JP2014167293A - ガスタービンシステムにおける背圧を低下させるシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンにおける背圧を低下させるシステムを提供する。
【解決手段】システムは、排気ガスを流すように構成される排気管１７と、この排気管に結合される空気噴射システム１２とを含み、空気噴射システムは、排気管内に空気を噴射して排気管を介した排気ガスの流れを促進させるように構成される第１の空気噴射器を含む。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示する主題はガスタービンシステムに関し、特にタービンにおける背圧を低下させるシステムに関する。

ガスタービンエンジンシステムは、効率の向上によって利益を得る。ガスタービンの設計では、可燃性の燃料から可能な限り大きい仕事を取り出すために、非効率性は最低限に抑えられる。特に、ガスタービンシステムは、可燃性の燃料を用いて、タービンを通って流れる高温の加圧排気ガスを創出する。タービンは、この排気ガスの運動量を用いて、負荷（例えば発電機）が用いる回転エネルギーを創出する。排気ガスは、タービンから排気部内へと流出する時に、望ましくない背圧を創出することがある。

米国特許第５，９７４，８０２号

背圧はガスタービンシステムの効率を低下させ、システムに排気ガスをタービンの外に流出させるためにより多くのエネルギーを使わせる。

原特許請求の範囲に記載の本発明の範囲に対応する一部の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載の本発明を制限することを意図するものではなく、寧ろこれらの実施形態は本発明の可能な形態の概要を提示することのみを意図するものである。実際に、本発明は、以下に記載の実施形態と同様であること又は相違することがある様々な形態を包含する。

第１の実施形態において、システムは、排気ガスを流すように構成される排気管と、排気管に結合される空気噴射システムであって、排気管内に空気を噴射して排気管を通る排気ガスの流れを促進させるように構成される第１の空気噴射器を備える空気噴射システムとを含む。

第２の実施形態において、システムは、空気噴射システムを通って排気管内に流入する空気流を制御して、排気管を通る排気ガスの流れに関連ある背圧を低下させる命令を有する制御装置を含む。

第３の実施形態において、方法は、ガスタービンエンジンの圧縮機から空気流を受ける段階と、この空気流を、空気噴射システムを介してガスタービンエンジンのタービンの下流の排気管内に送る段階と、空気流を用いて背圧を低下させる段階とを含む。

本発明の上記及びその他の特徴と態様と利点とは、図面全体を通して同じ符号が同じ部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、よりよく理解されるであろう。

空気噴射システムを用いたガスタービンシステムの略図である。 レイクを有する空気噴射段を示す、図１の線２−２における排気管の断面図である。 レイクを有する空気噴射段を示す、図１の線２−２における排気管の断面図である。 空気噴射ノズルを有する空気噴射段を示す、図１の線４−４における排気管の断面斜視図である。 空気ブレードを有する空気噴射段を示す、図１の線４−４における排気管の断面斜視図である。 空気噴射ノズルを有する空気噴射段を示す、図１の線６−６における排気管の断面斜視図である。 空気噴射ノズルと空気ブレードとを有する空気噴射段を示す、図１の線７−７における排気管１８の断面斜視図である。

本発明の１つ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施方法の全ての特徴を本明細書に説明しない場合もある。こうしたいかなる実際の実施態様の開発においても、あらゆる技術又は設計プロジェクトの場合と同様に、システム関連及び事業関連の制約事項に準拠すること等の、実施態様毎に異なることもある、開発者の特定の目標を達成するために、その実施態様特有の数多くの決定を行わなければならないことを理解するべきである。さらに、このような開発努力は複雑であり、かつ時間がかかることもあるが、それでもやはり、本開示を利用することができる当業者にとっては、設計、製作及び製造という定常作業であることを理解するべきである。

本発明のさまざまな実施形態の要素を示す場合、「１つの」、「ある」、「この」及び「前記の」という言葉は、その要素が１つ以上あることを意味することを意図している。「具備する」、「含む」及び「有する」という用語は、包含的であることとし、列挙された要素以外の付加的な要素が存在する場合もあることを意味する。

本開示は、一般に、ガスタービンにおける背圧を低下させる空気噴射システムを有するガスタービンシステムに関する。特に、空気噴射システムは、背圧を引き起こす排気ガスがガスタービンエンジンから離れる方向に移動させるのに役立つ。これによりガスタービンが排気ガスの放出に使う仕事が削減されることによって、効率が向上する。ある一定の実施形態では、空気噴射システムは、排気ガスをガスタービンエンジンから離れる方向に移動させる多数の空気噴射段を含む。各噴射段は、１個以上の空気噴射器を含んでよい。空気噴射器は空気ブレード又は空気噴射ノズルを含む。噴射器又は空気ブレードは、空気の妨害を最小限に抑えると共に空気の付勢を最大限に高めるように設計される。作用において、空気噴射器及び空気ノズルは周囲及び／又は上流の空気を連行し、その後、この空気は少量の圧縮空気により付勢される。このような態様で、空気噴射器及び空気ブレードは大量の空気を高速で移動させることができる。これらの空気ブレード及びノズルは、その形状、空気を噴射する角度、大きさ、個数及び管と近接する空気噴射器との間の間隙の変更を含めて、様々な方法で改変可能である。更に、空気噴射器を排気管と種々の方法で相互作用さることができる。例えば、一部の空気噴射器を排気管内に突出させる一方で、その他の空気噴射器を排気管壁に対して面一にするか又は凹ませることができる。

図１は、空気噴射システム１２を用いたガスタービンシステム１０の略図である。ガスタービンシステム１０は、空気噴射システム１２と、ガスタービン１４と、負荷１６と、排気筒１８を有する排気管路１７とを含む。空気噴射システム１２は、有利な点として、ガスタービンシステム１０の効率を向上させることができる。特に、空気噴射システム１２は、過剰な圧縮空気をガスタービン１４から排気管１７（排気筒１８を含む）に移動させて、ガスタービン１４における背圧を低下させる。空気噴射システム１２は、排気管路１７又はその一部分に取り付け可能である、各々が１個以上の空気噴射器１３を有する１個以上の空気噴射段又はモジュール１１を含んでよい。各噴射器１３は空気を噴射して、排気ガスが下流方向に流れるのを促進して背圧を低下させる。

ガスタービンエンジン１４は、圧縮機２０と燃焼器２２と燃料ノズル２４とタービン２６とを含む。作用において、圧縮機２０はガスタービン１４内に空気を引き込むと共に、この空気を圧縮して燃焼させる。図に示すように、圧縮機は、複数の圧縮機ブレードを有する多数の各ロータ又は圧縮段２８、３０及び３２を含む。図には３個のロータ又は段のみを示すが、圧縮機２０は更に他のロータ又は段（例えば１個、２個、３個、４個、５個、６個、１０個又は１０個より多数）を含んでもよい。各段２８、３０及び３２は、ブレードを用いて空気を漸進的により高い圧力に圧縮する。圧縮機２０を通過した後に空気は燃焼器２２に入る。燃焼器２２において、空気は燃料ノズル２４からの燃料と組み合わさって燃焼する。空気と燃料との燃焼により高温の加圧燃焼ガスが創出され、このガスはその後、タービン２６を通って移動する。

タービン２６は、圧縮機２０と同様に、各々が複数のタービン翼を有する幾つかのロータ又はタービン段３４、３６及び３８を含む。図には３個のロータ又は段のみを示すが、タービン２６は更に他のロータ又は段（例えば１個、２個、３個、４個、５個、６個、１０個又は１０個より多数）を含んでもよい。タービン２６を通って移動する燃焼ガスがタービン翼及びロータを回転させる。ロータ又はタービン段３４、３６及び３８の回転は軸４０を回転させ、これが次に負荷１６（例えば発電機）を駆動する。高速で移動する高温の燃焼ガスがタービン段３４、３６及び３８を順番に通過する時に、ガスは設備壁１９、屈曲部及び全般的な流れ抑制により排気ガス４２を抑制し、以って排気ガス４２の流れにおける背圧が増大して、排気ガスは漸進的に膨張と冷却と速度低下とを起こした後に、より低速で移動する排気ガス４２として排気筒１８に流入する。排気管１７は一般に排気ガス４２の流れに順応すると共に、一般にタービン２６を介した流れの移動速度を低下させる。背圧により、ガスタービン１４の運転はより過酷になると共に、背圧に対抗するために燃料の燃焼量が増加する。有利な点として、ガスタービンシステム１０は、背圧を低下させると共に効率を向上させる空気噴射システム１２を含んでよい。具体的には、空気噴射システム１２は、流れ抑制効果に対抗するために、排気ガス流を付勢するように、又は排気ガス流の運動量を増加させるように構成される。

空気噴射システム１２は、制御装置４４と、空気噴射モジュール又は段４６、４８、５０及び５２と、圧縮空気供給部５４と、圧力回収弁組立体５６と、圧力解放弁組立体５８と、センサ５９とを含む。有利な点として、空気噴射システム１２はガスタービン１４の圧縮空気を利用して、排気ガス４２により生じる背圧を低下させることができる。上記に説明したように、圧縮機２０は、燃焼器２２内における燃焼のために空気を圧縮する。圧縮機２０はガスタービン１４が燃焼中に使用することができる量より多量の加圧空気を創出することができる。この過剰な加圧空気を無駄にするのではなしに、空気噴射システム１２が空気噴射段４６、４８、５０及び５２において加圧空気を用いて背圧を低下させる。

空気噴射システム１２は、弁組立体５６及び５８を用いて圧縮機２０から空気噴射段４６、４８、５０及び５２内へと流入する圧縮空気の流れを制御する。制御装置４４は、処理装置４５と、記憶装置４７と、記憶装置４７に記憶される、処理装置４５により実行可能な命令とを含む。制御装置４４はセンサ５９と一緒に動作すると共に、センサ５９からデータ（例えば排気ガス速度、排気管１７内の圧力）を受ける。次に、制御装置は、このデータを処理装置４５により処理すると共に、記憶装置４７に記憶された命令を実行する。１個のセンサ５９のみを図に示すが、その他の実施形態は、排気管１７内の様々な位置において特性を測定する多数のセンサを含んでよい。作用において、制御装置４４は命令を実行して弁組立体５６の弁６０、６２及び６４を開弁及び閉弁させて、過剰な加圧空気を選択的にそれぞれの圧縮段２８、３０及び３２から圧縮空気供給部５４内へと流入させる。図には３個の弁のみを示すが、様々な構成のより多数の弁を用いることもできる。例えば、弁組立体５６は、（１個、２個、３個、４個、５個、１０個、１５個又は１５個より多数の弁）を含んでもよい。一部の実施形態では、各弁は圧縮機２０のそれぞれの圧縮段からの加圧空気の放出を制御することができる。その他の実施形態では、単一の弁が、単一の段、全ての段又は一部の段からの加圧空気の放出を制御することができる。更に他の実施形態では、弁は一部の段（例えば最大圧力又は排気管１７に適する圧力を有する段）のみに接続されてもよい。

圧縮空気供給部５４は空気分配マニホルド、貯蔵タンク、導管又はこれらの何らかの組合せを含んでよい。ある一定の実施形態において、供給部４５は、単に圧縮空気源、即ち圧縮機２０そのものであるか又はこれを含んでよい。弁組立体５６は供給部５４から圧縮空気を受けると共に、これを空気噴射段４６、４８、５０及び５２に送る。弁組立体５８は弁６６、６８、７０及び７２を含む。各弁はそれぞれの空気噴射段４６、４８、５０及び５２に対応する。その他の実施形態においては、より多数の空気噴射段（例えば１個、２個、３個、４個、６個、８個、１４個又は１４個より多数）と対応する個数の弁（例えば１個、２個、３個、４個、６個、８個、１４個又は１４個より多数）とが設けられる。更に他の実施形態では、空気噴射段の個数より少数の弁（例えば全部の空気噴射器に対して１個の弁）が設けられる。作用において、制御装置４４は命令を実行して弁６６、６８、７０及び７２を開弁及び閉弁させて、圧縮空気をそれぞれの空気噴射段４６、４８、５０及び６２内に供給する。空気噴射段４６、４８、５０及び５２は、次に、圧縮空気を空気噴射器１３内へと導く。空気噴射器１３は圧縮空気を用いて、排気ガス４２が排気管１７（排気筒１８を含む）を通って移動する時に排気ガス４２の速度又は運動量を増加させて、ガスタービン１４における背圧を低下させる。制御装置４４は命令を実行して弁を選択的に制御して、流量と、様々な段及び噴射器１３間における配分とを調節する。例えば、制御装置４４は命令を実行して段４６、４８、５０及び５２間において各段における圧縮空気量を増やすことにより排気ガス速度を漸進的に増加させることができる。その他の実施形態において、制御装置４４は命令を実行してタービン２６に最も近い段（例えば段４６）における排気ガス４２の速度を増加させると共に、然る後に後続段４８、５０及び５２内への圧縮空気を漸進的に減らすことができる。各構成において、各段又はモジュール１１の噴射器１３は、排気ガス４２が排気管を通って移動する時に流れ抑制に対抗するために排気流を付勢するのに役立つ。更に、各段又はモジュール１１は様々な方法で流れの付勢／流れとの相互作用を行なう。例えば、段又はモジュール１１は、流れの中に突出するか、又は排気管１７と面一をなすか、又は流れに対して角度をなす空気噴射器１３を有してよい。流れの中に突出することにより、空気噴射器１３は流れの中心部をより効果的に付勢することができる。これに対して、排気管１７と面一をなす噴射器１３は流れの外側部分をより効果的に付勢することができる。更に、流れに対して角度をなす空気噴射器１３は、流れを排気管１７から流出する方向により効果的に付勢することができる。このように、実施形態によって、段又はモジュール１１により、空気噴射器１３をどのように流れと相互作用させるか（例えば流れの中心部、流れの縁部又は流れの移動方向の付勢）を調節することができる。

図２は、レイク９０、９２及び９４を有する空気噴射段４６の実施形態を示す、図１の線２−２における排気管１７の断面図である。図には３個のレイクのみを示すが、実施形態によっては、より多数のレイク（例えば１個、２個、３個、４個、５個、１０個、１５個又は１５個より多数）を設けることができる。図に示すように、排気管１７は４つの側壁９６、９８、１００及び１０２を有する矩形である。その他の実施形態では、排気管１７は円形、正方形、楕円形、六角形等であってよい。本実施形態において、レイク９０、９２及び９４は側壁９６と９８との間に位置すると共に、距離１０４、１０６、１０８及び１１０だけ離間する。距離１０４、１０６、１０８及び１１０を実施形態によって変更して特定の流れ特性を達成することができる。例えば、距離１０４及び１１０を小さくして、レイク９０及び９４を側壁１００及び１０２の近くに配置することができる。その他の実施形態においては、レイク９０、９２及び９４を互いにより小さい距離だけ離間させることができる。レイク９０、９２及び９４は、更にまた、壁１１０及び１０２間における垂直方向の配向を含めて、異なる配向を有してよい。更に他の実施形態では、レイクは壁９６、９８、１００及び１０２間において斜めに配向されてよい。

レイク９０、９２及び９４は１個以上の空気噴射器１３、例えば空気噴射ノズル１１２を含む。各レイク９０、９２及び９４は１個以上のノズル（例えば１個、２個、３個、４個、５個、１０個、２５個又は２５個より多数）を含んでよい。一部の実施形態において、ノズル１１２の個数はレイク９０、９２及び９４間において相違してよい。例えば、レイク９４は１２個のノズルを有する一方で、レイク９０及び９２は各４個のノズルを有してよい。ノズル１１２は、形状及び大きさも互いに異なってよい。形状としては、円形、山形、矩形、正方形、半月形、楕円形が挙げられる。その他の実施形態において、ノズル１１２は、排気管１７の側壁９６、９８、１００及び１０２間における排気ガスの流速特性を向上させるために、レイクを横切る方向に大きさを漸進的に変化させてもよい。例えば、加圧空気を高速で吐出するより小さいノズル１１２は、流れが最も緩慢になる排気管１７の側部により接近して配置される一方で、より低圧のノズル１１２は排気管１７の中心部付近に配置されてよい。更に他の実施形態において、ノズルの間隔及び大きさは同等であってよい。これによって、排気管１７を通る排気ガス４２の流れを向上させることができる。更に、ノズルの大きさ、ノズル形状、ノズルの個数、ノズル間隔及びレイク間隔という変数を用いて多くの可能な組合せを得ることができる。

図３は、レイク１４０、１４２及び１４４を有する空気噴射段４６を示す、図１の線２−２における排気管１７の断面図である。レイク１４０、１４２及び１４４は空気ブレードスロット１４６、１４８、１５０及び１５２を含む。空気ブレード１４６、１４８及び１５０は、図２の空気ノズル１１２のように機能すると共に、空気を供給して、排気管１７を通る排気ガス４２を付勢又は推進する。更に、空気ブレード１４６はより一様に流れを付勢することができる。本実施形態において、レイク１４０、１４２及び１４４は側壁１００及び１０２間において垂直方向の配向で延在する。レイク１４０、１４２及び１４４は、実施形態によって、配向を変更すること（例えば水平方向、斜め方向）及び相互間及び側壁９６、９８、１００及び１０２との間の距離１５４、１５６、１５８及び１６０を変更することができる。更に、レイク１４０、１４２及び１４４は、１個を超える個数の空気ブレードを含んでよい。図に示すように、レイク１４０は２個の空気ブレード１５０及び１５２を含む一方で、レイク１４２及び１４４はそれぞれ１個の空気ブレード１４６及び１４８を有する。様々な実施形態は、各レイク内により多数の空気ブレード（例えば１個、２個、３個、４個、５個、６個又は６個より多数）を、又は異なる個数のレイク（例えば１個、２個、３個、４個、５個、６個又は６個より多数）を有してよい。例えば、レイク１４０は２個のブレードを有する一方で、レイク１４４は５個、レイク１４２は３個のブレードを有してよい。最後に、空気ブレードの形状は相違してよい（例えば直線状、波形、ジグザグ等）。例えば、ブレード１４８は波形スロットを形成する一方で、残りのブレード１４６、１５０及び１５２は直線状の矩形スロットを形成する。

図４は、空気噴射ノズル１８０を有する空気噴射段４６を示す、図１の線４−４における排気管１７の断面図である。図に示すように、ノズル１８０は側壁９６、９８、１００及び１０２と面一をなす。従って、空気噴射ノズル１８０は側壁９６、９８、１００及び１０２に最も近い流れ部分に影響を与える。空気噴射段４８は、形状、角度、大きさ、個数及び間隔という変数を用いた、空気ノズル１８０を有する様々な構成をなすことができる。例えば、側壁９６、９８、１００及び１０２は同じ又は異なる個数（例えば、１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個又は１０個）のノズル１８０を有してよい。例えば、側壁９６は３個のノズル１８０を有する一方で、残りの壁９８、１００及び１０２はそれぞれ６個、７個及び４個のノズル１８０を有してよい。これらの各々のノズル１８０は、円形、山形、矩形、正方形、半月形及び楕円形等の様々な形状をなしてよい。更に、空気噴射段４８には、異なる形状のノズル１８０を異なる位置（例えば一部又は全部の側壁９６、９８、１００及び１０２上）に配置することができる。

空気ノズル１８０は、更にまた、排気ガス流の方向に側壁９６、９８、１００及び１０２に対して角度１８２をなしてよい。空気ノズル１８０の角度によって、これらのノズルが流れを付勢する態様が変化する（即ち、より小さい角度では排気管１７に対して平行な方向に流れが付勢される一方で、大きい角度では排気管１７に対して垂直な方向に漸増的に流れが付勢される）。角度１８２は、約０〜９０度の範囲内（例えば約１０〜３０、２０〜７０、４５〜６５度）のいかなる角度であってもよい。例えば、角度１８２は約１８、２０又は３０度であってよい。一部の実施形態において、側壁９６の空気ノズル１８０は約９０度の角度をなす一方で、側壁１００の空気ノズル１８０は約４５度であってよい。更に他の実施形態では、各々の空気ノズル１８０は、他のノズルとは異なる角度１８２をなしてよい。

上述したように、空気ノズル１８０は様々な大きさをなすと共に、互いに異なる間隔を有してよい。図に示すように、側壁１０２は様々な大きさの空気ノズル１８０を含む。様々な大きさの空気ノズル１８０は、空気噴射段の各部分において空気流を増加又は減少させて、排気ガス４２の流れを最適化する。側壁１０２の空気ノズル１８０は距離１８４、１８６、１８８、１９０及び１９２だけ離間する。空気ノズル１８０間の間隔によって、空気噴射段４８を通る排気ガス４２の流れ分布が変化する。例えば、空気噴射器１８０は、距離１８４、１８６、１９０及び１９２を小さくすると共に距離１８８を大きくすることによって、側壁９６及び９８付近においてより多くの空気流を供給し、以って側壁９６及び９８に沿った排気ガス４２の付勢強化を達成する。その他の実施形態において、距離１８８を小さくすると共に距離１８４、１８６、１９０及び１９２を大きくすることにより、逆の作用を起こさせることができる。

図５は、空気ブレード２１０を有する空気噴射段４８を示す、図１の線４−４における排気管１７の断面斜視図である。図４のノズルのようなブレード２１０が排気管１７を介して排気ガス４２を移動させる。図４のノズルのような空気ブレード２１０は排気管１７と面一をなすと共に、よって側壁９６、９８、１００及び１０２に最も近い流れの部分に影響を与える。空気ブレード２１０は、形状、角度及び個数を変更することによって様々な構成をなすことができる。空気ブレード２１０は、波形、ジグザグ及び直線状矩形スロットを含む様々な形状をなしてよい。空気ブレード２１０は側壁９６、９８、１００及び１０２から突出してよい。この角度２１２は、約０〜９０度の範囲内（例えば約１０〜３０、２０〜７０又は４５〜６５度）のいかなる角度であってもよい。例えば、角度２１２は約１０、２０又は３０度であってよい。ある一定の実施形態において、１個の空気ブレード２１０は側壁９６に対して約９０度の角度２１２を有する一方で、その他の空気ブレードはそれぞれの側壁９８、１００及び１０２との間に約３０度の角度２１２を有してよい。更に他の実施形態において、各々の空気ブレード２１０は、他の空気ブレードとは異なる角度２１２をなしてよい。更に、各側壁９６、９８、１００及び１０２は１個を超える個数の空気ブレード１２１０を含んでもよく、又は一部の壁が空気ブレード２１０を有さなくてもよい。

図６は、空気噴射ノズル２４０を有する空気噴射段５０を示す、図１の線６−６における排気管１７の断面斜視図である。図に示すように、ノズル２４０は側壁９６、９８、１００及び１０２から突出する。その他の実施形態においては、ノズル２４０の代わりに空気ブレードが側壁９６、９８、１００及び１０２から突出してよい。流れの中に突出することにより、空気ノズル２４０（又は空気ブレード）はより効果的に流れの中心部を付勢することができる。

空気噴射段５０は、形状、角度、大きさ、個数及び間隔という変数を用いた空気ノズル２４０を有する様々な構成をなしてよい。例えば、側壁９６、９８、１００及び１０２は、各壁上に同じ又は異なる個数（例えば１個、２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個又は１０個）のノズル２４０を有してよい。例えば、側壁９６は３個のノズル２４０を有する一方で、残りの壁９８、１００及び１０２はそれぞれ４個、５個及び６個のノズル２４０を有してよい。一部の実施形態では、一部の壁はノズルを含まなくてもよい。これらの各々のノズル２４０は、特に円形、山形、矩形、正方形、半月形及び楕円形のノズルを含む様々な形状をなしてよい。更に、空気噴射段５０には、異なる位置（例えば異なる壁９６、９８、１００及び１０２）に異なる形状のノズルが配置されてよい。

空気ノズル２４０は、更にまた、排気ガス流の下流方向に側壁９６、９８、１００及び１０２に対して角度２４２をなしてよい。空気ノズル２４０の角度によって、空気ノズルが流れをどのように付勢するかが変化する（即ち、より小さい角度では排気管１７に対して平行な方向に流れが付勢される一方で、大きい角度では排気管１７に対して垂直な方向に流れが漸増的に付勢される）。角度２４２は約０〜９０度の範囲内（例えば約１０〜３０、２０〜７０又は４５〜６５度）のいかなる角度であってもよい。例えば、各ノズル２４０は、約１０、２０又は３０度の角度２４２を有してよい。一部の実施形態において、側壁９６に接続される空気ノズル２４０は約９０度の角度をなす一方で、側壁９８に接続される空気ノズル２４０は約４５度であってよい。更に他の実施形態では、各々の空気ノズル２４０は、他のノズルとは異なる角度２４２をなしてよい。

上述したように、空気噴射段５０は、間隔及び大きさがノズル２４０間において変化してよい。様々な大きさの空気ノズル２４０は、空気噴射段５０の各部分において空気流を増加又は減少させて、排気ガス４２の流れを最適化することができる。空気ノズル２４０は、更にまた、互いに間隔が変化してもよい。例えば、ノズル２４０は互いに距離２４４、２４６、２４８及び２５０だけ離間する。空気ノズル２４０間の間隔により、空気ノズル２４０の大きさと同様に、排気ガス４２が空気噴射段５０を介してどのように加速されるかが変化する。例えば、距離２４４、２４６、２４８及び２５０を変化させることにより、ノズルを側壁９６及び９８により接近させるように移動させて、側壁１０２の両側縁部付近において排気ガスを加速することができる。その他の実施形態では、これと逆のことが、距離２４４、２４６、２４８及び２５０を小さくすることによって起こり、ノズル２４０は排気管１８の中心部付近において排気ガス４２の流れを加速する。

図７は、空気噴射ノズル２７０及び２８０と空気ブレード３００及び３１０とを有する空気噴射段５２を示す、図１の線７−７における排気管１８の断面斜視図である。図７に示す実施形態は、前述の図２〜６の実施形態の様々な空気ノズル及び空気ブレードを空気噴射段５２に組み込んだものである。特に、空気噴射段５２は、壁９６と面一をなすノズル２７０と、側壁９８から管１７内に突出するノズル２８０と、壁１０２から管１７内に突出する空気ブレード３００と、壁１００と面一をなす空気ブレード３１０とを含む。図７に可能な１つの構成を示す一方で、多くのその他の構成も考えられる。例えば、一部の壁は、排気管１７に対して面一をなす、又は凹む、又は突出する空気ブレード及び空気ノズルの組合せを含んでよい。更に他の実施形態において、様々な壁において、突出する空気ノズル２８０と面一のノズル２７０とを全ての壁９６、９８、１００及び１０２上で組み合わせることができ、又は突出する空気ブレード３００と面一の空気ブレード３１０とを組み合わせた実施形態も可能である。更にまた、空気噴射段５２において、形状、角度３１２、大きさ、個数及び間隔の変更を含めて、図２〜６において上述した変数を用いて、図７の空気ノズル２７０及び２８０と空気ブレード３００及び３１０とを改変することができる。

本発明の技術的効果には、圧縮機の過剰な圧縮空気を用いてガスタービンにおける背圧を低下させることができることが含まれる。特に、開示した実施形態は、排気管に沿った空気噴射段によりガスタービンエンジンにおける背圧を低下させる。空気噴射段は、過剰な圧縮空気を用いて排気ガスを加速してシステムから流出させる空気噴射器を含む。このような態様で、システムはガスタービンエンジンにおける背圧を低下させて、その効率を高める。

本明細書は、最良の形態を含めて、例を用いて本発明を開示するとともに、さらにまた、何らかの装置、又はシステムの製作及び使用と本明細書に組み込まれた何らかの方法の実行とを含めて、あらゆる当業者が本発明を実施することを可能にするものである。本発明の特許可能範囲は、特許請求の範囲により定められるとともに、当業者が考えつくその他の例を含みうる。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。

Claims (20)

1. 排気ガスを流すように構成される排気管と；
   前記排気管に結合される空気噴射システムであって、前記排気管内に空気を噴射して前記排気管を介した前記排気ガスの流れを促進するように構成される第１の噴射器を備える空気噴射システムとを含むシステム。
2. 前記排気管に結合される前記空気噴射システムを有する排気管モジュールを含み、前記空気噴射システムは第１の空気噴射器を含む複数の空気噴射器を備える請求項１に記載のシステム。
3. 圧縮空気を前記空気噴射システムに供給するように構成される圧縮機を含む請求項１に記載のシステム。
4. 前記排気ガスを前記排気管内に放出するタービンエンジンを含む請求項１に記載のシステム。
5. 前記空気噴射システムは第２の空気噴射器を含み、前記第１及び第２の空気噴射器は異なる大きさ、異なる形状、前記排気管内への異なる突出深さ、前記排気管に対する異なる角度又はこれらを組み合わせたものを有する請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の空気噴射器は空気ブレードを含む請求項１に記載のシステム。
7. 前記第１の空気噴射器は空気ノズルを含む請求項１に記載のシステム。
8. 前記空気噴射システムは前記排気管内に設けられるレイクを含み、前記レイクは前記第１の空気噴射器を含む請求項１に記載のシステム。
9. 前記空気噴射システムは前記排気管内に設けられる複数のレイクを含み、前記複数のレイクの各レイクは複数の空気噴射器を含む請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１の空気噴射器は前記排気管の内面と略面一をなす請求項１に記載のシステム。
11. 前記第１の空気噴射器は前記排気管内に突出する請求項１に記載のシステム。
12. 前記空気噴射システムは、第１の空気噴射器を有する第１の噴射段と、第２の空気噴射器を有する第２の噴射段とを含み、前記第１及び第２の噴射段は前記排気管に沿って異なる軸方向位置に設けられる請求項１に記載のシステム。
13. 前記空気噴射システムは、前記空気噴射システムを通って前記排気管内に流入する空気流を制御して、前記排気管を通る前記排気ガスの流れに関連ある背圧を低下させる命令を有する制御装置を含む請求項１に記載のシステム。
14. 空気噴射システムを通って排気管内に流入する空気流を制御して、前記排気管を通る排気ガスの流れに関連ある背圧を低下させる命令を有する制御装置を含むシステム。
15. 前記制御装置は、ガスタービンエンジンの圧縮機から前記ガスタービンエンジンのタービンの下流の前記排気管へと至る前記空気流を制御する命令を有する請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ガスタービンエンジンを含む請求項１５に記載のシステム。
17. 前記空気噴射システムを有する前記排気管を含む請求項１５に記載のシステム。
18. 前記制御装置は前記空気噴射システムの複数の段を制御する命令を有する請求項１４に記載のシステム
19. 空気噴射システムを通って排気管内に流入する空気流を制御して、前記排気管を通る排気ガスの流れに関連ある背圧を低下させる段階を含む方法。
20. ガスタービンエンジンの圧縮機から前記空気流を受ける段階と；
    前記空気噴射システムを介して前記ガスタービンエンジンのタービンの下流の前記排気管内に前記空気流を送る段階と；
    前記空気流を用いて前記背圧を低下させる段階とを含む請求項１９に記載の方法。