ブリストルを備えたボアスコーププラグ
【課題】ブリストルを備えたボアスコーププラグを提供すること。
【解決手段】一実施形態において、システムは、回転機械を含み、該回転機械が、ケーシング（４０）と、ケーシング（４０）を通って延在するシャフト（１９）と、ケーシング（４０）内部でシャフト（１９）に結合された複数のブレード（４４）とを有する。本システムはまた、ケーシング（４０）内の開口（５４）に配置されたプラグ（４６）を含み、該プラグ（４６）がベース（５０）に結合されたフィラーを含み、該フィラーが、ブレード（４４）と衝突で破断するように構成されている。
【解決手段】一実施形態において、システムは、回転機械を含み、該回転機械が、ケーシング（４０）と、ケーシング（４０）を通って延在するシャフト（１９）と、ケーシング（４０）内部でシャフト（１９）に結合された複数のブレード（４４）とを有する。本システムはまた、ケーシング（４０）内の開口（５４）に配置されたプラグ（４６）を含み、該プラグ（４６）がベース（５０）に結合されたフィラーを含み、該フィラーが、ブレード（４４）と衝突で破断するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的にはボアスコーププラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、加圧空気及び燃料の混合気を燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、タービンを通って流れ、負荷及び／又は圧縮機のための出力を発生することができる。圧縮機は、一連の段を通って空気を加圧し、各段は中心シャフトの回りを回転する複数のブレードを有する。定期的な圧縮機保守は、ボアスコープを各圧縮機段に挿入して、圧縮機ブレード及び他の圧縮機構成部品を検査することを伴う場合がある。ボアスコープは、ガスタービンエンジンの運転中ではない期間中に、圧縮機の軸方向及び／又は円周方向に沿って位置付けられた検査ポートを通じて挿入することができる。ボアスコープが取り外されてガスタービンが使用中になった後に、加圧空気が検査ポートを通じて漏出するのを防ぐために、各ポートはプラグでシールすることができる。これらのプラグは、検査ポートの全長にわたって実質的に延在するフィラーを含むことができる。しかしながら、検査ポートの長さは、圧縮機の長手方向軸線に沿って変わる可能性がある。従って、より長い検査ポート用に構成されたフィラーが短い検査ポート内に配置された場合、フィラーが圧縮機内部に突き出ることがある。このような状況では、圧縮機ブレードがフィラーと接触する恐れがあり、場合によっては圧縮機ブレードに損傷を与える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６４７４９４１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある一部の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、回転機械を含み、該回転機械が、ケーシングと、ケーシングを通って延在するシャフトと、ケーシング内部でシャフトに結合された複数のブレードとを有する。本システムはまた、ケーシング内の開口に配置されたプラグを含み、プラグがベースに結合されたフィラーを含み、該フィラーが、ブレードと衝突で破断するように構成されている。
【０００６】
第２の実施形態において、システムは、回転機械の検査開口内に装着するよう構成されたプラグを含む。プラグは、装着ベースに結合された複数のブリストルを含み、ブリストルが、回転機械において少なくとも１つの回転ブレードとの衝突で破断するよう構成される。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、第２の構成部品に対して移動可能な第１の構成部品を有する機械を含む。本システムはまた、第２の構成部品内の検査開口に配置された検査プラグを含み、該検査プラグは、ベースに結合された複数のファイバーを含み、該該バーが、第１の構成部品と衝突で破断するよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の教示の特定の実施形態による、圧縮機の内部を検査するための監視システム及びボアスコープを有するタービンシステムのブロック図。
【図２】本技術の特定の実施形態による、図１に示すタービンシステムの切り欠き側面図。
【図３】本技術の特定の実施形態による、図２の線３−３で囲まれた圧縮機の切り欠き側面図。
【図４】本技術の特定の実施形態による、図３の線４−４に囲まれたボアスコーププラグの切り欠き側面図。
【図５】本技術の特定の実施形態による、図３の線４−４で囲まれ、検査ポートの端部を過ぎて延在するブリストルを有するボアスコーププラグの切り欠き側面図。
【図６】本技術の特定の実施形態による、図３の線４−４に囲まれ、検査ポートの長さよりも短いブリストルを有するボアスコーププラグの切り欠き側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。
【００１０】
本発明の１以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これら実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示の実施形態は、圧縮機ブレードとの衝突で破断するよう構成されたフィラーを有するボアスコーププラグを利用することにより、圧縮機ブレードの損傷の可能性を実質的に低減又は排除することができる。この構成において、ボアスコーププラグが圧縮機ブレードの経路内に延在する場合、ブレードと接触するフィラーの部分が破断することができる。例えば、特定の実施形態において、ボアスコーププラグは、ある材料から構成されるブリストルを含み、該ブリストルは、圧縮機ブレードとの接触によりブリストルの一部を破断すると同時に、圧縮機ブレードへの損傷を実質的に低減又は排除するような厚み及び密度を有する。ブリストルの向きは、例えば、半径方向、円周方向、及び／又は軸方向に沿うことができる。更に、ブリストルは、他の場合には圧縮機内に圧力振動を誘起する可能性がある音響エネルギーを吸収する役割を果たすことができる。
【００１３】
次に図面に移り、最初に図１を参照すると、ガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図が示されている。ブロック図は、燃料ノズル１２、供給燃料１４、及び燃焼器１６を含む。図示のように、供給燃料１４は、液体燃料及び／又はガス燃料（天然ガスなど）を燃料ノズル１２を通じて燃焼器１６内に通す。燃焼器１６は、燃料空気混合気を点火して燃焼させ、次いで、高温の加圧排気ガスをタービン１８に送る。排気ガスは、タービン１８内のタービンブレードを通過し、これによりタービン１８を駆動して回転させる。タービン１８内のブレードとシャフト１９との結合によりシャフト１９の回転が引き起こされることになり、該シャフト１９はまた、図示のようにタービンシステム１０全体にわたる複数の構成部品に結合される。最終的に、燃焼プロセスの排気は、排気出口２０を介してタービンシステム１０から出ることができる。
【００１４】
タービンシステム１０の一実施形態において、圧縮機ベーン又はブレードが圧縮機２２の構成部品として含まれる。圧縮機２２内のブレードは、シャフト１９に結合することができ、シャフト１９がタービン１８により回転駆動されると回転することになる。圧縮機２２は、吸気口２４を介してタービンシステム１０に空気を取り込むことができる。更に、シャフト１９は、負荷２６に結合することができ、該負荷は、シャフト１９の回転によって駆動することができる。理解されるように、負荷２６は、発電プラント又は外部の機械的負荷など、タービンシステム１０の回転出力によって出力を発生することができる何れかの好適なデバイスとすることができる。例えば、負荷２６は、発電機、航空機のプロペラ、その他を含むことができる。吸気口２４は、燃料ノズル１２を介して供給燃料１４と空気３０を後で混合するために、低温吸気口などの好適な機構を介してタービンシステム１０内に空気３０を引き込む。以下で詳細に説明するように、タービンシステム１０により取り込まれる空気３０が送給されて、圧縮機２２内の回転ブレードにより加圧されて加圧空気にすることができる。次に、加圧空気は、矢印３２で示すように燃料ノズル１２に送給することができる。次いで、燃料ノズル１２は、加圧空気と参照数字３４で示す燃料とを混合し、燃焼のため、例えば、燃料を浪費せず又は過剰エミッションを生じないように、燃料をより完全に燃焼させる燃焼のための好適な混合比をもたらすことができる。
【００１５】
特定の実施形態において、システム１０は、圧縮機２２の内部を検査するためのボアスコープ３６及び監視システム３８を含むことができる。例えば、ボアスコープ３６は、硬性スコープ又はファイバスコープとすることができる。ボアスコープ３６は、タービンシステム１０が作動中でない期間中に圧縮機２２の種々の部分（例えば、ポート）に挿入することができる。このようにして、圧縮機ブレード及び圧縮機２２の他の構成部品を検査し、圧縮機２２が適正に動作していることを確認することができる。ボアスコープ３６は、監視システム３８に光学的に結合することができる。監視システム３８は、ボアスコープ３６を介して圧縮機２２の内部を照明する光源を含むことができる。加えて、監視システム３８は、ボアスコープ３６からの画像を監視、表示、及び／又は記録することが可能な光学センサを含むことができる。特定の実施形態において、ボアスコープ３６は、圧縮機２２の内部からの画像を監視システム３８に中継するように構成された内側コアと、監視システム３８からの光を圧縮機２２に伝送するよう構成された外層とを含むことができる。この構成において、圧縮機２２の内部を監視及び解析し、圧縮機２２が設定パラメータの範囲内で確実に作動するようにすることができる。別の実施形態では、染料浸透アプリケータ、超音波プローブ、又は渦電流プローブなどの代替の圧縮機検査デバイスを利用して、圧縮機２２の内部を検査することができる。
【００１６】
ボアスコープ３６又は他の圧縮機検査デバイスは、圧縮機２２全体にわたって位置付けられた検査ポート又は開口を介して圧縮機２２に挿入することができる。例えば、圧縮機２２は、圧縮機段当たりに少なくとも１つの検査ポートを含むことができる。別の実施形態では、圧縮機２２は、各圧縮機段の周囲に配置された複数の検査ポートを含むことができる。例えば、圧縮機２２は、各圧縮機段に対して円周方向に間隔を置いて配置された１、２、３、４、５、６、７、８、又はそれ以上の検査ポートを含むことができる。別の実施形態では、圧縮機２２は、各円周方向位置における各圧縮機段に対して下流側位置及び上流側位置両方に配置された検査ポートを含むことができる。この構成は、圧縮機ブレードの前縁及び後縁の両方の検査を可能にすることができる。
【００１７】
圧縮機２２の検査が完了すると、各検査ポートは、タービン作動中の加圧空気の漏出を阻止するようシールすることができる。特定の実施形態において、この検査ポートは、装着ベース及びフィラーを含むボアスコーププラグを用いてシールすることができる。ベースは、圧縮機２２の外側ケーシングに固定するネジ部を含むことができる。特定の実施形態において、フィラーは、ベースから各検査ポートの全長に実質的に沿って延在する複数のブリストルを含むことができる。この構成において、過度に長いブリストルを有するボアスコーププラグが検査ポートに挿入された場合、ブリストルは、回転圧縮機ブレードに接触することで屈曲又は破断することができる。具体的には、ブリストルは薄型で、圧縮機ブレードよりも軟性の材料で構成することができるので、圧縮機ブレードは、ブレードに実質的に損傷を与えることなく接触範囲についてブリストルを剪断することができる。換言すると、ブリストルは、不適切な長さのボアスコープが検査ポート内に挿入された場合に、圧縮機が損傷を受けるのを防ぐことができる。更に、ブリストルは、他の場合では圧縮機２２内の圧力振動を誘起する可能性がある音響エネルギーを減衰させる役割を果たすことができる。
【００１８】
図２は、タービンシステム１０の一実施形態の切り欠き側面図を示す。図示のように、本実施形態は、燃焼器２６の環状アレイ（例えば、６、８、又は１２個の燃焼器１６）に結合された圧縮機２２を含む。各燃焼器１６は、少なくとも１つの燃料ノズル１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上）を含み、燃料ノズルは、各燃焼器１６内に配置された燃焼ゾーンに空気燃料混合気を送給する。燃焼器１６内での空気燃料混合気の燃焼により、排気ガスが排気出口２０に向かって通過すると、タービン１８内のベーン又はブレードが回転するようになる。以下で詳細に検討するように、圧縮機２２の特定の実施形態は、不適切な長さのボアスコーププラグが検査ポート内に挿入された場合に、圧縮機ブレードへの損傷の可能性を低減するための様々な固有の特徴部を含む。
【００１９】
図３は、図２の線３−３で囲まれた圧縮機２２の一部の詳細断面図を示している。空気は、軸方向４１に沿って圧縮機２２に流入する。次いで、１以上の圧縮機段を空気が通過する。圧縮機２２は、例えば、１から２５、５から２０、１０から２０、又は１４から１８個の凝縮器段を含むことができる。各圧縮機段は、圧縮機２２の回りに円周方向４３で実質的に等間隔に配置されたベーン４２及びブレード４４を含む。ベーン４２は、圧縮機２２に堅固に装着され、ブレード４４に向けて空気を配向するよう構成される。ブレード４４は、シャフト１９により回転駆動される。空気が各圧縮機段を通過すると、空気圧が増大し、これにより適正な燃焼のために十分な空気を燃焼器１６に提供する。
【００２０】
上述のように、圧縮機２２は、タービンシステム１０が作動していない間に圧縮機２２内部を監視するために、ケーシング４０内に配置された複数の検査ポートを含むことができる。タービンシステム１０が使用中であるときにこれらのポートを通って空気が漏出するのを防ぐために、圧縮機２２は、検査ポートをシールするよう構成された複数のボアスコーププラグ４６を含むことができる。以下で詳細に検討するように、これらのボアスコーププラグ４６の各々は、検査ポートの全長に実質的に沿って延在するブリストルを含むことができる。この構成は、他の場合では圧縮機２２内の圧力振動を誘起する可能性がある音響エネルギーを吸収することができる。更に、ブリストルは、タービンブレード４４を偶発的なブリストルとの接触から保護する役割を果たすことができる。具体的には、ブリストルは、タービンブレード４４との衝突で屈曲又は破断するよう構成することができる。このようにして、タービンブレード４４は、検査ポートに対して長すぎるブリストルを有するボアスコーププラグ４６の偶発的な挿入から保護することができる。
【００２１】
図４は、図３の線４−４に囲まれたボアスコーププラグ４６の切り欠き側面図である。図示のように、ボアスコーププラグ４６は、ヘッド４８、シール５０、及びブリストル５２を含む。ボアスコーププラグ４６は、圧縮機の動作中の加圧空気の漏出を阻止するよう検査ポート５４内に位置付けられる。シール５０は、検査ポート５４の第１のアパーチャ５５内に収まるように構成され、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６に沿って延在するように構成される。シール５０の直径５８は、第１のアパーチャ５５の直径６０と実質的に同様である。この構成では、タービンシステムの動作中に高圧空気が圧縮機２２から漏出するのを阻止するために、密閉シールを形成することができる。特定の実施形態において、シール５０はネジ部を含み、第１のアパーチャ５５は、相補的なネジ溝（すなわち、嵌合ネジ）を含み、ボアスコーププラグ４６をヘッド４８の回転により圧縮機ケーシング４０に固定することができるようになる。このような配置において、ヘッド４８は、例えば、ボアスコーププラグ４６をレンチで固定できるように、６角パターンを含むことができる。更に、第１のアパーチャ５５の長さ６２は、シール５０の長さ６３よりも大きくし、２つの構成部品間の適切な接触を可能にすることができる。
【００２２】
第２のアパーチャ５６の長さ６６は、ブリストル５２の長さ６８と実質的に同様とすることができる。このような構成において、ブリストル５２は、圧力振動が第２のアパーチャ５６内に形成されるのを実質的に軽減又は阻止することができる。更に、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の直径６４内に収まるように配置することができる。以下で詳細に説明するように、ブリストル５２が圧縮機ブレード４４の経路内に延在する場合、ブリストル５２の構成により、ブレード４４がブリストル４４を屈曲又は破断できるようになり、これによりブレードの損傷の可能性を低減することができる。反対に、ブリストル５２の長さが第２のアパーチャ５６の長さ６６よりも短い場合、ブリストル５２は、音響エネルギーを吸収し、圧縮機２２内の圧力振動を制限することができる。
【００２３】
図示のように、ブリストル５２は、シール５０のネジ軸線６９に実質的に平行に向けられる。代替の実施形態は、ネジ軸線６９に実質的に垂直な方向（例えば、軸方向４１又は円周方向４３）に向けられたブリストルを含むことができる。他の実施形態は、半径方向４５、軸方向４１及び／又は円周方向４３に向かってネジ軸線６９に対し約１°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、又はそれ以上よりも大きい角度をなすブリストル５２を含むことができる。別の実施形態は、上記の方向の組み合わせに向けられたブリストル５２を含むことができる。例えば、特定の実施形態は、ネジ軸線６９に実質的に平行（例えば、半径方向４５）に向けたブリストルの第１のセットと、該ブリストルの第１のセットに対して軸方向４１及び／又は円周方向４３に向かって約０°から９０°、２０°から７０°、３０°から６０°、又は約４５°に向けたブリストルの第２のセットとを含むことができる。特定の実施形態において、ブリストル５２は、ランダムな向きに配列することができる（例えば、スチールウール、ミネラルウール、チョップドストランドマット、その他）。他の実施形態は、織り合わせメッシュ構成で配列されたブリストル５２を含むことができる。更に別の実施形態は、樹脂と共に接合されて複合構造体を形成するブリストル５２を含むことができる。
【００２４】
代替の実施形態は、ブリストル５２の代わりに、金属発泡フィラーを利用してもよい。金属発泡体は、複数のガス充填細孔を有する固体金属構造である。細孔の密度及びサイズは、圧力振動が検査ポート５４内で形成されるのを実質的に低減又は阻止し、且つ接触が生じた場合に圧縮機ブレードの損傷を実質的に低減又は阻止する構造を提供するよう特に構成することができる。別の実施形態において、フィラーは、バインダー中に懸濁された金属粒子などの摩耗性又は脆弱性材料から構成することができる。脆弱材料は、加圧下で変形させるのではなく、破片に断片化される傾向がある。従って、圧縮機ブレード４４が脆弱性材料に衝突する場合、衝突力によって金属粒子が衝突点にてバインダーから分離されるようにすることができる。従って、圧縮機ブレード４４と接触したフィラーの部分をフィラーの残りの部分から破断させ、金属粒子に分解することができる。
【００２５】
図示のように、検査ポート５４及びボアスコーププラグ４６は、実質的に半径方向４５に向けられる。代替の実施形態では、検査ポート５４は、円周方向４３及び／又は軸方向４１に向けて回転させることができる。例えば、検査ポート５４は、圧縮機ブレード４４の回転方向から離れる円周方向４３に向けて回転させることができる。換言すると、プラグ４６の軸線は、シャフト１９の回転軸線に向かって配向されるが、該回転軸線からオフセットすることができる。この構成により、圧縮機ブレード４４に接触することでブリストル５２の変形及び／又は破断を増強することができる。例えば、検査ポート５４は、円周方向４３に向かって軸方向４１の回りに少なくとも１°、２°、５°、８°、１０°、１５°、２０°、３０°、４５°、又はそれ以上で回転することができる。
【００２６】
ブリストル５２は、様々な材料から構成することができる。例えば、特定の実施形態において、ブリストル５２は、幾つかの金属及び合金の中で特に、スチール、アルミニウム、銅、チタン、又はタングステンなどの金属から構成することができる。代替の実施形態では、ブリストル５２は、とりわけ、アルミニウム、シリコン、及び／又はホウ素の酸化物を含有するセラミックファイバーから構成することができる。別の実施形態は、ガラス及び／又は炭素ファイバーから構成されるブリストル５２を含むことができる。更に別の実施形態は、タングステンカーバイドなどのサーメットから構成することができる。他の実施形態は、例えば、パラアラミド（例えば、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫｅｖｌａｒ（登録商標））、メタアラミド（例えば、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＮｏｍｅｘ（登録商標））、アクリル、又はポリエチレンなど、プラスチック／合成ファイバーから構成されるブリストル５２を含むことができる。
【００２７】
ブリストル５２の組成は、構成ファイバーの材料特性に基づいて選択することができる。具体的には、ブリストル５２は、その溶融温度が圧縮機作動中にブリストル５２の受ける可能性がある最大空気温度よりも高いように選択することができる。例えば、空気が圧縮機２２内で加圧されると空気温度が上昇する。従って、圧縮機２２の後方の段内の温度は、それよりも前方の段の温度よりも高くなることができる。特定の実施形態において、圧縮機温度は、例えば、約１００から１２００度、１００から９００度、又は２００から８００度にわたることができる。結果として、ブリストル５２は、最大予測曝露温度に基づいて選択することができる。特定の実施形態において、ブリストル材料は、圧縮機段に基づいて変えることができる。例えば、より前方の圧縮機段は、より低温の溶融点を有するファイバーを利用することができ、より後方の圧縮機段はより高温の溶融点を有するファイバーを利用する。従って、ブリストル５２は、構成ファイバーの溶融温度及び圧縮機２２内のブリストル５２の位置に基づいて選択することができる。しかしながら、低い溶融点のファイバーを有するボアスコーププラグ５２を、ファイバー溶融点よりも高い温度の後方圧縮機段に偶発的に挿入することによるブリストル損傷を防ぐために、全てのブリストル５２は、ファイバーの溶融点が最大圧縮機温度よりも高いように選択してもよい。
【００２８】
ブリストル５２の密度及び厚みはまた、特定の実施形態において変えることができる。例えば、各ブリストル５２は、約１から１５、２から１０、又は４から６ミル厚みにすることができる。特定の実施形態において、各ブリストル５２は、例えば、約１、２、３、４、５、６、８、１０、１２、又は１５ミル厚み未満とすることができる。加えて、ブリストルの密度は、約１０から２５００、１００から１５００、２００から１０００、又は３００から５００ブリストル／平方インチとすることができる。特定の実施形態において、ブリストル密度は、約１０、２５、５０、１００、１５０、３００、５００、８００、１０００、１２００、１５００、２０００、又は２５００ブリストル／平方インチ未満とすることができる。このような実施形態では、ブリストル５２の分布は均一ではない場合がある。例えば、ブリストル５２は、シール５０にわたって複数の束毎にグループ化することができる。ブリストル厚み及び密度は、ブリストルの組成に直接関係することができる。例えば、より薄くより低密度の構成は、より硬質の材料（例えば、金属又はセラミックファイバー）を利用することができ、より厚く高密度の構成は、より軟質の材料（例えば、プラスチック又は合成ファイバー）を利用することができる。このような構成は、ブリストル５２との偶発的な接触に起因する損傷から圧縮機ブレード４４を保護する役割を果たすことができる。加えて、以下で検討するように、ブリストル厚み及び密度は、圧縮機２２内の圧力振動を実質的に低減又は排除するよう選択することができる。
【００２９】
ブリストル５２は、圧縮機２２内の圧力振動の形成を制限する役割を果たすことができる。具体的には、空気が圧縮機２２を通って流れると、空気は第２のアパーチャ５６に流入することができる。第２のアパーチャ５６は、望ましくない圧縮機ブレード振動を引き起こす可能性がある圧力振動を含む、音響共振器として働く場合がある。ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６に入る空気流を阻止し、これにより共振を軽減し、圧力振動の大きさを低減することができる。加えて、圧力振動は、第２のアパーチャ５６と圧縮機２２内部との間の相互作用による渦流励振により誘起される可能性がある。ブリストル５２は、渦流励振及び結果として生じる圧力振動が低減されるようにこれらの渦流を生成する空気流パターンと相互作用することができる。最後に、ブリストル５２は、ブリストル５２間の第２のアパーチャ５６に流入する空気から音響エネルギーを吸収し、これにより圧縮機２２内の圧力振動を更に低減する役割を果たすことができる。圧力振動の低減は、圧縮機ブレード振動の低減による圧縮機効率を向上させることができる。
【００３０】
図５は、図３の線４−４で囲まれたボアスコーププラグ４６の切り欠き側面図であり、ここではブリストル５２は、圧縮機ブレード４４の回転経路内に延在する。例えば、長さ７０のブリストル５２を有するボアスコーププラグ４６が、長さ６６の第２のアパーチャ５６を有する検査ポート５４内に挿入される場合、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の内側半径方向範囲を過ぎて延在する可能性がある。このような配置は、長さ７０の第２のアパーチャ５６内に収まるように構成されたボアスコーププラグ４６を長さ６６の第２のアパーチャ５６に偶発的に挿入することから生じる場合がある。このような状況では、ブリストル５２が変形及び／又は破断し、圧縮機ブレード４４に対する損傷の可能性が実質的に軽減又は排除されるように構成することができる。例えば、上述のように、ブリストル５２の組成、厚み、及び／又は密度により、圧縮機ブレード４４の経路内に延在するブリストル５２の一部が圧縮機ブレード４４に接触することで破断可能にすることができる。或いは、圧縮機ブレード４４とブリストル５２との接触により、ブリストル５２が一時的に又は恒久的に変形し、ブレード４４への損傷の可能性が実質的に軽減又は排除されるようにすることができる。
【００３１】
図６は、図３の線４−４に囲まれたボアスコーププラグ４６の切り欠き側面図であり、ここではブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の半径方向全体の範囲に沿って延在してはいない。例えば、長さ７２のブリストル５２を有するボアスコーププラグ４６が、長さ６６の第２のアパーチャ５６を有する検査ポート５４内に挿入される場合、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の半径方向全体の範囲に沿って延在することができない可能性がある。このような配置は、長さ７２の第２のアパーチャ５６内に収まるように構成されたボアスコーププラグ４６を長さ６６の第２のアパーチャ５６内に偶発的に挿入することにより生じる可能性がある。このような状況では、第２のアパーチャ５６の一部は、圧縮機２２を通って流れる空気の経路に沿ってキャビティを形成することができる。しかしながら、このようなキャビティは、圧縮機２２内の圧力振動にはあまり寄与しない可能性がある。具体的には、実験により、直径の何分の１かよりも小さいキャビティ深さは、圧縮機２２内の圧力振動を確立することができないことが明らかになった。例えば、キャビティ深さが第２のアパーチャ５６の直径６４の約１０％、２５％、５０％、７５％、又は１００％未満である場合、圧力振動は形成することができない。加えて、上述のように、ブリストル５２は、音響エネルギーを吸収することができ、その結果、圧力振動が実質的に軽減又は排除されるようになる。例えば、空気がブリストル５２間のスペースに入ると、ブリストル５２は、音響エネルギーを減衰させ、圧力振動を軽減することができる。
【００３２】
理解されるように、ボアスコーププラグ４６は、代替の実施形態において他の機械構成用に利用することができる。例えば、上述の圧縮機２２に加えて、本構成のボアスコーププラグ４６は、タービン１８などの他のタイプの回転機械で利用することができる。加えて、ブリストル５２を備えたボアスコーププラグ４６は、回転部分がプラグ４６と接触する可能性があるあらゆる回転機械に利用することができ、これにより回転部分に対する損傷の可能性が実質的に軽減又は排除されるようになる。加えて、このプラグ設計は、検査ポート５４に加えて、回転機械内の他のタイプの開口をシールするのに利用することができる。
【００３３】
更に、ブリストル５２を備えたボアスコーププラグ４６は、線形的可動部品を有する機械に利用してもよい。例えば、線形的機械の表面内の検査ポート又は他のポートが、ブリストル５２を有するプラグ４６内でシールされる場合、プラグ４６と接触した場合の機械内の可動部品に対する損傷の可能性を実質的に軽減又は排除することができる。例えば、線形機械のシリンダ内でピストンが移動し、ボアスコーププラグ４６がピストンの経路内に延在する場合、ピストンがブリストル５２と接触し、これによりブリストルを破断及び／又は変形させることができる。この構成は、ピストンへの損傷の可能性を実質的に軽減又は排除することができる。同様に、ブリストル５２を備えたボアスコーププラグ４６は、他の構成（線形、回転、その他）で利用し、可動部品がボアスコーププラグ４６と接触する場合に可動部品への損傷の可能性を低減することができる。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
１０ ガスタービンシステム
１２ 燃料ノズル
１４ 供給燃料
１６ 燃焼器
１８ タービン
１９ シャフト
２０ 排気出口
２２ 圧縮機
２４ 吸気口
２６ 負荷
３０ 空気
３２ 加圧空気
３４ 燃料空気混合気
３６ ボアスコープ
３８ 監視システム
４０ 圧縮機ケーシング
４１ 軸方向
４２ ベーン
４３ 円周方向
４４ ブレード
４５ 半径方向
４６ ボアスコーププラグ
４８ ボアスコーププラグヘッド
５０ ボアスコーププラグシール
５２ ボアスコーププラグブリストル
５４ 検査ポート
５５ 第１のアパーチャ
５６ 第２のアパーチャ
５８ シールの直径
６０ 第１のアパーチャの直径
６２ 第１のアパーチャの長さ
６３ シールの長さ
６４ 第２のアパーチャの直径
６６ 第２のアパーチャの長さ
６８ ブリストルの長さ
６９ ネジ軸線
７０ ブリストルの長さ
７２ ブリストルの長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、より具体的にはボアスコーププラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンエンジンは、加圧空気及び燃料の混合気を燃焼させて、高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、タービンを通って流れ、負荷及び／又は圧縮機のための出力を発生することができる。圧縮機は、一連の段を通って空気を加圧し、各段は中心シャフトの回りを回転する複数のブレードを有する。定期的な圧縮機保守は、ボアスコープを各圧縮機段に挿入して、圧縮機ブレード及び他の圧縮機構成部品を検査することを伴う場合がある。ボアスコープは、ガスタービンエンジンの運転中ではない期間中に、圧縮機の軸方向及び／又は円周方向に沿って位置付けられた検査ポートを通じて挿入することができる。ボアスコープが取り外されてガスタービンが使用中になった後に、加圧空気が検査ポートを通じて漏出するのを防ぐために、各ポートはプラグでシールすることができる。これらのプラグは、検査ポートの全長にわたって実質的に延在するフィラーを含むことができる。しかしながら、検査ポートの長さは、圧縮機の長手方向軸線に沿って変わる可能性がある。従って、より長い検査ポート用に構成されたフィラーが短い検査ポート内に配置された場合、フィラーが圧縮機内部に突き出ることがある。このような状況では、圧縮機ブレードがフィラーと接触する恐れがあり、場合によっては圧縮機ブレードに損傷を与える可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６４７４９４１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
最初に請求項に記載された本発明の範囲内にある一部の実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。当然のことながら、本発明は、下記に説明した実施形態と同様のもの又は該実施形態と異なるものとすることができる様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、回転機械を含み、該回転機械が、ケーシングと、ケーシングを通って延在するシャフトと、ケーシング内部でシャフトに結合された複数のブレードとを有する。本システムはまた、ケーシング内の開口に配置されたプラグを含み、プラグがベースに結合されたフィラーを含み、該フィラーが、ブレードと衝突で破断するように構成されている。
【０００６】
第２の実施形態において、システムは、回転機械の検査開口内に装着するよう構成されたプラグを含む。プラグは、装着ベースに結合された複数のブリストルを含み、ブリストルが、回転機械において少なくとも１つの回転ブレードとの衝突で破断するよう構成される。
【０００７】
第３の実施形態において、システムは、第２の構成部品に対して移動可能な第１の構成部品を有する機械を含む。本システムはまた、第２の構成部品内の検査開口に配置された検査プラグを含み、該検査プラグは、ベースに結合された複数のファイバーを含み、該該バーが、第１の構成部品と衝突で破断するよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の教示の特定の実施形態による、圧縮機の内部を検査するための監視システム及びボアスコープを有するタービンシステムのブロック図。
【図２】本技術の特定の実施形態による、図１に示すタービンシステムの切り欠き側面図。
【図３】本技術の特定の実施形態による、図２の線３−３で囲まれた圧縮機の切り欠き側面図。
【図４】本技術の特定の実施形態による、図３の線４−４に囲まれたボアスコーププラグの切り欠き側面図。
【図５】本技術の特定の実施形態による、図３の線４−４で囲まれ、検査ポートの端部を過ぎて延在するブリストルを有するボアスコーププラグの切り欠き側面図。
【図６】本技術の特定の実施形態による、図３の線４−４に囲まれ、検査ポートの長さよりも短いブリストルを有するボアスコーププラグの切り欠き側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様並びに利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読む時、より良好に理解されるようになるであろう。
【００１０】
本発明の１以上の特定の実施形態について、以下に説明する。これら実施形態の簡潔な説明を行うために、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴については説明しないことにする。何れかの技術又は設計プロジェクトと同様に、このような何らかの実際の実装の開発において、システム及びビジネスに関連した制約への準拠など、実装毎に異なる可能性のある開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装時固有の決定を行う必要がある点は理解されたい。更に、このような開発の取り組みは、複雑で時間を要する可能性があるが、本開示の利点を有する当業者にとっては、設計、製作、及び製造の日常的な業務である点を理解されたい。
【００１１】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素の１以上が存在することを意味するものとする。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は、包括的なものであり、記載した要素以外の付加的な要素が存在し得ることを意味する。
【００１２】
本開示の実施形態は、圧縮機ブレードとの衝突で破断するよう構成されたフィラーを有するボアスコーププラグを利用することにより、圧縮機ブレードの損傷の可能性を実質的に低減又は排除することができる。この構成において、ボアスコーププラグが圧縮機ブレードの経路内に延在する場合、ブレードと接触するフィラーの部分が破断することができる。例えば、特定の実施形態において、ボアスコーププラグは、ある材料から構成されるブリストルを含み、該ブリストルは、圧縮機ブレードとの接触によりブリストルの一部を破断すると同時に、圧縮機ブレードへの損傷を実質的に低減又は排除するような厚み及び密度を有する。ブリストルの向きは、例えば、半径方向、円周方向、及び／又は軸方向に沿うことができる。更に、ブリストルは、他の場合には圧縮機内に圧力振動を誘起する可能性がある音響エネルギーを吸収する役割を果たすことができる。
【００１３】
次に図面に移り、最初に図１を参照すると、ガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図が示されている。ブロック図は、燃料ノズル１２、供給燃料１４、及び燃焼器１６を含む。図示のように、供給燃料１４は、液体燃料及び／又はガス燃料（天然ガスなど）を燃料ノズル１２を通じて燃焼器１６内に通す。燃焼器１６は、燃料空気混合気を点火して燃焼させ、次いで、高温の加圧排気ガスをタービン１８に送る。排気ガスは、タービン１８内のタービンブレードを通過し、これによりタービン１８を駆動して回転させる。タービン１８内のブレードとシャフト１９との結合によりシャフト１９の回転が引き起こされることになり、該シャフト１９はまた、図示のようにタービンシステム１０全体にわたる複数の構成部品に結合される。最終的に、燃焼プロセスの排気は、排気出口２０を介してタービンシステム１０から出ることができる。
【００１４】
タービンシステム１０の一実施形態において、圧縮機ベーン又はブレードが圧縮機２２の構成部品として含まれる。圧縮機２２内のブレードは、シャフト１９に結合することができ、シャフト１９がタービン１８により回転駆動されると回転することになる。圧縮機２２は、吸気口２４を介してタービンシステム１０に空気を取り込むことができる。更に、シャフト１９は、負荷２６に結合することができ、該負荷は、シャフト１９の回転によって駆動することができる。理解されるように、負荷２６は、発電プラント又は外部の機械的負荷など、タービンシステム１０の回転出力によって出力を発生することができる何れかの好適なデバイスとすることができる。例えば、負荷２６は、発電機、航空機のプロペラ、その他を含むことができる。吸気口２４は、燃料ノズル１２を介して供給燃料１４と空気３０を後で混合するために、低温吸気口などの好適な機構を介してタービンシステム１０内に空気３０を引き込む。以下で詳細に説明するように、タービンシステム１０により取り込まれる空気３０が送給されて、圧縮機２２内の回転ブレードにより加圧されて加圧空気にすることができる。次に、加圧空気は、矢印３２で示すように燃料ノズル１２に送給することができる。次いで、燃料ノズル１２は、加圧空気と参照数字３４で示す燃料とを混合し、燃焼のため、例えば、燃料を浪費せず又は過剰エミッションを生じないように、燃料をより完全に燃焼させる燃焼のための好適な混合比をもたらすことができる。
【００１５】
特定の実施形態において、システム１０は、圧縮機２２の内部を検査するためのボアスコープ３６及び監視システム３８を含むことができる。例えば、ボアスコープ３６は、硬性スコープ又はファイバスコープとすることができる。ボアスコープ３６は、タービンシステム１０が作動中でない期間中に圧縮機２２の種々の部分（例えば、ポート）に挿入することができる。このようにして、圧縮機ブレード及び圧縮機２２の他の構成部品を検査し、圧縮機２２が適正に動作していることを確認することができる。ボアスコープ３６は、監視システム３８に光学的に結合することができる。監視システム３８は、ボアスコープ３６を介して圧縮機２２の内部を照明する光源を含むことができる。加えて、監視システム３８は、ボアスコープ３６からの画像を監視、表示、及び／又は記録することが可能な光学センサを含むことができる。特定の実施形態において、ボアスコープ３６は、圧縮機２２の内部からの画像を監視システム３８に中継するように構成された内側コアと、監視システム３８からの光を圧縮機２２に伝送するよう構成された外層とを含むことができる。この構成において、圧縮機２２の内部を監視及び解析し、圧縮機２２が設定パラメータの範囲内で確実に作動するようにすることができる。別の実施形態では、染料浸透アプリケータ、超音波プローブ、又は渦電流プローブなどの代替の圧縮機検査デバイスを利用して、圧縮機２２の内部を検査することができる。
【００１６】
ボアスコープ３６又は他の圧縮機検査デバイスは、圧縮機２２全体にわたって位置付けられた検査ポート又は開口を介して圧縮機２２に挿入することができる。例えば、圧縮機２２は、圧縮機段当たりに少なくとも１つの検査ポートを含むことができる。別の実施形態では、圧縮機２２は、各圧縮機段の周囲に配置された複数の検査ポートを含むことができる。例えば、圧縮機２２は、各圧縮機段に対して円周方向に間隔を置いて配置された１、２、３、４、５、６、７、８、又はそれ以上の検査ポートを含むことができる。別の実施形態では、圧縮機２２は、各円周方向位置における各圧縮機段に対して下流側位置及び上流側位置両方に配置された検査ポートを含むことができる。この構成は、圧縮機ブレードの前縁及び後縁の両方の検査を可能にすることができる。
【００１７】
圧縮機２２の検査が完了すると、各検査ポートは、タービン作動中の加圧空気の漏出を阻止するようシールすることができる。特定の実施形態において、この検査ポートは、装着ベース及びフィラーを含むボアスコーププラグを用いてシールすることができる。ベースは、圧縮機２２の外側ケーシングに固定するネジ部を含むことができる。特定の実施形態において、フィラーは、ベースから各検査ポートの全長に実質的に沿って延在する複数のブリストルを含むことができる。この構成において、過度に長いブリストルを有するボアスコーププラグが検査ポートに挿入された場合、ブリストルは、回転圧縮機ブレードに接触することで屈曲又は破断することができる。具体的には、ブリストルは薄型で、圧縮機ブレードよりも軟性の材料で構成することができるので、圧縮機ブレードは、ブレードに実質的に損傷を与えることなく接触範囲についてブリストルを剪断することができる。換言すると、ブリストルは、不適切な長さのボアスコープが検査ポート内に挿入された場合に、圧縮機が損傷を受けるのを防ぐことができる。更に、ブリストルは、他の場合では圧縮機２２内の圧力振動を誘起する可能性がある音響エネルギーを減衰させる役割を果たすことができる。
【００１８】
図２は、タービンシステム１０の一実施形態の切り欠き側面図を示す。図示のように、本実施形態は、燃焼器２６の環状アレイ（例えば、６、８、又は１２個の燃焼器１６）に結合された圧縮機２２を含む。各燃焼器１６は、少なくとも１つの燃料ノズル１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上）を含み、燃料ノズルは、各燃焼器１６内に配置された燃焼ゾーンに空気燃料混合気を送給する。燃焼器１６内での空気燃料混合気の燃焼により、排気ガスが排気出口２０に向かって通過すると、タービン１８内のベーン又はブレードが回転するようになる。以下で詳細に検討するように、圧縮機２２の特定の実施形態は、不適切な長さのボアスコーププラグが検査ポート内に挿入された場合に、圧縮機ブレードへの損傷の可能性を低減するための様々な固有の特徴部を含む。
【００１９】
図３は、図２の線３−３で囲まれた圧縮機２２の一部の詳細断面図を示している。空気は、軸方向４１に沿って圧縮機２２に流入する。次いで、１以上の圧縮機段を空気が通過する。圧縮機２２は、例えば、１から２５、５から２０、１０から２０、又は１４から１８個の凝縮器段を含むことができる。各圧縮機段は、圧縮機２２の回りに円周方向４３で実質的に等間隔に配置されたベーン４２及びブレード４４を含む。ベーン４２は、圧縮機２２に堅固に装着され、ブレード４４に向けて空気を配向するよう構成される。ブレード４４は、シャフト１９により回転駆動される。空気が各圧縮機段を通過すると、空気圧が増大し、これにより適正な燃焼のために十分な空気を燃焼器１６に提供する。
【００２０】
上述のように、圧縮機２２は、タービンシステム１０が作動していない間に圧縮機２２内部を監視するために、ケーシング４０内に配置された複数の検査ポートを含むことができる。タービンシステム１０が使用中であるときにこれらのポートを通って空気が漏出するのを防ぐために、圧縮機２２は、検査ポートをシールするよう構成された複数のボアスコーププラグ４６を含むことができる。以下で詳細に検討するように、これらのボアスコーププラグ４６の各々は、検査ポートの全長に実質的に沿って延在するブリストルを含むことができる。この構成は、他の場合では圧縮機２２内の圧力振動を誘起する可能性がある音響エネルギーを吸収することができる。更に、ブリストルは、タービンブレード４４を偶発的なブリストルとの接触から保護する役割を果たすことができる。具体的には、ブリストルは、タービンブレード４４との衝突で屈曲又は破断するよう構成することができる。このようにして、タービンブレード４４は、検査ポートに対して長すぎるブリストルを有するボアスコーププラグ４６の偶発的な挿入から保護することができる。
【００２１】
図４は、図３の線４−４に囲まれたボアスコーププラグ４６の切り欠き側面図である。図示のように、ボアスコーププラグ４６は、ヘッド４８、シール５０、及びブリストル５２を含む。ボアスコーププラグ４６は、圧縮機の動作中の加圧空気の漏出を阻止するよう検査ポート５４内に位置付けられる。シール５０は、検査ポート５４の第１のアパーチャ５５内に収まるように構成され、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６に沿って延在するように構成される。シール５０の直径５８は、第１のアパーチャ５５の直径６０と実質的に同様である。この構成では、タービンシステムの動作中に高圧空気が圧縮機２２から漏出するのを阻止するために、密閉シールを形成することができる。特定の実施形態において、シール５０はネジ部を含み、第１のアパーチャ５５は、相補的なネジ溝（すなわち、嵌合ネジ）を含み、ボアスコーププラグ４６をヘッド４８の回転により圧縮機ケーシング４０に固定することができるようになる。このような配置において、ヘッド４８は、例えば、ボアスコーププラグ４６をレンチで固定できるように、６角パターンを含むことができる。更に、第１のアパーチャ５５の長さ６２は、シール５０の長さ６３よりも大きくし、２つの構成部品間の適切な接触を可能にすることができる。
【００２２】
第２のアパーチャ５６の長さ６６は、ブリストル５２の長さ６８と実質的に同様とすることができる。このような構成において、ブリストル５２は、圧力振動が第２のアパーチャ５６内に形成されるのを実質的に軽減又は阻止することができる。更に、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の直径６４内に収まるように配置することができる。以下で詳細に説明するように、ブリストル５２が圧縮機ブレード４４の経路内に延在する場合、ブリストル５２の構成により、ブレード４４がブリストル４４を屈曲又は破断できるようになり、これによりブレードの損傷の可能性を低減することができる。反対に、ブリストル５２の長さが第２のアパーチャ５６の長さ６６よりも短い場合、ブリストル５２は、音響エネルギーを吸収し、圧縮機２２内の圧力振動を制限することができる。
【００２３】
図示のように、ブリストル５２は、シール５０のネジ軸線６９に実質的に平行に向けられる。代替の実施形態は、ネジ軸線６９に実質的に垂直な方向（例えば、軸方向４１又は円周方向４３）に向けられたブリストルを含むことができる。他の実施形態は、半径方向４５、軸方向４１及び／又は円周方向４３に向かってネジ軸線６９に対し約１°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、又はそれ以上よりも大きい角度をなすブリストル５２を含むことができる。別の実施形態は、上記の方向の組み合わせに向けられたブリストル５２を含むことができる。例えば、特定の実施形態は、ネジ軸線６９に実質的に平行（例えば、半径方向４５）に向けたブリストルの第１のセットと、該ブリストルの第１のセットに対して軸方向４１及び／又は円周方向４３に向かって約０°から９０°、２０°から７０°、３０°から６０°、又は約４５°に向けたブリストルの第２のセットとを含むことができる。特定の実施形態において、ブリストル５２は、ランダムな向きに配列することができる（例えば、スチールウール、ミネラルウール、チョップドストランドマット、その他）。他の実施形態は、織り合わせメッシュ構成で配列されたブリストル５２を含むことができる。更に別の実施形態は、樹脂と共に接合されて複合構造体を形成するブリストル５２を含むことができる。
【００２４】
代替の実施形態は、ブリストル５２の代わりに、金属発泡フィラーを利用してもよい。金属発泡体は、複数のガス充填細孔を有する固体金属構造である。細孔の密度及びサイズは、圧力振動が検査ポート５４内で形成されるのを実質的に低減又は阻止し、且つ接触が生じた場合に圧縮機ブレードの損傷を実質的に低減又は阻止する構造を提供するよう特に構成することができる。別の実施形態において、フィラーは、バインダー中に懸濁された金属粒子などの摩耗性又は脆弱性材料から構成することができる。脆弱材料は、加圧下で変形させるのではなく、破片に断片化される傾向がある。従って、圧縮機ブレード４４が脆弱性材料に衝突する場合、衝突力によって金属粒子が衝突点にてバインダーから分離されるようにすることができる。従って、圧縮機ブレード４４と接触したフィラーの部分をフィラーの残りの部分から破断させ、金属粒子に分解することができる。
【００２５】
図示のように、検査ポート５４及びボアスコーププラグ４６は、実質的に半径方向４５に向けられる。代替の実施形態では、検査ポート５４は、円周方向４３及び／又は軸方向４１に向けて回転させることができる。例えば、検査ポート５４は、圧縮機ブレード４４の回転方向から離れる円周方向４３に向けて回転させることができる。換言すると、プラグ４６の軸線は、シャフト１９の回転軸線に向かって配向されるが、該回転軸線からオフセットすることができる。この構成により、圧縮機ブレード４４に接触することでブリストル５２の変形及び／又は破断を増強することができる。例えば、検査ポート５４は、円周方向４３に向かって軸方向４１の回りに少なくとも１°、２°、５°、８°、１０°、１５°、２０°、３０°、４５°、又はそれ以上で回転することができる。
【００２６】
ブリストル５２は、様々な材料から構成することができる。例えば、特定の実施形態において、ブリストル５２は、幾つかの金属及び合金の中で特に、スチール、アルミニウム、銅、チタン、又はタングステンなどの金属から構成することができる。代替の実施形態では、ブリストル５２は、とりわけ、アルミニウム、シリコン、及び／又はホウ素の酸化物を含有するセラミックファイバーから構成することができる。別の実施形態は、ガラス及び／又は炭素ファイバーから構成されるブリストル５２を含むことができる。更に別の実施形態は、タングステンカーバイドなどのサーメットから構成することができる。他の実施形態は、例えば、パラアラミド（例えば、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＫｅｖｌａｒ（登録商標））、メタアラミド（例えば、ＤｕＰｏｎｔから入手可能なＮｏｍｅｘ（登録商標））、アクリル、又はポリエチレンなど、プラスチック／合成ファイバーから構成されるブリストル５２を含むことができる。
【００２７】
ブリストル５２の組成は、構成ファイバーの材料特性に基づいて選択することができる。具体的には、ブリストル５２は、その溶融温度が圧縮機作動中にブリストル５２の受ける可能性がある最大空気温度よりも高いように選択することができる。例えば、空気が圧縮機２２内で加圧されると空気温度が上昇する。従って、圧縮機２２の後方の段内の温度は、それよりも前方の段の温度よりも高くなることができる。特定の実施形態において、圧縮機温度は、例えば、約１００から１２００度、１００から９００度、又は２００から８００度にわたることができる。結果として、ブリストル５２は、最大予測曝露温度に基づいて選択することができる。特定の実施形態において、ブリストル材料は、圧縮機段に基づいて変えることができる。例えば、より前方の圧縮機段は、より低温の溶融点を有するファイバーを利用することができ、より後方の圧縮機段はより高温の溶融点を有するファイバーを利用する。従って、ブリストル５２は、構成ファイバーの溶融温度及び圧縮機２２内のブリストル５２の位置に基づいて選択することができる。しかしながら、低い溶融点のファイバーを有するボアスコーププラグ５２を、ファイバー溶融点よりも高い温度の後方圧縮機段に偶発的に挿入することによるブリストル損傷を防ぐために、全てのブリストル５２は、ファイバーの溶融点が最大圧縮機温度よりも高いように選択してもよい。
【００２８】
ブリストル５２の密度及び厚みはまた、特定の実施形態において変えることができる。例えば、各ブリストル５２は、約１から１５、２から１０、又は４から６ミル厚みにすることができる。特定の実施形態において、各ブリストル５２は、例えば、約１、２、３、４、５、６、８、１０、１２、又は１５ミル厚み未満とすることができる。加えて、ブリストルの密度は、約１０から２５００、１００から１５００、２００から１０００、又は３００から５００ブリストル／平方インチとすることができる。特定の実施形態において、ブリストル密度は、約１０、２５、５０、１００、１５０、３００、５００、８００、１０００、１２００、１５００、２０００、又は２５００ブリストル／平方インチ未満とすることができる。このような実施形態では、ブリストル５２の分布は均一ではない場合がある。例えば、ブリストル５２は、シール５０にわたって複数の束毎にグループ化することができる。ブリストル厚み及び密度は、ブリストルの組成に直接関係することができる。例えば、より薄くより低密度の構成は、より硬質の材料（例えば、金属又はセラミックファイバー）を利用することができ、より厚く高密度の構成は、より軟質の材料（例えば、プラスチック又は合成ファイバー）を利用することができる。このような構成は、ブリストル５２との偶発的な接触に起因する損傷から圧縮機ブレード４４を保護する役割を果たすことができる。加えて、以下で検討するように、ブリストル厚み及び密度は、圧縮機２２内の圧力振動を実質的に低減又は排除するよう選択することができる。
【００２９】
ブリストル５２は、圧縮機２２内の圧力振動の形成を制限する役割を果たすことができる。具体的には、空気が圧縮機２２を通って流れると、空気は第２のアパーチャ５６に流入することができる。第２のアパーチャ５６は、望ましくない圧縮機ブレード振動を引き起こす可能性がある圧力振動を含む、音響共振器として働く場合がある。ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６に入る空気流を阻止し、これにより共振を軽減し、圧力振動の大きさを低減することができる。加えて、圧力振動は、第２のアパーチャ５６と圧縮機２２内部との間の相互作用による渦流励振により誘起される可能性がある。ブリストル５２は、渦流励振及び結果として生じる圧力振動が低減されるようにこれらの渦流を生成する空気流パターンと相互作用することができる。最後に、ブリストル５２は、ブリストル５２間の第２のアパーチャ５６に流入する空気から音響エネルギーを吸収し、これにより圧縮機２２内の圧力振動を更に低減する役割を果たすことができる。圧力振動の低減は、圧縮機ブレード振動の低減による圧縮機効率を向上させることができる。
【００３０】
図５は、図３の線４−４で囲まれたボアスコーププラグ４６の切り欠き側面図であり、ここではブリストル５２は、圧縮機ブレード４４の回転経路内に延在する。例えば、長さ７０のブリストル５２を有するボアスコーププラグ４６が、長さ６６の第２のアパーチャ５６を有する検査ポート５４内に挿入される場合、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の内側半径方向範囲を過ぎて延在する可能性がある。このような配置は、長さ７０の第２のアパーチャ５６内に収まるように構成されたボアスコーププラグ４６を長さ６６の第２のアパーチャ５６に偶発的に挿入することから生じる場合がある。このような状況では、ブリストル５２が変形及び／又は破断し、圧縮機ブレード４４に対する損傷の可能性が実質的に軽減又は排除されるように構成することができる。例えば、上述のように、ブリストル５２の組成、厚み、及び／又は密度により、圧縮機ブレード４４の経路内に延在するブリストル５２の一部が圧縮機ブレード４４に接触することで破断可能にすることができる。或いは、圧縮機ブレード４４とブリストル５２との接触により、ブリストル５２が一時的に又は恒久的に変形し、ブレード４４への損傷の可能性が実質的に軽減又は排除されるようにすることができる。
【００３１】
図６は、図３の線４−４に囲まれたボアスコーププラグ４６の切り欠き側面図であり、ここではブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の半径方向全体の範囲に沿って延在してはいない。例えば、長さ７２のブリストル５２を有するボアスコーププラグ４６が、長さ６６の第２のアパーチャ５６を有する検査ポート５４内に挿入される場合、ブリストル５２は、第２のアパーチャ５６の半径方向全体の範囲に沿って延在することができない可能性がある。このような配置は、長さ７２の第２のアパーチャ５６内に収まるように構成されたボアスコーププラグ４６を長さ６６の第２のアパーチャ５６内に偶発的に挿入することにより生じる可能性がある。このような状況では、第２のアパーチャ５６の一部は、圧縮機２２を通って流れる空気の経路に沿ってキャビティを形成することができる。しかしながら、このようなキャビティは、圧縮機２２内の圧力振動にはあまり寄与しない可能性がある。具体的には、実験により、直径の何分の１かよりも小さいキャビティ深さは、圧縮機２２内の圧力振動を確立することができないことが明らかになった。例えば、キャビティ深さが第２のアパーチャ５６の直径６４の約１０％、２５％、５０％、７５％、又は１００％未満である場合、圧力振動は形成することができない。加えて、上述のように、ブリストル５２は、音響エネルギーを吸収することができ、その結果、圧力振動が実質的に軽減又は排除されるようになる。例えば、空気がブリストル５２間のスペースに入ると、ブリストル５２は、音響エネルギーを減衰させ、圧力振動を軽減することができる。
【００３２】
理解されるように、ボアスコーププラグ４６は、代替の実施形態において他の機械構成用に利用することができる。例えば、上述の圧縮機２２に加えて、本構成のボアスコーププラグ４６は、タービン１８などの他のタイプの回転機械で利用することができる。加えて、ブリストル５２を備えたボアスコーププラグ４６は、回転部分がプラグ４６と接触する可能性があるあらゆる回転機械に利用することができ、これにより回転部分に対する損傷の可能性が実質的に軽減又は排除されるようになる。加えて、このプラグ設計は、検査ポート５４に加えて、回転機械内の他のタイプの開口をシールするのに利用することができる。
【００３３】
更に、ブリストル５２を備えたボアスコーププラグ４６は、線形的可動部品を有する機械に利用してもよい。例えば、線形的機械の表面内の検査ポート又は他のポートが、ブリストル５２を有するプラグ４６内でシールされる場合、プラグ４６と接触した場合の機械内の可動部品に対する損傷の可能性を実質的に軽減又は排除することができる。例えば、線形機械のシリンダ内でピストンが移動し、ボアスコーププラグ４６がピストンの経路内に延在する場合、ピストンがブリストル５２と接触し、これによりブリストルを破断及び／又は変形させることができる。この構成は、ピストンへの損傷の可能性を実質的に軽減又は排除することができる。同様に、ブリストル５２を備えたボアスコーププラグ４６は、他の構成（線形、回転、その他）で利用し、可動部品がボアスコーププラグ４６と接触する場合に可動部品への損傷の可能性を低減することができる。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
１０ ガスタービンシステム
１２ 燃料ノズル
１４ 供給燃料
１６ 燃焼器
１８ タービン
１９ シャフト
２０ 排気出口
２２ 圧縮機
２４ 吸気口
２６ 負荷
３０ 空気
３２ 加圧空気
３４ 燃料空気混合気
３６ ボアスコープ
３８ 監視システム
４０ 圧縮機ケーシング
４１ 軸方向
４２ ベーン
４３ 円周方向
４４ ブレード
４５ 半径方向
４６ ボアスコーププラグ
４８ ボアスコーププラグヘッド
５０ ボアスコーププラグシール
５２ ボアスコーププラグブリストル
５４ 検査ポート
５５ 第１のアパーチャ
５６ 第２のアパーチャ
５８ シールの直径
６０ 第１のアパーチャの直径
６２ 第１のアパーチャの長さ
６３ シールの長さ
６４ 第２のアパーチャの直径
６６ 第２のアパーチャの長さ
６８ ブリストルの長さ
６９ ネジ軸線
７０ ブリストルの長さ
７２ ブリストルの長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（４０）と、
前記ケーシング（４０）を通って延在するシャフト（１９）と、
前記ケーシング（４０）内部で前記シャフト（１９）に結合された複数のブレード（４４）と、
前記ケーシング（４０）内の開口（５４）に配置されたプラグ（４６）と
を含む回転機械を備えるシステムであって、
前記プラグ（４６）がベース（５０）に結合されたフィラーを含み、該フィラーが、前記複数のブレード（４４）の少なくとも１つと衝突して破断するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記フィラーが複数のブリストル（５２）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のブリストル（５２）が、約１５ミル未満の直径と、約２５００ブリストル／平方インチ未満のパッキング密度とを有する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のブリストル（５２）が、前記シャフト（１９）の回転軸線に対して略半径方向（４５）で前記開口（５４）に沿って配列される、請求項２又は請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のブリストル（５２）が、金属、セラミック、サーメット、プラスチック、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記開口（５４）が、前記シャフト（１９）の回転軸線に向かって配向されるが前記シャフト（１９）の回転軸線からオフセットされている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
前記フィラーが、前記シャフト（１９）の回転軸線に対して半径方向（４５）、軸方向（４１）、円周方向（４３）、又はこれらの組み合わせの方向で複数のファイバー（５２）を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記回転機械が、前記複数のブレード（４４）を有する、圧縮機（２２）、タービン（１８）、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
検査デバイス（３６）を前記回転機械に挿入することにより前記複数のブレード（４４）を検査できるようにするために、前記プラグ（４６）が取り外し可能である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
回転機械の検査開口（５４）内に装着するよう構成されたプラグ（４６）を備え、前記プラグ（４６）が、装着ベース（５０）に結合された複数のブリストル（５２）を含み、前記ブリストル（５２）が、前記回転機械において少なくとも１つの回転ブレード（４４）との衝突で破断するよう構成された、システム。
【請求項１】
ケーシング（４０）と、
前記ケーシング（４０）を通って延在するシャフト（１９）と、
前記ケーシング（４０）内部で前記シャフト（１９）に結合された複数のブレード（４４）と、
前記ケーシング（４０）内の開口（５４）に配置されたプラグ（４６）と
を含む回転機械を備えるシステムであって、
前記プラグ（４６）がベース（５０）に結合されたフィラーを含み、該フィラーが、前記複数のブレード（４４）の少なくとも１つと衝突して破断するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記フィラーが複数のブリストル（５２）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のブリストル（５２）が、約１５ミル未満の直径と、約２５００ブリストル／平方インチ未満のパッキング密度とを有する、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のブリストル（５２）が、前記シャフト（１９）の回転軸線に対して略半径方向（４５）で前記開口（５４）に沿って配列される、請求項２又は請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のブリストル（５２）が、金属、セラミック、サーメット、プラスチック、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記開口（５４）が、前記シャフト（１９）の回転軸線に向かって配向されるが前記シャフト（１９）の回転軸線からオフセットされている、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
前記フィラーが、前記シャフト（１９）の回転軸線に対して半径方向（４５）、軸方向（４１）、円周方向（４３）、又はこれらの組み合わせの方向で複数のファイバー（５２）を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
前記回転機械が、前記複数のブレード（４４）を有する、圧縮機（２２）、タービン（１８）、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
検査デバイス（３６）を前記回転機械に挿入することにより前記複数のブレード（４４）を検査できるようにするために、前記プラグ（４６）が取り外し可能である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
回転機械の検査開口（５４）内に装着するよう構成されたプラグ（４６）を備え、前記プラグ（４６）が、装着ベース（５０）に結合された複数のブリストル（５２）を含み、前記ブリストル（５２）が、前記回転機械において少なくとも１つの回転ブレード（４４）との衝突で破断するよう構成された、システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６１４４３（Ｐ２０１０−２６１４４３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１００４５９（Ｐ２０１０−１００４５９）
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２６日（２０１０．４．２６）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]