JP2022077025A - ガスタービンエンジンと共に使用される支持基礎内の温度を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機械と共に使用するための基礎温度制御システムを提供する。【解決手段】回転機械（１００）と共に使用するための基礎温度制御システム（１３６）が、回転機械と基礎との間に位置する。基礎温度制御システムは、熱シールド（１４４）と、熱シールドの下方に位置する断熱パック（１４６）と、熱シールドおよび断熱パックによって少なくとも部分的に画定されたエアギャップ（１４８）とを含む。熱シールド、断熱パック、およびエアギャップは、回転機械を支持する基礎の温度を基礎の最大定格動作温度未満に維持することを容易にするように配向される。【選択図】図１

Description

本開示の分野は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンと共に使用される支持基礎の温度を制御することに関する。

少なくともいくつかの既知の回転機械では、タービン内のガス流から抽出されたエネルギーが、機械的負荷に動力を供給するために使用される。具体的には、少なくともいくつかの既知の回転機械は、直列流れ配置で配置された圧縮機セクション、燃焼器セクション、およびタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、燃焼器セクション内での燃料との燃焼のために空気を圧縮し、タービンセクションは、燃焼器セクションで生成された燃焼ガスからエネルギーを抽出する。燃焼器セクションおよびタービンセクションは、燃焼ガスからの熱を放射する。燃焼器セクションおよびタービンセクション内で発生した熱は、回転機械から、回転機械を支持するために使用される基礎へと放射される場合がある。

少なくともいくつかの既知のタービン支持基礎は、基礎が回転機械を支持することができると評価される最高動作温度を表す最大定格動作温度で製造される。しかしながら、例えば、改良品または交換品が設置されると、少なくともいくつかの回転機械は、基礎の動作温度が最大定格動作温度を超えて上昇し得る十分な熱を放射する場合がある。したがって、基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持するためのシステムを考案することが望ましい。

一態様では、回転機械と共に使用するための基礎温度制御システムが提供される。基礎温度制御システムは、回転機械と回転機械を支持する基礎との間に位置する。基礎温度制御システムは、熱シールドと、熱シールドの下方に位置する断熱パックと、熱シールドおよび断熱パックによって少なくとも部分的に画定されたエアギャップとを含む。熱シールド、断熱パック、およびエアギャップは、回転機械を支持する基礎の温度を基礎の最大定格動作温度未満に維持することを容易にするように配向される。

別の態様では、回転機械が提供される。回転機械は、圧縮機と、燃焼器と、基礎と、基礎温度制御システムとを含む。圧縮機は、吸入空気の流れを圧縮するように構成される。燃焼器は、吸入空気の流れおよび燃料の流れを受け取り、燃料の流れを空気の流れで燃焼させることによって熱を生成するように構成される。熱は、回転機械から放射される。基礎は、回転機械を支持するように構成される。基礎温度制御システムは、回転機械と基礎との間に位置する。基礎温度制御システムは、熱シールドと、熱シールドの下方に位置する断熱パックと、熱シールドおよび断熱パックによって少なくとも部分的に画定されたエアギャップとを含む。熱シールド、断熱パック、およびエアギャップは、基礎の温度を基礎の最大定格動作温度未満に維持する。

別の態様では、支持システムによって支持される既存の回転機械を新しい回転機械に交換する方法が提供される。支持システムは、基礎を含み、そして、基礎上に設置された、複数の垂直支持体と、複数の水平支持体と、複数の水平支持体を支持する複数のベースパッドとを含む。本方法は、既存の回転機械を支持システムから取り外すステップを含む。本方法は、支持システム内に基礎温度制御システムを設置するステップをさらに含む。基礎温度制御システムは、熱シールドと、断熱パックと、熱シールドおよび断熱パックによって少なくとも部分的に画定されたエアギャップとを含む。本方法はまた、基礎温度制御システムが支持システムと新しい回転機械との間にあるように、新しい回転機械を支持システムに設置するステップを含む。動作中、新しい回転機械は基礎に向かって熱を放射し、そして、熱シールド、断熱パック、およびエアギャップが、基礎の温度を基礎の最大定格動作温度未満に維持する。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して以下の発明を実施するための形態を読むとより良く理解され、添付図面では、図面全体にわたって、同様の文字は同様の部分を表す。

基礎によって支持される、例示的な回転機械の概略図である。 図１に示す回転機械の概略端面図である。 図２に示す回転機械と共に使用される熱シールドの概略断面図である。 図２に示す回転機械と共に使用される断熱パックの概略断面図である。 基礎によって支持される既存の回転機械を、図１に示す回転機械と交換する例示的な方法の流れ図である。

特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を図示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むものではない。

以下の明細書および特許請求の範囲において、いくつかの用語が参照されるが、これらの用語は以下の意味を有すると定義されるものとする。

単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。

別段の指示がない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「約」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度のみに適用され得ることを示す。したがって、「約」、「およそ」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界が特定されてもよい。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、その範囲に含まれるすべての部分範囲を含む。

加えて、別途指定のない限り、「第１の」、「第２の」、などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する項目について順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」項目への言及は、例えば、「第１の」もしくはより小さい番号の項目、または「第３の」もしくはより大きい番号の項目の存在を要求するものではなく、または排除するものでもない。

本明細書で使用する場合、「軸方向の」および「軸方向に」という用語は、回転機械の長手方向軸に対して実質的に平行に延びる方向および向きを指す。また、「半径方向の」および「半径方向に」という用語は、回転機械の長手方向軸に対して実質的に垂直に延びる方向および向きを指す。加えて、本明細書で使用する場合、「円周方向の」および「円周方向に」という用語は、回転機械の長手方向軸の周りに円弧状に延びる方向および向きを指す。さらに、本明細書で使用する場合、「上流」という用語は、回転機械の前方端部または入口端部を指し、「下流」という用語は、回転機械の後方端部または排気端部を指す。構成要素を通る流体の流れを説明する場合、流体が流れてくる方向は「上流」として説明され、流体が流れていく方向は「下流」として説明される。

本明細書に記載の方法およびシステムは、回転機械を支持するために使用される基礎の温度を維持または制御して、基礎がその最大定格動作温度未満のままであることを容易にするために使用されるシステムおよび方法に関する。より具体的には、例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンは、直列流れ配置で配置された圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。圧縮機は空気を燃焼器に導き、燃焼器は燃料の流れを空気と燃焼させて熱を生成する。熱の少なくとも一部は、回転機械から、回転機械を支持する基礎に向かって放射される。そのため、動作中、基礎の温度は上昇する。しかしながら、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用して、基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持することができる。最大定格動作温度は、回転機械を支持できると評価された基礎の最高動作温度である。

例示的な実施形態では、本明細書に記載の基礎温度制御システムは、熱シールドと、熱シールドと断熱パックとの間に少なくとも部分的にエアギャップが画定されるように位置する断熱パックとを含む。したがって、例示的な実施形態では、基礎温度制御システムは、回転機械の動作中に基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持することを容易にするように配置された層状断熱システムである。より具体的には、熱シールドおよび断熱パックはそれぞれ伝導によって熱を伝達し、エアギャップは対流熱伝達を可能にする。したがって、基礎温度制御システムは、対流および伝導機構を用いて、熱の伝達に抵抗する。

例示的な実施形態では、回転機械は、複数の垂直支持体と、複数の水平支持体と、複数のベースパッドと、基礎とを含む支持システムによって支持される。少なくともいくつかの既知の既存の回転機械は、より高い動作温度で動作するより新しいまたは異なる回転機械と交換される場合がある。交換用の回転機械の動作温度がより高いと、基礎の温度がその最大定格動作温度を超えて上昇する場合がある。しかしながら、既存の基礎の温度の制御を容易にするために、本明細書に記載の基礎温度制御システムは、既存の基礎を変更することなく、新しいまたは既存の支持システム内に設置することができる。したがって、本明細書に記載の基礎温度制御システムは、既存の基礎を実質的に変更することなく、既存の回転機械をより新しいまたは異なる回転機械と交換することを可能にし、したがって資本コストを削減し、施工時間を短縮する。

図１は、例示的な回転機械１００、すなわち、ターボ機械、より具体的にはタービンエンジンの概略図である。例示的な実施形態では、回転機械１００は、ガスタービンエンジンである。あるいは、回転機械は、限定はしないが、蒸気タービンエンジン、ガスターボファン航空機エンジン、他の航空機エンジン、風力タービン、圧縮機、またはポンプを含む、任意の他のタービンエンジンおよび／または回転機械であってもよい。例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１００は、吸気セクション１０２と、吸気セクション１０２の下流に結合された圧縮機セクション１０４と、圧縮機セクション１０４の下流にある燃焼器セクション１０６と、燃焼器セクション１０６の下流にあるタービンセクション１０８と、タービンセクション１０８の下流にある排気セクション１１０とを含む。タービンセクション１０８は、ロータシャフト１１２を介して圧縮機セクション１０４に結合される。

本明細書で使用する場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的、熱的、電気的、および／または流れ連通接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的、熱的、電気的、および／または流れ連通接続も含むことができることに留意されたい。例示的な実施形態では、燃焼器セクション１０６は、複数の燃焼器１１４を含む。燃焼器セクション１０６は、各燃焼器１１４が圧縮機セクション１０４と流れ連通するように、圧縮機セクション１０４に結合される。ロータシャフト１１２は、限定はしないが、発電機および／または機械的駆動用途などの負荷１１６にさらに結合される。例示的な実施形態では、圧縮機セクション１０４およびタービンセクション１０８の各々は、ロータシャフト１１２に結合される少なくとも１つのロータアセンブリ１１８を含む。

例示的な実施形態では、回転機械１００はまた、基礎１３２と、複数の支持体１３４と、基礎温度制御システム１３６とを含む支持システム１３０を含む。基礎１３２は、回転機械１００が載置される基礎となるベースまたは支持構造である。具体的には、本実施の形態において、基礎１３２は、回転機械１００を支持するコンクリートパッドである。より具体的には、図示の実施形態では、基礎１３２は、限定はしないが、鉄筋などの補強材料を含む補強コンクリートパッドである。代替的な実施形態では、基礎１３２は、回転機械１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の他の支持構造であってもよく、限定はしないが、海洋構造物、またはボート、または任意の他の産業施設、地面、および／または任意の他の支持構造に見られるような金属基礎を含む。

基礎１３２は、回転機械１００を支持することができる基礎１３２の最高定格動作温度を表す最大定格動作温度を有する。具体的には、最大定格動作温度は、回転機械１００を安全に支持する限りで基礎１３２が有し得る最大温度である。基礎１３２が製造される材料が、最大定格動作温度を少なくとも部分的に決定する。例示的な実施形態において、基礎１３２は、回転機械１００を支持するコンクリートパッドである。

動作中、吸気セクション１０２は、吸入空気１２０を圧縮機セクション１０４に向けて導く。圧縮機セクション１０４は、吸入空気１２０をより高い圧力に圧縮し、その後、圧縮空気１２２を燃焼器セクション１０６に向けて排出する。圧縮空気１２２は燃焼器セクション１０６に導かれ、そこで燃料（図示せず）と混合され、点火されて高温燃焼ガス１２４を生成する。燃焼ガス１２４はタービンセクション１０８に向かって下流に導かれ、タービンブレード（図示せず）に衝突し、タービンブレードにおいて熱エネルギーは、ロータアセンブリ１１８を長手方向軸１２６の周りに駆動するために使用される機械的回転エネルギーに変換される。多くの場合、燃焼器セクション１０６およびタービンセクション１０８は、タービンエンジン１００の高温ガスセクションと呼ばれる。次いで、排気ガス１２８は、回転機械１００が複合サイクル発電プラントの一部であるガスタービンである場合、排気セクション１１０を通って周囲大気または蒸気タービン（図示せず）に排出される。

燃焼器１１４およびタービンセクション１０８が動作して燃焼ガス１２４に曝されると、少なくとも一部の熱が燃焼器１１４およびタービンセクション１０８から基礎１３２に向かって放射される。少なくともいくつかの既知の回転機械１００は、基礎１３２の温度が最大定格動作温度を超えて上昇するのに十分な熱を放射する。経時的に、基礎１３２がその最大定格動作温度を超えて継続的に動作すると、基礎１３２の構造強度を弱める可能性がある。基礎１３２と回転機械１００との間に基礎温度制御システム１３６を位置させることにより、基礎１３２を放射熱から断熱することが容易になり、したがって、基礎１３２の温度をその最大定格動作温度未満に維持することが容易になる。

図２は、回転機械１００および支持システム１３０の端面図である。支持システム１３０は、基礎１３２と、支持体１３４と、基礎温度制御システム１３６とを含む。例示的な実施形態では、支持体１３４は、複数の水平支持梁１３８と、複数の垂直支持梁または基礎台座ベースプレート１４０と、複数のベースパッド１４２とを含む。水平支持梁１３８は、回転機械１００を直接支持し、垂直支持梁１４０によって基礎１３２に結合される。ベースパッド１４２は、水平支持梁１３８の下方に位置し、水平支持梁１３８を支持する。例示的な実施形態では、水平支持梁１３８および垂直支持梁１４０は、Ｉ字型梁支持体を含む。代替的な実施形態では、水平支持梁１３８および垂直支持梁１４０は、支持システム１３０が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の他のタイプの支持体であってもよい。

基礎温度制御システム１３６は、例示的な実施形態では、熱シールド１４４および断熱パック１４６を含む。加えて、例示的な実施形態では、水平支持梁１３８、ベースパッド１４２、熱シールド１４４、および断熱パック１４６は、それらの間にエアギャップ１４８が少なくとも部分的に画定されるように配向される。熱シールド１４４、断熱パック１４６、およびエアギャップ１４８は、回転機械１００から放射される熱から基礎１３２を断熱することを容易にする。具体的には、熱シールド１４４、断熱パック１４６、およびエアギャップ１４８の配置は、回転機械１００の動作中に基礎１３２の温度が基礎１３２の最大定格動作温度を超えて上昇するのを防止するのを容易にする。

例示的な実施形態では、熱シールド１４４は、隣接する水平支持梁１３８の間に配置され、基礎温度制御システム１３６の上部断熱層を形成する。より具体的には、エアギャップ１４８は、熱シールド１４４の下方にあり、基礎温度制御システム１３６の中間または中部断熱層を形成する。断熱パック１４６は、エアギャップ１４８の下方に位置し、基礎１３２の上方に延びる。例示的な実施形態では、断熱パック１４６は、基礎温度制御システム１３６の下部断熱層を形成する。熱シールド１４４および断熱パック１４６はそれぞれ、熱を伝導により伝達し、一方で、エアギャップ１４８は、熱を対流により伝達する。基礎温度制御システム１３６の対流熱伝達と伝導熱伝達との組み合わせは、回転機械１００から基礎１３２への熱伝達の制御を容易にし、したがって、回転機械１００の動作中に基礎１３２の温度を基礎１３２の最大定格動作温度未満に維持することを容易にする。

図３は、熱シールド１４４の断面図である。例示的な実施形態では、熱シールド１４４は、上層１５０、中間層１５２、および下層１５４を含む。例示的な実施形態では、上層１５０および下層１５４はステンレス鋼板から製造され、中間層１５２は断熱材料から形成される。例示的な実施形態では、断熱材料は、ガラス繊維、鉱物ウール、セルロース、天然繊維、ポリスチレン、ポリウレタン、バーミキュライト、パーライト、および／または熱シールド１４４が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の他の断熱材料もしくは材料の組み合わせを含むことができる。代替的な実施形態では、上層１５０、中間層１５２、および下層１５４は、熱シールド１４４が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の材料から形成される。例示的な実施形態では、上層１５０および下層１５４はそれぞれ第１の熱伝導率を有し、中間層１５２は第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率を有する。関連する材料は、第１および第２の熱伝導率が、回転機械１００の動作中に基礎１３２の温度を基礎１３２の最大定格動作温度未満に維持することを容易にすることを確実にするように可変的に選択される。例示的な実施形態では、第１および第２の熱伝導率は、約０．０１Ｗ／ｍ－Ｋ～約０．５Ｗ／ｍ－Ｋである。

図２に示すように、水平支持梁１３８、ベースパッド１４２、熱シールド１４４、および断熱パック１４６は、エアギャップ１４８を少なくとも部分的に画定するように配向される。エアギャップ１４８は、空気の流れが供給源１４９からエアギャップ１４８を通って出口（図示せず）に導かれることを可能にするようにサイズ決めおよび配向される。空気が出口に導かれる前に、空気の流れは、熱シールド１４４を介して放射された熱の一部を冷却する。このように、エアギャップ１４８は、回転機械１００によって基礎温度制御システム１３６に放射される熱を除去することを容易にし、したがって、基礎１３２に誘導される熱の量を低減する。より具体的には、エアギャップ１４８は、対流によって熱を伝達し、したがって、回転機械１００から基礎１３２に伝達される熱の量を低減する。このように、基礎１３２の温度は、回転機械１００の動作中に基礎１３２の最大定格動作温度未満に維持されることが容易になる。

例示的な実施形態では、エアギャップ１４８への空気の流れの供給源１４９は、回転機械１００を収容する施設用の換気システムである。代替的な実施形態では、エアギャップ１４８への空気の流れの供給源１４９は、エアギャップ１４８が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の他の空気の供給源であってもよい。加えて、代替的な実施形態では、水平支持梁１３８、ベースパッド１４２、熱シールド１４４、および断熱パック１４６によって画定されるのではなく、エアギャップ１４８は、熱シールド１４４と断熱パック１４６との間に延び、本明細書で説明するように空気の流れを導くように配向されたダクトまたは他の導管であってもよい。

図４は、断熱パック１４６の断面図である。例示的な実施形態では、断熱パック１４６は、断熱材料１５６と、断熱材料１５６を包む保護カバー１５８とを含む。例示的な実施形態では、断熱材料１５６は、ガラス繊維、鉱物ウール、セルロース、天然繊維、ポリスチレン、ポリウレタン、バーミキュライト、パーライト、および／または断熱パック１４６が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の他の断熱材料もしくは材料の組み合わせを含むことができる。例示的な実施形態では、保護カバー１５８は、断熱材料１５６を環境から遮蔽することを容易にする金属保護カバー（すなわち、ステンレス鋼）を含む。代替的な実施形態では、保護カバー１５８は、断熱パック１４６が本明細書で説明するように動作することを可能にする任意の材料から形成することができる。例示的な実施形態では、断熱パック１４６は、約０．０１Ｗ／ｍ－Ｋ～約０．５Ｗ／ｍ－Ｋの熱伝導率を有する。

例示的な実施形態では、図２に示すように、熱シールド１４４は高さ１６０を有し、断熱パック１４６は高さ１６２を有し、エアギャップ１４８は高さ１６４を有する。例示的な実施形態では、熱シールドの高さ１６０は、約１ミリメートル（ｍｍ）～約５００ｍｍである。具体的には、図示の実施形態では、熱シールドの高さ１６０は約４５ｍｍである。例示的な実施形態では、断熱パックの高さ１６２は、約１ｍｍ～約５００ｍｍである。具体的には、図示の実施形態では、断熱パックの高さ１６２は約３５ｍｍである。例示的な実施形態では、エアギャップの高さ１６４は、約１ｍｍ～約５００ｍｍである。具体的には、図示の実施形態では、エアギャップの高さ１６４は約１００ｍｍである。

回転機械１００の動作中、燃焼ガス１２４は、回転機械１００から基礎１３２に向かって熱が放射されるほど、燃焼器１１４およびタービンセクション１０８を加熱する。基礎１３２と回転機械１００との間に位置する基礎温度制御システム１３６は、機械１００から放射される熱から基礎１３２を断熱することを容易にする。具体的には、熱シールド１４４に向かって熱が放射されるものの、熱シールド１４４は、基礎１３２に伝達される熱の量を制限することを容易にする。熱シールド１４４を介して放射され熱の部分の温度は、エアギャップ１４８内の空気の流れによって低下する。より具体的には、空気の流れは、熱シールド１４４を介して放射された熱の一部を吸収し、吸収された任意の熱をエアギャップ１４８の排出部に導く。したがって、エアギャップ１４８は、基礎温度制御システム１３６を介して、回転機械１００から基礎１３２への熱伝達を低減することを容易にする。エアギャップ１４８を介して放射される任意の熱の温度は、断熱パック１４６によって低下する。したがって、基礎温度制御システム１３６は、基礎１３２の温度を最大定格動作温度未満に維持する。

熱シールド１４４、断熱パック１４６、およびエアギャップ１４８を組み合わせることにより、回転機械１００から基礎１３２に伝達される熱の量を制限することが容易になる。具体的には、熱シールド１４４および断熱パック１４６はそれぞれ、伝導によって伝達される熱の量を制限することを容易にし、一方で、エアギャップ１４８は、対流によって伝達される熱の量を制限することを容易にする。したがって、基礎温度制御システム１３６は、対流および伝導によって熱を伝達し、対流および伝導機構を用いて伝達される熱の量の制限を容易にする。対流熱伝達と伝導熱伝達との組み合わせは、回転機械１００から基礎１３２に伝達される熱の量を制限することを容易にし、回転機械１００の動作中に基礎１３２の温度を基礎１３２の最大定格動作温度未満に維持する。

少なくともいくつかの既存の回転機械１００は、回転機械１００の動作中、基礎１３２の温度を基礎１３２の最大定格動作温度を超えて上昇させるのに十分な熱を放射しない。しかしながら、より新しいまたは交換用の回転機械１００は、より高い動作温度を有する場合があり、回転機械１００の動作中に基礎１３２の最大定格動作温度を超えて基礎１３２の温度を上昇させるのに十分な熱を放射する場合がある。少なくともいくつかの発電設備は、より多くの電力を生成するために、既存の回転機械１００からより新しいまたは交換用の回転機械１００にアップグレードする場合がある。既存の回転機械１００を基礎１３２から取り外す場合があり、新しい支持システム１３０を含む新しいまたは交換用の回転機械１００を、既存の基礎１３２上に位置させる場合がある。

基礎温度制御システム１３６は、新しい回転機械１００が新しい支持システム１３０に設置される前に新しい支持システム１３０内に設置され、回転機械１００の動作中に基礎１３２の温度を基礎１３２の最大定格動作温度未満に維持することを容易にする。すなわち、新しい支持システム１３０は、基礎温度制御システム１３６を含むように後付けされ、回転機械１００の動作中に基礎１３２の温度を基礎１３２の最大定格動作温度未満に維持することを容易にする。より具体的には、基礎温度制御システム１３６は、既存の基礎１３２および／または新しい支持システム１３０を交換または修正することなく、既存の基礎１３２上および新しい支持システム１３０内に設置される。したがって、基礎温度制御システム１３６は、既存の基礎１３２を交換または修正することなく、既存の回転機械１００を新しい回転機械１００に交換することを可能にし、施工コストを削減する。

図５は、支持システムによって支持される既存の回転機械を、新しいまたは異なる回転機械と交換する例示的な方法５００の流れ図である。既存の回転機械１００と共に使用される支持システム１３０は、基礎１３２を含み、そして、基礎１３２上に設置された、複数の垂直支持体１４０と、複数の水平支持体１３８と、複数の水平支持体１３８を支持する複数のベースパッド１４２とを含む。方法５００は、既存の回転機械を支持システムから取り外すステップ５０２を含む。方法５００は、支持システム内に基礎温度制御システムを設置するステップ５０４をさらに含む。基礎温度制御システムは、熱シールドと、断熱パックと、熱シールドおよび断熱パックによって少なくとも部分的に画定されたエアギャップとを含む。方法５００はまた、交換用の（新しい）回転機械を支持システム上に設置するステップ５０６を含む。新しい回転機械が基礎に向かって熱を放射すると、熱シールド、断熱パック、およびエアギャップが、基礎の温度を基礎の最大定格動作温度未満に維持する。

任意選択的に、方法５００はまた、新しい回転機械を動作させるステップを含むことができる。方法５００は、エアギャップ（図５には図示せず）を介して空気の流れを導くステップをさらに含むことができる。空気の流れは、基礎温度制御システムからの熱の除去を容易にする。既存の回転機械を取り外すステップ５０２は、複数の水平支持体、複数の垂直支持体、および複数のベースパッドを既存の基礎から取り外すステップと、複数の新しい水平支持体、複数の新しい垂直支持体、および／または複数の新しいベースパッドを既存の基礎に設置するステップとをさらに含むことができる。支持システム内において回転機械と基礎との間に基礎温度制御システムを設置するステップ５０６はまた、断熱パックを基礎に設置するステップと、熱シールドおよび断熱パックがエアギャップを少なくとも部分的に画定するように、断熱パックの上方に熱シールドを設置するステップとを含むことができる。支持システム内において回転機械と基礎との間に基礎温度制御システムを設置するステップ５０６は、水平支持体とベースパッドとがエアギャップを少なくとも部分的に画定するように、複数の水平支持体の間に熱シールドを設置するステップをさらに含むことができる。

上述のシステムおよび方法は、回転機械の基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持するためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンは、直列流れ配置で配置された圧縮機、燃焼器、およびタービンを含む。圧縮機は空気を燃焼器に導き、燃焼器は燃料の流れを空気と燃焼させて熱を生成する。熱の少なくとも一部は、回転機械から、回転機械を支持する基礎に向かって放射される。そのため、動作中、基礎の温度は上昇する。しかしながら、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用して、基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持することができる。最大定格動作温度は、回転機械を支持できると評価された基礎の最高動作温度である。

例示的な実施形態では、本明細書に記載の基礎温度制御システムは、熱シールドと、熱シールドの下方に位置する断熱パックと、熱シールドと断熱パックとの間に少なくとも部分的に画定されたエアギャップとを含む。したがって、例示的な実施形態では、基礎温度制御システムは、回転機械の動作中に基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持することを容易にするように配置された層状断熱システムである。より具体的には、熱シールドおよび断熱パックはそれぞれ伝導によって熱を伝達し、エアギャップは対流熱伝達を可能にする。したがって、基礎温度制御システムは、対流および伝導機構を用いて、熱の伝達に抵抗する。

例示的な実施形態では、回転機械は、複数の垂直支持体と、複数の水平支持体と、複数のベースパッドと、基礎とを含む支持システムによって支持される。少なくともいくつかの既知の既存の回転機械は、より高い動作温度で動作するより新しいまたは異なる回転機械と交換される場合がある。交換用の回転機械の動作温度がより高いと、基礎の温度がその最大定格動作温度を超えて上昇する場合がある。しかしながら、既存の基礎の温度の制御を容易にするために、本明細書に記載の基礎温度制御システムは、既存の基礎を変更することなく、新しいまたは既存の支持システム内に設置することができる。したがって、本明細書に記載の基礎温度制御システムは、既存の基礎を実質的に変更することなく、既存の回転機械をより新しいまたは異なる回転機械と交換することを可能にし、したがって資本コストを削減し、施工時間を短縮する。

加えて、本明細書に記載のシステムおよび方法の例示的な技術的効果は、（ａ）基礎の温度を基礎の最大定格動作温度未満に維持することと、（ｂ）基礎温度制御システム内のエアギャップを通るように流れを導くことと、（ｃ）基礎温度制御システムから熱を除去することとのうち少なくとも１つを含む。

回転機械の基礎の温度を最大定格動作温度未満に維持するためのシステムおよび方法の例示的な実施形態は、詳細に上述されている。本方法およびシステムは、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別々に利用することができる。例えば、本方法は、他の回転機械と組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明したガスタービンエンジンのみで実践することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の回転機械用途と関連して実現および利用することができる。

本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上にすぎない。本開示の実施形態の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。

本明細書は、最良の態様を含む本開示の実施形態を開示するために、またいかなる当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本開示の実施形態の実践を可能にするために、実施例を使用している。本明細書に記載の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

１００ 回転機械、ガスタービンエンジン
１０２ 吸気セクション
１０４ 圧縮機セクション
１０６ 燃焼器セクション
１０８ タービンセクション
１１０ 排気セクション
１１２ ロータシャフト
１１４ 燃焼器
１１６ 負荷
１１８ ロータアセンブリ
１２０ 吸入空気
１２２ 圧縮空気
１２４ 高温燃焼ガス
１２６ 長手方向軸
１２８ 排気ガス
１３０ 支持システム
１３２ 基礎
１３４ 支持体
１３６ 基礎温度制御システム
１３８ 水平支持体、水平支持梁
１４０ 垂直支持梁、基礎台座ベースプレート、垂直支持体
１４２ ベースパッド
１４４ 熱シールド
１４６ 断熱パック
１４８ エアギャップ
１４９ 供給源
１５０ 上層
１５２ 中間層
１５４ 下層
１５６ 断熱材料
１５８ 保護カバー
１６０ 熱シールドの高さ
１６２ 断熱パックの高さ
１６４ エアギャップの高さ
５００ 方法

Claims (10)

1. 回転機械（１００）と共に使用するための基礎温度制御システム（１３６）であって、前記回転機械（１００）と前記回転機械（１００）を支持する基礎（１３２）との間に位置し、
   熱シールド（１４４）と、
   前記熱シールド（１４４）の下方に位置する断熱パック（１４６）と、
   前記熱シールド（１４４）および前記断熱パック（１４６）によって少なくとも部分的に画定されたエアギャップ（１４８）と
   を備え、
   前記熱シールド（１４４）、前記断熱パック（１４６）、および前記エアギャップ（１４８）は前記回転機械（１００）を支持する前記基礎（１３２）の温度を前記基礎（１３２）の最大定格動作温度未満に維持することを容易にするように配向される、基礎温度制御システム（１３６）。
2. 前記エアギャップ（１４８）は、空気の流れの通過を導くように構成される、請求項１に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
3. 前記熱シールド（１４４）は、上層（１５０）、中間層（１５２）、および下層（１５４）を備える、請求項１に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
4. 前記中間層（１５２）は、断熱材料を含む、請求項３に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
5. 前記上層（１５０）および前記下層（１５４）はそれぞれ、ステンレス鋼板を含む、請求項３に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
6. 前記上層（１５０）および前記下層（１５４）は、第１の熱伝導率を有し、前記中間層（１５２）は、前記第１の熱伝導率よりも大きい第２の熱伝導率を有する、請求項３に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
7. 前記第１の熱伝導率は、約０．０１Ｗ／ｍ－Ｋ～約０．５Ｗ／ｍ－Ｋである、請求項６に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
8. 前記第２の熱伝導率は、約０．０１Ｗ／ｍ－Ｋ～約０．５Ｗ／ｍ－Ｋである、請求項６に記載の基礎温度制御システム（１３６）。
9. 回転機械（１００）であって、
   吸入空気の流れを圧縮するように構成された圧縮機（１０４）と、
   前記吸入空気の流れおよび燃料の流れを受け取り、前記燃料の流れを前記空気の流れで燃焼させることによって熱を生成するように構成された燃焼器（１０６）であって、前記熱は前記回転機械（１００）から放射される、燃焼器（１０６）と、
   前記回転機械（１００）を支持するように構成された基礎（１３２）と、
   前記回転機械（１００）と前記基礎（１３２）との間に位置する基礎温度制御システム（１３６）であって、
   少なくとも２つの層（１５０、１５２）を備える熱シールド（１４４）、
   前記熱シールド（１４４）の下方に位置する断熱パック（１４６）、ならびに
   前記熱シールド（１４４）および前記断熱パック（１４６）によって少なくとも部分的に画定されたエアギャップ（１４８）
   を備え、前記熱シールド（１４４）、前記断熱パック（１４６）、および前記エアギャップ（１４８）は前記基礎（１３２）の温度を前記基礎（１３２）の最大定格動作温度未満に維持する、基礎温度制御システム（１３６）と
   を備える、回転機械（１００）。
10. 前記基礎（１３２）は、複数の垂直支持体（１４０）と、複数の水平支持体（１３８）と、前記複数の水平支持体（１３８）を支持する複数のベースパッド（１４２）とを備え、前記エアギャップ（１４８）は、前記熱シールド（１４４）と前記断熱パック（１４６）との間、および前記熱シールド（１４４）と前記複数の水平支持体（１３８）との間に少なくとも部分的に画定される、請求項９に記載の回転機械（１００）。

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