(57)【要約】【課題】部分負荷で作動するタービンを提供すること。【解決手段】タービンは、流体を吸入する圧縮機と、圧縮機からの流体を加熱する燃焼室と、燃焼室からの加熱流体を用いてシャフトを回転させるタービンセクションと、圧縮機からの流体の一部を取り出すことによりバイパス流を生成し、該バイパス流を加熱してタービンセクションに挿入するバイパス回路とを含む。【選択図】      図１
2013139781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分負荷で運転するタービンであって、
流体を吸入する圧縮機と、
前記圧縮機からの流体を加熱する燃焼室と、
前記燃焼室からの加熱流体を用いてシャフトを回転させるタービンセクションと、
前記圧縮機からの流体の一部を取り出して該流体の一部を前記タービンセクションに送出することによりバイパス流を生成するバイパス回路と、
部分負荷運転が選択されたかどうかを判定し、部分負荷運転が選択されたときに前記バイパス回路を開放するようにするコントローラと
を備え、部分負荷運転が選択されたと前記コントローラが判定したときに、前記コントローラは、前記圧縮機への通常部分負荷吸入を決定し、前記圧縮機への部分負荷吸入を前記通常部分負荷吸入を上回る所定の第１の割合だけ増大させ、前記圧縮機から流体の一部を取り出し、前記増大した部分負荷流体吸入に対する前記圧縮機から取り出した流体の一部の割合が前記所定の第１の割合以下であるように、前記バイパス回路を制御する、タービン。
【請求項２】
前記圧縮機が流体吸入装置を含み、前記コントローラが、前記部分負荷流体吸入を増大させるよう前記流体吸入装置を制御する、請求項１記載のタービン。
【請求項３】
前記コントローラが、前記部分負荷流体吸入を２０％増大させ、前記圧縮機からの流体の１５％を取り出すよう前記バイパス回路を制御する、請求項１記載のタービン。
【請求項４】
タービンであって、
流体を吸入し該流体を加圧する圧縮機と、
前記圧縮機からの流体を加熱する燃焼室と、
前記燃焼室からの加熱流体を用いてシャフトを回転させるタービンセクションと、
前記圧縮機からの流体の一部を取り出すことによりバイパス流を生成し、該バイパス流を加熱して、該バイパス流を前記タービンセクションに挿入するバイパス回路と
を備える、タービン。
【請求項５】
前記バイパス回路が、前記バイパス流を加熱するための蒸気発生器及び燃焼ユニットのうちの少なくとも１つを含む、請求項４記載のタービン。
【請求項６】
前記タービンが更に、排気セクションを含み、前記バイパス回路が、前記排気セクションからの加熱流体を用いて前記バイパス流を加熱する、請求項４記載のタービン。
【請求項７】
前記圧縮機が少なくとも１１個の段を含み、前記バイパス回路が、前記少なくとも１１個の段の中の第３の段から台１１番目の段のうちの少なくとも１つから前記流体の一部を取り出し、ここで少なくとも１１の段は、前記圧縮機の吸入端部から前記圧縮機の燃焼室端部の順番で番号が付与されている、請求項４記載のタービン。
【請求項８】
前記タービンセクションが、前記タービンセクションの燃焼端部から前記タービンセクションの出力端部まで昇順で番号が付与された少なくとも３つの段を含み、前記少なくとも３つの段が、前記タービンセクションの出力端部に隣接する最終段を含み、前記バイパス回路が前記タービンセクションの最終段に前記バイパス流を挿入する、請求項４記載のタービン。
【請求項９】
前記タービンセクションの各段が、前記加熱流体をバケットに配向するノズルを含み、該各ノズルが、隣接する翼形部、外側翼形部支持体、及び内側翼形部支持体を備えて、これらが全体としてノズル開口を定め、前記バイパス回路が、前記外側翼形部支持体に通って前記ノズル開口に前記バイパス流を挿入する、請求項８記載のタービン。
【請求項１０】
前記タービンセクションにパージ流を提供する得冷却回路を更に備え、前記タービンセクションのケーシングが、前記パージ流を受け取るパージ流入口と、前記バイパス流を受け取るバイパス流入口とを含む、請求項４記載のタービン。
【請求項１１】
前記タービンセクションが、複数のノズルを含み、該各ノズルが、第１及び第２の翼形部、内側翼形部支持体、及び外側翼形部支持体によって定められるノズル開口を有し、前記冷却回路が、前記パージ流を前記複数のノズルのうちの少なくとも１つのノズルにおける前記第１及び第２の翼形部のうちの少なくとも１つに入力し、前記バイパス回路が、前記バイパス流を前記複数のノズルのうちの少なくとも１つのノズルのノズル開口に挿入する、請求項１０記載のタービン。
【請求項１２】
前記第１及び第２の翼形部の少なくとも１つが、前記外側翼形部支持体と前記内側翼形部支持体との間に延びるキャビティを含み、前記パージ流入口が前記キャビティに接続され、前記複数のノズルのうちの少なくとも１つのノズルの外側翼形部支持体が、前記バイパス流入口から前記バイパス流を受け取り且つ前記バイパス流を前記ノズル開口に挿入する出口を含む、請求項１１記載のタービン。
【請求項１３】
前記外側翼形部支持体がキャビティを含み、該キャビティがこれを２つのセクションに分割するディバイダを有し、前記パージ流入口が前記２つのセクションの一方に開いており、前記バイパス流入口が、前記２つのセクションの他方に開いている、請求項１１記載のタービン。
【請求項１４】
前記ディバイダが、前記２つのセクションを接続する開口を含む、請求項１３記載のタービン。
【請求項１５】
前記タービンセクションが、複数のノズルを含み、該各ノズルが、第１及び第２の翼形部、内側翼形部支持体、及び外側翼形部支持体によって定められるノズル開口を有し、前記冷却回路が、前記パージ流を前記第１の翼形部のパージ流キャビティに入力し、前記バイパス回路が、前記バイパス流を前記第１の翼形部のバイパス流キャビティに挿入する、請求項１０記載のタービン。
【請求項１６】
前記第１の翼形部が、前記バイパス流キャビティを前記ノズル開口に接続する開口を含む、請求項１５記載のタービン。
【請求項１７】
タービンのタービンセクションであって、
ケーシングと、
シャフト及び該シャフトから半径方向に延びるバケットを含むロータと、
前記ケーシングに接続された外側翼形部支持体と前記ロータのシャフトに隣接する内側翼形部支持体との間に位置付けられてノズル開口を定める複数の翼形部を含むノズルと
を備え、前記ケーシングが、パージ流を受け取って少なくとも前記複数の翼形部を冷却する第１の入口と、バイパス流を受け取って前記ロータのバケットに前記バイパス流を供給する第２の入口とを含む、タービンセクション。
【請求項１８】
前記タービンセクションが、複数の段を含み、該各段が、前記ノズルの環状群と、前記バケットの隣接する環状群とを備え、前記第２の入口が前記複数の段の最終段に配置される、請求項１７記載のタービンセクション。
【請求項１９】
前記複数の翼形部のうちの少なくとも１つが、パージ流キャビティ及びバイパス流キャビティを含み、前記パージ流キャビティが、一方の端部に入口と、対向する端部に出口とを有し、前記バイパス流キャビティが、前記一方の端部に入口と、前記バイパス流を前記ノズル開口に送出するため前記複数の翼形部のうちの少なくとも１つの翼形部の側部に沿った出口とを有し、前記ケーシングの第１の入口が前記パージ流キャビティの入口に接続され、前記ケーシングの第２の入口が前記バイパス流キャビティの入口に接続される、請求項１７記載のタービンセクション。
【請求項２０】
前記複数の翼形部のうちの少なくとも１つが、前記パージ流キャビティと前記バイパス流キャビティとの間に少なくとも１つの開口を含む、請求項１９記載のタービンセクション。
【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、タービンに関し、詳細には部分負荷でのタービンの作動に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは通常、ピーク負荷及びベース負荷レベルで作動したときに高効率となる。しかしながら、タービンが部分負荷で作動して、ピーク負荷及びベース負荷よりも低い出力レベルを出力している場合には、設計外の条件で作動しているのでタービンの効率が悪くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６３９３８２５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の１つの態様によれば、タービンは、流体を吸入する圧縮機と、圧縮機からの流体を加熱する燃焼室と、燃焼室からの加熱流体を用いてシャフトを回転させるタービンセクションと、圧縮機からの流体の一部を取り出すことによりバイパス流を生成して、該流体の一部をタービンセクションに送出するバイパス回路と、部分負荷運転が選択されたかどうかを判定し、部分負荷運転が選択されたときにバイパス回路を開放するようにするコントローラとを備える。部分負荷運転が選択されたとコントローラが判定したときには、コントローラは、圧縮機への通常部分負荷吸入を決定し、圧縮機への部分負荷吸入を通常部分負荷吸入を上回る所定の第１の割合だけ増大させ、圧縮機から流体の一部を取り出し、増大した部分負荷流体吸入に対する圧縮機から取り出した流体の一部の割合が所定の第１の割合以下であるように、バイパス回路を制御する。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、タービンは、流体を吸入し該流体を加圧する圧縮機と、圧縮機からの流体を加熱する燃焼室と、燃焼室からの加熱流体を用いてシャフトを回転させるタービンセクションと、圧縮機からの流体の一部を取り出すことによりバイパス流を生成し、該バイパス流を加熱して、該バイパス流をタービンセクションに挿入するバイパス回路とを備える。
【０００６】
本発明の更に別の態様によれば、タービンのタービンセクションは、ケーシングと、シャフト及び該シャフトから半径方向に延びるバケットを含むロータと、ケーシングに接続された外側翼形部支持体とロータのシャフトに隣接する内側翼形部支持体との間に位置付けられてノズル開口を定める複数の翼形部を含むノズルとを備える。ケーシングは、パージ流を受け取って少なくとも複数の翼形部を冷却する第１の入口と、バイパス流を受け取ってロータのバケットにバイパス流を供給する第２の入口とを含む。
【０００７】
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。
【０００８】
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】一実施形態によるタービンの図。
【図２】圧縮機の図。
【図３Ａ】開示された実施形態によるタービンセクションの図。
【図３Ｂ】開示された実施形態によるタービンセクションの図。
【図３Ｃ】開示された実施形態によるタービンセクションの図。
【図４】別の実施形態によるタービンの図。
【図５】開示された実施形態によるバイパス回路の加熱ユニットの図。
【図６】開示された実施形態によるバイパス回路の加熱ユニットの図。
【図７】開示された実施形態によるバイパス回路の加熱ユニットの図。
【図８】一実施形態によるタービンセクションノズルの断面図。
【図９】別の実施形態によるタービンセクションノズルの断面図。
【図１０】翼形部の図。
【図１１】バイパス回路を制御する方法のフロー図。
【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】
図１は、一実施形態によるタービン１を示す。タービン１は、空気、水、蒸気、又は別のガスなどの流体を加圧する圧縮機１０を含む。本実施形態によれば、流体は空気である。図２に示すように、圧縮機１０は、ケーシング１５によって囲まれたロータ１１を含む。ロータ１１は、シャフト１２と、該シャフト１２から突出するブレード１３とを含む。ステータ又はベーン１４は、ケーシング１５から突出している。本実施形態では、空気は、参照符号Ｉで示されるように、圧縮機１０に対する入力である。空気の流れは、空気吸入装置１７により調節される。本実施形態では、空気吸入装置１７はファンである。代替の実施形態によれば、空気吸入装置１７は、調整可能ノズル又はガイドベーンを含む。空気は、ブレード１３を用いて空気を加速し、次いで、ベーン１４を用いて空気を拡散することによって加圧される。ブレード１３は、シャフト１２を環状に囲み、ベーン１４は、ケーシング１５の内部を環状に裏打ちする。参照符号Ｓ１〜Ｓ１１で示されるように、ブレード１３から直ぐ下流側にあるブレード１３のセット及びベーン１４のセットの各群は１つの段を構成する。
【００１２】
図２は、１１個の段のみを有する圧縮機１０を示しているが、代替の実施形態は、所望の設計仕様に応じて変わる段数を含む。例えば、異なる実施形態の圧縮機は、１０〜２０個の段を含み、一部の実施形態によれば、これらの段は、低圧段と高圧段とに分けられる。
【００１３】
図１を再度参照すると、タービン１は更に、圧縮機１０からの空気を加熱する燃焼室２０を含む。一実施形態によれば、空気が燃焼室２０を通過すると、燃料が燃焼室２０に供給されて点火される。
【００１４】
タービン１は更に、加熱空気を機械的仕事に転換するタービンセクション３０と、タービン１からの空気を排出する排気セクション４０とを含む。用語「タービン」は、当該技術分野において、圧縮機、燃焼室、及びタービンセクションを含む全体の装置を記述するためと、単にタービンセクションを記述するための両方に使用される点に留意されたい。本発明の明細書及び請求項では、用語「タービンセクション」は、明確にするために燃焼室２０の後に続くタービン１の部分を記載するのに使用され、タービン１のこの部分を全体の装置の説明と区別する。
【００１５】
図３Ａに示すように、タービンセクション３０は、シャフト３２及びバケット３３を有するロータ３１を含む。バケット３３は、燃焼室２０からの加熱空気がバケット３３上に作用したときにシャフト３２の回転軸の周りで回転し、シャフト３２を転回させる。本実施形態によれば、シャフト３２は、図２のシャフト１２と同じである。代替の実施形態によれば、タービンセクション３０の少なくとも１つの段ＴＳ１、ＴＳ２、及びＴＳ３は、図２のシャフト１２とは違うシャフトに接続される。例えば、一実施形態によれば、段ＴＳ１及びＴＳ２のバケット３３は、図２のシャフト１２に接続され、段ＴＳ３のバケット３３は、別のシャフト３２に接続されている。
【００１６】
タービンセクション３０は、所定角度で空気をバケット上に配向するノズル３４を含む。ノズル３４は、固定ベーン又は翼形部３５、翼形部支持体３６、及びケーシング３７から構成される。代替の実施形態によれば、外側翼形部支持体が設けられ、ケーシング３７に取り付けられる。加熱空気がノズル３４によってバケット３３に配向されると、バケット３３は、シャフト３２に対する回転力を発生する。電気エネルギーを発生する発電機などの１以上の装置がシャフトに接続され、シャフトによって駆動される。
【００１７】
ノズル３４及びバケット３３は、シャフト３２の周りを環状に配列される。ノズル３４の環状群及びバケット３３の後続の環状群の各群は、タービンセクション３０の１つの段である。図３Ａにおいては３つの段ＴＳ１、ＴＳ２、及びＴＳ３が例示されているが、代替の実施形態によれば、タービンセクション３０は、２つの段、又は３つよりも多いあらゆる数の段を含む、任意の数の段を含むことができる。
【００１８】
図１を再度参照すると、本実施形態のタービン１は、圧縮機１０とタービンセクション３０との間に接続されたバイパス回路５０を含む。バイパス回路５０は、圧縮機１０からの加圧空気を送出する導管５２と、圧縮機１０とタービンセクション３０との間での空気の送出を制御するバルブ５１と、バルブ５１からタービンセクション３０に空気を送出する導管５３とを含む。バイパス回路５０を介して圧縮機１０からタービンセクション３０に移送される空気は、バイパス流Ｆである。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態によれば、圧縮機１０の６番目の段Ｓ６において出口１６を介して空気が圧縮機１０から除去される。代替の実施形態によれば、空気は、任意の段の圧縮機１０から、又は複数の段から、第３の段Ｓ３から１１番目の段Ｓ１１の間で移送される。
【００２０】
加えて、本実施形態によれば、タービン１が、部分負荷又は９０％未満の負荷を駆動するよう作動する場合、圧縮機１０に入力される空気は、従来の部分負荷入力に対して１０〜２０％増加し、加圧空気の１０〜２０％は、バイパス回路５０を介して圧縮機１０からタービンセクション３０に送出される。例えば、一実施形態によれば、圧縮機１０に入力される空気は２０％増加し、加圧空気の１５％がバイパス回路５０を介して圧縮機１０からタービンセクション３０に送出される。
【００２１】
図３Ａに示すように、バイパス回路５０からのバイパス流Ｆは、導管５３から、タービンセクション３０の最終段ＴＳ３に位置する入口３９に送出される。次いで、バイパス流Ｆは、最終段ＴＳ３のバケット３３に直接注入されて段の圧力比を増大させ、結果として出力追加及び効率改善がもたらされる。最終段における圧力比の増大は、ディフューザ入口接線半径方向流れ角度を設計点により近づけるよう修正し、ストラット及びハブ壁上での流れ剥離を回避するようにする。ディフューザ入口流れ角度の是正は、ディフューザの理想及び実圧力かいふくを改善し、出力追加及び効率改善がもたらされる。
【００２２】
図３Ａは、バイパス流Ｆが最終段ＴＳ３の翼形部に対応する位置で注入されるタービンセクション３０の１つの実施例を示す。しかしながら、代替の実施形態によれば、バイパス流Ｆは、図３Ｂに示すように、長さ方向Ｚにおいて最終段ＴＳ３の翼形部３５の前で、或いは図３Ｃに示すように、長さ方向Ｚにおいて最終段ＴＳ３の翼形部３５とバケット３３との間でタービンセクション３０に注入される。本明細書及び請求項によれば、用語「最終段において」及び「最終段に対して」は、図３Ａから３Ｃにおいてそれぞれ示すように、長さ方向Ｚにおいて最後から２番目の段ＴＳ２のバケット３３と最終段ＴＳ３のバケット３３との間の任意の位置を含む。
【００２３】
図４は、タービン１が冷却回路７０を含む一実施形態を示している。冷却回路７０は、冷却ユニット７１と、圧縮機１０と冷却ユニット７１との間で空気を送出する導管７２と、冷却ユニット７１からタービンセクション３０に空気を送出する導管７３とを含む。本実施形態による冷却ユニット７１は、導管７２から導管７３に空気を直接送出するよう配管されている。圧縮機１０からの空気は、タービンセクション３０における加熱空気よりも低温であるので、圧縮機１０からの空気は、タービンセクション３０の部品を冷却する。代替の実施形態によれば、冷却ユニット７１は、圧縮機１０からの空気を更に冷却するための冷媒又は他の冷却溶液又は構造を含む。更に別の実施形態では、導管７２が存在せず、代替として冷却空気がタービン１外部の供給源から冷却ユニット７１に供給される。
【００２４】
一実施形態では、冷却回路７０は、タービンセクション３０の第１の段の所定数にだけ空気を送出し、タービンセクション３０の最終段の所定数には空気を送出しない。例えば、一実施形態によれば、冷却回路７０は、空気を段ＴＳ１及びＴＳ２にのみ送出し、タービンセクション３０のＴＳ３には送出しない。
【００２５】
図３Ａ及び４に示すように、冷却回路７０は、入口３８を介してタービンセクション３０に空気を供給し、バイパス回路５０は、入口３８とは別個の入口３９を介してタービンセクションに空気を供給する。入口３８及び３９は、明確にするために、長さ方向Ｚにおいて別個の位置で且つ高さ方向Ｙにおいてはタービンセクション３０の同じ側部上にあるものとして例示されている。しかしながら、代替の実施形態では、入口３８及び３９は、長さ方向Ｚにおいて互いに隣接し且つ高さ方向Ｙにおいて互いに離間していることを含めて、タービンセクション３０の円周周りに異なる位置に配置される。
【００２６】
図４を参照すると、バイパス回路５０は、バイパス流Ｆをタービンセクション３０に送出する前にバイパス流Ｆを加熱するための加熱ユニット５４を含む。バイパス流の加熱は、タービンセクション３０のバケット３３と接触する高エネルギーレベルの空気を維持し、タービン１の高い作動効率を維持する。図５〜７は、幾つかの形式の加熱ユニット５４の実施例を示す。図５は、蒸気発生器５５及びジャンクション５７を含む加熱ユニット５４を示している。蒸気発生器５５からの蒸気は、圧縮機１０からのバイパス流Ｆに加えられて該バイパス流Ｆを加熱し、蒸気を含むバイパス流Ｆは、タービンセクション３０に提供される。
【００２７】
図６は、燃焼ユニット５８を含む加熱ユニット５４を示している。バイパス流Ｆは、燃焼ユニット５８を通過し、該燃焼ユニット５８によって加熱された後、タービンセクション３０に送出される。一実施形態によれば、燃焼ユニット５８は、燃料が点火されてバイパス流Ｆを加熱する燃焼室を含む。
【００２８】
図７は、排気セクション４０からの出口４１、ジャンクション５７、及び出口４１からジャンクション５７への導管５９を含む加熱ユニット５４を示している。排気セクション４０は、タービン１からの加熱空気を出力し、出口４１は、排気セクション４０の加熱空気の一部をバイパス流Ｆに送出してバイパス流Ｆを加熱し、或いは、排気セクション４０の加熱空気をバイパス流Ｆと組み合わせ、その後、バイパス流はタービンセクション３０に送出される。
【００２９】
図８は、タービンセクション３０の翼形部３５の環状群の一部の平面図を示す。翼形部３５の環状群は、ノズル３４を構成する。詳細には、各ノズル３４は、２つの隣接する翼形部３５、内側翼形部支持体３６、及び外側翼形部支持体６２を備える。隣接する翼形部３５、内側翼形部支持体３６、及び外側翼形部支持体６２は、空気が通ってバケット３３に配向されるノズル開口６１を定める。図８において、翼形部３５に対する開口のサイズは、本実施形態の構造を説明する際に明確にする目的で誇張されている。
【００３０】
本実施形態では、外側翼形部支持体６２は、複数のセグメント６３を含む。各セグメントは、別個の翼形部３５に対応し、セグメント６３は、ケーシング３７に接続されて翼形部３５を固定する。代替の実施形態によれば、翼形部３５は、ケーシング３７に直接接続され、図８のセグメント６３において記載された構造は、ケーシング３７内に設けられる。
【００３１】
各セグメント６３は、パージ流Ｐ及びバイパス流Ｆを受けるためのキャビティ６４を含み、入口６７を介してパージ流Ｐを翼形部３５に送出し、また、入口６８を介してバイパス流Ｆをキャビティ６４に送出するようにする。キャビティ６４は、セグメント６３の上部及び下部内側壁から延びるディバイダ６５により別個のセクションに分割される。ディバイダ６５は、バイパス流Ｆとパージ流Ｐとの幾らかの空気混合を可能にする開口６６を含む。開口６６は、キャビティ６４の外周よりも小さな外周を有する。換言すると、一部の空気は開口６６を通って通過することが可能となるが、開口の外周がキャビティ６４の外周よりも小さいので、パージ流Ｐに対応するキャビティの部分とバイパス流Ｆに対応する部分との間の空気流が開口６６により制限される。
【００３２】
各翼形部３５は、パージ流Ｐを受けて該パージ流Ｐを出口８１に送出するためのパージ流キャビティ６９を含む。出口８１は、入口６７と反対側の翼形部３５の端部にあり、パージ流Ｐが翼形部３５の長さを移動し、高温ガスが内側翼形部支持体３６及びシャフト１２に対応する領域などのロータ領域内に流入するのを回避することを可能にする。
【００３３】
図８では、本実施形態の説明を明確にする目的で、ただ１つのセグメント６３及び翼形部３５がキャビティ６４及びパージ流キャビティ６９を有するものとして例示されている。しかしながら、１つの段の各セグメント６３及び翼形部２５は同様の特徴要素を含む。
【００３４】
種々の実施形態によれば、一部の段ＴＳ１、ＴＳ２、及びＴＳ３がパージ流キャビティ６９を含み、他の段は含まない。例えば、一実施形態によれば、最終段ＴＳ３を除く各段は、パージ流キャビティ６９を有する翼形部３５を含むが、最終段ＴＳ３の翼形部３５は、パージ流キャビティ６９を含まない。別の実施形態では、各段ＴＳ１、ＴＳ２、及びＴＳ３がパージ流キャビティ６９を有する翼形部３５を含む。
【００３５】
パージ流Ｐは、翼形部３５を通って送出され、バイパス流Ｆは、開口６１を介して直接バケット３３に送出される。換言すると、図８の実施形態によれば、バイパス流Ｆは、翼形部３５に流入せず、パージ流Ｐだけが翼形部３５のキャビティ６９に流入する。バイパス回路５０からの一部の空気が、セグメント６３内のキャビティ６４の開口６６を介して翼形部３５のキャビティ６９に流入するが、バイパス流Ｆの大部分を構成する空気流は開口６６を通過しない点に留意されたい。換言すると、開口６６を通ってキャビティ６９に流入する空気の一部は、本明細書及び請求項においてはもはやバイパス流Ｆの一部とはみなされない。代替の実施形態によれば、開口６６は存在せず、代わりにディバイダ６５がパージ流Ｐをバイパス流Ｆから完全に分離する。
【００３６】
図９及び１０は、代替の実施形態による、パージ流Ｐ及びバイパス流Ｆをタービンセクション３０に導入する構造を示している。
【００３７】
図９を参照すると、パージ流Ｐは、入口３８及び６７を通ってパージ流キャビティ６９に流入する。パージ流キャビティ６９は、翼形部３５の長さに沿って延び、パージ流Ｐは、出口８１を介して翼形部３５から流出する。バイパス流Ｆは、入口３９及び６８を通ってバイパス流キャビティ８２に流入する。バイパス流キャビティ８２は、開口８４を介してパージ流キャビティ６９に接続される。バイパス流Ｆは、開口８３を介してバケット３３に直接送出される。換言すると、パージ流Ｐ及びバイパス流Ｆの各々は、最終的にはノズル３４の開口６１に流入するが、パージ流Ｐは最初に翼形部３５の長さを横断し、バイパス流Ｆは、開口６１に面する翼形部３５の開口８３を介して開口６１に流入する。そのため、バイパス流Ｆは、翼形部３５の周りを通過する空気の出口流れ角度を修正するが、パージ流Ｐは修正しない。
【００３８】
翼形部３５における開口８４は、バイパス流Ｆからの空気とパージ流Ｐからの空気との幾らかの混合を可能にするが、パージ流キャビティ６９及びバイパス流キャビティ８２のサイズに対して開口のサイズが小さいことにより空気の混合は僅かとなる。そのため、パージ流Ｐ及びバイパス流Ｆは、パージ流キャビティ６９及びバイパス流キャビティ８２において分離されたままである。代替の実施形態によれば、開口８４は存在せず、パージ流キャビティ６９及びバイパス流キャビティ８２は、翼形部３５内で完全に分離されている。
【００３９】
図１０は、本発明の一実施形態による翼形部３５を示す。翼形部３５は、開口８３が翼形部３５の長さを延びていることを除いて、図９と同様である。換言すると、図９は、翼形部３５の長さにわたる複数の開口８３を示しているが、図１０は、翼形部３５の長さに伸びる１つの開口８３を示している。翼形部３５のリム８５は、開口８３を定め、所定方向にバイパス流Ｆを配向し、圧力比及び翼形部３５の周りを通過してバケット３３に向かう空気の出口流れ角度を修正する。
【００４０】
図１１は、部分負荷で作動中のタービン１を制御する方法を示している。
【００４１】
ステップ９１において、タービン１が部分負荷で稼働しているか否かを判定する。本実施形態によれば、部分負荷は、タービンの基準出力の９０％未満の負荷として定義される。換言すると、タービン１は、ピーク負荷又はベース負荷として定義される所定負荷で作動するよう設計される。本明細書及び請求項によれば、タービン１がベース負荷の９０％未満の負荷で稼働するよう制御される場合、タービン１は部分負荷で稼働する。代替の実施形態によれば、部分負荷は、ベース負荷の６０％未満、又はベース負荷の５０％未満である。
【００４２】
タービン１が通常運転で、すなわちベース負荷で運転するよう制御される場合、ステップ９２において、通常運転設定が実施される。換言すると、空気吸入を１００％に設定し、燃焼レベルを１００％に設定し、バイパス流が部分負荷燃焼室２０を迂回するようにするバルブ５１は閉鎖する。
【００４３】
他方、ステップ９１において、タービン１が部分負荷で運転するよう制御されると判定した場合、本方法はステップ９３に進む。ステップ９３において、所定の部分負荷吸入レベルを決定し、所定吸入レベルを２０％増大させる。代替の実施形態では、吸入レベルは、約１５％〜２０％の範囲のレベルを増大させる。
【００４４】
ステップ９４において、バルブ５１を開放し、バイパス流Ｆが燃焼室２０を迂回し、タービンセクション３０に流れることが可能になる。本実施形態では、吸入空気の１５％がバイパス流Ｆに転向され、バイパス回路５０を介してタービンセクション３０に送出される。しかしながら、代替の実施形態では、バイパス回路５０を介して燃焼室２０を迂回する吸入空気の割合は、タービン負荷に応じて１０％〜２０％の範囲の割合である。
【００４５】
ステップ９５において、バイパス流Ｆを加熱し、ステップ９６において、加熱したバイパス流Ｆをタービンセクション３０に供給する。本実施形態によれば、バイパス流Ｆは、タービンセクション３０の最終段に供給される。
【００４６】
上述の実施形態によれば、空気のバイパス流Ｆは、タービン１が部分負荷で運転している際に生成される。バイパス流Ｆは、加熱されてタービンセクション３０に注入されて、タービンセクション３０における段圧力比及び空気の出口流れ角度を修正し、部分負荷運転中のタービン１の効率を改善する。
【００４７】
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】
【００４８】
１  タービン
１０  圧縮機
１１，３１  ロータ
１２，３２  シャフト
１３  ブレード
１４  ベーン
１５，３７  ケーシング
１６，４１，８１  出口
１７  空気吸入装置
Ｓ１〜Ｓ１１  圧縮機段
２０  燃焼室
３０  タービン段
３３  バケット
３４  ノズル
３５  翼形部
３６  内側翼形部支持体
３８，３９，６７，６８  入口
４０  排気セクション
５０  バイパス回路
５１  バルブ
５２，５３，５９，７２，７３  導管
５４  加熱ユニット
５５  蒸気発生器
５７  ジャンクション
５８  燃焼ユニット
６１  ノズル開口
６２  外側翼形部支持体
６３  セグメント
６４  キャビティ
６５  ディバイダ
６６，８３，８４  開口
６９  パージ流キャビティ
Ｐ  パージ流
Ｆ  バイパス流
７０  冷却回路
７１  冷却ユニット
８２  バイパス流キャビティ
８５  リム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2013139781000001.pdf