(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンにおける流れ制御のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】システムは、タービン２０および流体供給システムを含む。タービンは、主要流路５５と、主要流路に沿って配設された複数のタービンブレード３４と、主要流路に沿って配設された少なくとも１つの流れ制御領域１２と、主要流路に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポートとを含む。流体供給システムは、少なくとも１つの流体注入ポートに流体結合され、この場合、流体供給システムは、流体を少なくとも１つの流体注入ポートに供給して、少なくとも１つの流れ制御領域の有効領域を調整するように構成される。【選択図】図１
2016211569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム（１１）であって、
主要流路（５５）と、前記主要流路（５５）に沿って配設された複数のタービンブレード（３４）および少なくとも１つのシャフト（２４）と、前記主要流路（５５）に沿って配設された少なくも１つの流れ制御領域（１２）と、前記主要流路（５５）に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）とを備えるタービン（２０）と、
前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）に流体結合された流体供給システムであって、流体（５０）を前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）に供給して前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）の有効領域（５４）を調整するように構成される、流体供給システムとを備える、システム（１１）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）への前記流体（５０）の前記供給を制御して前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）の前記有効領域（５４）を調整するための命令を記憶するメモリ（６４）を有する、制御装置（５６）を備える、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項３】
前記制御装置（５６）が、前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る作用流体の流れを変化させるために前記有効領域（５４）を調整するように前記流体（５０）の供給を調整するための命令を有する、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項４】
前記制御装置（５６）が、前記流体（５０）の供給を増大させて前記有効領域（５４）を低減させて前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る作用流体の前記流れを低減させるための命令を有し、前記制御装置（５６）が、前記流体（５０）の供給を低減させて前記有効領域（５４）を増大させて前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る作用流体の前記流れを増大させるための命令を有する、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項５】
前記制御装置（５６）が、前記流体供給システムによって供給される流体のパラメータを調整するための命令を有し、前記パラメータが、圧力、温度、流量、シャフト速度、組成、またはその組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項６】
前記制御装置（５６）が、前記流体供給システムによって供給される流体のパラメータを、少なくとも１つのセンサ（６０）からのセンサフィードバック、前記パラメータに関連する少なくとも１つの閾値、またはその組み合わせに基づいて調整するための命令を有する、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項７】
前記流体供給システムが、空気供給部、水蒸気供給部、不活性ガス供給部、二酸化炭素供給部またはその組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）が、タービンノズル（３５）、ステータ翼（３６）、前記主要流路（５５）の周りに配設された壁（８０、８４）、タービンブレード（３４）の上方のシュラウド、前記主要流路（５５）に沿って配設された固定表面、またはその任意の組み合わせ上に配設される、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）が、前記主要流路（５５）の周りに配設された第１と第２の壁（８０、８４）の間に配設された外側空洞（７６）、前記タービン（２０）の回転軸の周りに配設された第３の壁内に配設された内側空洞（７８）、前記主要流路（５５）を横断して延びる支柱（７４）またはその組み合わせに流体結合される、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）が、前記タービン（２０）の複数の段の異なる段（３８、６８、７０、７２、７３）内に配設された複数の流れ制御領域（１２）を含み、前記複数の流れ制御領域（１２）の各々の流れ制御領域（１２）が、前記主要流路（５５）に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）を備える、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項１１】
前記タービン（２０）が、ガスタービン（２０）を備え、前記ガスタービン（２０）が、前記主要流路（５５）に沿って流体結合された１つまたは複数の独立シャフト（２４）を備え、前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）が、前記主要流路（５５）に沿って、前記１つまたは複数の独立シャフト（２４）間に配設される、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項１２】
システム（１１）であって、流体供給システムから少なくとも１つの流れ制御領域（１２）に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）への、タービン（２０）の主要流路（５５）に沿った流体（５０）の供給を制御するための命令を記憶するメモリ（６４）を有する制御装置（５６）であって、前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る作用流体の流れを変化させるために前記有効領域（５４）を調整するように前記流体（５０）の前記供給を調整するための命令を有する、制御装置（５６）を備える、システム（１１）。
【請求項１３】
前記流体供給システムを備え、前記流体供給システムが、空気供給部、水蒸気供給部、不活性ガス供給部、二酸化炭素供給部、またはその組み合わせを備える、請求項１２に記載のシステム（１１）。
【請求項１４】
前記タービン（２０）を備え、前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）が、タービンノズル（３５）、ステータ翼（３６）、前記主要流路（５５）の周りに配設された壁（８４、８５）、タービンブレード（３４）の上方のシュラウド、前記主要流路（５５）に沿って配設された固定表面、またはその任意の組み合わせ上に配設される、請求項１２に記載のシステム（１１）。
【請求項１５】
前記タービン（２０）が、ガスタービン（２０）を備える、請求項１４に記載のシステム（１１）。
【請求項１６】
前記制御装置（５６）が、前記流体（５０）の前記供給を増大させて前記有効領域（５４）を低減させて前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る作用流体の流れを低減させるための命令を有し、前記制御装置（５６）が、前記流体の供給を低減させて前記有効領域（５４）を増大させて前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る作用流体の前記流れを増大させるための命令を有する、請求項１２に記載のシステム（１１）。
【請求項１７】
前記制御装置（５６）が、前記流体供給システムによって供給される前記流体（５０）のパラメータを、少なくとも１つのセンサ（６０）からのセンサフィードバック、前記パラメータに関連する少なくとも１つの閾値、またはその組み合わせに基づいて調整するための命令を有し、前記パラメータが、圧力、温度、流量、組成、またはその組み合わせを含む、請求項１２に記載のシステム（１１）。
【請求項１８】
方法であって、
主要流路（５５）に沿って配設された複数のタービンブレード（３４）を駆動するために、タービン（２０）を通る前記主要流路（５５）に沿って作用流体を流すことと、
流体（５０）を、流体供給システムから、前記主要流路（５５）に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）に供給することと、
前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）の有効領域（５４）を調整するために前記少なくとも１つの流体注入ポート（８３、１００）への前記流体（５０）の供給を制御することとを含む、方法。
【請求項１９】
前記供給を制御することが、前記流体（５０）の前記供給を増大させて前記有効領域（５４）を低減させて前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る前記作用流体の流れを低減させることと、前記流体（５０）の供給を低減させて前記有効領域（５４）を増大させて前記主要流路（５５）の前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）を通る前記作用流体の前記流れを増大させることとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記流体供給システムによって供給される前記流体（５０）の圧力を、前記主要流路（５５）に沿った前記少なくとも１つの流れ制御領域（１２）に関連する、少なくとも１つの圧力閾値、圧力を示すセンサフィードバック、またはその組み合わせに基づいて制御することを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、タービンシステムに関し、より詳細にはガスタービンシステムにおける流れ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、通常、作用流体によって駆動されるタービンブレードの１つまたは複数の段を備えたタービンを含む。たとえば、ガスタービンシステムは、１つまたは複数のコンバスタからの燃焼ガスによって駆動される。ガスタービンシステムはまた、コンバスタ内での燃料の燃焼を容易にする圧縮空気を生成するための圧縮機を含むこともできる。特定の用途では、１つまたは複数の可動式構造体が使用されて、ガスタービンシステムを通る流路（たとえばタービンを通る排気流路）のジオメトリを物理的に変更し、それによってガスタービンシステム内の圧力および／または流れを制御することを助けることができる。残念なことに、可動式構造体は、熱応力、摩耗、および／または経時的な劣化を受けやすくなり得る。可動式構造体はまた、ガスタービンシステムの設計を複雑にし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８７９４００８号明細書
【発明の概要】
【０００４】
出願当初の発明の範囲内に整合する特定の実施形態が、以下にまとめられる。これらの実施形態は、請求される発明の範囲を限定するようには意図せず、そうではなく、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供するよう意図するにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似し得る、またはこれとは異なり得る多様な形態を包含することができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、タービンおよび流体供給システムを含む。タービンは、主要流路と、主要流路に沿って配設された複数のタービンブレードと、主要流路に沿って配設された少なくとも１つの流れ制御領域と、主要流路に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポートとを含む。流体供給システムは、少なくとも１つの流体注入ポートに流体結合され、この場合、流体供給システムは、流体を少なくとも１つの流体注入ポートに供給して、少なくとも１つの流れ制御領域の有効領域を調整するように構成される。
【０００６】
第２の実施形態では、システムは制御装置を含む。制御装置は、流体供給システムから少なくとも１つの流れ制御領域に流体結合された少なくとも１つ流体注入ポートへの、タービンの主要流路に沿った流体の供給を制御するための命令を記憶する、メモリを含む。加えて、制御装置は、主要流路の少なくとも１つの流れ制御領域を通る作用流体の流れを変化させるために有効領域を調整するように流体の供給を調整するための命令を有する。
【０００７】
第３の実施形態では、方法は、主要流路に沿って配設された複数のタービンブレードを駆動するためにタービンを通る主要流路に沿って作用流体を流すことを含む。方法はまた、流体を、流体供給システムから、主要流路に流体結合された少なくとも１つの流体注入ポートに供給することも含む。方法はまた、少なくとも１つの流れ制御領域の有効領域を調整するために少なくとも１つの流体注入ポートへの流体の供給を制御することも含む。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点が、以下の詳細な説明が添付の図を参照して読み取られることでより良好に理解されるようになり、図中、同じ記号は、全図を通じて同じ部材を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】１つまたは複数のブレード、１つまたは複数のステータ翼を装備したタービン、および外部流体供給部を有するガスタービンシステムの実施形態の概略図である。
【図２】外部流体供給部からタービン内の流れ制御通路まで送られる加圧流体を示す、図１のガスタービンシステムの実施形態の概略側部断面図である。
【図３】さらに、外側空洞および内側空洞を通ってタービンの流れ制御通路に送られる加圧流体を示す、線３−３内で切り取られた図１の外部流体供給システムの実施形態の概略側部断面図である。
【図４】さらに、固定支柱および内側空洞を通して加圧流体を注入することを示す、線４−４に沿って切り取られた図３のタービンの実施形態の概略断面図である。
【図５】１つまたは複数のステータ翼の各々上に配設された１つまたは複数の流体ポートを通る加圧流体の注入を示す、図３の外部流体供給部の実施形態の概略側部断面図である。
【図６】１つまたは複数のステータ翼の各々上に配設された１つまたは複数の流体ポートを通る加圧流体の注入を示す、線６−６に沿って切り取られた、図４のタービンの実施形態の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特有の実施形態が、以下に説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとするために、実際の実施のすべての特徴が、本明細書において説明されるわけではない。あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトにみられるような、そのような実際の実施の開発のいかなるものにおいても、実施毎に異なり得るシステム関連およびビジネス関連の制約との適合などの開発者の特有の目標を達成するために、数多くの実施特有の決定がなされなければならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑になり、時間がかかることがあるが、それにも関わらず、本開示の利益を有する当業者にとって、設計、製作、および製造を行うルーチンになることを理解されたい。
【００１１】
本発明のさまざまな実施形態の要素を導入する上で、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、要素の１つまたは複数が存在することを意味するよう意図する。用語「備える」、「含む」、および「有する」は、包括的であり、挙げられた要素以外のさらなる要素が存在し得ることを意味するよう意図する。
【００１２】
以下に詳細に論じるように、開示する実施形態は、ガスタービンエンジンなどのタービンエンジンのタービンセクションにおける流れ制御に関する。特に、開示する実施形態は、タービンセクションを通る主要流路内の可動式構造体（たとえば可動式翼）によって達成される可変のジオメトリではなく、流体注入を使用する流れ制御に関する。流体注入は、主要流路内の実際のジオメトリ変化を模倣するが、実際には主要流路のジオメトリを変更しない。たとえば、開示する実施形態は、１つまたは複数の流体作動式可変流れ制御領域（たとえば、流体作動式可変領域タービンノズル）を有する流体作動式可変流れ制御システムを含み、この可変流れ制御領域は、外部流体（たとえば空気、水蒸気、二酸化炭素、または不活性ガス）の注入を受け入れてタービンを通る高温燃焼ガスの通過のための有効領域を制御（たとえば増大または低減）する。流体注入は、タービンセクションを通る燃焼ガスの主要流路の境界部を画定する１つまたは複数の壁、１つまたは複数のタービンノズルおよび／またはステータ翼、１つまたは複数の支柱、燃焼ガスの主要流路の周りに配設された壁、タービンブレード上方に配設されたシュラウド、燃焼ガスの主要流路に沿った任意の固定（たとえば非回転）表面、またはその任意の組み合わせを通してもたらされ得る。流体注入は、主要流路を通る燃焼ガスの流れを低減させるまたは抑えるために増大され得、一方で流体注入は、主要流路を通る燃焼ガスの流れを増大させるために低減され得る。
【００１３】
次に図に移ると、図１は、１つまたは複数の流体作動式流れ制御領域または流れ制御通路１２（たとえば流体作動式可変領域タービンノズル）を有する流体作動式可変流れ制御システム１１を有するガスタービンシステム１０の実施形態のブロック図を示す。以下に詳細に説明するように、開示するガスタービンシステム１０（たとえばガスタービンエンジン）は、１つまたは複数のコンバスタ１３を有するコンバスタセクションを含むことができ、この場合、コンバスタ１３の各々は、燃料１５を圧縮空気１６と混合する１つまたは複数の燃料ノズル１４を含む。以下の論議は、圧縮空気１６を参照するが、ガスタービンシステム１０は、空気、酸素、酸素富化空気、または酸素還元された空気などの任意の適切な酸化剤１６と共に作動することができる。ガスタービンシステム１０は、天然ガスおよび／または水素富化合成ガスなどの液体またはガス燃料１５を使用してガスタービンシステム１０を駆動することができる。図示するように、１つまたは複数の燃料ノズル１４は、燃料１５を吸入し、燃料１５を圧縮空気１６と混合し、空気−燃料混合物を燃焼に適切な比でコンバスタ１３内に分配する。空気−燃料混合物は、コンバスタ１３内で燃焼し、それによって高温の加圧燃焼ガス１８（たとえば、排気ガス１８）を作り出す。コンバスタ１３は、燃焼ガス１８をタービンセクションまたはタービン２０を通るように向け、燃焼ガス１８を排気ガス２１として、排気セクション２２（たとえば排気導管）を通して排出する。燃焼ガス１８がタービン２０を通過するとき、燃焼ガス１８は、タービンブレード３４に、シャフト２４をガスタービンシステム１０の軸に沿って回転させるよう仕向ける。図示するように、シャフト２４は、負荷２６を含む、ガスタービンシステム１０のさまざまな構成要素に連結され得る。負荷２６は、たとえば、航空機上のプロペラまたは発電所内の発電機などの車両または固定負荷の一部になることができる。負荷２６は、ガスタービンシステム１０の回転出力によって動力供給されることが可能である任意の適切な装置を含むことができる。シャフト２４はまた、圧縮機２８に連結され得る。圧縮機２８はまた、シャフト２４に結合されたブレードも含む。シャフト２４が回転するとき、圧縮機２８内のブレードも回転し、それによって、空気吸入セクション３２からの空気３０を圧縮機２８によって圧縮し、圧縮空気１６を燃料ノズル１４および／またはコンバスタ１３内に送る。
【００１４】
特定の実施形態では、タービン２０は、１つまたは複数のタービン段３８（たとえば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上の段）を含むことができ、各々の段３８は、複数のタービンブレード３４と、複数のステータ翼３６を有するタービンノズル３５（たとえばガスタービンノズル）とを有する。タービン段３８は、軸方向４０に沿って、前後に離間される。以下の論議において、ガスタービンシステム１０の軸方向または軸４０（長手方向軸）、ガスタービンシステム１０の径方向または軸４２、およびガスタービンシステム１０の円周方向または軸４４に参照がなされ得る。さらに、各々のタービンブレード３４は、駆動シャフト２４に取り外し可能に結合されてよく、タービン２０の作動中、円周方向４４に長手方向軸４０の周りを回転することができる。各々のステータ翼３６は、タービンケーシング４６などのタービン２０のステータ（たとえば固定の）構成要素に取り外し可能に結合されてよく、および／またはこれによって支持されてよく、通常、長手方向軸４０の周りは回転しない。特定の実施形態では、１つまたは複数の固定支柱４８（たとえば、１、２、３、４、５、またはそれ以上）が、タービン２０と排気セクション２２の間に配設され得る。固定支柱４８は、タービン２０と排気セクション２２の間の移行に沿って構造的支持を与えることができ、それによって高温燃焼ガス１８がタービン２０から排気セクション２２に円滑に移行することを可能にする。
【００１５】
開示する実施形態では、流体作動式可変流れ制御システム１１は、加圧流体５０を、外部加圧流体供給部５２から、タービン２０を通る燃焼ガス１８の主要流路５５に沿って流体作動式可変流れ制御領域１２内に選択的に供給するように構成され、この場合、タービンブレード３４は、主要流路５５内の燃焼ガス１８によって駆動される。タービン２０の流れ制御領域１２（または流れ制御通路）は、タービンブレード３４およびステータ翼３６に対して上流側および／または下流側において、燃焼ガス１８の主要流路５５に沿って実際のまたは物理的開放流れ領域５３（これ以後、「実際の領域」）を有する。実際の領域５３は、主要流路５５に沿った実際の断面積、通路、空間または空洞として定義され得る。流れ制御領域１２はまた、加圧流体５０の注入に応答して、模倣されたまたは有効な開放流れ領域５４（これ以後、「有効領域」）を有し、この領域は、ジオメトリ内の物理的変化または燃焼ガス１８の通過のための実際の開放流れ領域を模倣するものとして説明され得る。換言すれば、加圧流体５０の注入は、主要流路５５に沿って可動式構造体（たとえば翼）の使用に関連付けられた実際のジオメトリ変化を模倣することができるが、主要流路５５の実際のジオメトリを実際には変更しない。たとえば、流体作動式可変流れ制御システム１１が、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の供給を選択的に増大させる場合、加圧流体５０に関連付けられた圧力および流れの増大は、実際の領域５３に対する有効領域５４の低減を引き起こし、それによって流れ制御領域１２を通る燃焼ガス１８の流れを制限または低減させる。流体作動式可変流れ制御システム１１が、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の供給を選択的に低減させる場合、加圧流体５０に関連付けられた圧力および流れの低減は、有効領域５４における増大を引き起こし、それによって流れ制御領域１２を通る燃焼ガス１８の流れを増大させる。
【００１６】
以下にさらに詳細に論じるように、流体作動式可変流れ制御システム１１は、主要流路５５に沿って、主要流路５５を取り囲む外壁（たとえば、タービンケーシングおよび／またはシュラウドセグメント）、内壁またはハブに沿って、または各々のタービンノズル３５内の１つまたは複数の径方向構造体（たとえば、ステータ翼３６および／または支柱４８）に沿って配設された１つまたは複数の流体注入ポートを通って流れ制御領域１２内に加圧流体５０を選択的に供給するように構成される。たとえば、流体注入ポートは、タービン２０内のタービンブレード３４の隣合う段３８間の各々のタービンノズル３５全域にわたって配置され得る。流体注入ポートは、流体作動式可変流れ制御システム１１が流れ制御領域１２の有効領域５４を調節し、調整することを可能にする。
【００１７】
外部加圧流体供給部５２は、タービン２０の外部に配設され得る。特定の実施形態では、外部加圧流体供給部５２の加圧流体５０は、ガスタービンシステム１０の他の構成要素から提供され得る、または外部のシステムまたはプロセスから提供され得る任意の高圧流体になることができる。一部の実施形態では、加圧流体５０は、外部システムまたはプロセスから導出された高圧流体の１つまたは複数の異なるタイプから構成され得る。加圧流体５０は、水蒸気、空気（たとえば圧縮空気）、不活性ガス（たとえば窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、またはキセノン）、二酸化炭素、もしくは他の高圧外部流体、またはその任意の組み合わせを含むことができる。したがって、外部加圧流体供給部５２は、空気供給部、水蒸気供給部、不活性ガス供給部、二酸化炭素供給部またはその組み合わせを含むことができる。たとえば、加圧流体５０（たとえば、水蒸気、不活性ガス、または二酸化炭素）は、反応器、ガス化装置、合成ガス冷却器、ガス処理システム（たとえば、酸性ガス除去ユニット）、熱回収システム（たとえば、熱回収水蒸気発生器「ＨＲＳＧ」）、ボイラ、空気分離ユニット（ＡＳＵ）、液化システム、または任意の他の外部システムまたはプロセスによって生成されおよび／またはそれから送られ得る。これらのシステムの任意のものにおいて、水蒸気は、熱（たとえば廃熱）を使用して水を蒸発させることで、たとえば化学反応、ガス化、燃焼、またはプラント装置による他の伝熱からの熱を使用することにより、加圧流体５０として生成され得る。不活性ガス（たとえば、窒素またはアルゴン）は、ＡＳＵによって生成されてよく、ＡＳＵは、空気を酸素、窒素、およびアルゴンに分離するための低温蒸留装置を含む。加圧流体５０（たとえば、ヘリウムなどの不活性ガス）はまた、液化装置を使用してヘリウムを取り出す液化天然ガス（ＬＮＧ）システムなどの液化システムによって生成され得る。
【００１８】
特定の実施形態では、外部加圧流体供給部５２は、任意の流体を受け入れることができ、その流体をガスタービンシステム１０の他の構成要素からのまたは外部システムもしくはプロセスからのエネルギーまたは廃熱によって加圧するように構成され得る。たとえば、特定の実施形態では、排気ガス２１、またはシステム１０内の他の廃熱源からの廃熱が利用されて、流体（たとえば、水蒸気、空気、圧縮空気、不活性ガス）の供給の温度および／または圧力を増大させて加圧流体５０を生成することができる。特定の実施形態では、外部加圧流体供給部５２は、ガスタービンシステム１０の作動パラメータに基づいて、またはガスタービンシステム１０の所望の作動パラメータに基づいて、加圧流体５０の温度および／または温度を変更するように構成され得る。たとえば、外部加圧流体供給部５２は、加圧流体５０の圧力を、タービン２０内の注入場所に基づいて目標圧力、または上側および下側圧力閾値（たとえば、特定のタービンノズル３５またはタービン段３８における予想されるまたは実際の圧力）内に調整するように構成され得る。別の例により、外部加圧流体供給部５２は、加圧流体５０の温度を、タービン２０内の注入場所に基づいて目標温度力、または上側および下側温度閾値（たとえば、特定のタービンノズル３５またはタービン段３８における予想されるまたは実際の温度）内に調整するように構成され得る。
【００１９】
特定の実施形態では、１つまたは複数の独立シャフト２４が、１つまたは複数のタービンセクションの主要流路５５に沿って配設され得ることに留意されたい。詳細には、１つまたは複数のシャフト２４の各々は、空気力学的に、また、いかなる機械的結合も有さずに結合されてよく、それによって各々のシャフト２４が独立的なシャフト速度で回転することを可能にする。さらに、１つまたは複数の流れ制御領域１２が、１つまたは複数の独立シャフト２４の各々間の主要流路５５に沿って配設され得る。そのような実施形態では、外部加圧流体供給部５２は、主要流路５５に沿って、主要流路５５を取り囲む外壁（たとえば、タービンケーシングおよび／またはシュラウドセグメント）、内壁またはハブに沿って、各々のタービンノズル３５内の１つまたは複数の径方向構造体（たとえば、ステータ翼３６および／または支柱４８）に沿って、または燃焼ガスの主要流路に沿った任意の固定（たとえば非回転）表面に沿って配設された１つまたは複数の流体注入ポートを通って１つまたは複数の流れ制御領域１２の各々内に加圧流体５０を供給するように構成され得る。流体注入ポートは、流体作動式可変流れ制御システム１１が、１つまたは複数の独立シャフト２４間に配設された１つまたは複数の流れ制御領域１２の各々の有効領域５４を調節および調整することを可能にする。
【００２０】
特定の実施形態では、制御装置５６（たとえば電子制御装置）は、タービン２０を通る主要流路５５に沿って各々の流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０の量を動的に制御（たとえば増大および／または低減）するように構成され得る。たとえば、制御装置５６は、１つまたは複数の制御信号を介して弁５８（たとえば流れ制御弁）を開きまたは閉じて、流体供給導管５１に沿って外部加圧流体供給部５２から各々の流れ制御領域１２まで送られる加圧流体５０の流量、シャフト速度、量、または任意の他の作動パラメータを調節するように構成され得る。別の例として、制御装置５６は、ガスタービンシステム１０の作動パラメータに基づいて、加圧流体５０の他の作動パラメータ（たとえば、圧力、温度、および／または流体組成）を変更するように構成され得る。加えて、制御装置５６は、タービン２０内またはガスタービンシステム１０全域にわたって配設された１つまたは複数のセンサ６０から信号を受け入れることができ、センサは、それだけに限定されないが、圧力センサ、温度センサ、流量センサ、シャフト速度センサ、流体組成センサ、排気物質センサ（たとえば、酸化炭素、酸化窒素、硫黄酸化物、未燃燃料、および／または粒子状物質）、および振動センサなどになる。詳細には、センサ６０は、加圧流体５０、高温燃焼ガス１８、流れ制御領域１２、タービン２０上の変化（たとえば、入口から出口、段から段、またはその両方）の作動パラメータ、および／またはガスタービンシステム１０の多様な他の作動パラメータに関連する情報を集めるように構成され得る。たとえば、燃焼ガス１８の温度、圧力、流量、シャフト速度、量、または流体組成に関する情報が、センサ６０によって集められ得る。特定の実施形態では、１つまたは複数のセンサ６０は、コンバスタ１３内に配設されてよく、生成された燃焼ガス１８の量または流れ、排気組成、燃料組成、燃料温度、圧力に関する情報などのコンバスタ１３内の燃焼力学に関連する情報、または燃焼力学に関する任意の他のパラメータを集めるように構成され得る。
【００２１】
特定の実施形態では、制御装置５６は、センサ６０から受け取られた信号に基づいて、各々の流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０のパラメータ（たとえば、圧力、温度、流量、シャフト速度、量、組成など）を調整することができる。たとえば、制御装置５６は、センサ６０からの圧力フィードバックに基づいて、各々の流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０の圧力を調整することができ、それにより、加圧流体５０の圧力は、圧力閾値より大きく、これに等しく、もしくはこれ未満になり、または上側と下側の圧力閾値間になる。圧力閾値は、流れ制御領域１２の近傍のセンサ６０のフィードバックに基づくことができ、それにより、加圧流体５０の注入圧力は、流れ制御領域１２を流れ抜ける高温燃焼ガス１８の圧力とほぼ合致する。
【００２２】
特定の実施形態では、制御装置５６は、弁５８を開いて（またはその開口部を増大させて）流れ制御領域１２に入る加圧流体５０を増大させることができ、それによって燃焼ガス１８がタービン２０を流れ抜けることができる有効領域５４を低減させ、燃焼ガス１８の流れを低減させる。同様に、制御装置５６は、弁５８を閉じて（またはその開口部を低減させて）流れ制御領域１２に入る加圧流体５０の注入を低減させることができ、それによって燃焼ガス１８がタービン２０を流れ抜けることができる有効領域５４を増大させ、燃焼ガス１８の流れを増大させる。このようにして、制御装置５６は、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の注入を制御する（たとえば増大させるまたは低減させる）ことによって（たとえば実際の領域５３内の物理的ジオメトリ変化を模倣することによって）、流れ制御領域１２の有効領域５４を選択的に調節し、それによってタービン２０の流れ制御領域１２を通過する燃焼ガス１８の流れを制御する（たとえば、増大させるまたは低減させる）。さらに、流れ制御領域１２内への流体注入を制御して燃焼ガス１８の流れを制御することは、任意の動く構造体（たとえば翼）を使用して主要流路５５に沿ってジオメトリを調整することを減少させるまたは解消することに役立つ。
【００２３】
特定の実施形態では、制御装置５６は、流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０を制御するためのさまざまな構成要素を含むことができる。たとえば、制御装置５６は、プロセッサ６２およびメモリ６４を含むことができる。さらに、特定の実施形態では、制御装置５６は、センサ６０、弁５８、および／またはシステム１０のさまざまな他の構成要素と相互作用するためのハードウエアインターフェースを含むことができる。図示するように、プロセッサ６２および／または他のデータ処理回路は、メモリ６４に動作可能に結合されて、システム１０を監視し制御するための命令を取り出し、実行することができる。たとえば、これらの命令は、有形の、持続性コンピュータ可読媒体の一例になり得るメモリ６４内に記憶されたプログラムまたはソフトウェアにおいて符号化されてよく、プロセッサ６２によってアクセスされ実行されて現在開示する技術を実行することを可能にすることができる。メモリ６４は、大容量記憶装置、フラッシュ（ＦＬＡＳＨ）メモリ装置、取り外し可能なメモリ、または任意の他の持続性コンピュータ可読媒体になることができる。さらにおよび／または代替的に、命令は、上記で説明したメモリ６４に類似するやり方でこれらの命令またはルーチンを少なくとも集約的に記憶する、少なくとも１つの有形の持続性コンピュータ可読媒体を含む追加の適切な製造品内に記憶されてよい。
【００２４】
図２は、流体作動式可変流れ制御システム１１をさらに示す、長手方向軸４０に沿ったガスタービンシステム１０の実施形態の側部断面図である。ガスタービンシステム１０は、長手方向軸４０の周りに環状配置で配設され得る１つまたは複数のコンバスタ１３を含む。上記で留意されたように、空気は空気吸入セクション３２を通って入り、圧縮機２８によって圧縮される。圧縮機２８からの圧縮空気１６は、次いで、コンバスタ１３内に向けられ、ここで、圧縮空気１６は、燃料１５と混合される。圧縮空気１６および燃料１５の混合物は、通常、コンバスタ１３内で燃焼されて高温、高圧の燃焼ガス１８を生成し、これらのガスは、タービン２０内にトルクを生成するために使用される。詳細には、各々のコンバスタ１３は、高温燃焼ガス１８をコンバスタ１３からタービン２０内に向ける移行部６６を含むことができる。特に、各々の移行部６６は、通常、コンバスタ１３からタービン２０の１つまたは複数のタービン段３８までの高温燃焼ガス１８の主要流路５５を画定することができる。
【００２５】
たとえば、例示する実施形態では、タービン２０は、３つの別個の段６８、７０、および７２を含む。他の実施形態では、タービン２０は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上のタービン段３８などの任意の数のタービン段３８を含むことができる。各々の段６８、７０、および７２は、シャフト２４に回転可能に結合された複数のタービンブレード３４を含むことができる。各々の段６８、７０、および７２はまた、タービンブレード３４の各々の組の上流側に配設された１つまたは複数のステータ翼３６を有するタービンノズル３５も含む。ステータ翼３６は、高温燃焼ガス１８をタービンブレード３４の方に向け、ここで高温燃焼ガス１８は駆動力をタービンブレード３４にかけてタービンブレード３４を回転させ、それによってシャフト２４を回す。この燃焼ガス１８は、主要流路５５に沿って段６８、７０、および７２の各々を通って流れ抜け、駆動力を各々の段６８、７０、および７２内のブレード３４にかける。高温燃焼ガス１８は、次いで、下流側方向５７に流れてタービン２０を退出し、排気セクション２２に入ることができる。排気セクション２２は、ガスタービンシステム１０の仕事を低減するために静的圧力を増大させながら、排気セクション２２を通る流体の流れの速度を低下させることができる。特定の実施形態では、排気セクション２２は、排気セクション２２（たとえば排気導管）の壁間に配設された固定支柱７４を含む。支柱７４は、排気セクション２２の壁を、別のものと固定された関係で保持し、および／または構造的支持を排気セクション２２にもたらすことができる。任意の数の支柱７４（たとえば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上）が、排気セクション２２内で利用され得る。
【００２６】
上記で指摘したように、特定の実施形態では、加圧流体供給部５２からの加圧流体５０は、タービン２０の流れ制御領域１２内に送られて流れ制御領域１２の有効領域５４を調節および／または調整することができる。詳細には、加圧流体５０の１つまたは複数の流路は、タービン２０の１つまたは複数の構造的構成要素内の１つまたは複数の流体注入ポート（たとえば開口部または出口）に送られてよく、この場合、構造的構成要素は、主要流路５５と直接接触する任意の構造体（たとえば壁、翼、支柱、ハブ、シュラウドなど）を含むことができる。たとえば、特定の実施形態では、加圧流体５０の流れは、外部加圧流体供給部５２から１つまたは複数のタービンノズル３５および／またはステータ翼３６の各々に送られてよく、タービンノズル３５および／またはステータ翼３６内に配設された１つまたは複数の開口部を通ってタービン２０の流れ制御領域１２内に注入されてよい。詳細には、特定の実施形態では、加圧流体５０は、タービン２０の外側空洞７６、内側空洞７８、および／または固定支柱７４を通って各々のタービンノズル３５および／またはステータ翼３６に送られてよく、これは、図３に関してさらに説明される。たとえば、加圧流体５０は、外側空洞７６を通って、または固定支柱７４および内側空洞７８を通って、またはその組み合わせで各々のタービンノズル３５および／またはステータ翼３６に送られ得る。
【００２７】
図３は、図１の外部加圧流体供給部５２を有する流体作動式可変流れ制御システム１１の実施形態の概略図であり、タービン２０の外側空洞７６および内側空洞７８を通ってタービン２０の流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０の１つまたは複数の流れをさらに示す。詳細には、特定の実施形態では、タービン段６８、７０、７２、または７３などの各々のタービン段３８は、ステータ翼３６の組（たとえば１から１００、またはそれ以上）を備えたタービンノズル３５およびタービンブレード３４の組（たとえば１から１００、またはそれ以上）の組み合わせを含むことができる。各々の段３８では、ステータ翼３６を備えたタービンノズル３５は、タービンブレード３４の上流側に配設されてよく、タービンノズル３５の１つまたは複数のステータ翼３６の各々は、燃焼ガス１８を主要流路５５に沿ってタービンブレード３４に向けるように構成され得る。さらに、上記で留意されたように、高温燃焼ガス１８は、駆動力をブレード３４にかけてブレード３４を回転させ、それによってシャフト２４を回す。高温燃焼ガス１８は、タービン段３８の各々を流れ抜けて、駆動力を各々の段６８、７０、７２内のタービンブレード３４にかける。したがって、高温燃焼ガス１８は、１つまたは複数のタービン段３８を通って下流側方向５７に主要流路５５に沿って流れ、１つまたは複数のタービン段３８の各々内で各々の流れ制御領域１２、ステータ翼３６を備えたタービンノズル３５およびタービンブレード３４を通過する。
【００２８】
特定の実施形態では、加圧流体５０の１つまたは複数の流れは、タービン２０のタービンケーシング４６、および外側空洞７６（たとえば、外側環状空洞）を通って各々のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４に送られ得る。外側空洞７６は、第２の壁８４（たとえば、高温壁、内壁、内部表面、またはシュラウド）の周りに配設された第１の壁８０（たとえば外壁、外部表面、またはケーシング壁）によって画定されてよく、ここで第２の壁８４は、燃焼ガス１８の主要流路５５の周りに配設される。詳細には、加圧流体５０は、タービンケーシング４６の壁８０から径方向４２に流れ制御領域１２に向かって提供される。特定の実施形態では、タービンケーシング４６の壁８０内に配設された１つまたは複数の外部入口８２（または導管）は、１つまたは複数の流体注入ポート１００（たとえば、開口、開口部または出口）を含むステータ翼３６と流体結合され得る。さらに、外部入口８２は、受け入れられた加圧流体５０をタービン２０の外側空洞７６内に送ることができる。特定の実施形態では、外側空洞７６の壁８４内に配設された１つまたは複数の流体注入ポート８３（たとえば、開口、開口部、または出口）は、加圧流体５０をステータ翼３６内および／または直接的に流れ制御領域１２内に送ることができ、これは、図５に関してさらに説明される。
【００２９】
特定の実施形態では、加圧流体５０の１つまたは複数の流れは、固定支柱７４を通り、タービン２０の内側空洞７８を通って各々のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８５に送られ得る。詳細には、加圧流体５０は、タービンケーシング４６の壁８０から径方向４２に内側空洞７８に向かって提供され得る。たとえば、タービンケーシング４６の壁８０内に配設された１つまたは複数の外部入口８２は、１つまたは複数の固定支柱７４に流体結合され得る。さらに、外部入口８２は、受け入れられた加圧流体５０を固定支柱７４内に送り、加圧流体５０をタービン２０の内側空洞７８に向かって送ることができる。内側空洞７８の壁８５（たとえば高温壁、ハブ、または内側表面）上に配設され、ステータ翼３６と位置合わせされた１つまたは複数の流体ポート８３は、加圧流体５０をステータ翼３６内に送り、これは、図５を参照してさらに説明される。さらに、特定の実施形態では、１つまたは複数の流体ポート８３は、加圧流体５０を、内側空洞７８から流れ制御領域１２内に直接的に送ることができ、これは、図５に関してさらに説明される。実際、固定支柱７４は、加圧流体の１つまたは複数の個々の流れを内側空洞７８内に送るための通路として利用されてよく、それにより、加圧流体５０は、内側空洞７８から径方向４２に流れ制御領域１２に向かって送られる。図５に関してさらに説明するように、各々のステータ翼３６上の１つまたは複数の流体注入ポート１００が、加圧流体５０をステータ翼３６から流れ制御領域１２内に送る。
【００３０】
上記で留意されたように、特定の実施形態では、制御装置５６は、たとえば、各々のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５から主要流路５５に沿って流れ制御領域１２に入る加圧流体５０の注入を制御することによって、流れ制御領域１２の有効領域５４を調節または制御することができる。制御装置５６は、燃焼ガス１８の主要流路５５に沿ってなど、ガスタービンシステム１０全域にわたって配設された１つまたは複数のセンサ６０から受け取られたフィードバックに基づいて、加圧流体５０を各々のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５を介して各々のタービン段３８に送ることができる。特定の実施形態では、制御装置５６は、センサ６０から受け取られた信号に基づいて、流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０のパラメータ（たとえば、圧力、温度、流量、シャフト速度、量、組成など）を調整するように構成され得る。したがって、制御装置５６は、流れ制御領域１２内に送られる加圧流体５０のさまざまなパラメータを動的に限定または制御するように構成され得る。一部の状況では、制御装置５６は、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の流れまたは供給を増大させて有効領域５４を低減させることができ、それによって燃焼ガス１８の流れを主要流路５５に沿って低減または抑える。同様に、一部の状況では、制御装置５６は、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の流れまたは供給を低減させて有効領域５４を増大させることができ、それによって燃焼ガス１８の流れを主要流路５５に沿って増大させる。特に、制御装置５６は、流れ制御領域１２の有効領域５４を動的に制御してガスタービンシステム１０の効率性を改良するように構成され得ることに留意されたい。詳細には、制御装置５６は、流れ制御領域１２の有効領域５４を調整または調節してタービン２０の入口と出口の間の燃焼ガス１８の圧力比および／または流れ比を制御することができる。さらに、このようにして圧力比および／または流れ比を制御することにより、タービン２０の速度を制御することができ、それによって、ガスタービンシステム１０の効率性を改良する。
【００３１】
特定の実施形態では、制御装置５６は、各々のタービン段３８のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５内への加圧流体５０の注入を制御することによって、各々のタービン段３８の近位で流れ制御領域１２の有効領域５４を調節または制御することができる。たとえば、各々のタービン段３８におけるタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、外部加圧流体供給部５２から加圧流体５０の別個の流れを受け入れることができる。詳細には、図示する実施形態では、第１のタービン段６８のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、加圧流体５０の第１の流れ８８を受け入れることができ、第２のタービン段７０のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、加圧流体５０の第２の流れ９０を受け入れることができ、第３のタービン段７２のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、加圧流体５０の第３の流れ９２を受け入れることができ、第４のタービン段７３のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、加圧流体５０の第４の流れ９４を受け入れることができる。特定の実施形態では、制御装置５６は、内側空洞７８および外側空洞７６を通ってタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５に提供される加圧流体５０のパラメータを調節するように構成されてよく、それにより、タービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、類似のパラメータを有する加圧流体５０を、内側空洞７８および外側空洞７６から受け入れる。したがって、図示する実施形態では、第４のタービン段７３のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、加圧流体５０の第４の流れ９４にほぼ類似する加圧流体５０の第５の流れ９５を受け入れることができる。
【００３２】
特定の実施形態では、制御装置５６は、各々のタービン段３８への加圧流体５０の各々の流れ（たとえば、第１の流れ８８、第２の流れ９０、第３の流れ９２、または第４の流れ９４など）のパラメータを動的に制御または限定するように構成され得る。たとえば、制御装置５６は、タービン２０の各々の段３８における各々のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５に送られる加圧流体５０の各々の流れの、圧力、流量、シャフト速度、流れ、流れの量、組成、温度、またはその組み合わせを調節または制御するように構成され得る。したがって、一部の状況では、制御装置５６は、加圧流体５０の第１の流れ８０の圧力を、加圧流体５０の第２の流れ８２とは異なるように調整して、第１および第２のタービン段６８、７０の流れ制御領域１２を独立的に制御することができる。別の例として、制御装置５６は、１つまたは複数の制御信号を介して１つまたは複数の弁５８を開閉して、各々のタービン段３８のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５への加圧流体５０の流量を調整して、各々のタービン段３８の流れ制御領域１２を独立的に制御するように構成され得る。
【００３３】
図４は、図３のタービン２０の流体作動式可変流れ制御システム１１の実施形態の概略横断面図であり、固定支柱７４（たとえば４つの支柱）の組および内側空洞７８からの加圧流体５０の注入をさらに示している。上記で留意されたように、特定の実施形態では、加圧流体５０は、１つまたは複数の固定支柱７４を通って、１つまたは複数の段３８における各々のタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８５に送られ得る。詳細には、外部入口８２は、固定支柱７４と位置合わせされ、流体結合されてよく、加圧流体５０を、タービンケーシング４６を通して内側支柱チャネル９６に送ることができる。固定支柱７４は、加圧流体５０の１つまたは複数の流れを内側支柱チャネル９６を通して内側空洞７８に送るように構成され得る。さらに、図３に関して上記で留意されたように、加圧流体５０の１つまたは複数の流れは、内側空洞７８から、タービン２０の１つまたは複数の段３８におけるタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８５内に送られ得る。このようにして、加圧流体５０は、流れ制御領域１２に向かって径方向４２に内側空洞７８を介してタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８５に送られてよく、それにより、タービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５は、タービン２０の外側ケーシング壁８０および内壁８４の両方から加圧流体５０を受け入れる。
【００３４】
図５は、図３の外部加圧流体供給部５２を有する流体作動式可変流れ制御システム１１の実施形態の詳細な概略図であり、１つまたは複数のステータ翼３６の各々上に配設された１つまたは複数の流体注入ポート１００から流れ制御領域１２内への加圧流体５０の注入を示す。流体注入ポート１００は、各々のステータ翼３６の前縁１０２、後縁１０４、または前縁と縁１０２、１０４間の中央部分１０６に沿って配設され得る。さらに、流体注入ポート１００は、各々のステータ翼３６の両側に配設され得る。その結果、ポート１００からの流体注入は、上流側軸方向、下流側軸方向、および相対する円周方向に配向され得る。各々のステータ翼３６は、１から１０００、５から５００、１０から１００、または２０から５０の間のポート１００などのポート１００の任意の適した数、サイズ、形状、および分布を有することができる。ポート１００は、均一または不均一のサイズ、均一または不均一の分布または間隔、均一または不均一の形状（たとえば、円形、楕円形、矩形など）またはその任意の組み合わせを有することができる。上記で留意されたように、特定の実施形態では、加圧流体５０は、タービン２０の外側空洞７６および内側空洞７８を通って各々のステータ翼３６に送られ得る。たとえば、加圧流体５０は、タービンケーシング４６上に配設された外部入口８２を通ってタービン２０の外側空洞７６内に送られ得る。さらに、加圧流体５０は、固定支柱７４を通ってタービン２０の内側空洞７８内に送られ得る。
【００３５】
上記で留意されたように、特定の実施形態では、外側空洞７６の壁８４および内側空洞７８の壁８５上に配設された１つまたは複数の流体ポート８３は、加圧流体５０をステータ翼３６内に送ることができる。特に、加圧流体５０は、ステータ翼３６上に配設された１つまたは複数の流体注入ポート１００を介してタービン２０の流れ制御領域１２内に注入される。このようにして、流れ制御領域１２内に注入された加圧流体５０は、ステータ翼３６の表面上に膜を作り出すことができ、さらに、流れ制御領域１２内に拡張することができる。特定の実施形態では、高温壁８４、８５内の１つまたは複数の流体ポート８３は、加圧流体５０を、内側空洞７８および／または外側空洞７６から流れ制御領域１２内に直接的に送ることができる。流体ポート８３は、各々のステータ翼３６の前縁１０２にまたはそこから上流側に、各々のステータ翼３６の後縁１０４にまたはそこから下流側に、および／または各々のステータ翼３６の中央部分１０６に沿って（たとえば、ステータ翼３６内へのおよび／または直接的に流れ制御領域１２内への注入のために）配置されてよい。ポート１００と同様に、壁８４、８５は、各々の流れ制御領域１２に関連する１から１０００、５から５００、１０から１００、または２０から５０の流体ポート８３などの流体ポート８３の任意の適切な数、サイズ、および分布を有することができる。流体ポート８３は、均一または不均一のサイズ、均一または不均一の分布または間隔、均一または不均一の形状（たとえば、円形、楕円形、矩形など）または任意のその組み合わせを有することができる。
【００３６】
上記で留意されたように、加圧流体５０を流れ制御領域１２内に注入することにより、有効領域５４を低減させることができ、それによって燃焼ガス１８の流れを主要流路５５に沿って低減または制限する。同様に、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の注入は、有効領域５４を増大させることができ、それによって燃焼ガス１８の流れを主要流路５５に沿って緩和または増大させる。
【００３７】
図６は、図３の外部加圧流体供給部５２を有する流体作動式可変流れ制御システム１１の実施形態の詳細な概略図であり、１つまたは複数のステータ翼３６上に配設された１つまたは複数の流体注入ポート１００を通る加圧流体５０の注入を示す。図示するように、流体注入ポート１００は、各々のステータ翼３６の対向する側１０８に（たとえば中央部分１０６に沿って）、各々のステータ翼３６の前縁１０２に沿って、および各々のステータ翼３６の後縁１０４に沿って配設される。その結果、ポート１００からの流体注入は、上流側軸方向、下流側軸方向、および相対する円周方向に配向され得る。特定の実施形態では、ポート１００は、タービン２０の回転軸からずらして傾斜されてよく、それによって主要流路５５内に注入された流体に旋回動作または回転動作を付与する。加圧流体５０は、タービン２０の外側空洞７６および内側空洞７８を通って各々のステータ翼３６に送られ得る。詳細には、特定の実施形態では、加圧流体５０は、タービン２０の各々の流れ制御領域１２内に注入される前に、流体ポート８３を通ってステータ翼３６内に送られ得る。特定の実施形態では、加圧流体５０は、内側空洞７８または外側空洞７６から直接的に流体ポート８３を通って流れ制御領域１２内に送られ得る。流体ポート８３からの流体注入は、高温壁８４から内方向に径方向に、および高温壁８５から外方向に径方向に配向され得る。特定の実施形態では、流体ポート８３は、タービン２０の回転軸からずらして傾斜されてよく、それによって主要流路５５内に注入された流体に旋回動作または回転動作を付与する。これらの流体注入場所の各々を使用することにより、加圧流体５０は、外部加圧流体供給部５２からタービン２０の流れ制御領域１２に提供され得る。
【００３８】
開示する実施形態の技術的努力は、加圧流体５０を、外部加圧流体供給部５２からタービン２０の流れ制御領域１２内に送ることを含む。詳細には、外部加圧流体供給部５２からの加圧流体５０は、外部加圧流体供給部５２から、タービン２０の１つまたは複数の流体注入ポート（たとえばポート１００および／または流体ポート８３）を介して流れ制御領域１２内に送られて、流れ制御領域１２の有効領域５４を調節し調整する。たとえば、加圧流体５０は、外部加圧流体供給部５２から、外側空洞７６および／または内側空洞７８を介してタービンノズル３５、ステータ翼３６、および／または高温壁８４、８５に送られてよく、ステータ翼３６上に配設された１つまたは複数の流体注入ポート１００および／または壁８４、８５内の流体ポート８３を通って流れ制御領域１２内に注入されてよい。別の例として、加圧流体５０は、外部加圧流体供給部５２からタービン２０の流れ制御領域１２まで、直接的に外側空洞７６および／または内側空洞７８から、たとえば高温壁８４、８５内の流体ポート８３を通って送られてよい。制御装置５６は、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の注入を動的に制御するように構成され得る。たとえば、流れ制御領域１２内に加圧流体５０を注入することにより、有効領域５４を低減させることができ、それによって燃焼ガス１８の流れを低減または抑える。同様に、流れ制御領域１２内への加圧流体５０の注入を低減させることにより、有効領域５４を増大させることができ、それによって燃焼ガス１８の流れを増大させる。流れ制御領域１２に送られる加圧流体５０のさまざまなパラメータを制御することにより、制御装置５６は、システム１０の効率性を調節するように構成され得る。特に、流体注入を使用して流れ制御領域１２の有効領域５４を制御し、燃焼ガス１８の流れを制御することは、任意の動く構造体（たとえば調整可能な翼）を使用して主要流路５５のジオメトリを調整することを大幅に減少させるまたは解消することができる。
【００３９】
この記述した明細書は、例を使用して、最適な形態を含んで本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムを作成し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んで、当業者が本発明を実践することも可能にする。本発明の特許範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想定する他の例を含むことができる。そのような他の例は、これらが、特許請求の範囲の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合、またはこれらが、特許請求の範囲の文字通りの言葉との相違がわずかである等価の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るよう意図される。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ガスタービンシステム
１１  流体作動式可変流れ制御システム
１２  流れ制御領域、流れ制御通路
１３  コンバスタ
１４  燃料ノズル
１５  ガス燃料
１６  圧縮空気、酸化剤
１８  燃焼ガス
２０  タービン
２１  排気ガス
２２  排気セクション
２４  駆動シャフト、シャフト
２６  負荷
２８  圧縮機
３０  空気
３２  空気吸入セクション
３４  タービンブレード
３５  タービンノズル
３６  ステータ翼
３８  タービン段
４０  軸方向、長手方向軸
４２  径方向、軸
４４  円周方向、軸
４６  タービンケーシング
４８  固定支柱
５０  加圧流体
５１  流体供給導管
５２  外部加圧流体供給部
５３  実際の領域
５４  有効領域
５５  主要流路
５６  制御装置
５７  下流側方向
５８  弁
６０  センサ
６２  プロセッサ
６４  メモリ
６６  移行部
６８  第１のタービン段
７０  第２のタービン段
７２  第３のタービン段
７３  第４のタービン段
７４  固定支柱
７６  外側空洞
７８  内側空洞
８０  第１の壁、外側ケーシング壁
８２  外部入口
８３  流体注入ポート、流体ポート
８４  第２の壁、高温壁
８５  高温壁
８８  第１の流れ
９０  第２の流れ
９２  第３の流れ
９４  第４の流れ
９５  第５の流れ
９６  内側支柱チャネル
１００  流体注入ポート
１０２  前縁
１０４  後縁
１０６  中央部分
１０８  ステータ翼の対向する側
【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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【図６】
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【外国語明細書】
2016211569000001.pdf