(57)【要約】  ガスタービンエンジンに使用される空気噴射システムは、全負荷未満の動作の間のみ、エンジンからの空気を通して抽出する１以上の出口ポート（４２）と、１以上の出口ポート（４２）から抽出された空気をロータチャンバ（ＲＣ）の中へ噴射するのに使用される１以上のロータ冷却パイプ（４６Ａ〜４６Ｄ）と、１以上の出口ポート（４２）とロータ冷却パイプとの間に流体連通をもたらす配管系（４４）と、エンジンからの空気を、出口ポートを通して抽出し、配管系（４４）およびロータ冷却パイプ（４６Ａ〜４６Ｄ）を通して抽出した空気をロータチャンバ（ＲＣ）の中へ搬送するための送風システム（５０）と、弁システム（４８Ａ、４８Ｂ）と、を含む。弁システムは、エンジンの全負荷動作の間、空気が配管系（４４）を通過するのを防止するように閉じられ、エンジンの全負荷未満の動作の間、空気が配管系を通過するのを可能にするように開かれる。
2016500790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンであって、
前記エンジンの中に引き込まれた空気を圧縮する圧縮機セクションと、
燃料が、前記圧縮機セクションからの圧縮空気の少なくとも一部と混合され、燃焼して、高温の燃焼ガスを生成する燃焼セクションと、
前記燃焼セクションからの前記高温の燃焼ガスを膨張させてエネルギーを抽出するタービンセクションであって、前記抽出されたエネルギーの少なくとも一部が、全負荷動作を含むエンジン動作の第１のモードの間、タービンロータを回転させるのに用いられるタービンセクションと、
前記タービンセクション内の冷却すべき構造体と連絡するロータチャンバと、
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記エンジンから抽出された１次経路空気を前記ロータチャンバの中へ噴射する１以上のロータ冷却パイプと、
空気噴射システムであって、
全負荷未満の動作を含むエンジン動作の第２のモードの間のみ、前記エンジンからの２次経路空気を通して抽出する１以上の出口ポート、
エンジン動作の前記第２のモードの間、前記１以上の出口ポートから抽出された前記２次経路空気を前記ロータチャンバの中へ噴射するのに使用される１以上のロータ冷却パイプ、
前記１以上の出口ポートと前記１以上のロータ冷却パイプとの間に流体連通をもたらす配管系、
前記エンジンからの前記２次経路空気を前記１以上の出口ポートを通して抽出し、前記抽出した２次経路空気を前記配管系および前記１以上のロータ冷却パイプを通して前記ロータチャンバの中へ搬送するための送風システム、ならびに、
弁システムであって、
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記送風システムによって前記エンジンから２次経路空気が抽出されて前記配管系を通って搬送されるのを防止するように閉まっており、
エンジン動作の前記第２のモードの間、前記送風システムによって前記エンジンから２次経路空気が抽出されて前記配管系を通って搬送され得るように開いている弁システム
を備える空気噴射システムと、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項２】
前記１以上の出口ポートが、前記燃焼セクションを囲むエンジンケーシングの一部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
前記エンジンケーシングの前記一部が燃焼器外殻を画定し、前記１以上の出口ポートを通って抽出される前記２次経路空気が前記燃焼器外殻からの外殻空気を含むことを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項４】
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記外殻空気の少なくとも一部が燃料とともに燃焼されて前記高温の燃焼ガスを生成することを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項５】
前記１以上の出口ポートが前記エンジンケーシングの前記一部の底壁部分に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項６】
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記１以上のロータ冷却パイプによって前記ロータチャンバの中へ噴射される前記１次経路空気が、前記燃焼器外殻からの外殻空気を含み、前記１以上の出口ポートを通って抽出されることを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
【請求項７】
前記弁システムが、コントローラによって、エンジンケーシングの頂壁部分と前記エンジンケーシングの底壁部分の間の温度差に基づいて開閉されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項８】
前記弁システムが、
前記エンジンを停止状態およびターニングギア状態のうちの１つへ移行させるための出力低下動作を開始するとき、コントローラによって開かれ、
前記エンジンをエンジン動作の前記第１のモードへ移行させるための起動動作を開始するとき、前記コントローラによって閉じられることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項９】
前記タービンロータが、前記停止状態または前記ターニングギア状態の間、燃焼ガスからのエネルギーによって回転されることのないことを特徴とする請求項８に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１０】
前記ロータチャンバが、少なくとも部分的に前記燃焼セクションに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１１】
ガスタービンエンジンであって、
前記エンジンの中に引き込まれた空気を圧縮する圧縮機セクションと、
燃焼セクションと、
前記燃焼セクションを囲む部分を含んでいるエンジンケーシングであって、エンジンケーシング部分が画定する燃焼器外殻が外殻空気を含有しており、その少なくとも一部が、全負荷動作を含むエンジン動作の第１のモードの間、前記燃焼セクションにおいて燃料とともに燃焼されて高温の燃焼ガスを生成するエンジンケーシングと、
前記燃焼セクションからの前記高温の燃焼ガスを膨張させてエネルギーを抽出するタービンセクションであって、前記抽出されたエネルギーの少なくとも一部が、エンジン動作の前記第１のモードの間、タービンロータを回転させるのに用いられるタービンセクションと、
前記タービンセクションの内部で冷却される構造体と連絡して、少なくとも部分的に前記燃焼セクションの中に配置されているロータチャンバと、
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記燃焼器外殻から抽出された１次経路空気を前記ロータチャンバの中へ噴射する１以上のロータ冷却パイプと、
空気噴射システムであって、
全負荷未満の動作を含むエンジン動作の第２のモードの間のみ、前記燃焼器外殻からの２次経路空気を通して抽出する、前記エンジンケーシング部分に設けられた１以上の出口ポート、
エンジン動作の前記第２のモードの間、前記１以上の出口ポートを通って抽出された前記２次経路空気を前記ロータチャンバの中へ噴射するのに使用される前記１以上のロータ冷却パイプ、
前記１以上の出口ポートと前記１以上のロータ冷却パイプの間に流体連通をもたらす配管系、
前記２次経路空気を前記１以上の出口ポートを通して抽出し、前記抽出した２次経路空気を前記配管系および前記１以上のロータ冷却パイプを通して前記ロータチャンバの中へ搬送するための送風システム、ならびに
弁システムであって、
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記送風システムによって前記燃焼器外殻から２次経路空気が抽出されて前記配管系を通って搬送されるのを防止するように閉まっており、
エンジン動作の前記第２のモードの間、前記送風システムによって前記燃焼器外殻から２次経路空気が抽出されて前記配管系を通って搬送され得るように開いている弁システム、
を備える空気噴射システムと、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記１以上の出口ポートが前記エンジンケーシング部分の底壁部分に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記弁システムが、コントローラによって、前記エンジンケーシング部分の頂壁部分と前記エンジンケーシング部分の底壁部分との間の温度差に基づいて開閉されることを特徴とする請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
前記弁システムが、
前記エンジンを停止状態およびターニングギア状態のうちの１つへ移行させるための出力低下動作を開始するとき、コントローラによって開かれ、
前記エンジンをエンジン動作の前記第１のモードへ移行させるための起動動作を開始するとき、前記コントローラによって閉じられることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記１以上のロータ冷却パイプによって前記ロータチャンバの中へ噴射される前記１次経路空気と、エンジン動作の前記第２のモードの間、前記１以上のロータ冷却パイプによって前記ロータチャンバの中へ噴射される前記２次経路空気とが、前記１以上のロータ冷却パイプに供給される以前に外部冷却器で冷却されることを特徴とする請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
【請求項１６】
ガスタービンエンジンを作動させる方法であって、
前記エンジンの圧縮機セクションで空気を圧縮するステップと、
燃料と圧縮空気の少なくとも一部を混合し、混合気を前記エンジンの燃焼セクションで燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成するステップと、
前記高温の燃焼ガスを、前記エンジンのタービンセクションにおいて膨張させ、そこからエネルギーを抽出するステップであって、前記抽出されたエネルギーの少なくとも一部が、全負荷動作を含むエンジン動作の第１のモードの間、タービンロータを回転させるのに用いられるステップと、
前記エンジンから抽出した１次経路空気を、エンジン動作の前記第１のモードの間、１以上のロータ冷却パイプを通してロータチャンバの中へ噴射するステップであって、前記噴射された１次経路空気が、前記タービンセクションの内部の冷却すべき構造体を冷却するステップと、
全負荷未満の動作を含んでいるエンジン動作の第２のモードの間、
送風システムの動作を有効にして、
２次経路空気を、前記燃焼セクションと関連したエンジンケーシング部分に配置された燃焼器外殻から１以上の出口ポートを通して抽出し、
前記抽出した２次経路空気を配管系を通して前記１以上のロータ冷却パイプへと搬送し、
前記抽出した２次経路空気を前記１以上のロータ冷却パイプを通して前記ロータチャンバの中へ噴射するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
エンジン動作の前記第１のモードの間は、２次経路空気が、前記１以上のロータ冷却パイプによって前記ロータチャンバの中へ噴射されることのないことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
弁システムが、
エンジン動作の前記第２のモードの間、前記送風システムによって前記燃焼器外殻からの２次経路空気が前記配管系を通って搬送され得るように開かれ、
エンジン動作の前記第１のモードの間、前記送風システムによって２次経路空気が前記配管系を通って搬送されるのを防止するように閉じられることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記弁システムが、コントローラによって、前記エンジンケーシング部分の頂壁部分と前記エンジンケーシング部分の底壁部分との間の温度差に基づいて開閉されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記弁システムが、
前記エンジンを停止状態およびターニングギア状態のうちの１つへ移行させるための出力低下動作を開始するとき、コントローラによって開かれ、
前記エンジンをエンジン動作の前記第１のモードへ移行させるための起動動作を開始するとき、前記コントローラによって閉じられることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンエンジンの空気噴射システムに関し、このシステムは、全負荷未満の動作の間、エンジンの選択された領域内に、より均一な空気温度分布をもたらすように動作することができるものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの動作中、空気が圧縮機セクションで加圧され、次いで燃料と混合され、燃焼セクションで燃やされて高温の燃焼ガスを発生する。環状多筒型ガスタービンエンジンでは、燃焼セクションは、「カン」または「燃焼器」と称されることもある燃焼器装置の環状の配列を備え、それぞれの燃焼器装置から、エンジンのタービンセクションに、高温の燃焼ガスが供給されて膨張し、そこからエネルギーが抽出されて、電気を生成するのに使用される出力パワーを供給する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明によって提供されるガスタービンエンジンは、エンジンの中に引き込まれた空気を圧縮する圧縮機セクションと、燃料が、圧縮機セクションからの圧縮空気の少なくとも一部と混合され、燃焼して、高温の燃焼ガスを生成する燃焼セクションと、燃焼セクションからの高温の燃焼ガスを膨張させてエネルギーを抽出するタービンセクションと、を備える。抽出されたエネルギーの少なくとも一部は、全負荷動作を含むエンジン動作の第１のモードの間、タービンロータを回転させるのに用いられる。エンジンは、タービンセクションの内部で冷却される構造体と連絡するロータチャンバと、エンジン動作の第１のモードの間、エンジンから抽出された１次経路空気をロータチャンバの中へ噴射する１以上のロータ冷却パイプと、空気噴射システムと、をさらに備える。空気噴射システムは、全負荷未満の動作を含むエンジン動作の第２のモードの間のみ、エンジンからの２次経路空気を通して抽出する１以上の出口ポートと、エンジン動作の第２のモードの間、１以上の出口ポートから抽出された２次経路空気をロータチャンバの中へ噴射するのに使用される１以上のロータ冷却パイプと、１以上の出口ポートと１以上のロータ冷却パイプとの間に流体連通をもたらす配管系と、エンジンからの２次経路空気を１以上の出口ポートを通して抽出し、抽出された２次経路空気を配管系および１以上のロータ冷却パイプを通してロータチャンバの中へ搬送するための送風システムと、弁システムと、を備える。弁システムは、エンジン動作の第１のモードの間、送風システムによってエンジンから２次経路空気が抽出されて配管系を通って搬送されるのを防止するように閉まっており、エンジン動作の第２のモードの間、送風システムによってエンジンから２次経路空気が抽出されて配管系を通って搬送され得るように開いている。
【０００４】
本発明の第２の態様によって提供されるガスタービンエンジンは、エンジンの中に引き込まれた空気を圧縮する圧縮機セクションと、燃焼セクションと、燃焼セクションを囲む部分を含んでいるエンジンケーシングと、を備える。エンジンケーシング部分が画定する燃焼器外殻は外殻空気を含有しており、その少なくとも一部が、全負荷動作を含むエンジン動作の第１のモードの間、燃焼セクションにおいて燃料とともに燃焼されて高温の燃焼ガスを生成する。エンジンは、燃焼セクションからの高温の燃焼ガスを膨張させてエネルギーを抽出するタービンセクションをさらに備える。抽出されたエネルギーの少なくとも一部は、エンジン動作の第１のモードの間、タービンロータを回転させるのに用いられる。エンジンは、タービンセクションの内部で冷却される構造体と連絡して、少なくとも部分的に燃焼セクションの中に配置されているロータチャンバと、エンジン動作の第１のモードの間、燃焼器外殻から抽出された１次経路空気をロータチャンバの中へ噴射する１以上のロータ冷却パイプと、空気噴射システムと、をさらに備える。空気噴射システムは、全負荷未満の動作を含むエンジン動作の第２のモードの間のみ、燃焼器外殻からの２次経路空気を通して抽出する、エンジンケーシング部分に設けられた１以上の出口ポートと、エンジン動作の第２のモードの間、１以上の出口ポートを通って抽出された２次経路空気をロータチャンバの中へ噴射するのに使用される１以上のロータ冷却パイプと、１以上の出口ポートと１以上のロータ冷却パイプとの間に流体連通をもたらす配管系と、２次経路空気を１以上の出口ポートを通して抽出し、抽出された２次経路空気を配管系および１以上のロータ冷却パイプを通してロータチャンバの中へ搬送するための送風システムと、弁システムとを備える。弁システムは、エンジン動作の第１のモードの間、送風システムによって燃焼器外殻から２次経路空気が抽出されて配管系を通って搬送されるのを防止するように閉まっており、エンジン動作の第２のモードの間、送風システムによって燃焼器外殻から２次経路空気が抽出されて配管系を通って搬送され得るように開いている。
【０００５】
本発明の第３の態様によれば、ガスタービンエンジンを作動させる方法が提供される。エンジンの圧縮機セクションで空気が圧縮される。燃料と圧縮空気の少なくとも一部とが混合されて混合気がエンジンの燃焼セクションで燃焼され、高温の燃焼ガスを生成する。高温の燃焼ガスは、エンジンのタービンセクションにおいて膨張し、そこからエネルギーが抽出され、抽出されたエネルギーの少なくとも一部が、全負荷動作を含むエンジン動作の第１のモードの間、タービンロータを回転させるのに用いられる。エンジンから抽出された１次経路空気は、エンジン動作の第１のモードの間、１以上のロータ冷却パイプを通ってロータチャンバの中へ噴射される。噴射された１次経路空気は、タービンセクションの内部の冷却すべき構造体を冷却する。全負荷未満の動作を含むエンジン動作の第２のモードの間、送風システムの動作が有効になり、２次経路空気が、燃焼セクションと関連したエンジンケーシング部分に配置された燃焼器外殻から１以上の出口ポートを通って抽出され、抽出された２次経路空気が配管系を通って１以上のロータ冷却パイプへ搬送され、抽出された２次経路空気が１以上のロータ冷却パイプを通ってロータチャンバの中へ噴射される。
【０００６】
本明細書は、本発明を詳細に指摘して明確に特許請求する特許請求の範囲を結論とするものであるが、本発明は、添付図面とともに以下の説明から、よりよく理解されると考えられ、添付図面では、同じ参照符号は同じ要素を識別する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による空気噴射システムを含むガスタービンエンジンの、部分的に断面を示す側面図である。
【図１Ａ】冷却流体を、エンジンのタービンセクションの内部の冷却すべき構造体へ送達するのに使用される流体回路を示す、図１の一部の拡大図である。
【図２】図１に示された空気噴射システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面が参照され、本発明が実践され得る特定の好ましい実施形態が、限定するためではなく説明として示されている。理解されることは、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、変更形態が作製され得ることである。
【０００９】
図１を参照すると、本発明によって構築されたガスタービンエンジン１０が示されている。エンジン１０は、圧縮機セクション１２と、本明細書では「燃焼装置」とも称される、複数の燃焼器１６を含んでいる燃焼セクション１４と、タービンセクション１８と、を含む。注意することは、本発明によるエンジン１０は、好ましくは、エンジン１０内の軸方向を定めるエンジン１０の前後軸ＬＡの周辺に配設された、燃焼器１６の環状の配列を備えることである。そのような構成は「環状多筒形燃焼システム」と一般に称される。
【００１０】
圧縮機セクション１２は、流入空気を引き入れて加圧し、その少なくとも一部は、燃焼器１６に送達されるように燃焼器外殻２０へ導かれる。燃焼器外殻２０の空気は、以下で「外殻空気」と称される。圧搾空気の他の部分は、タービンセクション１８の構成要素などエンジン１０内の様々な構成要素を冷却するように、圧縮機セクション１２から抽出されてよい。
【００１１】
圧縮機セクション１２からの圧縮空気は、燃焼器１６に入ると、燃料と混合されて点火され、高温の燃焼ガスを生成し、これが高速の乱流となってそれぞれの燃焼器１６内を流れる。各燃焼器１６の燃焼ガスは、次いで、それぞれの移行ダクト２２（図１には１つの移行ダクト２２だけが示されている）を通ってタービンセクション１８へ流れ、そこで膨張してエネルギーが抽出される。燃焼ガスから抽出されたエネルギーの一部は、前後軸ＬＡに沿ってエンジン１０を通って軸方向に延在する回転軸２６に対して平行に延在しているタービンロータ２４を回転させるのに用いられる。
【００１２】
図１に示されるように、エンジンケーシング３０は、それぞれのエンジンセクション１２、１４、１８を密封するように設けられている。燃焼セクション１４のまわりに配設されたケーシング３０の一部３０Ａは、燃焼器外殻２０を画定するケーシング壁３２を備え、すなわち、燃焼器外殻２０は、ケーシング部分３０Ａ内の内部容積を画定する。図２に示されるように、ケーシング壁３２は、頂壁部分３２Ａと、左側壁部分３２Ｂおよび右側壁部分３２Ｃと、底壁部分３２Ｄと、を含む。
【００１３】
図２を参照して、次に、本発明の一態様による空気噴射システム４０を説明する。図１も参照すると、示された実施形態の空気噴射システム４０は、ケーシング壁３２の底壁部分３２Ｄに配置された出口ポート４２を備える。この実施形態による空気噴射システム４０は、ケーシング壁３２の底壁部分３２Ｄに配置された単一の出口ポート４２のみを備えているが、任意の適切な数の出口ポートが設けられてよく、１以上の出口ポート４２が、ケーシング部分３０Ａ内の他のどこか軸方向、および／またはケーシング壁３２の周囲の回りの他のどこかに配置されてよい。
【００１４】
空気噴射システム４０がさらに備える配管系４４は、燃焼器外殻２０から抽出された外殻空気を、出口ポート４２を通して複数のロータ冷却パイプ４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄへと搬送するために設けられたものであり、これらのロータ冷却パイプは、図２に示されるように、ケーシング壁３２の周囲のまわりに、全体的に均等な間隔で離隔されている。この実施形態による空気噴射システム４０は４つのロータ冷却パイプ４６Ａ〜４６Ｄを備えているが、任意の適切な数のロータ冷却パイプが設けられてよい。以下で論じられるように、ロータ冷却パイプ４６Ａ〜４６Ｄは、たとえば回転可能なタービンブレードＴＢの列、タービンブレードＴＢの列を支持してロータ２４の一部を形成するブレードディスク構造体ＢＤＳ、および／または図１Ａに見られるようにブレードディスク構造体ＢＤＳと静止タービン翼ＴＶの隣接した列との間に配置されたタービンディスク空洞ＴＤＣなどといった、タービンセクション１８内の冷却すべき構造体と連絡しているロータチャンバＲＣの中へ、抽出された外殻空気を噴射する。図１Ａに最も明瞭に示されているように、ロータチャンバＲＣは、少なくとも部分的に燃焼セクション１４の中に配置され、燃焼器外殻２０から絶縁されており、すなわち、ロータチャンバＲＣには燃焼器外殻２０への直接露出しない。
【００１５】
図２に示されるように、空気噴射システム４０は、示された実施形態における第１の弁４８Ａおよび第２の弁４８Ｂ（弁の増減は可能である）を備える弁システム４８と、示された実施形態における単一の送風機を備える（送風機または排出器が追加され得る）送風システム５０と、任意選択の外殻空気冷却器５２と、をさらに備える。弁システム４８および送風システム５０は、外殻空気が配管系４４を通り抜けるのを選択的に許可するかまたは防止するようにコントローラ５４によって制御され、このことは以下で詳細に説明する。弁システム４８が開いたとき、燃焼器外殻２０から出口ポート４２を通して外殻空気を抽出し、配管系４４を通して抽出された外殻空気をロータ冷却パイプ４６Ａ〜４６ＤおよびロータチャンバＲＣの中へ搬送するように送風システム５０が設けられており、このことは以下で説明する。抽出された外殻空気を冷却するために、外殻空気冷却器５２が設けられている。
【００１６】
次に、エンジン１０を作動させる方法を説明する。全負荷動作またはベース負荷動作として知られ、本明細書ではエンジン動作の第１のモードとも称される、エンジン１０の通常動作中に、燃焼器外殻２０とロータチャンバＲＣとの間の圧力差によって、外殻空気のいくらかが燃焼器外殻２０から出口ポート４２を通ってロータチャンバＲＣの方へ流れる、すなわち、エンジン１０の通常動作中には、ロータチャンバＲＣの圧力が燃焼器外殻２０内の圧力よりも低い。エンジン動作の第１のモードの間、燃焼器外殻２０から出口ポート４２を通ってロータチャンバＲＣの方へ流れるこの空気の部分は、本明細書では「１次経路空気」と称される。図２に示されるように、１次経路空気は、エンジン動作の第１のモードの間のみ開かれる１次弁５８を通って１次回路５６に沿って流れ、ロータ冷却パイプ４６Ａ〜４６Ｄを通ってロータチャンバＲＣの中へ送達されるように、冷却器５２を通り抜ける。本明細書で説明された１次経路空気は、燃焼器外殻２０からの外殻空気を含んでいるが、１次経路空気はエンジン１０の他の部分からの空気も含み得ることが注意される。たとえば、１次経路空気は、圧縮機セクション１２から直接抽気されてもよい。
【００１７】
１次経路空気は、一旦ロータチャンバＲＣに入ると、図１Ａに見られるように、流体回路６０を通って、タービンセクション１８の中の冷却すべき構造体に送達される。当業者には明らかなように、流体回路６０は、たとえば、ロータチャンバＲＣとタービンセクション１８の中の冷却すべき構造体との間の構成要素に一連の通路を備えてよい。たとえば、ロータ２４を通って１以上の通路６２（図２を参照）が形成されてよく、通路６２は、タービンセクション１８のブレードディスク構造体ＢＤＳに形成された通路（図示せず）と連絡してよい。ブレードディスク構造体ＢＤＳの流路は、図１Ａに示されるように、タービンブレードＴＢの列および／または隣接したタービンディスク空洞ＴＤＣに通じてよい。図１Ａに示された冷却回路６０は概略的なものであり、タービンセクション１８の中の冷却すべき構造体に流体を送達するのに適する任意の構成を有し得ることが注意される。
【００１８】
エンジン動作の第１のモードの間、第１の弁４８Ａおよび第２の弁４８Ｂは閉まっており、送風システム５０は停止しているかまたは運転不可状態になっている。したがって、弁システム４８は、外殻空気が、送風システム５０によって抽出され、送風システム５０によって配管系４４を通ってロータチャンバＲＣの中に搬送されるのを実質的に防止するが、エンジン動作の第１のモードの間は、上記で論じたように、いくらかの外殻空気が１次回路５６を通ってロータチャンバＲＣの中に流れ込むことが注意される。
【００１９】
エンジン１０を停止状態またはターニングギア状態(turning gear state)へ移行させるための出力低下動作(turn down operation)が開始されると、燃焼器１６における高温燃焼ガスの生成がゼロまで低下するように、燃焼器１６への燃料の供給が最終的には止められる。一旦、燃焼器１６で燃焼ガスがもはや生成されなくなると、燃焼ガスによるタービンロータ２４の回転は不可能になり、タービンロータ２４の回転は、惰走して、停止に近い状態まで減速する。タービンロータ２４は、停止に近い状態まで惰走した後に、起動電動機などの外部電源（図示せず）によって、本明細書でターニングギア状態と称される作動状態でゆっくりと回転してよく、一般的なエンジン１０は、そのような出力低下動作によってターニングギア状態へと完全に移行するのに少なくとも約１０分〜１５分かかり、その間、燃焼器１６の燃焼は最終的に停止される。あるいは、タービンロータ２４は、本明細書で停止状態と称される作動状態で、回転を完全に停止してもよい。本明細書で用いられる場合、エンジンの第２の動作モードは、エンジン１０の出力低下動作、ターニングギア状態、また停止状態を包含する意味を有し、これらはすべて、全負荷動作すなわちエンジン動作の第１のモードを下回るエンジンの作動状態である。
【００２０】
本発明の一態様によれば、エンジン１０を、ターニングギア状態または停止状態のいずれかへ移行させる出力低下動作を開始するとき、コントローラ５４は、第１の弁４８Ａおよび第２の弁４８Ｂを開き、空気が１次回路５６を通り抜けるのを防止するために１次弁５８を閉じる。エンジン動作の第２のモードの間、コントローラ５４によって、送風システム５０が作動されるかまたは有効にされ、外殻空気が、ケーシング壁３２の底壁部分３２Ｄから出口ポート４２を通って抽出される。エンジン動作の第２のモードの間、送風システム５０によって出口ポート４２を通って抽出される外殻空気は、本明細書では「２次経路空気」と称される。送風システム５０は、抽出された２次経路空気を配管系４４およびロータ冷却パイプ４６Ａ〜４６Ｄを通して搬送し、すなわちポンピングして、抽出された２次経路空気をロータチャンバＲＣの中へ噴射する。抽出された２次経路空気は、一旦ロータチャンバＲＣに入ると、図１Ａに見られるように、タービンセクション１８の中の構造体を冷却するために流体回路６０を通って送達される。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、ターニングギア状態は、所定時間にわたって、または１以上の選択されたエンジン構成要素が所定の温度に到達するまで実行されてよく、その時点でエンジン１０は停止状態に移行してよい。この機構では、ターニングギア状態中に、弁４８Ａ、４８Ｂは開位置に保たれ、送風システム５０の動作により、２次経路空気が、出口ポート４２を通ってケーシング壁３２の底壁部分３２Ｄから継続的に抽出され、抽出された２次経路空気が配管系４４およびロータ冷却パイプ４６Ａ〜４６Ｄを通って搬送されて、抽出された２次経路空気がロータチャンバＲＣの中へ噴射される。しかしながら、エンジン１０が停止状態になると、すなわちターニングギア状態が終了すると、送風システム５０は、停止されるか、または２次経路空気のポンピングを終えるようにコントローラ５４によって無効にされてよい。停止状態の間、弁４８Ａ、４８Ｂは開いたままでよく、またはコントローラ５４によって閉じられてもよいが、エンジン始動プロシージャが開始されると、エンジン１０を全負荷動作へ戻すように、コントローラ５４によって弁４８Ａ、４８Ｂが閉じられ、１次弁５８が開かれることになる。
【００２２】
本発明のさらに別の態様によれば、エンジン動作の第２のモードの間、コントローラ５４は、エンジンケーシング部分３０Ａの頂壁部分３２Ａとエンジンケーシング部分３０Ａの底壁部分３２Ｄとの間の温度差に基づいて弁システム４８を開／閉して、送風システム５０の動作を有効／無効にしてよい。たとえば、エンジン動作の第２のモードの間、頂壁部分３２Ａの温度が底壁部分３２Ｄの温度よりも高く、その温度差が第１の所定量を超えたと判断されると、弁システム４８が開かれて、上記温度差が第２の所定量未満になったと判断されるまで、送風システム５０の動作が有効にされてよい。たとえばタービンセクション１８に関連したケーシング３０の部分の頂部及び底部の間の温度差など、エンジン１０内の他の位置の温度差も、弁システム４８の開／閉を活性化して送風システム５０の動作を有効／無効にするのに用いられ得ることが注意される。
【００２３】
図２の空気噴射システム４０の動作中、燃焼器外殻２０内の外殻空気の流れを示す矢印によって示されるように、エンジン動作の第２のモードの間、送風システム５０によって出口ポート４２から抽出された２次経路空気は、外殻空気を、ケーシング壁３２の頂壁部分３２Ａから、それぞれの左側壁部分３２Ｂと右側壁部分３２Ｃを下って底壁部分３２Ｄの方へ循環させるための吸引効果をもたらす。全負荷未満の動作中、すなわちエンジン動作の第２のモードの間、空気噴射システム４０がもたらす燃焼器外殻２０内の外殻空気の循環によって、燃焼器外殻２０内の外殻空気の温度分布がより均一になる。そうでなければ、より高温の外殻空気が頂壁部分３２Ａに移動する傾向があり、したがって頂壁部分３２Ａは、底壁部分３２Ｄよりも高温になる。
【００２４】
さらに、エンジン動作の第２のモードの間、空気噴射システム４０によってロータ空洞ＲＣに供給される２次経路空気で、タービンセクション１８内の、たとえば回転可能なタービンブレードＴＢの列、ブレードディスク構造体ＢＤＳ、タービンディスク空洞ＴＤＣなどの冷却すべき構造体を冷却することにより、ブレードディスク構造体ＢＤＳおよびタービンブレードＴＢの熱膨張が低減する。その上、タービンセクション１８内の冷却すべき構造体を冷却すると、タービンセクション１８内の温度分布がより均一になり、より高温の空気はタービンセクション１８のケーシング３０の頂部へ移動する傾向があるため、したがって、ケーシング３０の頂部は、底部よりもより高温になる。
【００２５】
エンジン動作の第２のモードの間、空気噴射システム４０によって、燃焼器外殻２０およびタービンセクション１８内の温度分布がより均一になり、ブレードディスク構造体ＢＤＳおよびタービンブレードＴＢの熱膨張が低減すると、燃焼器外殻２０の内部およびまわりの構成要素、ならびにタービンセクション１８が、異なる割合で熱膨張することによってもたらされる、エンジンケーシング３０の歪み、および／またはタービンセクション１８のタービンブレードＴＢの先端ＴＴ（図１Ａを参照）が、タービンブレードＴＢの外側に配置されたリングセグメントＲＳ（図１Ａを参照）に対してこすれることなどの問題が緩和されるかまたは防止されると考えられ、したがって、これらの構成要素の寿命が長くなり、また、タービン効率を改善するために、全負荷動作中にブレードの先端ＴＴの隙間の機密性が高く保たれる。タービンブレードの先端ＴＴがリングセグメントＲＳに対してこすれると、タービンブレードの先端ＴＴに形成された冷却孔を塞ぐことがあるので、こすれるのを低減する／防止すると、過熱による先端の酸化も低減され／防止される。
【００２６】
その上、エンジン動作の第２のモードの間、タービンセクション１８の中の冷却すべき構造体、より具体的にはタービンロータ２４を空気噴射システム４０によって能動的に冷却すると、エンジン１０を運用する上で故障停止の期間が短縮されると考えられる。エンジン１０は、タービンセクション１８を使用するのにタービンロータ２４の温度が高すぎるため、空気噴射システム４０がなければ、使用可能になるまでに少なくとも約１４時間、ターニングギア状態または停止状態を保つ必要があるので、たとえばタービンロータ２４を冷却するのに空気噴射システム４０を使用すると、エンジン１０は、より早く使用可能になり得る。タービンロータ２４を冷却するのに空気噴射システム４０を使用することにより、エンジン１０は、より早く使用可能になり得ると考えられる。さらに、空気噴射システム４０は、エンジンケーシング３０内の温度分布をより均一にすることにより、タービンロータ２４を冷却し、エンジンケーシング３０の歪みを低減する／防止するための、同時の組み合わせられた手法を提供するものである。
【００２７】
本発明の特定の実施形態が示され、説明されてきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な他の変更形態および修正形態が製作され得ることが当業者には明白なはずであり、したがって、本発明の範囲内のすべてのそのような変更形態および修正形態は、添付の特許請求の範囲に対象として含まれるように意図されている。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガスタービンエンジン、１２  圧縮機セクション、１４  燃焼セクション、１６  燃焼器、１８  タービンセクション、２０  燃焼器外殻、２２  移行ダクト、２４  タービンロータ、２６  回転軸、３０  エンジンケーシング、３０Ａ  エンジンケーシングの一部、３２  ケーシング壁、３２Ａ  ケーシング壁の頂壁部分、３２Ｂ  ケーシング壁の左側壁部分、３２Ｃ  ケーシング壁の右側壁部分、３２Ｄ  ケーシング壁の底壁部分、４０  空気噴射システム、４２  出口ポート、４４  配管系、４６Ａ  ロータ冷却パイプ、４６Ｂ  ロータ冷却パイプ、４６Ｃ  ロータ冷却パイプ、４６Ｄ  ロータ冷却パイプ、４８  弁システム、４８Ａ  第１の弁、４８Ｂ  第２の弁、５０  送風システム、５２  外殻空気冷却器、５４  コントローラ、５６  １次回路、５８  １次弁、６０  流体回路、６２  通路、ＢＤＳ  ブレードディスク構造体、ＬＡ  前後軸、ＲＣ  ロータチャンバ、ＲＳ  リングセグメント、ＴＢ  タービンブレード、ＴＤＣ  タービンディスク空洞、ＴＴ  タービンブレードの先端、ＴＶ  静止タービン翼
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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