JP2017137999A - デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(atv) - Google Patents

デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(atv) Download PDF

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Abstract

【課題】デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(ATV)を提供する。【解決手段】デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(ATV)40は:ガス流吸入ポート44と;ガス流排出ポート46と;温度依存性伸縮自在素子52と;温度伸縮自在素子に結合されたロッド54と;ロッドの先端部に結合された弁体56であって、温度依存性伸縮自在素子が温度の変化に応じて弁体を移動させる、弁体とを含み;弁体は、冷却ガスの流れがガス流吸入ポートからガス流排出ポートへと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で温度依存性伸縮自在素子によって弁座から遠くへ移動される。【選択図】図3

Description

開示は、全体としてターボ機械に関し、とりわけ、デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(ATV)に関する。
タービンは、仕事を実行するために様々な航空機用途、産業用途、および発電用途において広く使用されている。各タービンは、周囲に載置された固定子静翼および回転動翼の交互の段を一般に含む。固定子静翼を、タービンを囲むケーシングなどの静止部品に取り付けることができ、回転動翼を、タービンの軸方向の中心線に沿って設置された回転子に取り付けることができる。蒸気、燃焼ガス、または空気などの圧縮された作業流体は、タービンを通るガス流路に沿って流れて、仕事を生み出す。固定子静翼は、回転動翼の引き続く段へと圧縮された作業流体を加速し、方向付けして、回転動翼に動きを伝え、このように回転子を回転させ、仕事を実行する。任意の圧縮された作業流体が所望の流れ流路の外へ半径方向に動く場合には、タービンの効率が低下することがある。結果として、タービンを囲んでいるケーシングは、しばしばセグメントに形成されるシュラウドの半径方向内側シェルを多くの場合に含む。シュラウドは、高温ガス流路の外周を囲みかつ画定し、固定子静翼および回転動翼の両者の周りに設置されることがある。
タービンシュラウドおよび他のタービンの構成要素(例えば、動翼、ノズル、等)は、典型的にはいくつかの方法で冷却されて、高温ガス流路により伝達される熱を除去する。上流の圧縮機からの圧縮空気などのガスを、1つまたは複数の冷却通路を含んでいる少なくとも1つの冷却回路を介して供給することができ、タービンシュラウドおよび他のタービンの構成要素を冷却することができる。
冷却通路を通過する冷却ガスの流量を制御するために、回動ピンを使用することができる。タービンの動作条件にしたがって回動ピンを使用して、冷却ガスの流量を制御することができる(例えば、暑い日には、より多くの冷却ガスの流量を必要とすることがあり、一方で寒い日にはより少ない冷却ガスの流量しか必要としないことがある)。このような流量制御を、回動ピンを手動で調節することによって行うことができ、必要に応じて冷却ガスの流量を調整することができる。
米国特許第9097084号明細書
開示の第1の態様は、デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(ATV)であって:ガス流吸入ポートと;ガス流排出ポートと;温度依存性伸縮自在素子と;温度伸縮自在素子に結合されたロッドと;ロッドの先端部に結合された弁体であり、温度依存性伸縮自在素子が温度の変化に応じて弁体を移動させる、弁体とを含み;弁体は、冷却ガスの流れがガス流吸入ポートからガス流排出ポートへと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で温度依存性伸縮自在素子によって弁座から遠くへ移動される、自動熱動弁を提供する。
開示の第2の態様は、タービン用の冷却システムであって:タービンの構成要素を冷却するための冷却回路と;デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁であり、自動熱動弁が:ガス流吸入ポートと;ガス流排出ポートと;温度依存性伸縮自在素子と;温度伸縮自在素子に結合されたロッドと;ロッドの先端部に結合された弁体であり、温度依存性伸縮自在素子が温度の変化に応じて弁体を移動させる、弁体とを備え;弁体は、冷却ガスの流れが冷却回路の中へとガス流吸入ポートからガス流排出ポートへと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で温度依存性伸縮自在素子によって弁座から遠くへ移動される、自動熱動弁とを含む、冷却システムを提供する。
開示の第3の態様は、タービンのデュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁システムであって:ガス流吸入ポートと;ガス流排出ポートと;温度依存性伸縮自在素子と;温度伸縮自在素子に結合されたロッドと;ロッドの先端部に結合された弁体であり、温度依存性伸縮自在素子が温度の変化に応じて弁体を移動させる、弁体とを含み;弁体は、冷却ガスの流れがガス流吸入ポートからガス流排出ポートへと通過することを可能にする温度の範囲よりも上の温度で温度依存性伸縮自在素子によって弁座から遠くへ移動される、第1の自動熱動弁と;ガス流吸入ポートと;ガス流排出ポートと;温度依存性伸縮自在素子と;第2の自動熱動弁の温度伸縮自在素子に結合されたロッドと;第2の自動熱動弁のロッドの先端部に結合された弁体であり、第2の自動熱動弁の温度依存性伸縮自在素子が温度の変化に応じて第2の自動熱動弁の弁体を移動させる、弁体とを含み;第2の自動熱動弁の弁体は、冷却ガスの流れが第2の自動熱動弁のガス流吸入ポートから第2の自動熱動弁のガス流排出ポートへと通過することを可能にする温度の範囲よりも下の温度で第2の自動熱動弁の温度依存性伸縮自在素子によって第2の自動熱動弁の弁座から遠くへ移動される、第2の自動熱動弁とを含む、自動熱動弁システムを提供する。
本開示の例示的な態様は、本明細書において説明する問題および/または論じていない他の問題を解決するように設計されている。
本開示のこれらの特徴および他の特徴は、開示の様々な実施形態を描いている添付の図面とともに開示の様々な態様の下記の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
実施形態による、ガスタービンシステムの模式図である。 実施形態による、タービンバケットおよびシュラウドの図である。 実施形態による、閉じた構成の自動熱動弁(ATV)の図である。 実施形態による、高温雰囲気変調流量構成での図3のATVの図である。 実施形態による、低温雰囲気変調流量構成での図3のATVの図である。 実施形態による、弁体の図である。 実施形態による、冷却ガスの流量の温度に基づく変調を図説するチャートである。 実施形態による、タービンバケットおよびシュラウドの図である。 実施形態による、閉じた構成でのATVの図である。 実施形態による、開いた構成での図9のATVの図である。 実施形態による、図9のATVの端部の図である。 実施形態による、開いた構成での図9のATVの端部の図である。 実施形態による、閉じた構成でのATVの図である。 実施形態による、開いた構成での図13のATVの図である。
開示の図面が正確な縮尺ではないことに留意されたい。図面は、開示の典型的な態様だけを描いているものであり、したがって、開示の範囲を限定するように考えるべきではない。図面では、類似の参照番号は、図面間で類似の要素を表している。
開示は、全体としてターボ機械に関し、とりわけ、デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁(ATV)に関する。
類似の参照番号がいくつかの図の全体を通して類似の要素を参照している図面をここで参照して、図1は、本明細書において使用することができるようなガスターボ機械2の模式図を示している。ガスターボ機械2は、圧縮機4を含むことができる。圧縮機4は、入ってくる空気6の流れを圧縮する。圧縮機4は、燃焼器10へと圧縮空気8の流れを配送する。燃焼器10は、圧縮空気8の流れを燃料12の加圧された流れと混合し、混合物に点火して、燃焼ガス14の流れを作り出す。1つの燃焼器10だけが示されているに過ぎないが、ガスタービンシステム2は、任意の数の燃焼器10を含むことができる。燃焼ガス14の流れを、タービン16へと順に配送する。燃焼ガス14の流れは、タービン16を駆動させて、機械的な仕事を生み出す。タービン16において生み出された機械的な仕事は、シャフト18を介して圧縮機4を駆動させ、発電機、等などの、外部負荷20を駆動させるために使用されてもよい。
タービン16(図1)のタービンバケット22の例が図2に描かれている。タービンバケット22は、ベース24およびベース24に結合されベースから外に向かって半径方向に延伸する動翼26を含む。シュラウド28を、動翼26に隣接して配置して、タービンバケット22をバイパスし、何も有用な仕事を生み出さない燃焼ガスの流れを制限する。シュラウド28を、ケーシング(図示せず)に取り付けることができる。
シュラウド28、動翼26、および/または高温ガス経路内の他のタービン構成要素を、冷却ガス30(例えば、空気)の流れを使用して冷却することができる。冷却ガス30の流れを、ガスターボ機械2の圧縮機4により供給することができ、冷却通路のセットを介してシュラウド28、動翼26、および/または他のタービン構成要素へと/の中へと供給することができる。シュラウド28の1つのこのような冷却通路32が、図2に描かれている。
実施形態によれば、受動冷却流量変調を実現する自動熱動弁(ATV)40のセット(すなわち、1つまたは複数)を使用して、タービン16の様々な構成要素の中への/を通る冷却ガス30の流れを制御することができる。例えば、暑い日のホイールスペース(WS)および金属温度制御用のならびに寒い日の逆流マージン(BFM)流量制御のための受動流量変調を実現するために、ATV40を使用することができる。ATV40は、このような受動流量変調を実現することができない上記の回動ピンに関する必要性を排除する。1つのATV40だけが図2に描かれているに過ぎないが、任意の数のATV40を使用して、タービン16の冷却ガスの流れを制御することができる。ATV40により実現された受動流量変調は、タービン16の動作範囲の全体にわたって冷却流量を節約することを実現し、タービン16の出力および効率を改善する。さらに、回動ピンとは異なり、ATV40は、異なる動作条件に対して手動の現場チューニングを必要とせず、これによって動作コストを削減する。
デュアルモード受動冷却流量変調を実現するためのATV40が、図3〜図5に描かれている。示したように、ATV40は、1つまたは複数のガス流吸入ポート44およびガス流排出ポート46を含んでいる弁部分42を含む。ATV40は、熱膨張性材料52を収容しているベローズまたは他の伸縮自在素子50を取り囲んでいるハウジング48をさらに含む。熱膨張性材料52は、例えば、シリコン熱伝達流体を含むことができる。(例えば、1300°F(704℃)までの)タービン16の動作温度で安定である任意の他の適切な熱膨張性材料52をやはり使用することができる。
伸縮自在素子50をロッド54に結合する。弁体56を、ロッド54の先端部に設ける。図6に描かれたように、弁体56は、例えば、外側表面58を含んでいる中央円柱状部分64、および対向する円錐台形端部部分66、68を含むことができる。本明細書において説明する機能を実現することが可能な弁体56の他の適切な構成をやはり使用することができる。
一般に、必須ではないが、冷却ガス30の流れの固定部分30Fixed(図2)を、冷却する目的で下流の冷却通路32(図2)に供給することができる。冷却ガス30の流れの追加の変調部分30Mod(図2)を、雰囲気温度および/または他の要因に応じて、ATV40を介して下流の冷却通路32へと選択的に供給することができる。
ATV40は、図3には閉じた構成で示されている。すなわち、閉じた構成では、弁体56の外側側面58の少なくとも一部分が、弁座60の少なくとも一部分と係合する。閉じた構成では、冷却空気30Modの流れは、ガス流吸入ポート44から弁座開口部62およびガス流排出ポート46を通って下流の冷却通路32の中へと流れることができない。
図7を一時的に参照して、実施形態による、ATV40を通る冷却ガス30Modの流量の温度に基づく変調を図示しているチャートが示されている。上に述べたように、ATV40を通る冷却ガス30Modの流量は、固定流量の冷却ガス30Fixedへの追加であってもよい。ATV40を通る冷却ガス30Modの流れがないチャートのセクションAは、(例えば、図3に示したように)第1の温度の範囲にわたって閉じた構成であるATV40に対応する。
図4をここで参照して、ATV40における温度の上昇は、伸縮自在素子50内の熱膨張性材料52を膨張させる。これは、矢印70により示したように伸縮自在素子50をハウジング48内で拡張させ、ロッド54および弁体56をガス流排出ポート46に向けて弁座60から横方向に遠くへと強引に押し進める。弁体56の中央円柱状部分64の外側表面58がもはや弁座60に接触しなくなると、冷却ガス30Modの流れは、ガス流吸入ポート44から弁座開口部62およびガス流排出ポート46を通って下流の冷却通路32(図2)の中へと流れ始める。(温度がさらに上昇するので)弁体56が弁座60からさらに遠ざかるにつれて、より大きな流れ面積が弁体56の円錐台形端部部分66と弁座60との間に形成されるので、冷却ガス30Modの流量は増加する。図7のチャートのセクションBは、第2のより高い温度の範囲について、ATV40を通る冷却ガス30Modの流量の増加を描いている。
図5に描かれたように、温度の低下は、伸縮自在素子50内の熱膨張性材料52を収縮させる。これは、矢印72により示したように、伸縮自在素子50をハウジング48内で収縮させ、ロッド54および弁体56を弁座60およびガス流排出ポート46から横方向に遠くへと強引に押し進める。弁体56の中央円柱状部分64の外側表面58がもはや弁座60に接触しなくなると、冷却ガス30Modの流れは、ガス流吸入ポート44から弁座開口部62およびガス流排出ポート46を通って下流の冷却通路32(図2)の中へと流れ始める。(温度がさらに低下するので)弁体56が弁座60からさらに遠ざかるにつれて、より大きな流れ面積が弁体56の円錐台形端部部分68と弁座60との間に形成されるので、冷却ガス30Modの流量は増加する。図7のチャートのセクションCは、第3のより低い温度の範囲について、ATV40を通る冷却ガス30Modの流量の増加を描いている。
図3〜図5に描かれているように、ATV40は、弁体56の温度に依存する移動に応じた冷却ガス30Modの流量を実現する。弁体56の構成は、冷却ガス30ModがATV40を通って流れることを可能にし、BFM(寒い日)を制御することおよびWS温度(暑い日)を制御することの2つの機能を働き、これによってデュアルモード機能を実現する。
下記に詳細に記すように、実施形態によれば、類似の機能を、2つの別個のATVを並列に使用して実現することができ、ここではATVのうちの一方(例えば、ATV140A、図8)は、高温では開いた位置へと弁体を移動させる(そして弁体は低温では閉じられる)ように構成され、他方で第2のATV(例えば、ATV140B、図8)は、低温では開いた状態へと弁体を移動させる(そして弁体は高温では閉じられる)ように構成される。ATV140A、140Bによって実現される受動流量変調は、タービン16の動作範囲の全体にわたって冷却流量を節約することを実現し、タービン16の出力および効率を改善する。さらに、回動ピンとは異なり、ATV140A、140Bは、手動の現場チューニングを必要とせず、これによって動作コストを削減する。
ATV140Aは、図9では閉じた構成で、図10では開いた構成で描かれている。ATV140Aは、1つまたは複数のガス流吸入ポート144およびガス流排出ポート146を含んでいる弁部分142を含む。ATV140Aは、熱膨張性材料152を収容しているベローズまたは他の伸縮自在素子150を取り囲んでいるハウジング148をさらに含む。熱膨張性材料152は、例えば、シリコン熱伝達流体を含むことができる。(例えば、1300°F(704℃)までの)タービン16の動作温度で安定である任意の他の適切な熱膨張性材料152をやはり使用することができる。
伸縮自在素子150をロッド154に結合する。弁体156を、ロッド154の先端部に設ける。図9に描かれたように、弁体156は、内側へ向けられた円弧状表面158を有することができる。本明細書において説明する機能を実現することが可能な弁体156の他の適切な構成をやはり使用することができる。
ATV140Aは、図9および図11では閉じた構成で示されている。閉じた構成では、弁体156の円弧状表面158は、ガス流排出ポート146に隣接して形成された対応する円形弁座160を密封するように係合する。一般に、弁体156および弁座160は、ガス流排出ポート146を通るガスの流れを遮断するシールを形成することが可能な任意の適切な構成を有することができる。閉じた構成では、冷却ガス30Modの流れは、ガス流吸入ポート144からガス流排出ポート146を通って下流の冷却通路32(図8)の中へと流れることができない。
図10および図12をここで参照して、ATV140Aのところでの温度の上昇は、伸縮自在素子150内の熱膨張性材料152を膨張させる。これは、矢印170により示したように伸縮自在素子150をハウジング148内で拡張させ、ロッド154および弁体156を弁座160およびガス流排出ポート146から横方向に遠くへと強引に押し進める。弁体156の円弧状表面158がもはや弁座160に対してシールを形成しなくなると、冷却ガス30Modの流れは、ガス流吸入ポート144からガス流排出ポート146を通りそして下流の冷却通路32(図8)の中へと流れる。(例えば、温度のさらなる上昇に応じて)弁体156が弁座160からさらに遠ざかるにつれて、より大きな流れ面積が弁体156の円弧状表面158と弁座160との間に形成されるので、冷却ガス30Modの流量は増加する。
ATV140Bは、図13では閉じた構成で、図14では開いた構成で描かれている。ATV140Bは、1つまたは複数のガス流吸入ポート244およびガス流排出ポート246を含んでいる弁部分242を含む。ATV140Bは、熱膨張性材料152を収容しているベローズまたは他の伸縮自在素子150を取り囲んでいるハウジング148をさらに含む。熱膨張性材料152は、例えば、シリコン熱伝達流体を含むことができる。(例えば、1300°F(704℃)までの)タービン16の動作温度で安定である任意の他の適切な熱膨張性材料152をやはり使用することができる。
伸縮自在素子150をロッド154に結合する。弁体256を、ロッド154の先端部に設ける。図13に描かれたように、弁体256は、外側へ向けられた円弧状表面258を有することができる。本明細書において説明する機能を実現することが可能な弁体256の別の適切な構成をやはり使用することができる。
ATV140Bは、図13では閉じた構成で示されている。閉じた構成では、弁体256の円弧状表面258は、ガス流排出ポート246に隣接して形成された対応する円形弁座260を密封するように係合する。一般に、弁体256および弁座260は、ガス流排出ポート246を通るガスの流れを遮断するシールを形成することが可能な任意の適切な構成を有することができる。閉じた構成では、冷却ガス30Modの流れは、ガス流吸入ポート244からガス流排出ポート246を通って下流の冷却通路32(図8)の中へと流れることができない。
図14をここで参照して、ATV140Bのところでの温度の低下は、伸縮自在素子150内の熱膨張性材料152を収縮させる。これは、矢印172により示したように、伸縮自在素子150をハウジング148内で収縮させ、ロッド154および弁体156を弁座260およびガス流排出ポート246から横方向に遠くへと強引に押し進める。弁体256の円弧状表面258がもはや弁座260に対してシールを形成しなくなると、冷却ガス30Modの流れは、ガス流吸入ポート244からガス流排出ポート246を通りそして下流の冷却通路32(図8)の中へと流れる。(例えば、温度のさらなる低下に応じて)弁体256が弁座260からさらに遠ざかるにつれて、より大きな流れ面積が弁体256の円弧状表面258と弁座260との間に形成されるので、冷却ガス30Modの流量は増加する。
実施形態によれば、受動自動圧力弁(APV)を、上に説明したATV弁40、140の代わりにまたは組み合わせて使用することができる。このようなAPVは、温度の変化によってではなく、圧力の変化によって作動される。
様々な実施形態では、相互に「結合されている」と記述した構成要素を、1つまたは複数の界面に沿って接合することができる。いくつかの実施形態では、これらの界面は、別個の構成要素間の接合部を含むことができ、別のケースでは、これらの界面は、堅固におよび/または統合的に形成された相互接続部を含むことができる。すなわち、いくつかのケースでは、相互に「結合されている」構成要素を、同時に形成することができ、1つの連続する部材を画定する。しかしながら、別の実施形態では、これらの結合された構成要素を、別々の部材として形成することが可能であり、そして知られているプロセス(例えば、締付け、超音波溶接、ボンディング)を介して後で接合させることが可能である。
要素または層が、もう1つの要素の「上に」、「係合されて」、「接続されて」または「結合されて」いると言われるときには、他の要素の直接上に、係合されて、接続されて、もしくは結合されてもよく、または介在する要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が、もう1つの要素の「直接上に」、「直接係合されて」、「直接接続されて」または「直接結合されて」いると言われるときには、介在する要素または層が存在しなくてもよい。要素間の関係を記述するために使用する他の言葉(例えば、「間に」に対して「直接間に」、「隣接して」に対して「直接隣接して」、等)は、同様の方法で解釈されるべきである。本明細書において使用したように、「および/または」という用語は、関係する列挙した項目のうちの1つまたは複数の任意の組合せおよびすべての組合せを含む。
本明細書において使用した用語法は、特定の実施形態だけを説明する目的のためであり、開示を限定するものではない。本明細書において使用したように、「1つ(a)」、「1つ(an)」および「その(the)」という単数形は、文脈が別なふうに明らかに指示しない限り、同様に複数形を含むものとする。「備える(comprises)」および/または「備えている(comprising)」という用語は、この明細書で使用するときに、述べた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を特定するが、1つまたは複数の別の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
この明細書は、最良の形態を含む発明を開示するため、ならびにいかなる当業者でも、任意の装置またはシステムを作成することや使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含む本発明を実行することをやはり可能にするために例を使用する。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、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。このような別の例が特許請求の範囲の文面から逸脱しない構造的要素を有する場合、またはこのような別の例が特許請求の範囲の文面とは実質的ではない差異しか有さない等価な構造的要素を含む場合には、このような別の例は、特許請求の範囲の範囲内であるものとする。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁であって、
ガス流吸入ポート(44、144、244)と、
ガス流排出ポート(46、146、246)と、
温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
を備え、
前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30)の流れが前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
自動熱動弁。
[実施態様2]
前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過する前記冷却ガス(30)の流量は、前記温度が前記温度の範囲から離れるにつれて増加する、実施態様1記載の自動熱動弁。
[実施態様3]
前記弁体(56、156、256)は、前記冷却ガス(30)の流れが前記温度の範囲内の温度で前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと流れることを遮断するために前記弁座(60、160、260)と係合する、実施態様1記載の自動熱動弁。
[実施態様4]
前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、熱膨張性材料(52、152)を収容する、実施態様1記載の自動熱動弁。
[実施態様5]
前記熱膨張性材料(52、152)が、シリコン熱伝達流体を含む、実施態様4記載の自動熱動弁。
[実施態様6]
前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、ベローズを備える、実施態様1記載の自動熱動弁。
[実施態様7]
前記弁体(56、156、256)が、中央円柱状部分(64)および対向する円錐台形端部部分を含む、実施態様1記載の自動熱動弁。
[実施態様8]
タービン(16)用の冷却システムであって、
前記タービン(16)の少なくとも1つの構成要素を冷却するための冷却回路と、
デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁であり、前記自動熱動弁が、
ガス流吸入ポートと、
ガス流排出ポート(46、146、246)と、
温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
を備え、
前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30、30Fixed、30Mod)の流れが前記冷却回路の中へと前記ガス流吸入ポートから前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
自動熱動弁と
を具備する、冷却システム。
[実施態様9]
前記ガス流吸入ポートから前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過する前記冷却ガス(30)の流量は、前記温度が前記温度の範囲から離れるにつれて増加する、実施態様8記載の冷却システム。
[実施態様10]
前記弁体(56、156、256)は、前記冷却ガス(30)の流れが前記温度の範囲内の温度で前記ガス流吸入ポートから前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと流れることを遮断するために前記弁座(60、160、260)と係合する、実施態様8記載の冷却システム。
[実施態様11]
前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、熱膨張性材料(52、152)を収容する、実施態様8記載の冷却システム。
[実施態様12]
前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、ベローズを備える、実施態様8記載の冷却システム。
[実施態様13]
前記弁体(56、156、256)が、中央円柱状部分(64)および対向する円錐台形端部部分を含む、実施態様8記載の冷却システム。
[実施態様14]
タービン(16)のデュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁システムであって、
ガス流吸入ポートと、
ガス流排出ポート(46、146、246)と、
温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
を含み、
前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30、30Fixed、30Mod)の流れが前記ガス流吸入ポートから前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする温度の範囲よりも上の温度で前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
第1の自動熱動弁と、
ガス流吸入ポートと、
ガス流排出ポート(46、146、246)と、
温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
第2の自動熱動弁の前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
前記第2の自動熱動弁の前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記第2の自動熱動弁の前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記第2の自動熱動弁の前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
を含み、
前記第2の自動熱動弁の前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30、30Fixed、30Mod)の流れが前記第2の自動熱動弁の前記ガス流吸入ポートから前記第2の自動熱動弁の前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする前記温度の範囲よりも下の温度で前記第2の自動熱動弁の前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって前記第2の自動熱動弁の弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
第2の自動熱動弁と
を備える、自動熱動弁システム。
[実施態様15]
前記第1の自動熱動弁の前記ガス流吸入ポートから前記第1の自動熱動弁の前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過する前記冷却ガス(30)の流量は、前記温度が前記温度の範囲よりも上に上昇するにつれて増加し、前記第2の自動熱動弁の前記ガス流吸入ポートから前記第2の自動熱動弁の前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過する前記冷却ガス(30)の流量は、前記温度が前記温度の範囲よりも下に低下するにつれて増加する、実施態様14記載の自動熱動弁システム。
[実施態様16]
前記第1の自動熱動弁の前記弁体(56、156、256)は、前記冷却ガス(30)の流れが前記温度の範囲内の温度で前記第1の自動熱動弁の前記ガス流吸入ポートから前記第1の自動熱動弁の前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと流れることを遮断するために前記第1の自動熱動弁の前記弁座(60、160、260)と係合し、前記第2の自動熱動弁の前記弁体(56、156、256)は、前記冷却ガス(30)の流れが前記温度の範囲内の温度で前記第2の自動熱動弁の前記ガス流吸入ポートから前記第2の自動熱動弁の前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと流れることを遮断するために前記第2の自動熱動弁の前記弁座(60、160、260)と係合する、実施態様14記載の自動熱動弁システム。
[実施態様17]
前記第1の自動熱動弁および前記第2の自動熱動弁のうちの少なくとも一方の前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、熱膨張性材料(52、152)を収容する、実施態様14記載の自動熱動弁システム。
[実施態様18]
前記第1の自動熱動弁および前記第2の自動熱動弁のうちの少なくとも一方の前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、ベローズを備える、実施態様14記載の自動熱動弁システム。
[実施態様19]
前記第1の自動熱動弁および前記第2の自動熱動弁が、タービンの冷却システムに結合される、実施態様14記載の自動熱動弁システム。
2 ガスタービンシステム
4 圧縮機
6 空気
8 圧縮空気
10 燃焼器
12 燃料
14 燃焼ガス
16 タービン
18 シャフト
20 外部負荷
22 タービンバケット
24 ベース
26 動翼
28 シュラウド
30 冷却ガス
32 冷却通路
40 自動熱動弁
42 弁部分
44 ガス流吸入ポート
46 ガス流排出ポート
48 ハウジング
50 伸縮自在素子
52 熱膨張性材料
54 ロッド
56 弁体
58 外側表面
60 弁座
62 弁座開口部
64 中央円柱状部分
66 円錐台形端部部分
68 円錐台形端部部分
70 矢印
72 矢印
140 ATV弁
142 弁部分
144 ガス流吸入ポート
146 ガス流排出ポート
148 ハウジング
150 伸縮自在素子
152 熱膨張性材料
154 ロッド
156 弁体
158 円弧状表面
160 弁座
170 矢印
172 矢印
242 弁部分
244 ガス流吸入ポート
246 ガス流排出ポート
256 弁体
258 円弧状表面
260 弁座

Claims (9)

  1. デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁であって、
    ガス流吸入ポート(44、144、244)と、
    ガス流排出ポート(46、146、246)と、
    温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
    前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
    前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
    を備え、
    前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30)の流れが前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
    自動熱動弁。
  2. 前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過する前記冷却ガス(30)の流量は、前記温度が前記温度の範囲から離れるにつれて増加する、請求項1記載の自動熱動弁。
  3. 前記弁体(56、156、256)は、前記冷却ガス(30)の流れが前記温度の範囲内の温度で前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと流れることを遮断するために前記弁座(60、160、260)と係合する、請求項1記載の自動熱動弁。
  4. 前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、熱膨張性材料(52、152)を収容する、請求項1記載の自動熱動弁。
  5. 前記熱膨張性材料(52、152)が、シリコン熱伝達流体を含む、請求項4記載の自動熱動弁。
  6. 前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が、ベローズを備える、請求項1記載の自動熱動弁。
  7. 前記弁体(56、156、256)が、中央円柱状部分(64)および対向する円錐台形端部部分を含む、請求項1記載の自動熱動弁。
  8. タービン(16)用の冷却システムであって、
    前記タービン(16)の少なくとも1つの構成要素を冷却するための冷却回路と、
    デュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁であり、前記自動熱動弁が、
    ガス流吸入ポートと、
    ガス流排出ポート(46、146、246)と、
    温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
    前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
    前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
    を備え、
    前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30、30Fixed、30Mod)の流れが前記冷却回路の中へと前記ガス流吸入ポート(44、144、244)から前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする温度の範囲よりも上および下の温度で前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
    自動熱動弁と
    を具備する、冷却システム。
  9. タービン(16)のデュアルモード受動冷却流量変調用の自動熱動弁システムであって、
    ガス流吸入ポートと、
    ガス流排出ポート(46、146、246)と、
    温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
    前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
    前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
    を含み、
    前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30、30Fixed、30Mod)の流れが前記ガス流吸入ポートから前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする温度の範囲よりも上の温度で前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
    第1の自動熱動弁と、
    ガス流吸入ポートと、
    ガス流排出ポート(46、146、246)と、
    温度依存性伸縮自在素子(50、150)と、
    第2の自動熱動弁の前記温度伸縮自在素子(50、150)に結合されたロッド(54、154)と、
    前記第2の自動熱動弁の前記ロッド(54、154)の先端部に結合された弁体(56、156、256)であり、前記第2の自動熱動弁の前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)が温度の変化に応じて前記第2の自動熱動弁の前記弁体(56、156、256)を移動させる、弁体(56、156、256)と
    を含み、
    前記第2の自動熱動弁の前記弁体(56、156、256)は、冷却ガス(30、30Fixed、30Mod)の流れが前記第2の自動熱動弁の前記ガス流吸入ポートから前記第2の自動熱動弁の前記ガス流排出ポート(46、146、246)へと通過することを可能にする前記温度の範囲よりも下の温度で前記第2の自動熱動弁の前記温度依存性伸縮自在素子(50、150)によって前記第2の自動熱動弁の弁座(60、160、260)から遠くへ移動される、
    第2の自動熱動弁と
    を備える、自動熱動弁システム。
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