(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）のための間隙制御装置（４０）を組み立てる方法であって、
該エンジンがエンジンケーシング（４６）と複数のロータブレードを備える少なくとも１つのロータ組立体とを含み、前記間隙制御装置が複数のパネル（５２）を含んでおり、該方法は、
一体の周方向ダクト（７０）を備える複数のパネルを設ける段階と、
少なくとも１つのパネルを空気源に連結する段階と、
前記間隙制御装置が前記エンジンケーシングに向けて半径方向内向きに冷却空気（９８）を分配できるようにするために、前記ロータ組立体の周りで周方向に延びるように前記複数のパネルを互いに連結する段階と、
を含み、
前記複数のパネル（５２）を互いに連結する前記段階が、隣接するパネルの前記周方向ダクト（７０）の間に接続ダクト（６０）を連結する段階をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接続ダクト（６０）を連結する前記段階が、柔軟性のあるシリコン製接続ダクトを各周方向ダクト（７０）に連結する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のパネル（５２）を設ける段階が、それぞれが少なくとも１つの入口（８５）を備える複数のパネルを設ける段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のパネル（５２）を設ける段階が、それぞれが少なくとも１つの出口（９０）を備える複数のパネルを設ける段階をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ガスタービンエンジン（１０）の周りに冷却空気（９８）を周方向に分配するように構成された、ガスタービンエンジンのための間隙制御装置（４０）であって、該間隙制御装置が該エンジンの周りで周方向に延びる複数のパネル（５２）を含み、該パネルの各々が一体の周方向供給ダクト（７０）を含み、
前記エンジン（１０）が少なくとも１列のロータブレードを含み、前記間隙制御装置が、隣接するパネルの周方向供給ダクト（７０）を連結するように構成された複数の接続ダクト（６０）をさらに含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
前記接続ダクト（６０）が、柔軟性のあるシリコン製ダクトを含むことを特徴とする、請求項５に記載の間隙制御装置（４０）。
【請求項７】
前記接続ダクト（６０）の各々が、前記周方向供給ダクト（７０）の各々に固定されることを特徴とする、請求項５に記載の間隙制御装置（４０）。
【請求項８】
複数のロータブレードを備えるロータ組立体を含むガスタービンエンジン（１０）であって、
前記ロータ組立体の周りで周方向に延びるエンジンケーシング（４６）と、
該エンジンケーシングを通して該エンジンの周りで周方向に冷却空気（９８）を分配するように構成された間隙制御装置（４０）と、を含み、
該間隙制御装置が該エンジンの周りで周方向に延びる複数のパネル（５２）を含み、該パネルの各々が一体の周方向供給ダクト（７０）を含み、
前記間隙制御装置（４０）が、前記エンジンケーシング（４６）に向けて半径方向内向きに冷却空気（９８）を供給できるようにさらに構成され、
前記間隙制御装置（40）が、隣接するパネルの前記周方向供給ダクト（70）を連結するように構成された複数の接続ダクト（６０）をさらに含むことを特徴とするガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記間隙制御装置（４０）が、前記接続ダクト（６０）の各々を前記周方向供給ダクト（７０）に連結するように構成された複数のクランプ（９６）をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記間隙制御装置（４０）の前記接続ダクト（６０）が、柔軟性のあるシリコン製ダクトを含むことを特徴とする、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記パネル（５２）の各々が、少なくとも１つの入口（８５）を含むことを特徴とする、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記パネル（５２）の各々が、少なくとも１つの出口（９０）をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記間隙制御装置の複数のパネル（５２）が８つのパネルを含み、前記間隙制御装置が、前記エンジンケーシング（４６）と前記ロータブレードの間に冷却空気（９８）を供給するようにさらに構成されることを特徴とする、請求項８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジンに関し、より具体的にはガスタービンエンジンのロータ組立体の先端間隙を維持するための方法および装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンエンジンは、一般に圧縮機とロータ組立体を備えるタービンとの周りで周方向に延びるエンジンケーシングを含む。ロータ組立体は、少なくとも１列の回転ブレードを含み、該回転ブレードはブレード根元からブレード先端まで半径方向外向きに延びる。周方向の先端間隙が回転するブレード先端とエンジンケーシングの間に形成される。
【０００３】
エンジンの運転中に、エンジンが発生する熱によりロータ組立体の熱膨張が生じ、先端間隙が周方向に不均一になる。その結果、ロータブレード先端とエンジンケーシングの間に偶発的な摩擦が発生する。ロータブレード先端とエンジンケーシングの間に摩擦が続くと、ロータブレードが早期に故障する原因につながる。
【０００４】
エンジン性能を最適化でき、ロータブレード先端とエンジンケーシングの間の偶発的な摩擦を最小限にするために、少なくともいくつかの既知のエンジンは間隙制御装置を備えている。間隙制御装置は、エンジンケーシングに冷却空気を供給し、エンジンケーシングを熱収縮させ、ブレード先端の偶発的な摩擦を最小限にすることを可能にする。エンジンケーシングを周方向に熱的に冷却する必要があるので、間隙制御装置はエンジンの周りで周方向に連結された複数の複合ダクト装置を備える。しかしながら、エンジンは、運転中に熱収縮及び熱膨張するので、間隙制御装置もまた、シールを備えるすべり継手と支持ブラケットを複数含む。時間の経過と共に、エンジン運転中に発生する振動応力に連続して曝されることにより、すべり継手とシールの早期故障を招き、最終的に間隙制御装置の故障に至る可能性がある。
【０００５】
【発明の概要】
例示的な実施形態において、ガスタービンエンジンは、コスト効果があり信頼性が高い方法でロータ組立体の有効寿命を延ばすことができる能動間隙制御装置を含む。エンジンは、先端間隙がロータ組立体とエンジンケーシングの間に形成されるように、ロータ組立体の周りで周方向に延びるエンジンケーシング内に入れられた、少なくとも１つのロータ組立体を含み、先端間隙がロータ組立体とエンジンケーシングの間に形成される。間隙制御装置は、互いに連結されエンジンの周りで周方向に延びる複数のパネルを含む。間隙制御装置の各パネルは、パネルと一体に形成された周方向供給ダクトを含む。隣接する周方向供給ダクトは、柔軟性のある接続ダクトにより流体連通状態で連結される。
【０００６】
運転中には、間隙制御装置に冷却空気が供給される。次に冷却空気はエンジンケーシングの周りで周方向に分配される。冷却空気が導入される結果、エンジンケーシングは熱収縮し、従って、先端間隙を維持し、エンジンケーシングに対するブレード先端の偶発的な摩擦を防止し、エンジン性能を最適化することができる。その結果、間隙制御装置はコスト効果があり信頼性が高い方法でロータ組立体の有効寿命を延ばすことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、ファン組立１２と高圧圧縮機１４と燃焼器１６と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と低圧タービン２０とブースタ２２とを含む。ファン組立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の列を含む。エンジン１０は、吸気側２８と排気側３０とを有する。
【０００８】
運転中に、空気はファンブレード２４を通って流れ、加圧された空気が高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気が燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流がタービン１８、２０を駆動し、タービン２０がファン組立１２を駆動する。
【０００９】
図２は、間隙制御装置を備える、図１に示すガスタービンエンジン１０の一部の側面図である。１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１０は、オハイオ州シンシナティのＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＧＥ９０型エンジンである。ガスタービンエンジン１０は、高圧タービン１８と低圧タービン２０とを備える。本技術において既知のように、タービン１８、２０の各々は、少なくとも１列の周方向に間隔をおいて配置されたロータブレード（図示せず）を備えるロータ組立体（図示せず）を含む。ロータブレードの各々は、根元（図示せず）から先端（図示せず）まで半径方向外向きに延びている。
【００１０】
環状のエンジンケーシング４６が、ガスタービンエンジン１０の周りで周方向に延び、圧縮機１４から燃焼器１６とタービン１８、２０の周りに延びている。ケーシング４６は、ロータブレードの半径方向外側に配置され、ブレードが回転するとき、先端間隙が、周方向にエンジンケーシング４６とロータブレード先端の間に形成される。
【００１１】
間隙制御装置４０は、エンジンケーシング４６に接続される。制御装置４０は、複数のパネル５２と複数の中空ダクト５４とを含む。より具体的には、間隙制御装置４０は、能動間隙制御装置（ＡＣＣ）として知られており、以下にさらに詳細に記述するように、冷却空気をエンジン１０に分配し、ロータブレード先端とエンジンケーシング４６の間の先端間隙の制御を可能にする。
【００１２】
ダクト５４は、接続ダクト６０と遷移ダクト６２とを含む。以下にさらに詳細に記述するが、接続ダクト６０は、時としてパネルジャンパとして知られており、エンジン周りに隣接するパネルを周方向に連結する。遷移ダクト６２は、間隙制御装置を加圧された冷却空気源に流体連通状態で連結する。１つの実施形態において、冷却空気は、高圧圧縮機１４（図１に示す）の段から抽出され、遷移ダクト６２を介して間隙制御装置４０に供給される。
【００１３】
以下にさらに詳細に記述するように、間隙制御装置のパネル５２の各々は、周方向供給ダクト７０を含む。より具体的には、周方向供給ダクト７０の各々は、各パネル５２と一体に形成される。１つの実施形態では、パネル５２は型成形されたステンレス鋼パネルである。パネル５２はエンジン１０の周りで周方向に延びるように連結される。より具体的には、パネル５２はエンジン１０の周りに延び、エンジンのタービンロータ組立体１８、２０の各々から半径方向外側に位置している。従って、パネル５２の第１のセット７２は高圧タービン２０の周りで周方向に延び、パネル５２の第２のセット７４は低圧タービン１８の周りで周方向に延びる。１つの実施形態では、パネル５２の各セット７２、７４は８つの個別のパネル５２を含む。セット７２と７４の隣接するパネルは、互いに連結される。
【００１４】
運転中に、エンジン１０の動作によって発生する熱によりロータ組立体の熱膨張が生じ、先端間隙が周方向に不均一（凸凹）になる。その結果、ロータブレード先端とエンジンケーシング４６の間に偶発的な摩擦が発生する。しかしながら、高圧圧縮機１４の１つの段から冷却空気が抽出され、遷移ダクト６２を介して間隙制御装置４０に供給される。次に、冷却空気は、間隙制御装置４０によってエンジンケーシング４６に供給され、エンジンケーシング４６の周りで周方向に分配される。
【００１５】
冷却空気がケーシング４６中に導入されることにより、ケーシング４６は熱収縮し、それにより先端間隙を維持し、エンジンケーシング４６に対するブレード先端の偶発的な摩擦を防止する。つまり、間隙制御装置４０は冷却空気を周方向に分配し、そのため効果的な熱伝達と半径方向の熱収縮を促進する。冷却空気が周方向に分配されるので、間隙制御装置は、実質的に均一な熱伝達を促進し、その結果、実質的に均一な先端間隙を得ることができる。
【００１６】
図３は、間隙制御装置４０の一部の拡大図である。より具体的には、図３は、パネル５２の第２のセット７４の一部の拡大図である。図４は、間隙制御装置４０の部分概略図である。間隙制御パネル５２の各々は、一対の側端縁８４で接続された前端縁側８０及び後端縁側８２を含む。隣接するパネル５２は、パネル５２がエンジン１０（図１に示す）の周りで周方向に延びるように互いに連結される。１つの実施形態では、各パネル５２の側端縁８４は互いにろう付けされる。
【００１７】
周方向供給ダクト７０の各々は、各パネルの前端縁側８２とほぼ平行に延びる縦軸（図示せず）を有する。さらに、周方向供給ダクト７０の各々は、２つの入口８５を含む。入口８５は、周方向供給ダクト７０が距離８６だけパネル５２の外表面８８から半径方向外側に位置するように、長さ８６を有する。さらに、周方向供給ダクト７０の各々はまた、出口９０も含む。
【００１８】
接続ダクト６０は、周方向供給ダクト７０がエンジン１０の周りで周方向に流体連通状態で連結されるように、隣接するパネル５２をエンジン１０の周りで周方向に連結する。より具体的には、パネル５２は、装置４０が第１の側９２と第２の側９４に分割されるように互いに連結される。装置の第１の側９２と第２の側９４はそれぞれ入口マニホールド（図示せず）に連結される。
【００１９】
接続ダクト６０の各々は、各周方向供給ダクト７０に連結され、隣接する周方向供給ダクトの出口９０の間を延びて、各接続ダクト６０が各周方向供給ダクトの出口９０に流体連通状態で連結される。例示的な実施形態では、ラジエータクランプ９６で各接続ダクト６０を各周方向供給ダクト７０に連結する。接続ダクト６０は柔軟性があり、隣接する周方向供給ダクト７０間の軸方向の不整合を吸収する。１つの実施形態では、接続ダクト６０はシリコンで製造される。
【００２０】
運転中に、冷却空気９８が、高圧圧縮機１４（図１に示す）の１つの段から抽出され、遷移ダクト６２（図２に示す）を介して間隙制御装置４０に供給される。別の実施形態では、ファンのバイパス空気が間隙制御装置４０に供給される。より具体的には、冷却空気９８は最初に入口マニホールドに供給され、該入口マニホールドが空気流をそれぞれ装置の第１の側９２と第２の側９４との間に分割する。次いで、冷却空気９８は、各装置の第１の側９２と第２の側９４の第１のパネル１００に入り、それぞれの第１のパネルの周方向供給ダクト７０と入口８５とを介して導かれる。冷却空気９８は次に、接続ダクト６０を介して各後続の隣接パネル５２に供給される。
【００２１】
図５はガスタービンエンジン１０（図１に示す）に使用できる間隙制御装置２００の別の実施形態の拡大図である。図６は、間隙制御装置２００の部分概略図である。間隙制御装置２００は図２、図３及び図４に示す間隙制御装置４０と実質的に類似しており、間隙制御装置４０の構成要素と同一の間隙制御装置２００の構成要素は、図２、図３及び図４で使用したのと同一の参照符号を用いて図５及び図６において特定する。従って、間隙制御装置２００は、能動間隙制御（ＡＣＣ）として知られており、冷却空気をエンジン１０に分配し、ロータブレード先端（図示せず）とエンジンケーシング４６（図１に示す）の間の先端間隙の制御を可能にする。
【００２２】
制御装置４０は、複数のパネル２０２に流体連通状態で連結された遷移ダクト６２（図２に示す）を含む。間隙制御装置のパネル２０２の各々は、周方向供給ダクト２０４を含む。より具体的には、周方向供給ダクト２０４の各々は、各供給ダクト２０４が各パネル２０２の外表面２０６に隣接するように、各パネル２０２と一体に形成される。１つの実施形態では、パネル２０２は型成形されたステンレス鋼パネルである。パネル２０２の各々は、一対の側端縁２１３で接続された前端縁側２１０と後端縁側２１２を含む。隣接するパネル２０２は、パネル２０２がエンジン１０（図１に示す）の周りで周方向に延びるように互いに連結される。１つの実施形態では、各パネル２０２の側端縁２１３は互いにろう付けされる。
【００２３】
周方向供給ダクト２０４の各々は、各パネルの前端縁側２１２とほぼ平行に延びる縦軸（図示せず）を有する。さらに、周方向供給ダクト２０４の各々は、入口２１４と出口２１６を含む。入口２１４と出口２１６の間の周方向供給ダクトは、半径方向にエンジン１０中に空気を供給するプレナムとして機能する。
【００２４】
複数の接続ダクト２２０は、周方向供給ダクト２０４がエンジン１０の周りで周方向に流体連通状態で連結されるように、隣接するパネル２０２をエンジン１０の周りで周方向に連結する。より具体的には、パネル２０２は、装置２００が第１の側２２２と第２の側２２４に分割されるように互いに連結される。装置の第１の側２２２と第２の側２２４はそれぞれ入口マニホールド（図示せず）に連結される。
【００２５】
接続ダクト２２０の各々は、各周方向供給ダクト２０４に連結され、周方向供給ダクトの出口２１６と隣接する供給ダクトの入口２１４の間を流体連通状態で延びる。例示的な実施形態では、ラジエータクランプ２２６で各接続ダクト２２０を各周方向供給ダクト２０４に連結する。接続ダクト２２０は柔軟性があり、隣接する周方向供給ダクト２０４間の軸方向の不整合を吸収する。１つの実施形態では、接続ダクト２２０はシリコンで製造される。
【００２６】
運転中に、冷却空気９８が、高圧圧縮機１４（図１に示す）の１つの段から抽出され、遷移ダクト６２を介して間隙制御装置２００に供給される。別の実施形態では、ファンのバイパス空気が間隙制御装置２００に供給される。より具体的には、冷却空気９８は最初に入口マニホールドに供給され、該入口マニホールドが空気流をそれぞれ装置の第１の側２２２と第２の側２２４との間に分割する。次いで、冷却空気９８は各装置の第１の側２２２と第２の側２２４の第１のパネル２３０に入り、それぞれの第１のパネルの周方向供給ダクト２０４を介してパネル２０２に導かれ、また供給ダクト２１６を介して導かれる。冷却空気９８は次に、接続ダクト２２０を介して各後続の隣接パネル２０２に供給される。
【００２７】
前述した間隙制御装置はコスト効果があり信頼性が高い。間隙制御装置は、パネルと一体に形成された複数の周方向供給ダクトを含む。隣接するパネルの周方向供給ダクトは、柔軟性のある接続ダクトと連結され、該接続ダクトは後続のパネルに空気流を供給する。運転中に、冷却空気がエンジンケーシング周方向に均一に分配されるので、間隙制御装置は実質的に均一な先端間隙を維持することを可能にする。その結果、この間隙制御装置は、コスト効果があり信頼性が高い方法でロータ組立体の有効寿命を延ばすことができる。
【００２８】
本発明を、種々の特定の実施形態について説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】  間隙制御装置を備える、図１に示すガスタービンエンジンの一部の側面図。
【図３】  図２に示す間隙制御装置の一部の拡大図。
【図４】  図３に示す間隙制御装置の部分概略図。
【図５】  図１に示すガスタービンエンジンに使用できる間隙制御装置の別の実施形態の拡大図。
【図６】  図５に示す間隙制御装置の部分概略図。
【符号の説明】
１０  ガスタービンエンジン
１８  高圧タービン
２０  低圧タービン
４０  間隙制御装置
４６  エンジンケーシング
５２  パネル
５４  中空ダクト
６０  接続ダクト
６２  遷移ダクト
７０  周方向供給ダクト
７２  パネルの第１のセット
７４  パネルの第２のセット
【図１】
0004156256.tif 000002
【図２】
0004156256.tif 000003
【図３】
0004156256.tif 000004
【図４】
0004156256.tif 000005
【図５】
0004156256.tif 000006
【図６】
0004156256.tif 000007