JP2006189048A - ガスタービンエンジンおよびその圧縮機、ならびにブレード先端隙間制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱膨張および熱収縮を利用せず、ブレード先端とシール面との間に所望の隙間をもたらす。
【解決手段】モータ59およびギア機構62に連結したタワーシャフト60により、低圧または高圧圧縮機の一方がシュラウドに対して移動する。ギア機構62は、ロータアッセンブリに連結し、かさ歯車66およびボールねじ型アクチュエータ70に取り付けられた かさ歯車68を備える。アクチュエータ70の部材74が回転すると、部材76が部材74に対して軸方向に動き、その結果、部材76に取り付けられたロータアッセンブリも軸方向に動く。シュラウドのブレードシール面およびブレード先端部は、ロータ中心線に対し傾斜しているので、ロータアッセンブリが軸方向に動くと、両者間の隙間が変化する。
【選択図】図6
【解決手段】モータ59およびギア機構62に連結したタワーシャフト60により、低圧または高圧圧縮機の一方がシュラウドに対して移動する。ギア機構62は、ロータアッセンブリに連結し、かさ歯車66およびボールねじ型アクチュエータ70に取り付けられた かさ歯車68を備える。アクチュエータ70の部材74が回転すると、部材76が部材74に対して軸方向に動き、その結果、部材76に取り付けられたロータアッセンブリも軸方向に動く。シュラウドのブレードシール面およびブレード先端部は、ロータ中心線に対し傾斜しているので、ロータアッセンブリが軸方向に動くと、両者間の隙間が変化する。
【選択図】図6
Description
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンにおけるブレード先端隙間に関する。
軸流型タービンエンジンにおいては、空気は、圧縮機で圧縮され、燃焼室で燃料と混合されて、燃焼され、1つまたは複数のシャフトを介して圧縮機を駆動するタービンを通って膨張する。そのようなエンジンの総合効率は、他の要素の中でも、圧縮機が空気を圧縮する効率の関数である。圧縮機は、通常、タービンの低圧タービンに連結したシャフトにより駆動する低圧圧縮機と、タービンの高圧タービンに連結したシャフトにより駆動する高圧圧縮機と、を備える。高圧および低圧の圧縮機は、多段式であり、圧縮機において、空気は、回転軸(長手方向の軸)と同心である一連のロータおよびステータを通って軸方向に流れる。
段は、連続して配列されている。各段により、エンジンを通る空気が圧縮されて空気の圧力が徐々に増加する。圧縮機を通した全圧力の増加は、各段を通る徐々に増す圧力増加の合計であり、あらゆる流体損失に適応される。したがって、ガスタービンエンジンの効率を最大限にするためには、所定の燃料流において、圧縮機の各段に亘る圧力上昇(以下、圧力比と呼ぶ)を最大限にすることが望ましい。
効率など種々の理由により、ロータのブレード先端部と、ロータを囲むケーシングとの間の隙間を最小限にすることが非常に望ましい。ブレード先端の隙間を維持する従来技術の解決策としては、ロータを囲むケーシングの半径方向の部分を巧みに利用する摩耗性(アブレイダブル)隙間制御システムや能動的な隙間制御システムを使用することがある。摩耗性システムの問題は、シールが一度摩耗してしまうと調節ができなくなることにある。一度設置されると、ロータおよびケーシングの熱的および遠心の反応力によってのみ、隙間が決定される。従来技術の能動的隙間システムの問題は、その応答時間にある。従来技術の能動的隙間システムでは、冷却空気の流れ(または流れの欠如)をメカニズムとして用いて、熱膨張や熱収縮によりケーシングを動かし、それにより、所望の隙間をもたらす。そのようなシステムにおいては、ケーシングの熱応答時間、およびケーシングの熱応答とロータディスクの熱応答との不整合による影響を受けやすい。
図1は、従来技術のガスタービンエンジンにおける典型的なブレード先端隙間と応答時間とのグラフである。位置Aにおいて、エンジンは定常アイドリング状態(すなわち、回転数(rpm)が低く、かつコアガス温度が低い状態)で動いている。位置Bでは、エンジンが急加速される(例えば、離陸のための加速)。加速の結果、ブレード先端隙間は、大幅に減少して、位置Cで隙間が最小限に達する。この位置における隙間の変化は、ロータアッセンブリの遠心荷重およびブレードの熱膨張の結果によるロータアッセンブリの機械的成長が、ほぼ全面的な要因である。
加速に伴うコアガスの温度上昇により、次にロータアッセンブリを囲むケーシングの半径方向の熱膨張が生じる(位置Cから位置Dへ)。位置Dと位置Eとの間における隙間の減少は、結果生じたロータディスクの熱膨張が要因である。ロータアッセンブリ(特にロータディスクにおいて)の質量がより大きいため、ケーシングの熱応答と比べて、ロータアッセンブリの熱応答は遅くなる。位置Eにおける結果生じた隙間の安定は、ディスク、ブレード、ケーシングの最終的な温度、遠心による引力、およびロータアッセンブリとケーシングの各部品の熱膨張係数の関数である。
位置Eと位置Fとの間における隙間の大幅な増加は、減速の結果として引き起こる。減速により、ロータアッセンブリにかかる遠心荷重が減少するとともに、ブレードが急速に冷却されるため、その結果、ロータアッセンブリの機械的成長が減少する。通常の条件では、隙間は、位置Fと位置Iとの間に延びている線で示したように減少する。しかし、ここで再び、隙間は、ディスクおよびケーシングの熱応答に応じて決定される。
位置Gと位置Hとの間において急加速された場合、従来技術の圧縮機における隙間は、著しく減少する。以下の(1)〜(3)の組合せにより、隙間が減少する。(1)ほぼ直後のロータアッセンブリの機械的成長、(2)減速の後のケーシングの相対的に早急な熱応答速度の結果、先に減少していたケーシングの内径、(3)ロータアッセンブリの相対的に遅い熱応答によりロータアッセンブリが減少していないこと。(2)および(3)の要素に関しては、ケーシングとロータアッセンブリとの間の熱応答の差により、ケーシングは、実質的に熱膨張する前の寸法に既に戻っているが、ロータアッセンブリが、熱膨張する前の寸法に戻っていないという状態が生じる。結果生じたシールの摩耗が、位置Hに示されている。従来技術のガスタービンエンジンにおいては、位置Hにおける隙間は、最悪の状態の隙間として選択されることが多く、ブレード先端隙間は、位置Hに存在する運転状態にも適応するように設計されている。その結果、ブレード先端/ケーシングの隙間は、位置Hにおいて最小限となるが、これは正常の運転条件(例えば、位置A〜G)下での最適値よりも小さい。
したがって、ガスタービンエンジンの過渡状態および定常状態の運転の間、所望のブレード先端隙間を維持する改善された装置および方法が必要である。
本発明によると、1つまたは複数のロータアッセンブリ、1つまたは複数のシュラウドセグメントおよびアクチュエータを備えるガスタービンエンジン圧縮機が提供される。ロータアッセンブリは、軸方向に延びる回転軸の周囲を回転可能であり、各ロータアッセンブリは、複数のブレードを有する。各ブレードは、ブレード先端部を有する。1つまたは複数のシュラウドセグメントは、1つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されたブレードシール面をそれぞれ備える。ブレード先端部およびブレードシール面(まとめてブレードシール面と呼ぶ)は、互いに対応する円錐形に沿った幾何学形状をしており、ブレード先端部とブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する。ブレード先端部とブレードシール面は、圧縮機の軸方向中心線に対してある角度(0°より大きい角度)で配置されている。アクチュエータは、選択的に運転可能であり、シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの一方または両方を、シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの残りの一方に対して動かして、半径方向の隙間距離に影響する軸方向の位置を変える。
本発明の利点は、ガスタービンエンジンの効率を向上させるメカニズムを提供することである。シュラウドセグメントとロータアッセンブリとの間の隙間の調節を実現し得る速度により、効率の向上が可能となる。本発明のアクチュエータにより、1つまたは複数の構成部品の熱膨張および熱収縮を介して調節するシステムにおいてかかる時間と比べ、僅かな時間でシュラウドセグメントまたはロータアッセンブリの一方あるは両方が軸方向に移動する。その結果、熱膨張および熱収縮によるブレード隙間システムを用いるエンジンと比べ、本発明を用いるエンジンのブレード先端部とシュラウドブレードシール面との間における最小限に設計された隙間は、より小さくなっている。
本発明の別の利点は、本発明により、ブレード先端部とシュラウドブレードシール面との間の隙間が、運転中に選択的に調節されることである。
本発明の他の利点は、本発明により、ブレード先端部とシュラウドブレードシール面との間の隙間が、摩耗に適応するように選択的に調節されることである。
本発明の別の利点は、ナイフエッジと摩耗性パッドシールのペアの内側の隙間が、運転中に選択的に調節されることである。
図2および図3を参照すると、ファン部12、圧縮機14,燃焼室16およびタービン18を備えたガスタービンエンジン10が概略的に図示されている。エンジン10は、軸方向に延びる中心線22を有する。外気は、ファン部12からエンジン10に流入する。流入した空気の大部分は、その後、コアガス流として圧縮機14、燃焼室16およびタービン18を通ってノズルから流出する。
圧縮機14は、単一のユニットであってもよいし、低圧圧縮機24および高圧圧縮機26に分割されていてもよい。低圧圧縮機24および高圧圧縮機26の各々(または、単一の圧縮機ユニット)は、複数のステータアッセンブリ28およびロータアッセンブリ30を備える。ステータアッセンブリ28は複数のセグメントを備えており、各セグメントは、内側プラットフォームと外側プラットフォームとの間に設けられた1つまたは複数のステータベーンを有する。各ステータアッセンブリ28のセグメントにより、ロータアッセンブリ30に隣接して配置された環状の構造物が集合的に形成される。
各ロータアッセンブリ30は、複数のブレード32と、エンジン10の軸方向に延びる中心線22の周囲を回転可能なディスク34と、を備える。ディスク34は、ハブ36と、リム38と、それらの間に延びているウエブ40と、を有する。ブレード32は、リム38に取り付けられ、このリム38から半径方向外側に延びている。各ブレード32は、軸方向の中心線22に対してある角度で設けられた先端部42を有し、この先端部42の角度は、0°より大きい(すなわち、ブレード先端部の角度は、軸方向中心線22と平行ではない)。特定のロータアッセンブリ30における各ブレード32のブレード先端の角度は、いずれのブレード32も同じである。しかし、異なったロータアッセンブリ30においては、ブレード先端角度が異なっていてもよい。低圧圧縮機24内の複数のロータアッセンブリ30は、機械的に互いに取り付けられているため、一体的に回転する。高圧圧縮機26内の複数のロータアッセンブリ30もまた、互いに機械的に取り付けられているため、一体的に回転する。
シャフトにより、圧縮機14はタービン18と連結している。低圧圧縮機24および高圧圧縮機26を含んだ実施例においては、高圧圧縮機26は、第1のシャフト44(HPシャフト)により高圧タービン46と連結しており、低圧圧縮機24は、第2のシャフト48(LPシャフト)により低圧タービン49と連結している。
図3および図4を参照すると、周方向に延びるシュラウド52が、各ロータアッセンブリ30の半径方向外側に設けられている。各シュラウド52は、1つのセグメントまたは複数のセグメントから構成されていてもよい。シュラウド52は、ロータアッセンブリ30のブレード先端部42と半径方向に並んだブレードシール面54を備える。ブレードシール面54は、ロータアッセンブリ30のブレード先端部の角度と実質的に同じ角度で設けられている。すなわち、ブレード先端部の角度とシュラウドのブレードシール面54の角度は、実質的に同じであるとともに、軸方向の中心線22に対して、0°を超える所定の角度で配置されている。ブレードシール面54の半径方向内側に位置するロータブレード先端部42の形態は(シール面54および先端部42のどちらも軸方向の中心線22に対して、0°を超える所定の角度を有する)、対応する円錐形の幾何学形状に沿ったものとなる。ブレード先端部42とブレードシール面54との間に延びる距離56は、ロータアッセンブリ30とシュラウド52との間の隙間距離56と呼ばれる。
圧縮機14のロータアッセンブリ30は、アクチュエータ58に取り付けられている。
アクチュエータ58は、シュラウド52のセグメントおよびロータアッセンブリ30の一方または両方を、それらの残りの一方に対して軸方向に動かすように選択的に運転可能である。シュラウド52のセグメントおよびロータアッセンブリ30の一方または両方が、それらの残りの一方に対して相対的に動くことにより、ロータアッセンブリ30が配置された圧縮機14(つまり圧縮機14の低圧圧縮機24および高圧圧縮機26)の各段におけるブレード先端部42とブレードシール面54との間の隙間距離56が変化する。
アクチュエータ58は、シュラウド52のセグメントおよびロータアッセンブリ30の一方または両方を、それらの残りの一方に対して軸方向に動かすように選択的に運転可能である。シュラウド52のセグメントおよびロータアッセンブリ30の一方または両方が、それらの残りの一方に対して相対的に動くことにより、ロータアッセンブリ30が配置された圧縮機14(つまり圧縮機14の低圧圧縮機24および高圧圧縮機26)の各段におけるブレード先端部42とブレードシール面54との間の隙間距離56が変化する。
図3および図6に示された実施例においては、アクチュエータ58は、モータ59(例えば、図示した油圧モータ)を備える。モータ59は、エンジン10の軸方向中心線22に概ね垂直に設けられたタワーシャフト60(以下、「隙間駆動」タワーシャフト60と呼ぶ)に連結している。隙間駆動タワーシャフト60により、低圧圧縮機24または高圧圧縮機26の一方がシュラウド52に対して可動となる。例示するために、図3では、高圧圧縮機26に機能的に連結したアクチュエータ58を図示している。別の実施例では、アクチュエータ58を低圧圧縮機24に連結させてもよいし、独立したアクチュエータ58を低圧圧縮機24および高圧圧縮機26にそれぞれ連結させてもよい。隙間駆動タワーシャフト60の一方の端部は、機能的にモータ59に連結している。隙間駆動タワーシャフト60のもう一方の端部は、ギア機構62に連結している。図6では、補助駆動シャフト64と同軸に配置された高圧圧縮機(HPC)隙間駆動タワーシャフト60が図示されている。別の実施例においては、他のタワーシャフトの配列を用いてもよい。ギア機構62は、回転運動を直線運動に変換するメカニズムにより(1つまたは複数の)ロータアッセンブリ30に連結している。例えば、所望の直線運動を生じさせるために、ねじ機構を用いることができる。ねじ機構の実施例については、以下に説明する。しかし、本発明は、回転運動および直線運動を用いる機構(装置)に限定されない。ある用途においては、リニアアクチュエータを用いることができる。
図6および図7に示された実施例においては、ギア機構62は、隙間駆動タワーシャフト60に取り付けられた第1のかさ歯車(ベベルギア)66と、ねじ機構の一形式であるボールねじ型アクチュエータ70に取り付けられた第2のかさ歯車68と、を備える。ボールねじアクチュエータ70は、高圧圧縮機26のロータアッセンブリ30と連結している。具体的には、ボールねじアクチュエータ70は、第1の部材74と第2の部材76との間に設けられた複数の玉軸受(ボールベアリング)72を備える。第1の部材74は、第2のかさ歯車68に取り付けられているとともに、ケーシングベアリング80を介してシュラウド52を備えたケーシング78に取り付けられている。第1の部材74は、ケーシングベアリング80の玉軸受84を受ける外径周方向溝部82と、ボールねじアクチュエータ70の玉軸受72を受ける内径らせん溝部86と、を備える。同様に、ボールねじアクチュエータ70の第2の部材76は、シャフトベアリング92の玉軸受90を受ける内径周方向溝部88と、ボールねじアクチュエータ70の玉軸受72を受ける外径らせん溝部94と、を備える。ボールねじアクチュエータ70が組み立てられると、第1の部材74および第2の部材76のらせん溝部86,94は、互いに向き合って、ボールねじアクチュエータ玉軸受72用のらせん状の通路を共に形成する。ボールねじアクチュエータ70の第1の部材74が回転すると、ボールねじアクチュエータ70の第2の部材76(回転しないようにロータアッセンブリ30に取り付けられている)が、第1の部材74に対して軸方向に移動する。その結果、第2の部材76に取り付けられた高圧圧縮機26のロータアッセンブリ30も、軸方向に移動する。
別の実施例においては、アクチュエータ58は、前述したものと同様のモータ59(例えば、油圧モータ)およびタワーシャフト60機構を備える。しかし、別の実施例においては、タワーシャフト60と係合したギア機構62は、種々の異なったギアの組合せおよびギアの形式(例えば、かさ歯車と平歯車やシャフトなどの組合せ)を備えることができる。例えば、図3および図8に示した実施例には、ベアリング支持部98に取り付けられた歯車96が含まれる。ギア機構62は、ベアリング支持部98に取り付けられた歯車96に係合するギア99を備える。ベアリング支持部98は、さらに、ケーシング78のねじ部102と嵌合するねじ部100を備える。モータ59を介してタワーシャフト60が回転すると、ケーシング78に対してベアリング支持部98が回転する。ケーシング78とベアリング支持部98との間のねじ噛合により、回転しているベアリング支持部98が、軸方向に移動する。その結果、シャフトベアリング92および取り付けられた高圧圧縮機26のロータアッセンブリ30も、軸方向に移動する。
前述のアクチュエータ58、ギア機構62およびモータの組合せは、1つまたは複数ロータアッセンブリ30の軸方向への移動を実現することができる方法を示す実施例であり、本発明はこれらの実施例に限定されない。
図3および図5を参照すると、多くのガスタービンエンジン10では、コアガス流路の外側においてロータアッセンブリ30とステータアッセンブリ28との間をシールするナイフエッジシール機構104が用いられている。通常、ナイフエッジシールアッセンブリ104は、ロータアッセンブリディスク34のウエブ40やリム38から外側に延びているフランジに取り付けられたナイフエッジ部106を備える。摩耗性パッド108が、ステータアッセンブリ28に取り付けられているとともに、(1つまたは複数の)ナイフエッジ部106に対向して配置されている。従来技術の用途においては、ナイフエッジ部106は、エンジン10の運転中、摩耗性パッド108内をチャネル(溝)状に削ることが許容される。チャネル(溝)は、ナイフエッジ部106と半径方向に並んでいる。チャネルの深さは、摩耗性パッド108に対してナイフエッジ部106が半径方向に最大限に侵入することにより規定される。最大のチャネルの深さが形成されると、前述の最大限の侵入に満たないあらゆる半径方向の位置(部分出力運転時など)においては、ナイフエッジ部106と摩耗性パッド108との間で空気の漏洩が生じる。
本発明においては、コアガス流路の外側で、ロータアッセンブリ30とステータアッセンブリ28との間をシールするようにナイフエッジシールアッセンブリ104を用いることが許容される。しかし、本発明においては、ナイフエッジ部106と摩耗性パッド108との間のシールは、ナイフエッジ部106を摩耗性パッド108に対して半径方向に最大限に侵入させることによって規定されるのではない。代わりに、本発明では、予備成形されたチャネル110を有する摩耗性パッド108を用いる。チャネル110は、ナイフエッジ部106の位置に適応するような輪郭を備える。図5では、所定の形状を有するチャネル110を備えた摩耗性パッド108が図示されている。チャネル110の形状により、ナイフエッジ部106と摩耗性パッド108との間の半径方向のギャップは、ナイフエッジ部106と摩耗性パッド108との間の相対的な軸方向の位置に基づいて変化する。最適なチャネル110の幾何学形状は、所定の用途の分析により確定され得る。例えば、チャネル110の一方の側に隣接して、第1の半径方向のギャップを設けることができ、異なった運転条件に適応するように、チャネル110の反対側に第2の半径方向のギャップを設けることができる。種々の運転条件に適応する種々のチャネル110の幾何学形状が可能であり、本発明のシール機構は、特定のチャネル110の幾何学形状に限定されない。
図4を参照すると、本発明のいくつかの実施例において、センサ機構116を用いて、ブレード先端隙間を積極的に制御することができる。例えば、マイクロ波センサを用いて、ロータブレード先端部42とシュラウド52との間の隙間ギャップを測定することが周知である。本発明では、以下に説明するように、センサを用いて測定された情報に基づいて、ロータアッセンブリ30のブレード先端部42とシュラウド52のブレードシール面54との間の隙間ギャップを修正することができる。
本発明の運転中、高圧圧縮機26のロータアッセンブリ30は、所望のブレード先端42/シュラウド52の隙間をもたらす最初の軸方向位置に位置している。ガスタービンエンジン10の運転条件が、第1の運転条件(例えば、定常状態のアイドリング状態)から第2の運転条件(例えば、離陸のための加速状態)に変化したほぼ直後に、ロータブレード先端部42とシュラウド52との間の隙間が変わり始める。エンジン10が新たな運転条件における定常状態に達するまで、隙間は変わり続ける。隙間が完全に変わるのに必要な時間は、用いるガスタービンエンジン10の細目、および第1の運転条件と第2の運転条件との間の変化の大きさに応じて異なる。
ロータブレード先端部42とシュラウド52との間の隙間の変化に応じるために、本発明のブレード先端隙間装置が起動され、シュラウド52ないしロータアッセンブリ30の一方または両方を、それらの残りの一方に対して動かす。前述の実施例においては、高圧圧縮機26のロータアッセンブリ30をシュラウド52のブレードシール面54に対して動かして、隙間距離56を増加あるいは減少させる。
本発明のブレード先端隙間装置の利点は、ブレード先端隙間距離56を変化させることができる速度である。本発明の装置では、所望の隙間状態を形成するように熱膨張(または熱収縮)する要素に対して冷却空気を用いるのではない。熱膨張/熱収縮は、比較的遅い処理である。それに対して、本発明の装置では、機械的なアクチュエータ58を用いて、シュラウド52ないしロータアッセンブリ30の一方を、他方に対して動かす。したがって、ブレード先端隙間を変えることができる速度は、アクチュエータ58の動作速度によって定まる。
センサ116を用いてブレード先端部とシュラウド52との隙間を検知する実施例においては、センサ信号を入力データとして用いて、本発明の装置のアクチュエータ58を制御することができる。検知データを収集する速度は、用いる用途に適応するように変更され得る。例えば、設定された間隔で検知データを収集し、次いで、そのデータを用いて、必要に応じて隙間を調節することができる。別の実施例においては、ある特定の事象が生じた場合、あるいはある事象の要因および周期的な収集の組合せにより、センサ116を起動することができる。いずれ場合にも、検知データが収集されると、ブレード先端/シュラウド隙間56を必要に応じて調節するための入力データとしてそのデータを用いることができる。
例えば、所定の運転条件の設定に対する所望のブレード先端/シュラウド隙間距離56を、検知された実際の隙間の値と比較して、これら隙間の差を決定することができる。その差が、所定の許容できる範囲を超えている場合は、アクチュエータ58を選択的に運転させて、シュラウド52または(1つまたは複数)ロータアッセンブリ30の一方を、これらの残りの一方に対して軸方向に動かし、ブレード先端隙間距離56を許容できる範囲内まで減少させることができる。
別の実施例においては、計器を用いて一連のエンジン試験を行い、エンジンの軸方向および半径方向の隙間特性を確定することができる。収集されたデータにより、アクチュエータの制御アルゴリズムの基準が提供される。
詳細な実施例に関して本発明の図示、説明がなされた。しかし、本発明の精神および範囲を逸脱することなく形態および詳細において種々の変更がなされることが、当業者であれば理解できるであろう。例えば、本発明は、ガスタービンエンジン10の圧縮機内におけるブレード先端隙間を制御する方法および装置について説明してきたが、ガスタービンエンジン10のタービン内におけるブレード先端隙間を制御するためにも、本発明を用いることができる。
Claims (21)
- 軸方向に延びる回転軸の周囲を回転可能であるとともに、ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する1つまたは複数ロータアッセンブリと、
前記1つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに、ブレードシール面を有する1つまたは複数シュラウドセグメントであって、前記ブレード先端部およびブレードシール面が、互いに対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部とブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する1つまたは複数のシュラウドセグメントと、
前記隙間距離を変えるために、前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの一方または両方を、前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの他方に対して、軸方向に動かすように選択的に運転可能であるアクチュエータと、
を備えることを特徴とするガスタービンエンジン圧縮機。 - 前記アクチュエータが、ねじ機構を備え、前記ねじ機構の少なくとも一部が回転すると、前記シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの一方または両方が、前記シュラウドセグメントおよびロータアッセンブリの他方に対して軸方向に移動するように、前記ねじ機構が取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
- 前記ねじ機構が、前記1つまたは複数のシュラウドセグメントに対して固定した状態で配置された部材と、前記1つまたは複数のロータアッセンブリに対して可動に配置された部材との間にねじ噛合を備えることを特徴とする請求項2に記載の圧縮機。
- 前記ねじ機構が、ボールねじアッセンブリを備えることを特徴とする請求項2に記載の圧縮機。
- 前記ボールねじアッセンブリが、回転可能な第1の部材と、前記1つまたは複数のロータアッセンブリに取り付けられた第2の部材と、を備えることを特徴とする請求項4に記載の圧縮機。
- 前記圧縮機が、互いに連結した複数のロータアッセンブリを備え、前記アクチュエータが、前記1つまたは複数のシュラウドセグメントに対して、前記複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能であることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
- 前記圧縮機が、低圧圧縮機および高圧圧縮機を備え、前記アクチュエータが、前記高圧圧縮機内において、1つまたは複数のシュラウドセグメントに対して複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能であることを特徴とする請求項6に記載の圧縮機。
- 前記圧縮機が、低圧圧縮機および高圧圧縮機を備え、前記アクチュエータが、前記低圧圧縮機内において、1つまたは複数のシュラウドセグメントに対して複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能であることを特徴とする請求項6に記載の圧縮機。
- 前記隙間距離を検知する1つまたは複数のセンサをさらに備える請求項1に記載の圧縮機。
- 1つまたは複数のナイフエッジシールをさらに備え、各シールが、ナイフエッジ部および摩耗性パッドを有し、前記摩耗性パッドの各々が、前記ナイフエッジ部と前記摩耗性パッドの相対的な軸方向の異なった位置において異なったシールギャップをもたらす予備成形されたチャネルを備えることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
- ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する1つまたは複数のロータアッセンブリと、
前記1つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに、1つまたは複数のブレードシール面を有するシュラウドであって、前記1つまたは複数のロータアッセンブリの各々における前記ブレード先端部が、前記1つまたは複数のブレードシール面の少なくとも1つと対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びている隙間距離を有するシュラウドと、
前記シュラウドに対して、前記1つまたは複数のロータアッセンブリを軸方向に動かして前記隙間距離を変えるように選択的に運転可能であるアクチュエータと、
を備えるガスタービンエンジン圧縮機。 - 前記アクチュエータが、ねじ機構を備え、前記ねじ機構の少なくとも一部が回転すると、前記シュラウドに対して、前記ロータアッセンブリが軸方向に動くように前記ねじ機構が取り付けられていることを特徴とする請求項11に記載の圧縮機。
- 前記ねじ機構が、前記シュラウドに対して固定した状態で配置された部材と、前記1つまたは複数のロータアッセンブリに対して可動に配置された部材との間にねじ噛合を備えることを特徴とする請求項12に記載の圧縮機。
- 前記ねじ機構が、ボールねじアッセンブリを備えることを特徴とする請求項12に記載の圧縮機。
- 前記ボールねじアッセンブリが、回転可能な第1の部材と、前記1つまたは複数のロータアッセンブリに取り付けられた第2の部材と、を備えることを特徴とする請求項14に記載の圧縮機。
- ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する1つまたは複数のロータアッセンブリと、
前記1つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに、1つまたは複数のブレードシール面を有するシュラウドであって、前記1つまたは複数のロータアッセンブリの各々における前記ブレード先端部が、前記1つまたは複数のブレードシール面の少なくとも1つと対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びている隙間距離を有するシュラウドと、
前記隙間距離を変えるように前記シュラウドに対して前記1つまたは複数のロータアッセンブリを選択的に軸方向に動かす手段と、
を備えるガスタービンエンジン圧縮機。 - ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードを有するロータアッセンブリと、
前記ロータアッセンブリに隣接して配置されたステータアッセンブリと、
前記ロータアッセンブリに取り付けられたナイフエッジ部と、前記ステータアッセンブリに取り付けられた摩耗性パッドと、を有するナイフエッジシールであって、前記摩耗性パッドが、前記ナイフエッジ部と前記摩耗性パッドの相対的な軸方向の異なった位置において異なったシールギャップをもたらすように予備成形されたチャネルを備えるナイフエッジシールと、
前記シールギャップを変えるために、前記ステータアッセンブリに対して前記ロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能なアクチュエータと、
を備えるガスタービン圧縮機。 - ガスタービン圧縮機内におけるブレード先端隙間を制御する方法であって、
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する1つまたは複数のロータアッセンブリを有する圧縮機と、前記ロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともに1つまたは複数のブレードシール面を有するシュラウドと、を提供するステップであって、前記1つまたは複数のロータアッセンブリの各々における前記ブレード先端部が、前記1つまたは複数のブレードシール面の少なくとも1つと対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する1つまたは複数のロータアッセンブリを提供するステップと、
前記シュラウドに対して、前記1つまたは複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能なアクチュエータを提供するステップと、
前記隙間距離を変えるために前記アクチュエータを用いて、前記シュラウドに対して前記1つまたは複数のロータアッセンブリを軸方向に動かすステップと、
を含むブレード先端隙間制御方法。 - 所定の運転条件の設定に対して、前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びる所望の隙間距離を設定するステップと、
前記ブレード先端部と前記ブレードシール面との間に延びる実際の隙間距離を検知するステップと、
差分値を確定するために、前記所望の隙間距離と前記の検知された実際の隙間距離とを比較するステップと、
前記差分値を減少させる方向に前記アクチュエータを用いて前記1つまたは複数のロータアッセンブリを前記シュラウドに対して軸方向に動かすステップと、
をさらに含む請求項18に記載の制御方法。 - ガスタービンエンジン内におけるナイフエッジシールギャップを制御する方法であって、
ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードを有する少なくとも1つのロータアッセンブリと、前記少なくとも1つのロータアッセンブリに隣接して配置されたステータアッセンブリと、を提供するステップと、
前記少なくとも1つのロータアッセンブリに取り付けられたナイフエッジ部と、前記ステータアッセンブリに取り付けられた摩耗性パッドと、を有する少なくとも1つのナイフエッジシールを提供するステップであって、前記摩耗性パッドの各々が、前記ナイフエッジ部と前記摩耗性パッドの異なった相対的な軸方向の位置において異なったシールギャップをもたらすように予備成形されたチャネルを備えるナイフエッジシールを提供するステップと、
前記ステータアッセンブリに対して、前記少なくとも1つのロータアッセンブリを軸方向に動かすように選択的に運転可能なアクチュエータを提供するステップと、
前記シールギャップを変えるために、前記アクチュエータを用いて前記ステータアッセンブリ対して前記少なくとも1つのロータアッセンブリを軸方向に動かすステップと、
を含む制御方法。 - ブレード先端部をそれぞれ備えた複数のブレードをそれぞれ有する1つまたは複数のロータアッセンブリと、
前記1つまたは複数のロータアッセンブリの半径方向外側に配置されるとともにブレードシール面を有する1つまたは複数のシュラウドセグメントであって、前記ブレード先端部およびブレードシール面が、互いに対応する円錐形に沿った幾何学形状を有し、かつ前記ブレード先端部とブレードシール面との間に延びる隙間距離を有する1つまたは複数のシュラウドセグメントと、
前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの一方または両方を、前記シュラウドセグメントおよび前記ロータアッセンブリの他方に対して、軸方向に動かして前記隙間距離を変えるように選択的に運転可能なアクチュエータと、
を備えるガスタービンエンジン。
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