(57)【要約】【課題】排気ストラット及びこれを組み込んだターボ機械を提供すること。【解決手段】排気ストラットが提供され、前縁部と該前縁部の反対側にある後縁部とを定め、前縁部及び後縁部が正圧側面及び該正圧側面の反対側にある負圧側面によって接続された翼形部形断面を有する本体を備え、少なくとも前縁部と、該前縁部に近接した正圧側面及び負圧側面のそれぞれのセクションとが形状記憶合金から形成されており、排気ストラットが更に、前縁部と該前縁部に近接した正圧側面及び負圧側面のそれぞれのセクションとに動作可能に配置されて、形状記憶合金の温度を修正する温度制御システムを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ストラットであって、
前縁部と該前縁部の反対側にある後縁部とを定め、前記前縁部及び後縁部が正圧側面及び該正圧側面の反対側にある負圧側面によって接続された翼形部形断面を有する本体を備え、
少なくとも前記前縁部と、該前縁部に近接した前記正圧側面及び前記負圧側面のそれぞれのセクションとが形状記憶合金から形成されており、
前記排気ストラットが更に、
前記前縁部と該前縁部に近接した前記正圧側面及び前記負圧側面のそれぞれのセクションとに動作可能に配置されて、前記形状記憶合金の温度を修正する温度制御システムを備える、排気ストラット。
【請求項２】
前記温度制御システムが、前記形状記憶合金内に形成された孔を含む、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項３】
前記温度制御システムが、前記形状記憶合金に近接して配置された流体パイプを含む、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項４】
前記温度制御システムが、半径方向、軸方向及び蛇行配置方式で形成される、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項５】
前記形状記憶合金が、前記本体のスパンに沿ったストリップ内に設けられる、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項６】
前記後縁部並びに前記正圧側面及び前記負圧側面の追加のセクションが形状記憶合金から形成される、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項７】
前記形状記憶合金が、前記前縁部、前記後縁部、前記正圧側面、及び前記負圧側面に沿ったストリップ内に設けられる、請求項５記載の排気ストラット。
【請求項８】
前記温度制御システムが、少なくとも所定のアルゴリズムに従って前記形状記憶合金の温度を制御するよう構成されたプロセッシングユニットを備える、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項９】
前記プロセッシングユニットが、負荷又は運転上の変化の少なくとも１つを検知し、これに応じて前記形状記憶合金の温度を制御するよう構成されている、請求項８記載の排気ストラット。
【請求項１０】
前記本体を被覆する熱障壁コーティングを更に備える、請求項１記載の排気ストラット。
【請求項１１】
排気ストラットであって、
前縁部と該前縁部の反対側にある後縁部とを定め、前記前縁部及び後縁部が正圧側面及び該正圧側面の反対側にある負圧側面によって接続された翼形部形断面を有する本体と、
前記前縁部、前記後縁部、前記正圧側面、及び前記負圧側面に沿ったストリップ内に形状記憶合金から形成された前記本体の外面と、
前記本体の外面に動作可能に配置されて、前記形状記憶合金のストリップの１以上の温度を修正する温度制御システムと
を備える、排気ストラット。
【請求項１２】
前記温度制御システムが、前記形状記憶合金のストリップ内に形成された孔を含む、請求項１１記載の排気ストラット。
【請求項１３】
前記温度制御システムが、前記形状記憶合金のストリップに近接して配置された流体パイプを含む、請求項１１記載の排気ストラット。
【請求項１４】
前記温度制御システムが、少なくとも所定のアルゴリズムに従って前記形状記憶合金のストリップの１以上の温度を制御するよう構成されたプロセッシングユニットを備える、請求項１１記載の排気ストラット。
【請求項１５】
ターボ機械であって、
タービンセクションと、
前記タービンセクションから下流側に配置され且つ流体結合された拡散セクションと、
前記拡散セクションの前方端部に配置された排気ストラットと
を備え、前記排気ストラットが、
前記タービンセクション及び前記拡散セクションを通って進む主流に対して前縁部及び後縁部を定め且つ前記前縁部及び後縁部が正圧側面及び負圧側面によって接続されている翼形部形断面を有する本体を含み、少なくとも前記前縁部と、該前縁部に近接した前記正圧側面及び前記負圧側面のそれぞれのセクションとが形状記憶合金から形成されており、
前記排気ストラットが更に、
前記前縁部と該前縁部に近接した前記正圧側面及び前記負圧側面のそれぞれのセクションとに動作可能に配置されて、前記形状記憶合金の温度を修正する温度制御システムを含む、ターボ機械。
【請求項１６】
前記温度制御システムが、前記形状記憶合金内に形成された孔と、前記形状記憶合金に近接して配置された流体パイプとを含む、請求項１５記載のターボ機械。
【請求項１７】
前記形状記憶合金が、前記本体のスパンに沿ったストリップ内に設けられる、請求項１５記載のターボ機械。
【請求項１８】
前記後縁部並びに前記正圧側面及び前記負圧側面の追加のセクションが形状記憶合金から形成される、請求項１５記載のターボ機械。
【請求項１９】
前記形状記憶合金が、前記前縁部、前記後縁部、前記正圧側面、及び前記負圧側面に沿ったストリップ内に設けられる、請求項１８記載のターボ機械。
【請求項２０】
前記温度制御システムが、少なくとも所定のアルゴリズムに従って前記形状記憶合金の温度を制御するよう構成されたプロセッシングユニットを備える、請求項１５記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、排気ストラットに関し、より詳細には、発電タービンなどのターボ機械における少なくとも設計外状態の間に使用する排気ストラットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電用ガスタービンエンジンなどのターボ機械は、タービンセクション及び拡散セクションを含む。タービンセクションは、高温流体の流れから動力及び／又は電気を生成するよう構成され、その後方端部にて高温流体の残りの部分からタービン排気を出力する。タービンセクションの後方端部から下流側に拡散セクションが配置され、該拡散セクションは、タービン排気が拡散セクションに流れるようにタービンセクションに流体結合される。拡散セクション内では、タービン排気の流れが拡散されて調整され、大気中に排出される。
【０００３】
柔軟なターボ機械運転に対する要求の増大に伴って、部分負荷運転が重要となっている。部分負荷時には、排気として拡散セクションに入るタービンセクション後方段からの流れは、衝撃の少ない流れとして提供することができず、圧力損失を生じる恐れがある。これらの圧力損失は、部分負荷時のターボ機械の効率及び有用性に直接的な影響を及ぼす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７７４９３４１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の１つの態様によれば、排気ストラットが提供され、前縁部と該前縁部の反対側にある後縁部とを定め、前縁部及び後縁部が正圧側面及び該正圧側面の反対側にある負圧側面によって接続された翼形部形断面を有する本体を備え、少なくとも前縁部と、該前縁部に近接した正圧側面及び負圧側面のそれぞれのセクションとが形状記憶合金から形成されており、排気ストラットが更に、前縁部と該前縁部に近接した正圧側面及び負圧側面のそれぞれのセクションとに動作可能に配置されて、形状記憶合金の温度を修正する温度制御システムを含む。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、排気ストラットが提供され、前縁部と該前縁部の反対側にある後縁部とを定め、前縁部及び後縁部が正圧側面及び該正圧側面の反対側にある負圧側面によって接続された翼形部形断面を有する本体と、前縁部、後縁部、正圧側面、及び負圧側面に沿ったストリップ内に形状記憶合金から形成された本体の外面と、本体の外面に動作可能に配置されて、形状記憶合金のストリップの１以上の温度を修正する温度制御システムとを含む。
【０００７】
本発明の更に別の態様によれば、ターボ機械が提供され、タービンセクションと、タービンセクションから下流側に配置され且つ流体結合された拡散セクションと、拡散セクションの前方端部に配置された排気ストラットとを含む。排気ストラットは、タービンセクション及び拡散セクションを通って進む主流に対して前縁部及び後縁部を定め且つ前縁部及び後縁部が正圧側面及び負圧側面によって接続されている翼形部形断面を有する本体を含み、少なくとも前縁部と、該前縁部に近接した正圧側面及び負圧側面のそれぞれのセクションとが形状記憶合金から形成されており、排気ストラットが更に、前縁部と該前縁部に近接した正圧側面及び負圧側面のそれぞれのセクションとに動作可能に配置されて、形状記憶合金の温度を修正する温度制御システムを含む。
【０００８】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ターボ機械の概略側面図。
【図２】図１のターボ機械の排気ストラットの斜視図。
【図３】実施形態による図２の排気ストラットの半径方向の図。
【図４】実施形態による図２の排気ストラットの半径方向の図。
【図５】実施形態による図２の排気ストラットの半径方向の図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１１】
幾つかの態様によれば、ガスタービンエンジンなどのターボ機械の排気ストラットに形状記憶合金（ＳＭＡ）が提供される。一般に、ＳＭＡは、その温度が特性遷移温度の上／下に変化したときに元の形状を記憶することができる特有の特性を有する。本明細書で記載されるように、この特性を利用して、タービンセクションからの流入流れに対する排気ストラットの向きを修正することができる。詳細には、排気ストラットのＳＭＡ部分は、部分負荷運転中に２次流れを配向することができる温度制御システムを備える。この２次流れは、専用の供給源から提供することができ、或いは、排気ストラットを冷却するのに使用されるブロア空気であってもよい。２次流れが温度制御システムを通過すると、ＳＭＡ温度が修正されてＳＭＡを形状変化させることができる。すなわち、ＳＭＡは、負荷変化により生じる流れ温度又はあらゆる測定可能なタービンパラメータの変化に応答して形状変化をするように作られ、これによりタービンセクションからの流入流れの衝撃の少ない流入を可能にすることができる。
【００１２】
図１を参照すると、発電用ガスタービンエンジンのようなターボ機械１０が提供される。ターボ機械１０は、タービンセクション１１及び拡散セクション１２を含む。タービンセクション１１は、高温流体の流れから動力及び／又は電気を生成するよう構成され、その後方端部にて後方軸流段からのタービン排気として高温流体の残りの部分を出力する。拡散セクション１２は、タービンセクション１１の後方端部から下流側に配置され、タービン排気が拡散セクション１２に流れるようにタービンセクション１１に流体結合される。拡散セクション１２内では、タービン排気の流れが拡散されて調整され、大気中に排出される。
【００１３】
図１及び２を参照すると、ターボ機械１０は更に、１以上の排気ストラット２０を含み、該排気ストラット２０は各々、拡散セクション１２の前方端部に配置される。各排気ストラット２０は、本体３０と温度制御システム４０とを含む。本体３０は、翼形部形断面３１を有し、タービンセクション１１から拡散セクション１２内に進むタービン排気の主流に対して、前縁部３２、後縁部３３、正圧側面３４、及び負圧側面３５を定める。図２に示すように、後縁部３３は前縁部３２の反対側にあり、正圧側面３４は負圧側面３５の反対側にある。
【００１４】
正圧側面３４は、前縁部３２と後縁部３３との間に延びて、前縁部３２に近接した正圧側面のセクション３４１を定める。同様に、負圧側面３５は、前縁部３２と後縁部３３との間に延びて、前縁部３２に近接した負圧側面のセクション３５１を定める。実施形態によれば、本体３０は、ＳＭＡ４００から形成することができ（図５を参照）、別の実施形態によれば、少なくとも前縁部３２と、前縁部３２に近接して各々定められた正圧側面３４及び負圧側面３５のそれぞれのセクション３４１、３５１とはＳＭＡ４００から形成することができる（図３及び４を参照）。
【００１５】
図３及び４を参照すると、ターボ機械１０は更に、上述の温度制御システム４０を含み、本体３０付近に配置されて、本体３０の一部又は全体の温度を修正するよう位置決めすることができる。詳細には、温度制御システム４０は、前縁部３２並びに正圧側面３４及び負圧側面３５のそれぞれのセクション３４１、３５１に、或いはその近傍に配置することができる。この構成では、温度制御システム４０は、排気ストラット２０が少なくとも部分負荷状態の発生に従って形状変化することができるように、ＳＭＡ４００の温度を修正するよう構成することができる。
【００１６】
実施形態によれば、図３に示すように、温度制御システム４０は、ＳＭＡ４００内に形成された孔４０１を含むことができる。孔４０１は、排気ストラット２０のスパン寸法に沿って延びるような向きにすることができ、排気ストラット２０の全長に沿って、又は一部もしくは全ての場合において、排気ストラット２０の部分的長さに沿って延びることができる。代替の実施形態によれば、図４に示すように、温度制御システム４０は、流体パイプ４０２を含むことができる。流体パイプ４０２は、ＳＭＡ４００に近接して配置することができ、排気ストラット２０のスパン寸法に沿って延びるような向きにすることができ、排気ストラット２０の全長に沿って、又は一部もしくは全ての場合において、排気ストラット２０の部分的長さに沿って延びることができる。何れの場合においても、冷却孔４０１又は流体パイプ４０２は、半径方向、軸方向、及び蛇行配置の１以上、又は他の何れかの類似の配置方式でＳＭＡ４００に設けることができる。
【００１７】
従って、温度制御システム４０は、ターボ機械１０の少なくとも部分負荷運転中に少なくともＳＭＡ４００に向けて２次流れを配向するよう構成される。この２次流れは、専用の供給源から提供することができ、或いは、排気ストラットを冷却するのに使用されるブロア空気であってもよい。配管５１（図１を参照）は、専用の供給源又はブロア空気の供給源から排気ストラット２０に２次流れを移送するよう配置することができる。
【００１８】
再度図２を参照し、また図５を参照すると、ＳＭＡ４００は、排気ストラット２０の本体３０のスパンに沿ってそれぞれ配列された半径方向ストリップ４１０内に、或いは、本体３０の外面の周りにそれぞれ配列される軸方向／翼弦方向ストリップ４２０内に設けることができる。何れかの場合又は両方の場合において、種々の半径方向ストリップ４１０及び種々の軸方向／翼弦方向ストリップ４２０は、単一ユニットとして又は互いに独立して温度制御システム４０により作動させることができる。後者の場合、種々の半径方向ストリップ４１０及び種々の軸方向／翼弦方向ストリップ４２０の独立した温度制御は、少なくとも部分負荷状態の間又はその時点での排気ストラット２０の温度プロファイル又は流入流れプロファイルに従って制御することができる。半径方向又は軸方向／翼弦方向として本明細書で記載されているが、これらの構成は単に例示に過ぎず、適切とみなされるあらゆる向きでストリップを設けることができる点に留意されたい。
【００１９】
再度図１を参照すると、ターボ機械１０の温度制御システム４０は更に、プロセッシングユニット５０を含むことができる。プロセッシングユニット５０は、実行可能命令が格納される統合又は別個の記憶機構を備えることができる。実行時には、実行可能命令により、プロセッシングユニット５０が、少なくとも部分負荷状態における少なくとも所定のアルゴリズムに従ってＳＭＡ４００の温度を修正するよう温度制御システム４０を制御する。例示的な実施形態では、プロセッシングユニット５０は、種々の半径方向ストリップ４１０及び種々の軸方向／翼弦方向ストリップ４２０の温度を独立して又は互いに組み合わせて修正するよう温度制御システム４０を制御することができる。
【００２０】
実施形態によれば、プロセッシングユニット５０は、ターボ機械１０の負荷及び／又は運転上の変化の少なくとも１つを入力として受け取ることによりこれを検知するよう構成することができる。従って、プロセッシングユニット５０は、ＳＭＡ４００の温度を適宜制御することができる。また、ＳＭＡ４００が十分に形状変化を生じさせることができない限りでは、機械的補助装置を設けて排気ストラット２０の形状を機械的に変化させることができる点は理解されたい。
【００２１】
更に別の実施形態によれば、図２〜５を参照し、本体３０は、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）５００（図３〜５を参照）によって被覆することができる。このＴＢＣ５００は、本体３０の所与の温度を維持し、また、少なくともＳＭＡ４００がタービン環境に伴う高温及び高圧に曝されるのを防ぐために設けることができる。
【００２２】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ターボ機械
１１  タービンセクション
１２  拡散セクション
１２０  前方端部
２０  スマート排気ストラット
３０  本体
３１  翼形部形断面
３２  前縁部
３３  後縁部
３４  正圧側面
３４１  セクション
３５  負圧側面
３５１  セクション
４０  温度制御システム
４００  ＳＭＡ
４０１  孔
４０２  流体パイプ
４１０  半径方向ストリップ
４２０  軸方向／翼弦方向ストリップ
５０  プロセッシングユニット
５１  配管
５００  熱障壁コーティング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2013139776000001.pdf