JP2016075273A - ブレード先端クリアランス制御のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】システムは、シャフトと、該シャフトに結合されたターボ機械ブレードとを有するターボ機械ロータを含む。本システムはまた、ターボ機械ロータのターボ機械ブレードを囲むシュラウドを有するターボ機械ステータを含む。更に、本システムは、少なくとも第1の部分がシステムの圧縮機の最終段の上流側に延びる冷却チャンネルを含む。更に、本システムは、少なくとも第1の部分がシステムの圧縮機の最終段の上流側に延びる冷却チャンネルを含むみ、ここで冷却チャンネルは、圧縮機から冷却圧縮空気を受け取り、ターボ機械ロータに隣接して冷却圧縮空気を配向して、ターボ機械ロータの熱膨張及び/又は軸方向変位を低減するよう構成されている。
【選択図】 図1
Description
12 圧縮機
14 燃焼器
16 燃料ノズル
18 タービン
19 圧縮空気
20 加圧燃焼ガス(例えば、排気ガス)
22 タービンブレード
24 回転シャフト
25 タービンベーン
26 回転軸線
28 ブレード
30 軸方向
32 圧縮機シュラウド
34 圧縮機ベーン
36 負荷
38 移行シュラウド
40 半径方向
42 軸方向変位制御システム
44 圧縮空気19の一部
46 熱交換器
48 冷却圧縮空気
Claims (20)
- システム(10)であって、
シャフト(24)と、該シャフトに結合されたターボ機械ブレード(22)とを含むターボ機械ロータと、
前記ターボ機械ロータのターボ機械ブレードを囲むシュラウド(23)を含むターボ機械ステータと、
少なくとも第1の部分が前記システムの圧縮機(12)の第1段の上流側に延びる冷却チャンネル(80)と、
を備え、
前記冷却チャンネル(80)が、前記圧縮機から冷却圧縮空気(48)を受け取り、前記ターボ機械ロータに隣接して前記冷却圧縮空気を配向して、前記ターボ機械ロータの熱膨張及び/又は軸方向変位を低減するように構成されている、システム(10)。 - バルブ(88)及び熱交換器(46)を更に備え、前記バルブが、前記圧縮空気の一部を前記熱交換器に分流できるように構成され、前記熱交換器が、前記圧縮空気の一部を冷却して冷却圧縮空気(48)を生成するよう構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記バルブの作動を調整して、前記熱交換器への圧縮空気の一部の流れを制御するよう構成されたコントローラ(86)を更に備える、請求項2に記載のシステム。
- 前記システムの1又はそれ以上の作動条件を検出し、前記1又はそれ以上の作動条件に関する情報を前記コントローラに送信するよう構成されたセンサ(84)を更に備え、前記コントローラが、前記1又はそれ以上の作動条件を前記センサから受け取るように構成され、前記センサから受け取った情報に基づいて、又は手動入力に基づいて、或いはその両方に基づいて前記バルブの作動を調整するよう構成されている、請求項3に記載のシステム。
- 前記1又はそれ以上の作動条件が、温度、圧力、作動段階、又はこれらの組み合わせを含み、前記作動段階が、一般過度段階、一般定常状態段階、低温始動段階、全速無負荷段階、全速全負荷段階、定常状態段階、シャットダウン段階、又はこれらの何れかの組み合わせを含む、請求項4に記載のシステム。
- 前記ターボ機械ロータが第1の材料を含み、前記ターボ機械ステータが第2の材料を含み、該第1及び第2の材料が異なる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の材料が低い熱膨張係数材料を含み、前記第2の材料が高い熱膨張係数材料を含む、請求項6に記載のシステム。
- 燃焼室を更に備え、前記冷却チャンネルが、前記燃焼室の第1の端部から該第1の端部と反対側の第2の端部まで該燃焼室に近接して延びる、請求項1に記載のシステム。
- ターボ機械のブレード先端クリアランスを低減する方法(110)であって、
前記ターボ機械の特定の作動段階の間に圧縮空気(19)の第1の部分を熱交換器(46)に分流するステップと、
前記熱交換器を介して前記圧縮空気の第1の部分を冷却して冷却圧縮空気(48)を発生させるステップと、
前記ターボ機械のロータに近接するチャンネルを通じて前記冷却圧縮空気を送るステップと、
を含み、前記チャンネルが、前記ターボ機械の圧縮機(12)の第1の段の上流側に延びる前記チャンネルの少なくとも第1の部分を含み、
前記方法が更に、
前記ロータを冷却して該ロータの熱膨張及び/又は軸方向変位の低減を生じさせ、前記ターボ機械のブレードと前記ターボ機械のステータとの間のブレード先端クリアランスを低減するステップと、
を含む、方法。 - 前記圧縮機を介して前記圧縮空気を発生させるステップと、前記圧縮空気の第1の部分をバルブ(88)を介して前記熱交換器に分流するステップと、を更に含む、請求項9に記載の方法。
- コントローラ(86)を介して前記バルブを開閉して、前記圧縮空気の第1の部分を前記熱交換器に分流できるようにするステップを更に含む、請求項10に記載の方法。
- センサ(84)を介して1又はそれ以上の作動条件を検知し、該1又はそれ以上の作動条件に関する情報を前記センサから前記コントローラに送信するステップを更に含み、前記コントローラが、前記1又はそれ以上の作動条件に関する情報、手動入力、又はその両方に基づいて前記バルブを開閉するよう構成されている、請求項11に記載の方法。
- 前記1又はそれ以上の作動条件が、温度、圧力、作動段階、又はこれらの組み合わせを含み、前記作動段階が、一般過度段階、一般定常状態段階、低温始動段階、全速無負荷段階、全速全負荷段階、定常状態段階、シャットダウン段階、又はこれらの何れかの組み合わせを含む、請求項12に記載の方法。
- 燃焼室において圧縮空気の第2の部分を燃焼させて、燃焼生成物を生成し、該燃焼生成物を介して前記ターボ機械のステータを加熱するステップを更に含み、前記燃焼生成物を介して前記ターボ機械のステータを加熱するステップが、前記ステータの熱膨張及び軸方向変位を生じさせ、前記ステータの軸方向変位により、前記ターボ機械のブレードと前記ターボ機械のステータとの間のブレード先端クリアランスを制御する、請求項12に記載の方法。
- 前記ロータが低い熱膨張係数材料を含み、前記ステータが高い熱膨張係数材料を含む、請求項14に記載の方法。
- ターボ機械システム(10)であって、
シャフト(24)と、該シャフトに結合されたターボ機械ブレード(22)とを含むターボ機械ロータと、
前記ターボ機械ロータのターボ機械ブレードを囲むシュラウド(23)を含むターボ機械ステータと、
少なくとも第1の部分が前記ターボ機械システムの圧縮機(12)の第1段の上流側に延びる冷却チャンネル(80)と、
を備え、前記冷却チャンネル(80)が、前記圧縮機から冷却圧縮空気(48)を受け取り、前記ターボ機械ロータに隣接して前記冷却圧縮空気を配向して、前記ターボ機械ロータの熱膨張及び/又は軸方向変位を低減するように構成されており、
前記ターボ機械システムが更に、
前記圧縮機と前記冷却チャンネルとの間の流体連通を選択的に可能にするように構成された制御システム(42)と、
を備え、前記制御システムが、
前記圧縮機と前記冷却チャンネルとの間に配置され、前記ターボ機械システムの作動条件に基づいて前記圧縮機と前記冷却チャンネルとの間の流体連通を可能にするよう選択的に開放するように構成されたバルブ(88)と、
前記冷却チャンネルに近接して配置され、前記ターボ機械システムの作動条件に関するパラメータを検出するよう構成されたセンサ(84)と、
前記ターボ機械システムの作動条件に関するパラメータを受け取り、該作動条件に基づいて、前記圧縮機と前記冷却チャンネルとの間の流体連通を可能にするよう前記バルブを選択的に開閉させるよう構成されたコントローラ(86)と、
を含む、ターボ機械システム。 - 前記パラメータが、温度、圧力、作動段階、又はこれらの組み合わせを含み、前記作動段階が、一般過度段階、一般定常状態段階、低温始動段階、全速無負荷段階、全速全負荷段階、定常状態段階、シャットダウン段階、又はこれらの何れかの組み合わせを含む、請求項16に記載のターボ機械システム。
- 前記圧縮機と前記冷却チャンネルとの間に配置された熱交換器(46)を更に備え、該熱交換器が、前記圧縮機からの圧縮空気を冷却して冷却圧縮空気(48)を発生させるよう構成されている、請求項16に記載のターボ機械システム。
- 燃焼室を更に備え、前記冷却チャンネルが、該燃焼室の第1の端部から第2の端部まで延びる、請求項16に記載のターボ機械システム。
- 前記冷却チャンネルが、前記冷却圧縮空気を第1の方向で前記ターボ機械システムのタービン(18)に向けて送るよう構成された前方流れ部分を含み、前記冷却チャンネルが、前記冷却圧縮空気を第2の方向で前記ターボ機械システムの圧縮機(12)に向けて送るよう構成された後方流れ部分を含み、前記第1の方向が前記第2の方向と実質的に反対である、請求項16に記載のターボ機械システム。
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