(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンに関し、圧縮機ケースのアクティブな冷却を用いて圧縮機間隙を制御する方法及びシステムを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン間隙制御システム１００は、冷却空気入口ポート１２４から冷却空気出口ポート１３６へ延びる冷却空気通路２００を含む。冷却空気入口ポート及び出口ポートは、圧縮機ケーシング８０の外面１２６に形成され、冷却空気通路は、冷却空気入口ポートから、フランジ継手、圧縮機ケーシングリングの半径方向外面、及びコネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つへ半径方向内向きに延び、半径方向外面に沿って後方にさらに延び、冷却空気出口ポート１３６へ半径方向外向きにさらに延びる。冷却空気を冷却空気通路２００に選択的に供給することにより、ロータ先端間隙１３４が制御され、内側バンドと圧縮機のロータスプール５４との間の段間シール間隙６９が制御される。【選択図】図３
2017150483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン間隙制御システム（１００）であって、
冷却空気入口ポート（１２４）から冷却空気出口ポート（１３６）へ延びる冷却空気通路（２００）を備え、前記冷却空気入口ポート（１２４）及び前記冷却空気出口ポート（１３６）は、圧縮機（４０）の圧縮機ケーシング（８０）の外面（１２６）に形成され且つ前記外面（１２６）上で軸方向に離間され、前記冷却空気通路（２００）は、前記冷却空気入口ポート（１２４）から、フランジ継手（８６）、圧縮機ケーシングリング（４１）の半径方向外面（３９）及びコネクタケース（８２）の半径方向外面（３８）の少なくとも１つへ半径方向内向きに延び、前記冷却空気通路（２００）は前記コネクタケース（８２）及び前記圧縮機ケーシングリング（４１）の前記半径方向外面（３８、３９）に沿って後方にさらに延び、前記冷却通路（２００）は前記冷却空気出口ポート（１３６）へ半径方向外向きにさらに延び、冷却空気を前記冷却空気通路（２００）に選択的に供給することにより、前記圧縮機（４０）のロータブレード（５０）のロータ先端（６０）と前記圧縮機ケーシングリング（４１）の内面（９２）との間のロータ先端間隙（１３４）が制御され、内側バンド（６６）と前記圧縮機（４０）のロータスプール（５４）との間の段間シール間隙（６９）がさらに制御され、
前記ロータブレード（５０）は、前記ロータスプール（５４）に取り付けられたロータブレードプラットフォーム（５８）の流路内面（６２）から前記圧縮機ケーシングリング（４１）の内面（９２）に向けて半径方向外向きに延び、前記内面（９２）に近接する前記ロータ先端（６０）で終端し、
複数のステータベーン（７０）の各々は、外側バンド（６８）の半径方向内面（７８）から半径方向内向きに延び、内側バンド（６６）で終端し、
前記外側バンド（６８）は、前記隣接する外側バンド（６８）に軸方向に接触した状態で、前記圧縮機ケーシングリング（４１）に半径方向に結合するように構成され、
前記フランジ継手（８６）は、前記圧縮機ケーシングリング（４１）及び前記コネクタケース（８２）に結合するように構成され、前記圧縮機ケーシングリング（４１）は、フランジ部分（９９）に軸方向に隣接する前記コネクタケース（８２）の半径方向外向きに延びる取り付けフランジ（９５、９６）に結合されるように構成された半径方向外向きに延びるフランジ部分（９９）を含む、システム。
【請求項２】
前記冷却空気通路（２００）は、前記フランジ継手（８６）の上流の分岐（２０２）を含み、前記分岐（２０２）は、前記フランジ部分（９９）及び前記取り付けフランジ（９５、９６）のそれぞれの面の間に延び、前記それぞれの面の１つの開口から出る、第１の部分（２０４）を含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記分岐（２０２）は、前記圧縮機ケーシング（８０）の環状部へ後方に延びる第２の部分（２０５）をさらに含む、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記冷却空気通路（２００）は、前記分岐（２０２）と前記冷却空気出口ポート（１３６）との間に配置されたバッフル（２０８）をさらに含み、前記バッフル（２０８）は、冷却空気を、前記第１の部分（２０４）及び前記第２の部分（２０５）から前記冷却空気出口ポート（１３６）へ送るように構成される、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記冷却空気通路（２００）は、前記バッフル（２０８）に流入する前に前記第１の部分（２０４）と前記第２の部分（２０５）を再結合するための、前記分岐（２０２）と前記バッフル（２０８）との間に位置するマニホルド（２１０）をさらに含む、請求項４に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
空気流弁（１２２）に通信可能に接続されたコントローラ（３００）をさらに含み、前記コントローラ（３００）は、
前記冷却空気が前記冷却空気通路（２００）を通って流れて前記圧縮機ケーシング（８０）を冷却するのを可能にするように、前記空気流弁（１２２）を選択して開放し、
前記圧縮機ケーシング（８０）の冷却を終了するように、前記空気流弁（１２２）を閉鎖する、
ように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記空気流弁（１２２）に接続された前記冷却空気の供給源（１１４）をさらに含み、前記供給源（１１４）は、前記ガスタービンエンジン（１０）のファン組立体（１２）、前記ガスタービンエンジン（１０）のブースタ圧縮機（２２）、及び前記ガスタービンエンジン（１０）の第２の圧縮機段（１２０）からのエンジンドメスチック抽気から選択可能であり、前記空気流弁（１２２）は、前記ファン組立体（１２）に作動可能に接続された第１の弁（１２８）、前記ブースタに作動可能に接続された第２の弁（１３０）、及び前記第２の圧縮機段（１２０）に作動可能に接続された第３の弁（１３２）から選択される、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記コントローラ（３００）は、前記ガスタービンエンジン（１０）の第１の巡航運転状態中、前記空気流弁（１２２）を選択して開放するように構成され、前記コントローラ（３００）は、前記ガスタービンエンジン（１０）の複数の第２の運転状態の１つの間、前記空気流弁（１２２）を閉鎖するように構成され、前記第２の動作状態は、地上運転状態、離陸運転状態、バースト運転状態、及び前記コントローラ（３００）により検出されるエラー状態を含む、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
それぞれの空気流供給源（１１４）と流れ連通するように接続された複数の空気流弁（１２８、１３０、１３２）をさらに含み、前記コントローラ（３００）は、前記それぞれの空気流供給源（１１４）からの空気が前記冷却空気通路（２００）を通って流れて前記圧縮機ケーシング（８０）を冷却するのを可能にするように、前記複数の空気流弁（１２８、１３０、１３２）の１つを選択して開放し、且つ前記圧縮機ケーシング（８０）の冷却を終了するように、前記複数の空気流弁（１２８、１３０、１３２）の前記１つを閉鎖するように構成される、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記空気流弁（１２２）は、調節弁である、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
圧縮機ケーシング（８０）を含む圧縮機（４０）であって、前記圧縮機（４０）は、少なくとも１つの軸方向に隣接する圧縮機ケーシングリング（４１）に結合された少なくとも１つのコネクタケース（８２）を含む、圧縮機（４０）と、
前記圧縮機ケーシング（８０）を選択的に冷却するように構成されたガスタービンエンジン間隙制御システム（１００）と、
を備え、前記ガスタービンエンジン間隙制御システム（１００）は、
少なくとも１つの供給源（１１４）の１つから冷却空気を供給するように少なくとも１つの弁（１２２）に作動可能に接続された少なくとも１つの供給源（１１４）を含み、
前記少なくとも１つの弁（１２２）は、前記圧縮機ケーシング（８０）の外面（１２６）に形成された冷却空気通路（２００）の冷却空気入口ポート（１２４）に作動可能に接続され、
前記冷却空気通路（２００）は、前記冷却空気入口ポート（１２４）から、フランジ継手（８６）、前記圧縮機ケーシングリング（４１）の半径方向外面（３９）、及び前記コネクタケース（８２）の半径方向外面（３８）の少なくとも１つに隣接した通路を通って延び、且つ前記圧縮機ケーシング（８０）の前記外面（１２６）に形成された冷却空気出口ポート（１３６）へさらに延び、
前記少なくとも１つの弁（１２２）の１つが開放されると、前記少なくとも１つの供給源（１１４）の１つからの冷却空気は、空気通路（２００）を通って送られ、これにより圧縮機ケーシング（８０）が冷却される、ガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記ガスタービンエンジン（１０）が巡航状態で動作することを含む弁開放状態に従って、前記１つの弁（１２２）を選択して開放し、
前記ガスタービンエンジン（１０）が地上状態で動作すること、前記ガスタービンエンジン（１０）が離陸状態で動作すること、前記ガスタービンエンジン（１０）が地上状態で動作すること、前記ガスタービンエンジン（１０）がバースト状態で動作すること、前記コントローラ（３００）がエラー状態を検出すること、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される弁閉鎖状態に従って、前記圧縮機ケーシング（８０）の冷却を終了するために前記１つの弁（１２２）を閉鎖する、
ためのコントローラ（３００）をさらに含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの供給源（１１４）は、前記ガスタービンエンジン（１０）のファン組立体（１２）からのファン冷却空気、前記ガスタービンエンジン（１０）のブースタからのブースタ空気、及び前記ガスタービンエンジン（１０）の第２の圧縮機段（１２０）からのエンジンドメスチック抽気、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
冷却空気入口ポート（１２４）から冷却空気出口ポート（１３６）へ延びる冷却空気通路（２００）を含むガスタービンエンジン間隙制御システムであって、前記冷却空気入口ポート（１２４）及び出口ポート（１３６）は、圧縮機（４０）の圧縮機ケーシング（８０）の外面（１２６）に形成され且つ前記外面（１２６）上で軸方向に離間され、前記冷却空気通路（２００）は、前記冷却空気入口ポート（１２４）から、フランジ継手（８６）、圧縮機ケーシングリング（４１）の半径方向外面（３９）、及びコネクタケース（８２）の半径方向外面（３８）の少なくとも１つへ半径方向内向きに延び、前記冷却空気通路（２００）は、前記コネクタケース（８２）及び前記圧縮機ケーシングリング（４１）の前記半径方向外面（３８、３９）に沿って後方にさらに延び、前記冷却空気通路（２００）は、前記冷却空気出口ポート（１３６）へ半径方向外向きにさらに延び、冷却空気を前記冷却空気通路（２００）に選択的に供給することにより、前記圧縮機（４０）のロータブレード（５０）のロータ先端（６０）と前記圧縮機ケーシングリング（４１）の内面（９２）との間のロータ先端間隙（１３４）が制御され、内側バンド（６６）と前記圧縮機（４０）のロータスプール（５４）との間の段間シール間隙（６９）がさらに制御される、ガスタービンエンジン間隙制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、全体的には、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、圧縮機ケースのアクティブな冷却を用いて種々の飛行段階における圧縮機間隙を制御するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、流入空気流を圧縮して燃焼器に送るための複数の圧縮機段を含む。ロータブレード及び圧縮機ケーシングは、地上運転、離陸及び巡航などの種々の運転段階の間、様々な温度に曝され、その結果、これらの圧縮機構成要素の熱膨張又は収縮がもたらされる。一般に、圧縮機段の構成要素は、離陸時の推力発生を強化するため、最小のロータ先端間隙及び段間シール間隙を有した状態で作動するように設計されている。しかしながら、巡航状態の間、圧縮機段の動作温度は離陸時よりも低く、その結果、圧縮機構成要素の熱収縮が原因で大きい間隙がもたらされる。ロータ先端間隙及び段間シール間隙が大きいと、巡航状態におけるガスタービンエンジンの作動効率が低下する。離陸状態におけるガスタービンエンジンの動作に影響を与えることなく、巡航状態におけるロータ先端間隙及び段間シール間隙を低減させることで、離陸状態における推力発生への影響を最小限にして、巡航状態におけるガスタービンエンジンの燃料効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７１６５９３７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一実施形態において、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気入口ポートから冷却空気出口ポートへ延びる冷却空気通路を含む。冷却空気入口ポート及び冷却空気出口ポートは、圧縮機の圧縮機ケーシングの外面に形成され、且つこの外面上に軸方向に離間される。冷却空気通路は、冷却空気入口ポートから、フランジ継手、圧縮機ケーシングリングの半径方向外面、及びコネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つへ半径方向内向きに延びる。冷却空気通路は、コネクタケース及び圧縮機ケーシングリングの半径方向外面に沿って後方にさらに延びる。冷却空気通路は、冷却空気出口ポートへ半径方向外向きにさらに延びる。冷却空気を冷却空気通路に選択的に供給することにより、圧縮機のロータブレードのロータ先端と圧縮機ケーシングリングの内面との間のロータ先端間隙が制御され、内側バンドと圧縮機のロータスプールとの間の段間シール間隙がさらに制御される。ロータブレードは、ロータスプールに取り付けられたロータブレードプラットフォームの流路内面から圧縮機ケーシングリングの内面に向けて半径方向外向きに延び、内面に近接するロータ先端で終端する。複数のステータベーンの各々は、外側バンドの半径方向内面から半径方向内向きに延び、内側バンドで終端する。外側バンドは、隣接する外側バンドに軸方向に接触した状態で、圧縮機ケーシングリングに半径方向に結合するように構成される。フランジ継手は、圧縮機ケーシングリング及びコネクタケースに結合するように構成される。圧縮機ケーシングリングは、フランジ部分に軸方向に隣接するコネクタケースの半径方向外向きに延びる取り付けフランジに結合されるように構成された、半径方向外向きに延びるフランジ部分を含む。
【０００５】
別の実施形態において、ガスタービンエンジンの圧縮機を選択的に冷却する方法は、複数の選択可能な冷却空気供給源の１つから冷却空気流を受け取ることと、冷却空気流を、圧縮機の圧縮機ケーシング内の冷却空気通路に沿って送ることとを含む。冷却空気通路は、フランジ継手、コネクタケースの半径方向外面、及び圧縮機ケーシングリングの半径方向外面のうちの少なくとも１つに隣接する。
【０００６】
付加的な実施形態において、ガスタービンエンジンは、圧縮機ケーシングを含む圧縮機を含む。圧縮機ケーシングは、少なくとも１つの軸方向に隣接する圧縮機ケーシングリングに結合された少なくとも１つのコネクタケースを含む。ガスタービンエンジンは、圧縮機ケーシングを選択的に冷却するように構成されたガスタービンエンジン間隙制御システムをさらに含む。ガスタービンエンジン間隙制御システムは、少なくとも１つの供給源の１つから冷却空気を供給するように少なくとも１つの弁に作動可能に結合された、少なくとも１つの冷却空気供給源を含む。少なくとも１つの弁は、圧縮機ケーシングの外面に形成された冷却空気通路の冷却空気入口ポートに作動可能に結合される。冷却空気通路は、冷却空気入口ポートから、フランジ継手、圧縮機ケーシングリングの半径方向外面、及びコネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つに隣接した通路を通って延び、且つ圧縮機ケーシングの外面に形成された冷却空気出口ポートへさらに延びる。少なくとも１つの弁の１つが開放されると、少なくとも１つの供給源の１つからの冷却空気は、空気通路を通って方向付けられ、これにより圧縮機ケーシングが冷却される。
【０００７】
別の付加的な実施形態において、ガスタービンエンジン間隙制御システムが、冷却空気入口ポートから冷却空気出口ポートへ延びる冷却空気通路を含む。冷却空気入口ポート及び冷却空気出口ポートは、圧縮機の圧縮機ケーシングの外面に形成され、さらに圧縮機ケーシングの外面上に軸方向に離間される。冷却空気通路は、冷却空気入口ポートから、フランジ継手、圧縮機ケーシングリングの半径方向外面、及びコネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つへ半径方向内向きに延びる。冷却空気通路は、コネクタケース及び圧縮機ケーシングリングの半径方向外面に沿って後方にさらに延びる。冷却空気通路は、冷却空気出口ポートへ半径方向外向きにさらに延びる。冷却空気を冷却空気通路に選択的に供給することにより、圧縮機のロータブレードのロータ先端と圧縮機ケーシングリングの内面との間のロータ先端間隙が制御され、内側バンドと圧縮機のロータスプールとの間の段間シール間隙がさらに制御される。
【０００８】
本開示のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと、より良く理解されるであろう。
【０００９】
図１、図２、図３、図４、図５、図６及び図７は、本明細書で説明されるシステム及び方法の例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】ガスタービンエンジンの圧縮機の幾つかの圧縮機段の断面図。
【図３】ガスタービンエンジン用のガスタービンエンジン間隙制御システムの概略図。
【図４】圧縮機及びガスタービンエンジン間隙制御システムの断面図。
【図５】圧縮機内の圧縮機ケーシングリングの半径方向内面に対する、ロータブレード先端の間隙の断面図。
【図６】圧縮機の段間シール組立体の断面図。
【図７】段間シールを有していないが圧縮機内のロータスプールに対するベーン組立体の間隙を有する、ベーン組立体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。何れかの図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面の何れかの特徴と組み合わせて参照及び／又は特許請求することができる。
【００１２】
別途指示されていない限り、本明細書で示される図面は、本開示の実施形態の特徴を例証するものとする。これらの特徴は、本開示の１つ又はそれ以上の実施形態を含む幅広い種類のシステムで適用可能であると考えられる。従って、図面は、本明細書で開示される実施形態の実施に必要とされる、当業者には公知の従来の全ての特徴を含むことを意図するものではない。
【００１３】
以下の明細書及び請求項において、幾つかの用語を参照するが、これらは以下の意味を有すると定義される。
【００１４】
単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。
【００１５】
「任意」又は「場合により」とは、それに続いて記載されている事象又は状況が起こってもよいし起こらなくてもよいことを意味し、その記載はその事象が起こる場合と起こらない場合とを含む。
【００１６】
本明細書及び請求項全体を通じて本明細書で使用される近似表現は、関連する基本的機能の変更をもたらすことなく、許容範囲内で変わることのできるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１又は複数の用語により修飾される値は、指定される厳密な値に限定されるものではない。少なくとも幾つかの事例において、近似表現は、値を測定するための計器の精度に対応することができる。ここで、及び明細書及び請求項全体を通じて、範囲限界は組み合わせること及び／又は置き換えることが可能であり、このような範囲は、前後関係又は表現がそうでないことを示していない限り、識別され、ここに包含される部分範囲全てを含む。
【００１７】
以下の詳細な説明は、本開示の実施形態を、限定ではなく例証として示す。本開示は、固定部材と、固定部材内に形成されるダクト内で回転軸の周りに回転する回転部材とを含む本体の固定部材を冷却するための方法及びシステムに対して一般的に応用されることが企図される。１つの例示的な実施形態において、本体はガスタービンエンジンであり、固定部材はガスタービンエンジンの圧縮機の圧縮機ケーシングであり、回転部材は、圧縮ケーシング内で形成されるダクト内で回転軸の周りに回転するロータである。ガスタービンエンジン間隙制御システム、及び本体の固定部材を冷却する方法の種々の実施形態が、この例示的な実施形態に関して説明されるが、ガスタービンエンジン間隙制御システム及び方法は、制限なく本明細書に定められるようないずれかの本体の固定部材を冷却するのに好適であることが理解される。
【００１８】
本明細書で説明されるガスタービンエンジン間隙制御システムの実施形態は、冷却空気を、ガスタービンエンジンの圧縮機の少なくとも１つの圧縮機ケーシング内に形成される冷却空気通路を通って送る。ガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気を、少なくとも１つの供給源の１つから圧縮機ケーシング内に形成された冷却空気通路に選択的に供給するために、少なくとも１つの対応する弁に作動可能に結合された少なくとも１つの冷却空気供給源を含む。本明細書で説明されるガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気を、圧縮機ケーシングの冷却空気通路を通って送るように構成され、それにより、少なくとも１つの対応する弁のうちの１つの弁が開放されると、圧縮機ケーシングが選択的に冷却される。圧縮機ケーシングの選択的冷却は、圧縮機の隣接する要素間の少なくとも２つの間隙：すなわち、ロータブレードのロータ先端と隣接する圧縮機ケーシングリングの内面との間のロータ先端間隙及びベーン組立体の内側バンドと圧縮機のロータスプールとの間の段間シール間隙の制御が可能になる。
【００１９】
本明細書で説明されるガスタービンエンジン間隙制御システムは、ガスタービンエンジンの圧縮機の構成要素を冷却する公知の方法に優る利点を提供する。より具体的には、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、ガスタービンエンジンが巡航状態で動作しているとき、圧縮機ケースの選択的な冷却を可能にする。使用中、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、これらに限定されるものではないが、地上走行、離陸及びサージ状態を含む幾つかの状態下で動作するときに無効にすることができ、それにより、圧縮機ケーシングが拡張して、ロータブレードの熱及び弾性伸長、並びに圧縮機のロータスプール／ディスクの膨張を吸収することが可能になり、最も制限的な間隙状態での動作に適した圧縮機間隙をもたらす。ガスタービンエンジンが巡航状態で動作しているとき、ガスタービンエンジン間隙制御システムをアクティブにして、圧縮機ケーシングを選択的に冷却し、圧縮機ケーシングが収縮するようにすることができる。圧縮機ケーシングが収縮すると、圧縮機のロータブレード先端間隙及び段間シール間隙、又は段間シールのない圧縮機設計においてはロータスプールに対するベーン先端間隙が低減し、それにより、ガスタービンエンジンの作動効率が向上し、ガスタービンエンジンによる全体的な燃料の使用が低減する。
【００２０】
図１は、ファン組立体１２、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含むガスタービンエンジン１０の概略図である。エンジン１０はまた、高圧タービン１８、低圧タービン２０及びブースタ２２も含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレード２４のアレイを含む。エンジン１０は、吸気側２８及び排気側３０を有する。
【００２１】
作動中、空気はファン組立体１２を通って流れ、加圧空気は、高圧圧縮機１４に供給される。高加圧空気が、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流３２はタービン１８及び２０を駆動し、タービン２０はファン組立体１２を駆動する。種々の実施形態において、圧縮機１４は、１つ又はそれ以上の圧縮機段（図示せず）を含むことができる。
【００２２】
図２は、ガスタービンエンジン１０の圧縮機４０の一部の断面図である。図２に示される例示的な実施形態において、圧縮機４０は、高圧圧縮機である。圧縮機４０は、複数のロータ組立体４２、複数のステータベーン組立体４４及び圧縮機ケーシング８０を含み、これらは互いに結合されて圧縮機４０を通る流路４６を定める。具体的には、圧縮機４０は複数の段を含み、各段は、ロータ組立体４２と、ステータベーン組立体４４とを含む。各ステータベーン組立体４４は、ロータブレード５０の隣接する列の間で交互に入り込む。この構成において、圧縮機流路４６は、複数の交互に入り込んだステータベーン７０及びロータブレード５０を含む。圧縮機段は、空気などの駆動流体又は作動流体と協働するように構成され、駆動流体は、後続する段において圧縮される。
【００２３】
例示的な実施形態において、各ロータ組立体４２は、複数のロータブレード５０を含み、その１つが図５に示される。より具体的には、各ロータブレード５０は、ロータブレードプラットフォーム５８とロータ先端６０との間をロータスプール５４から半径方向外向きに延びる。各ロータブレード５０の各ロータ先端６０は、圧縮機ケーシングリング４１の半径方向内面９２のすぐ内側で終端し、その結果、ロータ先端６０と隣接する圧縮機ケーシングリング４１の半径方向内面９２との間の隔離距離として本明細書で定められるロータ先端間隙１３４がもたらされる。
【００２４】
図２及び図６を参照すると、各ステータベーン組立体４４は、内側バンド６６、外側バンド６８及びステータベーン７０を含む。ステータベーン７０は、外側バンド６８の半径方向内面７８から内側バンド６６へ半径方向内向きに延びる。各外側バンド６８は、上流取り付けフランジ７２と、下流取り付けフランジ７４と、それらの間に延びるバンド本体７６とを含む。図２に示されるように、外側バンド取り付けフランジ７２及び７４は、圧縮機ケーシング８０の隣接する圧縮機ケーシングリング４１上の対応するフック組立体９４に結合する。駆動流体が段から段へと圧縮される際に、外側バンド６８の半径方向内面７８（図６参照）は、圧縮機ケーシングリング４１の対応する半径方向内面９２（図５参照）と共に、流路４６を囲むダクト壁６１を形成する。駆動流体が段から段へ圧縮される際に、ステータベーン組立体４４の内側バンド６６（図６参照）及びブレードプラットフォーム５８の流路内面６２（図５参照）は協働して、流路４６を方向付ける半径方向内面の少なくとも一部を定める。
【００２５】
図７を参照すると、別の実施形態において、各ステータベーン組立体４４は、外側バンド６８及びステータベーン７０を含むが、図６に示される段間シール組立体６４を含む必要はない。この実施形態において、ステータベーン７０は、外側バンド６８の半径方向内面７８から半径方向内向きに延び、ロータスプール５４に隣接して終端し、ステータベーン７０とロータスプール５４との間に段間間隙６９を形成する。この実施形態において、段間間隙６９は、ステータベーン７０とロータスプール５４との間の隔離距離として定められる。
【００２６】
再び図２を参照すると、圧縮機ケーシング８０は、複数のフランジ継手８６により連結される複数の圧縮機ケーシングリング４１及びコネクタケース８２を含む。例示的な実施形態において、各フランジ継手８６は、ねじ付きボルト８８及びナット９０を含み、これらは連結して、隣接する圧縮機ケーシングリング４１及びコネクタケース８２を互いに固定する制御マス（ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｍａｓｓ）を形成する。同じく図２には、取り付けフランジ継手はないが、同じく制御マスを形成するケーシングリング組立体８１が示されている。
【００２７】
再び図２及び図５を参照すると、コネクタケース８２は環状であり、隣接する圧縮機ケーシングリング４１間を軸方向に延びる。各コネクタケース８２は、上流取り付けフランジ９５と、下流取り付けフランジ９６と、それらの間に延びる中実コネクタ本体９７とを含む。各取り付けフランジ９５及び９６は、そこを通るファスナ組立体ボルト８８を受けるような大きさにされた、複数の円周方向に離間された開口部９８を含む。開口部９８は、圧縮機ケーシングリング４１のフランジ部分９９内に形成された対応する円周方向に離間された開口部９３と位置合わせされる。ボルト８８は、位置合わせされた開口部９３及び９８を通って挿入され、ナット９０で固定されて、隣接する圧縮機ケーシングリング４１とコネクタケース８２を連結するフランジ継手８６を形成する。
【００２８】
再び図５を参照すると、圧縮機ケーシングリング４１の半径方向内面９２は、圧縮機ケーシングリング４１のフランジ部分９９に対してある角度で配向され、流路４６内の空気の圧縮を可能にし、圧縮機ケーシングリング４１の半径方向内面９２とロータ先端６０との間の隔離距離は、ロータ先端間隙１３４と呼ばれる。例示的な実施形態において、圧縮機ケーシングリング４１は、各圧縮機ケーシングリング４１を、それぞれのステータベーン組立体４４の外側バンド６８の対応する上流取り付けフランジ７２又は下流取り付けフランジ７４に結合するために少なくとも１つのフック組立体９４を有するように形成される（図２及び図６参照）。従って、各フック組立体９４は、対応する外側バンドの取り付けフランジ７２又は７４を内部に受けるような大きさにされる。
【００２９】
図６を参照すると、一実施形態において、段間シール組立体６４は、ステータベーン組立体４４の内側バンド６６に取り付けられ、ロータスプール歯６７に隣接した摩耗性内面６５を形成する。内面６５と、ロータスプール５４から半径方向内向きに突出するロータスプール歯６７とは、連続する圧縮機段の間の段間シールを形成する。エンジンの動作中、ロータスプール歯６７により内面６５が擦れるので、内面６５の摩耗により、内面６５とロータスプール５４の隣接するロータスプール歯６７との間の隔離距離として本明細書で定められる段間間隙６９が形成される。
【００３０】
再び図２を参照すると、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００の圧縮機４０は、圧縮機ケーシングリング４１及びステータベーン組立体４４を囲む圧縮機ケーシング８０の外側支持構造４５をさらに含む。種々の実施形態において、１つ又はそれ以上のコネクタケース８２、圧縮機ケーシングリング４１、及び／又はフランジ継手８６は、圧縮機ケーシング８０の外側支持構造４５の１つ又はそれ以上の要素と結合される。圧縮機４０が組み立てられると、各ステータベーン組立体４４は、隣接する圧縮機ケーシングリング４１に結合され、駆動流体が段から段へ圧縮されるように、圧縮機ケーシングリング４１の半径方向内面９２及び外側バンド６８の半径方向内面７８により、流路４６を囲むダクト壁６１が定められる。加えて、流路４６の半径方向内側流路境界は、ステータベーン組立体４４の内側バンド６６（図６参照）及び組み立てられた圧縮機４０のブレードプラットフォーム５８の流路内面６２（図５参照）により定められる。さらに、圧縮機４０が組み立てられると、各コネクタケーシング８２は、それぞれのステータベーン組立体４４の外側バンド６８から半径方向外向きに配置される。
【００３１】
図３は、例示的な実施形態におけるガスタービンエンジン間隙制御システム１００の概略図である。この例示的な実施形態において、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００は、回転部材５３をさらに含む本体４９の固定部材５２を冷却するように構成される。回転部材５３は、固定部材５２を通って形成されるダクト５９内の回転軸５７の周りで回転する。図３に示される例示的な実施形態において、本体４９はガスタービンエンジン１０の圧縮機１４であり、固定部材５２はダクト５９を囲む圧縮機ケーシング８０であり、回転部材５３は、ロータスプール５４及びロータブレード５０を含む圧縮機１４のロータ組立体４２である。
【００３２】
ガスタービンエンジン間隙制御システム１００は、少なくとも１つの冷却空気供給源１１４を含む。圧縮機ケーシング８０より冷たい温度により特徴付けられるいずれの空気供給源も、制限なく、冷却空気供給源１１４として使用することができる。幾つかの実施形態において、冷却空気供給源１１４は、圧縮機ケーシング８０とガスタービンエンジン１０の吸気側２８との間に位置するエンジン要素の１つからのブリード空気である。何らかの特定の理論にも制限されることなく、排気側３０付近の燃焼器１６の近くに位置するエンジン要素は、一般に、吸気側２８の近くに位置するエンジン要素と比べるとより温かい空気流３２を含む。好適な冷却空気供給源１１４の限定されない例として、ファン組立体１２からのファン冷却空気、ブースタ２２からのブースタ空気、上流圧縮機段１２０からのエンジンのドメスチック抽気（ｄｏｍｅｓｔｉｃ  ｂｌｅｅｄ）、及びそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。
【００３３】
各冷却空気供給源１１４は、対応する弁１２２に作動可能に接続される。加えて、各弁１２２は、圧縮機ケーシング８０の外面１２６内に形成されたそれぞれの冷却空気入口ポート１２４に作動可能に接続される。種々の態様において、本明細書で以下にさらに詳細に説明されるように、各冷却空気供給源１１４は、単一の弁１２２に作動可能に接続され、圧縮機ケーシング８０を冷却するために単一の冷却空気供給源１１４の選択を可能にする。図３に示されるように、例示的な実施形態において、ファン組立体１２は、第１の弁１２８に作動可能に接続され、ブースタ２２は第２の弁１３０に作動可能に接続され、上流圧縮機段１２０は、第３の弁１３２に作動可能に接続される。
【００３４】
一実施形態において、１つ又はそれ以上の弁１２２は、ガスタービンエンジン１０の他のシステム及びデバイスと関連付けられた既存の弁である。この実施形態において、既存の弁は、圧縮機ケーシング８０の冷却空気入口ポート１２４と作動可能に接続するように変更することができる。使用中、弁を開けて、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００、並びに既存の弁と関連付けられたガスタービンエンジン１０の他のシステム及びデバイスをアクティブにする。既存の弁と関連付けられた他のシステム及びデバイスの限定されない例として、タービンブレード又はギアボックスなどの、ガスタービンエンジン１０の他の要素の冷却が挙げられる。
【００３５】
ガスタービンエンジン間隙制御システム１００は、弁１２２の１つが開放しているとき、冷却空気を、１つ冷却空気供給源１１４から圧縮機ケーシング８０を通って送るための冷却空気通路２００をさらに含み、これにより、圧縮機ケーシング８０を選択的に冷却する。本明細書で使用される場合、圧縮機ケーシング８０を「選択的に冷却する」とは、圧縮機ケーシング８０のみを、特に圧縮機ケーシング８０を通るダクト５９を定める圧縮機ケーシング８０の部分のみを冷却することを言う。圧縮機ケーシング８０を選択的に冷却することにより、圧縮機ケーシング８０の熱収縮と、それと関連した圧縮機ケーシング８０内のダクト５９の直径の低減とが引き起こされる。
【００３６】
何らかの特定の理論にも制限されることなく、これに限定されるものではないが、上空での巡航を含む、ガスタービンエンジン１０の特定の動作段階中、吸気側２８に流入する空気流３２は、作業流体であり、これは、加圧されると温度及びダクト５９内の圧力が増大し、圧縮機要素のうちの要素の熱膨張を引き起こす。圧縮機ケーシング８０は、これらに限定されるものではないが、圧縮機１４を通る空気流３２及びダクト５９の外側を流れる抽出空気（図示せず）からの熱対流及び伝導を含む少なくとも１つの熱源による加熱を受けるので、圧縮機ケーシング８０を通るダクト５９のダクト壁６１を定める圧縮機ケーシング８０の部分は、ロータブレード５０及び／又はロータスプール５４と同じ程度には熱膨張又は熱収縮しない。従って、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００による付加的な冷却がない場合には、圧縮機ケーシングリング４１の半径方向内面９２からロータ先端６０の離隔距離として本明細書で定められるロータ先端間隙１３４（図５参照）が増大する。加えて、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００による付加的な冷却がない場合には、ロータスプール５４とステータベーン７０に取り付けられた隣接する段間シール組立体６４との間の段間間隙６９（図６参照）は増大する。何らかの特定の理論にも制限されることなく、増大したロータ先端間隙１３４及び増大した段間間隙６９は、エンジン効率の低下と関連している。ガスタービンエンジン間隙制御システム１００を用いて圧縮機ケーシング８０を冷却することにより、ダクト壁６１を形成する圧縮機要素の熱収縮が引き起こされる。その結果、ダクト５９の直径が低減し、圧縮機１４のロータ先端間隙１３４及び段間間隙６９の低減がもたらされる。
【００３７】
図３に示されるこの例示的な実施形態において、冷却空気通路２００は、弁１２２の１つが開放しているとき、冷却空気を、１つ冷却空気供給源１１４から圧縮機ケーシング８０を通って、圧縮機ケーシング８０の外面１２６上に形成された冷却空気入口ポート１２４と冷却空気出口ポート１３６との間に送る。特に、冷却空気通路２００は、冷却空気を、ダクト壁６１の外面６３に向けて送る。ダクト壁６１を構成する圧縮機１４の限定されない要素は、フランジ継手８６、圧縮機ケーシングリング４１及びケーシングリング組立体８１の半径方向外面３９、又はコネクタケース８２の半径方向外面３８（図２参照）を含む。外面３８及び３９の冷却は、ダクト壁６１の熱収縮、並びにダクト５９の直径の関連した低減及びロータ先端間隙１３４及び段間間隙６９の低減を可能にする。種々の実施形態において、冷却空気通路２００は、概して、冷却空気を、圧縮機ケーシング８０の外面１２６における冷却空気入口ポート１２４から、フランジ継手８６、圧縮機ケーシングリング４１の半径方向外面３９、及びコネクタケース８２の半径方向外面３８（図２参照）のうちの少なくとも１つに向けて半径方向内向きに送る。さらに、冷却空気通路２００は、概して、冷却空気を、圧縮機ケーシング８０の外面１２６における冷却空気出口ポート１３６に向けて半径方向外向きに送る。冷却空気出口ポート１３６は、冷却空気入口ポート１２４から軸方向に離間される。
【００３８】
幾つかの実施形態において、冷却空気通路２００は、少なくとも１つの分岐２０２を介して、空気流２０１を少なくとも第１の部分２０４及び第２の部分２０５に分岐させることができる。この実施形態において、第１の部分２０４及び第２の部分２０５は、フランジ継手８６（図２参照）の周りに方向付けられる。第１の部分２０４は、外面１２６からフランジ継手８６に沿って、回転軸５７に実質的に垂直な方向にダクト壁６１を定める外側バンド６８（図２参照）の半径方向外面に向けて半径方向内向きに方向付けられる。第２の部分２０５は、ダクト壁６１の外面６３に沿って第２の方向に後方に方向付けられる。種々の実施形態において、冷却空気の第１の部分２０４は、ロータ先端間隙１３４（図５参照）を定める半径方向内面９２を含む、圧縮機ケーシングリング４１などの圧縮機ケーシング８０の領域を冷却する。種々の他の実施形態において、ダクト壁６１の外面６３に沿って方向付けられる冷却空気の第２の部分２０５は、段間間隙６９を定める圧縮機ケーシング８０及び外側バンド６８の領域を冷却する。本明細書で前述のように、冷却空気の第１の部分２０４及び第２の部分２０５によるダクト壁６１の組み合わされた冷却により、ロータ先端間隙１３４及び段間間隙６９が低減される。
【００３９】
幾つかの実施形態において、冷却空気通路２００は、分岐２０２と冷却空気出口ポート１３６との間で冷却空気通路２００に作動可能に接続されたバッフル２０８を用いて、冷却空気の第１の部分２０４及び第２の部分２０５を、圧縮機ケーシング８０の外面１２６内に形成された冷却空気出口ポート１３６にさらに方向付けることができる。次に、冷却空気は、圧縮機ケーシング８０から遠ざかるように送られて、冷却流体による対流を介して、ダクト壁６１及び圧縮機ケーシング８０の他の要素から熱を移動させる。限定されない例として、冷却空気出口ポート１３６を出ていく冷却流体は、バイパス空気流３３（図１参照）内に放出される。幾つかの実施形態において、冷却空気通路２００は、空気流をバッファ２０８に送る前に、冷却空気の第１の部分２０４及び第２の部分２０５を再接続するための、少なくとも１つの分岐２０２とバッフル２０８との間に位置するマニホルド２１０をさらに含むことができる。
【００４０】
再び図３を参照すると、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００は、弁１２２の１つを選択し開放して、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００をアクティブにし、必要に応じて圧縮機ケーシング８０の選択的冷却を可能にするためのコントローラ３００をさらに含む。また、コントローラ３００は、弁１２２の１つを閉鎖し、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００を非アクティブにし、必要に応じて圧縮機ケーシング８０の選択的冷却を終了させる。一実施形態において、コントローラ３００は、コントローラ３００により評価される弁開放状態に従って１つの弁１２８、１３０、１３２を選択及び開放する。この実施形態において、コントローラ３００は、ガスタービンエンジン１０の状態が弁開放状態であるとコントローラ３００により判断されると、弁１２８、１３０、１３２の１つを開放する。種々の態様において、本明細書に前述したように、弁開放状態は、圧縮機ケーシング８０の冷却が有利である少なくとも１つの可能性のある状態である。好適な弁開放状態の限定されない例は、ガスタービンエンジン１０が巡航状態で動作することを含む。本明細書で用いられる場合、巡航状態は、ガスタービンエンジン１０の吸気側２８に流入する比較的低圧及び低温の空気流３２、並びに巡航対気速度及び高度を維持するのに十分な相対的に低い推力により特徴付けられる動作環境として定められる。種々の実施形態において、ガスタービンエンジン１０の状態が弁開放状態であるとコントローラ３００が判断すると、コントローラは、弁１２２の１つを選択し開放して、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００をアクティブにする。
【００４１】
別の実施形態において、コントローラ３００は、コントローラ３００により評価される弁閉鎖状態に従って、弁１２２の１つを閉鎖する。この他の実施形態において、コントローラ３００は、ガスタービンエンジン１０の状態が弁閉鎖状態であるとコントローラ３００により判断されると、１つの弁１２８、１３０、１３２を閉鎖する。種々の態様において、本明細書に前述したように、弁閉鎖状態は、圧縮機ケーシング８０の選択的冷却を行わない、ガスタービンエンジン１０の動作が有利である少なくとも１つの可能性のある状態である。好適な弁閉鎖状態の限定されない例は、ガスタービンエンジン１０が地上状態で動作すること、ガスタービンエンジン１０が離陸状態で動作すること、ガスタービンエンジン１０がサージ状態で動作すること、コントローラ３００がエラー状態を検出すること、及びこれらのいずれかの組み合わせを含む。本明細書で用いられる場合、地上状態とは、走行及び飛行前の待機と関連した動作環境として定められ、海面温度及び気圧で吸気側２８に流入する空気流３２、及び停止位置からの走行開始を容易にするために時々発生するバーストを有する比較的低い推力要件により特徴付けられる。本明細書で用いられる場合、離陸状態とは、走行及び飛行前の待機と関連した動作環境として定められ、海面温度及び気圧で吸気側２８に流入する空気流３２、並びに、停止位置からの走行開始を容易にするために、離陸速度の増大及び巡航高度への上昇及び時折発生するバーストと関連した高推力要件により特徴付けられる。本明細書で用いられる場合、サージ状態とは、これらに限定されるものではないが、巡航飛行中の対気速度の調整、着陸進入の際の降下角度の調整、接地及び着陸ロールアウト後のエンジン試運転を含む、飛行活動と関連して対気速度を調整するように関連付けられる指令推力サージと関連した動作環境として定められる。種々の実施形態において、コントローラ３００がガスタービンエンジン１０の状態は弁閉鎖状態であると判断すると、コントローラは、弁１２８、１３０、１３２の１つを閉鎖し、ガスタービンエンジン間隙制御システム１００を非アクティブにする。
【００４２】
図４は、別の例示的な実施形態における、ガスタービンエンジン間隙制御システム６００を有するガスタービンエンジン１０の圧縮機５００の断面図である。圧縮機５００は、これらに限定されるものではないが、第１の圧縮機段５０２及び第２の圧縮機段５０４を含む少なくとも１つの圧縮機段を含む。第１の圧縮機段５０２は、第１のロータ５０６と、関連した第１のロータ先端間隙５１０とを含み、第２の圧縮機段５０４は、第２のロータ５０８と、関連した第２のロータ先端間隙５１２とを含む。圧縮機５００は、ロータスプール５４と、ステータベーン７０（図６参照）の内側先端に取り付けられた隣接する段間シール組立体６４との間に形成される段間シール（図示せず）をさらに含む。
【００４３】
ガスタービンエンジン間隙制御システム６００は、空気が圧縮機ケーシング５１４を通って流れる、アクティブ状態で図４に示される。システム６００は、冷却空気供給源（図示せず）から冷却空気６０２を受け取る冷却空気入口ポート６０４を含む。冷却空気６０２は、流入空気流６０６として、圧縮機ケーシング５１４の外側支持構造５１７の入口ポート５２０から分岐６０８へ下向きに送られ、分岐６０８で、流入空気流６０６は、回転軸５１８に垂直な第１の方向に進む第１の部分６１０と、圧縮機ケーシング５１４内に形成されるダクト５２２の一部を定めるベーン組立体５２３の外面５２１及び圧縮機ケーシングリング５２７の外面５２５を冷却する軸方向経路に本質的に沿って第２の方向に進む第２の部分６１２とに分割される。空気流６０６の第１の部分６１０は、第１の圧縮機段５０２を第３の圧縮機段５２６に接合するために用いられる第１のフランジ５２４と第３のフランジ５２８との間に形成されるギャップ６２０を通過することができる。流入空気流６０６の第２の部分６１２は、これらに限定されるものではないが、フランジ、ビーム、縦通材、及び圧縮機ケーシング５１４の他のいずれかの適切な要素を含む、圧縮機ケーシング５１４の１つ又はそれ以上の構造要素を通って形成される１つ又はそれ以上の通路（図示せず）を通過することができる。
【００４４】
流入空気流６０６の第１の部分６１０及び第２の部分６１２は、マニホルド６１５に入り、マニホルド６１５は第１の部分６１０及び第２の部分６１２を再結合して、バッフル６１６に流入する単一の流出空気流６１４にする。バッフル６１６は、流出空気６１４を、圧縮機ケーシング５１４の外側支持構造５１７の出口ポート５１６内に形成された冷却空気出口６１８の方に向け直す。
【００４５】
本明細書で上述したように、ガスタービンエンジン間隙制御システムの種々の実施形態は、冷却空気を、ガスタービンエンジンの多段圧縮機を通して送る。一実施形態において、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気を、多段圧縮機の単一の圧縮機段と関連した圧縮機ケーシングを通して送る。他の実施形態において、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気を、多段圧縮機の少なくとも２つの圧縮機段と関連した圧縮機ケーシングを通して送る。これらの他の実施形態の幾つかにおいて、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気を、直列の少なくとも２つの圧縮機段と関連した圧縮機ケーシングを通して送ることができ、冷却空気が、圧縮機ケーシングの外面に形成された単一の開口部を介して圧縮機ケースに流入すること、及び、冷却空気が、圧縮機ケーシングの外面に形成された単一の出口を介して圧縮機ケースから出ていくことによって特徴付けられる。これらの他の実施形態の別の部分において、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、冷却空気を、並列の少なくとも２つの圧縮機段と関連した圧縮機ケーシングを通して送ることができ、冷却空気の２つ又はそれより多い部分の各部分が、圧縮機ケーシングの外面に形成された別個の開口部を介して圧縮機ケースに流入することによって特徴付けられる。各開口部は、冷却空気を、１つの圧縮機セグメントに送る。多段圧縮機の並列冷却は、冷却空気の各部分が、圧縮機の外面に形成された別個の出口を介して圧縮機ケースを出ていくことによってさらに特徴付けられる。さらに他の実施形態において、多段圧縮機は、上述のように、直列冷却及び並列冷却の組み合わせを用いて冷却される。種々の付加的な実施形態において、ガスタービンエンジン間隙制御システムは、制限なく、任意の数の圧縮機段を冷却するために使用することができる。
【００４６】
ガスタービンエンジン間隙制御システムの例示的な実施形態が、詳細に上述される。ガスタービンエンジン間隙制御システム、並びにそうしたシステム及びデバイスを動作させる方法は、本明細書に説明される特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書で説明される他の構成要素及び／又はステップから独立して、これらとは別個に用いることができる。例えば、方法は、選択的冷却を必要とする他のシステムと組み合わせて使用することもでき、本明細書で説明されるようなシステム及び方法のみによる実施に制限されない。むしろ、例示的な実施形態は、現在、ガスタービンエンジン間隙制御システムを収容し、受け入れるように構成されている多くの他の機械用途と共に実施及び使用することができる。
【００４７】
ガスタービンエンジンの圧縮機ケーシングを選択的に冷却するための例示的な方法及び装置が、詳細に上述される。示される装置は、本明細書で説明される特定の実施形態に限定されず、むしろ、各々の構成要素は、本明細書で説明される他の構成要素から独立してこれらとは別個に利用することができる。各システム構成要素は、他のシステム構成要素と組み合わせて使用することもできる。
【００４８】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作し且つ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。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。
【００４９】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン間隙制御システムであって、
冷却空気入口ポートから冷却空気出口ポートへ延びる冷却空気通路を備え、上記冷却空気入口ポート及び上記冷却空気出口ポートは、圧縮機の圧縮機ケーシングの外面に形成され且つ上記外面上で軸方向に離間され、上記冷却空気通路は、上記冷却空気入口ポートから、フランジ継手、圧縮機ケーシングリングの半径方向外面及びコネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つへ半径方向内向きに延び、上記冷却空気通路は、上記コネクタケース及び上記圧縮機ケーシングリングの上記半径方向外面に沿って後方にさらに延び、上記冷却空気通路は、上記冷却空気出口ポートへ半径方向外向きにさらに延び、冷却空気を上記冷却空気通路に選択的に供給することにより、上記圧縮機のロータブレードのロータ先端と上記圧縮機ケーシングリングの内面との間のロータ先端間隙が制御され、内側バンドと上記圧縮機のロータスプールとの間の段間シール間隙がさらに制御され、
上記ロータブレードは、上記ロータスプールに取り付けられたロータブレードプラットフォームの流路内面から上記圧縮機ケーシングリングの内面に向けて半径方向外向きに延び、上記内面に近接する上記ロータ先端で終端し、
複数のステータベーンの各々は、外側バンドの半径方向内面から半径方向内向きに延び、内側バンドで終端し、
上記外側バンドは、上記隣接する外側バンドに軸方向に接触した状態の、上記圧縮機ケーシングリングに半径方向に結合するように構成され、
上記フランジ継手は、上記圧縮機ケーシングリング及び上記コネクタケースに結合するように構成され、上記圧縮機ケーシングリングは、上記フランジ部分に軸方向に隣接する上記コネクタケースの半径方向外向きに延びる取り付けフランジに結合されるように構成された半径方向外向きに延びるフランジ部分を含む、システム。
［実施態様２］
上記冷却空気通路は、上記フランジ継手の上流の分岐を含み、上記分岐は、上記フランジ部分及び上記取り付けフランジのそれぞれの面の間に延び、上記それぞれの面の１つ内の開口から出る、上記冷却空気通路の第１の部分を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
上記分岐は、上記圧縮機ケーシングの環状部へ後方に延びる上記冷却空気通路の第２の部分をさらに含む、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様４］
上記冷却空気通路は、上記分岐と上記冷却空気出口ポートとの間に配置されたバッフルをさらに含み、上記バッフルは、冷却空気を、上記第１の部分及び上記第２の部分から上記冷却空気出口ポートへ送るように構成される、実施態様３に記載のシステム。
［実施態様５］
上記冷却空気通路は、上記バッフルに流入する前に上記第１の部分と上記第２の部分を再結合するための、上記分岐と上記バッフルとの間に位置するマニホルドをさらに含む、実施態様４に記載のシステム。
［実施態様６］
空気流弁に通信可能に接続されたコントローラをさらに含み、上記コントローラは、
上記冷却空気が上記冷却空気通路を通って流れて上記圧縮機ケーシングを冷却するのを可能にするように、上記空気流弁を選択して開放し、
上記圧縮機ケーシングの冷却を終了するように、上記空気流弁を閉鎖する、
ように構成される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様７］
上記空気流弁に接続された上記冷却空気の供給源をさらに含み、上記供給源は、上記ガスタービンエンジンのファン組立体、上記ガスタービンエンジンのブースタ圧縮機、及び上記ガスタービンエンジンの第２の圧縮機段からのエンジンドメスチック抽気から選択可能であり、上記空気流弁は、上記ファン組立体に作動可能に接続された第１の弁、上記ブースタに作動可能に接続された第２の弁、及び上記第２の圧縮機段に作動可能に接続された第３の弁から選択される、実施態様６に記載のシステム。
［実施態様８］
上記コントローラは、上記ガスタービンエンジンの第１の巡航運転状態中、上記空気流弁を選択して開放するように構成され、上記コントローラは、上記ガスタービンエンジンの複数の第２の運転状態の１つの間、上記空気流弁を閉鎖するように構成され、上記第２の運転状態は、地上運転状態、離陸運転状態、バースト運転状態、及び上記コントローラにより検出されるエラー状態を含む、実施態様６に記載のシステム。
［実施態様９］
それぞれの空気流供給源と流れ連通するように接続された複数の空気流弁をさらに含み、上記コントローラは、上記それぞれの空気流供給源からの空気が上記冷却空気通路を通って流れて上記圧縮機ケーシングを冷却するのを可能にするように、上記複数の空気流弁の１つを選択して開放し、且つ上記圧縮機ケーシングの冷却を終了するように、上記複数の空気流弁の上記１つを閉鎖するように構成される、実施態様６に記載のシステム。
［実施態様１０］
上記空気流弁は、調節弁である、実施態様６に記載のシステム。
［実施態様１１］
ガスタービンエンジンの圧縮機を選択的に冷却する方法であって、
複数の選択可能な冷却空気供給源の１つから冷却空気流を受け取ることと、
上記冷却空気流を、上記圧縮機の圧縮機ケーシング内の冷却空気通路に沿って送ることとであって、上記冷却空気通路は、フランジ継手、コネクタケースの半径方向外面、及び圧縮機ケーシングリングの半径方向外面のうちの少なくとも１つに隣接する、送ることと、
を含む方法。
［実施態様１２］
上記冷却空気流を、上記フランジ継手に向けて半径方向内向きに方向付けることであって、上記フランジ継手は、上記圧縮機ケーシングリングの半径方向外向きに延びるフランジ部分と、上記フランジ部分に軸方向に隣接する上記コネクタケースの半径方向外向きに延びる取り付けフランジとを結合するように構成される、方向付けることと、
上記フランジ継手の上流の上記冷却空気流を第１の部分及び第２の部分に分岐させることと、
上記第１の部分を、上記フランジ部分のそれぞれの面と上記フランジ継手の上記取り付けフランジとの間に、上記それぞれの面の１つ内の開口を通して方向付けることと、
上記第２の部分を、上記コネクタケース及び上記圧縮機ケーシングリングの上記半径方向外面に沿って後方に方向付けることと、
上記コネクタケース及び上記圧縮機ケーシングリングに隣接する環状部において上記第１の部分及び第２の部分を接合することと、
をさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１３］
上記冷却空気通路内の分岐を用いて、上記冷却空気流を第１の部分及び第２の部分に分割することと、
上記第１の部分を、第１の流路に沿って、上記圧縮機ケーシングの外面から上記コネクタケース及び上記圧縮機ケーシングリングに向けて、回転軸に本質的に垂直な第１の方向に方向付けることと、
上記第２の部分を、第２の流路に沿って、上記コネクタケース及び上記圧縮機ケーシングリングの上記半径方向外面に沿って方向付けることと、
をさらに含む、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１４］
上記分岐と上記出口との間の上記冷却空気通路に作動可能に結合されたバッフルを用いて、上記冷却空気流の上記第１の部分及び第２の部分を、上記圧縮機ケーシングの上記外面に形成された出口へ方向付けることをさらに含む、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
少なくとも１つの弁の１つを開放することにより、上記冷却空気流を開始することをさらに含み、上記少なくとも１つの弁の各々は、上記少なくとも１つの供給源の１つと上記冷却空気通路との間に作動可能に結合される、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１６］
上記少なくとも１つの供給源は、上記ガスタービンエンジンのファン組立体からのファン冷却空気、上記ガスタービンエンジンのブースタからのブースタ空気、及び上記ガスタービンエンジンの第２の圧縮機段からのエンジンドメスチック抽気、並びにこれらのいずれかの組み合わせから選択される、実施態様１１に記載の方法。
［実施態様１７］
上記ガスタービンエンジンが巡航状態で動作することを含む弁開放状態に従って、コントローラを用いて上記１つの弁を選択して開放することと、
上記ガスタービンエンジンが地上状態で動作すること、上記ガスタービンエンジンが離陸状態で動作すること、上記ガスタービンエンジンが地上状態で動作すること、上記ガスタービンエンジンがバースト状態で動作すること、上記コントローラがエラー状態を検出すること、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される弁閉鎖状態に従って、上記コントローラを用いて、上記圧縮機ケーシングの冷却を終了するために上記１つの弁を閉鎖することと、
をさらに含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１８］
ガスタービンエンジンであって、
圧縮機ケーシングを含む圧縮機であって、上記圧縮機ケーシングは、少なくとも１つの軸方向に隣接する圧縮機ケーシングリングに結合された少なくとも１つのコネクタケースを含む、圧縮機と、
上記圧縮機ケーシングを選択的に冷却するように構成されたガスタービンエンジン間隙制御システムと、
を備え、上記ガスタービンエンジン間隙制御システムは、
少なくとも１つの供給源の１つから冷却空気を供給するように少なくとも１つの弁に作動可能に接続された、少なくとも１つの冷却空気供給源を含み、
上記少なくとも１つの弁は、上記圧縮機ケーシングの外面に形成された冷却空気通路の冷却空気入口に作動可能に結合され、
上記冷却空気通路は、上記冷却空気入口ポートから、フランジ継手、上記圧縮機ケーシングリングの半径方向外面、及び上記コネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つに隣接した通路を通って延び、且つ上記圧縮機ケーシングの上記外面に形成された冷却空気出口ポートへさらに延び、
上記少なくとも１つの弁の１つが開放されると、上記少なくとも１つの供給源の１つからの冷却空気は、空気通路を通って方向付けられ、これにより圧縮機ケーシングが冷却される、ガスタービンエンジン。
［実施態様１９］
上記ガスタービンエンジンが巡航状態で動作することを含む弁開放状態に従って、上記１つの弁を選択して開放し、
上記ガスタービンエンジンが地上状態で動作すること、上記ガスタービンエンジンが離陸状態で動作すること、上記ガスタービンエンジンが地上状態で動作すること、上記ガスタービンエンジンがバースト状態で動作すること、上記コントローラがエラー状態を検出すること、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される弁閉鎖状態に従って、上記圧縮機ケーシングの冷却を終了するために上記１つの弁を閉鎖する、
ためのコントローラをさらに含む、実施態様１８に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様２０］
上記少なくとも１つの供給源は、上記ガスタービンエンジンのファン組立体からのファン冷却空気、上記ガスタービンエンジンのブースタからのブースタ空気、及び上記ガスタービンエンジンの第２の圧縮機段からのエンジンドメスチック抽気、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択される、実施態様１８に記載のガスタービンエンジン。
［実施態様２１］
冷却空気入口ポートから冷却空気出口ポートへ延びる冷却空気通路を含むガスタービンエンジン間隙制御システムであって、上記冷却空気入口ポート及び出口ポートは、圧縮機の圧縮機ケーシングの外面に形成され且つ上記外面上に軸方向に離間され、上記冷却空気通路は、上記冷却空気入口ポートから、フランジ継手、圧縮機ケーシングリングの半径方向外面、及びコネクタケースの半径方向外面の少なくとも１つへ半径方向内向きに延び、上記冷却空気通路は、上記コネクタケース及び上記圧縮機ケーシングリングの上記半径方向外面に沿って後方にさらに延び、上記冷却空気通路は、上記冷却空気出口ポートへ半径方向外向きにさらに延び、冷却空気を上記冷却空気通路に選択的に供給することにより、上記圧縮機のロータブレードのロータ先端と上記圧縮機ケーシングリングの内面との間のロータ先端間隙が制御され、内側バンドと上記圧縮機のロータスプールとの間の段間シール間隙がさらに制御される、ガスタービンエンジン間隙制御システム。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ガスタービンエンジン
１２  ファン組立体
１４  高圧圧縮機
１６  燃焼器
１８  高圧タービン
２０  低圧タービン
２２  ブースタ圧縮機
２４  ファンブレードのアレイ
２８  吸気側
３０  排気側
３２  空気流
３３  バイパス空気流
３８  コネクタケースの半径方向外面
３９  圧縮機ケーシングリング及びケーシングリング組立体の半径方向外面
４０  圧縮機
４１  圧縮機ケーシングリング
４２  ロータ組立体
４４  ステータベーン組立体
４５  圧縮機ケーシングの外側支持構造
４６  圧縮機流路
４９  本体
５０  ロータブレード
５２  固定部材
５３  回転部材
５４  ロータスプール
５７  回転軸
５８  ロータブレードプラットフォーム
５９  ダクト
６０  ロータ先端
６１  ダクト壁
６２  ロータブレードプラットフォームの流路内面
６３  ダクト壁の外面
６４  段間シール組立体
６５  段間シール組立体の内面
６６  ステータ内側バンド
６７  ロータスプール歯
６８  ステータ外側バンド
６９  段間間隙
７０  ステータベーン
７２  ベーン組立体の上流取り付けフランジ
７４  ベーン組立体の下流取り付けフランジ
７６  外側バンドの本体
７８  外側バンドの半径方向内面
８０  圧縮機ケーシング
８１  取り付けられたフランジ継手のないケーシングリング構成
８２  コネクタケース
８６  フランジ継手
８８  ボルト
９０  ナット
９２  圧縮機ケーシングリングの半径方向内面
９３  圧縮機ケーシングリングのフランジ部分内の開口部
９４  フック組立体
９５  上流取り付けフランジ
９６  下流取り付けフランジ
９７  コネクタケースの中実コネクタ本体
９８  コレクタケースのフランジ内の円周方向に離間した開口部
９９  圧縮機ケーシングリングのフランジ部分
１００  ガスタービンエンジン間隙制御システム
１１４  冷却空気の供給源
１２０  上流圧縮機段
１２２  少なくとも１つの弁
１２４  冷却空気入口ポート
１２６  ケーシングの外面
１２８  第１の弁
１３０  第２の弁
１３２  第３の弁
１３４  ロータ先端間隙
１３６  冷却空気出口ポート
２００  冷却空気通路
２０１  空気流
２０２  分岐
２０４  第１の部分
２０５  第２の部分
２０８  バッフル
２１０  マニホルド
３００  コントローラ
５００  圧縮機
５０２  第１の圧縮機段
５０４  第２の圧縮機段
５０６  第１のロータ
５０８  第２のロータ
５１０  第１のロータ先端間隙
５１２  第２のロータ先端間隙
５１４  圧縮機ケーシング
５１６  出口ポート
５１７  外側支持構造
５１８  回転軸
５２０  入口ポート
５２１  ベーン組立体の外面
５２２  ダクト
５２３  ベーン組立体
５２４  第１のフランジ
５２５  圧縮機ケーシングリングの外面
５２６  第３の圧縮機段
５２７  圧縮機ケーシングリング
５２８  第３のフランジ
６００  制御システム
６０２  冷却空気
６０４  冷却空気入口ポート
６０６  流入空気流
６０８  分岐
６１０  空気流の第１の部分
６１２  空気流の第２の部分
６１４  流出空気
６１５  マニホルド
６１６  バッフル
６１８  冷却空気出口
６２０  ギャップ
【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】
2017150483.tif 000008
【図７】
2017150483.tif 000009
【外国語明細書】
2017150483000001.pdf