特開 2023-129286 排気周波数低減装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023129286

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】排気周波数低減装置

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/00 20060101AFI20230907BHJP

   F01D 25/30 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

F02C7/00 B

F01D25/30 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023018281

(22)【出願日】2023-02-09

(31)【優先権主張番号】202211011317

(32)【優先日】2022-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(71)【出願人】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】ジョシー、ジョン

(72)【発明者】

【氏名】シュリーニヴァス、パッカラ

(72)【発明者】

【氏名】プラバハラン、ケイ．

(72)【発明者】

【氏名】サティシュ、クマール

(72)【発明者】

【氏名】プラカシュ、バヴァンジバイ、ダルサニア

(57)【要約】      （修正有）

【課題】部分負荷の動作条件における周波数動揺を防止又は除去する改良された排気ディフューザを提供する。
【解決手段】排気周波数低減装置１００、排気ディフューザ、及びガスタービンが提供される。排気周波数低減装置１００は、軸方向中心線に沿って基部１０４から先端部１０６まで延在する本体部１０２を含む。前記基部１０４は第１の直径を画定し、前記先端部１０６は第２の直径を画定する。前記本体部１０２は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束する。前記基部１０４はガスタービンの排気ディフューザの内側シェルから延在するよう構成される。排気周波数低減装置１００は、前記本体部１０２に結合されたルート部１０９から自由端部１１０まで延在する少なくとも１つのリブ１０８を更に含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気周波数低減装置（１００）であって、
軸方向中心線に沿って基部（１０４）から先端部（１０６）まで延在する本体部（１０２）であって、前記基部（１０４）は第１の直径（１０５）を画定し、前記先端部（１０６）は第２の直径（１０７）を画定し、前記本体部（１０２）は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径（１０５）から前記第２の直径（１０７）に収束し、前記基部（１０４）はガスタービン（１０）の排気ディフューザ（３４）の内側シェル（４６）から延在するよう構成される、本体部（１０２）、及び
前記本体部（１０２）に結合されたルート部（１０９）から自由端部（１１０）まで延在する少なくとも１つのリブ（１０８）
を含む、排気周波数低減装置（１００）。

【請求項2】

前記本体部（１０２）は円錐台状であり、外面（１１２）を含み、前記外面と前記軸方向中心線に平行な軸方向線との間に収束角が画定され、前記収束角は約１°と約５０°との間である、請求項１に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項3】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）の自由端部（１１０）は、前記第１の直径（１０５）の半径方向内側で終端している、請求項１又は２に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項4】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）の自由端部（１１０）は、前記第１の直径（１０５）の半径方向外側で終端している、請求項１又は２に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項5】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）は、前記ルート部（１０９）から前記自由端部（１１０）まで均一の厚さを画定する、請求項１～４のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項6】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）は、前記ルート部（１０９）から前記自由端部（１１０）に向かって減少する厚さを画定する、請求項１～４のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項7】

前記本体部（１０２）は、前記第１の直径（１０５）の約３５％と約１２５％の間の長さを画定する、請求項１～６のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項8】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）は、前記本体部（１０２）から概ね半径方向に延在している、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項9】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）は、前記本体部（１０２）から半径方向（Ｒ）に対して概ね斜めに延在している、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項10】

前記少なくとも１つのリブ（１０８）は、前記本体部（１０２）を越えて延在する突出部（１２６）を含む、請求項１～９のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）。

【請求項11】

排気ディフューザ（３４）であって、
内側シェル（４６）、
前記内側シェル（４６）から半径方向に間隔を空けて配置された外側シェル（４８）であって、前記内側シェル（４６）と前記外側シェル（４８）との間に排気流路（５２）が画定される、外側シェル（４８）、
前記排気流路（５２）内に配置され、前記内側シェル（４６）と前記外側シェル（４８）との間に延在する１つ以上のストラット（４４）、及び
前記内側シェル（４６）から延在する排気周波数低減装置（１００）であって、請求項１～１０のうちのいずれか一項に記載の排気周波数低減装置（１００）
を含む、排気ディフューザ（３４）。

【請求項12】

ガスタービン（１０）であって、
圧縮機部（１２）、
前記圧縮機部（１２）の下流側に配置された燃焼部（１８）、
前記燃焼部（１８）の下流側に配置されたタービン部（２２）、及び
前記タービン部（２２）の下流側に配置された排気ディフューザ（３４）であって、請求項１１に記載の排気ディフューザ（３４）
を含む、ガスタービン（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２２年３月２日に出願されたインド仮特許出願番号２０２２１１０１１３１７の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、一般に、排気ディフューザの周波数低減に関する。具体的には、本開示は、ターボ機械の排気ディフューザ内の周波数動揺を低減するための装置に関する。

【背景技術】

【0003】

ターボ機械は、エネルギー伝達を目的として様々な産業や用途に利用されている。例えば、ガスタービンエンジンは、一般に、圧縮機部、燃焼部、タービン部、及び排気部を備えている。圧縮機部は、ガスタービンエンジンに流入する作動流体の圧力を次第に増加させ、圧縮された作動流体を燃焼部に供給する。圧縮された作動流体と燃料（天然ガスなど）は燃焼部で混合されて燃焼室で燃焼され、高圧で高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは燃焼部からタービン部へ流れ、燃焼ガスはタービン部で膨張して仕事を発生する。例えば、タービン部で燃焼ガスが膨張すると、例えば発電機に接続されたロータシャフトが回転し、電気を発生することができる。そして、燃焼ガスは、タービン部から、タービン部の下流に配置された排気ディフューザを通じて排気される。

【0004】

排気ディフューザは、ディフューザを通る排気流路を形成するために、通常、内側シェルと、内側シェルから半径方向に分離された外側シェルとを含んでいる。外側シェルを構造的に支持するために、及び／又はシャフトを支持する後方部軸受を構造的に支持するために、エアフォイル形状の１つ以上のディフューザストラットが、排気流路内において、内側シェルと外側シェルとの間に延在する。

【0005】

一般的な発電用ターボ機械は大きな出力を得ることができ、したがって、部分負荷で運転して要求を満たすことが多い。しかし、部分負荷運転では、排気ディフューザ内で周波数動揺（即ち、圧力脈動）が発生し、経年劣化やターボ機械を停止させる恐れがある。

【0006】

したがって、部分負荷の動作条件における周波数動揺を防止又は除去する改良された排気ディフューザが望まれ、当技術分野で高く評価されると考えられる。

【発明の概要】

【0007】

本開示に係る排気周波数低減装置、排気ディフューザ、及びターボ機械の態様及び利点は、以下の記載で部分的に説明されているか、以下の記載から明らかであるか、又は本技術を実施することを通じて取得することができる。

【0008】

一実施形態によれば、排気周波数低減装置が提供される。排気周波数低減装置は、軸方向中心線に沿って基部から先端部まで延在する本体部を含む。前記基部は第１の直径を画定し、前記先端部は第２の直径を画定する。前記本体部は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束する。前記基部はターボ機械の排気ディフューザの内側シェルから延在するよう構成される。排気周波数低減装置は、前記本体部に結合されたルート部から自由端部まで延在する少なくとも１つのリブを更に含む。

【0009】

別の実施形態によれば、排気ディフューザが提供される。排気ディフューザは、内側シェル及び外側シェルを含む。外側シェルは、前記内側シェルから半径方向に間隔を空けて配置されており、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に排気流路が画定される。排気ディフューザは、前記排気流路内に配置され、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に延在する１つ以上のストラットを更に含む。排気ディフューザは、前記内側シェルから延在する排気周波数低減装置を更に含む。排気周波数低減装置は、軸方向中心線に沿って基部から先端部まで延在する本体部を含む。前記基部は第１の直径を画定し、前記先端部は第２の直径を画定する。前記本体部は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束する。排気周波数低減装置は、前記本体部に結合されたルート部から自由端部まで延在する少なくとも１つのリブを更に含む。

【0010】

更に別の実施形態によれば、ターボ機械が提供される。ターボ機械は、圧縮機部、前記圧縮機部の下流側に配置された燃焼部、及び前記燃焼部の下流側に配置されたタービン部を含む。ターボ機械は、前記タービン部の下流側に配置された排気ディフューザを更に含む。排気ディフューザは、内側シェル及び外側シェルを含む。外側シェルは、前記内側シェルから半径方向に間隔を空けて配置されており、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に排気流路が画定される。排気ディフューザは、前記排気流路内に配置され、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に延在する１つ以上のストラットを更に含む。排気ディフューザは、前記内側シェルから延在する排気周波数低減装置を更に含む。排気周波数低減装置は、軸方向中心線に沿って基部から先端部まで延在する本体部を含む。前記基部は第１の直径を画定し、前記先端部は第２の直径を画定する。前記本体部は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束する。排気周波数低減装置は、前記本体部に結合されたルート部から自由端部まで延在する少なくとも１つのリブを更に含む。

【0011】

本発明の排気周波数低減装置、排気ディフューザ、及びターボ機械のこれらの及び他の特徴、態様、利点は、以下の説明及び請求項を参照することによって、より理解されるようになる。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本技術の実施形態を示し、以下の説明とともに、本技術の原理の説明に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本発明の排気周波数低減装置、排気ディフューザ、及びターボ機械を当業者が完全に実現できるようにするための開示は、本システム及び方法を製造及び使用するための最良の態様を含んでおり、添付の図を参照する本明細書に記載されている。

【図1】本開示の実施形態に係るターボ機械の概略図である。

【図2】本開示の実施形態に係る排気ディフューザの拡大断面図である。

【図3】本開示の実施形態に係る排気ディフューザを図２に示す線３－３に沿って見た断面図である。

【図4】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の斜視図である。

【図5】本開示の実施形態に係る図４に示す排気周波数低減装置の平面図である。

【図6】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の斜視図である。

【図7】本開示の実施形態に係る図７に示す排気周波数低減装置の平面図である。

【図8】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の平面図である。

【図9】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の平面図である。

【図10】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の平面図である。

【図11】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の側面図である。

【図12】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の側面図である。

【図13】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の側面図である。

【図14】本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明の排気周波数低減装置、排気ディフューザ、及びターボ機械の実施形態について詳細に説明するが、排気周波数低減装置、排気ディフューザ、及びターボ機械の１つ以上の実施例が図面に示されている。各実施例は、技術を限定するのではなく、説明するために記載されている。実際、請求された技術の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本技術において修正及び変形できることは、当業者には明らかである。例えば、一実施形態の一部として図示された又は説明された特徴を、別の実施形態に使用して、更に別の実施形態を得ることができる。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその等価物の範囲に含まれるような修正及び変形を含むことが意図されている。

【0014】

本明細書では、単語「例示的」は、「一実施例、一例、又は一実例としての役割を果たす」という意味で使用される。本明細書において「例示的」なものとして説明される実装は、必ずしも、他の実装よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。更に、別段の定めがない限り、本明細書で説明される全ての実施形態は、例示的であると考えるべきである。

【0015】

発明を実施するための形態では、数字及び文字による符号を使用して図面中の特徴を参照している。図面及び発明を実施するための形態における類似の符号は、本発明の類似の構成要素を表すために使用されている。本明細書において、用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために互換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図するものではない。

【0016】

用語「流体」は、気体であってもよいし、液体であってもよい。用語「流体連通」は、流体が指定された領域間を接続できることを意味する。

【0017】

本明細書において、用語「上流」（又は「前方」）及び「下流」（又は「後方」）は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を表す。例えば、「上流」は、流体が流れて来る方向を表し、「下流」は、流体が流れて行く方向を表す。ただし、本明細書で使用する用語「上流」及び「下流」は、電気の流れを表す場合もある。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に対して実質的に垂直である相対的な方向を表し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に対して実質的に平行及び／又は同軸に並ぶ相対的な方向を表し、用語「周方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線の周りの相対的な方向を表す。

【0018】

「およそ」、「約」、「概ね」、及び「実質的に」などの近似の用語は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合や、構成要素及び／若しくはシステムを構築若しくは製造するための方法若しくは機械の精度に対応する場合がある。例えば、近似を表す文言は、個々の値、値の範囲、及び／又は値の範囲を画定する端点のいずれかにおいて、１％、２％、４％、５％、１０％、１５％、又は２０％のマージン内にあることを表す場合がある。角度又は方向の文脈で使用される場合、このような用語は、言及された角度又は方向より１０度大きい又は小さい範囲内の値を含む。例えば、「概ね垂直」は、垂直から任意の方向（例えば、時計回りの方向又は反時計回りの方向）に対して１０度以内の方向を含む。

【0019】

用語「結合された」、「固定された」、「に取り付けられた」などは、本明細書で特段の記載が無い限り、直接的に結合されている、直接的に固定されている、又は直接的に取り付けられていることと、１つ以上の構成要素又は特徴部分が介在することによって間接的に結合されている、間接的に固定されている、又は間接的に取り付けられていることの両方を表す。本明細書において、用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」、又はそれらの用語の他の変形は、非排他的に包含することを意図している。例えば、特徴部分のリストを含むプロセス、方法、物品、又は装置は、必ずしもそれらの特徴部分のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていない他の特徴部分又はそのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有の特徴部分を含むことができる。更に、明示的に反対のことを定めていない限り、「又は」は「包括的な又は」を意味し、「排他的な又は」を意味するものではない。例えば、条件Ａ又はＢは、「Ａが真（又は存在する）でＢが偽（又は存在しない）」、「Ａが偽（又は存在しない）でＢが真（又は存在する）」、及び「Ａ及びＢの両方が真（又は存在する）」、のいずれかを満たす。

【0020】

ここで、並びに本明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、範囲を限定する部分は、組み合わされ、交換され、そのような範囲は特定され、文脈又は文言が他のことを示していない限り、その範囲に含まれるすべてのサブ範囲を含む。例えば、本明細書に開示されるすべての範囲は、エンドポイントを含み、エンドポイントは独立して互いに組み合わせることが可能である。

【0021】

ここで図面を参照すると、図１は、ターボ機械の一実施形態の概略図を示しており、図示の実施形態では、ガスタービン１０である。本明細書では、産業用又は陸上用のガスタービンが示され、説明されているが、本開示は、特許請求の範囲に別段の定めがない限り、陸上用及び／又は産業用のガスタービンに限定されるものではない。例えば、本明細書に記載される本発明は、任意のタイプのターボ機械（蒸気タービン、航空機用ガスタービン、又は船舶用ガスタービンを含むがこれらに限定されることはない）に使用することができる。

【0022】

図示されるように、ガスタービン１０は、一般に、圧縮機部１２を含む。圧縮機部１２は圧縮機１４を含む。圧縮機は、ガスタービン１０の上流端に配置されたインレット１６を含む。ガスタービン１０は、圧縮機部１２の下流に配置された１つ以上の燃焼器２０を有する燃焼部１８を更に含む。ガスタービン１は、燃焼部１８の下流にあるタービン部２２を更に含む。シャフト２４は、ガスタービン１０を通って概ね軸方向に延在する。

【0023】

圧縮機部１２は、一般に、複数のロータディスク２１と、各ロータディスク２１から半径方向外側に延在する複数のロータブレード２３であって、各ロータディスク２１に接続された複数のロータブレード２３とを含むことができる。各ロータディスク２１は、シャフト２４の圧縮機部１２を貫通する部分に結合されていてもよいし、シャフト２４の当該部分を形成していてもよい。

【0024】

タービン部２２は、一般に、複数のロータディスク２７と、各ロータディスク２７から半径方向外側に延在する複数のロータブレード２８であって、各ロータディスク２７に相互接続された複数のロータブレード２８とを含むことができる。各ロータディスク２７は、シャフト２４のタービン部２２を貫通する部分に結合されていてもよいし、シャフト２４の当該部分を形成していてもよい。タービン部２２は、シャフト２４のタービン部２２を貫通する部分及びロータブレード２８を周方向に取り囲む外側ケーシング３２を更に含んでいる。タービン部２２は、外側ケーシング３２から半径方向内側に延在する静止ノズル２６を含むことができる。ロータブレード２８及び静止ノズル２６は、ガスタービン１０の軸方向中心線３０に沿って交互の段に配置することができる。

【0025】

動作においては、周囲空気３６又は他の作動流体が圧縮機１４の入口１６に吸い込まれ、徐々に圧縮されて圧縮空気３８が燃焼部１８に供給される。圧縮空気３８は、燃焼部１８に流入し、燃料と混合されて可燃混合気を形成する。可燃混合気は、燃焼器２０の燃焼室４０内で燃焼され、それによって燃焼ガス４２が生成され、燃焼室４０からタービン部２２に流入する。エネルギー（運動エネルギー及び／又は熱エネルギー）は、燃焼ガス４２からロータブレード２８に伝達され、シャフト２４を回転させ、機械的な仕事を発生させる。

【0026】

燃焼ガス４２は、タービン部２２を出て、排気ディフューザ３４内に配置された複数のストラット４４を横断して排気ディフューザ３４を流れる。ガスタービン１０の様々な動作条件において、例えば部分負荷運転の間、タービン部２２から排気ディフューザ３４に流入する燃焼ガス４２は、回転するタービンロータブレード２８によって引き起こされる高いスワールレベルを有している。このようなスワール流によって、圧力変動、周波数動揺、又は音響振動が引き起こされる恐れがある。本開示の実施形態に従って、ガスタービン１０は、旋回する排気ガス流によって引き起こされる圧力変動、周波数動揺、及び／又は振動を低減及び／又は完全に除去するために、排気ディフューザ３４に結合された排気周波数低減装置１００を含むことができる。

【0027】

ガスタービン１０には、軸方向中心線３０に沿って延在する軸方向Ａと、軸方向中心線３０に垂直な半径方向Ｒと、軸方向中心線３０の周囲に延在する周方向Ｃとを有する円筒座標系を画定することができる。

【0028】

図２は、本開示の実施形態による、排気ディフューザ３４の断面図を示し、図３は、図２に示す線３－３から見た排気ディフューザ３４の断面図を示す。図示されるように、排気ディフューザ３４は、一般に、内側シェル４６と外側シェル４８とを含む。内側シェル４６は、排気ディフューザ３４の軸方向中心線５０に沿って概ね軸方向に延在することができる。排気ディフューザ３４の軸方向中心線５０は、ガスタービン１０の軸方向中心線３０と同軸とすることができる。内側シェル４６は、概ね環状に形成されており、回転構成要素を少なくとも部分的に取り囲むことができる。例えば、内側シェル４６は、（図１に示される）シャフト２４の一部を囲む又は包むことができる。

【0029】

多くの実施形態において、外側シェル４８は、内側シェル４６と外側シェル４８との間に排気流路５２が画定されるように、内側シェル４６から半径方向に分離することができる。特定の実施形態では、内側シェル４６は、軸方向中心線５０に対して外側シェル４８内に同心かつ同軸に配置される。特定の実施形態では、外側シェル４８は、外側ケーシング５６から半径方向に分離された内側ケーシング５４を有する二重壁構造を有することができる。圧縮された作動流体のプレナム５８は、外側ケーシング５６の内側に画定することができる。例えば、圧縮された作動流体のプレナム５８は、内側ケーシング５４と外側ケーシング５６との間に少なくとも部分的に画定することができる。他の実施形態では、圧縮された作動流体のプレナム５８は、内側ケーシング５４内に画定されていてもよい。本開示は、特許請求の範囲に記載されたものを除き、内側シェル４６、外側シェル４８、及び／又は内側ケーシング５４若しくは外側ケーシング５６は特定のサイズ、特定の形状、特定の材料、又は他の特定の物理的特性に限定されることはない。

【0030】

ディフューザストラット４４の各々は、内側シェル４６と外側シェル４８との間であって、内側シェル４６と外側シェル４８との間に画定された排気流路５２内に延在することができる。ディフューザストラット４４は、内側シェル４６の周りに円周方向に間隔を置いて配置され、ディフューザストラット４４は、アウターシェル４８内において、インナーシェル４６を、正しい方向に配置し、正しい位置に配置し、又は中心に配置することができる。加えて、ディフューザストラット４４は、内側シェル４６と外側シェル４８との間に構造的支持部を構成することができる。図１に示すように、ディフューザストラット４４は、ガスタービン１０のタービン部２２から流れる燃焼ガス４２の流れ方向６０に対して位置決めされる。図３に示すように、各ディフューザストラット４４は、一般に、内側シェル４６に接続されるルート部６２と、ルート部６２から半径方向に離れた先端部６４とを含む。先端部６４は、外側シェル４８及び／又は内側ケーシング５４に接続することができる。

【0031】

図２及び図３に示すように、排気ディフューザ３４は排気周波数低減装置１００を含むことができる。排気周波数低減装置１００は、内側シェル４６に結合されており、内側シェル４６から軸方向に延在している。排気周波数低減装置１００は、ストラット４４の下流に配置することができ、排気ディフューザ３４の軸方向中心線５０と同軸に（更に、一部の実施形態では、ガスタービン１０の軸方向中心線３０と同軸に）延在することができる。特に、排気周波数低減装置１００は、ストラット４４と排気ディフューザ３４の出口４５との間において軸方向に配置することができる。別の言い方をすれば、排気周波数低減装置１００は、燃焼ガスの流れ４２に対して、ストラット４４の下流であって、排気ディフューザ３４の出口４５の上流に配置することができる。多くの実施形態では、排気周波数低減装置１００は、軸方向中心線５０に沿って基部１０４から先端部１０６まで延在する本体部１０２を含むことができる。基部１０４は、内側シェル４６の後方端部に（例えば、直接的に）結合することができる。先端部１０６は、概ね平坦、平面であり、及び／又はガスタービン１０の軸方向－周方向の平面に対して概ね平行とすることができる。先端部１０６は、排気周波数低減装置１００の軸方向終端部とすることができる。特に、基部１０４は、例えば、溶接、ろう付け、ねじ付き締結具、又は他の手段によって、内側シェル４６の後方端部に結合することができる。排気周波数低減装置１００は、排気流路５２内に配置することができる。例えば、排気周波数低減装置１００は、排気流路５２の半径方向内側の流路境界を部分的に画定することができる。

【0032】

例示的な実施形態において、少なくとも１つのリブ１０８は、本体部１０２から自由端部１１０まで延在することができる。特に、少なくとも１つのリブ１０８は、本体部に（例えば、溶接又は他の手段によって固定的に）結合されたルート部１０９から自由端部１１０まで延在することができる。多くの実施形態において、排気周波数低減装置１００は、互いに周方向に間隔を空けて配置された（例えば、等間隔に配置された、又は不等間隔に配置された）複数のリブ１０８であって、本体部１０２から延在する複数のリブ１０８を含むことができる。有利なことに、リブ１０８は、排気流路５２内のスワール流を妨げること、遮断することができ、又は排気流路５２内のスワール流を妨害し振動及び／又は周波数動揺を防止する閉塞部を提供することができる。

【0033】

図４は、本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置１００の斜視図を示し、図５は、図４に示す排気周波数低減装置１００の平面図（例えば、下流から上流を見た図）を示している。図４及び図５に示すように、本体部１０２は、基部１０４から先端部１０６に向かって直径が次第に細くなる円錐台状とすることができる。他の実施形態では、本体部１０２は、円錐形状、矩形状、涙滴形状、又はその他の形状とすることができる。例示的な実施形態では、本体部１０２は、概ね円形状の断面を画定することができる。

【0034】

特定の実施形態では、基部１０４は、第１の直径１０５を画定することができ、この直径は、（図２に示すように）内側シェル４６の直径と概ね等しく（例えば、±５％～１０％）することができる。本体部１０２の先端部１０６は、第２の直径１０７を画定することができ、第２の直径１０７は、第１の直径１０５よりも小さくすることができる。例示的な実施形態では、本体部１０２は、軸方向中心線に対して、第１の直径１０５から第２の直径１０７に収束することができる。言い換えれば、本体部１０２が軸方向に基部１０４から先端部１０６に向かうにつれて、本体部１０２は第１の直径１０５から第２の直径１０７に収束していく。一部の実施形態では、本体部１０２は、本体部１０２の外面１１２が（図１１～図１４に示すように）軸方向－半径方向の平面内においてまっすぐになるように、基部１０４から先端部１０６に向かって直径が直線的に収束する（又は次第に細くなる）ようにしてもよい。代替的又は追加的に、本体部１０２は、本体部１０２の外面１１２が軸方向－半径方向の平面内において湾曲又は円弧状になるように、基部１０４から先端部１０６に向かって直径が収束するように（又は次第に細くなるように）していてもよい。

【0035】

少なくとも１つのリブ１０８は、本体部１０２から自由端部１１０まで延在することができる。特に、少なくとも１つのリブ１０８は、本体部に（例えば、溶接又は他の手段によって固定的に）結合されたルート部１０９から自由端部１１０まで延在することができる。様々な実施形態において、図４及び図５に示すように、少なくとも１つのリブ１０８は、平面状であり、本体部１０２から自由端部１１０までの均一な厚さを画定することができる。例えば、少なくとも１つのリブ１０８は、ルート部１０９から自由端部１１０までの均一又は一定の厚さ（例えば、円周方向の厚さ）を画定する概ね平坦なプレートとすることができる。

【0036】

図６は、本開示の実施形態による、排気周波数低減装置１００の斜視図を示し、図７は、図６に示された排気周波数低減装置１００の（例えば、下流から上流を見たときの）平面図を示している。図６及び図７に示されるように、少なくとも１つのリブ１０８は、葉状のリブとすることができる。例えば、少なくとも１つのリブ１０８の厚さは、リブ１０８がルート部１０９から自由端部１１０まで半径方向に向かうにつれて減少する（例えば、連続的に減少する）ようにしてもよい。様々な実施態様において、少なくとも１つのリブ１０８は、第１の壁１１４、第２の壁１１６、及び丸みを帯びた端部１１８を含むことができる。リブ１０８の厚さは、第１の壁１１４及び第２の壁１１６の外面を画定することができる。例えば、リブ１０８は、ルート部１０９において第１の厚さを画定し、自由端部１１０において第２の厚さを画定し、第２の厚さは第１の厚さより薄くすることができる。多くの実施形態において、第１の壁１１４及び第２の壁は、平坦なプレートとして形成することができる。第１の壁１１４及び第２の壁１１６は、リブ１０８の厚さがルート部１０９から丸みを帯びた端部１１８に向かって減少する（例えば、連続的に減少する）ように、一方の壁を他方の壁に対して傾斜させてもよい。別の言い方をすれば、第１の壁１１４及び第２の壁１１６は、壁１１４、１１６がルート部１０９から丸みを帯びた端部１１８に向かうにつれて、互いに収束するようにしてよい。丸みを帯びた端部１１８は、半円形でもよいし、円弧状でもよいし、他の湾曲形状であってもよい。丸みを帯びた端部１１８は、第１の壁１１４と第２の壁１１６の間に延在し、第１の壁１１４と第２の壁１１６を結合することができる。

【0037】

図８から図１０はそれぞれ、本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置１００の平面図を示している。図８から図１０に示されるように、排気周波数低減装置１００は、２つのリブ１０８を含んでもよいし、４つのリブ１０８を含んでもよいし、８つのリブ１０８を含んでもよい。しかしながら、排気周波数低減装置１００は、任意の数のリブ１０８を含むことができ、特許請求の範囲に特に記載されていない限り、特定の数のリブ１０８に限定されるべきではないことが理解される。特に、リブ１０８は、互いに周方向に間隔を空けて配置する（例えば、等間隔に配置する、又は不等間隔に配置する）ことができる。一部の実施形態では、図に示すように、リブ１０８は、互いに直径方向に対向する１つ以上のペアで配置することができる。

【0038】

例示的な実施形態では、リブ１０８はそれぞれ、リブ１０８がルート部１０９から自由端部１１０まで半径方向Ｒに概ね一致するように、半径方向に延在することができる。他の実施形態（図８に示される実施形態など）では、リブ１０８は、半径方向とは別の方向に延在していてもよい。例えば、リブ１０８は、本体部１０２から半径方向Ｒに対して概ね斜めに延在していてもよい。一部の実施形態では、リブ１０８は、本体部１０２から接線方向に延在していてもよい。他の実施形態では、リブ１０８は本体部１０２から割線として延在することができ、リブ１０８に沿う想像線が本体部１０２の円形断面と２点で交差する。

【0039】

図１１から図１４はそれぞれ、本開示の実施形態に係る排気周波数低減装置１００の側面図を示している。図１１から図１３に示すように、リブ１０８は、本体部１０２から概ね放射状に延在することができる。例示的な実施形態では、図１１に示すように、リブ１０８は、半径方向に関して、本体部１０２の基部１０４（図８～図１０にも示されている）を超えて延在していない。例えば、リブ１０８は、基部１０４（又は第１の直径１０５）の半径方向の内側で終端させることができる。一部の実施形態では、リブ１０８は、基部１０４又は第１の直径１０５の半径方向の位置（又は半径方向の高さ）で終端させてもよい。あるいは、図１２及び図１３に示すように、リブ１０８は、基部１０４（又は第１の直径）を越えて半径方向に延在するようにしてもよい。

【0040】

様々な実施形態において、リブ１０８は様々な形状（三角形、矩形、円形、又は他の形状など）を有することができる。図１１に示すように、リブ１０８は、第１の縁部１２０、第２の縁部１２２、及び第３の縁部１２４を画定することができる。第１の縁部１２０は、基部１０４から第２の縁部１２２まで概ね軸方向に延在することができる。第２の縁部１２２は、第１の縁部１２０と第３の縁部１２４との間で概ね半径方向に延在することができる。第３の縁部１２４は、第２の縁部１２２と本体部１０２の先端部１０６との間を概ね軸方向に延在することができる。図１１に示すように、リブ１０８は、本体部１０２を越えて軸方向に延在する突出部１２６を含むことができる。特に、突出部１２６は、本体部１０２の先端部１０６を越えて軸方向に延在することができる。同様に、図１２及び図１３に示すように、リブ１０８は、本体部１０２を越えて半径方向に延在する突出部１２６を含むことができる。特に、突出部１２６は、本体部１０２の第１の直径１０５を越えて半径方向に延在することができる。

【0041】

図１２に示すように、リブ１０８は、第１の縁部１３０、第２の縁部１３２、及び第３の縁部１３４を画定することができる。第１の縁部１３０は、基部１０４から第２の縁部１３２まで概ね半径方向に延在することができる。第２の縁部１２２は、第１の縁部１３０と第３の縁部１３４との間を、概ね軸方向に延在することができる。第３の縁部１３４は、第２の縁部１２２と本体部１０２の先端部１０６との間を、概ね半径方向に延在することができる。

【0042】

図１３に示すように、リブ１０８は、第１の縁部１４０及び第２の縁部１４２を画定してもよい。第１の縁部１４０は、本体１０２の基部１０４から、半径方向Ｒと軸方向Ａの両方向に対して概ね斜めの方向で、第２の縁部１４２まで延在することができる。第２の縁部１４２は、第１の縁部１４０から本体部１０２の先端部１０６まで概ね半径方向に延在することができる。

【0043】

図４に戻ると、リブ１０８は、第１の縁部１５０及び第２の縁部１５２を画定してもよい。第１の縁部１５０は、本体部１０２の基部１０４から概ね軸方向に延在することができ、第２の縁部１５２は、第１の縁部１５０から本体部１０２の先端部１０６まで概ね半径方向に延在することができる。このようにして、第１の縁部１５０、第２の縁部１５２、及び本体部１０２の外面が、全体として三角形の形状を画定することができる。

【0044】

多くの実施形態（図１～図１３に示す実施形態など）では、リブ１０８は、リブ１０８が基部１０４から先端部１０６まで本体部１０２の外面に沿って延在する場合に、軸方向中心線５０に概ね平行に延在することができる。他の実施形態（図１４に示す実施形態など）では、リブ１０８は、基部１０４から先端部１０６まで本体部１０２の外面に沿って延在する場合に、軸方向中心線５０に対して非平行に延在していてもよい。更に他の実施形態（図示せず）では、リブ１０８を螺旋状に構成し、リブ１０８が基部１０４から先端部１０６まで軸方向に延在する場合に、リブ１０８が本体部１０２の周囲を環状に延在するようにしてもよい。

【0045】

更に、図１４に示すように、本体部１０２は、基部１０４と先端部１０６との間の長さ１５４（例えば、軸方向長さ）を画定することができる。例示的な実施形態では、長さ１５４は、第１の直径１０５の約３５％～約１２５％の間の長さとすることができる。他の実施形態では、本体部１０２は、基部１０４と先端部１０６との間の長さ１５４（例えば、軸方向長さ）を画定することができる。例示的な実施形態では、長さ１５４は、第１の直径１０５の約５０％～約１００％の間の長さとすることができる。一部の実施形態では、本体部１０２は、基部１０４と先端部１０６との間の長さ１５４（例えば、軸方向長さ）を画定することができる。例示的な実施形態では、長さ１５４は、第１の直径１０５の約６５％～約８５％の間の長さとすることができる。様々な実施形態において、外面１１２と軸方向中心線５０に平行な軸方向線５１との間に、収束角１５６を画定してもよい。例えば、収束角１５６は、約１°と約５０°との間（例えば、約１°と約４５°との間、約１°と約４０°との間、約１°と約３５°との間、約１°と約３０°との間、約５°と約３０°との間、約１０°と約３０°との間）とすることができる。

【0046】

図１～図１４に示され且つ本明細書で説明される排気周波数低減装置１００の複数の特徴は、互いに交換可能とすることができ、一実施形態の一部として示され且つ説明される特徴を別の実施形態と共に使用して、更に他の実施形態を実現することができる。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内に入るような修正及び変形を含むことが意図される。

【0047】

ここに記載された説明は、実施例を用いて本発明（最良の態様を含む）を開示し、また、当業者が本発明を実施できるようにする（任意の装置又はシステムを製造すること及び使用すること、並びに組み込まれた任意の方法を実行することを含む）ものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者に思い浮かぶ他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異なっていない構造要素を含む場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に異なっていない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図される。

【0048】

本発明のさらなる態様は、以下の実施形態によって提供される。
［実施形態１］
排気周波数低減装置であって、軸方向中心線に沿って基部から先端部まで延在する本体部であって、前記基部は第１の直径を画定し、前記先端部は第２の直径を画定し、前記本体部は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束し、前記基部はタービン機械の排気ディフューザの内側シェルから延在するよう構成される、本体部、及び前記本体部に結合されたルート部から自由端部まで延在する少なくとも１つのリブを含む、排気周波数低減装置。
［実施形態２］
前記本体部は円錐台状である実施形態１に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態３］
前記少なくとも１つのリブの自由端部は、前記第１の直径の半径方向内側で終端している、実施形態１及び／又は２に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態４］
前記少なくとも１つのリブの自由端部は、前記第１の直径の半径方向外側で終端している、実施形態１～３のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態５］
前記少なくとも１つのリブは、前記ルート部から前記自由端部まで均一の厚さを画定する、実施形態１～４のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態６］
前記少なくとも１つのリブは、前記ルート部から前記自由端部に向かって減少する厚さを画定する、実施形態１～５のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態７］
前記本体部は外面を含み、前記外面と前記軸方向中心線に平行な軸方向線との間に収束角が画定され、前記収束角は約１°と約５０°との間である、実施形態１～６のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態８］
前記本体部は、前記第１の直径の約３５％と約１２５％の間の長さを画定する、実施形態１～７のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態９］
前記少なくとも１つのリブは、前記本体部から概ね半径方向に延在している、実施形態１～８のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態１０］
前記少なくとも１つのリブは、前記本体部から半径方向に対して概ね斜めに延在している、実施形態１～９のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態１１］
前記少なくとも１つのリブは、前記本体部を越えて延在する突出部を含む、実施形態１～１０のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気周波数低減装置。
［実施形態１２］
排気ディフューザであって、内側シェル、前記内側シェルから半径方向に間隔を空けて配置された外側シェルであって、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に排気流路が画定される、外側シェル、前記排気流路内に配置され、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に延在する１つ以上のストラット、及び前記内側シェルから延在する排気周波数低減装置であって、前記排気周波数低減装置は、軸方向中心線に沿って基部から先端部まで延在する本体部であって、前記基部は第１の直径を画定し、前記先端部は第２の直径を画定し、前記本体部は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束する、本体部、及び前記本体部に結合されたルート部から自由端部まで延在する少なくとも１つのリブを含む、排気ディフューザ。
［実施形態１３］
前記本体部は円錐台状である、実施形態１～１２のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態１４］
前記少なくとも１つのリブの自由端部は、前記第１の直径の半径方向内側で終端している、実施形態１～１３のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態１５］
前記少なくとも１つのリブの自由端部は、前記第１の直径の半径方向外側で終端している、実施形態１～１４のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態１６］
前記少なくとも１つのリブは、前記ルート部から前記自由端部まで均一の厚さを画定する、実施形態１～１５のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態１７］
前記少なくとも１つのリブは、前記ルート部から前記自由端部に向かって減少する厚さを画定する、実施形態１～１６のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態１８］
前記本体部は外面を含み、前記外面と前記軸方向中心線に平行な軸方向線との間に収束角が画定され、前記収束角は約１°と約５０°との間である、実施形態１～１７のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態１９］
前記本体部は、前記第１の直径の約３５％と約１２５％の間の長さを画定する、実施形態１～１８のうちの１つ以上の実施形態に記載の排気ディフューザ。
［実施形態２０］
タービン機械であって、圧縮機部、前記圧縮機部の下流側に配置された燃焼部、前記燃焼部の下流側に配置されたタービン部、及び前記タービン部の下流側に配置された排気ディフューザを含み、前記排気ディフューザは、内側シェル、前記内側シェルから半径方向に間隔を空けて配置された外側シェルであって、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に排気流路が画定される、外側シェル、前記排気流路内に配置され、前記内側シェルと前記外側シェルとの間に延在する１つ以上のストラット、及び前記内側シェルから下流側に延在する排気周波数低減装置を含み、前記排気周波数低減装置は、軸方向中心線に沿って基部から先端部まで延在する本体部であって、前記基部は第１の直径を画定し、前記先端部は第２の直径を画定し、前記本体部は前記軸方向中心線に対して前記第１の直径から前記第２の直径に収束する、本体部、及び前記本体部に結合されたルート部から自由端部まで延在する少なくとも１つのリブを含む。

【符号の説明】

【0049】

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機部
１８ 燃焼部
２２ タービン部
３４ 排気ディフューザ
４４ ストラット
４６ 内側シェル
４８ 外側シェル
５２ 排気流路
１００ 排気周波数低減装置
１０２ 本体部
１０４ 基部
１０５ 第１の直径
１０６ 先端部
１０７ 第２の直径
１０８ リブ
１０９ ルート部
１１０ 自由端部
１１２ 外面
１２６ 突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【外国語明細書】