(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービン用の軽量な抽気弁構造の提供。【解決手段】バルブ組立体１４は、入口開口部２０６と出口開口部２０８との間に軸方向に延在している径方向内側内部流路、流路を通る作動流体の流れを調節するために選択的に配置可能なディスク２１０、並びに径方向外側外面を具備するバルブ本体と、外面の径方向外側に配置されている第１のアクチュエータ２１４と、外面の径方向外側に配置されている第２のアクチュエータ２１６と、第１のアクチュエータに結合するように構成されている第１のアクチュエータ端部２２０、第２のアクチュエータに結合するように構成されている第２のアクチュエータ端部２２２、及びディスクに結合するように構成されているロッド端部２２４を具備する第１のリンク装置２１８とを含み、各アクチュエータから各それぞれのアクチュエータ端部に加えられる作動力が、第１のリンク装置２１８を介してロッド端部に結び付けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸（２０２）、及び入口開口部（２０６）と出口開口部（２０８）との間に軸方向に延在している径方向内側内部流路（２０４）、前記流路を通る作動流体の流れを調節するために選択的に配置可能なディスク（２１０）、並びに径方向外側外面（２１２）を具備するバルブ本体（２００）と、
前記外面の径方向外側に配置されている第１のアクチュエータ（２１４）と、
前記外面の径方向外側に配置されている第２のアクチュエータ（２１６）と、
前記第１のアクチュエータに結合するように構成されている第１のアクチュエータ端部（２２０）、前記第２のアクチュエータに結合するように構成されている第２のアクチュエータ端部（２２２）、及び前記ディスクに結合するように構成されているロッド端部（２２４）を具備する第１のリンク装置（２１８）と
を含み、
各前記アクチュエータから各それぞれの前記アクチュエータ端部に加えられる作動力が、前記第１のリンク装置（２１８）を介して前記ロッド端部に組み合わされる、バルブ組立体（１４）。
【請求項２】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）の少なくとも１つが、ピストン及びシリンダのアクチュエータを含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項３】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）の少なくとも１つが、ピストン及びシリンダのアクチュエータを含み、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータの前記シリンダが、作動流体源に対して平行な流体連通で結合されている、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項４】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）の少なくとも１つが、電気駆動を含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項５】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）が、前記バルブ本体（２００）の周囲に周方向に間隔を置いて配置されている一対のアクチュエータを含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項６】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）が、前記バルブ組立体を通過する質量中心線（２１７）が前記長手方向軸（２０２）と略同軸であるように、前記バルブ本体（２００）の周囲に周方向に間隔を置いて配置されている一対のアクチュエータを含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項７】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）が、約１８０度の間隔を置いて配置されている一対のアクチュエータを含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項８】
前記第１のアクチュエータ（２１４）及び前記第２のアクチュエータ（２１６）が、１８０度未満の間隔を置いて配置されている一対のアクチュエータを含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項９】
前記第１のリンク装置（２１８）が、ウィッシュボーン形リンク装置を含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【請求項１０】
前記作動流体の流れが、圧縮機抽気の流れを含む、請求項１記載のバルブ組立体（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの流体流を調節するために使用される方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくともいくつかの既知のガスタービンエンジンは、圧縮機の周囲に周方向に延在しているエンジンケーシングと、ロータ組立体及びステータ組立体を具備しているタービンとを含む。いくつかのエンジンの内部では、ケーシングの外面に結合されている複数の管路（ｄｕｃｔｉｎｇ）及びバルブを使用し、エンジンの一領域から流体流を、エンジンの別の領域内で使用するために流している。例えば、そのような管路及びバルブは、環境制御システム（ＥＣＳ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）の一部を形成することがある。
【０００３】
通常は、バルブ組立体を使用し、高温かつ／又は高圧の流体流を制御する。そのようなバルブ組立体は、管路の隣接した部分間に結合されている略円筒形のバルブ本体を含む。バルブ本体は、バルブを通る流体流を制御するために選択的に配置可能なバルブ封止機構を含む。より具体的には、少なくともいくつかの既知のバルブが、単一のピストン／シリンダ装置を含み、このピストン／シリンダ装置は、バルブ本体の外側に配置されており、バルブ封止機構を選択的に配置するのに必要な原動力を供給するようにバルブ封止機構に結合されている。
【０００４】
ピストン／シリンダ装置は主要なバルブ本体からずれているため、バルブ組立体の重心は、通常、バルブ本体の中心軸からある距離ずれている。そのような偏重心（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ  ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  ｇｒａｖｉｔｙ）は、エンジン作動中に、バルブ組立体、隣接した管類、及び支持ブラケット内に曲げ応力を誘発する可能性がある。また、用途によっては、ピストン／シリンダ装置の物理的な大きさ及び重量が、エンジン設計のダクト経路設定段階の間に問題を生じる可能性がある。
【０００５】
そのような問題に対処する１つの方法が、同心バルブである。米国特許第６，７７５，９９０号及び同第６，９８６，２５７号に記載されている同心バルブは、バルブのフロー体（ｆｌｏｗｂｏｄｙ）を取り巻いている作動ピストンを特色とし、従ってその名がある。このピストンは、流体圧力が作用する作動領域をピストンの内径及び外径が形成するようにサイズ設定されている。この領域は、通常、全ての抵抗力を反映した後に少なくとも３：１の力の差を達成するように設定されている。ピストンに作用する流体圧力レベルは、通常、システムアーキテクチャにより設定されている。場合によっては、作動流体（燃料）圧力が適度に低く、例えば約１３０ｐｓｉｄである。他の場合には、流体圧力はずっと高く、最大約９００ｐｓｉｄである。
【０００６】
圧力レベル及び他の幾何学的制約により、フロー体を取り巻く実際の同心ピストンを有することが実用的でない状況が作り出される可能性がある。極端に高圧の場合には、３：１の力の差を達成するために僅か０．０３０インチの壁厚を有するピストンが必要とされる可能性がある。そのような制約は、ガイドシールグランド（ｇｕｉｄｅ  ｓｅａｌ  ｇｌａｎｄ）のための十分な空間がなく、これらのグランドをハウジング壁内に配置することは望ましくないため、実用的でない可能性がある。さらに、高破裂圧力条件（場合によっては３０００ｐｓｉａ）に対処するには、アクチュエータハウジング壁をフープ応力に抵抗するようにサイズ設定しなければならない。そのような用途のための同心バルブを作製することは可能であるが、重量及びパッケージ体積の形で不利益を被る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２１７９８７号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、バルブ組立体は、長手方向軸、及び入口開口部と出口開口部との間に軸方向に延在している径方向内側内部流路、流路を通る作動流体の流れを調節するために選択的に配置可能なディスク、並びに径方向外側外面を具備するバルブ本体を含む。バルブ組立体は、外面の径方向外側に配置されている第１のアクチュエータと、外面の径方向外側に配置されている第２のアクチュエータと、第１のアクチュエータに結合するように構成されている第１のアクチュエータ端部、第２のアクチュエータに結合するように構成されている第２のアクチュエータ端部、及びディスクに結合するように構成されているロッド端部を具備する第１のリンク装置とをさらに含み、各アクチュエータから各それぞれのアクチュエータ端部に加えられる作動力が、第１のリンク装置を介してロッド端部において組み合わされる（コンバインされる）。
【０００９】
別の実施形態では、流体流を制御する方法は、バルブの本体を通して流体流を流すステップであり、本体は長手方向軸を有する、ステップと、ディスク部材を使用してバルブの本体を通る流体流を調節するステップと、各々がディスク部材に結合されている複数のアクチュエータを使用してディスク部材の位置を制御するステップとを含み、バルブの本体と複数のアクチュエータとの質量中心が長手方向軸と略同軸である。
【００１０】
さらに別の実施形態では、ガスタービンエンジンシステムが、圧縮機と、圧縮機と流体連通で結合されているバルブ組立体であり、流体を圧縮機から出口管へ流すように構成されているバルブ組立体とを含む。バルブ組立体は、長手方向軸及び入口開口部と出口開口部との間に軸方向に延在している径方向内側内部流路と、流路を通る作動流体の流れを調節するために選択的に配置可能なディスクと、径方向外側外面とを具備するバルブ本体を含む。バルブ組立体は、外面の径方向外側に配置されている複数のアクチュエータと、第１のアクチュエータに結合されている第１のアクチュエータ端部、第２のアクチュエータに結合されている第２のアクチュエータ端部、及びディスクに結合されているロッド端部を具備する第１のリンク装置とをさらに含み、各アクチュエータから各それぞれのアクチュエータ端部に加えられる作動力が、第１のリンク装置を介してロッド端部に結び付けられ、バルブの本体と複数のアクチュエータとの質量中心が長手方向軸と略同軸である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態で使用されてもよいガスタービンエンジン組立体の側面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による図１に示されているバルブ組立体の分解図である。
【図３】本発明の例示的実施形態による図１に示されているバルブ組立体の切断図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による図１に示されているバルブ組立体の切断図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本記述は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示し、任意のデバイス又はシステムを作製し使用すること並びに任意の援用されている方法を実施することを含めて当業者が本発明を実践することを可能にしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められており、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と極僅かに異なる等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【００１３】
以下の詳細な説明は、限定としてではなく例として本発明の実施形態を説明する。本発明は、産業上の利用、商業的応用及び住宅応用における流体流制御に関する組立体及びプロセス制御の実施形態に一般的に適用されると考えられる。
【００１４】
本明細書で用いられている、単数形又は数詞無く記載されている「要素」又は「ステップ」は、そのような除外が明示的に記載されている場合を除き、複数の要素又はステップを除外しないものと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」の表現は、やはり記載された特徴を援用している付加的な実施形態の存在を除外すると解釈されないものとする。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態で使用されてもよいガスタービンエンジン組立体１０の側面図である。本例示的実施形態では、ガスタービンエンジン組立体１０は、複数のバルブ組立体１４により結合されている複数の管路１２を含む。ガスタービンエンジン組立体１０は、高圧圧縮機組立体１６と、燃焼器１８と、タービン組立体２０とを含む。一実施形態では、高圧圧縮機組立体１６は、高圧圧縮機である。ガスタービンエンジン組立体１０はまた、低圧タービン（図示せず）とファン組立体（図示せず）とを含む。一実施形態では、ガスタービンエンジン組立体１０は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、Ｏｈｉｏから市販されているＣＦ３４エンジンである。
【００１６】
本例示的実施形態では、管路１２とバルブ組立体１４とは、エンジン集合体（ＥＢＵ：ｅｎｇｉｎｅ  ｂｕｉｌｄ  ｕｐ）３０の一部を形成している。より具体的には、管路１２とバルブ組立体１４とは、ガスタービンエンジン組立体１０の一領域から、別の領域で使用するために高温かつ／又は高圧の流体流を、それぞれ流し制御することを容易にする。例えば、一実施形態では、管路１２とバルブ組立体１４とを通って流れる流体は、約１０００°Ｆより大きい動作温度、及び／又は約３００ｐｓｉより大きい動作圧力を有する。
【００１７】
本例示的実施形態では、管路１２は、複数の取付けブラケット組立体４２によりエンジンケーシング４０に結合されている一対の入口ダクト組立体３４及び３６にＥＢＵ３０を分割することを容易にするＹ字管３２を含む。より具体的には、入口ダクト組立体３４及び３６は、環境制御システムなどの他の領域で使用するために、高圧圧縮機組立体１６からの抽気を送る高圧圧縮機組立体１６に流体連通で結合されている。
【００１８】
図２は、本発明の例示的実施形態によるバルブ組立体１４（図１に示されている）の分解図である。本例示的実施形態では、バルブ組立体１４は、長手方向軸２０２及び入口開口部２０６と出口開口部２０８との間に軸方向に延在している径方向内側内部流路２０４を有するバルブ本体２００を含み、ディスク２１０は、限定されないが流路２０４を通る圧縮機抽気などの流体の流れを調節するために選択的に配置可能である。バルブ本体２００はまた、径方向外側外面２１２を含む。バルブ組立体１４は、各々が外面２１２の径方向外側に配置されている第１のアクチュエータ２１４と第２のアクチュエータ２１６とを含む。一実施形態では、第１のアクチュエータ２１４と第２のアクチュエータ２１６とは、長手方向軸２０２に対して周方向に１８０°離して配置されている。種々の他の実施形態では、第１のアクチュエータ２１４と第２のアクチュエータ２１６とは、長手方向軸２０２に対して周方向に１８０°以外で離して配置されている。さらに他の実施形態では、限定されないが第３のアクチュエータ（図示せず）及び第４のアクチュエータ（図示せず）などの付加的なアクチュエータが使用されていてもよい。別の実施形態では、第１のアクチュエータ２１４と第２のアクチュエータ２１６とは、バルブ組立体１４を通過する質量中心線２１７が長手方向軸２０２と略同軸であるように、バルブ本体２００の周囲に周方向に間隔を置いて配置されている。
【００１９】
バルブ組立体１４は、第１のアクチュエータ２１４に結合するように構成されている第１のアクチュエータ端部２２０と、第２のアクチュエータ２１６に結合するように構成されている第２のアクチュエータ端部２２２と、ディスク２１０に結合するように構成されているロッド端部２２４とを具備する第１のリンク装置２１８を含む。一実施形態では、第１のリンク装置２１８はウィッシュボーン形状である。本例示的実施形態では、ロッド端部２２４は、タイロッド２２６と、クランクアーム２２７と、シャフト２２８とを使用して、ディスク２１０に結合するように構成されている。各アクチュエータ２１４、２１６から各それぞれのアクチュエータ端部２２０、２２２に加えられる作動力が、第１のリンク装置２１８を介してロッド端部２２４に結び付けられる。本例示的実施形態では、アクチュエータ２１４とアクチュエータ２１６とは、ピストン式アクチュエータを形成しているピストン２３０、２３１と、ピストンロッド２３２、２３３と、ロッドブシュ２３４、２３５と、シリンダ２３６、２３７とを含む。アクチュエータ２１４及び２１６のピストンは、限定されないがピストンに作用する液体燃料などの作動流体の圧力により、シリンダ２３６及び２３７内にそれぞれ配置されている。本例示的実施形態では、作動流体は、ピストンが平行に作動し、かつ第１のリンク装置２１８を介してロッド端部２２４に実質的に等しい力を加えるように、アクチュエータ２１４及び２１６に結合されている。代替の実施形態では、第１のアクチュエータ２１４及び第２のアクチュエータ２１６の少なくとも１つは、電気駆動を含む。
【００２０】
第１のリンク装置２１８は、枢動リンク２４０及び２４２並びに各ピン２４４及び２４６を使用して、バルブ本体２００に結合されている。枢動リンク２４０とピン２４４とは、第１のリンク装置２１８をバルブ本体２００上の第１のボス２４８に結合させる。枢動リンク２４２とピン２４６とは、第１のリンク装置２１８をバルブ本体２００上の第２のボス２５０（図２ではバルブ本体２００の背後に隠れている）に結合させる。
【００２１】
動作中、アクチュエータ端部２２０及び２２２それぞれに作用しているピストン２３０及び２３１の動きにより、第１のリンク装置２１８は、ピン２４４及び２４６を通って延びる回転軸２９２を中心に回転する。枢動リンク２４０及び２４２が、アクチュエータ２１４及び２１６の動きに対して回転軸２９２を横方向に移動させ、それにより、アクチュエータ端部２２０、２２２の純粋な移動を維持することを可能にする。第１のリンク装置２１８の回転により、ロッド端部２２４は、入口開口部２０６に向かって開方向２５３へ動いてバルブ組立体１４を開くか、又は出口開口部２０８に向かって閉方向２５４に動いてバルブ組立体１４を閉じる。実質的に等しい圧力でシリンダ２３６及び２３７内に導入される、限定されないが液体燃料などの流体が、ピストンロッド２３２及び２３３をシリンダ２３６及び２３７それぞれの内部で動かす。弾性ブシュ２３４及び２３５は、封止用のＯリングのためのグランドと、ピストンロッドに対して圧力を封止する内部動的カップシール（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｃｕｐ  ｓｅａｌ）とを含む。種々の実施形態において、故障時開動作又は故障時閉動作のために、ばねを配置して、燃料圧力の損失時に、シリンダ２３６及び２３７それぞれの内部でピストンロッド２３２及び２３３を動かして、開状態又は閉状態でディスク２１０を配置するようにしてもよい。
【００２２】
図３は、本発明の例示的実施形態によるバルブ組立体１４（図１に示されている）の切断図である。本例示的実施形態では、バルブ組立体１４は、開状態で示されている。ディスク２１０を開状態で配置するために、シリンダ２３６及び２３７内のピストン２３０及び２３１の上方に加圧流体が導入され、それにより、ピストン２３０及び２３１が出口開口部２０８の方へ動き、第１のリンク装置２１８のアクチュエータ端部２２０及び２２２に力を加える。第１のリンク装置２１８は、ロッド端部２２４を入口開口部２０６の方へ動かしながらピン２４４及び２４６を中心に枢動し、それにより、タイロッド２２６とタイロッド２２６にピンで固定されているクランクアーム２２７とを介して、シャフト２２８が反時計回り方向３００に回転する。
【００２３】
図４は、本発明の例示的実施形態によるバルブ組立体１４（図１に示されている）の切断図である。本例示的実施形態では、バルブ組立体１４は閉状態で示されている。ディスク２１０を閉状態で配置するために、シリンダ２３６及び２３７内のピストン２３０及び２３１の下方に加圧流体が導入され、それにより、ピストン２３０及び２３１は入口開口部２０６の方へ動き、第１のリンク装置２１８のアクチュエータ端部２２０及び２２２に力を加える。第１のリンク装置は、ロッド端部２２４を出口開口部２０８の方へ動かしながらピン２４４及び２４６を中心に枢動し、それにより、タイロッド２２６とタイロッド２２６にピンで固定されているクランクアーム２２７とを介して、シャフト２２８が時計回り方向４００に回転する。
【００２４】
本発明の実施形態は、互いから１８０度の間隔を置いて配置されている２つ以上のピストンアクチュエータを使用する。２つの比較的小さいピストンを使用することにより、主により小さいアクチュエータキャビティ容積で破裂圧力に耐える結果として、同心ピストンを用いる同様の設計よりも３５％の軽量化がもたらされた。各ピストンからの出力を併合する「ウィッシュボーン」中間リンク装置を備えた２つのピストンを使用することにより、より小さくより軽いバルブ組立体１４においてディスク２１０を動かす同様の力が供給される。
【００２５】
独立したピストンが、平衡出力（ｂａｌａｎｃｅｄ  ｏｕｔｐｕｔ）なしに同心ピストンのコッキング（ｃｏｃｋｉｎｇ）の可能性を軽減するため、これらのピストンは、ちょうど１８０度で配置される必要がない。実際、ピストンを互いに隣接して配置することができるが、但し、ピストンが（１８０度から）互いに接近して配置されるにつれて、ＬＶＤＴなどの補助的ハードウェア及びサーボバルブがピストンに近付き、重心偏心を増大させる。質量同心（ｍａｓｓ  ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ）バルブ組立体１４は、ウィッシュボーンリンク装置を駆動する２つの別々のピストンを含む。この構成は、作動圧力が極端に高く、同心ピストンが実用的でなくなる場合に使用することができる。２つの別々のピストンは、旧来のオフセットアクチュエータ式バルブで達成し得る場合より、より中心にあるバルブ質量を推進し、より全体的に小型のバルブを推進する。
【００２６】
流体流を制御する方法及び装置の前述の実施形態は、比較的高い作動圧力が必要な用途において、バルブ組立体の大きさ及び重量を減少させて、費用効果が高く信頼性のある手段を提供する。より具体的には、本明細書に記載されている方法及び装置は、バルブ組立体の周囲に周方向に間隔を置いて配置されている複数のアクチュエータから均等に送達される力を助長する。結果として、本明細書に記載されている方法及び装置は、費用効果が高く信頼性のある方法での流体流の制御を促進する。
【００２７】
本記述は、例を使用して、最良の形態を含めて本発明を開示し、また、任意のデバイス又はシステムを作製し使用すること並びに任意の援用されている方法を実施することを含めて当業者が本発明を実践することを可能にしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められており、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と極僅かに異なる等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものとされる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガスタービンエンジン組立体
１２  複数の管路
１４  複数のバルブ組立体
１６  高圧圧縮機組立体
１８  燃焼器
２０  タービン組立体
３０  エンジン集合体（ＥＢＵ：ｅｎｇｉｎｅ  ｂｕｉｌｄ  ｕｐ）
３２  Ｙ字管
３４、３６  入口ダクト組立体
４０  エンジンケーシング
４２  複数の取付けブラケット組立体
２００  バルブ本体
２０２  長手方向軸
２０４  径方向内側内部流路
２０６  入口開口部
２０８  出口開口部
２１０  ディスク
２１２  径方向外側外面
２１４  第１のアクチュエータ
２１６  第２のアクチュエータ
２１７  質量中心線
２１８  第１のリンク装置
２２０  第１のアクチュエータ端部
２２２  第２のアクチュエータ端部
２２４  ロッド端部
２２６  タイロッド
２２７  クランクアーム
２２８  シャフト
２３０、２３１  ピストン
２３２、２３３  ピストンロッド
２３４、２３５  ロッドブシュ
２３６、２３７  シリンダ
２４０、２４２  枢動リンク
２４４、２４６  ピン
２４８  第１のボス
２５０  第２のボス
２５３  開方向
２５４  閉方向
２９２  回転軸
３００  反時計回り方向
４００  時計回り方向
【図１】
2011132960.tif 000003
【図２】
2011132960.tif 000004
【図３】
2011132960.tif 000005
【図４】
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