JP2015529300A - ガスタービンエンジンにおける燃焼器シェル空気再循環システム - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジンで用いるためのシェル空気再循環システムは、エンジンのケーシング壁の下壁部に配置された１つ又は複数の排気ポートと、エンジンのケーシング壁の上壁部に配置された１つ又は複数の吸気ポートと、を含んでいる。当該システムはさらに、１つ又は複数の排気ポートと１つ又は複数の吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、燃焼器シェルから１つ又は複数の排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された空気を１つ又は複数の吸気ポートに運ぶための送風機と、空気が配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、を含んでいる。当該システムは、エンジンが全負荷運転未満の間は稼働し、空気を燃焼器シェル内で循環させるが、エンジンが全負荷運転の間は稼働しない。

Description

本発明は、ガスタービンエンジンにおける燃焼器シェル空気再循環システムに関する。当該再循環システムは、全負荷運転未満の間に稼働可能であり、それによって、燃焼器シェル内部において、空気のより均一な温度分布がもたらされる。

ガスタービンエンジンの運転中、空気は圧縮機セクションにおいて加圧された後、燃料と混合され、燃焼セクションにおいて燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。缶型の環状ガスタービンエンジンにおいて、燃焼セクションは、「缶」又は「燃焼器」と呼ばれることもある燃焼装置の環状アレイを含んでおり、当該燃焼装置はそれぞれ、エンジンのタービンセクションに高温の燃焼ガスを供給する。タービンセクションでは、高温の燃焼ガスが膨張し、そこからエネルギーが抽出され、出力が供給され、当該出力は電気を生み出すために用いられる。

本発明によって、エンジンの軸方向を決定する長手軸を含むガスタービンエンジンが提供される。当該エンジンは、エンジンに引き入れられた空気が圧縮され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て燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される、複数の燃焼装置を含んだ燃焼セクションと、燃焼セクションからの高温の燃焼ガスが膨張し、そこからエネルギーが抽出されるタービンセクションと、を含んでいる。当該エンジンはさらに、燃焼セクションの周囲に配置された部分を有するケーシングを含んでいる。ケーシング部分は、ケーシング壁を含んでおり、ケーシング壁は、上死点を形成した上壁部と、左側壁部及び右側壁部と、下死点を決定する下壁部と、を有している。ケーシング部分はさらに、内部容積を決定する。当該内部容積には、燃焼装置と圧縮機セクションによって圧縮された空気とが位置している。エンジンは付加的に、シェル空気再循環システムを含んでいる。

本発明の第１の実施態様によると、シェル空気再循環システムは、ケーシング壁の下壁部に配置された少なくとも１つの排気ポートと、ケーシング壁の上壁部に配置された第１の吸気ポート及び第２の吸気ポートとを含んでいる。これらの吸気ポートは、円周方向において互いに離間しており、全体的に同じ軸方向位置に配置されている。シェル空気再循環システムはさらに、少なくとも１つの排気ポートと複数の吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、ケーシング部分の内部容積から少なくとも１つの排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された空気を複数の吸気ポートに運ぶための送風機と、空気が配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、を含んでいる。エンジン運転の第１のモードの間、ケーシング部分の内部容積内の空気の少なくとも一部は、燃料と共に燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するために燃焼装置に導入され、弁機構は実質的に、空気が配管系を通過することを防止する。エンジン運転の第２のモードの間、弁機構は、空気が配管系を通過することを許容するので、ケーシング部分の内部容積内の空気の少なくとも一部が、送風機によって少なくとも１つの排気ポートから抽出され、ケーシング壁の上壁部に噴射するために、送風機によって吸気ポートに運ばれる。

本発明の第２の実施態様によると、シェル空気再循環システムは、ケーシング壁の下壁部に配置された少なくとも１つの排気ポートと、ケーシング壁の上壁部に配置された少なくとも１つの吸気ポートとを含んでいる。シェル空気再循環システムはさらに、少なくとも１つの排気ポートと少なくとも１つの吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、ケーシング部分の内部容積から少なくとも１つの排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された空気を少なくとも１つの吸気ポートに運ぶための送風機と、空気が配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、を含んでいる。エンジン運転の第１のモードの間、ケーシング部分の内部容積内の空気の少なくとも一部は、燃料と共に燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するために燃焼装置に導入され、弁機構は実質的に、空気が配管系を通過することを防止する。エンジン運転の第２のモードの間、弁機構は、空気が配管系を通過することを許容するので、ケーシング部分の内部容積内の空気の少なくとも一部が、送風機によって少なくとも１つの排気ポートから抽出され、送風機によって少なくとも１つの吸気ポートに運ばれる。この少なくとも１つの吸気ポートは、当該吸気ポートによって噴射された空気が、ケーシング壁の上壁部から、ケーシング壁の下壁部に向かって、ケーシング壁の左側壁部及び右側壁部を流れ落ちるように構成されている。

本発明の第３の実施態様によると、燃焼セクションは、燃焼装置の環状アレイを含む、缶型の環状燃焼セクションを含んでいる。本実施態様に係るシェル空気再循環システムは、ケーシング壁の下壁部に配置された少なくとも１つの排気ポートと、ケーシング壁の上壁部に配置された少なくとも１つの吸気ポートとを含んでいる。複数の排気ポート及び吸気ポートの内少なくとも１つもまた、蒸気増加管として機能し、運転の第１のモードの間に、ケーシング部分の内部容積に高圧蒸気を導入する。シェル空気再循環システムはさらに、少なくとも１つの排気ポートと少なくとも１つの吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、ケーシング部分の内部容積から少なくとも１つの排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された空気を少なくとも１つの吸気ポートに運ぶための送風機と、空気が配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、を含んでいる。エンジン運転の第１のモードの間、ケーシング部分の内部容積内の空気の少なくとも一部は、燃料と共に燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するために燃焼装置に導入され、弁機構は実質的に、空気が配管系を通過することを防止する。エンジン運転の第２のモードの間、弁機構は、空気が配管系を通過することを許容するので、ケーシング部分の内部容積内の空気の少なくとも一部が、送風機によって少なくとも１つの排気ポートから抽出され、ケーシング壁の上壁部に噴射するために、送風機によって少なくとも１つの吸気ポートに運ばれる。

本明細書は、特に本発明を指摘し、明確に主張している請求項で締めくくられるが、本発明は、添付の図面を用いた以下の説明から、より良好に理解されるであろうと思われる。これらの図面において、類似した参照符号は、類似した要素を特定している。

本発明の一実施態様に係る燃焼器シェル空気再循環システムを含むガスタービンエンジンの側面を、部分的に断面で示した図である。 図１に示された燃焼器シェル空気再循環システムの概略図である。 本発明の別の実施態様に係る燃焼器シェル空気再循環システムの一部の断面図である。

以下の好ましい実施態様の詳細な説明において、その一部を成す添付の図面について言及される。当該図面では、限定ではなく説明の目的で、具体的な好ましい、本発明を実行できる実施態様が示される。他の実施態様を利用して良いこと、及び、本発明の精神及び範囲を離れることなく変更を行って良いことが理解されるべきである。

図１には、本発明にしたがって構成されたガスタービンエンジン１０が図示されている。エンジン１０は、圧縮機セクション１２と、ここでは「燃焼装置」とも呼ばれる、複数の燃焼器１６を含んだ燃焼セクション１４と、タービンセクション１８と、を含んでいる。見やすくするために、図１では１つの燃焼器１６のみが図示されているが、本発明に係るエンジン１０は、好ましくは、エンジン１０内の軸方向を決定するエンジン１０の長手軸Ｌ_Ａの周囲に配置された燃焼器１６の環状アレイを含んでいることが指摘される。このような構成は一般的に、「缶型環状燃焼システム」と呼ばれている。

圧縮機セクション１２は、流入空気を誘導かつ加圧する。流入空気の少なくとも一部は、燃焼器シェル２０に向けられ、燃焼器１６へ供給される。燃焼器シェル２０内の空気は以下、「シェル空気」と称される。加圧された空気の残りの部分を、エンジン１０内の様々な部材を冷却するために、燃焼セクション１２から抽出して良い。

燃焼器１６に流入すると、圧縮機セクション１２からの圧縮空気は、燃料と混合されて点火され、高温の燃焼ガスを生成する。当該燃焼ガスは、乱流のように、各燃焼器１６内を高速で流れている。各燃焼器１６内の燃焼ガスは、次に、各移行ダクト２２を通過してタービンセクション１８に流れる。タービンセクション１８では、燃焼ガスが膨張し、そこから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は、タービンロータ２４を回転させるために用いられる。タービンロータ２４は、エンジン１０を通って軸方向に延在する回転可能なシャフト２６に対して平行に延在している。

図１に示したように、エンジンケーシング３０は、各エンジンセクション１２、１４、１８を取り囲むために設けられる。燃焼セクション１４の周囲に配置されたケーシング３０の部分３０Ａは、燃焼器シェル２０を画定したケーシング壁３２を含んでいる。すなわち、燃焼器シェル２０は、ケーシング部分３０Ａ内の内部容積を決定する。図２を参照すると、ケーシング壁３２は、上壁部３２Ａと、左側壁部３２Ｂ及び右側壁部３２Ｃと、下壁部３２Ｄと、を含んでいる。上壁部３２Ａは、ケーシング部分３０Ａの最上部領域を含むケーシング壁３２の上死点３４を決定し、下壁部３２Ｄは、ケーシング部分３０Ａの最下部領域を含むケーシング壁３２の下死点３６を決定する。

本発明の一実施態様に係るシェル空気再循環システム４０を、以下に説明する。図２を参照すると、図示された実施態様におけるシェル空気再循環システム４０は、ケーシング壁３２の下壁部３２Ｄに配置された第１の排気ポート４２Ａ及び第２の排気ポート４２Ｂを含んでいる。本実施態様に係るシェル空気再循環システム４０は、第１の排気ポート４２Ａ及び第２の排気ポート４２Ｂを含んでいるものの、供給される排気ポートの数は、適切であれば、１つを含めていくつでも良い。

図２に示したように、排気ポート４２Ａ、４２Ｂは、円周方向において離間しており、全体的に同じ軸方向位置に配置されている。ケーシング壁３２の下死点３６は、排気ポート４２Ａと排気ポート４２Ｂとの間に配置されている。本発明の一実施態様によると、排気ポート４２Ａ、４２Ｂの内少なくとも１つもまた、蒸気増加管として機能し、高圧蒸気を燃焼器シェル２０に誘導し、すなわち、タービンセクション１８を通る燃焼ガス流量の増大をもたらすことによって、エンジン１０の出力の増大をもたらすことが可能である。

シェル空気再循環システム４０は、配管系４４をさらに含んでおり、当該配管系は、燃焼器シェル２０から排気ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて抽出されたシェル空気を、ケーシング壁３２の上壁部３２Ａに配置された第１の吸気ポート４６Ａ及び第２の吸気ポート４６Ｂに運ぶために設けられている。本実施態様に係るシェル空気再循環システム４０は、第１の吸気ポート４６Ａ及び第２の吸気ポート４６Ｂを含んでいるものの、供給される吸気ポートの数は、適切であれば、１つを含めていくつでも良い。

図２に示したように、吸気ポート４６Ａ、４６Ｂは、円周方向において離間しており、全体的に同じ軸方向位置に配置されている。第１の吸気ポート４６Ａは、ケーシング壁３２の左側壁部３２Ｂの近傍に配置されており、第２の吸気ポート４６Ｂは、ケーシング壁３２の右側壁部３２Ｃの近傍に配置されている。本発明の一実施態様によると、吸気ポート４６Ａ、４６Ｂの内少なくとも１つもまた、蒸気増加管として機能し、付加的な高圧蒸気を燃焼器シェル２０に誘導することが可能である。

シェル空気再循環システム４０は、図示された実施態様において第１の弁４８Ａ及び第２の弁４８Ｂを含む弁機構４８と送風機５０とをさらに含んでいる。弁機構４８及び送風機５０は、制御装置５２によって制御され、以下に詳細に記載するように、シェル空気が、配管系４４を通って排気ポート４２Ａ、４２Ｂから吸気ポート４６Ａ、４６Ｂに流れることを選択的に許容又は防止する。送風機５０は、シェル空気を燃焼器シェル２０から排気ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて抽出するため、及び、抽出されたシェル空気を弁機構４８が開放している場合に吸気ポート４６Ａ、４６Ｂに運ぶために設けられている。

以下に、シェル空気再循環システム４０の使用方法について記載する。全負荷運転又は基本負荷運転としても知られており、本明細書ではエンジン運転の第１のモードとも呼ばれているエンジン１０の定常運転の間、第１の弁４８Ａ及び第２の弁４８Ｂは閉止し、送風機５０は停止するか、又は、さもなければ運転不能である。それゆえに、弁機構４８は、シェル空気が配管系４４を通過することを実質的に防止する。当該シェル空気の少なくとも一部は、燃焼器１６に供給され、上述したように燃料と共に燃焼する。当該シェル空気の付加的な部分を、当業者に明らかであるように、エンジン１０内部の様々な部材を冷却するために用いて良い。

エンジン１０をシャットダウン状態又はターニングギヤ状態に移行させるために行われるターンダウン運転が開始すると、燃焼器１６に供給される燃料及びシェル空気は徐々に失われていくので、燃焼器１６における高温の燃焼ガスの生成は、エンジン１０がシャットダウン状態又はターニングギヤ状態に移行すると、徐々にゼロにまで減少する。燃焼ガスが燃焼器１６内で生成されなくなると、タービンロータ２４の回転を、燃焼ガスによっては引き起こすことができなくなる。このような状況では、タービンロータ２４の低速回転を、ここではターニングギヤ状態と呼ばれている運転状態において、作動モータ（start-up motor）のような外部電源（図示せず）によって生じさせても良い。代替的に、タービンロータ２４の回転を、ここではシャットダウン状態と呼ばれている運転状態において、完全に停止させても良い。一般的なエンジン１０では、このようなターンダウン運転は、エンジン１０をターニングギヤ状態に完全に移行させるために少なくとも約１０分〜１５分を要する可能性がある。この時間の間、徐々に低下していくレベルの燃焼は、燃焼器１６内で、高温の燃焼ガスを生成し続ける。当該ガスは、タービンロータ２４を回転させるために、タービンセクション１８に運ばれる。本明細書では、エンジン運転の第２のモードは、エンジン１０のターンダウン運転、ターニングギヤ状態、又は、シャットダウン状態を含むように意図されている。

本発明の一実施態様によると、エンジン１０をターニングギヤ状態又はシャットダウン状態に移行させるためのターンダウン運転が開始すると、制御装置５２は第１の弁４８Ａ及び第２の弁４８Ｂを開放し、それによって弁機構４８は、空気が配管系４４を通過することを許容している。送風機５０は、運転の第２のモードの間に、制御装置５２によって作動し、シェル空気をケーシング壁３２の下壁部３２Ｄから排気ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて抽出する。送風機５０は、抽出されたシェル空気を配管系４４を通るように運ぶ、すなわち、ポンプで流すので、抽出されたシェル空気は、吸気ポート４６Ａ、４６Ｂを通じて、ケーシング壁３２の上壁部３２Ａに噴射される。

本発明の別の実施態様によると、ターンダウン運転を、エンジン１０を全負荷運転からターニングギヤ状態に移行させるために行って良い。ターニングギヤ状態は、所定の時間の間、又は、１つ若しくは複数の選択されたエンジン部材が、エンジン１０がシャットダウン状態に移行する可能性がある所定の温度に達するまで続き得る。この設定では、ターニングギヤ状態の間、弁４８Ａ、４８Ｂは開放位置に保持されており、送風機５０の運転は、シェル空気をケーシング壁３２の下壁部３２Ｄから排気ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて抽出するため、抽出されたシェル空気を配管系４４を通じて運ぶため、及び、抽出されたシェル空気をケーシング壁３２の上壁部３２Ａに吸気ポート４６Ａ、４６Ｂを通じて噴射するために続けられる。しかしながら、エンジン１０がシャットダウン状態に入ると、すなわち、ターニングギヤ状態が完了した後、送風機５０はオフにされるか、又は、そうでなければ、シェル空気を配管系４４にポンプで流すことを中止するために停止させられる。シャットダウン状態の間、弁４８Ａ、弁４８Ｂは開放したままでいるか、又は、制御装置５２はこれらの弁を閉止して良いが、当該弁は、エンジンの作動プロセスが開始すると、制御装置５２によって閉止される。

図２に示したように、吸気ポート４６Ａ、４６Ｂによって燃焼器シェル２０内に噴射された空気は、ケーシング壁３２の上壁部３２Ａから、それぞれ左側壁部３２Ｂ、右側壁部３２Ｃを流れ落ち、下壁部３２Ｄへ向かう。したがって、シェル空気再循環システム４０は、全負荷運転に満たない間、燃焼器シェル２０内部のシェル空気を循環させる働きをする。それによって、燃焼器シェル２０内部に、シェル空気のより均一な温度分布が形成される。そうでなければ、より高温のシェル空気は上壁部３２Ａに移動する傾向があるので、上壁部３２Ａでは下壁部３２Ｄよりも温度が高くなる。さらに、排気ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて送風機５０によって抽出され、吸気ポート４６Ａ、４６Ｂを通じて噴射された、下壁部３２Ｄに向かうシェル空気は、全体的に、上壁部３２Ａに向かうシェル空気よりも低温であるので、燃焼器シェル２０内部でのシェル空気の温度分布がさらに一層均一になる。

シェル空気再循環システム４０によってもたらされる燃焼器シェル２０内部におけるより均一なシェル空気の温度分布は、燃焼器シェル２０の内部及び周囲の部材から生じるであろう、熱的に様々な速度で増大する、エンジンケーシング３０の変形及び／又はタービンセクション１８内のタービンブレード端Ｔ_Ｔのケーシング３０に対する摩擦といった問題を軽減又は回避し、したがって、これらの部材の寿命を延長し、ブレード端の密な間隔を全負荷運転の間、タービン効率を改善するために維持していると思われる。本発明に係るシェル空気再循環システム４０は、下壁部３２Ｄから送風機５０によって排気ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて抽出されたシェル空気のみを燃焼器シェル２０内に噴射するので、シェル空気再循環システム４０の費用及び複雑性は、燃焼器シェル２０内に高圧空気を噴射するために排出装置等の構造を使用するシステムと比較して減少することが指摘される。

上述したように、排気ポート４２Ａ、４２Ｂ及び吸気ポート４６Ａ、４６Ｂの内１つ又は複数もまた、蒸気増加管として機能し、高圧蒸気を燃焼器シェル２０内に誘導し、エンジン１０の出力を増大させることが可能である。このような蒸気の導入は、一般的に、全負荷運転の間にのみ行われる。排気ポート４２Ａ、４２Ｂ及び吸気ポート４６Ａ、４６Ｂの内いずれかもまた、蒸気増加管として機能する場合、図１及び図２に示すように、これらのポート４２Ａ、４２Ｂ、４６Ａ、４６Ｂは、好ましくはケーシング壁３２内へ一直線に延在し、燃焼器シェル２０内にわずかに入り込んで終端する。蒸気増加管として排気ポート４２Ａ、４２Ｂ及び吸気ポート４６Ａ、４６Ｂを用いることは、シェル空気再循環システム４０が既存のエンジン１０に、つまり改造設計で設けられる場合に特に有利であり得る。なぜなら、ケーシング壁３２を通って延在する付加的な管が不要であり、したがって、既存のエンジン１０にシェル空気再循環システム４０を取り付ける際の複雑性が減少するからである。

排気ポート４２Ａ、４２Ｂ及び吸気ポート４６Ａ、４６Ｂが蒸気増加管として機能しない場合、これらのポート４２Ａ、４２Ｂ、４６Ａ、４６Ｂの内１つ又は複数は、シェル空気の燃焼器シェル２０からの抽出及び／又はシェル空気の燃焼器シェル２０内への噴射を修正するための、特別に構成された端部を有し得る。例えば、図３には、本発明の別の実施態様にしたがって構成されたシェル空気再循環システム１４０が示されており、図１及び図２に関して上述した構造と類似の構造は、同じ参照符号に１００を加えた参照符号を付されている。さらに、図１及び図２に関して上述した実施態様とは異なる構造のみ、以下に図３を用いて説明する。基準点として、図３に示されたシェル空気再循環システム１４０の図は、図１の線３‐３に沿って切り取られたものであり、見やすくするために、選択されたエンジン１１０とシェル空気再循環システム１４０の部材とは、図３から除かれている。

当該実施態様では、排気ポート１４２Ａ、１４２Ｂは、円錐形の端部１４２Ａ_１、１４２Ｂ_１を有しており、それによって、当該排気ポートによって抽出され得るシェル空気の量が増大する。

さらに、本実施態様に係る吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂは、端部１４６Ａ_１、１４６Ｂ_１を有しており、当該端部は、円周方向において互いに向けて角度付けられており、軸方向においては、圧縮機セクション（当該実施態様では図示されていない）に向けた方向で、タービンセクション（当該実施態様では図示されていない）からは離れるように角度付けられている。したがって、本実施態様に係る吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂは、当該吸気ポートが、シェル空気を少なくとも部分的に円周方向において互いに向かって、及び、図３に示すように、円周方向において第１の吸気ポート１４６Ａと第２の吸気ポート１４６Ｂとの間に配置されたケーシング壁１３２の上死点１３４に向かって噴射するように構成されている。すなわち、吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂによって噴射されたシェル空気は、円周方向において速度成分を含んでいる。

ケーシング壁１３２の上死点１３４に流れた後、吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂによって噴射された空気は、ケーシング壁１３２の上壁部１３２Ａから、下壁部１３２Ｄに向けて、それぞれ左側壁部１３２Ｂ及び右側壁部１３２Ｃを流れ落ちる。本実施態様に係る吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂによって噴射された空気は、ケーシング壁１３２の上死点１３４に向かって流れるので、燃焼器シェル１２０内部で最も高温のシェル空気であろうケーシング壁１３２の上死点１３４のシェル空気が、残存しているシェル空気と共に循環させられることが確実化されると思われる。さらに、本実施態様に係る吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂによって噴射されたシェル空気は、軸方向において、エンジン１１０の圧縮機セクションに向かって流れる、すなわち、吸気ポート１４６Ａ、１４６Ｂによって噴射されたシェル空気は、軸流速度成分を含んでいるので、燃焼器シェル１２０内のより多くの量のシェル空気が循環させられることが確実化されると思われる。

本明細書に記載された排気ポート及び吸気ポートは、図１から図３に示した位置とは異なる、ケーシング部分内の軸方向位置に配置され得ることが指摘される。さらに燃焼器シェル内部でのシェル空気の循環を改善するために、複数列の排気ポート及び吸気ポートを用いても良い。

上述の実施態様における第１の吸気ポート及び第２の吸気ポートの使用とは対照的に、単一の吸気ポートのみが用いられる場合、ケーシング壁の左側壁部及び右側壁部の下方へ空気を噴射するように、単一の吸気ポートを構成できることも指摘される。このような吸気ポートの例は、端部を２つ有する吸気ポートを含んでおり、第１の端部が左側壁部に向けられ、第２の端部が右側壁部に向けられているか、又は、吸気ポートが、所望の方向に空気を噴射するために設けられたルーバー若しくはフィンを有していて良い。さらに、このような単一の吸気ポートは、ケーシング壁の上死点に配置され、燃焼器シェル内部により効果的な空気循環を提供することが可能である。さらに、このような単一の吸気ポートを、当該吸気ポートによって噴射されたシェル空気が軸流速度成分を含むように構成することもできる。

本発明の特定の実施態様を図示かつ説明してきたが、本発明の精神及び範囲から離れることなく、様々なその他の変更及び修正を行うことが可能であることが、当業者には明らかであろう。したがって、添付の請求項では、本発明の範囲内のそのような全ての変更及び修正を対象とすることが意図されている。

１０ 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 燃焼器シェル
２２ 移行ダクト
２４ タービンロータ
２６ シャフト
３０ ケーシング
３０Ａ ケーシング部分
３２ ケーシング壁
３２Ａ 上壁部
３２Ｂ 左側壁部
３２Ｃ 右側壁部
３２Ｄ 下壁部
３４ 上死点
３６ 下死点
４０ シェル空気再循環システム
４２Ａ 第１の排気ポート
４２Ｂ 第２の排気ポート
４４ 配管系
４６Ａ 第１の吸気ポート
４６Ｂ 第２の吸気ポート
４８ 弁機構
４８Ａ 第１の弁
４８Ｂ 第２の弁
５０ 送風機
５２ 制御装置
１１０ エンジン
１２０ 燃焼器シェル
１３２ ケーシング壁
１３２Ａ 上壁部
１３２Ｂ 左側壁部
１３２Ｃ 右側壁部
１３２Ｄ 下壁部
１３４ 上死点
１４０ シェル空気再循環システム
１４２Ａ、１４２Ｂ 排気ポート
１４２Ａ_１、１４２Ｂ_１ 端部
１４６Ａ、１４６Ｂ 吸気ポート
１４６Ａ_１、１４６Ｂ_１ 端部
Ｌ_Ａ 長手軸
Ｔ_Ｔ タービンブレード端

Claims (20)

1. エンジンの軸方向を決定する長手軸を含むガスタービンエンジンであって、該エンジンは、
   前記エンジンに引き込まれた空気が圧縮される圧縮機セクション；
   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て燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される、複数の燃焼装置を含む燃焼セクション；
   前記燃焼セクションからの高温の燃焼ガスが膨張し、前記燃焼ガスからエネルギーが抽出されるタービンセクション；
   前記燃焼セクションの周囲に配置されたケーシング部分を有するケーシングであって、前記ケーシング部分は、上死点を形成した上壁部と、左側壁部及び右側壁部と、下死点を形成した下壁部と、を有するケーシング壁を含んでおり、前記ケーシング部分はさらに、前記燃焼装置と前記圧縮機セクションによって圧縮された空気とが位置している内部容積を決定しているケーシング；及び、
   シェル空気再循環システムであって、
   前記ケーシング壁の前記下壁部に配置された少なくとも１つの排気ポートと、
   前記ケーシング壁の前記上壁部に配置された第１の吸気ポート及び第２の吸気ポートであって、円周上において互いに離間しており、全体的に同じ軸方向位置に配置されている吸気ポートと、
   少なくとも１つの前記排気ポートと複数の前記吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、
   前記ケーシング部分の前記内部容積から少なくとも１つの前記排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された前記空気を複数の前記吸気ポートに運ぶための送風機と、
   空気が前記配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、
   を含んでおり、
   エンジン運転の第１のモードの間、前記ケーシング部分の前記内部容積内の空気の少なくとも一部は、燃料と共に燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するために前記燃焼装置に導入され、前記弁機構は実質的に、空気が前記配管系を通過することを防止し、
   エンジン運転の第２のモードの間、前記弁機構は、空気が前記配管系を通過することを許容するので、前記ケーシング部分の前記内部容積内の空気の少なくとも一部が、前記送風機によって少なくとも１つの前記排気ポートから抽出され、前記ケーシング壁の前記上壁部に噴射するために、前記送風機によって前記吸気ポートに運ばれるシェル空気再循環システム、を含むガスタービンエンジン。
2. 前記エンジン運転の第１のモードが全負荷運転である、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
3. 前記エンジン運転の第２のモードが全負荷運転未満である、請求項２に記載のガスタービンエンジン。
4. 前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が円周方向において速度成分を含むように構成されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
5. 前記吸気ポートが、空気を少なくとも部分的に互いに向かって、及び、円周方向において前記吸気ポートの間に配置された前記ケーシング壁の前記上死点に向かって噴射するように構成されている、請求項４に記載のガスタービンエンジン。
6. 前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が、前記ケーシング壁の前記上壁部から、前記ケーシング壁の下壁部に向かって、前記ケーシング壁の前記左側壁部及び前記右側壁部を流れ落ちるように構成されている、請求項５に記載のガスタービンエンジン。
7. 前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が軸方向において速度成分を含むように構成されている請求項６に記載のガスタービンエンジン。
8. 少なくとも１つの前記排気ポート及び複数の前記吸気ポートもまた、蒸気増加管として機能し、運転の第１のモードの間に、前記ケーシング部分の前記内部容積に高圧蒸気を導入する、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
9. 前記燃焼セクションが缶型の環状燃焼セクションを含み、複数の前記燃焼装置が燃焼装置の環状アレイを含んでいる、請求項１に記載のガスタービンエンジン。
10. エンジンの軸方向を決定する長手軸を含むガスタービンエンジンであって、該エンジンは、
    前記エンジンに引き込まれた空気が圧縮される圧縮機セクション；
    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て燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される、複数の燃焼装置を含む燃焼セクション；
    前記燃焼セクションからの高温の燃焼ガスが膨張し、前記燃焼ガスからエネルギーが抽出されるタービンセクション；
    前記燃焼セクションの周囲に配置されたケーシング部分を有するケーシングであって、前記ケーシング部分は、上死点を形成した上壁部と、左側壁部及び右側壁部と、下死点を形成した下壁部と、を有するケーシング壁を含んでおり、前記ケーシング部分はさらに、前記燃焼装置と前記圧縮機セクションによって圧縮された空気とが位置している内部容積を決定しているケーシング；及び、
    シェル空気再循環システムであって、
    前記ケーシング壁の前記下壁部に配置された少なくとも１つの排気ポートと、
    前記ケーシング壁の前記上壁部に配置された少なくとも１つの吸気ポートと、
    少なくとも１つの前記排気ポートと少なくとも１つの前記吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、
    前記ケーシング部分の前記内部容積から少なくとも１つの前記排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された前記空気を少なくとも１つの前記吸気ポートに運ぶための送風機と、
    空気が前記配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、
    を含んでおり、
    エンジン運転の第１のモードの間、前記ケーシング部分の前記内部容積内の空気の少なくとも一部は、燃料と共に燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するために前記燃焼装置に導入され、前記弁機構は実質的に、空気が前記配管系を通過することを防止し、
    エンジン運転の第２のモードの間、前記弁機構は、空気が前記配管系を通過することを許容するので、前記ケーシング部分の前記内部容積内の空気の少なくとも一部が、前記送風機によって少なくとも１つの前記排気ポートから抽出され、前記送風機によって少なくとも１つの前記吸気ポートに運ばれ、
    少なくとも１つの前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が、前記ケーシング壁の前記上壁部から、前記ケーシング壁の前記下壁部に向かって、前記ケーシング壁の前記左側壁部及び前記右側壁部を流れ落ちるように構成されているシェル空気再循環システム、を含むガスタービンエンジン。
11. 前記エンジン運転の第１のモードが全負荷運転であり、前記エンジン運転の第２のモードが全負荷運転未満である請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
12. 少なくとも１つの前記吸気ポートが、円周方向に離間され、全体的に同じ軸方向位置に配置された第１の吸気ポート及び第２の吸気ポートを含んでおり、前記吸気ポートはどちらも、空気を互いに向けた方向、及び、前記ケーシング壁の前記上死点に向けた方向に噴射する、請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
13. 前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が、前記圧縮機セクションに向かい、かつ前記タービンセクションから離れる軸方向において速度成分を含むように構成されている、請求項１２に記載のガスタービンエンジン。
14. 少なくとも１つの前記排気ポート及び少なくとも１つの前記吸気ポートもまた、蒸気増加管として機能し、運転の第１のモードの間に、前記ケーシング部分の前記内部容積に高圧蒸気を導入する、請求項１０に記載のガスタービンエンジン。
15. 前記燃焼セクションが缶型の環状燃焼セクションを含み、複数の前記燃焼装置が燃焼装置の環状アレイを含んでいる請求項１１に記載のガスタービンエンジン。
16. エンジンの軸方向を決定する長手軸を含むガスタービンエンジンであって、該エンジンは、
    前記エンジンに引き込まれた空気が圧縮される圧縮機セクション；
    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て燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される、燃焼装置の環状アレイを含む缶型環状燃焼セクション；
    前記燃焼セクションからの高温の燃焼ガスが膨張し、前記燃焼ガスからエネルギーが抽出されるタービンセクション；
    前記燃焼セクションの周囲に配置されたケーシング部分を有するケーシングであって、前記ケーシング部分は、上死点を形成した上壁部と、左側壁部及び右側壁部と、下死点を形成した下壁部と、を有するケーシング壁を含んでおり、前記ケーシング部分はさらに、前記燃焼装置と前記圧縮機セクションによって圧縮された空気とが位置している内部容積を決定しているケーシング；及び、
    シェル空気再循環システムであって、
    前記ケーシング壁の前記下壁部に配置された少なくとも１つの排気ポートと、
    前記ケーシング壁の前記上壁部に配置された少なくとも１つの吸気ポートであって、前記排気ポート及び前記吸気ポートの内少なくとも１つもまた、蒸気増加管として機能し、運転の第１のモードの間に、前記ケーシング部分の前記内部容積に高圧蒸気を導入する吸気ポートと、
    少なくとも１つの前記排気ポートと少なくとも１つの前記吸気ポートとの間の流体接続を供給する配管系と、
    前記ケーシング部分の前記内部容積から少なくとも１つの前記排気ポートを通じて空気を抽出し、抽出された前記空気を少なくとも１つの前記吸気ポートに運ぶための送風機と、
    空気が前記配管系を通過することを選択的に許容及び防止する弁機構と、
    を含んでおり、
    エンジン運転の第１のモードの間、前記ケーシング部分の前記内部容積内の空気の少なくとも一部は、燃料と共に燃焼させて高温の燃焼ガスを生成するために前記燃焼装置に導入され、前記弁機構は実質的に、空気が前記配管系を通過することを防止し、
    エンジン運転の第２のモードの間、前記弁機構は、空気が前記配管系を通過することを許容するので、前記ケーシング部分の前記内部容積内の空気の少なくとも一部が、前記送風機によって少なくとも１つの前記排気ポートから抽出され、前記ケーシング壁の前記上壁部に噴射するために、前記送風機によって少なくとも１つの前記吸気ポートに運ばれるシェル空気再循環システム、を含むガスタービンエンジン。
17. 前記排気ポート及び前記吸気ポートのそれぞれもまた、蒸気増加管として機能し、運転の第１のモードの間に、前記ケーシング部分の前記内部容積に高圧蒸気を導入する請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
18. 少なくとも１つの前記吸気ポートが、円周方向に離間され、全体的に同じ軸方向位置に配置された第１の吸気ポート及び第２の吸気ポートを含んでおり、前記第１の吸気ポートは前記ケーシング壁の前記左側壁部の近傍に、前記第２の吸気ポートは前記ケーシング壁の前記右側壁部の近傍に配置されている、請求項１６に記載のガスタービンエンジン。
19. 前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が、前記ケーシング壁の前記上壁部から、前記ケーシング壁の前記下壁部に向かって、前記ケーシング壁の前記左側壁部及び前記右側壁部それぞれを流れ落ちるように構成されている、請求項１８に記載のガスタービンエンジン。
20. 前記吸気ポートが、前記吸気ポートによって噴射された空気が軸方向において速度成分を含むように構成されている請求項１９に記載のガスタービンエンジン。

Images