JP2016507695A - 吸引によるアクティブクリアランス制御システム - Google Patents

Abstract

ガスタービンエンジン（１０）のクリアランス制御装置は、互いに反対側にある内表面（４９）及び外表面（５１）を有する環状のタービンケース（４８）と、タービンケース（４８）の一部を囲む環状のマニホールド（Ｍ）とを備える。マニホールド（Ｍ）は、マニホールド（Ｍ）と流体連通する入口ポート（７４）と、タービンケース（４８）の外表面（５１）と、出口ポート（８２）とを備える。クリアランス制御装置は、さらに、出口ポート（８２）に連結された上流端（８６）、低圧シンクに連結された下流端、及び上流端と下流端の間に配置された弁（９２）とを含むバイパス管（８４）を備える。弁（９２）は、上流端と下流端との間の流れを遮断する第１位置と、上流端と下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、概してガスタービンエンジンに関し、より具体的にはそのようなエンジンのタービン部分のロータとシュラウドとの間の半径方向クリアランスをアクティブ制御するための装置及び方法に関するものである。

典型的なガスタービンエンジンは、高圧圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンとを直列流れの関係で有するターボ機械コアを含む。このコアは、主ガス流を発生するように、公知の方式で動作可能である。高圧タービン（「ＨＰＴ」）は、主ガス流からエネルギーを抽出する１以上のロータを含む。各ロータは、回転ディスクにより支持されるブレード又はバケットの環状列を備える。ロータを通る流路は部分的にシュラウドで画定される。シュラウドは、タービンケースによって支持された静止構造体であって、ブレード又はバケットの先端の周囲を囲む。これらの部品は極めて高温の環境で動作する。

ブレード先端クリアランス、特にＨＰＴにおける先端クリアランスは、エンジン全体の性能に重要な要素である。ガスタービンエンジンは、広範囲の運転条件にわたって動作するため、すべてのエンジン運転条件で、ブレード先端と周囲の構造体との間の「摩擦」も回避しつつ最良の効率を維持するために、ブレード先端クリアランスを固定的に設定することは、一般的に可能ではない。タービンケースを選択的に加熱及び／又は冷却することによって、ブレード先端クリアランスをアクティブに制御することが知られている。

しかし、このようなシステムは、一般的に、タービンケースに加熱又は冷却空気を供給するための、複雑で、高価で、マニホールド構造の使用に依存しており、かつ高圧力のブリード空気の抽出、及びマニホールドへの送出を制御するために、複雑な弁及び配管を必要とする。

したがって、最小限の重量と費用で、ガスタービンエンジンにアクティブクリアランス制御を提供する手段が求められている。

米国特許出願公開第２０１１／０７６１３５号明細書

この必要性は、アクティブクリアランス制御マニホールドの下流に配置された弁を使用して流れを制御する、吸引によるアクティブクリアランス制御システムを提供する本発明によって対処される。

本発明の１つの態様によると、ガスタービンエンジンのクリアランス制御装置は、互いに反対側にある内表面及び外表面を有する環状タービンケースと、タービンケースの一部を囲む環状マニホールドであって、マニホールド及びタービンケースの外表面と流体連通する入口ポートと、と出口ポートとを含むマニホールドと、出口ポートに連結された上流端、低圧シンクに連結された下流端、及び上流端と下流端の間に配置された弁を有するバイパス管とを含み、弁が、上流端及び下流端との間の流れを遮断する第１位置と、上流端と下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である。

本発明の別の態様によれば、マニホールドは、複数の出口ポートを含み、複数のバイパス管が、マニホールドの周囲に配置され、バイパス管の各々が、出口ポートの１つに連結されている上流端と、低圧シンクに連結されている下流端と、上流端と下流端の間に配置された弁とを有し、弁が、上流端と下流端との間の流れを遮断する第１位置と、上流端と下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である。

本発明の別の態様によれば、アクチュエータは、弁に連結されている。

本発明の別の態様によれば、中心軸を有するガスタービンエンジン用のクリアランス制御装置は、環状のタービンケースから半径方向外側に突出した前方リング及び後方リングであって、少なくとも一方に、前方リング又は後方リングを通過する入口ポートが設けられている、前方リング及び後方リングを有する環状のタービンケースと、出口ポートが形成された環状のカバーであって、タービンケース、前方リング、後方リング、及びカバーが、集合的にマニホールドを画定するように、カバーの内表面が、前方リング及び後方リングの半径方向外表面に接触した状態で、タービンケースの周囲を囲むカバーと、出口ポートに連結された上流端、低圧シンクに連結された下流端、及び上流端と下流端の間に配置された弁を有するバイパス管とを含み、弁が、上流端と下流端との間の流れを遮断する第１位置と、上流端と下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である。

カバーが、出口ポートを含む前方リング及び後方リングを囲む後方部と、軸方向に延びる、互いに離間した複数のフィンガの環状列を含む前方部とを含む。

本発明の別の態様によれば、フィンガの各々が、その遠位端に配置されたフランジを有し、タービンケースが、前方リングの軸方向前方に配置された、半径方向に延びる前方取付フランジを含み、フィンガのフランジが、機械的な接合部で、タービンケースの前方取付フランジに連結されている。

本発明の別の態様によれば、前方リング及び後方リングの各々には、マニホールドと連通している孔の環状列が形成されている。

本発明の別の態様によれば、前方リング及び後方リングの孔が、中心軸に対して非直角、非平行の角度で配置されている。

本発明の別の態様によれば、シュラウドが、タービンケースの内側に配置され、中心軸の回りを回転可能であるタービンブレードの列を囲む。

本発明の別の態様によれば、方法は、タービンロータを囲む環状のタービンケースであって、エンジン運転時に、比較的低温のバイパス空気の一定の流れに露出される外表面、及びエンジン運転時に、比較的高温の空気に露出される、外表面と反対側にある内表面を有するタービンケースと、タービンケースの外表面の一部を囲み、外表面と連通している入口ポートを含む環状のマニホールドとを有するタイプのガスタービンエンジンにおけるタービンクリアランスを制御するために提供される。この方法は、バイパス管の上流端を、流体連通状態でマニホールドと連結することと、バイパス管の下流端を、流体連通状態で低圧シンクと連結することと、タービンケースの冷却が望まれる場合に、所望量のバイパス空気がマニホールドを通って流れることを許容するために、上流端と下流端の間に配置された弁を用いて、エンジン動作中に弁を位置決めすることとを含む。

本発明の別の態様によれば、第１エンジン運転状態では、バイパス空気がマニホールドを通って流れることができないように、第１位置に弁が位置決めされており、第２エンジン運転状態では、バイパス空気がマニホールドを通って流れ、それによってタービンケースを冷却するように、第２位置に弁が位置決めされている。

本発明の別の態様によれば、マニホールドが、複数の出口ポートを含み、複数のバイパス管が、マニホールドの周囲に配置され、バイパス管の各々が、出口ポートの１つに連結されている上流端と、低圧シンクに連結されている下流端と、上流端と下流端の間に配置された弁であって、上流端と、下流端との間の流れを選択的に遮断、又は許容するように動作可能な弁とを含み、方法は、タービンケースの冷却が望まれる場合に、所望量のバイパス空気がマニホールドを通って流れることを許容するために、エンジン動作中に、弁の各々を位置決めすることをさらに含む。

本発明は、添付の図面と共に以下の説明を参照することにより、最もよく理解することができる。

本発明の一態様にしたがって構成されたアクティブクリアランス制御装置が組み込まれたガスタービンエンジンの概略的な一部断面図である。 図１のエンジンのタービン部分の一部断面図である。 タービンケースの一部の平面図であり、一対のリングの孔の第１構成を示す。 タービンケースの一部の平面図であり、一対のリングの孔の第２構成を示す。 タービンケースの一部の平面図であり、一対のリングの孔の第３構成を示す。 図２に示すカバーの正面図である。 図６のカバーの側面図である。

本発明は、概して、アクティブクリアランス制御マニホールドの下流に配置された弁を使用して流れを制御する、吸引によるアクティブクリアランス制御システムを提供する。

ここで、同様の参照符号が様々な図を通して同様の要素を示している図面を参照すると、図１は、中心軸「Ａ」を有するガスタービンエンジン１０であって、他の構造物のうち、ファン１２と、低圧圧縮機、すなわち「ブースタ」１４と、高圧圧縮機（「ＨＰＣ」）１６と、燃焼器１８と、高圧タービン（「ＨＰＴ」）２０と、低圧タービン（「ＬＰＴ」）２２とを含むガスタービンエンジン１０を概略的に示している。集合的に、ＨＰＣ１６、燃焼器１８、及びＨＰＴ２０が、エンジン１０の「コア」を構成している。ＨＰＣ１６は、圧縮空気を供給する。この圧縮空気は、燃焼をサポートするために主に燃焼器１８内に移動し、一部は燃焼器１８の周りに移動する。燃焼器１８の周りでは、圧縮空気は、燃焼器ライナと、さらに下流のターボ機械の両方を冷却するために使用される。燃料は、燃焼器１８の前方端に導入され、従来の方式で空気と混合される。得られた燃料−空気混合気は、点火されて、高温燃焼ガスを発生する。高温燃焼ガスは、ＨＰＴ２０に排出される。ＨＰＴ２０では、エネルギーを取り出せるように、高温燃焼ガスが膨張させられる。ＨＰＴ２０は、アウターシャフト２４を介して高圧圧縮機１６を駆動する。ＨＰＴ２０から流出するガスは、低圧タービン２２に排出され、そこでさらに膨張され、エネルギーが抽出されて、インナーシャフト２６を介してブースタ１４及びファン１２を駆動する。ファン１２から流失した空気の一部は、コアを迂回し、バイパスダクト２８を通って流れ、排気ノズル３２を通って流出する前に、ミキサ３０において、コアから流出した排気ガスと再び合流する。

図示の例では、エンジンはターボファンエンジンである。しかし、本明細書に記載した原理は、ターボプロップ、ターボジェットエンジン、及びその他の乗物や固定用途において使用されるタービンエンジンに対しても同様に適用可能である。

図２を参照すると、ＨＰＴ２０は、環状の外側バンド３８の周囲を囲み、円周方向に間隔を置いて配置された複数の固定タービン翼３６を有するノズル３４を含む。外側バンド３８は、タービンノズル３４を通るガス流の、外側の半径方向境界を画定している。外側バンド３８は、連続する環状要素であってもよいし、分割されていてもよい。固定タービン翼３６は、下流のロータに対して燃焼ガスを最適に向けるように構成されている。

ノズル３４の下流では、ロータが、中心軸Ａを中心に回転し、翼形状のタービンブレード４０の列を支持するディスク（図２には図示せず）を含む。複数の、アーチ形のシュラウドセグメント４２を備えるシュラウドは、タービンブレード４０を密接に包囲し、それによって、ロータを通って流れる高温ガスストリームのための、外側の半径方向流路境界を画定している。

図示の例では、各々のシュラウドセグメント４２は、互いに反対側にある内壁及び外壁と、前壁及び後壁によって画定された中空断面形状を有している。

シュラウドセグメント４２は、既知のタイプのセラミックマトリクス基複合（ＣＭＣ）材料から構成することができる。一般的に、市販のＣＭＣ材料は、例えばＳｉＣであるセラミックタイプ繊維を含み、その形状は、窒化ホウ素（ＢＮ）等の適合材料で覆われている。繊維がセラミックタイプのマトリクス内に保持され、その１つの形態が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。通常、ＣＭＣタイプの材料は、約１％以下の室温引張延性を有し、本明細書では、引張延性が低い材料を規定し、意味するために用いる。一般的に、ＣＭＣタイプの材料は、約０．４〜約０．７％の範囲の室温引張延性を有する。これは、例えば約５〜約１５％の範囲のうち、少なくとも約５％の室温引張延性を有する金属と、比較される。シュラウドセグメント４２も、他の、低延性である高温使用可能材料から構成することができる。

シュラウドセグメント４２は、互いに反対側にある両端面４４（一般的に「スラッシュ」面とも呼ばれる）を含む。端面４４の各々は、「半径方向平面」とも呼ばれる、エンジンの中心軸Ａに平行な平面内にある。この平面が、このような半径方向平面に対して鋭角になるように、端面４４を向けることもできる。環状リングを形成するように組み立てられ、かつ取り付けられると、端部ギャップは、隣接するシュラウドセグメント４２同士の端面４４間に存在する。したがって、シール４６の列が端面４４に設けられていてもよい。同様のシールは、一般に、「スプラインシール」として知られており、端面４４のスロットに挿入される金属又は他の適切な材料の、薄く、細長い形態をとる。スプラインシール４６はギャップにわたる。

シュラウドセグメント４２が、固定エンジン構造物に取り付けられている。本実施形態では、固定構造体は、ＨＰＴケース４８内にある。ＨＰＴケース４８は、概略的に、中心軸Ａを中心とする回転体である。ＨＰＴケース４８は、互いに反対側にある内表面４９及び外表面５１を有しており、これらはそれぞれＨＰＴケース４８の内部空間及び外部空間に面している。ハンガー５０、すなわち荷重スプレッダが、各シュラウドセグメント４２内に配置されていてもよい。図示のボルト等の締結具５２が、ハンガー５０と係合し、シュラウドセグメント４２の取付孔を通って、シュラウドセグメント４２を径方向にクランプする、すなわち位置づける。

タービンケース４８は、フランジ５４を含む。フランジ５４は、半径方向内側に突出し、ベアリング表面を画定し、ベアリング表面と軸方向に対向する。この表面は、シュラウドセグメント４２の後方移動に対する剛性ストッパとして作用する。

ノズル支持体５６が、シュラウドセグメント４２の軸方向前方に配置されている。ノズル支持体５６は、概して円錐体５８を有している。環状の前方フランジ６０は、円錐体５８の前方端から半径方向外側に延びている。前方フランジ６０は、ボルト接合部６２（又はその他のタイプの機械的接合部）で、本発明の主題ではない、他の固定エンジン構造体に組み付けられる。環状の後部フランジ６４が、円錐体５８の後端に配置されている。

ばね要素６６が、ノズル支持体５６とシュラウドセグメント４２との間に配置されている。組み立てられると、ばね要素６６は、シュラウドセグメント４２に軸方向後方の負荷をかけ、タービンケース４８のフランジ５４に押し付ける。

ＨＰＴケース４８の前方端は、半径方向に延びる前方取付フランジ６８を含む。前方取付フランジ６８は、ボルト接合部６２で組み付けられる。環状で、板状の前方リング７０及び後方リング７２は、ＨＰＴケース４８から半径方向外側に延びている。前方リング７０と後方リング７２との間の軸方向間隔は、シュラウドセグメント４２の軸方向長さとほぼ等しい。

本発明は、弾性的に取り付けられた、ボックスタイプのシュラウドを有するＨＰＴに適用されるように説明されているが、本明細書で説明する原理は、任意のタイプのＨＰＴシュラウド構造に適用可能であることに留意されたい。

前方リング７０及び後方リング７２の一方又は両方には、環状の列に配置された複数の孔７４が形成されている。孔７４はエンジン１０の中心軸Ａと平行に延びてもよいし、あるいは、半径方向又は接線方向のいずれかの方向、又はその両方に傾斜させてもよい。孔７４に関して、本明細書で使用される場合、用語「傾斜」は、半径方向平面又は接平面のいずれか一方又は両方で観察した場合に、孔７４の長手方向の軸が、中心軸Ａに対して鋭角に配置されていることを示している。これは、また、孔７４が、少なくとも一方の面において、中心軸Ａに対して平行でなく、非直角の角度に向けられていると説明することもできる。図２では、孔７４は、径方向に角度を付けて示されている。図３において、前方リング７０の孔７４は、接線方向に傾斜しており、後方リング７２内の孔７４は、接線方向ではあるが、（流れの方向に対して）逆方向に傾斜している。図４において、前方リング７０の孔７４は、接線方向に傾斜しており、後方リング７２内の孔７４は、接線方向であり、同じ方向に傾斜している。図５では、孔７４は、中心軸Ａに平行に示されている。孔７４の大きさ、間隔、角度、及び位置、ならびに、前方リング７０及び後方７２の形状、寸法、及び位置は、特定の用途に適合するように、必要に応じて前方リング７０、及び後方リング７２の熱的性能を調整するために選択することができる。孔７４が存在することにより、空気流が導かれることに加えて、ＨＰＴケース４８から前方リング７０及び後方リング７２への熱伝導を低減することができる。

図２を再び参照すると、環状のカバー７６が、前方リング７０と後方リング７２とを取り囲んでいる。カバー７６は、前方部分及び後方部分を含む。図６及び図７に最もよく示されるように、前方部は、軸方向に延びる、離間したフィンガ７８の環状の列を備え、各フィンガ７８は、その遠位端にフランジ８０を有している。後方部は円筒形であり、１以上の出口ポート８２が形成されている。図示された例では、カバー７６の周辺部の周りに等間隔で配置された３つの出口ポート８２が設けられている。後方部が、前方リング７０及び後方リング７２に接し、かつ取り囲むように、フランジ８０は、ボルト接合部６２（図２）でクランプされ、カバー７６を位置決めする。集合的に、カバー７６、前方リング７０、後方リング７２、及びＨＰＴケース４８の部分は、前方リング７０と後方リング７２との間に位置し、環状マニホールド「Ｍ」を画定している。前方リング７０及び後方リング７２と、カバー７６との間の線接触が、本発明の目的のために十分な封止を提供するので、従来のマニホールド構造とは非常に対照的に、形成された、溶接された、又はろう付けされた接合部などの確実な取り付け部が、カバー７６と、前方リング７０及び後方リング７２との間に必要とされない。マニホールドは、空気流を受け入れるために、少なくとも１つの入口ポートを含む。

エンジン１０には、１以上の中空のバイパス管８４が設けられている。各バイパス管８４は、カバー７６に連結された上流端８６を有している。より具体的には、バイパス管８４の孔は、カバー７６の出口ポート８２と連通している。１つのバイパス管８４が、各出口ポート８２に設けられている。任意選択的に、バイパス管８４は、例えば溶接、もしくはろう付けされた接合部、又は機械的な接続部を利用して、カバー７６に確実に連結され、かつ／又は、カバー７６に対して封止される。

各バイパス管８４は、圧力「シンク」、すなわち領域よりも低い静圧の領域と連通する下流端８８を有する。図示の例では、各バイパス管８４の下流端８８は、タービン後部フレーム９０と連通している（図１参照）。

各バイパス管８４は、上流端８６と下流端８８との間に、公知のタイプの弁９２を備えている。弁９２は、上流端８６と下流端８８との間の流れを阻止する閉位置と、上流端８６と下流端８８との間の流れを許容する開放位置との間で移動可能である。任意選択的に、弁９２は、流れを調整するために、すなわち、流量無しと、最大流量との間で変化する一定の流用を許容するために、中間位置に配置できるタイプであってもよい。弁９２は、電気式、油圧式、又は空気圧式アクチュエータ（アクチュエータ９４が概略的に示されている）等の公知の手段により動作可能であってもよい。

エンジン運転中に、タービンブレード４０とシュラウドセグメント４２との先端クリアランスは、（１）ロータの弾性成長、（２）ケーシングの圧力成長、（３）ブレードの熱膨張、（４）ケーシングの熱膨張、（５）ロータの熱膨張を含む、複数の要素の影響を受ける。これらの影響の順序や大きさが、全体として任意の特定の時点における実際のクリアランスを画定する。

低速状態からのエンジン加速中、先端クリアランスが収縮して、最小クリアランスに導かれ、その後、先端クリアランスは時間の経過と共に増加する。このような最小値は「ピンチポイント」と呼ばれ、エンジン１０内に製造することができる最小間隔を制限するものである。その結果、ピンチポイント以外の条件におけるクリアランスは、必要以上に開いている。したがって、この必要以上に大きなクリアランスを小さくするため、マニホールドＭを通して比較的低温のバイパス空気を流すことにより、タービンケース４８の直径を制御するために、アクティブクリアランス制御を採用してもよい。

エンジンの運転中は、常に、カバー７６を取り囲む領域は、第１圧力「Ｐ１」のファンバイパス流に露出されている（これは、タービンケース４８が、バイパスダクト２８に露出しているからである）。マニホールドＭの上流側に、特殊な弁、配管等を使用しない場合でも同じである。カバー７６の開口と、前方リング７０及び後方リング７２の孔７４が、この圧力をマニホールドＭに伝達し、閉じた弁９２の上流側にあるバイパス管８４のボアに伝達する。弁９２が閉じているとき、この領域で空気が滞留し、バイパス管８４を通って流れない。ブレード摩擦を回避することが、最も優先順位が高い場合、弁９２は、エンジン加速時には通常閉じる。

バイパス管８４の下流端８８は、圧力「シンク」、すなわち、Ｐ１よりも小さい静圧「Ｐ２」を有する領域、すなわち、Ｐ１＞Ｐ２が支配的である領域、と連通している。弁９２が開いているときは、この差圧が、空気流を、順に、バイパス流路から、複数のフィンガ７８間（及び後方リング７２の後方端の周り）のカバー７６の開口部を通って、前方リング７０及び後方リング７２の孔７４を通って、マニホールドＭに流す。マニホールドＭでは、空気流がＨＰＴケース４８の外周面を摺擦する。差圧は、その後、空気流を、出口ポート８２を通って、バイパス管８４を通って、最終的に下流端８８から圧力シンク（例えばタービン後部フレーム９０）に流す。この流れは、機外へと放出されてもよいし、エンジン１０の排気流路と再度合流してもよい。弁９２は、通常、先端クリアランスを最小にするために、定常運転状態時に開かれる。弁９２が、マニホールドＭの下流側に配置される場合、このタイプの制御は、「吸引による」アクティブクリアランス制御と呼ぶことができる。

マニホールドＭを通る流れを制御するためのクリアランス弁９２の動作、及び、クリアランスは、公知の装置及び方法を用いて行うことができる。例えば、エンジン１０には、１以上の温度センサ及び／又はクリアランス測定センサ（不図示）を設けてもよい。このようなセンサからの入力は、エンジン動作の各段階において、弁９２を閉じるべきか、部分的に開くべきか、完全に開くべきかを判断するための公知のアルゴリズムを用いる電子制御装置に供給されてもよい。

本明細書で説明されるアクティブクリアランス制御装置及び方法は、従来技術のシステムに対していくつかの利点を有する。ファンバイパス空気を冷却流体として使用する。このバイパス流は、使用する地点の上流に、複雑で高価な弁及び配管を必要とせずに使用可能である。さらに、マニホールド構造は、アクティブクリアランス制御のために、別個に製造されたマニホールドを使用する従来技術のシステムよりはるかに単純である。

以上、ガスタービンエンジンのクリアランス制御構造及び方法を説明した。開示されたような、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約、及び図面を含む）に記載されたすべての特徴及び／又は任意の方法又はプロセスのすべてのステップは、任意の組み合わせで組み合わせることができるが、そのような特徴及び／又はステップの少なくとも一部が、相互に相容れないような組み合わせは除く。

本明細書（特許請求の範囲、要約、及び図面を含む）に開示された各特徴は、別段の表示が無い限り、同じ、同等、又は同様の目的にかなう、代替の部材に置き換えてもよい。したがって、別段の表示が無い限り、開示されている各特徴は、同等の、又は同様の一般的な、一連の、特徴のうち、単なる１例である。

本発明は、上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明は、本明細書（特許請求の範囲、要約、図面を含む）に開示された特徴の、任意の新規の１つ、もしくは任意の新規の組み合わせ、又は開示されている方法もしくはプロセスのステップの、任意の新規の１つ、もしくは任意の新規の組み合わせにわたる。

１０ ガスタービンエンジン
１２ ファン
１４ ブースタ
１６ 高圧圧縮機
１８ 燃焼器
２２ 低圧タービン
２４ アウターシャフト
２６ インナーシャフト
２８ バイパスダクト
３０ ミキサ
３２ 排気ノズル
３４ ノズル
３６ 固定タービン翼
３８ 外側バンド
４０ タービンブレード
４２ シュラウドセグメント
４４ 端面
４６ シール
４８ タービンケース
４９ 内表面
５０ ハンガー
５１ 外表面
５２ 締結具
５４ フランジ
５６ ノズル支持体
５８ 円錐体
６０ 前方フランジ
６２ ボルト接合部
６４ 後部フランジ
６６ ばね要素
６８ 前方取付フランジ
７０ 前方リング
７２ 後方リング
７４ 孔
７６ カバー
７８ フィンガ
８０ フランジ
８２ 出口ポート
８４ バイパス管
８６ 上流端
８８ 下流端
９０ タービン後部フレーム
９２ 弁
９４ アクチュエータ
Ａ 中心軸
Ｍ マニホールド

Claims (16)

1. 互いに反対側にある内表面（４９）及び外表面（５１）を有する環状のタービンケース（４８）と、
   前記タービンケース（４８）の一部を囲む環状のマニホールド（Ｍ）であって、
   前記マニホールド（Ｍ）及び前記タービンケース（４８）の外表面と流体連通する入口ポート（７４）と、
   出口ポート（８２）とを含むマニホールド（Ｍ）と、
   前記出口ポート（８２）に連結された上流端（８６）、低圧シンクに連結された下流端（８８）、及び前記上流端と前記下流端の間に配置された弁（９２）を有するバイパス管（８４）とを備える、ガスタービンエンジン（１０）のクリアランス制御装置であって、前記弁（９２）が、前記上流端と前記下流端との間の流れを遮断する第１位置と、前記上流端と前記下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である、クリアランス制御装置。
2. 前記マニホールド（Ｍ）が、複数の前記出口ポート（８２）を含み、
   複数の前記バイパス管（８４）が、前記マニホールド（Ｍ）の周囲に配置され、前記バイパス管（８４）の各々が、
   前記出口ポート（８２）の１つに連結されている前記上流端（８６）と、
   低圧シンクに連結されている前記下流端（８８）と、
   前記上流端と前記下流端の間に配置された弁（９２）とを有し、前記弁（９２）が、前記上流端と前記下流端との間の流れを遮断する第１位置と、前記上流端と前記下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である、請求項１に記載のクリアランス制御装置。
3. アクチュエータ（９４）が、前記弁（９２）に連結されている、請求項１に記載のクリアランス制御装置。
4. 中心軸（Ａ）を有するガスタービンエンジン（１０）のクリアランス制御装置であって、
   環状のタービンケース（４８）であって、前記タービンケース（４８）から半径方向外側に突出した前方リング（７０）及び後方リング（７２）であって、少なくとも一方に、前記前方リング（７０）又は前記後方リング（７２）を通過する入口ポート（７４）が設けられている、前方リング（７０）及び後方リング（７２）を有する環状のタービンケース（４８）と、
   出口ポート（８２）が形成された環状のカバー（７６）であって、前記タービンケース（４８）、前記前方リング（７０）、前記後方リング（７２）、及び前記カバー（７６）が、集合的にマニホールド（Ｍ）を画定するように、前記カバー（７６）の内表面が、前記前方リング（７０）及び前記後方リング（７２）の半径方向外表面に接触した状態で、前記タービンケース（４８）の周囲を囲むカバー（７６）と、
   前記出口ポート（８２）に連結された上流端（８６）、低圧シンクに連結された下流端、及び前記上流端と前記下流端の間に配置された弁（９２）を有するバイパス管（８４）とを備え、前記弁（９２）が、前記上流端と前記下流端との間の流れを遮断する第１位置と、前記上流端と前記下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である、クリアランス制御装置。
5. 前記カバー（７６）が、
   前記出口ポート（８２）を含む前記前方リング（７０）及び前記後方リング（７２）を囲む後方部と、
   軸方向に延びる、互いに離間した複数のフィンガ（７８）の環状列を含む前方部とを含む、請求項４に記載のクリアランス制御装置。
6. 前記フィンガ（７８）の各々が、その遠位端に配置されたフランジ（８０）を有し、
   前記タービンケース（４８）が、前記前方リング（７０）の軸方向前方に配置された、半径方向に延びる前方取付フランジ（６８）を含み、
   前記フィンガ（７８）の前記フランジ（８０）が、機械的な接合部（６２）で、前記タービンケース（４８）の前記前方取付フランジ（６８）に連結されている、請求項５に記載のクリアランス制御装置。
7. 前記前方リング（７０）及び前記後方リング（７２）の各々には、マニホールド（Ｍ）と連通している孔（７４）の環状列が形成されている、請求項６に記載のクリアランス制御装置。
8. 前記前方リング（７０）及び前記後方リング（７２）の前記孔（７４）が、前記中心軸（Ａ）に対して非直角、非平行の角度で配置されている、請求項７に記載のクリアランス制御装置。
9. 前記マニホールド（Ｍ）が、複数の前記出口ポート（８２）を含み、
   複数の前記バイパス管（８４）が、前記マニホールド（Ｍ）の周囲に配置され、前記バイパス管（８４）の各々が、
   前記出口ポート（８２）の１つに連結されている前記上流端（８６）と、
   前記低圧シンクに連結された前記下流端（８８）と、
   前記上流端と前記下流端の間に配置された弁（９２）とを有し、前記弁（９２）が、前記上流端と前記下流端との間の流れを遮断する第１位置と、前記上流端と前記下流端との間の流れを許容する第２位置との間で選択的に移動可能である、請求項１に記載のクリアランス制御装置。
10. アクチュエータ（９４）が、前記弁（９２）に結合されている、請求項４に記載のクリアランス制御装置。
11. 前記タービンケース（４８）の内側に配置され、前記中心軸（Ａ）の回りを回転可能であるタービンブレード（４０）の列を囲むシュラウド（４２）を有する、請求項４に記載のクリアランス制御装置。
12. タービンロータを囲む環状のタービンケース（４８）であって、エンジン運転時に、比較的低温のバイパス空気の一定の流れに露出される外表面（５１）、及びエンジン運転時に、比較的高温の空気に露出される、前記外表面（５１）と反対側にある内表面（４９）を有するタービンケース（４８）と、
    前記タービンケース（４８）の前記外表面（５１）の一部を囲み、前記外表面（５１）と連通している入口ポート（７４）を含む環状のマニホールド（Ｍ）とを有するタイプのガスタービンエンジン（１０）におけるタービンクリアランスを制御する方法であって、
    バイパス管（８４）の上流端（８６）を、流体連通状態で前記マニホールド（Ｍ）と連結することと、
    前記バイパス管（８４）の下流端（８８）を、流体連通状態で低圧シンクと連結することと、
    前記タービンケース（４８）の冷却が望まれる場合に、所望量のバイパス空気が前記マニホールド（Ｍ）を通って流れることを許容するために、前記上流端と前記下流端の間に配置された弁（９２）を用いて、エンジン動作中に前記弁（９２）を位置決めすることとを含む、方法。
13. 第１エンジン運転状態では、バイパス空気が前記マニホールド（Ｍ）を通って流れることができないように、第１位置に前記弁（９２）を位置決めすることと、
    第２エンジン運転状態では、バイパス空気が前記マニホールド（Ｍ）を通って流れ、それによってタービンケースを冷却するように、第２位置に前記弁（９２）を位置決めする（４８）こととをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記弁（９２）が、前記弁（９２）に連結されたアクチュエータ（９４）により操作される、請求項１２に記載の方法。
15. 前記タービンケース（４８）が、前記タービンケース（４８）から半径方向外側に突出した前方リング（７０）及び後方リング（７２）であって、少なくとも一方に、前記前方リング（７０）又は前記後方リング（７２）を通過する入口ポート（７４）が設けられている、前方リング（７０）及び後方リング（７２）と、
    出口ポート（８２）が形成された環状のカバー（７６）であって、前記タービンケース（４８）、前記前方リング（７０）、前記後方リング（７２）、及び前記カバー（７６）が、集合的に前記マニホールド（Ｍ）を画定するように、前記カバー（７６）の内表面が、前記前方リング（７０）及び前記後方リング（７２）の半径方向外表面に接触した状態で、前記タービンケース（４８）の周囲を囲むカバー（７６）とを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記マニホールド（Ｍ）が、複数の前記出口ポート（８２）を含み、
    複数の前記バイパス管（８４）が、前記マニホールド（Ｍ）の周囲に配置され、前記バイパス管（８４）の各々が、
    前記出口ポート（８２）の１つに連結されている前記上流端（８６）と、
    前記低圧シンクに連結されている前記下流端（８８）と、
    前記上流端と前記下流端の間に配置された弁（９２）であって、前記上流端と、前記下流端との間の流れを選択的に遮断、又は許容するように動作可能な弁（９２）とを含み、
    前記タービンケース（４８）の冷却が望まれる場合に、所望量のバイパス空気が前記マニホールド（Ｍ）を通って流れることを許容するために、エンジン動作中に、前記弁（９２）の各々を位置決めすることをさらに含む、方法。