JP2017096258A - ガスタービンエンジンのためのねじり制振 - Google Patents

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Abstract

【課題】改善されたねじり減衰をもたらすように構成する。
【解決手段】加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、燃料が燃焼室（１０４）内で加圧空気流中へ注入されて点火される。タービン（１０６、１０８）は、燃焼室（１０４）から流れる燃焼生成物を受けるために燃焼室（１０４）に作用可能に結合される。発電機（１１４）は、シャフト（１１８）を介してタービンに結合される。したがって、ねじりダンパ（１１６）は、発電機（１１４）のねじり振動を減衰させるように構成される。また、コントローラ（１２０）は、付加的な制振制御を発電機（１１４）に与えるように構成される。
【選択図】図２

Description

本出願は、一般にガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンをねじり相互作用から保護するためのねじりダンパ及びねじり減衰制御に関する。
ガスタービンエンジンは、一般に、連続的な流れ順序で、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセッション、及び、排気セクションを含む。動作時、空気が圧縮機セクションの入口に入り、この圧縮機セッションにおいて、１つ以上の軸流圧縮機は、空気が燃焼セッションに達するまで、空気を漸進的に圧縮する。燃焼ガスをもたらすために、燃料が燃焼セッション内で圧縮空気と混合されて燃焼される。燃焼ガスは、燃焼セッションから、タービンセッション内に画定される高温ガス経路を通じて経路付けられた後、排気セクションを介してタービンセッションから排出される。
特定の形態において、タービンセッションは、連続的な流れ順序で、高圧（ＨＰ）タービンと、低圧（ＬＰ）タービンとを含む。ＨＰタービン及びＬＰタービンはそれぞれ、タービンロータブレード、ロータディスク、及び、リテーナなどの様々な回転可能タービン構成要素と、ステータベーン又はノズル、タービンシュラウド、及び、エンジンフレームなどの様々な固定タービン構成要素とを含む。回転可能タービン構成要素及び固定タービン構成要素は、タービンセッションを貫く高温ガス経路を少なくとも部分的に画定する。燃焼ガスが高温ガス経路を通過して流れるにつれて、熱エネルギーが燃焼ガスから回転可能タービン構成要素及び固定タービン構成要素へ伝えられる。
ガスタービンエンジン及び他のタイプのターボ機械は、しばしば、発電機などの負荷を駆動させるために使用される。ガスタービンエンジン及び他の大型ドライブトレインシステムは、慣性モーメント、ねじり剛性、及び、固有制振を有する。高電力トレインにおける低い機械的制振は、電力システム構成要素と機械的なドライブトレインとの間のねじり相互作用を引き起こし得る。例えば、機械的なドライブトレインの固有振動数のうちの１つがねじり共振へと励起されれば、それに伴う交互の機械的トルクが、ロータシャフトシステムの構成要素を損傷させる或いはこれらの構成要素に疲労を引き起こす可能性がある値に達し得る。
したがって、当該技術分野では、改善されたねじり減衰をもたらすようにガスタービンエンジン又は同様の機械を動作させるシステム及び方法が歓迎される。
米国特許出願公開第２０１５／０１８３５２２号公報
本発明の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、或いは、この説明から明らかとなり得る、或いは、発明の実施によって学習され得る。
本開示の１つの態様によれば、ガスタービンエンジンアセンブリが開示される。ガスタービンエンジンアセンブリは、流入空気の圧力を高めるように構成される圧縮機と、燃焼室と、発電機に結合される少なくとも１つのタービン（例えば、高圧及び低圧タービン）と、ねじりダンパと、コントローラとを含む。燃焼室は、圧縮機から加圧空気流を受けるように構成される。また、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、燃料が燃焼室内で加圧空気流中へ注入されて点火される。タービンは、燃焼室から流れる燃焼生成物を受けるために燃焼室に作用可能に結合される。発電機は、シャフトを介してタービンのシャフトシステム（例えば、高圧シャフトシステム、低圧シャフトシステム、又は、中間シャフトシステムのうちのいずれか１つ又は組み合わせ）に結合される。したがって、ねじりダンパは、例えばマイナスの減衰する及び／又は強制的な励振により引き起こされる発電機のシャフトシステムに作用するねじり振動を減衰させるように構成される。また、コントローラは、付加的な制振制御を発電機に与えるように構成される。
１つの実施形態では、ねじりダンパが機械的なダンパ又は電気的なダンパのうちの少なくとも一方を含んでもよい。例えば、特定の実施形態では、機械的なダンパが粘性ダンパを含んでもよい。より具体的には、粘性ダンパが発電機のシャフトの周りで周方向に位置されてもよい。
特定の実施形態において、ガスタービンエンジンアセンブリは、１つ以上の電気回路を有する電力変換器を含んでもよい。したがって、そのような実施態様において、電気的なダンパは、電力変換器の電気回路のうちの１つに組み込まれるレジスタを含んでもよい。また、特定の実施形態において、コントローラは、発電機がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるようにレジスタを制御するべく構成されてもよい。
他の実施形態において、ガスタービンエンジンアセンブリは、発電機がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるように構成される電力バスダンパを含んでもよい。より具体的には、特定の実施形態において、電力バスダンパは、能動負荷、制御された抵抗負荷、エネルギー蓄積装置、又は、同様のもののうちの少なくとも１つを含んでもよい。
更なる実施形態において、コントローラは、力率を減らして発電機の巻線の内部の損失をもたらすことによって発電機のねじり減衰を行なうために発電機の力率を制御するように構成されてもよい。
更なる実施形態において、ねじりダンパは、発電機とタービンとの間の振動トルクを減らすように構成されてもよい。
他の態様では、本開示が電力シャフトに関する。電力シャフトは、シャフトを介して第２の慣性システムに接続される第１の慣性システムを含む。また、第１の慣性システムは第２の慣性システムよりも大きい。加えて、第２の慣性システムは、デルタトルクとデルタ速度とのマイナスの比率を含んでもよい。したがって、電力システムは、例えばマイナスの減衰する及び／又は強制的な励振により引き起こされる第１及び第２の慣性システム間のねじり振動を減衰させるように構成されるねじりダンパも含む。
更なる他の態様において、本開示は、ガスタービンエンジンアセンブリを動作させる方法に関する。方法は、アセンブリの圧縮機によって空気を加圧するステップを含む。また、方法は、加圧空気を圧縮機から燃焼室へ供給するステップも含む。更なる他のステップは、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、燃焼室内で燃料を加圧空気中へ注入して、燃料に点火することを含む。更に、方法は、燃焼室からの燃焼生成物をアセンブリの発電機に結合されるタービンへ供給するステップを含む。加えて、方法は、ねじりダンパと発電機コントローラにより与えられる付加的な制振とによって発電機のシャフトシステムのねじり振動を減衰させるステップを含む。
１つの実施形態において、ねじりダンパによって発電機のシャフトシステムのねじり振動を減衰させるステップは、機械的なダンパ又は電気的なダンパのうちの少なくとも一方を提供することを更に含んでもよい。より具体的には、特定の実施形態において、発電機のシャフトシステムのねじり振動を減衰させるステップは、機械的なダンパをシャフトの周りで周方向に位置させることを含んでもよい。
他の実施形態において、方法は、電気的なダンパを発電機の電力変換器に組み込むステップを含んでもよい。より具体的には、そのような実施態様では、電気的なダンパがレジスタを含んでもよい。例えば、特定の実施形態において、方法は、発電機がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるようにレジスタをコントローラにより制御するステップを含んでもよい。
更なる実施形態において、方法は、電力バスダンパと電力変換器とを作用可能に結合させて、発電機が定電力負荷を有することを妨げるように電力バスダンパを制御するステップを含んでもよい。より具体的には、そのような実施態様において、電力バスダンパは、能動負荷、制御された抵抗負荷、又は、エネルギー蓄積装置、又は同様のもののうちの少なくとも１つを含んでもよい。
更なる他の実施形態において、方法は、力率を減らして発電機の巻線の内部の損失をもたらすことによって発電機のねじり減衰を行なうために発電機の力率を制御するステップを含んでもよい。
本発明のこれら及び他の特徴、態様、利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を参照するとより良く理解されるようになる。この明細書の一部に組み入れられてこの明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示するとともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
当業者に向けられたその最良の形態を含む本発明の十分な権能を付与する開示が、添付の図を参照する明細書に記載される。
本開示に係るガスタービンエンジンの概略断面図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの１つの実施形態のブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの他の実施形態のブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの更なる他の実施形態のブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの発電機の１つの実施形態のブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの他の実施形態のブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの発電機及び電力変換器の１つの実施形態の部分ブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの電気ダンパの１つの実施形態のブロック図を示す。 特に電力バスダンパの様々な実施形態を示す、本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリの他の実施形態の部分ブロック図を示す。 本開示に係る電力ダンパの１つの実施形態のブロック図を示す。 本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリを動作させる方法の１つの実施形態のフロー図を示す。
ここで、本発明の実施形態について詳しく言及し、その実施形態の１つ以上の例が添付図面に示される。詳細な説明は、数値表記及び文字表記を使用して図面中の特徴を参照する。図面中及び説明中の同様の或いは類似する表記は、本発明の同様の或いは類似する部分を参照するために使用された。本明細書中で使用される用語「第１」、「第２」、及び、「第３」は、１つの構成要素を他の構成要素から区別するために置き換え可能に使用されてもよく、また、個々の構成要素の位置又は重要性を示そうとするものではない。用語「上流」及び「下流」とは、流体経路中の流体の流れに関する相対的な流れ方向のことである。例えば、「上流」とは、流体が流れてくる流れ方向のことであり、また、「下流」とは、流体が流れていく流れ方向のことである。
また、本明細書中で使用される用語「軸方向の」又は「軸方向に」とは、エンジンの長手方向軸に沿う寸法のことである。「軸方向の」又は「軸方向に」と併せて使用される用語「前方」とは、エンジン入口へ向かう方向又は他の構成要素と比べてエンジン入口に相対的に近い構成要素へ向かう方向のことである。「軸方向の」又は「軸方向に」と併せて使用される用語「後方」とは、エンジンノズルへ向かう方向又は他の構成要素と比べてエンジンノズルに相対的に近い構成要素へ向かう方向のことである。用語「径方向の」又は「径方向に」とは、エンジンの長手中心軸とエンジン外周との間で延びる寸法のことである。
一般に、本開示は、改良されたねじり減衰を成すガスタービンエンジンアセンブリに向けられる。ガスタービンエンジンアセンブリは、一般に、圧縮機、燃焼室、発電機に結合される少なくとも１つのタービン（例えば、高圧タービン及び低圧タービン）、ねじりダンパ、及び、付加的な制振を与えるように構成されるコントローラを含む。一般に理解されるように、燃焼室は、圧縮機から加圧空気を受けるように構成され、この場合、燃料は、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、加圧空気中へ注入されて点火される。タービンは、燃焼室から流れる燃焼生成物を受けるように作用可能に燃焼室に結合される。発電機は、シャフトを介してタービンのシャフトシステムに結合される。したがって、ねじりダンパ（すなわち、機械的、電気的、及び／又は、両方）は、発電機のシャフトシステムのねじり振動を減衰させるように構成される。また、コントローラは、付加的な制振制御を発電機へ与えるように構成される。
したがって、本開示は、従来技術に存在しない多くの利点を与える。例えば、本開示は、発電機とタービンとの間の振動トルク（すなわち、マイナスの減衰する及び／又は強制的な励振により引き起こされる）を減少させることによって航空機電力システム及び任意の他の適した電力システムのための発電機又はモータの安定した機械的駆動を与える。また、システムは、電力システム負荷のより簡単な解析を行なう。更に、本開示のねじり減衰は、タービンへのトルクの伝達をスムーズにするように構成され、それにより、全体のタービン設計要件を緩和できるようにする。したがって、タービンのサイズ、コスト、及び／又は、重量を減らすことができる。また、ガスタービンエンジンは、より長い構成要素寿命を伴って更に信頼できる。加えて、本開示のねじり減衰機能部は、当初の機器又はレトロフィットの一部であってもよい。
ここで、図の全体にわたって同一の数字が同じ要素を示す図面を詳しく参照すると、図１は、本開示の１つの実施形態に係る典型的なガスタービンエンジン１０（高バイパスタイプ）を例示する。図示のように、例示されたガスタービンエンジン１０は、参照目的のためにガスタービンエンジンを貫く軸方向長手中心線軸１２を有する。また、ガスタービンエンジン１０は、好ましくは、全体的に数字１４により特定されるコアガスタービンエンジンと、その上流側に位置されるファンセクション１６とを含む。コアエンジン１４は、一般に、環状入口２０を画定する略管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、コアエンジン１４に入る空気の圧力を第１の圧力レベルまで上げるためのブースタ２２を更に取り囲んで支持する。高圧多段軸流圧縮機２４が、ブースタ２２から加圧空気を受けて、空気の圧力を更に高める。加圧空気は燃焼器２６へと流れ、この燃焼器で、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、燃料が加圧空気流に注入されて点火される。高エネルギー燃焼生成物が、第１の（高圧）駆動シャフト３０を介して高圧圧縮機２４を駆動させるために燃焼器２６から第１の（高圧）タービン２８へと流れ、その後、第１の駆動シャフト３０と同軸である第２の（低圧）駆動シャフト３４を介してブースタ２２及びファンセクション１６を駆動させるために第２の（低圧）タービン３２へと流れる。タービン２８、３２のそれぞれを駆動させた後、燃焼生成物は、エンジン１０のジェット推進力の少なくとも一部を供給するために排気ノズル３６を通じてコアエンジン１４から出る。
ファンセクション１６は、環状ファンケーシング４０により取り囲まれる回転可能な軸流ファンロータ３８を含む。ファンケーシング４０が複数の略径方向に延びて周方向に離間される出口ガイドベーン４２によってコアエンジン１４から支持されることが理解される。このようにして、ファンケーシング４０は、ファンロータ３８及びファンロータブレード４４を取り囲む。ファンケーシング４０の下流側セッション４６は、付加的なジェット推進力を与える第２の空気流導管又はバイパス空気流導管４８を画定するためにコアエンジン１４の外側部分を覆って延びる。
流れの観点から、矢印５０により表わされる初期空気流がファンケーシング４０への入口５２を通じてガスタービンエンジン１０に入ることが理解される。空気流は、ファンブレード４４を通過して、導管４８を通じて移動する第１の空気流（矢印５４により表わされる）とブースタ２２に入る第２の空気流（矢印５６により表わされる）とに分けられる。
第２の空気流５６の圧力は、矢印５８により表わされるように、高められて高圧圧縮機２４に入る。燃焼生成物６０は、燃焼器２６内で燃料と混合して燃焼された後、燃焼器２６から出て、第１のタービン２８を通過して流れる。その後、燃焼生成物６０は、第２のタービン３２を通過して流れ、ガスタービンエンジン１０における推力の少なくとも一部を供給するために排気ノズル３６から出る。
更に図１を参照すると、燃焼器２６は、長手中心線軸１２と同軸である環状燃焼室６２、並びに、入口６４及び出口６６を含む。前述したように、燃焼器２６は、高圧圧縮機排出出口６９から加圧空気の環状の流れを受ける。この圧縮機排出空気の一部（「ＣＤＰ」空気）は混合器（図示せず）内へ流入する。燃料は、空気と混合して燃焼のために燃焼室６２へ与えられる燃料−空気混合物を形成するために燃料ノズル１００から注入される。燃焼−空気混合物の点火は適切な点火装置によって達成され、また、結果として生じる燃焼ガス６０は、環状の第１段タービンノズル７２へ向けて軸方向に流れてこのノズル７２に入る。ノズル７２は、ガスが角度をもって流れて第１のタービン２８の第１段タービンブレードと衝突するようにガスの向きを変える複数の径方向に延びて周方向に離間されるノズルベーン７４を含む環状の流れチャネルによって画定される。図１に示されるように、第１のタービン２８は、好ましくは、第１の駆動シャフト３０を介して高圧圧縮機２４を回転させる。低圧タービン３２は、好ましくは、第２の駆動シャフト３４を介してブースタ２２及びファンロータ３８を駆動させる。
燃料室６２は、エンジン出口ケーシング１８内に収容される。燃料は、１つ以上の燃料ノズルによって燃焼室内へ供給される。液体燃料が各燃料ノズルのステム内の導管又は通路を通じて輸送される。更に、ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、及び／又は、他のタイプの燃料を使用してもよい。また、ガスタービンエンジン１０は、異なる形態を有してもよく、また、図示の構成要素に加えて他のタイプの構成要素を使用してもよい。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、及び、他のタイプの発電機器が本明細書中で一緒に使用されてもよい。
ここで、図２−図４を参照すると、本開示に係るガスタービンエンジンアセンブリ１００の様々な簡略化された概略図が示される。図示の実施形態に示されるように、ガスタービンエンジンアセンブリ１００は、一般に、圧縮機１０２と、燃料室１０４と、高圧タービン１０６及び高圧シャフト１１０と、低圧タービン１０８及び低圧シャフト１１２と、様々な他の随意的な構成要素とを含む。例えば、ガスタービンエンジンアセンブリ１００は、発電機１１４又は同様のタイプの負荷を含んでもよい。発電機１１４は、電力の発生のための任意のタイプの装置であってもよい。より具体的には、図５に示されるように、発電機１１４は、発電機ステータ１１５内で回転する発電機ロータ１１３を含んでもよい。より具体的には、ロータ１１３の回転は、ロータの軸周りのトルクを生み出す発電機１１４の巻線及び／又は磁場の間の相互作用１３に起因する。また、発電機１１４は、シャフト１１０、１１２を介してタービン１０６、１０８により駆動されてもよい。本開示にしたがって他の構成要素及び他の形態が使用されてもよい。
加えて、図６及び図７に示されるように、ガスタービンエンジンアセンブリ１００は、１つ以上の電気回路１２７を有する電力変換器１２２を含んでもよい。電力変換器１２２は任意の適した電力変換器を含んでもよい。例えば、電力変換器１２２は、一般に、発電機１１４からの可変周波数ＡＣ電圧を電力網（図示せず）に供給される電圧へと変換する回路を含む。具体的には、電力変換器１２２は、電力網に供給されるＡＣ電圧である出力電圧を生み出すために選択的に作動される。したがって、電力変換器１２２は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、集積ゲート整流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、又は、任意の他の適した切り換え装置などの様々な電力切り換え装置を含んでもよい。
ここで、図２−図９を参照すると、ガスタービンエンジンアセンブリ１００は、発電機１１４のねじり振動を減衰させるように構成されるねじりダンパ１１６、及び／又は、付加的な制振制御をエンジン１０に与えるように構成されるコントローラ１２０を含んでもよい。したがって、特定の実施形態において、ねじりダンパ１１６は、発電機１１４とタービン１０６、１０８との間の振動トルクを減少させるように構成される。
より具体的には、図２−図５の例示的な実施形態に示されるように、ねじりダンパ１１６が機械的なダンパ１１７であってもよい。また、図示のように、機械的なダンパ１１７は、低圧タービン１０８を発電機１１４に作用可能に結合するシャフト１１８の周りで周方向に位置されてもよい。更に、図２に示されるように、機械的なダンパ１１７が発電機１１４の前端に構成されてもよい。或いは、図３に示されるように、機械的なダンパ１１７が発電機１１４の後端に構成されてもよい。加えて、機械的なダンパ１１７が発電機１１４とは別個であってもよく（図２）或いは発電機１１４と一体であってもよい（図５）。更に、図２に示されるように、ねじりダンパ１１６及び発電機１１４は、低圧シャフトシステム（すなわち、ファン、ブースタ、及び／又は、低圧タービン１０８）に機械的に接続されてもよい。或いは、図４に示されるように、ねじりダンパ１１６及び発電機１１４は、高圧シャフトシステム（すなわち、圧縮機１０２及び／又は高圧タービン１０６）に機械的に接続されてもよい。更なる付加的な実施態様では、ねじりダンパ１１６が任意の他のシャフトシステムに接続されてもよい。
機械的なダンパ１１７が当該技術分野において現在知られる或いは後に開発される任意の適した機械的ダンパであってもよいことが理解されるべきである。例えば、１つの実施形態では、機械的なダンパ１１７が粘性ダンパを含んでもよい。本明細書中で使用される粘性ダンパとは、一般に、粘性摩擦によって動作に抵抗する機械的な装置のことである。結果として生じる力は、振動速度にほぼ比例するが、反対方向で作用し、それにより、振動を減衰させて、定常損失をもたらすことなくエネルギーを吸収する。
また、機械的なダンパ１１７に加えて或いは代えて、更なる制振手段がエンジン１０で使用されてもよいことも理解されるべきである。例えば、図６−図８に示されるように、ねじりダンパ１１６が電気的なダンパ１２４を含んでもよい。より具体的には、図示のように、電気的なダンパ１２４は、アセンブリ１００の電力変換器１２２に組み込まれてもよい。特定の実施形態では、図７及び図８に示されるように、電気的なダンパ１２４は、電力変換器１２２の電気回路１２７のうちの１つに組み込まれる１つ以上のレジスタ１２５を含んでもよい。したがって、そのような実施態様において、コントローラ１２０は、発電機１１４が定電力負荷を有することを妨げるようにレジスタ１２５を制御し、それにより、発電機のねじり減衰をもたらすように構成されてもよい。したがって、電気的なダンパ１２４は、アセンブリ１００に導入される強制励振に減衰をもたらすように構成される。
他の実施形態では、図９に示されるように、ガスタービンエンジンアセンブリ１００は、発電機１１４が定電力負荷を有することを妨げるように構成される電力バスダンパ構成要素１２６を含んでもよい。より具体的には、図示のように、電力バスダンパ構成要素１２６は、能動負荷１２８、制御された抵抗負荷１３０、バスダンパ１３２、又は、エネルギー蓄積装置１３４（例えば、バッテリ、コンデンサ、又は、同様のもの）のうちの少なくとも１つを含んでもよい。更に、図示のように、電力バスダンパ構成要素１２６は、発電機１１４又はコントローラ１２０から速度信号及び／又はトルク信号１３６を受けるように構成される。信号１３６に基づいて、バスダンパ構成要素１２６は、バスが電圧制御から分離される定電力負荷を有することを防止するように構成される。更に、電力変換器を有する発電機（図示せず）においては、力率を減らして、所要の機械的制振周波数で発電機損失を増大させることができる。そのような動作は、定常損失をもたらさず、むしろ、ねじり振動を減衰させるために必要とされる損失のみをもたらす。
更なる実施形態において、コントローラ１２０は、例えば力率を減らして発電機１１４の巻線及び接続ケーブルの内部の損失をもたらすことによって発電機１１４のねじり減衰を行なうために発電機１１４の力率を制御するように構成される。
ここで、図１０を参照すると、前述の利点が、本明細書中に記載される航空機電力システムのガスタービンエンジン１０に加えて、付加的な電力システムにも適し得ることが理解されるべきである。例えば、本開示のねじり減衰機能を利用してもよい付加的な電力システムは、ガスタービンエンジン、風力タービン、蒸気タービン、又は、任意の他の適した発電機駆動システムを含んでもよい。例えば、図１０に示されるように、本開示に係る改良されたねじり減衰を成す電力システム１５０の概略図が示される。より具体的には、図示のように、電力システム１５０は、シャフト１５６を介して第２の慣性システム１５４に接続される第１の慣性システム１５２を含む。また、図示のように、第１の慣性システム１５２は、第２の慣性システム１５４より大きい。例えば、特定の実施形態では、第１の慣性システム１５２が発電機であってもよく、一方、第２の慣性システム１５４は、低圧シャフトシステム、高圧シャフトシステム、中間シャフトシステム、１つ以上のロータブレード（随意的にギアボックスに結合される）、又は、任意の他の適した発電機駆動構成要素を含むがこれらに限定されない発電機ドライバを含んでもよい。
したがって、電力システム１５０は、第１及び第２の慣性システム１５２、１５４間のねじり振動を減衰させるように構成されるねじりダンパ１５８を含んでもよい。そのようなシステムにおいて、第２の慣性システム１５４は、デルタトルクとデルタ速度とのマイナスの比率を有してもよく、すなわち、マイナスの制振を有してもよい。したがって、ねじりダンパ１５８は、第２の慣性システム１５４のマイナス制振を補正するように構成されてもよい。或いは、ねじりダンパ１５８は、システム１５２、１５４に導入される強制励振に減衰をもたらすように構成されてもよい。
更なる実施形態において、電力システム１５０は、第１及び第２の慣性システム１５２、１５４に付加的な制振制御を与えるように構成されるコントローラ１６０を含む。ここで、図１１を参照すると、ガスタービンエンジンを動作させる方法２００の１つの実施形態のフロー図が示される。２０２で示されるように、方法２００は、ガスタービンエンジン１０の圧縮機２４によって空気を加圧することを含む。２０４で示されるように、方法２００は、加圧空気を圧縮機２４から燃焼室６２へ供給することを含む。２０６で示されるように、方法２００は、加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、燃焼室６２内で燃料を加圧空気中へ注入して、燃料に点火することを含む。２０８で示されるように、方法２００は、燃焼室６２からの燃焼生成物を発電機１１４に結合されるタービン（例えば、タービン１０６、１０８）へ供給することを含む。２１０で示されるように、方法２００は、ねじりダンパ１１６と発電機コントローラ１２０によりもたらされる付加的な制振とによって発電機１１４のねじり振動を減衰させることも含む。
１つの実施形態において、ねじりダンパ１１６により発電機１１４のねじり振動を減衰させるステップは、機械的なダンパ１１７又は電気的なダンパ１２４のうちの少なくとも一方を提供することを更に含んでもよい。より具体的には、特定の実施形態において、ねじりダンパ１１６により発電機１１４のねじり振動を減衰させるステップは、機械的なダンパ１１７をシャフト１１８の周りで周方向に位置させることを含んでもよい（図２）。
他の実施形態では、図７に示されるように、方法２００は、電気的なダンパ１２４を電力変換器１２２に組み込むことを含んでもよい。より具体的には、前述したように、電気的なダンパ１２４がレジスタ１２５を含んでもよい。そのような実施態様において、方法２００は、発電機１１４がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるようにレジスタ１２５をコントローラ１２０により制御することを含んでもよい。
更なる実施形態において、方法２００は、電力バスダンパ１２６と電力変換器１２２及び／又はコントローラ１２０とを作用可能に結合することを含んでもよい。したがって、電力バスダンパ１２６は、発電機１１４が定電力負荷を有することを妨げるように構成される。より具体的には、本明細書中に記載されるように、電力バスダンパ１２６は、能動負荷１２８、制御された抵抗負荷１３０、バスダンパ１３２、又は、エネルギー蓄積装置１３４、又は同様のもの、或いは、これらの組み合わせを含んでもよい。
更なる他の実施形態において、方法２００は、例えば力率を減らして発電機１１４の巻線及び接続ケーブルの内部の損失をもたらすことによって発電機１１４のねじり減衰を行なうために発電機１１４の力率を制御することを含んでもよい。
また、本明細書中ではガスタービンエンジンアセンブリ１００の使用について説明してきたが、任意のタイプのターボ機械等と共にねじりダンパ１６０が使用されてもよいことも理解されるべきである。したがって、本明細書中に記載される制振構成要素及び／又は制振機能のうちのいずれか或いは全ての組み合わせを使用して、プラスの発電機制振、例えば特定の周波数、幅広い周波数範囲をもたらすことができ、また、調整可能であってもよい。
この書かれた説明は、実施例を使用して、最良の態様を含む発明を開示するとともに、任意の装置又はシステムを形成して使用すること、及び、任意の組み入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が発明を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、また、当業者が想起する他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造的要素を有する場合には、或いは、それらが特許請求項の文字通りの言葉と実質的に異ならない等価な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に入るべく意図される。
１０ ガスタービンエンジン
１２ 中心線軸
１４ コアエンジン
１６ ファンセクション
１８ 外側ケーシング
２０ 環状入口
２２ ブースタ
２４ 圧縮機
２６ 燃焼器
２８ 第１のタービン
３０ 第１の駆動シャフト
３２ 第２のタービン
３４ 第２の駆動シャフト
３６ 排気ノズル
３８ ファンロータ
４０ ファンケーシング
４２ ガイドベーン
４４ ロータブレード
４６ 下流側セッション
４８ 空気流導管
５０ 矢印
５２ 入口
５４ 矢印
５６ 矢印
５８ 矢印
６０ 燃焼生成物
６２ 燃焼室
６４ 入口
６６ 出口
１００ ガスタービンエンジンアセンブリ
１０２ 圧縮機
１０４ 燃焼室
１０６ 高圧タービン
１０８ 低圧タービン
１１０ 高圧シャフト
１１２ 低圧シャフト
１１３ 発電機ロータ
１１４ 発電機
１１５ 発電機ステータ
１１６ ねじりダンパ
１１７ 機械的なダンパ
１１８ シャフト
１２０ コントローラ
１２２ 電力変換器
１２４ 電気的なダンパ
１２５ レジスタ
１２６ 電力バスダンパ構成要素
１２７ 電気回路
１２８ 能動負荷
１３０ コントローラ抵抗負荷
１３２ バスダンパ
１３４ エネルギー蓄積装置
１３６ 信号
１５０ 電力システム
１５２ 第１の慣性システム
１５４ 第２の慣性システム
１５６ シャフト
１５８ ねじりダンパ
１６０ コントローラ
２００ 方法
２０２ 方法ステップ
２０４ 方法ステップ
２０６ 方法ステップ
２０８ 方法ステップ
２１０ 方法ステップ

Claims (15)

  1. 流入空気の圧力を高めるように構成される圧縮機（２４）と、
    前記圧縮機（２４）から加圧空気流を受けるように構成される燃焼室（１０４）であって、前記加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、燃料が前記加圧空気流中へ注入されて点火される、燃焼室（１０４）と、
    前記燃焼室（１０４）から流れる燃焼生成物を受けるために前記燃焼室（１０４）に作用可能に結合されるタービン（１０６、１０８）と、
    シャフト（１１８）を介して前記タービン（１０６、１０８）のシャフトシステム（１１０、１１２）に結合される発電機（１１４）と、
    前記発電機（１１４）の前記シャフトシステム（１１０、１１２）のねじり振動を減衰させるように構成されるねじりダンパ（１１６）と、
    付加的な制振制御を前記発電機（１１４）に与えるように構成されるコントローラ（１２０）と、
    を備えるガスタービンエンジンアセンブリ。
  2. 前記ねじりダンパ（１１６）が機械的なダンパ（１１７）又は電気的なダンパ（１２４）のうちの少なくとも一方を備える請求項１記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  3. 前記機械的なダンパ（１１７）が粘性ダンパを備える請求項２記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  4. 前記粘性ダンパが前記シャフト（１１８）の周りで周方向に位置される請求項３記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  5. １つ以上の電気回路（１１７）を備える電力変換器（１２２）を更に備え、前記電気的なダンパ（１２４）が前記電力変換器（１２２）の前記電気回路（１１７）のうちの１つに組み込まれるレジスタ（１２５）を備える請求項１記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  6. 前記コントローラ（１２０）は、前記発電機（１１４）がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるように前記レジスタ（１２５）を制御するべく構成される請求項５記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  7. 前記発電機（１１４）がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるように構成される電力バスダンパ（１２６）を更に備える請求項５記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  8. 前記電力バスダンパ（１２６）は、能動負荷（１２８）、制御された抵抗負荷（１３０）、又は、エネルギー蓄積装置（１３４）のうちの少なくとも１つを備える請求項７記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  9. 前記コントローラ（１２０）は、力率を減らして前記発電機（１１４）の巻線及び接続ケーブルの内部の損失をもたらすことによって前記発電機（１１４）のねじり減衰を行なうために前記発電機（１１４）の力率を制御するように構成される請求項１記載のガスタービンエンジンアセンブリ。
  10. シャフト（１５６）を介して第２の慣性システム（１５４）に接続される第１の慣性システム（１５２）であって、前記第１の慣性システム（１５２）が前記第２の慣性システム（１５４）よりも大きく、前記第２の慣性システム（１５４）がデルタトルクとデルタ速度とのマイナスの比率を備える、第１の慣性システム（１５２）と、
    前記第１及び第２の慣性システム（１５２、１５４）間のねじり振動を減衰させるように構成されるねじりダンパ（１１６）と、
    を備える電力システム（１５０）。
  11. 前記第１及び第２の慣性システム（１５２、１５４）に付加的な制振制御を与えるように構成されるコントローラ（１２０）を更に備え、前記電力システム（１５０）は、ガスタービンエンジン（１０）、風力タービン、又は、蒸気タービンのうちの少なくとも１つを備える請求項１０記載の電力システム（１５０）。
  12. 前記第１の慣性システム（１５２）が発電機（１１４）を備え、前記第２の慣性システム（１５４）が発電機ドライバを備え、前記発電機ドライバは、低圧シャフトシステム、高圧シャフトシステム、又は、１つ以上のロータブレードのうちの少なくとも１つを備える請求項１１記載の電力システム（１５０）。
  13. ガスタービンエンジンアセンブリを動作させる方法（２００）であって、
    前記ガスタービンエンジンアセンブリの圧縮機（２４）によって空気を加圧するステップと、
    前記加圧空気を前記圧縮機（２４）から燃焼室（１０４）へ供給するステップと、
    前記加圧空気の温度及びエネルギーレベルを上げるために、前記燃焼室（１０４）内で燃料を前記加圧空気中へ注入して、前記燃料に点火するステップと、
    前記燃焼室（１０４）からの燃焼生成物を発電機（１１４）に結合されるタービンへ供給するステップと、
    前記発電機（１１４）と共に構成されるねじりダンパ（１１６）と発電機（１４）コントローラ（１２０）により与えられる付加的な制振制御とによって前記発電機（１１４）のシャフトシステムのねじり振動を減衰させるステップと、
    を備える方法（２００）
  14. ねじりダンパ（１１６）によって前記発電機（１１４）のシャフトシステムのねじり振動を減衰させる前記ステップは、機械的なダンパ（１１７）又は電気的なダンパ（１２４）のうちの少なくとも一方を提供することを更に備える請求項１３記載の方法（２００）。
  15. 前記電気的なダンパ（１２４）がレジスタ（１２５）を備え、前記方法は、
    前記電気的なダンパ（１２４）を前記発電機（１１４）の電力変換器（１２２）に組み込むステップと、
    前記発電機（１１４）がねじり相互作用の周波数で定電力負荷を有することを妨げるように、前記レジスタ（１２５）を前記コントローラ（１２０）により制御するステップと、
    を更に備える請求項１４記載の方法（２００）。
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