(57)【要約】      （修正有）【課題】マニフォールド壁を介した熱制御空気への熱伝導を低減してエンジン構造体に対する衝突空気温度を下げる。【解決手段】能動間隙制御用のガスタービンエンジン熱制御二重壁装置は、エンジン外側ケーシング４６６の軸方向に延びる部分を取り囲む熱式空気分配マニフォールドを備え、マニフォールドは環状給気管を有する複数のヘッダアセンブリ３５７と、複数の給気プレナム３５６の少なくとも１つと流体供給可能に連通する複数の環状スプレーレール４６０とを有する。環状スプレーレール４６０は、周方向に延びる排出路から排出される前に、熱制御リング４８４を有する外側ケーシング４６６に対して熱制御空気を衝突させるような向きの噴霧孔４６２を規定する。熱制御空気と直接接触する熱制御装置の全ての面は、一体型二重壁熱シールドから構成され、一体型二重壁熱シールドは、その内部において壁の間に密閉空洞を規定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ケーシング（４６６）の軸方向に延びる部分を取り囲む熱式空気分配マニフォールド（３５０）を備えるガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）において、
前記マニフォールド（３５０）は、
複数の給気プレナム（３５６）と流体供給可能に連通するように配置される環状給気管（３５４）を有する複数のヘッダアセンブリ（３５７）と、
前記複数の給気プレナム（３５６）の少なくとも１つと流体供給可能に連通し、前記外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）を有する前記外側ケーシング（４６６）に対して熱制御空気（３６６）を衝突させるような向きの噴霧孔（４６２）を規定する複数の環状スプレーレール（４６０）と、
前記外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）、並びに、前記外側ケーシング（４６６）に対して前記環状スプレーレール（４６０）によって前記熱制御空気（３３６）が噴霧された後に、前記外側ケーシング（４６６）と前記マニフォールド（３５０）との間の環状領域から前記熱制御空気（３３６）を排出するように動作し、周方向に延びる排出路（５２６）と、を備え、
前記熱制御空気（３３６）と直接接触する前記熱制御装置（３４０）の面は、内部に密閉空洞（６１２）を規定する一体型二重壁熱シールド（６１０）を備える、ガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項２】
一体型二重壁熱シールド（６１０）の壁を有する軸方向の給気管（３４２）を更に備える、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項３】
前記軸方向の給気管（３４２）に配置される空気弁（３４４）を更に備える、請求項２記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項４】
制御器回路（３４８）を更に備える、請求項３記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項５】
前記噴霧孔（４６２）は、前記二重壁熱シールド（６１０）と一体的に配置される、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項６】
前記噴霧孔（４６２）は、前記二重壁熱シールド（６１０）の内壁と外壁との間において形成、接合、及び封止される、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項７】
前記密閉空洞（６１２）の幅（Ｗ）は、約５ミル〜５００ミルの範囲内にある、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項８】
前記熱制御空気（３３６）に直接接触する面は、ニッケル、チタン、コバルト、クロミウム、又はこれらの組み合わせを含む超合金から構成される、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項９】
前記二重壁熱シールド（６１０）は、その一部に配置され、格子構造体（６２０）、独立したスタッド部材（６２２）、オフセットスロット付スタッドウェブ（６２４）、又はこれらの組み合わせとして形成される構造支持部材を更に備える、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項１０】
ガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）における熱制御空気（３３６）の供給及び排出方法において、
前記熱制御空気（３３６）に直接接触する前記熱制御装置（３４０）の面を製造する工程であって、前記面は、一体型二重壁熱シールド（６１０）を有し、前記二重壁熱シールド（６１０）の壁の間において密閉空洞（６１２）が規定される、工程と、
外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）、及び／又は、前記外側ケーシング（４６６）に対して、前記外側ケーシング（４６６）と熱式空気分配マニフォールド（３５０）との間の環状領域に噴霧孔（４６２）を有するスプレーレール（４６０）で前記熱制御空気（３３６）を噴霧する工程と、
前記外側ケーシング（４６６）の軸方向に延びる部分の周りを前記熱制御空気（３３６）が回る工程と、
周方向に延びる排出路（５２６）を介して前記熱制御空気（３３６）を排出する工程と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願主題は、ガスタービンエンジンにおける能動間隙制御に概して関し、より具体的には、熱膨張が生じる各種エンジン構造体に衝突するように冷却空気又は熱制御空気を供給するダクト及びマニフォールドに対する熱遮蔽の適用に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流ガスタービンエンジンにおける動翼の先端と周囲の環状シュラウドとの間の半径方向間隙の制御は、エンジン効率の向上のための１つの公知の技術である。動翼先端からシュラウドの間隙を減少させることによって、設計者は、動翼を迂回するタービン作動流体の量を低減可能であり、これによって、所与の燃料又はその他のエンジン入力に対するエンジン出力を増大させる。
【０００３】
能動間隙制御（ＡＣＣ）は、間隙制御システムにおいて作動流体量を用いて、特定のエンジン構造体の温度を調整することによって、冷却された構造体の熱膨張又は熱収縮の結果として動翼先端からシュラウドの間隙（ＣＬ）を制御する間隙制御装置を指す。推力、燃料消費率（ＳＦＣ）、マッスル、及び排ガス温度（ＥＧＴ）マージン等のエンジン性能パラメータは、タービンブレード先端とブレード先端を囲む固定シール又はシュラウドとの間の間隙に大きく依存する。したがって、能動間隙制御は、一般的に熱制御空気と称される、エンジンファン及び／又は圧縮機からの冷気又は比較的高温の空気の流量を調節し、高圧及び低圧タービンケーシングに対して当該空気を噴霧することによって、地上だけでなく高所、安定状態及び過渡状態の両方にある必須の動作条件下で高圧及び低圧タービンブレード先端に対してケーシングを収縮させる。この空気は、熱制御リングとして機能するフランジ又は疑似フランジ等の、ブレード先端の周りでシュラウド又はシールを支持するために使用されるその他の固定構造体に流入、噴霧、又は衝突してもよい。
【０００４】
各種エンジン、航空機、又は環境パラメータに対応して冷却気流を切り替え又は調節することによって、間隙制御が最も有利に働く動作出力範囲の部分の間、ブレード先端からシュラウドの間隙を減少させることは、上記ＡＣＣシステムの特徴である。このような能動間隙制御システムは、通常、衝突前にダクト及びマニフォールド壁からの熱伝導によって冷却空気を有害に加熱する非絶縁導管及びマニフォールドを介して冷却空気を送る。
【０００５】
ＡＣＣ熱制御空気と周囲の構造体又は流体との間の熱伝導を低減することによって、熱制御空気をより効率的に使用することが非常に望ましい。したがって、熱制御リングに衝突し、熱膨張が生じる熱制御リング及びその他のエンジン構造体の全体に沿って半径方向に押し流される低温熱制御空気の流量を制御することが望ましい。結果的に、マニフォールド壁を介した熱制御空気への熱伝導を低減することによってエンジン構造体に対する衝突空気温度を下げる、ガスタービンエンジン用能動間隙制御システムの必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８，８８１，３９７号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の態様及び効果について、以下の説明において一部を明記するか、以下の説明から明白であるか、発明の実施によって学ぶことができる。
【０００８】
発明の一実施形態は、外側ケーシングの軸方向に延びる部分を取り囲む熱式空気分配マニフォールドを有するガスタービンエンジン熱制御装置である。熱式分配マニフォールドは、複数の給気プレナムと流体供給可能に連通するように配置される環状給気管を有する複数のヘッダアセンブリを有する。複数の環状スプレーレールは、複数の給気プレナムの少なくとも１つと流体供給可能に連通し、環状スプレーレールは、外側ケーシングに取り付けられる少なくとも１つの熱制御リングを有する外側ケーシングに対して熱制御空気を衝突させるような向きの噴霧孔を規定する。外側ケーシングに取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング、並びに、外側ケーシングに対して環状スプレーレールによって熱制御空気が噴霧された後に、外側ケーシングとマニフォールドとの間の環状領域から熱制御空気を排出するように動作し、周方向に延びる排出路がある。熱制御空気と直接接触する熱制御装置の全ての面は、一体型二重壁熱シールドから構成され、一体型二重壁熱シールドは、その内部において壁の間に密閉空洞を規定する。
【０００９】
発明の別の実施形態は、ガスタービンエンジン熱制御装置における熱制御空気の供給及び排出方法である。本願方法は、熱制御空気に直接接触する面を有する熱制御装置を製造する工程であって、当該面は、一体型二重壁熱シールドを有し、二重壁熱シールドの壁の間において密閉空洞が規定される、工程と、外側ケーシングに取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング、及び／又は、外側ケーシングに対して、外側ケーシングと熱式空気分配マニフォールドとの間の環状領域に噴霧孔を有するスプレーレールで熱制御空気を噴霧する工程と、ケーシングの軸方向に延びる部分の周りを熱制御空気が回る工程と、周方向に延びる排出路を介して熱制御空気を排出する工程と、を含む。
【００１０】
本発明のこれらの特徴、態様、及び効果、並びに、その他の特徴、態様、及び効果は、以下の説明と添付の特許請求の範囲を参照することによって更に良好に理解されるものである。本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部を構成する添付の図面は、発明の実施形態を示し、以下の説明と共に、発明の原理を説明するために役立つ。
【００１１】
最良の態様を含み、当業者に向けられる本発明の完全且つ実施可能な開示について、本願明細書において説明し、このような説明は、添付の図面を参照してなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係るガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るガスタービンエンジンの高圧タービン部の周辺拡大断面図である。
【図３】能動間隙制御システムの熱式空気分配吸気部、導管、環状給気管、及びマニフォールドの概略図である。
【図４】給気ヘッダを横断する、高圧タービン部に設置されるヘッダアセンブリの側面断面図である。
【図５】熱式空気分配マニフォールド及び図４に示すヘッダアセンブリのヘッダアセンブリ部の概略図である。
【図６】ＡＣＣシステムの丸隅部における例示的二重壁面を示す側面断面図である。
【図７】ＡＣＣシステムの角隅部における例示的二重壁面を示す側面断面図である。
【図８】環状給気管におけるダクト流入開口部を示す、ヘッダアセンブリ部を半径方向内側に見た概略図である。
【図９】二重壁構造を示す、給気ダクト流入点における環状給気管のｔ継手の概略図である。
【図１０】二重壁の肉厚角部に位置する噴霧孔を有する４つのスプレーレールの断面図である。
【図１１Ａ】熱シールド壁の間の格子構造の支持部材の一例である。
【図１１Ｂ】熱シールド壁の間の独立スタッド構造の支持部材の一例である。
【図１１Ｃ】熱シールド壁の間のオフセットスロット付スタッドウェブ構造の支持体の一例である。
【図１２】熱制御空気出口をより良好に絶縁し、レールの底部において材料接合部を有さない衝突特徴部の間における二重壁構造の断面図である。
【図１３】熱制御空気出口を有さない二重壁構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に本発明の実施形態について詳細に説明し、その１つ以上の例については、添付図面に示す。詳細な説明は、図面において特徴を説明するために、数字及び文字等の記号表示が使用される。図面及び説明において同様な記号表示は、発明の同様な要素を説明するために使用される。ここにおいて使用されるように、用語「冷却空気」及び「熱制御空気」は、互いに置き換え可能である。
【００１４】
ガスタービンエンジン及びその他の機械類における能動間隙制御（ＡＣＣ）システムの熱遮蔽は、一般的に、３Ｄ付加製造を使用してなされる。ＡＣＣシステムは、二重壁又はサンドイッチ壁構造を有する個別のモノリシック部品に内蔵可能であり、熱膨張が生じるエンジン構造に対して衝突空気を供給する複数面（例えば、３面又は４面）の供給レールと共に製造可能である。二重壁の空洞は、密封されており、静止空気状態で隔離を行う、封入されたガス又は空気のための保持バリア及び密室の役割を果たす。
【００１５】
導管、マニフォールドアセンブリ、及びレールの二重壁の密閉空洞の内部の静止空気を使用して、移動する熱制御空気の絶縁接触面は、現在の単一壁の非絶縁構造と比較して、ＡＣＣマニフォールド内における接触面での総括伝熱係数を低下させる。したがって、衝突空気の供給温度が低下し、供給及び排出空気温度（ΔＴair）の大きな温度差を利用して、タービンケーシング内の衝突点において低温熱制御空気によって、より効果的に熱（冷却負荷）を取り除くことが可能である。また、低温衝突冷却空気によって、冷却されるタービン構造の平均動作温度を下げ、最も冷却が必要な衝突面においてより効率的な冷却をもたらす。更に、一定の熱制御気流速度を利用して熱制御空気接触面を絶縁する場合において、同一のΔＴairをもたらす一定の熱量（冷却負荷量）を取り除くときに、熱制御空気の供給及び排出温度の両方を下げることができる。これらの向上によって、高いエンジンマッスル能力、並びに、ケースの直円度の低下をもたらす。
【００１６】
ＡＣＣシステムは、例えばブースター、ファン気流、又はショップ提供空気等の、ガスタービンの低温部空気に頼る。この低温空気は、エンジンのタービン周りを導管を介してマニフォールドまで進み、マニフォールドを通ってタービン特徴部上の衝突空気まで進むことによって、タービンケーシングの伸びに対してケース内で回動する羽根の伸びを制御する。したがって、ケースまでのブレード先端間隙は、燃焼消費率の向上をもたらすように制御される。
【００１７】
産業及び航空機製造において直面する課題は、タービンの更なる高効率化、若しくは、タービンで使用する空気の更なる働きを実現することである。冷却空気は、パイプ及び導管を介して熱を回収すると共に、衝突レール内において大幅な熱の回収を行う。これによって、ケーシング構造に衝突する供給孔（図４の４６２参照）において高温の熱制御空気温度（Ｔjet）がもたらされる。しかしながら、従来の絶縁方法は、限られた空間及びパッケージングのために衝突レールに適用できない。また、外部の絶縁体によって、ＡＣＣシステムの適切な動作に害を及ぼし得る付加的な故障モードが追加される。
【００１８】
従来の単一壁の板金製ＡＣＣ構造と比較して、本開示の装置及び方法は、壁の間の密閉空洞に静止空気を入れる二重壁のマニフォールドを組み立てるための付加的な技術を使用する。静止空気が絶縁体の役割を果たすことによって、衝突前空気温度を下げる。ＡＣＣに対して二重壁特徴部を追加することによって、衝突前空気の熱回収が低減され、これは、マニフォールドの最初から最後まで供給孔（図４の４６２参照）における熱制御空気温度（Ｔjet）のばらつきの低減に役立つ。Ｔjetのばらつきの低減によってケース歪みを軽減し、直円度の制御に役立つ。最終的に、このような効果によって、小さい先端間隙、大きなマッスル能力、並びに、良好なＳＦＣがもたらされる。マッスル能力は、１５〜２０％増加可能であり、ケースの直円度は、１５％向上可能であり、燃料消費率は、ここにおいて述べるように、衝突空気の温度を下げることによって低減可能である。
【００１９】
次に図面を参照すると、図１は、本開示の各種実施形態に組み込まれる場合における、ここにおいて「ターボファン１０」と称される例示的高バイパスターボファン型エンジン１０の概略断面図である。図１において示すように、ターボファン１０は、参考のためにターボファン１０の内部に延びる長手方向又は軸方向中心軸１２を有する。一般的に、ターボファン１０は、ファン部１６から下流側に配置されるコアタービン又はガスタービンエンジン１４を備えてもよい。
【００２０】
ガスタービンエンジン１４は、主として、環状入口２０を規定する略管状の外側ケーシング１８を備えてもよい。外側ケーシング１８は、複数のケーシングから形成可能である。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースト圧又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を有する圧縮機部と、燃焼部２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０（例えば、羽根１１６及びロータブレード１１８を備える）を有するタービン部と、ジェット排気ノズル部３２と、を包み込む。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰ圧縮機２４に対してＨＰタービン２８を駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰ圧縮機２２に対してＬＰタービン３０を駆動可能に接続する。（ＬＰ）スプール３６は、また、ファン部１６のファンスプール又はシャフト３８に対して接続されてもよい。特定の実施形態において、（ＬＰ）スプール３６は、直結駆動構成等において、ファンスプール３８に対して直接接続されてもよい。代替的実施形態において、（ＬＰ）スプール３６は、間接駆動又はギア駆動構成において、減速ギアボックス等の減速装置３７を介してファンスプール３８に対して接続されてもよい。このような減速装置は、要求又は必要に応じて、エンジン１０において任意の好適なシャフト／スプール間に含まれてもよい。
【００２１】
図１に示すように、ファン部１６は、ファンスプール３８に対して連結され、ファンスプール３８から半径方向外向きに延びる複数のファンブレード４０を備える。環状ファンケーシング又はナセル４２は、ファン部１６及び／又はガスタービンエンジン１４の少なくとも一部を周方向に囲む。尚、ナセル４２は、周方向に間隔を空ける複数の出口案内羽根４４によってガスタービンエンジン１４に対して支持されるように構成可能であることは、当業者に理解されるものである。更に、ナセル４２の下流部４６（案内羽根４４の下流側）は、間にバイパス空気流路４８を規定するように、ガスタービンエンジン１４の外側部上方で延びてもよい。
【００２２】
図２は、本開示の各種実施形態に組み込まれる場合における、図１に示すガスタービンエンジン１４のＨＰタービン２８の一部の拡大断面図である。図２において示すように、ＨＰタービン２８は、直列流れ関係で、タービンロータブレード５８（１つのみ図示）の環状配置５６から軸方向に間隔を空けて配置されるステータブレード５４（１つのみ図示）の環状配置５２を備える第１のステージ５０を備える。ＨＰタービン２８は、タービンロータブレード６８（１つのみ図示）の環状配置６６から軸方向に間隔を空けて配置されるステータブレード６４（１つのみ図示）の環状配置６２を備える第２のステージ６０を更に備える。タービンロータブレード５８、６８は、ＨＰスプール３４（図１）から半径方向外向きに延び、ＨＰスプール３４に対して連結される。ステータブレード５４、６４及びタービンロータブレード５８、６８は、ＨＰタービン２８を介して燃焼部２６（図１）から燃焼ガスを送るために、高温ガス経路７０を少なくとも部分的に規定する。
【００２３】
図２において更に示すように、ＨＰタービンは、１つ以上のシュラウドアセンブリを備えてもよく、シュラウドアセンブリのそれぞれは、ロータブレードの環状配置周りに環状リングを形成する。例えば、シュラウドアセンブリ７２は、第１のステージ５０のロータブレード５８の環状配列５６周りに環状リングを形成してもよく、シュラウドアセンブリ７４は、第２のステージ６０のタービンロータブレード６８の環状配列６６周りに環状リングを形成してもよい。一般的には、シュラウドアセンブリ７２、７４のシュラウドは、各ロータブレード６８のノズル先端７６、７８から半径方向に間隔を空けて配置される。半径方向又は間隙ギャップＣＬは、ノズル先端７６、７８とシュラウド内面それぞれ７７、７９との間に規定される。シュラウド及びシュラウドアセンブリは、高温ガス経路７０からの漏れを全体的に低減する。シュラウドアセンブリは、シュラウドの熱膨張の制御を補助することによって半径方向又は間隙ギャップＣＬを制御する熱制御リング（図４において４８４、４８６）を備えてもよい。シュラウドアセンブリにおける熱成長は、ＡＣＣシステムで能動的に制御される。ＡＣＣは、特にエンジンの巡航動作中に、外側ブレード先端とシュラウドとの間における半径方向ブレード先端間隙ＣＬを最小化するために使用される。
【００２４】
次に図３を参照すると、軸方向の給気管３４２を介して、３４０で全体的に示されるタービンブレード先端間隙制御装置に対して供給される熱制御空気３３６の供給源として使用される圧縮空気供給部３３２を示す。給気管３４２に配置される空気弁３４４は、熱制御空気量を制御する。熱制御空気３３６は、ここにおいて示される能動間隙制御システム３１２の例示的実施形態における冷却空気である。冷却空気は、軸方向の給気管３４２を介して、ブースト圧又は低圧圧縮機（ＬＰＣ）（図１における２２）の出口におけるファンハブフレーム３１５から、タービンブレード間隙制御装置３４０の分配マニフォールド３５０に制御可能に流れる。空気弁３４４、並びに、図２及び図４に示すようなタービンブレード先端間隙ＣＬの制御のために衝突する熱制御空気３３６の量は、制御器回路３４８によって制御される。制御器回路３４８は、多くの場合において全デジタル式電子制御器（ＦＡＤＥＣ）と称されるデジタル式電子エンジン制御システムであってもよく、熱制御リング４８４、４８６及びその他のエンジン構造体の前方及び後方に衝突する熱制御空気３３６の量及び温度を必要に応じて制御することによって、タービンブレード先端間隙ＣＬを制御する。幾つかの実施形態において、制御器回路３４８は、好適なコンピュータ可読命令を含んでもよく、当該コンピュータ可読命令は、その実行時に、コンピュータロジックを使用した制御信号の受信、送信、及び／又は実行等の異なる各種機能を制御器回路３４８に実行させるように構成される。
【００２５】
コンピュータは、概して、プロセッサと、メモリと、を備える。プロセッサは、任意の公知の処理装置であってもよい。メモリは、任意の好適なコンピュータ可読媒体を含んでもよく、当該コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、又はその他の記憶装置を含むが、これに限られない。メモリは、プロセッサによって実行可能な指示を含む、プロセッサによってアクセス可能な情報を記憶する。指示は、プロセッサによる実行時にプロセッサに所望の機能を提供させる任意の一連の指示であってもよい。例えば、指示は、コンピュータ可読形式にレンダリングされるソフトウェア命令であってもよい。ソフトウェアの使用時において、任意の好適なプログラミング言語、スクリプト言語、又はその他の言語、若しくはこれらの組み合わせを使用して、ここにおいて教示される内容が実施可能である。代替として、指示は、配線論理回路又はその他の回路によって実施可能であり、当該回路は、特定用途向け回路等を含むがこれに限定されない。
【００２６】
また、メモリは、プロセッサによって取込み、操作、及び記憶可能なデータも含み得る。例えば、ＡＣＣシステム３１２において測定される温度又は流量の受信後、メモリは、当該情報を記憶可能である。更に、メモリは、その他の各種ソースに対するパラメータを記憶可能である。
【００２７】
計算装置は、ネットワーク上で情報にアクセスするために、ネットワークインターフェースを備えてもよい。ネットワークは、Ｗｉ−Ｆｉネットワーク、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット、セルラーネットワーク、及び／又はその他の好適なネットワーク等のネットワークの組み合わせを含んでもよく、任意の数の有線又は無線通信回線を有してもよい。例えば、計算装置は、有線又は無線ネットワークを介してＡＣＣシステム３１２と通信可能である。
【００２８】
図３は、ファン４０（図１参照）の下流のファンバイパス空気流路４８に配置される出口案内羽根（図１の４４及び図３の３４４参照）の下流に位置する軸方向の給気管３４２に対する給気入口３１９を更に示す。分配マニフォールド３５０は、高圧タービン（図２の２８）の一部を取り囲む。マニフォールド３５０は、複数のヘッダアセンブリ３５７の複数のプレナム３５６に対して冷却空気を分配する環状給気管３５４を備え、ヘッダアセンブリ３５７からは、図１に示すようなエンジン軸１２周りを囲む複数の環状スプレーレール（図４の４６０）に対して冷却空気が分配される。図３は、また、ＨＰＴ（図２の２８）周りに周方向に位置する複数のヘッダアセンブリ３５７のそれぞれに位置する３つのプレナム３５６を示す。
【００２９】
図４を参照すると、ヘッダアセンブリ３５７のそれぞれは、ベース部３５８の半径方向外側３６２において周方向に間隔を空けて形成される箱状のヘッダ３６１と共に、ベース部３５８を備える。ヘッダ３６１のそれぞれは、環状給気管３５４に対して接続される。細長のパネル給気孔３６３は、ベース部３５８を貫通して配置されることにより、冷却空気が給気プレナム３５６から複数のスプレーレール４６０に流れるのを可能にする。スプレーレール４６０は、ヘッダアセンブリ３５７の一部であるベース部３５８に対して形成される弓形の部分を形成するように分割される。スプレーレール４６０は、弓形の部分のそれぞれの周方向端部において密閉される。
【００３０】
タービンブレード先端間隙ＣＬが小さければ小さいほど、運転時の燃料消費率（ＳＦＣ）が低くなり、結果として燃料節約が大きくなることが業界で知られている。前方及び後方熱制御リング４８４、４８６は、最低量のタイムラグ及び熱制御（動作条件に応じた冷却又は加熱）気流で、ブレード先端間隙ＣＬをより効率的に制御するために設けられる。前方及び後方熱制御リング４８４、４８６は、外側ケーシング４６６に対して取り付けられるか、外側ケーシング４６６に対応し、それぞれのケーシング（図４に示す）と一体化されるか、ケーシングに対してボルト固定又は締結されるか、ケーシングから機械的に分離されるが当該ケーシングと封止係合されてもよい。熱制御リング４８４、４８６により、シュラウド部４７７を半径方向内側（設計によって半径方向外側）により効果的に移動させブレード先端間隙ＣＬを調整する熱制御質量が得られる。
【００３１】
複数のスプレーレール４６０は、図４において、前方及び後方熱制御リング４８４、４８６の基部、並びに、その他のエンジン構造体上に熱制御空気３３６（冷却空気）を衝突させることによって、シュラウド部４７７を半径方向内側に移動させブレード先端間隙ＣＬを縮小又は最小化するような向きの噴霧孔４６２を有する５つのスプレーレールとして示される。噴霧孔４６２は、二重壁熱シールド６１０と一体化可能であり、例えば熱シールド６１０の内壁と外壁との間の隙間開口部として３Ｄ印刷可能である。噴霧孔４６２は、また、内壁と外壁との間において形成、接合、及び封止可能である。噴霧孔４６２は、スリット、スロット、孔、切り欠き、円錐ノズル、又は二重壁熱シールド６１０の半径方向厚みを貫通するその他の輪郭の開口部の形状を有してもよい。より具体的には、噴霧孔４６２は、前方及び後方熱制御リング４８４、４８６のフィレットの中央内に熱制御空気３３６（冷却空気）を衝突させることによって、シュラウド部４７７を半径方向内側に移動させブレード先端間隙ＣＬを狭くする又は最小化するような向きにある。熱制御リングのフィレットの基部又は中央に対する熱制御空気３３６の衝突によって、熱制御リング及びフランジを通る熱伝導の増加による熱制御空気又は冷却空気のより効果的な使用をもたらし、これによって、衝突熱制御空気により生じる空気流れを、熱制御リング及び／又はフランジの全体に沿って半径方向外側に押し流すことができる。
【００３２】
通常、箱状のスプレーレール４６０は、ヘッダアセンブリ３５７から半径方向内側に向かって延びることによって、噴霧孔４６２のそれぞれが、冷却されるエンジン構造体上又はその近傍に熱制御空気３３６（冷却空気）を衝突させるようなより良好な向きに向く。略箱状のスプレーレール４６０は、熱制御リング４８４、４８６及びその他のエンジン構造体近傍に位置することによって、冷却空気が冷却されるエンジン構造体に至る前に進む必要がある衝突距離を最小化する。このような位置決めによって、同一の熱式空気流量又は冷却流量に対するＨＰＴブレード、ＬＰＴブレード、又は圧縮機とそれぞれのシュラウドとの間隙制御が大きくなる。したがって、エンジンＳＦＣが向上し、動作効率が増大する。また、上述の位置決めによって、使用によるエンジンの劣化時において動作効率を維持する能力の向上、オンウィング時間（ｔｉｍｅ  ｏｎ  ｗｉｎｇ）の増加、並びに、ボルト固定されるフランジにおけるケーシング寿命の向上をもたらす。
【００３３】
図５において示されるのは、熱制御リング及び／又は外側ケーシング４６６に対してスプレーレール４６０によって熱制御空気３３６が噴霧された後に、外側ケーシング４６６と分配マニフォールド３５０との間の略環状領域から熱制御空気３３６を周方向に排出するように周方向に延びる排出路５２６を備えるヘッダアセンブリ３５７の一部である。排出路５２６は、ここにおいて、給気プレナム３５６の間の分配マニフォールド３５０に形成される細長の開口部として図示される。
【００３４】
図６及び図７は、熱制御空気３３６と直接接触する二重壁熱シールド面を示す、熱制御装置３１２のそれぞれの丸隅部及び角隅部の接写部分である。一体化された二重壁熱シールド６１０は、二重壁の間において密閉空洞６１２を形成することによって、表面を熱的に絶縁し、周囲の熱源から熱制御空気３３６に対する熱伝導を低減する。密閉空洞６１２の幅Ｗは、利用可能な間隙空間及び壁の構造統合性に応じて、約５ミル（０．００５インチ）〜５００ミル（０．５００インチ）の範囲内であってもよい。
【００３５】
図８は、環状給気管３５４から軸方向の給気管３４２の流入開口部を示す、ヘッダアセンブリ３５７の部分を半径方向内側に見た概略図である。また、図４でも示すプレナム給気孔８１０も図示され、プレナム給気孔８１０は、細長のパネル孔３６３（図４）を介してスプレーレール４６０の内側及び噴霧孔４６２の外側へ分配するために、熱制御空気３３６を環状給気管３５４から各プレナム３５６に流す。
【００３６】
図９は、分配マニフォールド３５０の上に位置する環状給気管３５４の二重壁熱シールド６１０構造及び密閉空洞６１２を示す、軸方向の給気管３４２の流入点における環状給気管３５４のｔ継手９１０の概略図である。
【００３７】
図１０は、二重壁熱シールド６１０の肉厚部に位置する噴霧孔４６２を示す、４つのスプレーレール４６０の断面図である。肉厚部は、密閉空洞６１２を含まない。肉厚部によって、スプレーレール４６０の角部に位置する噴霧孔４６２に対する構造統合性がもたらされる。
【００３８】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、二重壁熱シールド６１０の壁の部分の間に配置されることにより密閉空洞６１２の崩壊を防止可能な構造支持部材の３つの例である。構造支持部材は、二重壁熱シールド６１０の間に挟持される格子構造体６２０（図１１Ａ参照）、二重壁熱シールド６１０の間に挟持される少なくとも１つの独立したスタッド部材６２２（図１１Ｂ参照）、若しくは、二重壁熱シールド６１０の間に挟持される少なくとも１つのオフセットスロット付スタッドウェブ６２４（図１１Ｃ参照）であってもよい。これらの構造支持部材は、壁の間に広がり、熱シールド６１０の壁の間における熱伝導度ブリッジを最小化する。
【００３９】
図１２は、スプレーレール４６０の底部角部において材料接合部を有さず、熱制御空気が噴霧孔４６２から出る箇所の絶縁をより良好にする衝突特徴部の間における二重壁熱シールド６１０の一部の断面図である。図１３は、熱制御空気出口（噴霧孔なし）を有さない二重壁ベースパネル３５８を示す、二重壁熱シールド６１０の一部の断面図である。
【００４０】
熱制御装置３１２の従来のメタル３Ｄビルド材料は、インコネル６２５（インコ６２５）又はインコネル７１８等のニッケル基超合金、チタンＴｉ６４又はコバルトクロム（ＣｏＣｒＭｏ）等のその他の超合金、若しくは、任意のステンレス鋼及びそれらの任意の組み合わせであり得る。これらの超合金は、ニッケル、チタン、コバルト、クロミウム、又はこれらの組み合わせを含む。高性能航空宇宙用途に適した任意のメタルビルド材料は、熱制御装置の組み立てに使用可能である。
【００４１】
一体型二重壁熱シールド６１０は、更に、低圧圧縮機２２、高圧圧縮機２４、及び／又は低圧タービン３０において同様の方法で利用可能であることにも留意されたい。したがって、ここにおいて述べられるような二重壁構造を使用する熱制御装置及び方法は、ＨＰタービンにおける使用に限られず、給気管３４２における空気弁３４４の本体及び任意の配管を含む、ガスタービンエンジン１０の任意の好適な箇所において利用可能である。また、付加的なスプレーレール４６０をガスタービンエンジン１０のその他の箇所に加えることによって、ステータシュラウドを支持する任意の外部又は内部タービンケーシング部品に対して能動間隙制御を行うことができる。
【００４２】
熱制御空気３３６の供給及び排出方法は、外側ケーシング４６６に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング４８４、及び／又は、外側ケーシング４６６に対して、外側ケーシング４６６と熱式空気分配マニフォールド３５０との間の環状領域に噴霧孔４６２を有するスプレーレール４６０で熱制御空気３３６を噴霧する工程を含み、熱制御空気３３６は、ケーシング４６６の軸方向に延びる部分を取り囲み、次いで周方向に延びる排出路５２６を介して周方向に排出される。
【００４３】
最良の態様を含む発明を説明するために、幾つかの例を使用して上記で説明がなされており、また任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに、取り入れる任意の方法の実行を含む発明の実施が当業者によって可能である。発明の特許請求の範囲は、請求項によって規定され、その他の例が含まれることは当業者にとって明白である。このようなその他の例は、請求項における言い回しと異ならない構成要素を含む場合、若しくは、請求項における言い回しとは僅かに異なるが同等の構成要素を含む場合に、特許請求の範囲に含まれるものである。
【００４４】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
外側ケーシング（４６６）の軸方向に延びる部分を取り囲む熱式空気分配マニフォールド（３５０）を備えるガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）において、
マニフォールド（３５０）は、
複数の給気プレナム（３５６）と流体供給可能に連通するように配置される環状給気管（３５４）を有する複数のヘッダアセンブリ（３５７）と、
複数の給気プレナム（３５６）の少なくとも１つと流体供給可能に連通し、外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）を有する外側ケーシング（４６６）に対して熱制御空気（３６６）を衝突させるような向きの噴霧孔（４６２）を規定する複数の環状スプレーレール（４６０）と、
外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）、並びに、外側ケーシング（４６６）に対して環状スプレーレール（４６０）によって熱制御空気（３３６）が噴霧された後に、外側ケーシング（４６６）とマニフォールド（３５０）との間の環状領域から熱制御空気（３３６）を排出するように動作し、周方向に延びる排出路（５２６）と、を備え、
熱制御空気（３３６）と直接接触する熱制御装置（３４０）の面は、内部に密閉空洞（６１２）を規定する一体型二重壁熱シールド（６１０）を備える、ガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様２］
一体型二重壁熱シールド（６１０）の壁を有する軸方向の給気管（３４２）を更に備える、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様３］
軸方向の給気管（３４２）に配置される空気弁（３４４）を更に備える、実施態様２に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様４］
制御器回路（３４８）を更に備える、実施態様３に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様５］
噴霧孔（４６２）は、二重壁熱シールド（６１０）と一体的に配置される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様６］
噴霧孔（４６２）は、二重壁熱シールド（６１０）の内壁と外壁との間において形成、接合、及び封止される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様７］
噴霧孔（４６２）は、スリット、スロット、孔、切り欠き、円錐ノズル、又はこれらの組み合わせの形状を有する、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様８］
スプレーレール（４６０）は、略箱状であり、ヘッダアセンブリ（３５７）から半径方向内側に延びる、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様９］
密閉空洞（６１２）の幅（Ｗ）は、約５ミル〜５００ミルの範囲内にある、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様１０］
熱制御空気（３３６）に直接接触する面は、ニッケル、チタン、コバルト、クロミウム、又はこれらの組み合わせを含む超合金から構成される、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様１１］
二重壁熱シールド（６１０）は、その一部に配置され、格子構造体（６２０）、独立したスタッド部材（６２２）、オフセットスロット付スタッドウェブ（６２４）、又はこれらの組み合わせとして形成される構造支持部材を更に備える、実施態様１に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
［実施態様１２］
ガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）における熱制御空気（３３６）の供給及び排出方法において、
熱制御空気（３３６）に直接接触する面を有する熱制御装置（３４０）を製造する工程であって、当該面は、一体型二重壁熱シールド（６１０）を有し、二重壁熱シールド（６１０）の壁の間において密閉空洞（６１２）が規定される、工程と、
外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）、及び／又は、外側ケーシング（４６６）に対して、外側ケーシング（４６６）と熱式空気分配マニフォールド（３５０）との間の環状領域に噴霧孔（４６２）を有するスプレーレール（４６０）で熱制御空気（３３６）を噴霧する工程と、
外側ケーシング（４６６）の軸方向に延びる部分の周りを熱制御空気（３３６）が回る工程と、
周方向に延びる排出路（５２６）を介して熱制御空気（３３６）を排出する工程と、を含む方法。
［実施態様１３］
熱制御装置は、一体型二重壁熱シールド（６１０）の壁を有する軸方向の給気管（３４２）を更に備える、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１４］
熱制御装置は、軸方向の給気管（３４２）に配置される空気弁（３４４）を更に備える、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
熱制御装置は、制御器回路（３４８）を更に備える、実施態様１４に記載の方法。
［実施態様１６］
噴霧孔（４６２）は、二重壁熱シールド（６１０）と一体的に配置される、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１７］
噴霧孔（４６２）は、二重壁熱シールド（６１０）の内壁と外壁との間において形成、接合、及び封止される、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１８］
噴霧孔（４６２）は、スリット、スロット、孔、切り欠き、円錐ノズル、又はこれらの組み合わせの形状を有する、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様１９］
密閉空洞（６１２）の幅（Ｗ）は、約５ミル〜５００ミルの範囲内にある、実施態様１２に記載の方法。
［実施態様２０］
熱制御空気（３３６）に直接接触する面は、ニッケル、チタン、コバルト、クロミウム、又はこれらの組み合わせを含む超合金から構成される、実施態様１２に記載の方法。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ターボファンジェットエンジン
１２  長手方向又は軸方向中心軸
１４  ファン部
１６  コア／ガス６タービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  入口
２２  低圧圧縮機
２４  高圧圧縮機
２６  燃焼部
２８  高圧タービン
３０  低圧タービン
３２  ジェット排気部
３４  高圧シャフト／スプール
３６  低圧シャフト／スプール
３７  減速装置
３８  ファンスプール／シャフト
４０  ファンブレード
４２  ファンケーシング又はナセル
４４  出口案内羽根
４６  下流部
４８  バイパス空気流路
５０  第１のステージ
５２  列
５４  ステータ羽根
５６  列
５８  タービンロータブレード
６０  第２のステージ
６２  列
６４  ステータ羽根
６６  列
６８  タービンロータブレード
７０  高温ガス経路
７２  シュラウドアセンブリ
７４  シュラウドアセンブリ
７６  ブレード先端
７７  シュラウド内面
７８  ブレード先端
７９  シュラウド内面
ＣＬ  隙間
３１２  能動間隙制御システム
３１５  ファンハブフレーム
３１９  給気入口
３３２  圧縮空気供給部
３３６  熱制御空気
３４０  タービンブレード先端間隙制御装置
３４２  給気管
３４４  空気弁
３４８  制御器回路
３５０  分配マニフォールド
３５４  環状給気管
３５６  複数のプレナム
３５７  複数のヘッダアセンブリ
３５８  ベースパネル
３６１  ヘッダ
３６２  ベースパネルの半径方向外側
３６３  パネル孔
４６０  スプレーレール
４６２  噴霧孔
４６６  外側ケーシング
４７７  シュラウド部
４８４  前方熱制御リング
４８６  後方熱制御リング
５２６  排出路
６１０  二重壁熱シールド
６１２  密閉空洞
Ｗ  密閉空洞の幅
６２０  ハニカム状材料
６２２  独立したスタッド部材
６２４  オフセットスロット付スタッドウェブ
８１０  プレナム給気孔
９１０  Ｔ継手
【図１】
2017096260.tif 000003
【図２】
2017096260.tif 000004
【図３】
2017096260.tif 000005
【図４】
2017096260.tif 000006
【図５】
2017096260.tif 000007
【図６】
2017096260.tif 000008
【図７】
2017096260.tif 000009
【図８】
2017096260.tif 000010
【図９】
2017096260.tif 000011
【図１０】
2017096260.tif 000012
【図１１Ａ】
2017096260.tif 000013
【図１１Ｂ】
2017096260.tif 000014
【図１１Ｃ】
2017096260.tif 000015
【図１２】
2017096260.tif 000016
【図１３】
2017096260.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月10日(2017.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ケーシング（４６６）の軸方向に延びる部分を取り囲む熱式空気分配マニフォールド（３５０）を備えるガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）において、
前記マニフォールド（３５０）は、
複数の給気プレナム（３５６）と流体供給可能に連通するように配置される環状給気管（３５４）を有する複数のヘッダアセンブリ（３５７）と、
前記複数の給気プレナム（３５６）の少なくとも１つと流体供給可能に連通し、前記外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）を有する前記外側ケーシング（４６６）に対して熱制御空気（３６６）を衝突させるような向きの噴霧孔（４６２）を規定する複数の環状スプレーレール（４６０）と、
前記外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）、並びに、前記外側ケーシング（４６６）に対して前記環状スプレーレール（４６０）によって前記熱制御空気（３３６）が噴霧された後に、前記外側ケーシング（４６６）と前記マニフォールド（３５０）との間の環状領域から前記熱制御空気（３３６）を排出するように動作し、周方向に延びる排出路（５２６）と、を備え、
前記熱制御空気（３３６）と直接接触する前記熱制御装置（３４０）の面は、内部に密閉空洞（６１２）を規定する一体型二重壁熱シールド（６１０）を備える、ガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項２】
一体型二重壁熱シールド（６１０）の壁を有する軸方向の給気管（３４２）と、
前記軸方向の給気管（３４２）に配置される空気弁（３４４）と、
制御器回路（３４８）とを更に備える、請求項１記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項３】
前記噴霧孔（４６２）は、前記二重壁熱シールド（６１０）と一体的に配置される、請求項１または２に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項４】
前記噴霧孔（４６２）は、前記二重壁熱シールド（６１０）の内壁と外壁との間において形成、接合、及び封止される、請求項１または２に記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項５】
前記密閉空洞（６１２）の幅（Ｗ）は、５ミル〜５００ミル（１ミルは０．０２５４ｍｍ）の範囲内にあり、
前記熱制御空気（３３６）に直接接触する面は、ニッケル、チタン、コバルト、クロミウム、又はこれらの組み合わせを含む超合金から構成される、請求項１乃至４のいずれかに記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項６】
前記二重壁熱シールド（６１０）は、その一部に配置され、格子構造体（６２０）、独立したスタッド部材（６２２）、オフセットスロット付スタッドウェブ（６２４）、又はこれらの組み合わせとして形成される構造支持部材を更に備える、請求項１乃至５のいずれかに記載のガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）。
【請求項７】
ガスタービンエンジン熱制御装置（３４０）における熱制御空気（３３６）の供給及び排出方法において、
前記熱制御空気（３３６）に直接接触する前記熱制御装置（３４０）の面を製造する工程であって、前記面は、一体型二重壁熱シールド（６１０）を有し、前記二重壁熱シールド（６１０）の壁の間において密閉空洞（６１２）が規定される、工程と、
外側ケーシング（４６６）に取り付けられる少なくとも１つの熱制御リング（４８４）、及び／又は、前記外側ケーシング（４６６）に対して、前記外側ケーシング（４６６）と熱式空気分配マニフォールド（３５０）との間の環状領域に噴霧孔（４６２）を有するスプレーレール（４６０）で前記熱制御空気（３３６）を噴霧する工程と、
前記外側ケーシング（４６６）の軸方向に延びる部分の周りを前記熱制御空気（３３６）が回る工程と、
周方向に延びる排出路（５２６）を介して前記熱制御空気（３３６）を排出する工程と、を含む方法。
【外国語明細書】
2017096260000001.pdf