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公開番号2025108358
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-23
出願番号2024209788
出願日2024-12-02
発明の名称内側流れ制御ベーンを使用したタービン排気部の回転失速の緩和
出願人ジーイー・ベルノバ・テクノロジー・ゲーエムベーハー,GE Vernova Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類F02C 7/00 20060101AFI20250715BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】内側流れ制御ベーンによるタービン排気部の回転失速を緩和する。
【解決手段】システム11は排気流路を画定するタービン排気部24を含んでいる。前記タービン排気部24は、前記排気流路90に沿うように配置された内側排気壁56と、前記排気流路90に沿うように配置され、前記内側排気壁56に対して半径方向外側に配置された外側排気壁58とを含んでいる。前記タービン排気部は、前記内側排気壁56から選択的に半径方向外側に伸長するように構成された内側流れ制御ベーン92を含む。前記内側流れ制御ベーン92の内側半径方向範囲100は、前記内側排気壁56と前記外側排気壁58との間の半径方向距離102よりも小さい。前記内側流れ制御ベーン92は、タービン部22の最終段ブレード54の下流側であって、前記タービン排気部24の排気ディフューザストラット48、50の上流側に配置されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
システム（１１）であって、
タービン排気部（２４）を含み、前記タービン排気部（２４）は、
排気流路（９０）、
前記排気流路（９０）に沿って半径方向に配置された内側排気壁（５６）、
前記排気流路（９０）に沿って半径方向に配置され、前記内側排気壁（５６）に対して半径方向外側に配置された外側排気壁（５８）、及び
前記内側排気壁（５６）から選択的に半径方向外側に伸長するように構成された内側流れ制御ベーン（９２）
を含み、
前記内側流れ制御ベーン（９２）の内側半径方向範囲（１００）は、前記内側流れ制御ベーンが伸長された場合、前記内側排気壁（５６）と前記外側排気壁（５８）との間の半径方向距離（１０２）よりも小さく、
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、タービン部（２２）の最終段ブレード（５４）の下流側であって、前記タービン排気部（２４）の排気ディフューザストラット（４８、５０）の上流側に配置されている、システム（１１）。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記タービン排気部（２４）は、更に、前記内側流れ制御ベーン（９２）が半径方向外側に伸長するように、前記内側流れ制御ベーン（９２）を動作させる動作アセンブリ（７０、３７０）を含み、
前記システム（１１）は、１つ又は複数のプロセッサ（６２）を有するコントローラ（６０）をさらに含み、前記コントローラ（６０）は、前記内側流れ制御ベーン（９２）が、前記システム（１１）の１つ又は複数の運転条件に基づいて、半径方向外側に伸長するように、前記動作アセンブリ（７０、３７０）に、前記内側流れ制御ベーン（９２）を動作させるための指示をするように構成されている、請求項１に記載のシステム（１１）。
【請求項３】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、前記内側流れ制御ベーン（９２）の下流面（２１２）に複数の旋回ベーン（２１０）を含み、前記複数の旋回ベーン（２１０）は、前記内側流れ制御ベーン（９２）が伸長された場合、前記排気流路（９０）の排気ガスの流れに対して円周方向の旋回が誘導されるように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム（１１）。
【請求項４】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）のうちの１つの内側流れ制御ベーンであり、前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）は、前記タービン排気部（２４）内において、軸方向の位置が揃えられており、前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）は、前記内側排気壁（５６）に対して円周方向に配置されており、前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）が伸長した場合、内側ダム（１９０）を形成する、請求項１又は２に記載のシステム（１１）。
【請求項５】
前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）の各内側流れ制御ベーン（９２）の軸方向面（１１８、１２０）は、前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）が伸長位置に配置されている間、前記複数の内側流れ制御ベーン（９２）のうちの隣の内側流れ制御ベーン（９２）の隣の軸方向面（１２０、１１８）と円周方向に接するように構成されている、請求項４に記載のシステム（１１）。
【請求項６】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、前記内側排気壁（５６、１５１）に配置された凹部（１５０）から直線状に伸長するように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム（１１）。
【請求項７】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、前記内側排気壁（５６、１５１）に対して下流方向の角度（１５４）で直線的に伸長するように構成されている、請求項６に記載のシステム（１１）。
【請求項８】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、ピボット（１５８）を中心に回転するように構成されており、前記ピボット（１５８）は、前記タービン排気部（２４）のラテラル方向（１５９）に沿って延在している、請求項１又は２に記載のシステム（１１）。
【請求項９】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、前記排気ディフューザストラット（４８、５０）に配置された凹部（１６６）から軸方向において上流方向に移動するように構成されている、請求項１又は２に記載のシステム（１１）。
【請求項１０】
前記内側流れ制御ベーン（９２）は、前記システム（１１）の１つ又は複数の運転条件に基づいて受動的に動作する、又はコントローラ（６０）によって能動的に動作する、請求項１に記載のシステム（１１）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、タービン（例えば、ガスタービンエンジンの膨張タービン）の低圧タービン部又はタービンの下流の排気部における回転失速の形成の緩和に関する。ガスタービンエンジンのタービン部及び／又は排気部は、ガスタービンエンジンの低流量運転条件中に発生する恐れのある回転失速セルの形成を緩和するために、内側流れ制御ベーンを含む再循環妨害システムが備えられている。
続きを表示（約 4,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、様々な条件（定常条件、過渡条件（例えば、始動又はシャットダウン）、全負荷条件、又は部分負荷条件など）で動作する。残念ながら、低流量運転条件（例えば、過渡条件又は部分負荷条件）で運転する場合、ガスタービンエンジンは回転失速状態に陥りやすい。回転失速状態は、ガスタービンエンジンの低圧タービン部で回転失速セルが形成され、逆流が生じる。回転失速セルは、ガスタービンエンジンの回転速度の何分の一かの速度で（すなわち、低周波数で）回転し、それにより、低圧タービン部のタービンブレードに非同期高サイクル疲労が生じる。したがって、ガスタービンエンジンにおける回転失速状態を少なくとも緩和する又は防止する必要性がある。
【発明の概要】
【０００３】
当初請求された本発明の範囲に相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求される本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、これらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡単な概要を提供することのみを意図したものである。実際、本発明は、以下に示す実施形態に類似する又は異なる様々な形態を包含することができる。
【０００４】
一実施形態では、システムはタービン排気部を含んでいる。前記タービン排気部は排気流路を含んでいる。前記タービン排気部は、前記排気流路に沿うように配置された内側排気壁と、前記排気流路に沿うように配置され、前記内側排気壁に対して半径方向外側に配置された外側排気壁も含んでいる。前記タービン排気部は、前記内側排気壁から選択的に半径方向外側に伸長するように構成された内側流れ制御ベーンを含む。前記内側流れ制御ベーンの内側半径方向範囲は、前記内側流れ制御ベーンが伸長された場合、前記内側排気壁と前記外側排気壁との間の半径方向距離よりも小さい。前記内側流れ制御ベーンは、タービン部の最終段ブレードの下流側であって、前記タービン排気部の排気ディフューザストラットの上流側に配置されている。
【０００５】
別の実施形態では、システムはタービン排気部を含んでいる。前記タービン排気部は排気流路を含んでいる。前記タービン排気部は、前記排気流路に沿うように配置された内側排気壁と、前記排気流路に沿うように配置され、前記内側排気壁に対して半径方向外側に配置された外側排気壁も含んでいる。前記タービン排気部は、前記内側排気壁から選択的に半径方向外側に伸長するように構成された内側流れ制御ベーンを含む。前記内側流れ制御ベーンの内側半径方向範囲は、前記内側流れ制御ベーンが伸長された場合、前記内側排気壁と前記外側排気壁との間の半径方向距離よりも小さい。前記内側流れ制御ベーンは、タービン部の最終段ブレードの下流側であって、前記タービン排気部の排気ディフューザストラットの上流側に配置されている。前記タービン排気部は、前記内側流れ制御ベーンが半径方向外側に伸長するように、前記内側流れ制御ベーンを動作させる動作アセンブリも含んでいる。前記システムは、１つ又は複数のプロセッサを有するコントローラも含んでいる。前記コントローラは、前記内側流れ制御ベーンが、前記システムの１つ又は複数の運転条件に基づいて、半径方向外側に伸長するように、前記動作アセンブリに、前記内側流れ制御ベーンを動作させるための指示をするように構成されている。
【０００６】
別の実施形態では、システムはタービン排気部を含んでいる。前記タービン排気部は排気流路を含んでいる。前記タービン排気部は、前記排気流路に沿うように配置された内側排気壁と、前記排気流路に沿うように配置され、前記内側排気壁に対して半径方向外側に配置された外側排気壁も含んでいる。前記タービン排気部は、前記内側排気壁から半径方向外側に伸長するように構成された内側流れ制御ベーンを含む。前記内側流れ制御ベーンは、タービン排気部の最終段ブレードの下流側であって、前記タービン排気部の排気ストラットの上流側に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本開示のこれらの特徴、態様、及び利点、並びに他の特徴、態様、及び利点は、以下の発明を実施するための形態を、図面を参照しながら読むことによって、更に理解することができる。図面において、同様の種類の符号は、図面全体で同様の部品を表す。
回転失速状態の形成を緩和するように構成された再循環妨害システムを備えたガスタービンエンジンを有するタービンシステムの一実施形態の概略フロー図である。
図１のガスタービンエンジンの一実施形態の長手軸方向の断面を表した側面断面図であり、再循環妨害システムの一実施形態を示している。
図２の再循環妨害システムの一実施形態を線３－３から見た側面断面図であり、ガスタービンエンジンのタービン部及び排気部における流れ制御ベーンがさらに示されている。
図２の排気部の側面断面図であり、ガスタービンエンジンのタービン部及び排気部の１つ又は複数の壁に流れ制御が実現されるように構成された複数の流れ制御ベーンをさらに示している。
図２の排気部の一実施形態の半径方向軸の断面を表した断面図であり、内側排気壁及び外側排気壁に設けられた再循環妨害システムの流れ制御ベーンをさらに示している。
図５の流れ制御ベーンの一実施形態の線６－６内における背面図であり、流れ制御ベーンの下流面の旋回ベーンを示している。
図６の線７－７から見た図５の流れ制御ベーンの一実施形態の側面断面図であり、流れ制御ベーンの下流面から突出する複数の旋回ベーンのうちの1つの旋回ベーンを示している。
図２～図７の流れ制御ベーンの一実施形態の上面図であり、複数の流れ制御ベーンが円周方向に接してセグメント化された環状ダムを画定している様子を示している。
伸長位置（例えば、展開構成）にある図２～図５の流れ制御ベーンのセットの一実施形態の斜視図であり、各流れ制御ベーンは、湾曲したベーンを含み、複数の流れ制御ベーンは全体で湾曲した環状ダムを画定する。
格納位置（例えば、折り畳まれた構成）にある図５及び図９の流れ制御ベーンのセットの一実施形態の斜視図である。
図２～図７の流れ制御ベーンのセットの一実施形態の上面図であり、流れ制御ベーンは、円周方向に間隔をあけて配置され、旋回を誘導するように角度が付けられている。
複数のストラットと複数の補助ストラットの一実施形態の断面図であり、補助ストラットが、格納位置（例えば、中心軸に対して軸方向に揃う位置）に配置された流れ制御ベーンを有している様子が示されている。
図１２の複数のストラット及び複数の補助ストラットの一実施形態の断面図であり、中心軸に対して伸長位置（例えば、円周方向に伸長した位置、角度位置、又は展開位置）に配置された流れ制御ベーンを有する補助ストラットを示す。
図１２に示される隣り合うストラットの間の補助ストラットの一実施形態の断面図であり、補助ストラットの内側部分及び外側部分（例えば、流れ制御ベーン）が格納位置（例えば、軸方向に揃う位置、平行な位置、又は折り畳まれた位置）に配置された様子をさらに示している。
図１３に示される隣り合うストラットの間の補助ストラットの一実施形態の断面図であり、エアフォイルの中央部分は、軸方向において中心軸に揃っており、補助ストラットの内側部分及び外側部分（例えば、流れ制御ベーン）が伸長位置に配置された様子をさらに示している。
図１３の線１６－１６における隣り合うストラットの間の補助ストラットの一実施形態の正面図であり、補助ストラットの中央部分は、軸方向において中心軸に揃っており、補助ストラットの内側部分及び外側部分（例えば、流れ制御ベーン）が図１５に示される伸長位置にあることをさらに示している。
図２の再循環妨害システムの一実施形態の概略切断図であり、排気部の外側排気壁の凹部の格納位置に配置された流れ方向転換ベーンを示す。
図２及び図１７の再循環妨害システムの一実施形態の概略切断図であり、流れ方向転換ベーンが伸長位置において外側排気壁から内側排気壁まで排気部内に伸長した様子を示す。
図１７及び図１８の流れ方向転換ベーンのセットの一実施形態において、図１７の格納位置に配置されたときの半径方向軸の概略断面図である。
図１７及び図１８の流れ方向転換ベーンのセットの一実施形態について、図１８の伸長位置における半径方向軸の概略断面図である。
図１７－図２０の流れ方向転換ベーンの一実施形態の斜視図である。
図２の再循環妨害システムの一実施形態の、図３の線２２－２２における概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本開示の１つ以上の具体的な実施形態が説明される。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実装の全ての特徴が本明細書に記載されているとは限らない。どのような実際の実装の開発でも、様々なエンジニアリングプロジェクト又はデザインプロジェクトのように、実装に固有の多数の決定を実行して、実装によって異なると考えられるシステム関連の制約及びビジネス関連の制約の順守などの、開発者の特定の目標を達成しなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、当業者が本開示の利益を有するには、日常的な、設計、製作、及び製造の業務であることを理解されたい。
【０００９】
本開示の様々な実施形態の要素を導入する場合、冠詞「1つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、及び「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つ以上存在することが意図されている。「含む、備える、有する（comprising、including、having）」は包括的であり、列挙された要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味することが意図されている。
【００１０】
以下に更に詳細に記載するように、開示される実施形態は、ガスタービンエンジンの最終段ブレードの下流において逆流及び回転失速セルの形成を緩和することによって、ガスタービンエンジンの低圧タービン部における回転失速状態を緩和することができる。例えば、特定の実施形態は、ガスタービンエンジンの排気部の内側排気壁（例えば、内径）に配置された複数の内側流れ制御ベーン（例えば、半径方向内側ベーン）を含む。複数の内側流れ制御ベーンは、軸方向の位置が揃うように整列されており（例えば、共通の軸方向位置）、セグメント化された内側ダム（例えば、セグメント化された内側環状フローバリア壁）を形成する。内側ダムは、排気ガスの逆流（例えば、排気流路）を上流渦と下流渦とに分離するように構成される。上流渦は接線速度を維持し、それによってタービン部の最終段のブレード（例えば、タービンブレードの最終段）の直後に位置する剪断層の速度勾配が低減する。剪断層の速度勾配を低減することによって、低圧タービン部における回転失速状態になる可能性が低減される。特定の実施形態では、内側ダムは、排気部の外側排気壁に配置されたセグメント化された外側ダム（例えば、複数の外側流れ制御ベーンを有するセグメント化された外側環状流れバリア壁）を組み合わせることができる。外側ダムは、排気流路を絞るように構成され、それによって内側ダムの効果を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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