JP6106508B2 - 発電システムにおけるタービンエンジンを再調整するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、全体的に、発電システムに関し、より詳細には、クーラント流の方向反転によって発電システムにおけるタービンエンジンを再調整するためのシステム及び方法に関する。

少なくとも一部の公知のタービンエンジンは、コージェネレーション施設及び発電プラントなどの発電システムで使用されている。このようなエンジンは、単位質量流量当たりの高い比仕事及び比出力要件を有する場合がある。これらの作動効率を高めるために、ガスタービンエンジンのような少なくとも一部の公知のタービンエンジンは、高い燃焼温度で作動する。少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンにおいて、燃焼ガスの温度が上昇すると、エンジン効率が高くなることができる。

燃焼ガス温度の上昇に起因して、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、タービンエンジン内の臨界領域に冷却空気を送給するため比較的小さな冷却孔又は通路を使用している。しかしながら、タービンエンジンの入口を通じて吸い込まれる可能性がある塵埃粒子、並びに他の堆積物及びデブリが冷却孔又は通路内に捕捉され、ここを通る冷却流体の流れを実質的に制限する可能性がある。同様に、エンジンから係脱した小金属片もまた、冷却孔又は通路内に捕捉される可能性がある。冷却孔又は通路が閉塞された場合、これらの構成要素の作動温度は上昇し、この温度上昇によって構成要素に対する損傷が生じ、及び／又は構成要素及び／又はタービンエンジンの早期故障につながる可能性がある。

このような閉塞の発生を阻止するため、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、比較的大きな孔又は通路を使用している。しかしながら、時間の経過と共に、塵埃粒子及び小金属片が蓄積し、大きな孔又は通路内の閉塞を引き起こす可能性が依然としてある。結果として、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、内部の冷却孔又は通路に堆積物が存在しないことができるように清浄空気供給源を使用する。より具体的には、少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、水、蒸気、及び／又は空気を含む混合気を用いて清浄化又は再調整することができる。混合気は、例えば、翼形部のガス経路表面上に形成された堆積物を除去しようとして、ガスタービンエンジンの入口にて注入される。しかしながら、翼形部上に形成された冷却通路内部に混合気を送ることは、困難である場合がある。結果として、冷却孔又は通路内の閉塞が依然として形成される可能性がある。

米国特許第６４７８０３３号明細書

１つの実施形態において、流れ制御システムが提供される。流れ制御システムは、タービンエンジンの１以上のノズルに結合された１以上の制御バルブを含み、該制御バルブが、第１の方向又は第２の方向で流体流れを調節するよう構成されている。第１の方向は、流体が圧縮機からノズルに送られる場合であり、第２の方向は、流体がノズルからタービンエンジンの排気セクションに送られる場合である。コントローラは、制御バルブに結合され、タービンエンジンの作動中に第１の方向で流体流れを制御し、タービンエンジンの再調整を可能にするため流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更する、よう構成されている。

別の実施形態において、発電システムが提供される。発電システムは、圧縮機、該圧縮機に結合された１以上のノズル、及び該１以上のノズルに結合された排気セクションを備えたタービンエンジンを含む。発電システムはまた、タービンエンジンに結合された流れ制御システムを含む。流れ制御システムは、ノズルに結合された１以上の制御バルブを含み、該制御バルブは、第１の方向又は第２の方向で流体流れを調節するよう構成されている。第１の方向は、流体が圧縮機からノズルに送られる場合であり、第２の方向は、流体がノズルから排気セクションに送られる場合である。コントローラは、制御バルブに結合され、タービンエンジンの作動中に第１の方向で流体流れを制御し、タービンエンジンの再調整を可能にするため流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更する、よう構成されている。

更に別の実施形態において、発電システムにおけるタービンエンジンを再調整する方法が提供される。タービンエンジンの１以上のノズルに結合された１以上の制御バルブは、第１の方向又は第２の方向で流体流れを調節するよう構成されている。第１の方向は、流体が圧縮機からノズルに送られる場合であり、第２の方向は、流体がノズルからタービンエンジンの排気セクションに送られる場合である。流体流れは、制御バルブに結合されたコントローラを介して、タービンエンジンの作動中に第１の方向で制御される。流体流れの方向は、タービンエンジンの再調整を可能にするため第１の方向から第２の方向に変更される。

例示的な発電システムのブロック図。 図１に示す発電システムと共に用いることができる例示的な流れ制御システムのブロック図。 図１に示す発電システムにおけるタービンエンジンの再調整の例示的な方法のフローチャート。

本明細書で記載される例示的なシステム及び方法は、タービンエンジンクーラント管路又は導管の再調整を可能にするために発電システムにおいて使用できる例示的な流れネットワークと共に、流れ制御システムを提供することができる。流れ制御システムは、タービンエンジンの１以上のノズルに結合された１以上の制御バルブを含み、該制御バルブは、流体流れを第１の方向又は第２の方向に調節するよう構成されている。第１の方向は、流体が圧縮機からノズルに送られる場合であり、第２の方向は、流体がノズルからタービンエンジンの排気セクションに送られる場合である。コントローラは、制御バルブに結合され、タービンエンジンの作動中に第１の方向の流体流れを選択的に制御し、流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更してタービンエンジンの再調整を可能にするよう構成されている。流体流れの方向を選択的に反転又は変更することによって、冷却通路内及び／又はタービンエンジンのノズル及びシュラウド内に位置する粒状物質及び堆積物を除去し、タービンエンジンの排気セクションに送ることができる。結果として、冷却孔又は通路内の閉塞を実質的に低減することができる。

図１は、１以上のタービンエンジン１００を含む例示的な発電システム９０を示す。より具体的には、例示的な実施形態において、タービンエンジン１００は、ガスタービンエンジンである。例示的な実施形態はガスタービンエンジンに関するものであるが、本発明は、あらゆる特定のエンジンに限定されず、当業者であれば、本発明は蒸気タービン又は複合サイクルシステムのような他のタービンエンジンに関連して用いることができる点は理解されるであろう。また、本明細書で使用される場合、用語「結合」は、構成要素間の直接的な機械接続、熱的接続、連通、及び／又は電気的接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械接続、熱的接続、連通、及び／又は電気的接続を含むことができる。

その上、例示的な実施形態において、タービンエンジン１００は、吸気セクション１１２、該吸気セクション１１２から下流側に結合された圧縮機セクション１１４、該圧縮機セクション１１４から下流側に結合された燃焼器セクション１１６、該燃焼器セクション１１６から下流側に結合されたタービンセクション１１８、及び排気セクション１２０を含む。タービンセクション１１８は、ロータシャフト１２２を介して圧縮機セクション１１４に結合される。例示的な実施形態において、燃焼器セクション１１６は、複数の燃焼器１２４を含む。燃焼器セクション１１６は、各燃焼器１２４が圧縮機セクション１１４と流れ連通して位置付けられるように圧縮機セクション１１４に結合される。

発電システム９０はまた、タービンエンジン１００に結合された流れ制御システム１２６を含む。より具体的には、例示的な実施形態において、流れ制御システム１２６は、タービンセクション１１８、圧縮機セクション１１４、及び排気セクション１２０の各々に結合することができる。更に、タービンセクション１１８は、圧縮機セクション１１４及び負荷１２８（限定ではないが、発電機及び／又は機械的装置用途など）に結合される。例示的な実施形態において、各圧縮機セクション１１４及びタービンセクション１１８は、ロータシャフト１２２に結合されてロータ組立体１３２を形成する１以上のロータディスク組立体１３０を含む。

作動中、吸気セクション１１２は、空気を圧縮機セクション１１４に送り、ここで空気が加圧されて高圧高温になった後、燃焼器セクション１１６に向けて吐出される。加圧空気は、燃料と混合されて点火され、燃焼ガスを発生し、これがタービンセクション１８に向けて送られる。より具体的には、燃焼器１２４において、例えば、天然ガス及び／又は燃料油などの燃料が空気流に噴射され、燃料空気混合気が点火されて、高温の燃焼ガスを発生し、これがタービンセクション１８に向けて送られる。燃焼ガスがタービンセクション１１８及びロータ組立体１３２に回転エネルギーを与えるときに、タービンセクション１８は、ガスストリームからの熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。その上、以下で更に詳細に説明するように、流れ制御システム１２６は、タービンエンジン１００内で冷却流体流れのよう流体流れを選択的に制御し、タービンエンジン１００の清浄化又は再調整を可能にする。

図２は、流れ制御システム１２６のブロック図である。例示的な実施形態において、流れ制御システム１２６は、１以上の制御バルブ２００を含む。より具体的には、流れ制御システム１２６は、３つの制御バルブ２００を含み、各バルブ２００は、多段圧縮機などの圧縮機２０２に、及びノズル２０４に結合される。例示的な実施形態において、タービンエンジン１００（図１に示す）は、回転ロータバケット又はブレード２０６に近接して各々が位置付けられる３つのノズル２０４を含み、各ブレード２０６は、ステータブレード２０８に近接して位置付けられる。圧縮機吐出部２０３は、ステータブレード２０８から下流側に結合される。複数の冷却通路（図示せず）は、ノズル２０４と排気セクション１２０との間など、タービンエンジン内に定められる。

その上、例示的な実施形態において、１以上の流体導管２１０は、圧縮機２０２からノズル２０４に延びる。より具体的には、１つの導管２１０は、圧縮機２０２から１つのノズル２０４に延びる。１つの制御バルブ２００は、制御バルブ２００が圧縮機２０２とノズル２０４との間に位置付けられるように各導管２１０に結合される。より具体的には、各制御バルブ２００は、第１の部分２１２及び第２の部分２１４を含み、ここで導管２１０は、各制御バルブ２００が圧縮機２０２及びノズル２０４と流れ連通して結合できるように制御バルブの第１の部分２１２に結合される。更に、１以上の流体導管２１６は、排気セクション１２０からノズル２０４に延びる。より具体的には、１つの導管２１６は、排気セクション１２０から１つのノズル２０４に延びる。導管２１６は、制御バルブ２００がまた、圧縮機２０２及びノズル２０４と流れ連通して結合できるように、制御バルブの第２の部分２１４に結合される。例示的な実施形態において、導管２１０及び２１６は、冷却流体を送るように構成される。或いは、導管２１０及び２１６は、他の何れかのタイプの流体を送ることができる。

例示的な実施形態において、各制御バルブ２００は、開放位置、部分的開放位置、閉鎖位置、及び／又は部分的閉鎖位置で調整され、導管２１０及び２１６内の流体の流量を選択的に制御する。例えば、制御バルブ２００は、矢印２１８で示すように、圧縮機２０２からノズル２０４への第１の方向の流体流れを調節するよう構成される。制御バルブ２００はまた、矢印２１９で示すように、ノズル２０４から排気セクション１２０まで反対の第２の方向の流体流れを選択的に調節する。或いは、制御バルブ２００は、流れ制御システム１２６及び／又は発電システム（図１に示す）９０が本明細書で記載されるように機能することができる他の何れかの方法で調整してもよい。

流れ制御システム１２６はまた、各制御バルブ２００に動作可能に結合されたコントローラ２２０を含む。例示的な実施形態において、コントローラ２２０は、各制御バルブ２００を制御し、導管２１０及び２１６内の流体流れを制御するよう構成されている。例えば、コントローラ２２０は、第１の方向２１８及び／又は第２の方向２１９で流体流れを制御するよう構成される。コントローラ２２０はまた、流体流れを第１の方向２１８から第２の方向２１９に、及び／又は第２の方向２１９から第１の方向２１８に変更するよう構成される。コントローラ２２０は、限定ではないが、許容入力の受け取り、許容出力の送出、並びに開放及び閉鎖コマンドの送信を含む機能によって、各バルブ２００の開放及び閉鎖作動機能を行うことができる。

例示的な実施形態において、コントローラ２２０は、リアルタイムコントローラとすることができ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジック回路、及び／又は本明細書で記載される機能を実行できる他の何れかの回路又はプロセッサを含む、コンピュータシステムのようなあらゆる好適なプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムを含むことができる。１つの実施形態において、コントローラ２２０は、例えば、２ＭビットＲＯＭ及び６４ＫビットＲＡＭを備えた３２ビットマイクロコンピュータのような、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）及び／又はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むマイクロプロセッサとすることができる。本明細書で使用される用語「リアルタイム」とは、入力の変化が結果に影響を及ぼした後に実質的に短い時間期間に生じた結果を意味し、当該時間期間は、結果の重要性及び／又は入力を処理し結果をもたらすシステムの能力に基づいて選択できる設計パラメータである。

例示的な実施形態において、コントローラ２２０は、実行可能命令及び／又はタービンエンジン１００の作動条件に相当及び／又は表示する１以上の作動パラメータを記憶するメモリデバイス２３０を含む。例示的な実施形態において、コントローラ２２０はまた、システムバス２３４を介してメモリデバイス２３０に結合されたプロセッサ２３２を含む。１つの実施形態において、プロセッサ２３２は、限定ではないが、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、及び／又は他の何れかのプログラマブル回路など、処理ユニットを含むことができる。或いは、プロセッサ２３２は、複数の処理ユニット（例えば、マルチコア構成の）を含むことができる。上述の実施例は例示に過ぎず、従って、用語「プロセッサ」の定義及び／又は意味を限定するものではない。

その上、例示的な実施形態において、コントローラ２２０は、バルブ２００に結合され且つ各バルブ２００の作動を制御するよう構成された制御インタフェース２３６を含む。例えば、プロセッサ２３２は、制御インタフェース２３６に送信される１以上の制御パラメータを生成するようプログラムすることができる。次いで、制御インタフェース２３６は、制御パラメータを送信し、バルブ２００を調整、開放、又は閉鎖することができる。

制御インタフェース２３６とバルブ２００との間に種々の接続が利用可能である。このような接続部は、限定ではないが、導体、ＲＳ（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｓｔａｎｄａｒｄ）−２３２又はＲＳ−４８５のような低レベルシリアルデータ接続、ＵＳＢ、フィールドバス、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（登録商標）、又は米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）１３９４（ａ／ｋ／ＦＩＲＥＷＩＲＥ）などの高レベルシリアルデータ接続、ＩＥＥＥ１２８４又はＩＥＥＥ４８８などのパラレルデータ接続、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨなどの短距離無線通信チャンネル、及び／又は有線又は無線のプライベート（例えば、タービンエンジン１００外部にアクセスできない）ネットワーク接続を含むことができる。ＩＥＥＥは、ニューヨーク州ニューヨーク所在の米国電気電子技術者協会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， Ｉｎｃ．，）の登録商標である。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨは、ワシントン州Ｋｉｒｋｌａｎｄ所在のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ， Ｉｎｃ．の登録商標である。ＰＲＯＦＩＢＵＳは、アリゾナ州Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅ所在のＰｒｏｆｉｂｕｓ Ｔｒａｄｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎの登録商標である。

例示的な実施形態において、流れ制御システム１２６はまた、ネットワーク２４９を介してコントローラ２２０に結合されたユーザコンピュータデバイス２５０を含むことができる。より具体的には、ユーザコンピュータデバイス２５０は、コントローラ２２０に含まれる通信インタフェース２５３に結合される通信インタフェース２５１を含む。ユーザ通信デバイス２５０は、命令を実行するプロセッサ２５２を含む。一部の実施形態では、実行可能命令は、メモリデバイス２５４内に記憶される。プロセッサ２５２は、１以上のプロセッシングユニット（例えば、マルチコア構成の）を含むことができる。メモリデバイス２５４は、実行可能命令及び／又は他のデータなどの情報を記憶し取り出すことを可能にするあらゆるデバイスである。

ユーザコンピュータデバイス２５０はまた、ユーザ（図示せず）に情報を提示する際に使用する１以上の媒体出力構成要素２５６を含む。媒体出力構成要素２５６は、ユーザに情報を伝達することができるあらゆる構成要素である。媒体出力構成要素２５６は、限定ではないが、ディスプレイデバイス（図示せず）（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＤＣ））、有機ＥＬダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、又はオーディオ出力デバイス（例えば、スピーカ又はヘッドフォン）を含むことができる。

その上、例示的な実施形態において、ユーザコンピュータデバイス２５０は、ユーザからの入力を受け取る入力インタフェース２６０を含む。入力インタフェース２６０は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、マウス、スタイラス、タッチ感知パネル（例えば、タッチパッド又はタッチスクリーン）、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、及び／又は音声入力デバイスを含むことができる。タッチスクリーンなどの単一の構成要素は、媒体出力構成要素２５６の出力デバイスと入力インタフェース２６０の両方として機能することができる。

作動中、ユーザは、コンピュータデバイス２５０の入力インタフェース２６０を介してコマンドを入力することができる。例示的な実施形態において、コマンドは、タービンエンジン１００の冷却を可能にするよう、タービンエンジン１００の正常作動中に第１の方向２１８で流体流れを生じさせる第１のコマンドを含むことができる。このようなコマンドを表す信号は、コントローラ２２０の通信インタフェース２５３に送信される。次いで、信号は、各制御バルブ２００に送信される。各制御バルブ２００は、圧縮機２０２からノズル２０４に流体を送ることができるように導管２１０内の流体流れを促進するよう調整される。例えば、流体は、タービンエンジン１００内部の冷却通路内又は孔内で送ることができる。例示的な実施形態において、各制御バルブ２００はまた、導管２１６内の流体流れが抑制され、流体がノズル２０４から排気セクション１２０まで第２の方向２１９で送られないように調整される。

流れ制御システム１２６はまた、流体流れを制御して、タービンエンジン１００の清浄化又は再調整を可能にすることができる。例えば、ユーザは、タービンエンジン１００のシャットダウン中に流体流れを第１の方向２１８から第２の方向２１９に変更又は反転させるようコンピュータデバイス２５０にコマンドを入力することができる。コマンドを表す信号は、コントローラ２２０の通信インタフェース２５３に送信される。次いで、信号は、各制御バルブ２００に送信される。次に、各制御バルブ２００は、流体をノズル２０４から排気セクション１２０に送ることができるように、導管２１６内の流体流れを促進するよう調整される。例示的な実施形態において、各制御バルブ２００はまた、導管２１６内の流体流れが抑制され、流体が圧縮機２０２からノズル２０４まで第１の方向２１８で送られないように調整される。流体流れが第１の方向２１８から第２の方向２１９に反転又は変更されると、流体は、ノズル２０４と排気セクション１２０との間に定められた複数の冷却通路内で流れる。流体流れは、冷却通路内で捕捉される可能性がある塵埃粒子、堆積物、及び／又は小金属片などの粒状物質を除去し、排気セクション１２０に送ることを可能にする。流体流れはまた、ノズル２０４に近接し及び／又は内部に位置する粒状物質を除去し、排気セクション１２０に送ることを可能にする。従って、粒状物質によって生じる冷却通路内の閉塞を抑制することができる。

その上、タービンエンジン１００のシャットダウン中に第２の方向２１９の流体流れが生じるので、タービンエンジン１００内の温度を材料限界内に維持することができる。第２の方向２１９の流体流れはまた、タービンエンジンの始動時に発生し、タービンエンジン内の温度を材料限界内に維持できるのが確保される。実際に、タービンエンジン１００の作動中とは対照的に、タービンエンジン１００の始動時及び／又はシャットダウン時にタービンエンジン１００を再調整するため第２の方向２１９に流体流れを生じさせることが好適である。従って、タービンエンジン１００内の温度は、材料限界内に維持することができる。

オペレータによって与えられるコマンドに加えて、コントローラ２２０は、タービンエンジン１００の種々の作動状態で自動的に流体流れを制御するようプログラムすることができる。例えば、コントローラ２２０は、タービンエンジン１００の作動中に第１の方向２１８で、タービンエンジン１００を再調整するためにタービンエンジン１００の始動及びシャットダウン時には第２の方向２１９で流体流れを生じさせるようプログラムすることができる。従って、タービンエンジン１００の作動中、コントローラ２２０は、各制御バルブ２００に信号を送信する。各制御バルブ２００は、圧縮機２０２からノズル２０４に流体を送ることができるように導管２１０内の流体流れを促進するよう調整される。次いで、各制御バルブ２００はまた、導管２１６内の流体流れが抑制され、流体がノズル２０４から排気セクション１２０まで第２の方向２１９で送られないように調整される。次いで、タービンエンジン１００の始動時又はシャットダウン時には、コントローラ２２０は、タービンエンジン１００を清浄化又は再調整するために流体流れを第１の方向２１８から第２の方向２１９に変更するよう各制御バルブ２００に信号を送信する。より具体的には、制御バルブ２００は、ノズル２０４から排気セクション１２０に流体を送ることができるように導管２１６内の流体流れを促進するよう調整される。各制御バルブ２００はまた、導管２１０内の流体流れが抑制され、流体が圧縮機２０２からノズル２０４まで第１の方向２１８で送られないように調整される。

図３はまた、発電システム９０（図１に示す）におけるタービンエンジン１００のようなタービンエンジンを再調整する例示的な方法３００のフローチャートである。１以上のノズル２０４（図２に示す）に結合された１以上の制御バルブ２００（図２に示す）は、第１の方向２１８（図２に示す）又は第２の方向２１９（図２に示す）に流体流れを調節するよう構成し（３０２）、該第１の方向２１８は、圧縮機２０２（図２に示す）からノズル２０４に送られる流体を含み、第２の方向２１９は、ノズル２０４から排気セクション１２０（図１及び２に示す）に送られる流体を含む。

流体流れは、制御バルブ２００に結合されたコントローラ２２０（図２に示す）を介して、タービンエンジン１００の作動中に第１の方向２１８に制御する（３０４）。例えば、ユーザは、タービンエンジン１００の冷却を可能にするよう、タービンエンジン１００の通常作動中に流体流れを第１の方向２１８に生じさせるようコンピュータデバイス２５０（図２に示す）にコマンドを入力することができる。このようなコマンドを表す信号は、コントローラ２２０（図２に示す）に送信され、信号が各制御バルブ２００（図２に示す）に送信できる。各制御バルブ２００は、圧縮機２０２からノズル２０４に流体を送ることができるように、導管２１０（図２に示す）内の流体流れを促進するよう調整される。

タービンエンジン１００の再調整を可能にするため、コントローラ２２０を介してタービンエンジン１００の始動時及び／又はシャットダウン時に流体流れを第１の方向２１８から第２の方向２１９に変更する（３０６）。例えば、ユーザは、タービンエンジン１００の始動時及び／又はシャットダウン時に流体流れを第１の方向２１８から第２の方向２１９に変更又は反転させるようコンピュータデバイス２５０にコマンドを入力することができる。

１以上の信号を介してコントローラ２２０から制御バルブ２００に１以上の制御パラメータを送信する（３０８）。制御パラメータを制御バルブ２００に送信する（３０８）と、流体をノズル２０４から排気セクション１２０に送ることができるように導管２１６内の流体流れを促進するよう、各制御バルブ２００を調整する。更にまた、導管２１０内の流体流れが抑制され、流体が圧縮機２０２からノズル２０４まで第１の方向２１８で送られないように、各制御バルブ２００を調整する。

タービンエンジン１００の複数の冷却通路（図示せず）内に位置付けられた複数の粒状物質及び／又はノズル２０４内に位置付けられた粒状物質を排気セクション１２０に送ることができる（３１０）。より具体的には、流体流れは、冷却通路内で捕捉される可能性がある塵埃粒子、堆積物、及び／又は小金属片などの粒状物質を除去し、排気セクション１２０に送ることを可能にする。流体流れはまた、ノズル２０４に近接し及び／又は内部に位置する粒状物質を除去し、排気セクション１２０に送ることを可能にする。従って、方法３００は、粒状物質によって生じる冷却通路内の閉塞を抑制することができる。

タービンエンジンを清浄化し再調整するのに使用される従来の制御システムと比べて、本明細書で記載される実施形態は、粒状物質をタービンエンジン内部から除去できるように、タービンエンジン内で冷却流体流れのような流体流れを反転させる流れ制御システムを提供する。流れ制御システムは、タービンエンジンの１以上のノズルに結合された１以上の制御バルブを含み、該制御バルブは、第１の方向又は第２の方向に流体流れを調節するよう構成されている。第１の方向は、流体が圧縮機からノズルに送られる場合であり、第２の方向は、流体がノズルからタービンエンジンの排気セクションに送られる場合である。コントローラは、制御バルブに結合され、タービンエンジンの作動中に第１の方向の流体流れを選択的に制御し、流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更してタービンエンジンの再調整を可能にするよう構成されている。流体流れの方向を選択的に反転又は変更することによって、冷却通路内及び／又はタービンエンジンのノズル及びシュラウド内に位置する粒状物質を除去し、タービンエンジンの排気セクションに送ることができる。結果として、タービンエンジン内の冷却孔又は通路内部の閉塞を実質的に低減することができる。

本明細書で記載されるシステム及び方法の技術的効果は、（ａ）タービンエンジンの作動中に流体流れを第１の方向に制御すること、及び（ｂ）流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更して、タービンエンジンの再調整を可能にすること、のうちの少なくとも１つを含む。

本システム及び方法の例示的な実施形態を上記で詳細に説明した。本システム及び方法は、本明細書で説明される特定の実施形態に限定されず、システムの構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書で説明された他の構成要素及びステップと独立して別個に利用することができる。例えば、本システムは、他のシステム及び方法と組み合わせて用いることができ、本明細書で記載されるシステムでの実施のみに限定されるものではない。むしろ、例示的な実施形態は、他の多くの用途に関連して実施し且つ利用することができる。

幾つかの図面においては本発明の種々の実施形態の特定の特徴が図示されているが、これは便宜上のものである。本発明の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。

本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起され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、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

９０ 発電システム
１００ タービンエンジン
１１２ 吸気セクション
１１４ 圧縮機セクション
１１６ 燃焼器セクション
１１８ タービンセクション
１２０ 排気セクション
１２２ ロータシャフト
１２４ 燃焼器
１２６ 流れ制御システム
１２８ 負荷
１３０ ロータディスク組立体
１３２ ロータ組立体
２００ 制御バルブ
２０２ 圧縮機
２０３ 圧縮機吐出口
２０４ ノズル
２０６ ブレード
２０８ ステータブレード
２１０ 導管
２１２ 第１の部分
２１４ 第２の部分
２１６ 導管
２１８ 第１の方向
２１９ 第２の方向
２２０ コントローラ
２３０ メモリデバイス
２３２ プロセッサ
２３４ システムバス
２３６ 制御インタフェース
２４９ ネットワーク
２５０ コンピュータデバイス
２５１ 通信インタフェース
２５２ プロセッサ
２５３ 通信インタフェース
２５４ メモリデバイス
２５６ 媒体出力構成要素
２６０ 入力インタフェース
３００ 方法
３０２ １以上のノズルに結合された１以上の制御バルブを、第１の方向又は第２の方向に流体流れを調節するよう構成する
３０４ コントローラを介して、流体流れをタービンエンジンの作動中に第１の方向に制御する
３０６ コントローラを介して、タービンエンジンの始動時及び／又はシャットダウン時に流体流れを第１の方向から第２の方向に変更する
３０８ １以上の信号を介してコントローラから制御バルブに１以上の制御パラメータを送信する
３１０ 複数の粒状物質を排気セクションに送る

Claims (10)

1. 流れ制御システム（１２６）であって、当該流れ制御システム（１２６）が、
   タービンエンジン（１００）のタービンセクション（１１８）の１以上のノズル（２０４）に結合した１以上の制御バルブ（２００）であって、前記１以上のノズル（２０４）と前記１以上の制御バルブ（２００）との間に延在する１以上の導管内の流体の流れの方向を変えるように操作することができ、第１の方向（２１８）で流体が圧縮機（２０２）から前記１以上の導管を通して前記１以上のノズル（２０４）に送られ、第２の方向（２１９）で流体が前記１以上のノズルから前記１以上の導管を通して、前記タービンエンジンのタービンセクションの下流セクションをバイパスして排気セクション（１２０）に送られる、１以上の制御バルブ（２００）と、
   前記１以上の制御バルブに結合したコントローラ（２２０）と
   を備えており、前記コントローラが、
   前記タービンエンジンの作動中に第１の方向で前記流体流れを制御し、
   前記タービンエンジンの再調整を可能にするため前記流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更する、
   よう構成されている、流れ制御システム（１２６）。
2. 前記１以上の制御バルブ（２００）が、第１の制御バルブと、第２の制御バルブと、第３の制御バルブとを含み、第１の制御バルブが第１のノズルに結合し、第２の制御バルブが第２のノズルに結合し、第３の制御バルブが第３のノズルに結合している、請求項１記載の流れ制御システム（１２６）。
3. 前記１以上の導管が、前記タービンエンジン（１００）内に定められた複数の冷却通路を含む、請求項１記載の流れ制御システム（１２６）。
4. 前記コントローラ（２２０）が、前記流体流れの方向を変化させて、前記複数の冷却通路内の粒状物質を前記排気セクション（１２０）に送るように構成されている、請求項３記載の流れ制御システム（１２６）。
5. 前記コントローラ（２２０）が、前記流体流れの方向を変化させて、前記１以上のノズル（２０４）内の複数の粒状物質を前記排気セクション（１２０）に送るように構成されている、請求項１記載の流れ制御システム（１２６）。
6. 前記コントローラ（２２０）が、前記タービンエンジン（１００）の始動時又は前記タービンエンジン（１００）のシャットダウン時の少なくとも一方で前記流体流れの方向を変えるように構成されている、請求項１記載の流れ制御システム（１２６）。
7. 前記コントローラ（２２０）が、１以上の信号を介して前記１以上の制御バルブ（２００）に１以上の制御パラメータを送信することによって前記流体流れの方向を変えるように構成されている、請求項１記載の流れ制御システム（１２６）。
8. 発電システム（９０）であって、当該発電システム（９０）が、
   タービン、該タービンに結合した１以上のノズル（２０４）、及び該１以上のノズルに結合した排気セクション（１２０）を含むタービンエンジン（１００）と、
   前記タービンエンジンに結合した流れ制御システム（１２６）と
   を備えており、前記流れ制御システムが、
   前記１以上のノズルに結合した１以上の制御バルブ（２００）であって、前記１以上のノズル（２０４）と前記１以上の制御バルブ（２００）との間に延在する１以上の導管内の流体の流れの方向を変えるように操作することができ、第１の方向で流体が圧縮機（２０２）から前記１以上の導管を通して前記１以上のノズルに送られ、第２の方向で流体が前記１以上のノズルから前記１以上の導管を通して、前記タービンの下流セクションをバイパスして前記排気セクションに送られる、１以上の制御バルブ（２００）と、
   前記１以上の制御バルブに結合したコントローラ（２２０）と
   を備えており、前記コントローラが、
   前記タービンエンジンの作動中に第１の方向で前記流体流れを制御し、
   前記タービンエンジンの再調整を可能にするため前記流体流れの方向を第１の方向から第２の方向に変更する、
   よう構成されている、発電システム（９０）。
9. 前記１以上の制御バルブ（２００）が、第１の制御バルブと、第２の制御バルブと、第３の制御バルブとを含み、前記１以上のノズル（２０４）が、第１の制御バルブに結合した第１のノズルと、第２の制御バルブに結合した第２のノズルと、第３の制御バルブに結合した第３のノズルとを含む、請求項８記載の発電システム（９０）。
10. 前記１以上の導管が更に、前記１以上のノズル（２０４）と前記排気セクション（１２０）との間に定められた複数の冷却通路を含み、前記１以上の制御バルブが、前記複数の冷却通路内の前記流体流れを調節するよう構成されている、請求項８記載の発電システム（９０）。