JP2017036730A

JP2017036730A - タービンシュラウドを支持するためのシステム及び方法

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Publication number: JP2017036730A
Application number: JP2016151635A
Authority: JP
Inventors: ジェイソン・デイヴィッド・シャピーロ; Jason David Shapiro
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2017-02-16
Also published as: CA2938202A1; CN106437883B; CN106437883A; US10132186B2; US20170044922A1; EP3130761A1

Abstract

【課題】ピストンアセンブリに固定的に連結されるタービンシュラウドを支持するための方法を提供する。【解決手段】第１のピストンスリーブ１１８と、第１のピストンスリーブ１１８内に配置された第１のピストンヘッド１２０と第１のピストンヘッド１２０に連結された第２のピストンヘッド１２２を有するピストンアセンブリ１１０とを部分的に画成するシュラウド支持体１０２を含み、第１のピストンヘッド１２０は第１のピストンスリーブ１１８の内面１１４、１１６に摺動可能に係合し、第２のピストンヘッド１２２は第２のピストンスリーブの内面１２６に摺動可能に係合し、ピストンアセンブリ１１０に固定的に連結され半径方向内向きに延びるタービンシュラウド１０４を含む。ピストンアセンブリ１１０はタービンシュラウド１０４の高温側表面に加えられる半径方向力の変化に応じてタービンシュラウド１０４を半径方向内向き及び半径方向外向きに移動させる。【選択図】図２

Description

本主題は、一般的にガスタービンエンジンに関する。より具体的には、本主題は、ガスタービンエンジンのタービンシュラウドを支持するためのシステム及び方法に関する。

ガスタービンエンジンは、一般的に、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション及び排気セクションを、直列の順番で含む。動作中、空気は圧縮機セクションの吸気口に入り、そこでは１つ以上の軸流圧縮機が、空気が燃焼セクションに達するまで空気を漸次加圧する。燃料は、圧縮空気と混合され、燃焼セクション内で燃焼され、これにより燃焼ガスが供給される。燃焼ガスは燃焼セクションから、タービンセクション内に画成された高温ガス経路を介して送られた後、排気セクションを介してタービンセクションから排出される。

特定の構成では、タービンセクションは、高圧（ＨＰ）タービン及び低圧（ＬＰ）タービンを、直列の順番で含む。ＨＰタービン及びＬＰタービンはそれぞれ、タービン動翼及びロータディスクの列等の各種回転可能なタービンセクション品と、静翼又はノズルの列及びタービンシュラウド等の各種固定タービンセクション品とを含む。回転可能なタービンセクション品及び固定タービンセクション品は、タービンセクションを通過する高温ガス経路を少なくとも部分的に画成する。

各タービンシュラウドは、タービン動翼の対応する列の周囲にリングを形成、すなわち列に外接する。半径方向間隙は、タービン動翼の列の翼端及び各タービンシュラウドの高温側表面の間で画成される。間隙は、一般的に、高温側表面に対するブレード先端の摩擦を回避するために寸法付けられる一方で、間隙を通り高温ガス経路を流れる燃焼ガスの漏洩を減少或いは防止するので、ガスタービンエンジンの全体的な効率を改善することができる。

ブレード先端とタービンシュラウドとの摩擦は、様々な要因によって生じる可能性がある。例えば、摩擦は、高温ガス経路を通って流れる燃焼ガスの圧力パルス及び／又はガスタービンエンジンの起動又は動作モード間の遷移中における、タービンセクション内の熱過渡により生じる可能性がある。ブレード衝突は、タービン動翼の機械的寿命に影響を及ぼし、及び／又は半径方向間隙を通る燃焼ガスの望ましくない漏洩を生じる可能性がある。

従来、タービンシュラウドは、ガスタービンエンジンのタービンの静的構造又は部分に堅固に取り付けられ、動作中は定位置に半径方向に固定されている。その結果、タービン動翼が高温側表面に衝突又は摩擦する場合、タービンシュラウドは半径方向に移動しないので、タービン動翼の曲げ及び／又はタービンシュラウドへの損傷が発生する可能性がある。したがって、ブレードの摩擦又は衝突の発生中において、タービンシュラウドが半径方向に移動することを可能にし、それによりタービン動翼及び／又はタービンシュラウドの少なくとも一方に対する損傷を予防又は低減するタービンシュラウドを取り付ける又は支持するためのシステムが、当技術において望まれるであろう。

米国特許出願公開第２０１４／０２０２１６８

本発明の態様及び利点は、以下に一部記述され、又は記述から明らかになり、又は本発明の実施を通して学習することができる。

一態様において、本主題は、タービンシュラウドを支持するためのシステムを対象とする。システムは、第１のピストンスリーブと、第１のピストンスリーブ内に配置された第１のピストンヘッド及び第１のピストンヘッドに連結された第２のピストンヘッドを有するピストンアセンブリとを、少なくとも部分的に画成するシュラウド支持体を含む。第１のピストンヘッドは、第１のピストンスリーブの内面に摺動可能に係合している。第２のピストンヘッドは、第２のピストンスリーブの内面に摺動可能に係合している。システムはさらに、ピストンアセンブリに固定的に連結され、シュラウド支持体から半径方向内向きに延びるタービンシュラウドを含む。ピストンアセンブリは、タービンシュラウドの高温側表面に加えられる半径方向力の変化に応じて、タービンシュラウドを半径方向内向き及び半径方向外向きに移動させる。

本主題の別の態様は、タービンシュラウドを支持するためのシステムを対象とする。システムは、シュラウド支持体及びピストンアセンブリを含む。ピストンアセンブリは、シュラウド支持体の内面に固定的に連結されている第１のピストンヘッドと、第１のピストンヘッドに連結されている第２のピストンヘッドとを含む。第２のピストンヘッドは、外部ケーシングを通って延びるピストンスリーブの内面と摺動可能に係合している。システムはさらに、ピストンアセンブリに固定的に連結され、シュラウド支持体から半径方向内向きに延びるタービンシュラウドを含む。ピストンアセンブリは、タービンシュラウドの高温側表面に加えられる半径方向力の変化に応じて、タービンシュラウドを移動させる。

本開示の一実施形態は、ピストンアセンブリに固定的に連結されるタービンシュラウドを支持するための方法を提供するものであり、ピストンアセンブリは、タービンシュラウドに連結され、かつ第１の圧力チャンバに配置された第１のピストンヘッドと、第１のピストンヘッドに結合され、かつ第１の圧力チャンバ及び第２の圧力チャンバの間に配置された第２のピストンヘッドとを含み、タービンシュラウドの高温側が、タービンの高温ガス経路に向けられる。方法は、第１の圧力媒体を第１の圧力チャンバに加圧し、これにより第１のピストンヘッドの裏面に第１の半径方向力を提供することと、第２の圧力媒体を第２の圧力チャンバに加圧して、これにより第２のピストンヘッドに第２の半径方向力を提供することを含む。第１の半径方向力及び第２の半径方向力の和が、タービンシュラウドの高温側表面に加えられる半径方向外向きの力とほぼ等しい場合、タービンシュラウドはピストンアセンブリによって第１の位置に保持される。第１の半径方向力及び第２の半径方向力の和が、タービンシュラウドの高温側表面に加えられる半径方向外向きの力より小さい場合、タービンシュラウドは第２の位置に移動する。

本発明のこれらの、並びに他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付の図面を参照すれば、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の完全かつ実現可能な開示は、当業者にとってその最良の態様を含み、添付の図面を参照して、本明細書に記載される。

本主題の様々な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略的な断面図である。図１に示すガスタービンエンジンの高圧（ＨＰ）タービンセクションの、本発明の一実施形態による拡大断面側面図である。本発明の様々な実施形態によるピストンアセンブリを含む、タービンシュラウドアセンブリの拡大図である。本発明の様々な実施形態によるピストンアセンブリを含む、タービンシュラウドアセンブリの拡大図である。本発明の様々な実施形態によるピストンアセンブリを含む、タービンシュラウドアセンブリの拡大図である。タービンシュラウドを支持するための方法のフロー図である。

本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つ又は複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字及び文字の符号を用いる。図面及び説明の同様の又は類似の符号は、本発明の同様の又は類似の部材を指すために用いている。本明細書において、用語は、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を示すことを意図しない。「上流」及び「下流」という用語は、流路における流体の流れについての相対的方向を示す。例えば、「上流」は流体が流れて来る方向を示し、「下流」は流体が流れて行く方向を示す。

各実施例は本発明の説明のために提供するものであって、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲又は趣旨を逸脱せずに、修正及び変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、一実施形態の一部として図示又は記載する特徴は、さらに別の実施形態を与えるために、別の実施形態で用いることができる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲及びそれらの等価物の範囲に入るこのような修正及び変更を包括することが意図されている。本発明の例示的な実施形態は、説明のためにターボファンジェットエンジンに組み込まれたタービンシュラウドの文脈で一般的に記載されるが、本発明の実施形態は、ターボ機械に組み込まれたあらゆるタービンに適用することができ、特許請求の範囲に特に記載されない限り、ガスターボファンジェットエンジンに限定されるものではないことを、当業者であれば容易に理解するであろう。

図面を参照すると、図面を通して同一の番号は同一の要素を示している。図１は、本明細書で「ターボファン１０」と称され、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる、例示的な高バイパスターボファンジェットエンジン１０の概略的な断面図である。図１に示すように、ターボファン１０は、参考のためにそれを通って延びる長手方向又は軸方向中心線軸１２を有する。一般に、ターボファン１０は、ファン部１４と、ファン部１４の下流に配置されたコアタービンエンジン又はガスタービンエンジン１６とを含むことができる。

コアタービンエンジン１６は一般的に、環状吸入口２０を画成するほぼ環状の外部ケーシング１８を含むことができる。外部ケーシング１８は、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２と、高圧（ＨＰ）圧縮機２４と、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８を含むタービンセクションと、低圧（ＬＰ）タービン３０と、ジェット排気ノズル部３２とを有する圧縮機セクションを、直列流れ関係で収容或いは少なくとも一部形成する。高圧（ＨＰ）軸すなわちスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動連結する。低圧（ＬＰ）軸すなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動連結する。（ＬＰ）軸すなわちスプール３６は、ファン部１４のファンスプールすなわち軸３８に連結されてもよい。特定の実施形態では、図１に示すように、（ＬＰ）軸すなわちスプール３６は、直接駆動構成のように、ファンスプール３８に直接連結されてもよい。別の実施形態では、（ＬＰ）軸すなわちスプール３６は、間接駆動又は歯車駆動構成のように、減速機３９を介してファンスプール３８に連結することができる。

図１に示すように、ファン部１４は、ファンスプール３８に連結され、そこから半径方向外側に延びる複数のファンブレード４０を含む。環状ファンケーシングすなわちナセル４２は、ファン部１４及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を周方向に囲む。なお、ナセル４２は、周方向に離間した複数の排出口ガイドベーン４４によって、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成できる。また、ナセル４２の下流部４６は、コアタービンエンジン１６の外側部分上に延びていてもよく、それらの間のバイパス空気流路４８を画成している。

ターボファン１０の動作中、空気５０の体積は、ナセル４２の吸入口５２及び／又はファン部１４を通ってターボファン１０に入る。空気５０の体積がファンブレード４０を通過する際、矢印５４で示す空気５０の第１の部分は、バイパス空気流路４８に向けられ又は送られ、矢印５６で示す空気５０の第２の部分は、ＬＰ圧縮機２２に向けられ又は送られる。空気の第１の部分５４と空気の第２の部分５６との比は、バイパス比として知られる。空気の第２の部分５６の圧力は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４に送られる際、高くなる（矢印５８によって示す）。空気の第２の部分５８は、ＨＰ圧縮機２４から燃焼セクション２６に送られ、そこで燃料と混合され、燃焼され、これにより燃焼ガス６０が供給される。

燃焼ガス６０はＨＰタービン２８を通って送られ、そこで燃焼ガス６０からの熱及び／又は運動エネルギーの一部は、外部ケーシング１８に連結されているＨＰタービン静翼６２及びＨＰ軸すなわちスプール３４に連結されているに連結されているＨＰタービン動翼６４のシーケンシャルステージを介して抽出され、これによりＨＰ軸すなわちスプール３４が回転し、その結果ＨＰ圧縮機２４の動作を支持する。燃焼ガス６０はＬＰタービン３０を通って送られ、そこで熱及び運動エネルギーの第２部分は、外部ケーシング１８に連結されているＬＰタービン静翼６６及びＬＰ軸すなわちスプール３６に連結されているＬＰタービン動翼６８のシーケンシャルステージを介して燃焼ガス６０から抽出され、これによりＬＰ軸すなわちスプール３６が回転し、その結果ＬＰ圧縮機２２の動作及び／又はファンスプールすなわち軸３８の回転を支持する。

次に燃焼ガス６０は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズル部３２を経由して送られ、推進スラストを供給する。同時に、空気の第１の部分５４の圧力は、空気の第１の部分５４が、推進スラストを供給するターボファン１０のファンノズル排気セクション７０から排気される前に、バイパス空気流路４８を経由して送られる際に実質的に増加する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０及びジェット排気ノズル部３２は、コアタービンエンジン１６を経由して燃焼ガス６０をルーティングするための高温ガス経路７２を、少なくとも部分的に画成する。

コアタービン１６は、ターボファンエンジンと共に類似の目的を果たし、陸上ガスタービン、ターボジェットエンジンにおいて同様の環境を経験し、そこでは空気の第２の部分５６に対する空気の第１の部分５４の比はターボファンのそれに比べて小さく、アンダクテッドファンエンジンにおいて、ファン部１４はナセル４２を欠く。ターボファン、ターボジェット及びアンダクテッドエンジンの各々では、例えば減速機３９のような減速装置を、例えば（ＬＰ）軸すなわちスプール３６とファン部１４のファンスプールすなわち軸３８との間のように、任意の軸とスプールとの間に含めることができる。

図２は、静翼６２の列７６（一方の翼のみ示す）及びタービン動翼６４の列７８（動翼１つのみ示す）を含む、ＨＰタービン２８の例示的なステージ７４の断面側面図を、本発明の様々な実施形態によって示す。図２に示すように、ＨＰタービン２８のステージ７４は、ＨＰタービン２８或いはＬＰタービン３０の静翼及び動翼のあらゆるステージを表すことができるように意図され、図２は、特許請求の範囲に記載されない限り、本明細書で記載又は請求される本発明を、コアタービンエンジン１６の静翼又はタービン動翼のいずれかの特定のステージに限定するものではない。

図２に示すように、バックボーン又はケーシング８０のような１つ以上の静的構造は、固定ベーン６２の列７６、７８及びタービン動翼６４を囲むことができる。様々な実施形態では、タービンシュラウドアセンブリ１００は、タービン動翼６４の列７８の周囲にリングを形成する。タービンシュラウドアセンブリ１００は、一般にシュラウド支持体すなわちハンガー部１０２及びタービンシュラウド１０４を含む。特定の実施形態では、タービンシュラウドアセンブリ１００は、シュラウド支持体１０２を介してケーシング８０又は他の固定支持構造体と連結できる。

特定の実施形態では、タービンシュラウド１０４は、連続した単一又はシームレスリングとして、セラミック材料又はセラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料から形成することができる。他の実施形態では、タービンシュラウド１０４は、金属材料のような他の材料から形成することができる。特定の実施形態では、タービンシュラウド１０４は、タービン動翼６４の列７８の周りに環状に配置された複数のタービンシュラウドブロック又はセグメントから形成することができる。

特定の実施形態では、図２に示すように、タービンシュラウド１０４は、高温側部分すなわち表面１０６と、高温側表面１０６から半径方向に離間する裏測部分すなわち表面１０８とを含む。半径方向間隙１０９は、タービン動翼６４の高温側表面１０６及びブレード先端部８２の間に画成される。半径方向間隙１０９を、特にターボファン１０の巡航運転中はできるだけ最小にして、半径方向間隙１０９を通る高温ガス経路７２からの漏洩を減少させることが一般に望ましい。しかし、半径方向間隙１０９は圧力パルス、熱過渡現象又は他の事象の原因でもあり、これによりタービン動翼６４がタービンシュラウド１０４の方向及び／又は内部に半径方向外向きに移動し、その結果タービン動翼６４及びタービンシュラウド１０４の高温側表面１０６の間のブレード摩擦や衝突事象をもたらす可能性がある。

様々な実施形態では、図２に示すように、タービンシュラウドアセンブリ１００は、ダンパ又はピストンアセンブリ１１０を含む。ピストンアセンブリ１１０は、半径方向外向きの力２００、或いはガスタービンエンジン１６の燃焼運転中に高温側表面１０６に加えられる半径方向外向きの力２００の変化に基づいて、タービンシュラウド１０４のほぼ半径方向内向き及び／又はほぼ半径方向外向きへの移動を可能にする。半径方向外向きの力２００は、一般に、ＨＰタービン２８の高温ガス経路７２及び／又はガスタービンエンジン１６のＬＰタービン３０を通って流れる燃焼ガス６０によって供給される。しかし、時に半径方向外向きの力２００は、ブレード衝突や摩擦事象の場合のように、タービン動翼６４のブレード先端部８２によって供給されることがある。

図３及び図４は、ピストンアセンブリ１１０を含むタービンシュラウドアセンブリ１００の拡大図を、本発明の様々な実施形態によって示す。特定の実施形態では、図２、図３、図４にまとめて示すように、シュラウド支持体１０２は、１つ以上の外壁１１２を備える。例えば、特定の実施形態では、シュラウド支持体１０２は、後方壁１１２（ｂ）から軸方向に離間する前方壁１１２（ａ）を含む。前方壁１１２（ａ）の少なくとも一部は、後部壁１１２（ｂ）の少なくとも一部とほぼ平行に延びる。様々な実施形態では、前方壁１１２（ａ）の内面１１４及び後方壁１１２（ｂ）の内面１１６は、シュラウド支持体１０２内の第１のピストンスリーブ１１８を少なくとも部分的に画成してもよい。第１のピストンスリーブ１１８は、シュラウド支持体１０２内にほぼ半径方向に延びてもよい。

様々な実施形態では、図２、図３及び図４に示すように、ピストンアセンブリ１１０は、第１のピストンスリーブ１１８内に配置された第１のピストンヘッド１２０と、軸又は機械的リンク機構（複数可）１２４を介して第１のピストンヘッド１２０に連結された第２のピストンヘッド１２２とを含む。特定の実施形態では、図３及び図４に示すように、第１のピストンヘッド１２０は、前方壁１１２（ａ）及び後方壁１１２（ｂ）の内面１１４、１１６に、摺動可能に係合する。他の実施形態では、図２に示すように、第１のピストンヘッド１２０は、前方壁１１２（ａ）及び後方壁１１２（ｂ）の内面１１４、１１６に固定されている。

様々な実施形態では、図２、図３及び図４に示すように、第２のピストンヘッド１２２は、第２のピストンスリーブ１２８の内面１２６に摺動可能に係合している。特定の実施形態では、図３及び図４に示すように、シールは、前方壁１１２（ａ）及び後方壁１１２（ｂ）の内面１１４、１１６と、第１のピストンヘッド１２０の側面１３０との間に形成されている。シールは、１つ以上のピストン又はリングシール１３２を介して少なくとも部分的に形成されてもよい。図２、図３及び図４に示すように、シールは、第２のピストンスリーブ１２８の内面１２６と、第２のピストンヘッド１２２の側面１３４との間に形成されている。シールは、１つ以上のピストン又はリングシール１３６を介して少なくとも部分的に形成されてもよい。

様々な実施形態では、タービンシュラウド１０４は、ピストンアセンブリ１１０に固定的に連結されてもよい。図２、図３及び図４に示すように、タービンシュラウド１０４は、シュラウド支持体１０２及び／又はピストンアセンブリ１１０から、タービン動翼６４へ半径方向内向きに延びる。特定の実施形態では、タービンシュラウド１０４は、第１のピストンヘッド１２０に連結してもよい。タービンシュラウド１０４は、溶接、ピン、リンク機構及び／又は他の機械的ファスナ等の適切な手段により、ピストンアセンブリ１１０及び／又は第１のピストンヘッド１２０に連結してもよい。

様々な実施形態では、図２、図３及び図４に示すように、シュラウド支持体１０２は、タービンシュラウドアセンブリ１００内の第１の圧力チャンバ１３８を少なくとも部分的に画成する。例えば、第１の圧力チャンバ１３８は、前方壁１１２（ａ）の少なくとも一部及び後方壁１１２（ｂ）の少なくとも一部の間に、少なくとも部分的に画成されてもよい。特定の実施形態では、第１の圧力チャンバ１３８は、シュラウド支持体１０２内で第１のピストンヘッド１２０及び第２のピストンヘッド１２２の間に、少なくとも部分的に画成される。特定の実施形態では、図３及び図４に示すように、第１のピストンヘッド１２０は、１以上の開口部１４０を含む。開口部１４０は、第１の圧力チャンバ１３８から第１のピストンヘッド１２０を通りタービンシュラウド１０４の裏側面１０８に向かう流体の流れを供給し、これにより裏側面１０８の対流、伝導及び／又は衝突冷却の少なくとも１つを供給する可能性がある。

第１の圧力チャンバ１３８は、ＬＰ圧縮機２２或いはＨＰ圧縮機２４のような冷媒源８５からの圧縮空気等の圧縮媒体８４の流れを受けるように形成或いは構成されてもよい（図１）。圧縮媒体８４は、第１の圧力チャンバ１３８を第１の圧力Ｐ１まで加圧し、これにより第１のピストンヘッド１２０に対し第１の半径方向内向きの力２０２を加える。第１の半径方向内向きの力２０２は、タービン動翼６４のブレード先端部８２から所望の半径方向距離でタービンシュラウド１０４を押下及び／又は保持するのに十分であってもよく、それによってそれらの間に所望の半径方向間隙１０９を維持する。第１の圧力Ｐ１は、ガスタービンエンジン１６の作動モード又は条件に依存してもよい。例えば、エンジン回転数が高いと第１の圧力Ｐ１が高くなり、エンジン回転数が低いと第１の圧力Ｐ１が低くなることがある。

特定の実施形態では、図２及び図３に示すように、第２のピストンスリーブ１２８は、ケーシング８０を通って第２の圧力チャンバ又はプレナム８６内へ半径方向又はほぼ半径方向に延びる。一実施形態では、第２の圧力チャンバ８６は、ケーシング８０と外部ケーシング８８との間に画成されてもよい。第２の圧力チャンバ８６は、矢印９２で示すように、加圧気体、液体、蒸気又は他の媒体を第２の圧力チャンバ８６に供給する圧力媒体供給部９０と流体連通している。

特定の実施形態では、圧力媒体供給部９０は、ＬＰ圧縮機２２、ＨＰ圧縮機２４の少なくとも１つを含んでいてもよい。特定の実施形態では、図３及び図４に示すように、圧力媒体供給部９０は、外部ケーシング８８及び／又はガスタービンエンジン１６から外側にあってもよい。図２、図３及び図４に示すように、圧力媒体供給部９０は、第２の圧力チャンバ８６を圧力媒体９２で第２の圧力Ｐ２まで加圧する。圧力Ｐ２は、第１の圧力チャンバ１３８の圧力Ｐ１より大きく、Ｐ１と等しく或いはＰ１より小さくてもよい。

様々な実施形態では、第２のピストンスリーブ１２８の一方の端部１４２は開口している。特定の実施形態では、開口端部１４２は、第２の圧力チャンバ８６及び／又は圧力媒体供給部９０と流体連通している。結果として、圧力媒体９２は、第２のピストンヘッド１２２に対して第２の半径方向力２０４を加えてもよい。半径方向力２０４は、半径方向内向きの力であってもよい。圧力Ｐ２は、ガスタービンエンジン１６の動作モード或いは条件及び／又は圧力Ｐ１に依存及び／又は従って調整することもできる。

特定の実施形態では、図４に示すように、第２のピストンスリーブ１２８は、シュラウド支持体１０２の中間壁又はバッフル１４４を通って半径方向に又はほぼ半径方向に延びる。中間壁１４４は、前方壁１１２（ａ）及び後方壁１１２（ｂ）との間に少なくとも部分的に延びてもよい。一実施形態では中間壁１４４と、シュラウド支持体１０２の半径方向外側壁部１４６は、圧力チャンバ１４８をそれらの間で少なくとも部分的に画成してもよい。

図４に示すように、圧力チャンバ１４８は圧力媒体供給部９０と流体連通しており、それにより第２の圧力チャンバ８６に圧力媒体９２を供給する。圧力媒体供給部９０は、圧力チャンバ１４８を圧力媒体９２で圧力Ｐ２まで加圧する。加圧チャンバ１４８内の圧力Ｐ２は、圧力Ｐ１より大きく、Ｐ１より小さく或いはＰ１と等しくてもよい。特定の実施形態では、第２のピストンヘッド１２２をまたがる半径方向の圧力デルタ（第１の圧力チャンバ１３８から第２の圧力チャンバ８６まで、１４８）は、タービンシュラウド１０４をまたがる半径方向の圧力勾配（高温ガス経路７２から第１のプレナム１３８まで）よりも小さい。

様々な実施形態では、第２のピストンスリーブ１２８の一端１４２は、圧力チャンバ１４８及び／又は圧力媒体供給部９０と流体連通している。その結果、圧力媒体９２は、第２のピストンヘッド１２２に対して半径方向力２０４を加えることができる。第２の半径方向力２０４は、第２の圧力Ｐ２が第１の圧力チャンバ１３８内の圧力Ｐ１よりも大きい場合のような、半径方向下向きの力であってもよい。

本発明の様々な実施形態では、第２のピストンヘッド１２２の大きさや形状及び圧力媒体供給部９０からの圧力Ｐ２は、第２のピストンヘッド１２２をまたがる半径方向圧力デルタと、タービンシュラウド１０４をまたがる半径方向圧力デルタとが同じになるように、選択又は指定することができる。加えて又は代替的に、第１のピストンヘッド１２０の大きさや形状及び冷媒源８５からの圧力Ｐ１は、第２のピストンヘッド１２２をまたがる半径方向圧力デルタと、タービンシュラウド１０４をまたがる半径方向圧力デルタとが同じになるように、選択又は指定することができる。その結果、第１のピストンヘッド１２０及び第２のピストンヘッド１２２にそれぞれ加えられた半径方向力２０２及び２０４の和は、タービンシュラウド１０４に加えられる半径方向外向きの力２００とほぼ等しく、つまりタービンシュラウド上の半径方向力は０又はほぼ正味０である。

図５は、作動中のピストンアセンブリ１１０を含むタービンシュラウドアセンブリ１００の拡大図を提供する。図５において実線に示すように、第１の半径方向力２０２及び第２の半径方向力２０４の和が、タービンシュラウド１０４の高温側表面１０６に加えられる高温側半径方向力２００とほぼ等しい場合、ピストンアセンブリ１１０は、第１の半径方向位置３００にあるタービンシュラウド１０４を、中心線１２に対して保持又は支持することができる。第１の半径方向位置３００は、タービン動翼６４のブレード先端部８２とタービンシュラウドの高温側表面１０６との間の望ましい半径方向間隙１０９を維持又は達成するために調節することができる。例えば、第１の圧力チャンバ１３８内の第１の圧力Ｐ１及び／又は第２の圧力チャンバ８６又は１４８内の第２の圧力Ｐ２（図４）は、圧力媒体８４、９２の流れを修正することによって増減させることができ、これによりタービンシュラウドをブレード先端部８２に対して半径方向内向き又は半径方向外向きに移動させる。

第１の半径方向力２０２及び第２の半径方向力２０４の和が、タービンシュラウド１０４の高温側表面１０６に加えられる高温側半径方向力２００より小さい状況、例えばブレード衝突や摩擦事象或いは高温ガス経路内の燃焼ガス脈動中のような状況では、図５で破線に示すように、ピストンアセンブリはタービンシュラウドが第２の半径方向位置３０４に移動することを可能にし、これによりタービンシュラウド１０４及び／又はタービン動翼６４のブレード先端部８２への損傷を減少又は防止することができる。

図６は、本発明の様々な実施形態による方法のフロー図である。図６に示すように、図２、３、４及び５に示され本明細書に記載される様々な実施形態は、タービンシュラウドを支持するための方法４００を提供する。ステップ４０２では、方法４００は、第１の圧力媒体で第１の圧力チャンバを加圧する工程を含み、これにより第１のピストンヘッドの裏面に第１の半径方向力を提供する。ステップ４０４では、方法４００は、第２の圧力媒体で第２の圧力チャンバ８６、１４８を加圧する工程を含み、これにより第２のピストンヘッドに第２の半径方向力を提供する。ステップ４０６において、第１の半径方向力及び第２の半径方向力の和が、タービンシュラウドの高温側表面に加えられる高温側半径方向力とほぼ等しい場合、方法４００は、タービンシュラウドがピストンアセンブリによって第１の位置に保持されるように規定する。ステップ４０８において、第１の半径方向力及び第２の半径方向力の和が、タービンシュラウドの高温側表面に加えられる高温側半径方向力よりも小さい場合、方法４００は、タービンシュラウドが第２の位置に移動することを規定する。

特定の実施形態では、方法４００は、第１の圧力チャンバ及び第２の圧力チャンバの少なくとも一方内の圧力を調整する工程を含み、これにより第１の半径方向力及び第２の半径方向力の和と、高温側半径方向力との平衡を維持する。一実施形態では、方法４００は、第１の圧力チャンバと第２のチャンバの少なくとも一方内の圧力を調整する工程を含み、これによりタービン動翼先端とタービンシュラウドの高温側との半径方向間隙を増加、減少或いは維持する。

正味０の半径方向力に駆動する技術的目的は、タービン動翼が接触する場合に、タービン動翼先端部８２及び／又はタービンシュラウド１０４への損傷をもたらす可能性がある摩擦又は衝突を受ける代わりに、個々のタービンシュラウドがタービン動翼６４によって外に押し出されるようにすることである。加えて又は代替的に、本発明の様々な実施形態は、ほぼ一定の半径方向先端間隙１０９を維持し、それにより摩擦時のタービンシュラウド及び／又はタービン動翼の損傷を防止しつつ半径方向間隙１０９をできる限り狭くすることで、性能を向上させることができる。

この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイス又はシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、又は、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
タービンシュラウド（１０４）を支持するためのシステムであって、
内部に少なくとも部分的に第１のピストンスリーブ（１１８）を画成するシュラウド支持体（１０２）と、
第１のピストンスリーブ（１１８）内に配置された第１のピストンヘッド（１２０）及び第１のピストンヘッド（１２０）に連結された第２のピストンヘッド（１２２）を有するピストンアセンブリ（１１０）であって、第１のピストンヘッド（１２０）が第１のピストンスリーブ（１１８）の内面（１１４、１１６）に摺動可能に係合し、第２のピストンヘッド（１２２）が第２のピストンスリーブ（１２８）の内面（１１４、１１６）に摺動可能に係合する、ピストンアセンブリ（１１０）と、
ピストンアセンブリ（１１０）に固定的に連結され、シュラウド支持体（１０２）から半径方向内向きに延びるタービンシュラウド（１０４）であって、ピストンアセンブリ（１１０）が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向外向きの力（２００）に応じて、タービンシュラウド（１０４）を半径方向内向き及び半径方向外向きに移動させる、タービンシュラウド（１０４）とを備える、システム。
［実施態様２］
第１の圧力チャンバ（１３８）が、シュラウド支持体（１０２）内で、第１のピストンヘッド（１２０）及び第２のピストンヘッド（１２２）の間に少なくとも部分的に画成され、第１の圧力チャンバ（１３８）が第１の圧力（Ｐ１）で加圧され、これにより第１のピストンヘッド（１２０）の裏側面に第１の半径方向力（２０２）を供給する、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
第２のピストンスリーブ（１２８）の第２の端部が開放され、圧力媒体供給部（９０）と流体連通し、圧力媒体供給部（９０）が第２の圧力で加圧され、これにより第２のピストンヘッド（１２２）に第２の半径方向力（２０４）を供給する、実施態様２に記載のシステム。
［実施態様４］
半径方向外向きの力（２００）がタービンシュラウド（１０４）の高温側表面を横切って流れる燃焼ガスによって供給される場合、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向力とほぼ等しい、実施態様３に記載のシステム。
［実施態様５］
半径方向外向きの力（２００）がタービン動翼先端部（８２）によって供給される場合、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向力よりも小さい、実施態様３に記載のシステム。
［実施態様６］
第２のピストンスリーブ（１２８）がシュラウド支持体（１０２）の半径方向外側壁部（１４６）を通って延び、第２のピストンスリーブ（１２８）が、圧力媒体供給部（９０）と流体連通している、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様７］
第２のピストンスリーブ（１２８）が、シュラウド支持体（１０２）を囲む外部ケーシング（８０）を通って半径方向に延び、第２のピストンスリーブ（１２８）が、圧力媒体供給部（９０）と流体連通している、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
第１のピストンヘッド（１２０）が、１以上の開口部（１４０）を有し、開口部（１４０）が、第１のピストンヘッド（１２０）を通ってタービンシュラウド（１０４）の裏側表面に向かう流体の流れを供給する、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様９］
シュラウド支持体（１０２）が、第１のピストンヘッド（１２０）とシュラウド支持体（１０２）の中間壁（１４４）との間に第１の圧力チャンバ（１３８）と、中間壁（１４４）とシュラウド支持体（１０２）の半径方向外側壁部（１４６）との間に画成された第２の圧力チャンバ（８６）とを画成し、第２のピストンスリーブ（１２８）が中間壁（１４４）を通って半径方向に延び、第２の圧力チャンバ（８６）に開口している、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１０］
第２のピストンヘッド（１２２）をまたがる半径方向圧力デルタが、タービンシュラウド（１０４）をまたがる半径方向圧力デルタと同じである、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１１］
タービンシュラウド（１０４）を支持するためのシステムであって、
シュラウド支持体（１０２）と、
シュラウド支持体（１０２）の内面（１１４、１１６）に固定的に連結された第１のピストンヘッド（１２０）と、第１のピストンヘッド（１２０）に連結された第２のピストンヘッド（１２２）を有するピストンアセンブリ（１１０）であって、第２のピストンヘッド（１２２）が、外部ケーシング（８０）を通って延びるピストンスリーブ（１２８）の内面（１１４、１１６）に摺動可能に係合する、ピストンアセンブリ（１１０）と、
ピストンアセンブリ（１１０）に固定的に連結され、シュラウド支持体（１０２）から半径方向内向きに延びるタービンシュラウド（１０４）であって、ピストンアセンブリ（１１０）が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向外向きの力（２００）の変化に応じて、タービンシュラウド（１０４）を移動させる、タービンシュラウド（１０４）とを備える、タービンシュラウド（１０４）を支持するシステム。
［実施態様１２］
第２のピストンヘッド（１２２）をまたがる半径方向圧力デルタが、タービンシュラウド（１０４）をまたがる半径方向圧力デルタとほぼ同じである、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１３］
第１の圧力チャンバ（１３８）が、シュラウド支持体（１０２）内で、第１のピストンヘッド（１２０）及び第２のピストンヘッド（１２２）の間に少なくとも部分的に画成され、第１の圧力チャンバ（１３８）が第１の圧力（Ｐ１）で加圧され、これにより第１のピストンヘッド（１２０）の裏側面に第１の半径方向力（２０２）を供給する、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１４］
ピストンスリーブ（１２８）の一端が開放され、圧力媒体供給部（９０）と流体連通し、圧力媒体供給部（９０）が第２の圧力（Ｐ２）で加圧され、これにより第２のピストンヘッド（１２２）に第２の半径方向力（２０４）を供給する、実施態様１３に記載のシステム。
［実施態様１５］
半径方向外向きの力（２００）が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面をまたがって流れる燃焼ガスによって供給される場合、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向力とほぼ等しい、実施態様１４に記載のシステム。
［実施態様１６］
半径方向外向きの力（２００）がタービン動翼先端部（８２）によって供給される場合、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向力よりも小さい、実施態様１４に記載のシステム。
［実施態様１７］
第１のピストンヘッド（１２０）が、１以上の開口部（１４０）を有し、開口部（１４０）が、第１のピストンヘッド（１２０）を通ってタービンシュラウド（１０４）の裏側表面に向かう流体の流れを供給する、実施態様１１に記載のシステム。
［実施態様１８］
タービンシュラウド（１０４）がピストンアセンブリ（１１０）に固定的に連結され、ピストンアセンブリ（１１０）は、タービンシュラウド（１０４）に連結され、かつ第１の圧力チャンバ（１３８）に配置された第１のピストンヘッド（１２０）と、第１のピストンヘッド（１２０）に結合され、かつ第１の圧力チャンバ（１３８）及び第２の圧力チャンバ（８６）の間に配置された第２のピストンヘッド（１２２）とを備え、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面が、タービンの高温ガス経路に向けられている、タービンシュラウド（１０４）を支持するための方法であって、方法は、
第１の圧力媒体を第１の圧力チャンバ（１３８）に加圧し、これにより第１のピストンヘッド（１２０）の裏面に第１の半径方向力（２０２）を提供することと、
第２の圧力媒体を第２の圧力チャンバ（８６）に加圧して、これにより第２のピストンヘッド（１２２）に第２の半径方向力（２０４）を供給することとを備え、
第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向外向きの力（２００）とほぼ等しい場合、タービンシュラウド（１０４）はピストンアセンブリ（１１０）によって第１の位置に保持され、
第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向外向きの力（２００）より小さい場合、タービンシュラウド（１０４）は第２の位置に移動する、方法。
［実施態様１９］
第１の圧力チャンバ（１３８）及び第２の圧力チャンバ（８６）の少なくとも一方の圧力を調整することで、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和と、タービンシュラウド（１０４）の高温側に加えられる半径方向外向きの力（２００）との平衡を維持することをさらに備える、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
第１の圧力チャンバ（１３８）及び第２の圧力チャンバ（８６）の少なくとも一方の圧力を調整することで、タービン動翼先端とタービンシュラウド（１０４）の高温側との半径方向間隙（１０９）を増大、減少又は維持することをさらに含む、実施態様１８に記載の方法。

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線
１４ファン部
１６コアタービンエンジン
１８外部ケーシング
２０吸気口
２２低圧圧縮機
２４高圧圧縮機
２６燃焼セクション
２８高圧タービン
３０低圧タービン
３２ジェット排気セクション
３４高圧軸／スプール
３６低圧軸／スプール
３８ファンスプール／軸
３９減速ギヤ
４０ファンブレード
４２ファンケーシング又はナセル
４４出口案内翼
４６下流部
４８バイパス空気流路
５０空気
５２吸気口
５４空気の第１の部分
５６空気の第２の部分
５８空気の第２の部分
６０燃焼ガス
６２静翼
６４タービン動翼
６６静翼
６８タービン動翼
７０ファンノズル排気セクション
７２高温ガス経路
７４第１のステージ部
７６列−静翼
７８列タービン動翼ベーン
８０ケーシング
８２ブレード先端部
８４圧力媒体
８５冷媒源
８６第２の圧力チャンバ−プレナム
８８外部ケーシング
９０圧力媒体供給部
９２圧力媒体
９３−９９使用せず
１００タービンシュラウドアセンブリ
１０２シュラウド支持体／ハンガー
１０４タービンシュラウド
１０６高温側部／表面
１０８裏面部／表面
１０９半径方向間隙
１１０ダンパ／ピストンアセンブリ
１１２壁
１１２（ａ）前方壁
１１２（ｂ）後方壁
１１４内面−前方壁
１１６内面−後方壁
１１８第１のピストンスリーブ
１２０第１のピストンヘッド
１２２第２のピストンヘッド
１２４軸／機械的リンク機構
１２６内面−第２のピストンスリーブ
１２８第２のピストンスリーブ
１３０側面−第１のピストンヘッド
１３２ピストン／リングシール
１３４側面−第２のピストンヘッド
１３６ピストン／リングシール
１３８第１の圧力チャンバ
１４０開口部
１４２開放端−第２のピストンスリーブ
１４４中間壁／バッフル
１４６半径方向外側壁部
１４８プレナム
１４９−１９９使用せず
Ｐ１第１の圧力
Ｐ２第２の圧力
２００半径方向外向きの力
２０２第１の半径方向内向きの力
２０４第２の半径方向内向きの力
３００第１の半径方向位置
３０２第２の半径方向位置

Claims

タービンシュラウド（１０４）を支持するためのシステムであって、
内部に少なくとも部分的に第１のピストンスリーブ（１１８）を画成するシュラウド支持体（１０２）と、
第１のピストンスリーブ（１１８）内に配置された第１のピストンヘッド（１２０）及び第１のピストンヘッド（１２０）に連結された第２のピストンヘッド（１２２）を有するピストンアセンブリ（１１０）であって、第１のピストンヘッド（１２０）が第１のピストンスリーブ（１１８）の内面（１１４、１１６）に摺動可能に係合し、第２のピストンヘッド（１２２）が第２のピストンスリーブ（１２８）の内面（１１４、１１６）に摺動可能に係合する、ピストンアセンブリ（１１０）と、
ピストンアセンブリ（１１０）に固定的に連結され、シュラウド支持体（１０２）から半径方向内向きに延びるタービンシュラウド（１０４）であって、ピストンアセンブリ（１１０）が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向外向きの力（２００）に応じて、タービンシュラウド（１０４）を半径方向内向き及び半径方向外向きに移動させる、タービンシュラウド（１０４）と
を備える、システム。
第２のピストンスリーブ（１２８）がシュラウド支持体（１０２）の半径方向外側壁部（１４６）を通って延び、第２のピストンスリーブ（１２８）が、圧力媒体供給部（９０）と流体連通している、請求項１に記載のシステム。
第２のピストンスリーブ（１２８）が、シュラウド支持体（１０２）を囲む外部ケーシング（８０）を通って半径方向に延び、第２のピストンスリーブ（１２８）が、圧力媒体供給部（９０）と流体連通している、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
第１のピストンヘッド（１２０）が、１以上の開口部（１４０）を有し、開口部（１４０）が、第１のピストンヘッド（１２０）を通ってタービンシュラウド（１０４）の裏側表面に向かう流体の流れを供給する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のシステム。
シュラウド支持体（１０２）が、第１のピストンヘッド（１２０）とシュラウド支持体（１０２）の中間壁（１４４）との間に第１の圧力チャンバ（１３８）と、中間壁（１４４）とシュラウド支持体（１０２）の半径方向外側壁部（１４６）との間に画成された第２の圧力チャンバ（８６）とを画成し、第２のピストンスリーブ（１２８）が中間壁（１４４）を通って半径方向に延び、第２の圧力チャンバ（８６）に開口している、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシステム。
第２のピストンヘッド（１２２）をまたがる半径方向圧力デルタが、タービンシュラウド（１０４）をまたがる半径方向圧力デルタと同じである、請求項１乃至請求項５に記載のシステム。
第１の圧力チャンバ（１３８）が、シュラウド支持体（１０２）内で、第１のピストンヘッド（１２０）及び第２のピストンヘッド（１２２）の間に少なくとも部分的に画成され、第１の圧力チャンバ（１３８）が第１の圧力（Ｐ１）で加圧され、これにより第１のピストンヘッド（１２０）の裏側面に第１の半径方向力（２０２）を供給し、
ピストンスリーブ（１２８）の第２の端部が開放され、圧力媒体供給部（９０）と流体連通し、圧力媒体供給部（９０）が第２の圧力（Ｐ２）で加圧され、これにより第２のピストンヘッド（１２２）に第２の半径方向力（２０４）を供給する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
半径方向外向きの力（２００）が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面をまたがって流れる燃焼ガスによって供給される場合、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向力とほぼ等しい、請求項７に記載のシステム。
半径方向外向きの力（２００）がタービン動翼先端部（８２）によって供給される場合、第１の半径方向力（２０２）及び第２の半径方向力（２０４）の和が、タービンシュラウド（１０４）の高温側表面に加えられる半径方向力よりも小さい、請求項７に記載のシステム。