JP2015031280A - ガスタービンエンジンのタービンケーシングと翼先端とのクリアランスの軸線方向位置決めに関するシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスタービンの内部ケーシングの軸線方向位置を、過渡的なエンジン運転状態における流路内の変化する圧力に応じて受動的に変化させるシステムである。前記システムは、前記内部ケーシングを外部ケーシングに摺動可能に接続して、前記内部ケーシングを第1位置と第2位置との間で軸線方向に移動させる接続アセンブリと、環状空間を流路圧に対して加圧する手段と、前記内部ケーシングに前記第1位置に向かって軸線方向予荷重を付与する付勢手段と、前記環状空間内の圧力を受けて、前記付勢手段の軸線方向予荷重に対抗して前記内部ケーシングに軸線方向荷重を付与するように構成される内部ケーシング受圧面と、を含むことができる。
【選択図】図1
Description
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14、61 動翼
15、62 静翼
16 タービン動翼
17 タービン静翼
21 主燃料噴射装置
41 外側先端
42 内側先端
43 ロータディスク
51 内部ケーシング
52 外部ケーシング
53 環状空間
54 流路
55 外側境界
56 内側流路境界、内側境界
57 下流環状空間
58 上流環状空間
64 軸線方向傾斜角
65 軸線方向傾斜外側境界
65、67 ギャップクリアランス
66 吸入通路
71 発散方向
72 収束方向
75 接続アセンブリ
77 内部ケーシングフランジ
78 外部ケーシングフランジ
79 コンプレッションバネ
80 シール
85 ネジ切り接続部
Claims (20)
- 圧縮機(11)およびタービン(13)のうちの一方の内部に画定される流路(54)を有するガスタービンエンジン(10)において、前記流路(54)は、外側境界(55)に対向する外側先端(41)を有する周方向離間配列動翼(14、61)を、前記外側境界(55)と前記外側先端(41)との間に画定されるギャップクリアランス(65、67)を隔てて含み、内部ケーシング(51)は前記外側境界(55)を画定し、外部ケーシング(52)は、前記内部ケーシング(51)の周りに配置されて、環状空間(53)を前記外部ケーシング(52)と前記内部ケーシング(51)との間に形成し、前記内部ケーシング(51)の軸線方向位置を、過渡的なエンジン運転状態における前記流路(54)内の変化する圧力に応じて受動的に変化させるシステムは、
前記内部ケーシング(51)を前記外部ケーシング(52)に摺動可能に接続して、前記内部ケーシング(51)を第1位置と第2位置との間で軸線方向に移動させる接続アセンブリ(75)と、
前記環状空間(53)を、流路圧に対して加圧する手段と、
前記内部ケーシング(51)を前記第1位置に向かって軸線方向予荷重を付与する付勢手段と、
前記環状空間(53)内の圧力を受けて、前記付勢手段の軸線方向予荷重に対抗して前記内部ケーシング(51)に軸線方向荷重を付与するように構成される内部ケーシング受圧面と、
を備える、システム。 - 前記環状空間(53)を加圧する前記手段は、前記流路(54)の吸入口を前記環状空間(53)に流体接続する少なくとも1つの吸入通路(66)を含み、
前記コンプレッションバネ(79)の前記軸線方向予荷重は閾値荷重を含み、該閾値荷重は、
a)第1エンジン運転状態において、前記軸線方向予荷重が、前記内部ケーシング受圧面の軸線方向荷重を超えて、前記内部ケーシング(51)を前記第1位置に保持し、
b)第2エンジン運転状態において、前記内部ケーシング受圧面の前記軸線方向荷重が、前記軸線方向予荷重を超えて、前記第2位置に向かう軸線方向移動が開始するように設定される、請求項1に記載のシステム。 - 更に、前記内部ケーシング(51)が前記第1位置から前記第2位置に移動すると、漏洩通路を狭くする流路設定手段を備える、請求項2に記載のシステム。
- 前記漏洩通路を狭くする前記流路設定手段は、軸線方向傾斜を有する外側境界(55)を備え、
前記流路(54)は、前記内部ケーシング(51)から延出する周方向離間配列静翼(15、62)を含む、請求項3に記載のシステム。 - 前記軸線方向傾斜に対して、前記流路(54)が収束する収束方向(72)、および前記流路(54)が発散する発散方向(71)が定義され、
前記第1位置から前記第2位置への前記内部ケーシング(51)の前記軸線方向移動は、前記発散方向(71)に生じる、請求項3に記載のシステム。 - 流路(54)を画定する軸線方向圧縮機(11)を有し、かつ流路(54)内に配置されるガスタービンエンジン(10)において、周方向離間配列動翼(14、61)は、外側境界(55)に対向する外側先端(41)を、前記外側境界(55)と前記外側先端(41)との間に画定されるギャップクリアランス(65、67)を隔てて有し、内部ケーシング(51)は、前記流路(54)の前記外側境界(55)、および前記内部ケーシング(51)と前記内部ケーシング(51)の周りに同心円状に配置される外部ケーシング(52)との間に形成される環状空間(53)の内側境界(56)を画定する両側面を含み、前記流路(54)に対する内部ケーシング(51)の軸線方向位置を、軸線方向に離間する第1流路領域と第2流路領域との間の圧力差に応じて受動的に変化させる方法であって、前記方法は、
前記内部ケーシング(51)を前記外部ケーシング(52)に摺動可能に接続して、第1軸線方向位置と第2軸線方向位置との間で軸線方向に移動させる工程と、
前記第1軸線方向位置に向かって誘導される静的予荷重で前記内部ケーシング(51)に軸線方向荷重を付与する工程と、
前記環状空間(53)を第1環状空間および第2環状空間に分割して、前記第1環状空間と前記第2環状空間との間の圧力差を維持する工程と、
前記第1環状空間を、前記第1流路領域の圧力に対して加圧し、前記第2環状空間を、前記第2流路領域の圧力に対して加圧する工程と、
前記内部ケーシング(51)を両側受圧面で構成する工程であって、第1受圧面が前記第1環状空間内に配置され、第2受圧面が前記第2環状空間内に配置される、前記構成する工程と、を含み、前記両側受圧面は、前記第2軸線方向位置に向かって誘導される動的圧力荷重で前記内部ケーシング(51)に軸線方向荷重を付与するように構成され、前記動的圧力荷重は、前記第1環状空間内の圧力が前記第2環状空間内の圧力を上回る量に応じて設定される、方法。 - 前記第1環状空間を加圧する前記工程では、吸入通路(66)を介して前記第1流路領域を前記第1環状空間に流体接続し、
前記第2環状空間を加圧する前記工程では、吸入通路(66)を介して前記第2流路領域を前記第2環状空間に流体接続する、請求項6に記載の方法。 - 静的予荷重で前記内部ケーシング(51)に荷重を付与する前記工程では、前記内部ケーシング(51)を、コンプレッションバネ(79)で機械的に付勢する、請求項7に記載の方法。
- 前記コンプレッションバネ(79)は、前記静的予荷重を調整する手段を含み、前記方法は更に、
前記静的予荷重を所望の閾値に調整する工程を含む、請求項8に記載の方法。 - 前記所望の閾値は、前記静的予荷重が、
a)前記動的圧力荷重を、第1エンジン運転状態において超えることにより、前記内部ケーシング(51)が第1軸線方向位置を採るようになり、
b)前記静的予荷重を前記動的圧力荷重が、第2エンジン運転状態において上回ることにより、前記第2軸線方向位置への前記内部ケーシング(51)の軸線方向移動が開始するような閾値を含む、請求項9に記載の方法。 - 更に、前記流路(54)の境界を設定して、前記第1軸線方向位置から前記第2軸線方向位置への軸線方向移動によって、漏洩通路を狭くする工程を含み、
前記内部ケーシング(51)の前記第1軸線方向位置は下流位置を含み、前記内部ケーシング(51)の前記第2軸線方向位置は上流位置を含む、請求項9に記載の方法。 - 更に、前記内部ケーシング(51)の軸線方向移動範囲を規定するメカニカルストップ位置を設定する工程を含み、
前記静的予荷重を調整する前記手段は、ネジ切り接続部(85)を含む、請求項9に記載の方法。 - 圧縮機(11)を有するガスタービンエンジン(10)において、流路(54)は、前記圧縮機(11)内を通るように画定され、前記流路(54)は、作動流体が前記流路(54)内を流れる流れを基準とする下流方向および上流方向を有し、内部ケーシング(51)は、前記下流方向に円錐状に傾斜する軸線方向傾斜形状を有する外側境界(55)を画定し、周方向離間配列動翼(14、61)は前記流路(54)内に配置され、前記動翼(14、61)は、前記外側境界(55)に対向する外側先端(41)を、前記外側境界(55)と前記外側先端(41)の間に画定されるギャップクリアランス(65、67)を隔てて有し、外部ケーシング(52)は前記内部ケーシング(51)の周りに同心円状に配置されて、環状空間(53)を前記外部ケーシング(52)と前記内部ケーシング(51)との間に形成し、上流位置と下流位置との間の前記内部ケーシング(51)の軸線方向位置を、エンジン運転状態に応じて受動的に変化させる方法であって、前記方法は、
前記内部ケーシング(51)を前記外部ケーシング(52)に摺動可能に接続して、下流位置と上流位置との間で軸線方向に移動させる工程と、
作動流体を前記流路(54)内の軸線方向離間圧力領域から吸入することにより、前記環状空間(53)内に高圧領域および低圧領域を形成する工程と、
前記内部ケーシング(51)を両側受圧面で構成する工程と、を含み、第1受圧面は、前記環状空間(53)の前記高圧領域内に配置され、第2受圧面は、前記環状空間(53)の前記低圧領域内に配置されて、前記内部ケーシング(51)に前記上流位置に向かって、前記環状空間(53)の前記高圧領域内の圧力が前記低圧領域の圧力を上回る量に応じて軸線方向荷重を付与する、方法。 - 更に、前記流路(54)の外側境界(55)および内側境界(56)を設定して、静止構造と回転構造との間の漏洩通路を、前記内部ケーシング(51)が前記第1軸線方向位置にあるときに広くし、前記内部ケーシング(51)が前記第2軸線方向位置にあるときに狭くする工程を含む、請求項13に記載の方法。
- 圧縮機(11)およびタービン(13)のうちの少なくとも一方の内部を通過するように画定される流路(54)を有するガスタービンエンジン(10)において、内部ケーシング(51)は軸線方向傾斜外側境界(65)を画定し、該軸線方向傾斜外側境界(65)は、前記軸線方向傾斜外側境界(65)を基準として、前記流路(54)が収束する収束方向(72)、および前記流路(54)が発散する発散方向(71)を定義し、外部ケーシング(52)は、前記内部ケーシング(51)の周りに同心円状に配置されて、環状空間(53)を前記外部ケーシング(52)と前記内部ケーシング(51)との間に形成し、前記内部ケーシング(51)の軸線方向位置を受動的に変化させる方法であって、前記方法は、
前記内部ケーシング(51)を前記外部ケーシング(52)に摺動可能に接続して、前記収束方向(72)の第1軸線方向位置と前記発散方向(71)の第2軸線方向位置との間で軸線方向に移動させる工程と、
機械的付勢手段により生じる静的荷重を利用して、前記内部ケーシング(51)グに前記第1軸線方向位置に向かって軸線方向予荷重を付与する工程と、
作動流体を前記流路(54)の高圧吸入口および低圧吸入口から吸入する工程と、
前記環状空間(53)において、前記吸入作動流体により生じる圧力で、前記内部ケーシング(51)の両側受圧面に軸線方向荷重を付与して前記機械的付勢手段に動的圧力荷重で対抗する工程と、を含み、前記動的圧力荷重は、前記高圧吸入口と前記低圧吸入口との間の現在の圧力差に直接関連するように設定される、方法。 - 前記両側受圧面は、第1受圧面および第2受圧面を含み、
前記動的圧力荷重は、前記発散方向(71)に向かって、前記高圧吸入口から吸入される前記作動流体により生じる圧力で、前記第1受圧面に軸線方向荷重を付与し、前記収束方向(72)に向かって、前記低圧吸入口から吸入される前記作動流体により生じる圧力で、前記第2受圧面に軸線方向荷重を付与することにより生じる、請求項15に記載の方法。 - 更に、
前記内部ケーシング(51)が前記第1軸線方向位置に位置していることが好ましい第1エンジン運転状態を、対向する回転構造と静止構造との間に画定される漏洩通路クリアランスに基づいて判断する工程と、
前記内部ケーシング(51)が前記第2軸線方向位置に位置していることが好ましい第2エンジン運転状態を、前記漏洩通路クリアランスに基づいて判断する工程と、
含む、請求項16に記載の方法。 - 更に、
前記第2エンジン運転状態の前記動的圧力荷重が、前記第1エンジン運転状態の前記動的圧力荷重を上回る量を測定する工程と、
前記機械的付勢手段が、前記第1軸線方向位置に向かって前記内部ケーシング(51)に軸線方向予荷重を付与する量を、前記第2エンジン運転状態の前記動的圧力荷重が、前記第1エンジン運転状態の前記動的圧力荷重を上回る前記量に基づいて調整する工程と、
含む、請求項17に記載の方法。 - 前記機械的付勢手段は、予圧縮荷重レベルを調整するネジ切り接続部(85)を有するコンプレッションバネ(79)を備え、
前記機械的付勢手段が前記内部ケーシング(51)に、軸線方向予荷重を付与する量を調整する前記工程では、前記ネジ切り接続部(85)を介して前記予圧縮荷重レベルを調整して、
前記コンプレッションバネ(79)の前記予圧縮荷重が、前記第1エンジン運転状態における前記動的圧力荷重よりも大きく、
前記コンプレッションバネ(79)の前記予圧縮荷重が、前記第2エンジン運転状態における前記動的圧力荷重よりも小さくなるようにする、請求項18に記載の方法。 - 前記周方向離間配列動翼(14、61)は、前記流路(54)内に配置され、前記動翼(14、61)は外側先端(41)を有し、前記外側先端(41)は、前記外側先端(41)と前記外側境界(55)との間に画定されるギャップクリアランス(65、67)を隔てて前記外側境界(55)に対向し、
前記高圧吸入口は、前記配列動翼(14、61)に対して前記収束方向(72)に位置し、前記低圧吸入口は、前記配列動翼(14、61)に対して前記発散方向(71)に位置し、
前記漏洩通路は前記ギャップクリアランス(65、67)を含む、請求項17に記載の方法。
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