JP2016518544A - ガスタービンエンジン用のノズル噴射を備えたタービンエンジンシャットダウン温度制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、概してタービンエンジン、特に、半径方向外向きのシール面とのタービンブレード干渉のリスクなしにガスタービンエンジンのウォームスタートを可能にするシステムに関する。
通常、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮するための圧縮機と、圧縮空気を燃料と混合し、混合物に点火するための燃焼器と、電力を発生するためのタービンブレードアセンブリとを有する。燃焼器はしばしば、華氏2500度(1371.11℃)を超過し得る高温で作動する。典型的なタービン燃焼器構成は、タービンブレードアセンブリをこのような高温に曝す。これらの大きなガスタービンエンジンの質量により、エンジンは、シャットダウン後に冷却するために長時間を要する。多くの構成部材は、それぞれ異なる速度で冷却される結果、様々な構成部材間で干渉が生じる。タービンブレード先端部と、タービンブレードの半径方向すぐ外側に位置決めされたブレードリングとの間の間隙は、干渉がしばしば生じるこのような構成である。ケーシング構成部材は、自然対流により上部から底部へ異なる速度で冷却される。その結果、ケーシング冷却は、上部よりも底部において速く、ケーシングは、完全に冷却される前にシャットダウン中に変形された形状を呈する。ケーシングのより高温の上面に対する、より低温の底面は、ケーシングを熱的に曲げる又は上方へ反らせる。ケーシングが歪められている間にエンジンが再始動させられると、ブレード先端部は、上方への反りにより底部位置において干渉する傾向がある。したがって、完全に冷却される前にガスタービンを始動させたい場合は、タービンブレード先端部の間の干渉によるタービンブレード先端部こすれによるタービンブレードへの損傷、及び外側ケーシングの変形された形状によるエンジンの底部におけるベーンキャリヤへの損傷の著しいリスクが存在する。したがって、シャットダウン後のタービンベーンキャリヤ及びベーンキャリヤ冷却を低減する必要性が存在する。
ガスタービンエンジンのシャットダウンの間、タービンブレードアセンブリを包囲する外側ケーシング内に熱勾配が生じることを制限するように構成された、タービンエンジンシャットダウン温度制御システムが開示される。外側ケーシングにおける中間領域キャビティ内の高温空気浮き上がりによって生ぜしめられる熱勾配を減じることにより、外側ケーシングのアーチ状曲げ及びスウェイ・バック曲げが防止され、これにより、ガスタービンエンジンのウォーム・リスタートの間、ブレード先端部のこすれ、及び潜在的なブレード損傷の可能性を低減し得る。タービンエンジンシャットダウン温度制御システムはまた、全体のケーシングゆがみと、タービンブレード先端部間隙とを最適化するために、局所的な外側ケーシング鉛直方向温度勾配を逆転させ得る。タービンエンジンシャットダウン温度制御システムは、ロータが依然として燃焼ガスによって動力を与えられているシャットダウンプロセスの間又はガスタービンエンジンのシャットダウン後のターニング装置システムの作動の間、又はそれらの両方の間に作動してよく、これにより、外側ケーシングを上部から底部まで均一に冷却させる。他の実施の形態では、タービンエンジンシャットダウン温度制御システムは、通常のガスタービンエンジン作動中に作動し得る。
図1〜図8に示したように、ガスタービンエンジン16のシャットダウンの間、タービンブレードアセンブリ14を包囲する外側ケーシング12内に熱勾配が生じることを制限するように構成された、タービンエンジンシャットダウン温度制御システム10が開示される。外側ケーシング12における中間領域キャビティ18内の高温空気浮き上がりによって生ぜしめられる熱勾配を減じることにより、外側ケーシング12のアーチ状曲げ及びスウェイ・バック曲げが防止され、これにより、ガスタービンエンジン16のウォーム・リスタートの間、ブレード先端部のこすれ、及び潜在的なブレード損傷の可能性を低減し得る。タービンエンジンシャットダウン温度制御システム10はまた、全体のケーシングゆがみと、タービンブレード先端部間隙とを最適化するために、局所的な外側ケーシング鉛直方向温度勾配を逆転させ得る。タービンエンジンシャットダウン温度制御システム10は、ロータが依然として燃焼ガスによって動力を与えられているシャットダウンプロセスの間又はガスタービンエンジン16のシャットダウン後のターニング装置システム作動の間、又はそれらの両方の間に作動してよく、これにより、外側ケーシング12を上部から底部まで均一に冷却させる。他の実施の形態では、タービンエンジンシャットダウン温度制御システム10は、通常のガスタービンエンジン作動中に作動し得る。
Claims (14)
- タービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)において、
タービンロータ(26)から半径方向外方へ延びるタービンブレード(24)の複数の列(22)を有するタービンブレードアセンブリ(14)と、
該タービンブレードアセンブリ(14)を包囲する外側ケーシング(12)であって、該外側ケーシング(12)の上側半分(33)を規定する水平軸線(32)よりも上方において前記外側ケーシング(12)に設けられた複数の検査孔(30)を有しており、かつ少なくとも1つのキャビティ(28)を部分的に形成している、外側ケーシング(12)と、
該外側ケーシング(12)に位置決めされ、前記タービンブレードアセンブリ(14)よりも半径方向外側に位置決めされた少なくとも1つのノズル(38)と、を備えることを特徴とする、タービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。 - 前記少なくとも1つのノズル(38)は、少なくとも1つの中間列領域キャビティ(18)の幅よりも小さな噴霧パターンを有する、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記外側ケーシング(12)の上死点(48)から周方向にずらされている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記外側ケーシング(12)の上死点(48)から45°〜75°に位置決めされるように、前記外側ケーシング(12)の前記上死点(48)から周方向にずらされている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記少なくとも1つのノズル(38)から排出された流体が前記外側ケーシング(12)の内面(46)に衝突するように位置決めされている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記少なくとも1つのノズル(38)から排出された流体が上死点(48)において前記外側ケーシング(12)の内面(46)に衝突するように位置決めされている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記少なくとも1つのノズル(38)から排出された流体が前記外側ケーシング(12)における前記キャビティ(28)内に流体の周方向の流れを発生するように位置決めされている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、ボロスコープポート(60)において前記外側ケーシング(12)に接続されている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、多重排出ノズル(70)である、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)と連通した周囲空気供給源(62)を備える、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのキャビティ(28)は、前記外側ケーシング(12)によって形成された少なくとも1つの中間列領域キャビティ(18)であり、前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記外側ケーシング(12)に位置決めされておりかつ前記タービンブレードアセンブリ(14)の中間列領域(18)よりも半径方向外側に位置決めされており、前記中間列領域(18)は、前列領域(42)よりも下流でかつ下流列領域(44)よりも上流に位置決めされている、請求項1記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記外側ケーシング(12)の上死点(48)の第1の側(52)において前記外側ケーシング(12)から前記中間列領域キャビティ(18)内へ延びる第1のノズル(50)と、前記外側ケーシング(12)の上死点(48)の第2の側(56)において前記外側ケーシング(12)から前記中間列領域キャビティ(18)内へ延びる第2のノズル(54)とから形成されており、前記第2の側(56)は前記第1の側(52)とは反対側にあり、前記第1のノズル(50)及び前記第2のノズル(54)は前記外側ケーシング(12)の前記上死点(48)に向かって方向付けられている、請求項11記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記少なくとも1つのノズル(38)は、前記外側ケーシング(12)の上死点(48)の第1の側(52)において前記外側ケーシング(12)から前記中間列領域キャビティ(18)内へ延びる第1のノズル(50)と、前記外側ケーシング(12)の上死点(48)の第2の側(56)において前記外側ケーシング(12)から前記中間列領域キャビティ(18)内へ延びる第2のノズル(54)とから形成されており、前記第2の側(56)は前記第1の側(52)とは反対側にあり、前記第1のノズル(50)及び前記第2のノズル(54)は前記外側ケーシング(12)の前記上死点(48)から離れる方向に方向付けられている、請求項11記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム(10)。
- 前記第1のノズル(50)と前記第2のノズル(54)との間に位置決めされた多重排出ノズル(70)を備える、請求項13記載のタービンエンジンシャットダウン温度制御システム。
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