(57)【要約】【課題】冷却流体の流れを高温キャビティに受動的に提供する。【解決手段】熱バルブが開示される。熱バルブは、ガスタービンエンジンの冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティに提供することができる。熱バルブは、温度感知要素と、該温度感知要素と連通したバルブ組立体と、を含むことができる。バルブ組立体は、少なくとも１つの冷却流体供給源と流体連通した少なくとも１つの入口と、高温キャビティと流体連通した少なくとも１つの出口と、温度感知要素と流体連通した少なくとも１つのバルブと、を含むことができる。少なくとも１つのバルブは、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口との間に配置することができる。温度感知要素は、閉鎖位置と開放位置との間で少なくとも１つのバルブを移動させるように構成することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）の冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティ（１２６）に提供するための熱バルブ（１００）であって、
温度感知要素（１０２）と、
前記温度感知要素と連通したバルブ組立体（１０６）と、
を備え、前記バルブ組立体が、
少なくとも１つの冷却流体供給源（１２８，１３２，１３４，１４４，１４８）と流体連通した少なくとも１つの入口（１１２，１１４）と、
前記高温キャビティと流体連通した少なくとも１つの出口（１１６，１１８）と、
前記温度感知要素と連通し且つ前記少なくとも１つの入口と前記少なくとも１つの出口との間に配置された少なくとも１つのバルブ（１２０，１２４）と、
を含み、前記温度感知要素が、前記少なくとも１つのバルブを閉鎖位置と開放位置との間で移動させるように構成されている、熱バルブ（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの入口が、第１の入口（１１２）及び第２の入口（１１４）を含む、請求項１に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項３】
前記第１の入口が、第１の冷却流体供給源（１２８，１３２，１４２）と流体連通し、前記第２の入口が、前記第２の冷却流体供給源（１３４，１４８）と流体連通している、請求項２に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項４】
前記第１の入口及び第２の入口が、第１の冷却流体供給源（１２８，１３２，１４２）と流体連通している、請求項２に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの出口が、前記高温キャビティと流体連通した第１の出口（１１６）及び第２の出口（１１８）を含む、請求項２に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのバルブが、前記第１の入口と前記第１の出口との間に配置される第１のバルブ（１２０）と、前記第２の入口と前記第２の出口との間に配置される第２のバルブ（１２４）とを含む、請求項５に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項７】
前記冷却流体の２又はそれ以上の流れが前記バルブ組立体において混合された後、前記高温キャビティに供給される、請求項１に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項８】
前記冷却流体の２又はそれ以上の流れが、前記バルブ組立体において混合されることなく前記高温キャビティに供給される、請求項１に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項９】
前記温度感知要素が、ハウジング（１０４）内に配置される、請求項１に記載の熱バルブ（１００）。
【請求項１０】
圧縮機、燃焼器、及びタービンを含むガスタービンエンジン（１０）と、
前記ガスタービンエンジンの冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティ（１２６）に提供するための熱バルブ（１００）と、
を備えたシステムであって、
前記熱バルブが、
温度感知要素（１０２）と、
前記温度感知要素と連通したバルブ組立体（１０６）と、
を含み、前記バルブ組立体が、
第１の入口（１１２）、第２の入口（１１４）、第１の出口（１１６）、及び第２の出口（１１８）を有する主本体（１０８）と、
前記第１の入口と前記第１の出口との間で前記主本体内に配置され且つ前記温度感知要素と連通した第１のバルブ（１２０）と、
を含み、前記温度感知要素が、閉鎖位置と開放位置との間で前記第１のバルブを移動させるよう構成されており、
前記バルブ組立体が更に、
前記第２の入口と前記第２の出口との間で前記主本体内に配置され且つ前記温度感知要素と連通した第２のバルブ（１２４）を含み、前記温度感知要素が、閉鎖位置と開放位置との間で前記第２のバルブを移動させるよう構成されている、システム。
【請求項１１】
前記温度感知要素が、ハウジング（１０４）内に配置される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の出口及び前記第２の出口が、前記高温キャビティと流体連通している、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の入口及び第２の入口が、第１の冷却流体供給源（１２８，１３２，１４２）と流体連通している、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブが開放位置にあるときに、前記第１の冷却流体供給源からの冷却流体の第１の流れが前記高温キャビティに供給される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の入口が、第１の冷却流体供給源（１２８，１３２，１４２）と流体連通し、前記第２の入口が、前記第２の冷却流体供給源（１３４，１４８）と流体連通している、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の冷却流体供給源からの冷却流体の第１の流れは、前記第１のバルブが開放位置にあるときに前記高温キャビティに供給され、前記第２の冷却流体供給源からの冷却流体の第２の流れは、前記第２のバルブが開放位置にあるときに前記高温キャビティに供給される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
冷却流体の第１の流れ及び冷却流体の第２の流れが、前記バルブ組立体において混合される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のバルブと前記第２のバルブとの間に配置されるシール（１４０）を更に備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記シールは、前記バルブ組立体内で前記冷却流体の第１の流れが前記冷却流体の第２の流れと混合するのを阻止する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
ガスタービンエンジン（１０）の冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティ（１２６）に提供する方法であって、
前記冷却回路の周りに温度感知要素（１０２）を設けるステップと、
前記温度感知要素の温度に少なくとも部分的に基づいて、前記温度感知要素と連通した少なくとも１つのバルブ（１２０，１２４）を開放させるステップと、
冷却流体の流れを前記高温キャビティに供給するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、熱バルブに関し、より詳細には、温度感知熱バルブを用いてガスタービンエンジンの冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティに受動的に提供するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、工業用及び商業用運転で広く使用されている。典型的なガスタービンエンジンは、前方に圧縮機と、中間付近に１又はそれ以上の燃焼器と、後方にタービンとを含む。圧縮機は、作動流体（例えば、空気）に運動エネルギーを与えて高エネルギー状態の加圧作動流体を生成する。圧縮作動流体は、圧縮機から流出して燃焼器に流れ、ここで燃焼器において作動流体が燃料と混合され点火されて、高温高圧を有する燃焼ガスを発生する。燃焼ガスはタービンに流れ、該タービンにおいて膨張して仕事を生成する。そのため、ガスタービンエンジンの種々の構成要素が、燃焼ガスに起因した極めて高い温度に晒される場合がある。結果として、種々の構成要素（シュラウド組立体、ロータ組立体、ホイールスペースキャビティ、及び同様のもの）は通常、冷却及び／又はパージ空気の供給が必要とされる。従って、ガスタービンエンジンの改善された冷却システム及び方法を提供する必要性がある。
【発明の概要】
【０００３】
上述の要求及び／又は問題の一部又は全ては、本開示の特定の実施形態によって対処することができる。１つの実施形態によれば、熱バルブが開示される。熱バルブは、ガスタービンエンジンの冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティに提供することができる。熱バルブは、温度感知要素と、該温度感知要素と連通したバルブ組立体と、を含むことができる。バルブ組立体は、少なくとも１つの冷却流体供給源と流体連通した少なくとも１つの入口と、高温キャビティと流体連通した少なくとも１つの出口と、温度感知要素と流体連通した少なくとも１つのバルブと、を含むことができる。少なくとも１つのバルブは、少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口との間に配置することができる。温度感知要素は、閉鎖位置と開放位置との間で少なくとも１つのバルブを移動させるように構成することができる。
【０００４】
別の実施形態において、熱バルブが開示される。熱バルブは、ガスタービンエンジンの冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティに提供することができる。熱バルブは、温度感知要素と、該温度感知要素と連通したバルブ組立体と、を含むことができる。バルブ組立体は、第１の入口、第２の入口、第１の出口、及び第２の出口を有する主本体を含むことができる。バルブ組立体はまた、第１の入口と第１の出口との間で主本体内に配置された第１のバルブを含むことができる。第１のバルブは、温度感知要素と連通することができる。温度感知要素は、閉鎖位置と開放位置との間で第１のバルブを移動させるように構成することができる。バルブ組立体はまた、第２の入口と第２の出口との間で主本体内に第２のバルブを含むことができる。第２のバルブは、温度感知要素と連通することができる。温度感知要素は、閉鎖位置と開放位置との間で第２のバルブを移動させるよう構成することができる。
【０００５】
別の実施形態によれば、ガスタービンエンジンの冷却回路内で冷却流体の１又はそれ以上の流れを高温キャビティに提供する方法が開示される。本方法は、冷却回路の周りに温度感知要素を設けるステップと、温度感知要素の温度に少なくとも部分的に基づいて、温度感知要素と連通した少なくとも１つのバルブを開放させるステップと、冷却流体の流れを高温キャビティに供給するステップと、を含む。
【０００６】
本発明の他の実施形態、態様、及び特徴は、当業者であれば、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の請求項から明らかであろう。
【０００７】
ここで、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】１つの実施形態によるガスタービンエンジンの概略図。
【図２】１つの実施形態による、閉鎖位置にある熱バルブの概略図。
【図３】１つの実施形態による、開放位置にある熱バルブの概略図。
【図４】１つの実施形態による、開放位置にある熱バルブの概略図。
【図５】１つの実施形態による、開放位置にある熱バルブの概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の全てではなく一部の実施形態を示している添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を以下でより詳細に説明する。本出願は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。同様の参照符号は全体を通じて同じ要素を表す。
【００１０】
熱バルブの実施形態が本明細書で開示される。熱バルブは、冷却流体の１又はそれ以上の流れを１又はそれ以上の冷却流体供給源からガスタービンエンジンの冷却回路内の高温キャビティに提供するのに用いることができる。熱バルブは、冷却回路において複数のオリフィスを通じて流体流れを制御することができる。場合によっては、熱バルブは、温度感知要素のような熱膨張可能材料を含むことができる。熱膨張可能材料は、最大１３００°Ｆの動作温度で安定となることができる。熱膨張可能材料は、１３００°Ｆを上回る又は下回る温度を含めて、あらゆる好適な動作温度で安定となることができる。
【００１１】
熱膨張可能材料の周りの温度が上昇すると、熱膨張可能材料は膨張することができ、これは１又はそれ以上のバルブを開放位置に作動させ、冷却流体の１又はそれ以上の流れが１又はそれ以上のオリフィスを介して高温キャビティに流入することができる。逆に、熱膨張可能材料の周りの温度が降下すると、熱膨張可能材料が収縮することができ、これは１又はそれ以上のバルブを閉鎖位置に作動させ、これにより冷却流体の１又はそれ以上の流れが高温キャビティに流入するのを停止させることができる。また、熱膨張可能材料の膨張及び／又は収縮は、冷却流体の１又はそれ以上の流れを増大又は減少させることができる。このようにして、熱バルブは、冷却回路内での受動的流れ調節を提供することができる。
【００１２】
熱バルブは、単一又は複数の冷却流供給源から１又はそれ以上の冷却流を提供することができる。場合によっては、１又はそれ以上の冷却流は、熱バルブ内で共に混合することができる。場合によっては、１又はそれ以上の冷却流は、熱バルブ内で混合することなく高温キャビティに提供することができる。
【００１３】
ここで、幾つかの図全体を通して同様の参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本明細書で使用できるガスタービンエンジン１０の例示的な概略図を描いている。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１２を含むことができる。圧縮機１２は、流入する空気１４の流れを圧縮することができる。圧縮機１２は、圧縮した空気の流れを燃焼器１６に供給することができる。燃焼器１６は、燃料１８の加圧流と圧縮燃料流とを混合して混合気を点火し、燃焼ガス２０の流れを生成することができる。単一の燃焼器１６のみが図示されているが、ガスタービンエンジン１０は、あらゆる数の燃焼器１６を含むことができる。燃焼ガス２０の流れは、タービン２２に供給することができる。燃焼ガス２０の流れは、機械的仕事を生成するようにタービン２２を駆動することができる。タービン２２において生成される機械的仕事は、シャフト２４を介して圧縮機１２を駆動し、発電機又は同様のものなどの外部負荷２６を駆動することができる。
【００１４】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプのシンガス、及び／又は他のタイプの燃料を用いることができる。ガスタービンエンジン１０は、限定ではないが、７又は９シリーズ高出力ガスタービンエンジン及び同様のものなどを含む、ニューヨーク州スケネクタデイ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される複数の様々なガスタービンエンジンのうちの何れかとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有することができ、また、他のタイプの構成要素を用いることができる。ガスタービンエンジンは、航空機転用型ガスタービン、産業用ガスタービン、又はレシプロエンジンとすることができる。また、他のタイプのガスタービンエンジンを本明細書で使用してもよい。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、及び他のタイプの発電設備を本明細書で共に使用することもできる。
【００１５】
図２〜５は、熱バルブ１００の１又はそれ以上の実施形態を示す。熱バルブ１００は、ガスタービンエンジンの冷却回路内に配置することができる。このようにして、熱バルブ１００を用いて、ガスタービンエンジンの１又はそれ以上の構成要素を冷却することができる。例えば、熱バルブ１００は、圧縮機からのブリード空気のような１又はそれ以上の冷却流れと流体連通することができる。例示的な１つの実施形態において、熱バルブ１００は、図１の圧縮機１２からのブリード空気と流体連通することができる。熱バルブ１００は、あらゆる数の冷却流体供給源と流体連通することができる。熱バルブ１００は、１又はそれ以上のオリフィスを介して冷却流体の１又はそれ以上の流れが高温キャビティに流入するのを可能にすることができる。
【００１６】
図２は、閉鎖位置にある熱バルブ１００を示している。熱バルブ１００は、温度感知要素１０２を含むことができる。場合によっては、温度感知要素１０２は、ハウジング１０４内に配置することができる。このようにして、ハウジング１０４は、温度感知要素１０２の熱膨張又は収縮の方向を制御（又は抑制）することができる。温度感知要素１０２は、冷却回路の周りに位置付けることができる。例えば、温度感知要素は、ガスタービンエンジンの構成要素の高温キャビティ内又はそれに隣接して配置することができる。温度感知要素１０２は、ガスタービンエンジンの周りのあらゆる位置に配置することができる。熱バルブ１００はまた、バルブ組立体１０６を含むことができる。バルブ組立体１０６は、冷却回路の周りに配置することができる。上記で検討したように、バルブ組立体１０６は、温度感知要素１０２と機械的に連通することができる。バルブ組立体１０６は、主本体１０８を含むことができる。主本体１０８は、１又はそれ以上のキャビティ／流体経路１１０を含むことができる。バルブ組立体１０６はまた、第１の入口１１２、第２の入口１１４、第１の出口１１６、及び第２の出口１１８を含むことができる。あらゆる数の入口及び／又は出口を本明細書で使用することができる。例えば、バルブ組立体は、２，３，４，５又はそれ以上の入口及び／又は出口を含むことができる。２つの入口及び２つの出口を使用していることは、単に例証に過ぎず、限定を意図するものではない。
【００１７】
第１のバルブ１２０は、第１の入口１１２と第１の出口１１６との間の経路に沿って主本体１０８内に配置することができる。第１のバルブ１２０は、１又はそれ以上のキャビティ／流体経路１１０内に着座して、これらの間の流体の流れを阻止することができる。場合によっては、図２及び４に示すように、バルブが閉鎖されたときに１１４から１１６への流路が存在する。すなわち、バルブが閉鎖した場合でも、入口１１４及び出口１１６を通る幾らかの量の調量された一定の流れが存在することができる。バルブが移動して開放したときには、全ての出口を通る追加の調節流れが存在することができる。第１のバルブ１２０は、例えば、ステム１２２によって温度感知要素１０２と機械的に連通することができる。このようにして、温度感知要素１０２は、膨張及び収縮したときに第１のバルブ１２０を閉鎖位置と開放位置との間で移動させるように構成することができる。同様に、第２のバルブ１２４は、第２の入口１１４と第２の出口１１８との間の経路に沿って主本体１０８内に配置することができる。第２のバルブ１２４は、１又はそれ以上のキャビティ／流体経路１１０内に着座して、これらの間の流体の流れを阻止することができる。第２のバルブ１２４はまた、ステム１２２によって温度感知要素１０２と機械的に連通することができる。このようにして、温度感知要素１０２は、膨張及び収縮したときに第２のバルブ１２４を閉鎖位置と開放位置との間で移動させるように構成することができる。あらゆる数のバルブを本明細書で使用することができる。例えば、バルブ組立体は、２，３，４，５又はそれ以上のバルブを含むことができる。２つのバルブを使用していることは、単に例証に過ぎず、限定を意図するものではない。
【００１８】
図３に示すように、第１の出口１１６及び第２の出口１１８は、高温キャビティ１２６と流体連通することができる。加えて、第１の入口１１２及び第２の入口１１４は、第１の冷却流体供給源１２８と流体連通することができる。このようにして、第１の冷却流体供給源１２８からの冷却流体の第１の流れ１３０は、第１のバルブ１２０及び第２のバルブ１２４が開放位置にあるときに、高温キャビティ１２６に供給することができる。更に、第１の入口１１２及び第２の入口１１４から主本体１０８内に流入する冷却流体の第１の流れ１３０は、主本体１０８の１又はそれ以上のキャビティ／流体経路１１０内で混合され、第１の出口１１６及び第２の出口１１８から高温キャビティ１２６内に流出することができる。
【００１９】
図４に示すように、第１の入口１１２は、第１の冷却流体供給源１３２と流体連通することができ、第２の入口１１４は、第２の冷却流体供給源１３４と流体連通することができる。このようにして、第１の冷却流体供給源１３２からの冷却流体の第１の流れ１３６は、第１のバルブ１２０が開放位置にあるときに高温キャビティ１２６に供給することができる。同様に、第２の冷却流体供給源１３４からの冷却流体の第２の流れ１３８は、第２のバルブ１２４が開放位置にあるときに高温キャビティ１２６に供給することができる。場合によっては、冷却流体の第１の流れ１３６及び冷却流体の第２の流れ１３８は、主本体１０８の１又はそれ以上のキャビティ／流体経路１１０内で混合され、第１の出口１１６及び第２の出口１１８から高温キャビティ１２６内に流出することができる。
【００２０】
図５に示すように、熱バルブ１００は、第１のバルブ１２０と第２のバルブ１２４の間に配置されるシール１４０を含むことができる。シール１４０は、第１の冷却流体供給源１４４からの冷却流体の第１の流れ１４２が、第２の冷却流体供給源１４８からの冷却流体の第２の流れ１４６とバルブ組立体１０６内で混合するのを防ぐことができる。すなわち、シール１４０は、冷却流体の第１の流れ１４２が冷却流体の第２の流れ１４６と混合しないように、主本体１０８内で１又はそれ以上のキャビティ／流体経路１１０を分離することができる。このようにして、冷却流体の第１の流れ１４２は、第１の入口１１２を介して主本体１０８に流入し、第１の出口１１６を介して主本体１０８から流出することができる。同様に、冷却流体の第２の流れ１４６は、第２の入口１１４を介して主本体１０８に流入し、第２の出口１１８を介して主本体１０８から流出することができる。場合によっては、第１の入口１１２及び第２の入口１１４は、同じ冷却流体供給源と連通してもよい。
【００２１】
あらゆる数の入口、出口、キャビティ／流体経路、冷却流体供給源、及び／又は冷却流体の流れを本明細書で使用することができる。このようにして、熱バルブ１００は、１又はそれ以上の冷却流体供給源から様々なガスタービンエンジン構成要素への受動的流れ調節を提供するよう構成することができる。
【００２２】
構造上の特徴及び／又は方法論的行為に対する特定的な表現で実施形態を説明してきたが、本開示事項は、上記の特定的特徴及び行為に必ずしも限定されないことを理解すべきである。むしろ、特定の特徴及び動作は、本発明の実施形態を実施する例示的な形態として開示されている。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービンエンジン
１２  圧縮機
１４  流入する空気流
１６  燃焼器
１８  加圧された燃料流
２０  燃焼ガスの流れ
２２  タービン
２４  シャフト
２６  外部負荷
１００  熱バルブ
１０２  温度感知要素
１０４  ハウジング
１０６  バルブ組立体
１０８  主本体
１１０  １又はそれ以上のキャビティ／流体経路
１１２  第１の入口
１１４  第２の入口
１１６  第１の出口
１１８  第２の出口
１２０  第１のバルブ
１２２  ステム
１２４  第２のバルブ
１２６  高温キャビティ
１２８  第１の冷却流体供給源
１３０  冷却流体の第１の流れ
１３２  第１の冷却流体供給源
１３４  第２の冷却流体供給源
１３６  冷却流体の第１の流れ
１３８  冷却流体の第２の流れ
１４０  シール
１４２  冷却流体の第１の流れ
１４４  第１の冷却流体供給源
１４６  冷却流体の第２の流れ
１４８  第２の冷却流体供給源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017002901.tif 000006
【図５】
2017002901.tif 000007
【外国語明細書】
2017002901000001.pdf