JP6967841B2 - 自然対流通気システムを有するターボ機械負荷カップリング装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示される主題はターボ機械に関し、より具体的には、自然対流通気システムを有するターボ機械負荷カップリング装置に関する。

一般に、ガスターボ機械は、圧縮機部分、タービン部分、及び燃焼器組立体を含む。燃焼器組立体は、圧縮機部分からの流体を燃料と混合して可燃混合気を生成する。可燃混合気は燃焼して高温ガスを生成し、高温ガスはタービン部分の高温ガス経路に沿って流れる。タービン部分は、高温ガスのエネルギを機械的回転エネルギに変換する、ロータに取り付けられた翼形部を有する複数の段を含む。圧縮機からの付加的な流体は、冷却を目的として翼形部及びタービン部分の他のセクションを通過する。多くの場合、ターボ機械は、負荷カップリング装置を介して発電機等の負荷に結合することができる。

例示的な実施形態の１つの態様では、負荷カップリング装置は、内部を含むハウジングと、ハウジングに設けられた外気入口と、ハウジング内に配置される負荷カップリングガードとを含む。負荷カップリングガードは、ターボ機械端部、負荷端部、及びこれらの間に広がる通路を含む。ベントは、負荷カップリングガードから上方に延びる。ベントは、負荷端部に対して流体的にさらされる。外気入口通路は、負荷カップリングガード内に形成され、外気入口及びベントを流体接続する。負荷端部は、実質的にターボ機械端部から流体的に隔離される。

例示的な実施形態の他の態様では、ターボ機械は、圧縮機部分と、該圧縮機部分に対して作動可能に結合するタービン部分と、圧縮機部分及びタービン部分の各々に流体接続する燃焼器組立体と、圧縮機部分及びタービン部分のうちの一方に機械的に連結する負荷と、圧縮機部分及びタービン部分及び負荷のうちの１つに接合する負荷カップリング装置とを備える。負荷カップリング装置は、内部を含むハウジングと、ハウジングに設けられた外気入口と、ハウジング内に配置される負荷カップリングガードとを含む。負荷カップリングガードは、ターボ機械端部、負荷端部、及びこれらの間に広がる通路を含む。ベントは、負荷カップリングガードから上方に延びる。ベントは、負荷端部に対して流体的にさらされる。外気入口通路は、負荷カップリングガード内に形成され、外気入口及びベントを流体接続する。負荷端部は、実質的にターボ機械端部から流体的に隔離される。

例示的な実施形態の他の態様では、ターボ機械システムは、圧縮機部分と、該圧縮機部分に対して作動可能に結合するタービン部分と、圧縮機部分及びタービン部分の各々に流体接続する燃焼器組立体と、圧縮機部分に流体接続される吸気システムと、圧縮機部分及びタービン部分のうちの一方に機械的に連結する負荷と、圧縮機部分及びタービン部分及び負荷のうちの１つに接合する負荷カップリング装置とを備える。負荷カップリング装置は、内部を含むハウジングと、ハウジングに設けられた外気入口と、ハウジング内に配置される負荷カップリングガードとを含む。負荷カップリングガードは、ターボ機械端部、負荷端部、及びこれらの間に広がる通路を含む。ベントは、負荷カップリングガードから上方に延びる。ベントは、負荷端部に対して流体的にさらされる。外気入口通路は、負荷カップリングガード内に形成され、外気入口及びベントを流体接続する。負荷端部は、実質的にターボ機械端部から流体的に隔離される。

これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

本開示と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。

例示的な実施形態による、負荷カップリング装置を含むターボ機械の概略図。 例示的な実施形態による、負荷カップリング装置の図。 例示的な実施形態による、負荷カップリング装置の負荷カップリングガードの図。 例示的な実施形態による、負荷カップリングガードの部分断面側面図。

この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。

図１において、例示的な実施形態によるターボ機械システムは、全体的には２で表記される。ターボ機械システム２は、共通の圧縮機／タービンシャフト１０を介して作動可能に接続された圧縮機部分６及びタービン部分８を有するターボ機械４を含む。圧縮機部分６は、燃焼器組立体１２を介してタービン部分８に対して作動可能に接続される。燃焼器組立体１２は、少なくとも１つの燃焼器１４を含む。また、ターボ機械システム２は、圧縮機部分６の吸気口（別途表記されていない）に流体接続された吸気システム１６を含む。吸気システム１６は、圧縮機部分６に流入する空気流を調和させることができる。

排気システム１８は、ディフューザ部分２０を介してタービン部分８の出口（別途表記されていない）に流体接続される。排気システム１８は、タービン部分８から流入する排気ガスを調和させることができる。負荷カップリング装置２２は、ターボ機械４と負荷２４との間の接合部を提供する。負荷２４は、負荷カップリングシャフト２８を介して圧縮機部分６に結合した発電機２５の形態とすることができる。負荷カップリングシャフト２８は、共通の圧縮機／タービンシャフト１０と、発電機の入力／駆動シャフト３０との間の接合部を提供する。図示の実施形態において、負荷カップリングシャフト２８は、フランジ３１を介して発電機入力／駆動シャフト３０に連結する。空気流コンパートメント３３は、負荷２４とターボ機械４との間に配置される。空気流コンパートメント３３は、負荷カップリング装置２２への空気流をもたらす。以下に詳細に説明するように、負荷カップリング装置２２は、負荷２４で生成される水素等のガスが空気流コンパートメント３３に流入するのを制限する。

図２−４に示す例示的な実施形態の態様によれば、負荷カップリング装置２２は、内部４２を有するハウジング又は入口プレナムエンクロージャ４０に流体接続する。ハウジング４０は、外気入口４５及び外気出口４８を含む。外気出口４８はターボ機械４を収容するターボ機械コンパートメント（図示せず）に外気を送る。空気−負荷カップリングコンパートメント５０は、内部４２の中に存在することができる。加えて、負荷カップリング装置２２は、負荷カップリングガード６０を収容する。例示的な実施形態の態様によれば、負荷カップリングガード６０は、フランジ６４を介して圧縮機部分６に作動可能に結合したターボ機械端部６３と、負荷２４に作動可能に結合した負荷端部６５とを有する本体６２を含む。また、負荷カップリングガード６０は、接地ブラシ（図示せず）を含むことができる。

さらに例示的な実施形態において、負荷カップリングガード６０は、ターボ機械端部６３と負荷端部６５との間に延びる通路６７を含む。通路６７は、負荷２４及びターボ機械４を作動可能に結合する負荷カップリングシャフト２８を収容する。通路６７は、バッフル部材８０が延在する内面７８を含み、バッフル部材８０は、負荷２４からターボ機械４へのガスの流れを制限する。バッフル部材８０は、通路６７に向かって半径方向内向きに延び、ガスが負荷端部６５からターボ機械端部６３に流れるのを阻止する。現時点では、バッフル部材８０の数及び位置を変更できることを理解されたい。例えば、負荷カップリングガード６０は、フランジ３１の上流及び下流に両方に配置されたバッフル部材を含むことができる。

さらに例示的な実施形態によれば、負荷カップリングガード６０は、本体６２から上方に延びることができるベント９０を含む。ベント９０は、通路６７に流体接続した入口９２及び出口９３を含む。ベント９０は、通路６７内のあらゆる負圧に打ち勝つのに十分な煙突効果を確立する大きさである。煙突効果は、負荷カップリングガード６０を通過する外気及びを負荷２４からのガスを吸い込む。このようにして、ベント９０は、バッフル部材８０と協働して負荷２４からのガスがターボ機械４に流入するのを更にまた阻止する。加えて、外気と一緒にベント９０を使用すると自然対流がもたらされ、空気流を負荷カップリングガード６０に導入するためのコストのかかる配管及び他のシステムを使用する必要性が低くなるか又はなくなる。

用語「約」は、この出願時点で入手可能な機器に基づく特定の物理量の測定に関連する誤差の度合いを含むことが意図されている。例えば、「約」は、所定値の±８％又は５％、又は２％の範囲を含むことができる。

本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、例示的な実施形態を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。さらに、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

本開示は、限られた数の実施形態に関連して詳細に説明されているが、本開示は、この開示された実施形態に限定されないことを直ちに理解されたい。むしろ、本開示は、前記に記載されていない任意数の変形形態、変更形態、置換形態、又は等価構成を組み込むように修正することができるが、これは本開示の精神及び範囲に見合っている。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本開示は、前記の説明で限定されないことが明らかであるが、特許請求の範囲によってのみ限定される。

２ ターボ機械システム
４ ターボ機械
６ 圧縮機部分
８ タービン部分
１０ 共通の圧縮機／タービンシャフト
１２ 燃焼器組立体
１４ 燃焼器
１６ 吸気システム
１８ 排気システム
２０ ディフューザ部分
２２ 負荷カップリング装置
２４ 負荷
２５ 発電機
２８ 負荷カップリングシャフト
３０ 発電機 入力／駆動シャフト
３１ フランジ
３３ 空気流コンパートメント
４０ ハウジング又は入口プレナムエンクロージャ
４２ 内部
４５ 外気入口
４８ 外気 出口
５０ 空気−負荷カップリングコンパートメント
６０ 負荷カップリングガード
６２ 本体
６３ ターボ機械端部
６４ フランジ
６５ 負荷端部
６７ 通路
７３ プレナム
７８ 内面
８０ バッフル部材
８５ 第１の部分
８６ 第２の部分
９０ ベント
９２ 入口
９３ 出口

Claims (9)

1. ターボ機械用の負荷カップリング装置（２２）であって、当該負荷カップリング装置（２２）が、
   内部（４２）を含むハウジング（４０）と、
   空気流コンパートメント（３３）に設けられた外気入口（４５）と、
   前記ハウジング内に配置された負荷カップリングガード（６０）であって、ターボ機械端部（６３）、負荷（２４）に結合される負荷端部（６５）及びターボ機械端部（６３）と負荷端部（６５）との間に延在する通路（６７）を含む負荷カップリングガード（６０）と、
   前記負荷カップリングガード（６０）から上方に延在するベント（９０）であって、該ベント（９０）が、前記通路（６７）と流体接続した入口（９２）及び出口（９３）を含んでいて前記負荷端部（６５）に対して流体的にさらされ、かつ該ベント（９０）が前記通路（６７）内の負圧に打ち勝つのに十分な煙突効果を確立する大きさである、ベント（９０）と
   を備えており、
   前記空気流コンパートメント（３３）内の前記外気入口（４５）が前記ベント（９０）と流体接続されるように、前記負荷カップリングガード（６０）内の前記通路（６７）が前記外気入口（４５）と流体接続されており、
   前記負荷カップリングガード（６０）が、前記通路（６７）内で半径方向内向きに延在する少なくとも１つのバッフル部材（８０）を含み、前記少なくとも１つのバッフル部材（８０）が軸方向に前記外気入口（４５）と前記ベント（９０）との間に位置し、前記少なくとも１つのバッフル部材（８０）が、前記負荷（２４）で生成されて前記負荷端部（６５）に流入するガスが前記ターボ機械端部（６３）へと流れるのをさらに阻止し、前記ベント（９０）が軸方向に前記負荷端部（６５）と前記バッフル部材（８０）との間に位置する、負荷カップリング装置（２２）。
2. ターボ機械（４）であって、当該ターボ機械（４）が、
   圧縮機部分（６）と、
   前記圧縮機部分に対して作動可能に結合するタービン部分（８）と、
   前記圧縮機部分及び前記タービン部分の各々に流体接続する燃焼器組立体（１２）と、
   前記圧縮機部分及び前記タービン部分のうちの一方に機械的に連結する負荷（２４）と、
   前記圧縮機部分及び前記タービン部分及び負荷のうちの１つに接合する、請求項１に記載の負荷カップリング装置（２２）と
   を備える、ターボ機械（４）。
3. 前記負荷が、前記負荷カップリングガードを貫通して延びるシャフトを介して前記タービン部分に機械的に連結する、請求項２に記載のターボ機械（４）。
4. 前記空気流コンパートメント（３３）が前記負荷と前記ターボ機械との間に配置されており、前記負荷カップリング装置が、前記空気流コンパートメント（３３）内に取り付けられる、請求項２又は請求項３に記載のターボ機械（４）。
5. 前記負荷が発電機を構成する、請求項４に記載のターボ機械（４）。
6. ターボ機械システム（２）であって、当該ターボ機械システム（２）が、
   圧縮機部分（６）と、
   前記圧縮機部分に対して作動可能に結合するタービン部分（８）と、
   前記圧縮機部分及び前記タービン部分の各々に流体接続する燃焼器組立体（１２）と、
   前記圧縮機部分に流体接続される吸気システム（１６）と、
   前記圧縮機部分及び前記タービン部分のうちの一方に機械的に連結する負荷（２４）と、
   前記圧縮機部分及び前記タービン部分及び負荷のうちの１つに接合する、請求項１に記載の負荷カップリング装置（２２）と
   を備える、ターボ機械システム（２）。
7. 前記負荷は、前記負荷カップリングガードを貫通して延びるシャフトを介して前記タービン部分に機械的に連結する、請求項６に記載のターボ機械システム（２）。
8. 前記空気流コンパートメント（３３）が前記負荷と前記ターボ機械との間に配置されており、前記負荷カップリング装置が、前記空気流コンパートメント（３３）内に取り付けられる、請求項６又は請求項７に記載のターボ機械システム（２）。
9. 前記負荷が発電機を構成する、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のターボ機械システム（２）。

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