(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側バランスシール（１２）のためのアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）において、
ステータアセンブリ（１８）と、少なくとも１つの外側バランスシール（１２）と、少なくとも１つのバイパスチャネル（２８）と、少なくとも１つの調量機構（１４）とが設けられており、
前記ステータアセンブリ（１８）は、第１段ロータ（２０）の近傍に配置されており、前記ステータアセンブリ（１８）の一部分とロータシャフト（２３）との間に圧縮空気チャネル（１６）が配置されており、
前記少なくとも１つの外側バランスシール（１２）は、冷却キャビティ（２５）へ流れる高温ガスの一部分を少なくとも低減するように構成されており、
前記少なくとも１つのバイパスチャネル（２８）は、前記少なくとも１つの外側バランスシール（１２）の上流で前記圧縮空気チャネル（１６）と連通している入口（４０）から、前記少なくとも１つの外側バランスシール（１２）より下流で前記圧縮空気チャネル（１６）と連通している出口（２６）まで、延在しており、
前記少なくとも１つの調量機構（１４）は、タービンエンジン動作中に前記少なくとも１つの外側バランスシール（１２）が摩耗するに従い、前記少なくとも１つの外側バランスシール（１２）を通過する圧縮空気の流れの変化に適応させるために、前記少なくとも１つのバイパスチャネル（２８）を貫流する冷却液の流れを調整可能であり、
前記少なくとも１つの調量機構（１４）は、開放ポジションと閉鎖ポジションとの間を移動可能な少なくとも１つのピン（７２）から成る少なくとも１つのバルブ（７０）を有しており、前記閉鎖ポジションにおいて、前記少なくとも１つのピン（７２）は、前記少なくとも１つのバイパスチャネル（２８）と少なくとも部分的に交差する
ことを特徴とする、アクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの調量機構（１４）は、前記少なくとも１つのピン（７２）を開放ポジションと閉鎖ポジションとの間で移動させるため、該少なくとも１つのピン（７２）と係合された少なくとも１つのカム（７４）を有する、
請求項１記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのカム（７４）は、前記少なくとも１つのピン（７２）のヘッドと接触して配置されたカラー（８６）から成る、
請求項２記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのピン（７２）は、前記少なくとも１つのピン（７２）のシャフトに配置された少なくとも１つのオリフィス（８０）を有しており、該少なくとも１つのオリフィス（８０）は、前記少なくとも１つのピン（７２）が開放ポジションにあるとき、該少なくとも１つのオリフィス（８０）が前記少なくとも１つのバイパスチャネル（２８）とアライメントされるように位置決めされている、
請求項１記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項５】
同期リング（９０）が設けられており、該同期リング（９０）は、前記少なくとも１つのピン（７２）から該同期リング（９０）まで延在する少なくとも１つのバルブアーム（９２）を介して、前記少なくとも１つのピン（７２）と連動する、
請求項１記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのバルブアーム（９２）は、前記同期リング（９０）に旋回可能に取り付けられている、
請求項５記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのピン（７２）を、少なくとも１つのバルブアーム（９２）を介して開放ポジションと閉鎖ポジションとの間で移動させるために、前記同期リング（９０）は、前記少なくとも１つのピン（７２）と係合された少なくとも１つのカム（７４）に取り付けられている、
請求項５記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項８】
前記同期リング（９０）は、該同期リング（９０）に旋回可能に取り付けられた複数のバルブアーム（９２）を備えた円筒状である、
請求項５記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項９】
前記同期リング（９０）はさらに、該同期リング（９０）内に含まれるスロットから成る複数のカム（７４）を有する、
請求項５記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【請求項１０】
前記複数のカム（７４）のうち少なくとも１つのカムは、前記同期リング（９０）の曲線状の中心線（１０４）との接線である軸線（１０２）に対し非平行かつ非直交である、
請求項９記載のアクティブバイパス流コントロールシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本発明は、２０１３年３月１日出願の米国特許仮出願第６１／７７１，１５１号明細書の利益を請求するものであり、ここで参照したことによりその開示内容全体を本明細書の一部とする。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する記載
本発明の開発の一部は、アメリカ合衆国エネルギー省の最新タービン開発プログラムAdvanced Turbine Development Program、契約番号DE- FC26-05NT42644によって支援された。したがってアメリカ合衆国政府は、本発明において何らかの権利を所有することができる。
【０００３】
発明の技術分野
本発明は、概略的に言えば、ガスタービンエンジンに関するものであり、より詳しく言えば、アクティブバイパス流コントロールシステムに関するものであって、このシステムによれば、パージ空気をリムキャビティへ供給するために、ステータと第１段ロータアセンブリとの間の１つまたは複数のシールの周囲における圧縮空気のバイパスがコントロールされる。
【背景技術】
【０００４】
産業用ガスタービンエンジンには、第１段タービンロータブレードを備えたロータと、燃焼器の下流に配置された第１段ステータ翼を備えたステータとが設けられていることが多い。ステータとロータとの間に存在するリムキャビティのための封止部を形成するために、一般的には、ステータとそれに隣り合うロータとの間にシールが配置されている。パージ空気は、バイパスチャネルを介して、およびシールを通過して漏出することによって、リムキャビティへ供給される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような構造による主要な問題は、シールが摩耗し、それによって漏洩流が増加することである。バイパスチャネルを貫流する吐出量は、供給圧力が等しく維持されているかぎり一定である。したがって、シールを越える漏洩流が増加すると、シールを通過したものとバイパスチャネルとからの両方の経路からリムキャビティへ流入する冷却空気が増加する。このため、シールの摩耗およびリムキャビティに流入する余分な漏洩流に対処して、リムキャビティに流れる冷却空気の総量が過剰にならないようにする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下では、アクティブバイパス流コントロールシステムが開示される。このシステムは、ガスタービンエンジン内のガスタービンの第１段におけるステータとロータとの間に配置された外側バランスシールを通過して流れる圧縮空気の漏洩流に基づき、バイパス圧縮空気をコントロールする。このアクティブバイパス流コントロールシステムは調整可能なシステムであって、このシステムによれば、リムキャビティと冷却キャビティとの間の外側バランスシールが摩耗するに従い、時間の経過につれて通過した圧縮空気の流れが変化するのに合わせて、１つまたは複数の調量機構を使用して、バイパス圧縮空気の流れをコントロールすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、調量機構に環状リングを設けることができ、この環状リングは、その内部を貫通して延在する少なくとも１つの調量オリフィスを備えている。調量機構を、バイパスチャネルの出口に配置することができ、これを以下のように調整可能なものとすることができる。すなわちこの場合、調量オリフィスと出口とのアライメントを調整可能であり、これによって、バイパスチャネルの出口と調量オリフィスのアライメントされた部分の開口部の横断面積を変化させ、アライメントされた部分の開口部を狭くまたは広くして、調量機構を貫流する圧縮空気の流れを変化させる。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態によれば、アクティブバイパス流コントロールシステムには、第１段ロータの近傍に配置されたステータアセンブリを設けることができ、この場合、圧縮空気チャネルは、ステータアセンブリの一部分とロータシャフトとの間に配置される。１つまたは複数の外側バランスシールを、冷却キャビティへ流入する高温ガスの一部分を少なくとも低減するように構成することができる。少なくとも１つの実施形態によれば、外側バランスシールを、複数の歯から成るラビリンスシールとブラシシールとを組み合わせて、リムキャビティを冷却キャビティから封止するように構成することができる。さらに外側バランスシールを、リムキャビティと冷却キャビティとの間において、リムキャビティの半径方向内側端部に配置することができる。
【０００８】
さらに１つまたは複数のバイパスチャネルを、外側バランスシールの上流で圧縮空気チャネルと連通している入口から、外側バランスシールの下流で圧縮空気チャネルと連通している出口まで、延在させることができる。アクティブバイパス流コントロールシステムに、１つまたは複数の調量機構を含めることもできる。この調量機構は調整可能であり、タービンエンジン動作中に外側バランスシールが摩耗するに従い、外側バランスシールを通過する圧縮空気の流れの変化に適応させるために、バイパスチャネルを貫流する冷却液の流れを調整する。
【０００９】
調量機構を環状リングによって形成することができ、このリングは、その内部を貫通して延在する１つまたは複数の調量オリフィスを備えている。調量機構を、バイパスチャネルの出口に配置することができ、これを以下のように調整可能なものとすることができる。すなわちこの場合、調量オリフィスと出口とのアライメントを調整可能であり、これによって、バイパスチャネルの出口と調量機構の調量オリフィスのアライメントされた部分の開口部の横断面積を変化させる。少なくとも１つの実施形態によれば、少なくとも１つの調量機構を貫通して延在する複数の計量オリフィスを、調量機構が含むようにしてもよい。１つの実施形態によれば、複数の調量オリフィスを互いに等間隔に配置することができる。複数の調量オリフィスを、これらの調量オリフィス各々が開放状態でバイパスチャネルとアライメントされるように、配置することができる。
【００１０】
アクティブバイパス流コントロールシステムに、バイパスチャネルの出口に対し相対的な調量機構のポジションをコントロールするポジションコントロールシステムを設けることもできる。少なくとも１つの実施形態によれば、ポジションコントロールシステムにカムアジャスタを設けることができ、このカムアジャスタは、バイパスチャネルの出口に対し相対的に調量機構を保持する支柱を収容するための内部スロットを備えている。この場合、支柱はスロット内を移動可能であり、それによってバイパスチャネルの出口に対し相対的に、調量機構のポジションが変更される。少なくとも１つの実施形態によれば、ポジションコントロールシステムに、バイパスチャネルの出口に対し相対的に調量機構のアライメントを変更するための、１つまたは複数のコントロールレバーを設けることもできる。さらにポジションコントロールシステムに、バイパスチャネルの出口に対し相対的な調量機構のアライメントの変更に利用可能な、１つまたは複数のモータを設けることもできる。ポジションコントロールシステムにさらに、調量機構を越えて発生する漏洩流量を測定するように構成された、１つまたは複数のセンサを設けることもできる。別の実施形態によれば、１つまたは複数のセンサを用いて、調量機構両側の圧力比を測定することができる。さらにポジションコントロールシステムに、センサおよびモータと連携するコントローラを設けることができ、この場合、コントローラは、モータの動作を制御して、センサから導出されたデータに基づいて、バイパスチャネルの出口に対して相対的な調量機構のアライメントをコントロールする。
【００１１】
さらに別の実施形態によれば、外側バランスシールのためのアクティブバイパス流コントロールシステムには、第１段ロータの近傍に配置されたステータアセンブリを設けることができ、この場合、圧縮空気チャネルは、ステータアセンブリの一部分とロータシャフトとの間に配置される。アクティブバイパス流コントロールシステムに、冷却キャビティへ流入する高温ガスの一部分を少なくとも低減するように構成された、１つまたは複数の外側バランスシールを設けることもできる。さらに１つまたは複数のバイパスチャネルを、外側バランスシールの上流で圧縮空気チャネルと連通している入口から、外側バランスシールの下流で圧縮空気チャネルと連通している出口まで、延在させることができる。アクティブバイパス流コントロールシステムに、１つまたは複数の調量機構を含めることができる。この調量機構は調整可能であり、タービンエンジン動作中に外側バランスシールが摩耗したときに、バイパスチャネルを貫流する冷却液の流れを調整して、外側バランスシールを通過する圧縮空気の流れの変化に適応させる。
【００１２】
調量機構に、開放ポジションと閉鎖ポジションとの間を移動可能な１つまたは複数のピンから成る１つまたは複数のバルブを設けることができる。この場合、少なくとも１つのピンは閉鎖ポジションにおいて、バイパスチャネルと少なくとも部分的に交差する。さらに調量機構に１つまたは複数のカムを設けることもでき、このカムは、開放ポジションと閉鎖ポジションとの間でピンを移動させるために、ピンと係合されている。さらに少なくとも１つの実施形態によれば、ピンのヘッドと接触するように配置されたカラーによって、カムを形成することができる。さらにピンに、ピンのシャフト内に配置された１つまたは複数のオリフィスを設けることもでき、このオリフィスは、ピンが開放ポジションにあるときにこれがバイパスチャネルとアライメントされるように位置決めされている。アクティブバイパス流コントロールシステムに、同期リングを設けることもできる。同期リングには、ピンからこの同期リングまで延在する１つまたは複数のバルブアームを介してピンと連動する。バルブアームを、同期リングに旋回可能に取り付けることができる。さらに同期リングを、少なくとも１つのバルブアームを介して開放ポジションと閉鎖ポジションとの間でピンを移動させるために、ピンと係合された１つまたは複数のカムに取り付けることができる。同期リングを、この同期リングに旋回可能に取り付けられた複数のバルブアームを備えた円筒状に構成することができる。さらに別の実施形態によれば同期リングに、この同期リング内に収容されたスロットから成る複数のカムを設けることもできる。複数のカムを、同期リングにおける曲線状の中心線との接線である軸線に対し、非平行かつ非直交とすることができる。次に、これらの実施形態およびその他の実施形態について、さらに詳しく説明する。
【００１３】
本願に組み込まれてその一部を成している添付の図面には、ここで開示する本発明の実施形態が例示されており、それらの説明と共に本発明の基本原理が開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】リムキャビティと冷却キャビティとの間における１つまたは複数のシールの周囲のバイパス圧縮空気をコントロールする、アクティブバイパス流コントロールシステムを備えた、ガスタービンエンジンの横断面図
【図２】産業用ガスタービンエンジン内に第１段のロータおよびステータとともに配置されたアクティブバイパス流コントロールシステムを、詳細ライン２−２に沿って示した詳細横断面図
【図３】開口部が１００パーセント開放状態にある０度設定におけるカムアジャスタの上面図
【図４】開口部が１００パーセントよりも小さい開放状態にある２０度設定におけるカムアジャスタの上面図
【図５】ゼロ設定にアライメントされた調量オリフィスを左側に、２０度設定のときの流路オフセットを右側に示した、調量機構の横断面図
【図６】アクティブバイパス流コントロールシステムにおけるポジションコントロールシステムのセンサを示す詳細図
【図７】開口部が１００パーセント開放状態にあるゼロ設定にすべての調量オリフィスがアライメントされた、調量機構の択一的な実施形態を示す横断面図
【図８】産業用ガスタービンエンジン内に第１段のロータおよびステータとともに配置されたアクティブバイパス流コントロールシステムの別の実施形態を、詳細ライン２−２において示した詳細横断面図
【図９】調量機構に調量オリフィス集合体を形成するために、互いに連動する複数の調量オリフィスが設けられた調量機構の別の実施形態を示す横断面図
【図１０】産業用ガスタービンエンジン内に第１段のロータおよびステータとともに配置されたアクティブバイパス流コントロールシステムのさらに別の実施形態を、詳細ライン２−２において示した詳細横断面図
【図１１】図１０の詳細ライン１１−１１に沿って、開放ポジションで調量機構の別の実施形態を示す詳細横断面図
【図１２】図１０の詳細ライン１１−１１に沿って、閉鎖ポジションで図１１の調量機構の実施形態を示す詳細横断面図
【図１３】図１０の詳細ライン１１−１１に沿って、閉鎖ポジションで調量機構のさらに別の実施形態を示す詳細横断面図
【図１４】図１０の詳細ライン１１−１１に沿って、開放ポジションで図１３の調量機構の実施形態を示す詳細横断面図
【図１５】図２２の断面ライン１５−１５に沿って、バルブが開放ポジションにあるときに、カムを形成するスロット内に含まれるバルブアームの一部分との同期リングを軸線方向で見た正面図
【図１６】図２２の断面ライン１５−１５に沿って、バルブが中立ポジションにあるときに、カムを形成するスロット内に含まれるバルブアームの一部分との同期リングを軸線方向で見た正面図
【図１７】図２２の断面ライン１５−１５に沿って、バルブが閉鎖ポジションにあるときに、カムを形成するスロット内に含まれるバルブアームの一部分との同期リングを軸線方向で見た正面図
【図１８】図２２の断面ライン１８−１８に沿って、バルブが開放ポジションにあるときに、カムを形成するスロット内に含まれるバルブアームの一部分との同期リングを示す側面図
【図１９】図２２の断面ライン１８−１８に沿って、バルブが中立ポジションにあるときに、カムを形成するスロット内に含まれるバルブアームの一部分との同期リングを軸線方向で見た正面図
【図２０】図２２の断面ライン１８−１８に沿って、バルブが閉鎖ポジションにあるときに、カムを形成するスロット内に含まれるバルブアームの一部分との同期リングを軸線方向で見た正面図
【図２１】図２３の同期リングの部分側面図
【図２２】図２３の同期リングの部分斜視図
【図２３】バルブポジションコントロールシステムにおける同期リングの実施形態を示す斜視図
【図２４】図２２の断面２４−２４に沿って、バルブポジションコントロールシステムの同期リングとバルブアームとバルブとを詳細に示す斜視図
【図２５】図２２の断面２４−２４に沿って、バルブポジションコントロールシステムの同期リングとバルブアームとバルブの別の実施形態を詳細に示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図２５に示されているように、本明細書ではアクティブバイパス流コントロールシステム１０が開示される。このシステムは、ガスタービンエンジン内のガスタービン２１の第１段におけるステータ１８とロータ２０との間に設けられた外側バランスシール１２を通過して流れる圧縮空気の漏洩流に基づき、バイパス圧縮空気をコントロールする。アクティブバイパス流コントロールシステム１０は調整可能なシステムであって、このシステムによれば、リムキャビティ６２と冷却キャビティ２５との間に設けられた外側バランスシール１２が摩耗するに従い、時間の経過につれて通過する圧縮空気の流れが変化するのに合わせて、１つまたは複数の調量機構１４を使用して、バイパス圧縮空気の流れをコントロールすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、調量機構１４に環状リング２２を設けることができ、この環状リング２２は、その内部を貫通して延在する少なくとも１つの調量オリフィス２４を備えている。調量機構１４を、バイパスチャネル２８の出口２６に配置することができ、これを以下のように調整可能なものとすることができる。すなわちこの場合、調量オリフィス２４と出口２６とのアライメントを調整可能であり、これによって、バイパスチャネル２８の出口２６と調量オリフィス２４のアライメントされた部分の開口部４４の横断面積を変化させ、アライメントされた部分の開口部４４を狭くまたは広くして、調量機構１４を貫流する圧縮空気の流れを変化させる。図８に示されているように別の実施形態によれば、バイパスチャネル２８の出口２６と入口４０との間に、または入口４０のところに、調量機構１４を配置することができる。
【００１６】
図１に示されているように、外側バランスシール１２のためのアクティブバイパス流コントロールシステム１０に、ロータシャフト２３の近くに配置されたステータアセンブリ１８を含めることができる。ステータアセンブリ１８は、任意の適切な構成を有するものとしてよい。１つまたは複数の圧縮空気チャネル１６を、ステータアセンブリ１８の一部分とロータシャフト２３との間に配置することができる。１つまたは複数の外側バランスシール１２を、冷却キャビティ２５へ流入する高温ガスの一部分を少なくとも低減するように構成することができる。少なくとも１つの実施形態によれば、外側バランスシール１２は、冷却キャビティ２５への高温ガスの吸い込みをすべて排除することができる。さらに外側バランスシール１２を、以下に限定されるものではないが、ラビリンスシール、ブラシシール、またはリーフシールとすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、外側バランスシール１２を、複数の歯３０から成るラビリンスシールとブラシシールとを組み合わせて、リムキャビティ６２を冷却キャビティ２５から封止するように構成することができる。さらに外側バランスシール１２を、リムキャビティ６２と冷却キャビティ２５との間の、リムキャビティ６２の半径方向内側端部２７に配置することができる。少なくともいくつかの実施形態において、シール１２を通過して冷却キャビティ２５へ向かう高温ガス流を、この高温ガスが完全に排除されない場合に、歯３０によって低減することができる。内側バランスシール３６を、外側バランスシール１２の半径方向内側に配置することができ、この内側バランスシール３６を、以下に限定されるものではないが、ラビリンスシール、ブラシシール、またはリーフシールとすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、圧縮空気チャネル１６の第１の側３２から圧縮空気チャネル１６の第２の側３４に延在する複数の歯３０を、内側バランスシール３６に設けることができる。
【００１７】
さらにアクティブバイパス流コントロールシステム１０に、１つまたは複数のバイパスチャネル２８を設けることもでき、このバイパスチャネル２８は、外側バランスシール１２の上流で圧縮空気チャネル１６と連通している入口４０から、外側バランスシール１２より下流で圧縮空気チャネル１６と連通している出口２６まで延在している。少なくとも１つの実施形態によれば、バイパスチャネル２８を、ステータアセンブリ１８の一部分の内部に配置することができる。図２に示されているように、バイパスチャネル２８を以下のように配置することができる。すなわちバイパスチャネル２８の入口４０が、外側バランスシール１２の上流で圧縮空気チャネル１６の横方向に延在している部分に配置され、出口２６が、外側バランスシール１２の下流でリムキャビティ６２内に配置されるようにすることができる。バイパスチャネル２８を、任意の適切な構造によって形成することができる。少なくとも１つの実施形態によれば、バイパスチャネル２８を円筒形状のチャネルとすることができる。別の実施形態によれば、バイパスチャネル２８をトロイダル形状のチャネルとすることができる。さらに別の実施形態によれば、バイパスチャネル２８が、円周方向に延在するステータアセンブリ１８の周囲に周方向に配置された複数のバイパスチャネルから成るようにしてもよい。
【００１８】
アクティブバイパス流コントロールシステム１０にさらに、１つまたは複数の調量機構１４を含めることもできる。この調量機構１４は調整可能であり、タービンエンジン動作中に外側バランスシール１２が摩耗するに従い、バイパスチャネル２８を貫流する冷却液の流れを調整して、外側バランスシール１２を通過する圧縮空気の流れの変化に適応させる。少なくとも１つの実施形態によれば、調量機構１４を環状リング２２とすることができ、この環状リング２２は、その内部を貫通して延在する１つまたは複数の調量オリフィス２４を備えている。調量機構１４を、バイパスチャネル２８の出口２６のところに配置することができ、これを以下のように調整可能なものとすることができる。すなわちこの場合、調量オリフィス２４と出口２６とのアライメントを調整可能であり、これによって、バイパスチャネル２８の出口２６と調量機構１４の調量オリフィス２４とがアライメントされた部分の開口部４４の横断面積を変化させる。少なくとも１つの実施形態によれば、この調量機構１４を貫通して延在する複数の調量オリフィス２４を、調量機構１４が含むようにしてもよい。少なくとも１つの実施形態によれば、複数の調量オリフィス２４を相互に等間隔に位置決めすることができ、別の実施形態によれば、複数の調量オリフィス２４を、それぞれ互いに異なる配置で位置決めすることができる。複数の調量オリフィス２４を、これらの調量オリフィス２４各々が図７に示されているように開放状態でバイパスチャネル２８とアライメントされるように、配置することができる。さらに別の実施形態によれば、図９に示されているように調量機構１４の調量オリフィス２４を、複数の調量オリフィス２４から成る集合体にグループ分けすることができ、この場合、各集合体間の距離を、調量オリフィス２４なしの距離とし、これを各集合体内の調量オリフィス２４間の距離よりも長くすることができる。各集合体の調量オリフィス２４間のスペースを等しくしてもよいし、異なるようにしてもよい。また、調量オリフィス２４の隣り合う集合体に、各調量オリフィス２４間で等しいスペースをもたせてもよいし、異なるスペースをもたせてもよい。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、調量オリフィス２４を、図７に示されているようにバイパスチャネル２８に対し相対的に傾斜させてもよく、または角度をもたせてもよい。詳しく述べると、調量オリフィス２４を貫流する圧縮ガスが、圧縮ガス流に対し少なくとも部分的な周方向ベクトルを与えるように、調量オリフィス２４を傾斜させることができる。調量オリフィス２４を傾斜させることにより、高性能の用途において、バイパスチャネル２８からロータキャビティ６２に排出されるバイパス流を渦流にする、という利点が得られる。
【００２０】
アクティブバイパス流コントロールシステム１０に、バイパスチャネル２８の出口２６に対し相対的な調量機構１４のポジションをコントロールするポジションコントロールシステム４６を設けることもできる。ポジションコントロールシステム４６を、以下に限定されるものではないが、手動のシステム、モータ駆動型システム、自動調整可能なシステムとすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、図３および図４に示されているように、ポジションコントロールシステム４６をカムアジャスタ４８とすることができ、このカムアジャスタ４８は、バイパスチャネル２８の出口２６に対し相対的に調量機構１４を保持する支柱５２を収容するための内部スロット５０を備えており、この場合、支柱５２はスロット５０内を移動可能であり、それによってバイパスチャネル２８の出口２６に対し相対的に、調量機構１４のポジションが変更される。少なくとも１つの実施形態によれば、調量オリフィス２４がバイパスチャネル２８の出口２６とアライメントされるように、カムアジャスタ４８を配置することができ、これは図３に示されているような状態であり、カムアジャスタがゼロポジションにある、と呼ぶこともある。少なくとも１つの実施形態によれば、調量オリフィス２４がバイパスチャネル２８の出口２６に対しオフセットされているように、カムアジャスタ４８を配置することができ、これは図４に示されているような状態であり、カムアジャスタが２０度ポジションにある、と呼ぶこともある。さらにポジションコントロールシステム４６に、バイパスチャネル２８の出口２６に対し相対的な調量機構１４のアライメントを変更するための、１つまたは複数のコントロールレバー５４を設けることもできる。エンジンが故障して停止している間または動作中、あるいはその両方のときに、出口２６に対し相対的に調量機構１４を調整できるような任意の適切な構成を、コントロールレバー５４にもたせることができる。さらに別の実施形態によれば、ポジションコントロールシステム４６に、バイパスチャネル２８の出口２６に対し相対的な調量機構１４のアライメントを変更するために利用可能な、１つまたは複数のモータ５６を設けることもできる。以下に限定されるものではないがこのモータを、電動モータとすることができ、限定されるものではないが、たとえばステッピングモータとすることができ、あるいはハイドロリックモータ、ニューマチックモータまたは圧電モータとすることができる。
【００２１】
ポジションコントロールシステム４６にさらに、調量機構１４を越えて発生する漏洩流量を測定するように構成された、１つまたは複数のセンサ５８を設けることもできる。センサ５８を、以下に限定されるものではないが、たとえばダウンストリームプレスワール圧力（downstream preswirler pressure）などのような圧力を検出するように構成された、任意の適切なセンサ５８とすることができる。さらにセンサ５８は、調量機構１４の両側における圧力比または質量流を測定することができる。アクティブバイパス流コントロールシステム１０の少なくとも１つの実施形態によれば、ポジションコントロールシステム４６に、センサ５８およびモータ５６と連携するコントローラ６０を設けることができ、この場合、コントローラ６０は、モータ５６の動作を制御して、少なくとも部分的に、センサ５８から導出されたデータに基づいて、バイパスチャネル２８の出口２６に対し相対的な調量機構１４のアライメントをコントロールする。コントローラ６０を、以下に限定されるものではないが、タービンエンジンロジックコントロールシステム、タービンエンジンロジックコントロールシステム内のコンポーネント、任意のマイクロコントローラ、プログラマブルコントローラ、コンピュータ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバコンピュータ、クライアントユーザコンピュータ、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、コントロールシステム、またはコントローラ６０がとるべきアクションを指定する命令セット（シーケンシャルまたは他の形式）を実行可能な任意の機械、とすることができる。さらに図面にはただ１つのコントローラ６０だけしか描かれていないけれども、「コントローラ」という用語には、上述の方法論の１つまたは複数を実施するための１つ（または複数の）命令セットを個別にまたは共働して実行する、複数のコントローラから成る任意の集合体も含まれるものとする。
【００２２】
使用中、圧縮機から圧縮空気チャネル１６へ圧縮空気が搬送される。この圧縮空気は実質的に、外側バランスシール１２を介してリムキャビティ６２へ流入しないように阻止され、高温ガスは実質的に、リムキャビティ６２から冷却キャビティ２５へ吸入されないように阻止される。高温ガスが冷却キャビティ２５と圧縮空気チャネル１６へ流入するのを、外側バランスシール１２が阻止しているときに、調量機構１４を利用して圧縮空気をリムキャビティ６２へ迂回させて、高温ガスをリムキャビティ６２からパージすることができる。外側バランスシール１２が摩耗するにつれてその効果が下がり、それに伴って圧縮空気の漏洩が増大したときに、出口２６から排出される圧縮空気が僅かになるように、調量機構１４を調整することができる。複数の調量オリフィス２４のうちバイパスチャネル２８の出口２６とアライメントされる調量オリフィスの個数が少なくなるように、調量機構１４を調整することによって、調量機構１４を貫流する圧縮空気の流れを調整することができる。タービンエンジンが動作しているとき、またはタービンエンジンが停止して動作していない間、調量機構１４のポジションを調整することができる。調量機構１４のポジションを、コントロールレバー５４とカムアジャスタ４８などを利用して手動で調整することができ、または１つまたは複数のモータ５６を介して、またはコントローラ６０とモータ５６とセンサ５８とを備えた上述の自動システムを介して、またはこれらの組み合わせによって、行うことができる。
【００２３】
さらに別の実施形態によれば、図１０〜図１２に示されているように、アクティブバイバス流コントロールシステム１０に、１つまたは複数のバルブ７０から成る調量機構１４を設けることができ、このバルブ７０は、カム７４によってそれぞれコントロールされる１つまたは複数のピン７２から成る。各バルブ７０を、図１１に示した開放ポジションと図１２に示した閉鎖ポジションとの間において、ピン７２の長手軸７６に沿って軸線方向に移動するように、構成することができる。バルブ７０のポジションを、ピン７２のヘッド７８のポジションがバイパスチャネル２８に対し相対的に変化するように、カム７４を介してカム７４の回転に応じてコントロールすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、ピン７２を収容する開口部８８を備えたカラー８６によって、カム７４を形成することができる。カラー８６を一般に円筒状にすることができ、ピン７２を閉鎖ポジションと開放ポジションとの間で移動させるために、またはその逆に移動させるために、カラー８６を回転させることができる。
【００２４】
ピン７２に、１つまたは複数のオリフィス８０を設けることができる。図１１に示されているような開放ポジションにおいて、オリフィス８０をバイパスチャネル２８とアライメントできるようにし、それによってピン７２とバイパスチャネル２８とを介してガスを流すことができるように、オリフィス８０をポジショニングし、ピン７２を回転させることができる。オリフィス８０のサイズを任意の適切なサイズとすることができ、たとえばバイパスチャネル２８のサイズよりも大きいかまたは小さいサイズ、あるいはバイパスチャネル２８のサイズと等しいサイズとすることができる。オリフィス８０を円筒状にすることができ、または他の任意の横断面形状をもたせることができる。さらに図１２に示されているような閉鎖ポジションにおいて、バイパスチャネル２８に対するオリフィス８０のアライメントを少なくとも部分的にずらすことができるようにし、それによってピン７２とバイパスチャネル２８とを介して流れるガスを少なくとも部分的にブロックすることができるように、オリフィス８０をポジショニングし、ピン７２を回転させることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、図１２に示されているような閉鎖ポジションにおいて、オリフィス８０がバイパスチャネル２８とアライメントされないようにし、それによって、ピン７２とバイパスチャネル２８とを介して流れるガスを完全にブロックできるように、オリフィス８０をポジショニングし、ピン７２を回転させることができる。
【００２５】
さらに別の実施形態によれば、図１３〜図１４に示されているように、アクティブバイバス流コントロールシステム１０に、１つまたは複数のバルブ７０から成る調量機構１４を設けることができ、このバルブ７０は、カム７４によってそれぞれコントロールされる１つまたは複数のピン７２から成る。各バルブ７０を、図１４に示した開放ポジションと図１３に示した閉鎖ポジションとの間において、ピン７２の長手軸７６に沿って軸線方向に移動するように、構成することができる。図１３に示されている閉鎖ポジションにおいて、ピン７２が少なくとも部分的にバイパスチャネル２８中に入るようにすることができ、少なくとも１つの実施形態によれば、ピン７２がバイパスチャネル２８を完全に貫通して延在するように構成することができる。図１４に示されているような開放ポジションでは、もはやピン７２がバイパスチャネル２８をブロックしないように、ピンを７２をその長手軸に沿って移動させることができる。この場合、図１４に示されているように、ピン７２の先端８４がバイパスチャネル２８内に位置するようにしてもよいし、またはバイパスチャネル２８から完全に引き抜かれるようにしてもよい。ピン７２にオリフィス８０を設けなくてもよく、その代わりにソリッドなピン７２を使用して、バイパスチャネル２８をブロックすることができる。図１３および図１４に示したソリッドなピン７２を、図１８〜図２０に示した実施形態と共に使用してもよい。
【００２６】
図２１〜図２３および図２５に示されているように、１つまたは複数のバルブ７０を、バルブポジションコントロールシステム８２を介してコントロールすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、バルブポジションコントロールシステム８２を、複数のバルブ７０を同時にコントロールするように構成することができる。したがってバルブポジションコントロールシステム８２は、図１１に示されているような開放ポジションと図１２に示されているような閉鎖ポジションとの間において、またはその逆に、複数のバルブ７０を同時に移動させることができる。図２５に示されているように、バルブポジションコントロールシステム８２に、バルブアーム９２を介してバルブ７０を支持するカム７４各々と結合された同期リング９０を設けることができ、これによって複数のバルブ７０の動きが、同期リング９０の動きを介して同時にコントロールされる。ガスタービン２１の長手軸を中心に同期リング９０が円周方向で回転すると、バルブアーム９２がそこに取り付けられたカム７４を回転させ、それによってピン７２を上昇または下降させる。ピン７２の上昇または下降によって、バイパスチャネル２８の開放または閉鎖が生じる。図２１〜図２３に示されているように、同期リング９０に任意の適切な形状およびサイズをもたせることができる。同期リング９０が途切れのない１つの円を成すようにしてもよいし、または部分円から成るようにしてもよい。同期リング９０のポジションを、図２１および図２２に示されているように、１つまたは複数のアクチュエータ９４によってコントロールすることができる。アクチュエータ９４を、ハイドロリックデバイス、ニューマチックデバイス、または他の適切なデバイスとすることができる。さらにこのアクチュエータ９４を、定置されているタービンエンジン側面と結合することができ、アクチュエータ９４の別の部分を同期リング９０と結合することができる。
【００２７】
さらに別の実施形態によれば、図１３〜図２４に示されているように、アクティブバイバス流コントロールシステム１０に、同期リング９０を介してコントロールされる１つまたは複数のバルブ７０から成る調量機構１４を設けることができる。同期リング９０は、各バルブ７０に対応するカム７４を有することができる。少なくとも１つの実施形態によれば、各バルブ７０に対応するスロット９６によってカム７４を形成することができる。各バルブ７０は、バルブ７０から同期リングまで延在するバルブアーム９２を有することができる。このバルブアーム９２を、バルブ７０を形成するピン７２のヘッド７８に取り付けて、スロット９６まで延在させることができる。この場合、バルブアーム９２がスロット９６の第１端部９８から第２端部１００へスライドすることができるように、バルブアーム９２をスロット９６内でスライド可能に保持することができる。スロット９６は、同期リング９０における曲線状の中心線との接線ではない。そうではなくスロット９６は、これが同期リング９０における曲線状の中心線１０４との接線である軸線１０２と直交せず、かつこの軸線１０２に対し非平行になるように、傾斜させられている。このように構成されたスロット９６を用いることによって、バルブポジションコントロールシステム８２は１つまたは複数のバルブ７０を、図１７および図２０に示したポジションと、図１６および図１９に示した基準ポジションと、図１５および図１８に示した閉鎖ポジションとの間で、またはその逆の方向で、移動させることができる。したがって同期リング９０の回転によって、バルブアーム９２を介して同期リング９０と連動して各ピン７２を、図１５〜図２０に示されているように開放ポジションと閉鎖ポジションとの間で半径方向で内側または外側に移動させることができる。バルブアーム９２は、任意の適切な形状と長さを有することができる。さらに各スロット９６を同一に構成してもよいし、少なくとも１つの実施形態によれば、各スロット９６をそれぞれ異なるように配置して、バイパスチャネル２８を貫流するガス流に応じて望ましい作用を生じさせるようにしてもよい。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態によれば、アクティブバイパス流コントロールシステム１０を使用して、エンジン周囲の円周方向に配置されたバイパスチャネル２８の一部分をコントロールすることができる。限定を意図するものではなく一例として、アクティブバイパス流コントロールシステム１０は、ガスタービン２１のいずれかの側面に設けられた複数のバイパスチャネル２８の集合体を貫流する流れはコントロール可能であるが、ガスタービン２１の頂部と底部に設けられたバイパスチャネルを貫流するガス流はコントロール不可である。
【００２９】
以上述べてきたことは、本発明による実施形態の例示、描写および説明を目的とするものであり、これらの実施形態に対する変更および追加は当業者には自明であり、本発明の範囲または着想を逸脱することなく、それらを行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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