２２４と連動して使用する制御システム２２２を有するガスタービン排気ディフューザシステム２２０のブロック図である。理解できるように、各ストラットにおける可動プレート２２４は、ストラット１３２を通る流体の流れを制御するために使用されるあらゆる数のプレートを含むことができる。更に、可動プレート２２４は各々、プレート２２４を移動するための装置にプレート２２４を結合するレバー又は他の何らかの連結装置を有することができる。制御システム２２２は、制御信号をアクチュエータ２２８に送る（又は送信する）ように構成することができるコントローラ２２６を含む。制御信号は、アクチュエータ２２８がプレート２２４を所望の位置に移動させ、従って、ストラット１３２を通る流体の流れを変えることができる。特定の実施形態では、コントローラ２２６は、コンピュータ、コンピュータ用の拡張カード、スタンドアローンコンピュータデバイス、マイクロプロセッサ、集積回路（例えば、プログラム可能ロジックコントローラ（ＰＬＣ）、その他とすることができる。上記で説明したように、アクチュエータ２２８は、油圧式、空気圧式、機械式（例えば、ラック及びピニオン）、又は電気式アクチュエータのようなあらゆる形式のアクチュエータとすることができる。制御システム２２２は、制御信号をアクチュエータ２２８に送信するためのアクチュエータ配線２２８を含む。しかしながら、理解できるように、特定の実施形態は、アクチュエータ配線を含まない場合があり、その代わりとしてアクチュエータ２２８を制御するための油圧式及び／又は空気圧式回路を含むことができる。
【００３０】
コントローラ２２６はまた、検知パラメータの指示値を提供するセンサからの信号を受信するように構成することができる。例えば、センサ２３２は、タービンエンジン１００の運転状態、温度、流体流れの量、及び／又は流体圧力の指示値を提供することができる。更に、センサ２３２は、プレート２２４を移動するタイミングを決定するために、コントローラ２２６によって使用できるあらゆる測定値を提供することができる。センサ２３２は、配線２３４を使用してコントローラ２２６に通信可能に結合される。図示のように、センサ２３２は、ストラット１３２に直結することができ、又は他の実施形態では、センサ２３２は、あらゆる好適な位置に配置することができる。例えば、センサ２３２は、ストラット１３２の前方端部（例えば、排気流れと最初に接触する位置）に、ストラット１３２の後方端部（例えば、排気流れと最後に接触する位置）に、ストラット１３２と同一平面となるようにストラット１３２の内部（例えば、排気流れに最小限の乱流を発生させるため）に、外壁１３０内又は外壁１３０上に、及び／又はハブ１３４内又はハブ１３４上に設置することができる。
【００３１】
理解できるように、本明細書で説明した技術は、排気ディフューザシステム２２０においてストラット流体工学の利用を可能にすることができる。具体的には、流体流れ剥離は、ストラットの孔を覆うか又は開放するプレートを移動することによって低減することができる。従って、タービンエンジン１００は、部分負荷運転時に性能上の利点を有することができる。更に、全負荷運転時のタービンエンジン１００の運転は、たとえあるとしても、このような技術を使用することによって影響を最小限にすることができる。
【００３２】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３３】
１００  ガスタービンエンジン
１０２  軸方向
１０４  半径方向
１０６  円周方向
１０８  燃料ノズル
１１０  燃焼器セクション
１１２  燃焼器
１１４  吸気口セクション
１１６  圧縮機
１１８  タービンセクション
１１９  トランジションピース
１２０  ブレード
１２２  ロータホイール
１２４  シャフト
１２６  ノズル組立体
１２８  排気ディフューザセクション
１３０  外壁
１３２  ストラット
１３４  ハブ
１３６  外部
１３８  内部
１４０  外側表面
１４２  内側表面
１４４  開口
１４６  開口
１４８  開口
１５０  開口
１５２  第１の可動プレート
１５４  第２の可動プレート
１５５  第２のストラット領域
１５６  第３の可動プレート
１５７  第３のストラット領域
１７０  開口
１７２  開口
１７４  開口
１７６  開口
１７８  矢印
１８０  開口
１８２  開口
１８４  開口
１８６  開口
１８８  開口
１９０  開口
１９２  開口
１９４  開口
１９６  矢印
１９８  開口
２００  開口
２０２  開口
２０４  開口
２０６  矢印
２２０  ガスタービン排気ディフューザシステム
２２２  制御システム
２２４  可動プレート
２２６  コントローラ
２２８  アクチュエータ
２３２  センサ
２３４  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013139802.tif 000005
【図４】
2013139802.tif 000006
【図５】
2013139802.tif 000007
【外国語明細書】
2013139802000001.pdf