JP7130354B2 - 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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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 (3)

  1. 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、当該自動熱動弁システムが、当該自動熱動弁システム全体として、所定の温度範囲内で冷却ガス（３０ Ｍｏｄ ）の流れを遮断する一方で、前記所定の温度範囲よりも高い温度及び前記所定の温度範囲よりも低い温度では冷却ガス（３０ Ｍｏｄ ）の流れを通過させるように構成されており、当該自動熱動弁システムが、
    第１の自動熱動弁（１４０Ａ）と、
    第２の自動熱動弁（１４０Ｂ）と
    を備えており、
    第１の自動熱動弁（１４０Ａ）が、
    第１のガス流吸入ポート（１４４）と、
    第１のガス流排出ポート（１４６）と、
    第１の温度依存性伸縮自在素子（１５０）と、
    第１の温度依存性伸縮自在素子（１５０）に結合された第１のロッド（１５４）と、
    第１のロッド（１５４）の先端部に結合された第１の弁体（１５６）であって、第１の温度依存性伸縮自在素子（１５０）が温度の変化に応じて該第１の弁体（１５６）を移動させる、第１の弁体（１５６）と
    を含み、第１の弁体（１５６）が、前記所定の温度範囲よりも高い温度で第１の温度依存性伸縮自在素子（１５０）によって第１の自動熱動弁（１４０Ａ）の第１の弁座（１６０）から離れて移動して、前記冷却ガス（３０ Ｍｏｄ ）の流れが第１のガス流吸入ポート（１４４）から第１のガス流排出ポート（１４６）へと通過できるように構成されているとともに、前記所定の温度範囲内及び前記所定の温度範囲よりも低い温度で第１の弁座（１６０）と係合して、前記冷却ガス（３０ Ｍｏｄ ）の流れが第１のガス流吸入ポート（１４４）から第１のガス流排出ポート（１４６）へと流れるのを遮断するように構成されており、
    第２の自動熱動弁（１４０Ｂ）が、
    第２のガス流吸入ポート（２４４）と、
    第２のガス流排出ポート（２４６）と、
    第２の温度依存性伸縮自在素子（２５０）と、
    第２の温度依存性伸縮自在素子（２５０）に結合された第２のロッド（２５４）と、
    第２のロッド（２５４）の先端部に結合された第２の弁体（２５６）であって、第２の温度依存性伸縮自在素子（２５０）が温度の変化に応じて該第２の弁体（２５６）を移動させる、第２の弁体（２５６）と
    を含み、第２の弁体（２５６）が、前記所定の温度範囲よりも低い温度で第２の温度依存性伸縮自在素子（２５０）によって第２の自動熱動弁（１４０Ｂ）の第２の弁座（２６０）から離れて移動して、前記冷却ガス（３０ Ｍｏｄ ）の流れが第２のガス流吸入ポート（２４４）から第２のガス流排出ポート（２４６）へと通過できるように構成されているとともに、前記所定の温度範囲内及び前記所定の温度範囲よりも高い温度で第２の弁座（２６０）と係合して、前記冷却ガス（３０ Ｍｏｄ ）の流れが第２のガス流吸入ポート（２４４）から第２のガス流排出ポート（２４６）へと流れるのを遮断するように構成されている、自動熱動弁システム。
  2. 第１の自動熱動弁（１４０Ａ）の第１の弁体（１５６）が、第１のロッド（１５４）が該第１の弁体（１５６）に結合している側に円弧状表面（１５８）を有し、第２の自動熱動弁（１４０Ｂ）の第２の弁体（２５６）が、第２のロッド（２５４）が該第２の弁体（２５６）に結合している側とは反対側に円弧状表面（２５８）を有する、請求項１に記載の自動熱動弁システム。
  3. 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、
    請求項１又は請求項２に記載の自動熱動弁システムと
    を具備する、冷却システム。
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