JP4854484B2 - Rotor thrust balancing apparatus and method - Google Patents

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    • F05D2240/52—Axial thrust bearings

Description

本発明は、概してガスタービンエンジンのスラスト軸受にかかる荷重を平衡化するためのシステムに関し、より詳しくはロータスラスト平衡化の制御範囲を増加するためのシステムに関する。   The present invention relates generally to a system for balancing loads on thrust bearings of gas turbine engines, and more particularly to a system for increasing the control range of rotor thrust balancing.

ガスタービンエンジンは、ロータ取付け構造などの固定エンジン構造に対して回転可能なロータ組立体を含む。ロータ組立体は、中心軸、軸コーン、圧縮機ブレードおよびディスク、タービン動翼およびタービンホィール、および動的エアシールなど、多くの回転可能な構成部分を含む。各構成部分は静的および／または動的軸方向圧力の力による反応を受ける。これらの力のベクトル合計が、前方向または後方向いずれかの正味軸力すなわちスラストである。この正味スラストは軸方向荷重を固定取付け構造の上に置き、ロータ組立体の自由な回転を妨げることなくこの荷重を吸収するために、スラスト軸受が使用されている。一般的には、ロータスラスト軸受は、スラスト軸受ケースの中に入った玉軸受である。スラスト軸受上の荷重は、さまざまなロータ部品にかかる圧力が変化するにつれて変動する。正味軸方向スラストが過剰である場合には、スラスト軸受のかなりの摩耗と早期故障が発生することがある。ガスタービンエンジンのロータは高いスラストを発生し、ロータスラスト軸受は軸方向スラスト荷重に耐えることができなければならない。ロータスラスト軸受にかかる正味軸力の量を制限して適切な安全率を見込むために、スラスト平衡システムを利用して軸受上のスラスト荷重を制限する。
米国特許第５，１６７，４８４号公報 米国特許第５，７６０，２８９号公報 米国特許第６，４５７，９３３号公報 A gas turbine engine includes a rotor assembly that is rotatable relative to a stationary engine structure, such as a rotor mounting structure. The rotor assembly includes a number of rotatable components such as a central shaft, shaft cone, compressor blades and disks, turbine blades and wheels, and dynamic air seals. Each component undergoes a reaction due to forces of static and / or dynamic axial pressure. The vector sum of these forces is the net axial force or thrust, either forward or backward. This net thrust places an axial load on the fixed mounting structure and a thrust bearing is used to absorb this load without impeding the free rotation of the rotor assembly. Generally, a rotor thrust bearing is a ball bearing that is contained in a thrust bearing case. The load on the thrust bearing varies as the pressure on the various rotor parts changes. If the net axial thrust is excessive, significant wear and premature failure of the thrust bearing may occur. Gas turbine engine rotors generate high thrust, and rotor thrust bearings must be able to withstand axial thrust loads. In order to limit the amount of net axial force on the rotor thrust bearing and allow for an appropriate safety factor, a thrust balancing system is used to limit the thrust load on the bearing.
US Pat. No. 5,167,484 US Pat. No. 5,760,289 US Pat. No. 6,457,933

あるいくつかの動作条件下で、正味ロータ軸方向スラストは方向を変えることがあり、すなわち「クロスオーバ」として知られている条件である。クロスオーバが起った場合には、無負荷の玉軸受がロータの径方向運動を起すことがあり、これはシール隙間に悪影響を及ぼし結果的にエンジン運転特性を劣化させることがある。   Under certain operating conditions, the net rotor axial thrust may change direction, a condition known as “crossover”. In the event of a crossover, unloaded ball bearings can cause radial movement of the rotor, which can adversely affect the seal gap and consequently degrade engine operating characteristics.

例示的な実施形態では、ロータスラスト軸受にかかるスラスト軸受荷重を平衡化するための装置は、後方に向うスラスト平衡化力を加えるための第１スラスト平衡ピストン空洞と、独立して制御される前方に向うスラスト平衡化力を加えるための第２スラスト平衡ピストン空洞を使用する。   In an exemplary embodiment, an apparatus for balancing a thrust bearing load on a rotor thrust bearing includes a first thrust balancing piston cavity for applying a thrust balancing force toward the rear, and an independently controlled front. A second thrust balancing piston cavity is used to apply a thrust balancing force towards

例示的な方法では、ロータスラスト軸受にかかるスラスト軸受荷重を平衡化することは、後方に向うスラスト軸受力をエンジンロータ構成部分に与えるように構成された第１平衡ピストン空洞における空気圧を制御すること、および前方に向うスラスト軸受力をもたらすように形成された第２平衡ピストン空洞における空気圧を独立して制御することによって達成される。   In an exemplary method, balancing the thrust bearing load on the rotor thrust bearing controls air pressure in a first balanced piston cavity configured to provide a backward thrust bearing force to the engine rotor component. , And by independently controlling the air pressure in a second balanced piston cavity formed to provide a forward thrust bearing force.

次に図面を詳細に参照すると、これらの図では同一番号はすべての図を通じて同じ要素を示すものであり、「上流」とはエンジンの空気取入口に向う方向を示し、「下流」とはエンジン排気側へ向う方向を示すものであり、図１は航空転用ガスタービンエンジン１０を概略的に示す。エンジン１０は軸方向に整列して連続的な流れ順序で、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、高圧タービン１８、および低圧タービン２０を含み、これらは長手軸２２の周りを同心状に配設されている。このタイプのエンジンの標準的構成は二重同心軸配置であって、低圧タービン２０が低圧駆動軸２４によって低圧圧縮機１２に駆動式に連結され、一般的にはその下流端部２９において負荷（図示せず）に連結されている。高圧タービン１８も同様に、低圧駆動軸２４の外部に配設された高圧駆動軸２６によって高圧圧縮機１４に駆動式に、長手軸２２と同心に連結され、固定子２５によって支持されている。   Referring now to the drawings in detail, wherein like numerals refer to like elements throughout all of the figures, “upstream” refers to the direction toward the engine air intake and “downstream” refers to the engine. FIG. 1 schematically shows an aeroderivative gas turbine engine 10 in a direction toward the exhaust side. The engine 10 includes a low pressure compressor 12, a high pressure compressor 14, a combustor 16, a high pressure turbine 18, and a low pressure turbine 20 in an axially aligned and continuous flow sequence that are concentric about a longitudinal axis 22. It is arranged in a shape. The standard configuration for this type of engine is a double concentric shaft arrangement, in which a low pressure turbine 20 is drivingly connected to a low pressure compressor 12 by a low pressure drive shaft 24 and is generally loaded at its downstream end 29 ( (Not shown). Similarly, the high-pressure turbine 18 is connected to the high-pressure compressor 14 concentrically with the longitudinal shaft 22 by a high-pressure drive shaft 26 disposed outside the low-pressure drive shaft 24, and is supported by a stator 25.

動作中、空気がエンジン入口２８の中に引き込まれ、低圧圧縮機１２と高圧圧縮機１４を通じて圧縮される。圧縮された空気は燃焼器１６に送られ、ここで燃料と混合され、点火されて、高圧タービン１８と低圧タービン２０を通る空気流を生成し、排気ノズル３０を通って出る。上に論述したように、スラスト力がガスタービンエンジン１０の中で生成され、スラスト力はエンジンにおけるさまざまな点および部分において軸方向に作用する。タービンによって駆動される圧縮機が、タービンにおける軸方向下流に向う正味力をある程度補償することはできるが、通常、正味ロータスラストに反作用するために少なくとも１つのロータスラスト軸受が使用される。   In operation, air is drawn into the engine inlet 28 and compressed through the low pressure compressor 12 and the high pressure compressor 14. The compressed air is sent to the combustor 16 where it is mixed with fuel and ignited to produce an air flow through the high pressure turbine 18 and low pressure turbine 20 and exit through the exhaust nozzle 30. As discussed above, thrust forces are generated in the gas turbine engine 10 that act axially at various points and portions of the engine. Although the compressor driven by the turbine can compensate to some extent the net axially downstream force in the turbine, typically at least one rotor thrust bearing is used to counteract the net rotor thrust.

軸受荷重を調整するために、図２に示すものなどの少なくともいくつかの公知のガスタービンエンジンは、圧縮機抽気を使用して、前部平衡ピストン空洞３２と後部平衡ピストン空洞３４を圧縮し、各平衡ピストン空洞は、選択された圧縮機段階から抽気される空気によって圧縮された画定された容量である。クロスオーバ管３６が平衡ピストン空洞３２、３４を連結し、流動連絡にある平衡ピストン空洞３２、３４の内部における圧力を均等化して、スラスト軸受３８上のスラスト荷重を制限する。スラスト平衡動作中は、本質的に等しい圧力が平衡ピストン空洞３２および３４の内部で維持されるので、前部平衡ピストン空洞３２の回転表面３３の半径３７を有するピストン区域にかかる圧力は、後部平衡ピストン空洞３４の回転表面３５の半径３９を有するピストン区域にかかる圧力と本質的に同一である。表面３３および３５のそれぞれの半径３７、３９は、それぞれの固定設計表面積を確立してロータに加えるべき力の固定比を確立するための設計特徴として選択され、これらは、予期される動作条件の下におけるエンジン運転中にスラスト軸受３８を保護するために最適になるようにエンジン設計によって決定された。それぞれの平衡ピストン空洞３２、３４における空気圧は、エンジン運転中にスラスト軸受３８に作用する予期される荷重に対抗するための力の比を維持するために作用する。   In order to adjust the bearing load, at least some known gas turbine engines, such as those shown in FIG. 2, use compressor bleed to compress the front balanced piston cavity 32 and the rear balanced piston cavity 34; Each balanced piston cavity is a defined volume compressed by air extracted from a selected compressor stage. A crossover tube 36 connects the balanced piston cavities 32, 34 and equalizes the pressure within the balanced piston cavities 32, 34 in flow communication to limit the thrust load on the thrust bearing 38. During thrust balancing operation, essentially equal pressure is maintained inside the balancing piston cavities 32 and 34 so that the pressure on the piston area having the radius 37 of the rotating surface 33 of the front balancing piston cavity 32 is It is essentially the same as the pressure applied to the piston area having the radius 39 of the rotating surface 35 of the piston cavity 34. The respective radii 37, 39 of the surfaces 33 and 35 are selected as design features for establishing a respective fixed design surface area and establishing a fixed ratio of forces to be applied to the rotor, and these are selected for expected operating conditions. It was determined by the engine design to be optimal to protect the thrust bearing 38 during engine operation below. The air pressure in each balanced piston cavity 32, 34 serves to maintain a ratio of forces to counter the anticipated loads acting on the thrust bearing 38 during engine operation.

図３に示すロータスラスト平衡化システムの例示的実施形態では、ロータスラスト軸受４０上のスラスト荷重はスラスト平衡システムによって制御され、このスラスト平衡システムは、エンジン１０のロータスラスト軸受４０の上流に位置する前部平衡ピストン空洞４２と、ロータスラスト軸受４０の下流に位置する後部平衡ピストン空洞４６を含む。平衡ピストン空洞４６は閉ざされた容積であり、この容積は、その後端部では、ロータの高圧駆動軸２６に連結された回転可能部材４３によって画定され、軸方向に反対側の前端部では、固定子２５に連結された固定表面４５によって画定され、空気加圧容積７２を介する高圧圧縮機排出空気流によってシール４１を通じて加圧される。必要な空気圧と空気流量を提供するように選択された圧縮機段階からの高圧圧縮機排出空気は、空気加圧容積７２を加圧し、シール４１通る空気流は平衡ピストン空洞４６の内部へ流れて、その内部を加圧する。平衡ピストン空洞４６によって供給できる矢印７４で示す軸方向に後向きに作用する力の大きさは、回転可能部材４３の半径５１を有する環状表面積に加えられる平衡ピストン空洞４６内の空気圧によって決定される。空気圧放出管４７は、平衡ピストン空洞４６の内部を図５に示し後で説明する制御システムに流動連絡して連結する。   In the exemplary embodiment of the rotor thrust balancing system shown in FIG. 3, the thrust load on the rotor thrust bearing 40 is controlled by the thrust balancing system, which is located upstream of the rotor thrust bearing 40 of the engine 10. A front balanced piston cavity 42 and a rear balanced piston cavity 46 located downstream of the rotor thrust bearing 40 are included. The balanced piston cavity 46 is a closed volume, which is defined at its rear end by a rotatable member 43 connected to the high pressure drive shaft 26 of the rotor and fixed at its axially opposite front end. Defined by a fixed surface 45 connected to the child 25 and pressurized through a seal 41 by a high pressure compressor exhaust air flow through an air pressurization volume 72. The high pressure compressor exhaust air from the compressor stage selected to provide the necessary air pressure and air flow pressurizes the air pressurization volume 72 and the air flow through the seal 41 flows into the balance piston cavity 46. , Pressurize the inside. The magnitude of the axially backward acting force shown by arrow 74 that can be supplied by the balanced piston cavity 46 is determined by the air pressure in the balanced piston cavity 46 applied to the annular surface area having the radius 51 of the rotatable member 43. The pneumatic discharge tube 47 connects the interior of the balanced piston cavity 46 in fluid communication with the control system shown in FIG. 5 and described below.

図４に示すように、平衡ピストン空洞４２が、その軸方向前端部においては、ロータの高圧駆動軸２６に連結された環状プレート５３によって画定され、その軸方向後端部においては、固定子２５に連結された環状プレート５５によって画定されている。必要な空気圧と空気流量を提供するように選択された圧縮機段階からの高圧圧縮機排出空気は、空気加圧容積７０を加圧し、シール５２通る空気流は平衡ピストン空洞４２の内部へ流れて、その内部を加圧する。平衡ピストン空洞４２によって供給できる矢印７６で示す軸方向に前向きに作用する力の大きさは、プレート５３の半径５４を有する環状表面積に加えられる平衡ピストン空洞４２内の空気圧によって決定される。空気圧放出管５６は、平衡ピストン空洞４２を図５に示し後で説明する制御システムに流動連絡して連結する。   As shown in FIG. 4, a balanced piston cavity 42 is defined at its axial front end by an annular plate 53 connected to the high pressure drive shaft 26 of the rotor, and at its axial rear end the stator 25. Is defined by an annular plate 55 connected to each other. The high pressure compressor exhaust air from the compressor stage selected to provide the required air pressure and air flow pressurizes the air pressurization volume 70 and the air flow through the seal 52 flows into the balance piston cavity 42. , Pressurize the inside. The magnitude of the axially acting force shown by arrow 76 that can be supplied by the balanced piston cavity 42 is determined by the air pressure in the balanced piston cavity 42 applied to the annular surface area having the radius 54 of the plate 53. The pneumatic discharge tube 56 connects the balanced piston cavity 42 in flow communication with the control system shown in FIG. 5 and described below.

スラスト平衡制御システムを図５にブロック図の形で示す。シール５２を通じて空気加圧容積７０を介して高圧圧縮機６９からの排出によって加圧される平衡ピストン空洞４２は、空気圧放出管５６を介して空気流量制御弁５８と空気排出管６２に連結されている。シール４１を通じて空気加圧容積７２を介して高圧圧縮機６９からの排出によって加圧される平衡ピストン空洞４６は、空気圧放出管４７と空気流量制御弁５９とを介して空気排出管６４に連結されている。排出管６２、６４は空気をエンジンの下流区域６６に向け、これによって空気はエンジン全体の効率に役立つことができ、または代りに空気を大気に排出してもよい。制御ユニット６０は、平衡ピストン空洞４２、４６の中にあるそれぞれのセンサ８２および８４からの圧力測定値をそれぞれ受けとる。制御ユニット６０は、空気流量制御弁５８および５９の独立した制御を提供するように機能的に接続されている。制御ユニット６０は、センサ８２および８４からの圧力測定値の読出しを提供する手動操作システムであってもよいので、オペレータは空気流量制御弁５８または５９を手動で活動化してもよい。代替案として、制御ユニット６０は、数値制御システムにしたがって空気流量制御弁５８または５９の設定を調節する自動制御式ユニットであってもよい。手動構成または自動構成のいずれにおいても、空気流量制御弁５８および５９を制御ユニット６０によって独立して活動化して、平衡ピストン空洞４２および４６の各々または両方における圧力を上昇または降下させることができる。１つの平衡ピストン空洞における圧力をある一定の圧力だけ上昇させるが、別の平衡ピストン空洞における圧力を同一の量だけ、より小さなある量だけ、より大きなある量だけ上昇させ、またはシステムの圧力範囲能力内で任意の量だけ低下させることもできる。   A thrust balance control system is shown in block diagram form in FIG. A balanced piston cavity 42 which is pressurized by discharge from the high pressure compressor 69 through an air pressurization volume 70 through a seal 52 is connected to an air flow control valve 58 and an air discharge pipe 62 via a pneumatic discharge pipe 56. Yes. The balanced piston cavity 46 pressurized by the discharge from the high pressure compressor 69 through the seal 41 through the air pressurization volume 72 is connected to the air discharge pipe 64 through the pneumatic discharge pipe 47 and the air flow control valve 59. ing. Exhaust pipes 62, 64 direct air to the downstream area 66 of the engine so that the air can contribute to overall engine efficiency, or alternatively, the air may be exhausted to the atmosphere. The control unit 60 receives pressure measurements from respective sensors 82 and 84 in the balanced piston cavities 42 and 46, respectively. Control unit 60 is operably connected to provide independent control of air flow control valves 58 and 59. Since the control unit 60 may be a manually operated system that provides reading of pressure measurements from the sensors 82 and 84, the operator may manually activate the air flow control valve 58 or 59. Alternatively, the control unit 60 may be an automatically controlled unit that adjusts the settings of the air flow control valves 58 or 59 according to a numerical control system. In either manual or automatic configuration, air flow control valves 58 and 59 can be independently activated by the control unit 60 to increase or decrease the pressure in each or both of the balanced piston cavities 42 and 46. Increase the pressure in one balanced piston cavity by a certain pressure, but increase the pressure in another balanced piston cavity by the same amount, a smaller amount, a larger amount, or the pressure range capability of the system It can also be reduced by any amount.

エンジンの運転中は、制御ユニット６０は、それぞれの平衡ピストン空洞４２および４６における圧力レベルを制御するために、空気流量制御弁５８および５９を独立して操作してもよい。平衡ピストン空洞４６内の空気圧は、空気流量制御弁５９を活動化することによって空気圧放出管４７を介して制御される。空気流量制御弁５９を閉じると、平衡ピストン空洞４６内の圧力は本質的に、高圧圧縮機源７２の出力から得られる最高圧力に保持され、比例圧を図３における矢印７４によって示される概して下流の力として環状プレート４３に加え、スラスト軸受４０上の荷重を平衡化する。空気流量制御弁５９を完全に開くと、平衡ピストン空洞４６内の圧力はほぼ、下流区域６６または大気の低圧に低下し、僅かな圧力が環状プレート４３に加えられる。空気流量制御弁５９のための中間弁設定によって、平衡ピストン空洞４６内の圧力を、高圧圧縮機源７２から得られる最高圧力より低い中間圧力レベルに維持することができる。平衡ピストン空洞４２内の空気圧は、空気流量制御弁５８を制御することによって空気圧放出管５６を介して制御される。空気流量制御弁５８を閉じると、平衡ピストン空洞４２内の圧力は本質的に、高圧圧縮機源７０の出力から得られる最高圧力に保持され、この圧力を図３における矢印７６によって示される概して上流の力として環状プレート５３に加え、スラスト軸受４０上の荷重を平衡化する。空気流量制御弁５８を開くと、平衡ピストン空洞４２内の圧力は下流区域６６または大気の低圧に低下し、僅かな圧力が環状プレート５３に加えられる。空気流量制御弁５８のための中間弁設定によって、平衡ピストン空洞４６内の圧力を、高圧圧縮機源７０から得られる最高圧力より低い中間圧力レベルに維持することができる。   During engine operation, the control unit 60 may operate the air flow control valves 58 and 59 independently to control the pressure level in the respective balanced piston cavities 42 and 46. The air pressure in the balanced piston cavity 46 is controlled via the pneumatic discharge tube 47 by activating the air flow control valve 59. When the air flow control valve 59 is closed, the pressure in the balanced piston cavity 46 is essentially held at the highest pressure obtained from the output of the high pressure compressor source 72, with the proportional pressure generally downstream as indicated by arrow 74 in FIG. In addition to the annular plate 43, the load on the thrust bearing 40 is balanced. When the air flow control valve 59 is fully opened, the pressure in the balanced piston cavity 46 drops to approximately the downstream section 66 or atmospheric low pressure, and a slight pressure is applied to the annular plate 43. The intermediate valve setting for the air flow control valve 59 allows the pressure in the balanced piston cavity 46 to be maintained at an intermediate pressure level that is lower than the maximum pressure obtained from the high pressure compressor source 72. The air pressure in the balanced piston cavity 42 is controlled via the air pressure discharge pipe 56 by controlling the air flow control valve 58. When the air flow control valve 58 is closed, the pressure in the balanced piston cavity 42 is essentially held at the highest pressure available from the output of the high pressure compressor source 70, which is generally upstream as indicated by arrow 76 in FIG. In addition to the annular plate 53, the load on the thrust bearing 40 is balanced. When the air flow control valve 58 is opened, the pressure in the balanced piston cavity 42 drops to the downstream section 66 or atmospheric low pressure and a slight pressure is applied to the annular plate 53. The intermediate valve setting for the air flow control valve 58 allows the pressure in the balanced piston cavity 46 to be maintained at an intermediate pressure level that is lower than the maximum pressure obtained from the high pressure compressor source 70.

制御ユニット６０は、空気流量制御弁５８を選択的に活動化して平衡ピストン空洞４２内の圧力を維持、上昇、または低下させ、および／または空気流量制御弁５９を選択的に活動化して平衡ピストン空洞４６内の圧力を維持、上昇、または低下させる。平衡ピストン空洞４２から空気圧放出管５６を介して流れる空気流量は、平衡ピストン空洞４６から空気圧放出管４７を介して流れる空気流量とは独立して調節可能であるから、平衡ピストン空洞４２、４６の１つの中の圧力を、他の１つの中の圧力を維持または上昇させながら、低下させることもできる。この独立した圧力制御によって、エンジンの運転中に後方力と前方力の比を従来技術のシステムの固定比とは対照的に調節することができる。平衡ピストン空洞４２内の圧力を平衡ピストン空洞４６内の圧力とは個別に制御することは、かなり高いスラスト圧力レベル制御と、ロータスラスト軸受４０にかかるスラスト荷重の制御の柔軟性をもたらす。制御ユニット６０が自動的に操作される場合には、圧力制御は、平衡ピストン空洞内の圧力の測定値に基いてエンジン運転中にロータスラストレベルを予測するために設計されたアルゴリズムによって決定されることになる。制御システムは、それぞれの平衡ピストン空洞内の圧力を選択的に調節して、スラスト軸受４０にかかる適正な荷重を維持する。この結果、軸受組立体の有用寿命は高い信頼性と費用効果を伴って増加する。各平衡ピストン空洞に供給される圧力を個別に制御することによって、すなわち１つの平衡ピストン空洞内の空気圧を低下させると共に、他の１つの平衡ピストン空洞内の空気圧を同じ量だけ上昇させることによって、ピストン区域を効果的に加えることもできるので、スラストの平衡はより高い全スラスト荷重を取り扱うことができる。   The control unit 60 selectively activates the air flow control valve 58 to maintain, increase or decrease the pressure in the balanced piston cavity 42 and / or selectively activates the air flow control valve 59 to balance the piston. Maintain, increase or decrease the pressure in the cavity 46. Since the flow rate of air flowing from the balanced piston cavity 42 via the pneumatic discharge tube 56 can be adjusted independently of the flow rate of air flowing from the balanced piston cavity 46 via the pneumatic discharge tube 47, The pressure in one can also be lowered while maintaining or raising the pressure in the other. This independent pressure control allows the ratio of rear force to front force to be adjusted during engine operation as opposed to the fixed ratio of prior art systems. Controlling the pressure in the balanced piston cavity 42 separately from the pressure in the balanced piston cavity 46 provides a much higher thrust pressure level control and flexibility in controlling the thrust load on the rotor thrust bearing 40. If the control unit 60 is operated automatically, the pressure control is determined by an algorithm designed to predict rotor thrust levels during engine operation based on pressure measurements in the balanced piston cavity. It will be. The control system selectively adjusts the pressure in each balanced piston cavity to maintain the proper load on the thrust bearing 40. As a result, the useful life of the bearing assembly is increased with high reliability and cost effectiveness. By individually controlling the pressure supplied to each balanced piston cavity, i.e. reducing the air pressure in one balanced piston cavity and increasing the air pressure in the other balanced piston cavity by the same amount, Since the piston area can also be added effectively, the thrust balance can handle higher total thrust loads.

図６に、図３に示したタイプのガスタービンエンジンについて、上のグラフと下のグラフにそれぞれ、軸受荷重と馬力の関係および平衡ピストン空洞圧力と馬力の関係をグラフ表示する。図６の上のグラフは代表的な関係を図示しているが、軸受荷重すなわち正味ロータスラストに影響する多くの要素が、軸受荷重と馬力の関係を変動させることができ、したがってこれらの曲線は多くの形状をとることがある。ガスタービンエンジンは、正常運転中にスラスト軸受４０が、１０８で示す最大許容軸受荷重と１１０で示す最小許容軸受荷重との間の、１０６で示す馬力に対する公称設計スラスト荷重レベルの許容スラスト負荷範囲内で動作するように設計される。あらゆる馬力設定における最大荷重１０８と最小荷重１１０の差は、スラスト平衡化制御の利用可能な範囲を決定する。エンジンの大きさと馬力が増えるにつれて、予期されるスラスト軸受荷重は増加し、空気放出管と弁を含む平衡ピストン空洞は予期される荷重平衡化要件に適応する大きさになる。エンジンは、空気流量制御弁５８および５９のための公称値設定がそれぞれの平衡ピストン空洞４２、４６内の空気圧を、図６の下のグラフにおいて曲線１０２で示す特定の馬力のための圧縮機ブリードに近似する最高動作圧力と、曲線１０４で示す周辺大気の最低動作圧力との間の範囲内で、１００で示す曲線に沿ってほぼ同じに維持するように設計される。最高平衡ピストン空洞圧力１０２と最低平衡ピストン空洞圧力１０４の間の差は、特定のエンジン馬力レベルにおける利用可能な圧力調節範囲を示す。それぞれの平衡ピストン空洞における圧力センサが圧力上昇を示す場合には、軸受４０上のある軸方向におけるスラスト荷重の対応する上昇が指示される。制御システムを活動化して、平衡ピストン空洞の１つまたは両方の中の圧力を変化させ、ロータスラスト軸受４０上の軸方向スラスト荷重を許容レベルに制限する。空気流量制御弁５８を活動化して、平衡ピストン空洞４２内の圧力を低下させると共に、平衡ピストン空洞４６内の圧力を、後方向における正味軸受荷重を増加させるピストン区域５４に加えられる力のレベルを効果的に低下させるように維持することもできる。さらなる調節が必要な場合には、空気流量制御弁５９を閉じることによって平衡ピストン空洞４６内の圧力を上昇させることもでき、こうしてより広い調節を提供する。利用可能な全力レベル調節は、ピストン区域５１および５４にかかる圧力１０２および１０４の間の差である。圧力センサが後方向に過剰な荷重を示す場合には、空気流量制御弁５８および５９のいずれかまたは両方を活動化して、必要な調節レベルに応じて、平衡ピストン空洞４６における圧力を降下させ、および／または平衡ピストン空洞４２における圧力を上昇させて、平衡ピストン区域５４に前部軸方向圧力を、および／またはピストン区域５１により低い力を加えて、ロータスラスト軸受４０上の荷重を解除することもできる。   FIG. 6 graphically displays the relationship between bearing load and horsepower and the relationship between equilibrium piston cavity pressure and horsepower in the upper and lower graphs, respectively, for the type of gas turbine engine shown in FIG. Although the top graph in FIG. 6 illustrates a typical relationship, many factors that affect the bearing load, or net rotor thrust, can fluctuate the relationship between bearing load and horsepower, so these curves are May take many shapes. In a gas turbine engine, during normal operation, the thrust bearing 40 is within an allowable thrust load range of a nominally designed thrust load level for horsepower indicated at 106 between a maximum allowable bearing load indicated at 108 and a minimum allowable bearing load indicated at 110. Designed to work with. The difference between the maximum load 108 and the minimum load 110 at any horsepower setting determines the available range of thrust balancing control. As engine size and horsepower increase, the expected thrust bearing load increases and the balanced piston cavity, including the air release tube and valve, is sized to accommodate the expected load balancing requirements. The engine has a compressor bleed for a specific horsepower with a nominal value setting for the air flow control valves 58 and 59, indicated by the curve 102 in the lower graph of FIG. Is designed to remain approximately the same along the curve shown at 100, within the range between the maximum operating pressure approximating to The difference between the highest equilibrium piston cavity pressure 102 and the lowest equilibrium piston cavity pressure 104 indicates the available pressure adjustment range at a particular engine horsepower level. If the pressure sensor in each balanced piston cavity indicates a pressure increase, a corresponding increase in thrust load in a certain axial direction on the bearing 40 is indicated. The control system is activated to change the pressure in one or both of the balanced piston cavities and limit the axial thrust load on the rotor thrust bearing 40 to an acceptable level. The air flow control valve 58 is activated to reduce the pressure in the balanced piston cavity 42 and to reduce the pressure in the balanced piston cavity 46 to a level of force applied to the piston section 54 that increases the net bearing load in the rearward direction. It can also be maintained to effectively reduce. If further adjustment is required, the pressure in the balanced piston cavity 46 can be increased by closing the air flow control valve 59, thus providing wider adjustment. The available full force level adjustment is the difference between the pressures 102 and 104 on the piston sections 51 and 54. If the pressure sensor indicates an excessive load in the backward direction, either or both of the air flow control valves 58 and 59 are activated to reduce the pressure in the balanced piston cavity 46, depending on the level of regulation required, And / or increasing the pressure in the balanced piston cavity 42 to apply a front axial pressure to the balanced piston section 54 and / or a lower force in the piston section 51 to release the load on the rotor thrust bearing 40. You can also.

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、当業者には、本発明を添付の特許請求の範囲の精神と範囲の中で変更を伴って実行できることが理解されよう。   While the invention has been described in terms of various specific embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention can be practiced with modification within the spirit and scope of the appended claims.

ロータスラスト平衡化システムを含むガスタービンエンジンの概略縦断面図である。1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a gas turbine engine including a rotor thrust balancing system. ガスタービンエンジンにおける従来の技術によるスラスト制御システムの拡大された概略部分断面図である。1 is an enlarged schematic partial cross-sectional view of a prior art thrust control system in a gas turbine engine. FIG. 一対のスラスト平衡ピストン空洞を含むガスタービンエンジンスラスト軸受上の荷重を平衡化するためのシステムの概略部分断面図である。1 is a schematic partial cross-sectional view of a system for balancing loads on a gas turbine engine thrust bearing that includes a pair of thrust balancing piston cavities. FIG. 図３に示すスラスト制御システムにおける平衡ピストン空洞の１つの内部の空気圧を調整するためのシステムの概略部分断面図である。FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view of a system for adjusting the air pressure within one of the balanced piston cavities in the thrust control system shown in FIG. 3. 平衡ピストン空洞への空気流を制御して、図３および４に示すロータスラスト軸受上の荷重を平衡化するための制御システムを示す概略ブロック図である。FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a control system for controlling air flow to a balanced piston cavity to balance loads on the rotor thrust bearing shown in FIGS. 3 and 4. 図３に示すようなシステムにおける圧力調整用の一技法を示すグラフである。4 is a graph illustrating one technique for pressure regulation in a system such as that shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ガスタービンエンジン
１２ 低圧圧縮機
１４ 高圧圧縮機
１６ 燃焼器
１８ 高圧タービン
２０ 低圧タービン
２２ 長手軸
２４ 低圧駆動軸
２５ 固定子
２６ 高圧駆動軸
２８ エンジン入口
２９ 下流端部
３０ 排気ノズル
３２ 前部平衡ピストン空洞
３３ 回転表面
３４ 後部平衡ピストン空洞
３５ 回転表面
３６ クロスオーバ管
３７ 半径
３８ スラスト軸受
３９ 半径
４０ ロータスラスト軸受
４１ シール
４２ 前部平衡ピストン空洞
４３ 回転可能部材
４５ 固定表面
４６ 後部平衡ピストン空洞
４７ 空気圧放出管
５１ ピストン区域
５２ シール
５３ 環状プレート
５４ ピストン区域
５５ 環状プレート
５６ 空気圧放出管
５８ 空気流量制御弁
５９ 空気流量制御弁
６０ 制御ユニット
６２ 空気排出管
６４ 空気排出管
６６ 下流区域
６９ 高圧圧縮機
７０ 空気加圧容積
７２ 空気加圧容積
７４ 矢印
７６ 矢印
８２ センサ
８４ センサ
１００ 曲線
１０２ 最大平衡ピストン空洞圧力
最小平衡ピストン空洞圧力
１０６ 公称設計スラスト
最大許容軸受荷重
１１０ 最小許容軸受荷重 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas turbine engine 12 Low pressure compressor 14 High pressure compressor 16 Combustor 18 High pressure turbine 20 Low pressure turbine 22 Longitudinal shaft 24 Low pressure drive shaft 25 Stator 26 High pressure drive shaft 28 Engine inlet 29 Downstream end 30 Exhaust nozzle 32 Front balance piston Cavity 33 Rotating Surface 34 Rear Balanced Piston Cavity 35 Rotating Surface 36 Crossover Tube 37 Radius 38 Thrust Bearing 39 Radius 40 Rotor Thrust Bearing 41 Seal 42 Front Balanced Piston Cavity 43 Rotating Member 45 Fixed Surface 46 Rear Balanced Piston Cavity 47 Pneumatic Release Pipe 51 Piston area 52 Seal 53 Annular plate 54 Piston area 55 Annular plate 56 Pneumatic discharge pipe 58 Air flow control valve 59 Air flow control valve 60 Control unit 62 Air exhaust pipe 64 Air exhaust pipe 66 Downstream area 9 high pressure compressor 70 air pressurized volume 72 air pressurized volume 74 arrow 76 arrow 82 sensor 84 sensor 100 curve 102 the maximum balance piston cavity pressure
Minimum equilibrium piston cavity pressure 106 Nominal design thrust
Maximum allowable bearing load 110 Minimum allowable bearing load

Claims (9)

固定子（２５）とロータとロータスラスト平衡化装置とを備えるガスタービンエンジン（１０）であって、
前記ロータは、高圧圧縮機（１４）と高圧タービン（１８）を含み、
前記高圧タービン（１８）は、高圧駆動軸（２６）によって連結され、
前記高圧駆動軸（２６）は、前記固定子（２５）の中で回転可能であり且つ前記固定子（２５）とロータスラスト軸受（４０）によって支持されており、
前記ロータスラスト平衡化装置は、
（ａ）高圧駆動軸（２６）に連結された第１環状プレート（４３）の上に、下流に向うスラスト平衡化力を加えるための第１平衡ピストン空洞（４６）と、
（ｂ）前記高圧駆動軸（２６）に連結された第２環状プレート（５３）の上に、独立して制御された上流に向うスラスト平衡化力を加えるための第２平衡ピストン空洞（４２）と
を含み、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）は、前記ロータスラスト軸受（４０）の下流に配置され、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）は、閉ざされた容積であり、該容積は、一端部では前記高圧駆動軸（２６）に連結された回転可能部材（４３）によって画定され、該一端部と軸方向に反対側の他端部では、前記固定子（２５）に連結された固定表面（４５）によって画定され、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）は、高圧圧縮機の第１の排出空気と流動連絡され、第1の空気流量制御弁（５９）を介して第1の空気排出管（６４）と連結され、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）は、前記ロータスラスト軸受（４０）の上流に配置され、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）は、閉ざされた容積であり、該容積は、一端部では前記高圧駆動軸（２６）に連結された環状プレート（５３）によって画定され、該一端部と軸方向に反対側の他端部では、前記固定子（２５）に連結された環状プレート（５５）によって画定され、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）は、高圧圧縮機の第２の排出空気と流動連結され、第２の空気流量制御弁（６２）を介して第２の空気排出管（５８）と連結される
ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１０）。 A stator (25) between the rotor and the gas turbine engine and a rotor thrust balancing device (10),
The rotor includes a high pressure compressor (14) and a high pressure turbine (18);
The high pressure turbine (18) is connected by a high pressure drive shaft (26),
The high-pressure drive shaft (26) is rotatable in the stator (25) and supported by the stator (25) and a rotor thrust bearing (40),
The rotor thrust balancing device is:
(A) a first balanced piston cavity (46) for applying a thrust balancing force directed downstream onto a first annular plate (43) connected to the high pressure drive shaft (26);
(B) a second balanced piston cavity (42) for applying an independently controlled upstream thrust balancing force on a second annular plate (53) connected to the high pressure drive shaft (26); viewing including the door,
The first balanced piston cavity (46) is disposed downstream of the rotor thrust bearing (40);
The first balanced piston cavity (46) is a closed volume, which is defined at one end by a rotatable member (43) connected to the high pressure drive shaft (26), At the other axially opposite end, it is defined by a fixing surface (45) connected to the stator (25),
The first balanced piston cavity (46) is in flow communication with the first exhaust air of the high-pressure compressor and is connected to the first air exhaust pipe (64) via the first air flow control valve (59). ,
The second balanced piston cavity (42) is disposed upstream of the rotor thrust bearing (40);
The second balanced piston cavity (42) is a closed volume, which is defined at one end by an annular plate (53) connected to the high pressure drive shaft (26), the end and the shaft. At the other end opposite to the direction, it is defined by an annular plate (55) connected to the stator (25),
The second balanced piston cavity (42) is fluidly connected to the second discharge air of the high-pressure compressor, and is connected to the second air discharge pipe (58) via the second air flow control valve (62). Ru
A gas turbine engine (10) characterized in that: （ａ）前記第１平衡ピストン空洞（４６）が、第１シール（４１）を介して第１空気加圧容積（７２）と流動連絡して連結され且つ第１空気圧放出管（４７）と流動連絡して前記第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御するための第１空気流量制御弁（５９）と流動連絡して連結され、
（ｂ）前記第２平衡ピストン空洞（４２）が、第２シール（５２）を介して第２空気加圧容積（７０）と流動連絡して連結され且つ第２空気圧放出管（５６）と流動連絡して前記第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を制御するための前記第１空気流量制御弁（５９）と独立して制御可能な第２空気流量制御弁（５８）と流動連絡して連結されている、
請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。 (A) The first balanced piston cavity (46) is connected in flow communication with the first air pressurization volume (72) via the first seal (41) and flows with the first pneumatic discharge pipe (47). In fluid communication with a first air flow control valve (59) for controlling air pressure in the first balanced piston cavity (46),
(B) The second balanced piston cavity (42) is connected in flow communication with the second air pressurization volume (70) via the second seal (52) and flows with the second pneumatic discharge pipe (56). In flow communication with a second air flow control valve (58) that is controllable independently of the first air flow control valve (59) for controlling the air pressure in the second balanced piston cavity (42). Connected,
The gas turbine engine (10) according to claim 1. 前記第１平衡ピストン空洞（４６）は、その軸方向後端部で前記回転可能部材（４３）によって画定され、その軸方向前端部で前記固定表面（４５）によって画定され、空気圧放出管（４７）と流動連絡して前記第１空気排出管（６４）に連結され、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）は、その軸方向前端部で前記環状プレート（５３）によって画定され、その軸方向後端部で前記環状プレート（５５）によって画定され、第２空気圧放出管（５６）と流動連絡して前記第２空気排出管（６２）に連結されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のガスタービンエンジン（１０）。 The first balanced piston cavity (46) is defined by the rotatable member (43) at its axial rear end and by the fixed surface (45) at its axial front end , and is provided with a pneumatic discharge tube (47). ) and flow communication with connected to the first air discharging pipe (64),
The second balanced piston cavity (42) is defined by the annular plate (53) at its axial front end and by the annular plate (55) at its axial rear end , and a second pneumatic discharge tube ( 56) and flow communication with and is connected to the second air discharge pipe (62)
Gas turbine engine (10) according to claim 1 or 2, characterized in that . 固定子（２５）及びロータを備えるガスタービンエンジン（１０）におけるロータスラスト軸受荷重を平衡化するための方法であって、
前記ロータは高圧圧縮機（１４）と高圧タービン（１８）を含み、前記高圧タービン（１８）は高圧駆動軸（２６）によって連結され、前記高圧駆動軸（２６）は前記固定子（２５）の中で回転可能であり、前記固定子（２５）とロータスラスト軸受（４０）によって支持されており、前記ロータスラスト軸受（４０）は前記高圧駆動軸（２６）と前記固定子（２５）の間に配設されており、
前記方法は、
エンジンロータ構成部分に下流向きのスラスト平衡化力を提供するために構成された第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御すること、および
上流向きのスラスト平衡化力を提供するために構成された第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を独立して制御すること
を含み、
前記方法は、さらに、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）は、前記ロータスラスト軸受（４０）の下流に配置し、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）を閉ざされた容積として画定し、該容積を、一端部では前記高圧駆動軸（２６）に連結された回転可能部材（４３）によって画定し、該一端部と軸方向に反対側の他端部では、前記固定子（２５）に連結された固定表面（４５）によって画定し、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）を、高圧圧縮機の第１の排出空気と流動連絡させ、第1の空気流量制御弁（５９）を介して第1の空気排出管（６４）と連結させ、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）を、前記ロータスラスト軸受（４０）の上流に配置し、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）を、閉ざされた容積として画定し、該容積を、一端部では前記高圧駆動軸（２６）に連結された環状プレート（５３）によって画定し、該一端部と軸方向に反対側の他端部では、前記固定子（２５）に連結された環状プレート（５５）によって画定し、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）を、高圧圧縮機の第２の排出空気と流動連結させ、第２の空気流量制御弁（６２）を介して第２の空気排出管（５８）と連結させる
ことを特徴とする、方法。 A method for balancing rotor thrust bearing loads in a gas turbine engine (10) comprising a stator (25) and a rotor , comprising:
The rotor includes a high pressure compressor (14) and a high pressure turbine (18), the high pressure turbine (18) is connected by a high pressure drive shaft (26), and the high pressure drive shaft (26) is connected to the stator (25). The rotor thrust bearing (40) is supported between the high-pressure drive shaft (26) and the stator (25). Are arranged in the
The method
Controlling the air pressure in the first balancing piston cavity (46) configured to provide a downstream thrust balancing force to the engine rotor component; and
Look including to control independently the pressure in the second balance piston cavity configured to provide thrust balancing force of the upstream direction (42),
The method further comprises:
The first balanced piston cavity (46) is located downstream of the rotor thrust bearing (40);
The first balanced piston cavity (46) is defined as a closed volume, the volume being defined at one end by a rotatable member (43) coupled to the high pressure drive shaft (26), and the one end At the other axially opposite end, it is defined by a fixing surface (45) connected to the stator (25),
The first balanced piston cavity (46) is in fluid communication with the first exhaust air of the high-pressure compressor and is connected to the first air exhaust pipe (64) via the first air flow control valve (59). ,
The second balanced piston cavity (42) is located upstream of the rotor thrust bearing (40);
The second balanced piston cavity (42) is defined as a closed volume, which is defined at one end by an annular plate (53) connected to the high pressure drive shaft (26), At the other axially opposite end, it is defined by an annular plate (55) connected to the stator (25),
The second balanced piston cavity (42) is fluidly connected to the second discharge air of the high-pressure compressor and is connected to the second air discharge pipe (58) via the second air flow control valve (62).
A method characterized by that . 前記第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御することが、前記第１空気流量制御弁（５９）を制御して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）からの空気流量を制御し、前記下流向きのスラスト平衡化力の力を制御することを含み、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を制御することが、前記第２空気排出管（６２）の中に含まれる第２空気流量制御弁（５８）を制御して、前記第２平衡ピストン空洞（４２）からの空気流量を制御し、前記上流向きのスラスト平衡化力の力を制御することを含む、
請求項４記載の方法。 The first is to control the air pressure in the balance piston cavity (46), the first air flow control valve to control (59) to control the air flow from the first balance piston cavity (46), wherein Including controlling the force of the downstream thrust balancing force;
The second is to control the air pressure in the balance piston cavity (42) controls the second air flow control valve (58) included in said second air discharge pipe (62), said second balance piston Controlling the air flow rate from the cavity (42) and controlling the force of the upstream thrust balancing force;
The method of claim 4. 前記第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御することが、前記第１空気流量制御弁（５９）を調節して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）からの空気流量を増加して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）内の空気圧の低下を可能にし、下流向きのスラスト平衡化力の力を減少させることを含み、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を制御することが、前記第２空気流量制御弁（５８）を不変に維持して、前記第２空気流量制御弁（５８）内の空気圧を固定状態に維持し、前記上流向きスラスト平衡化力を一定に維持し、軸上流方向におけるスラスト平衡力の正味増加を生成することを含む、
請求項５記載の方法。 Controlling the air pressure in the first balanced piston cavity (46) adjusts the first air flow control valve (59) to increase the air flow rate from the first balanced piston cavity (46); Allowing a reduction in air pressure in the first balancing piston cavity (46) and reducing the force of the downstream thrust balancing force;
Controlling the air pressure in the second balanced piston cavity (42) keeps the second air flow control valve (58) unchanged and the air pressure in the second air flow control valve (58) is fixed. Maintaining the upstream thrust balancing force constant, and generating a net increase in thrust balancing force in the axial upstream direction,
The method of claim 5. 前記第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御することが、前記第１空気流量制御弁（５９）を調節して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）からの空気流量を増加して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）内の空気圧の低下を可能にし、下流向きのスラスト平衡化力の力を減少させることを含み、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を制御することが、前記第２空気流量制御弁（５８）を調節して、前記第２平衡ピストン空洞（４２）からの空気流量を低下させ、前記第２空気流量制御弁（５８）内の空気圧を上昇させて固定状態にし、前記上流向きスラスト平衡化力の力を増加させて、軸上流方向におけるスラスト平衡力の正味増加を生成することを含む、
請求項５記載の方法。 Controlling the air pressure in the first balanced piston cavity (46) adjusts the first air flow control valve (59) to increase the air flow rate from the first balanced piston cavity (46); Allowing a reduction in air pressure in the first balancing piston cavity (46) and reducing the force of the downstream thrust balancing force;
Controlling the air pressure in the second balanced piston cavity (42) adjusts the second air flow control valve (58) to reduce the air flow from the second balanced piston cavity (42), and comprising increasing the air pressure in the second air flow control valve (58) in the fixed state, by increasing the force of the upstream-facing thrust balancing force to produce a net increase in thrust balancing force in the axial upstream direction ,
The method of claim 5. 前記第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御することが、前記第１空気流量制御弁（５９）を調節して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）からの空気流量を最大化して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）内の空気圧を最低レベルに落ちるように最小化し、下流向きのスラスト平衡化力の力を最小化することを含み、
前記第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を制御することが、前記第２空気流量制御弁（５８）を調節して、前記第２平衡ピストン空洞（４２）からの空気流量を最小化し、前記第２平衡ピストン空洞（４２）内の空気圧を最大化し、前記上流向きスラスト平衡化力の力を最大化して一定状態にし、最大正味上流向きスラスト平衡化力を生成することを含む、
請求項５記載の方法。 Controlling the air pressure in the first balanced piston cavity (46) adjusts the first air flow control valve (59) to maximize the air flow from the first balanced piston cavity (46); Minimizing the air pressure in the first balancing piston cavity (46) to a minimum level and minimizing the force of the downstream thrust balancing force;
Controlling the air pressure in the second balanced piston cavity (42) adjusts the second air flow control valve (58) to minimize the air flow from the second balanced piston cavity (42), and Maximizing air pressure in the second balancing piston cavity (42), maximizing the force of the upstream thrust balancing force to a constant state, and generating a maximum net upstream thrust balancing force;
The method of claim 5. 前記第２平衡ピストン空洞（４２）における空気圧を制御することが、前記第２空気流量制御弁（５８）を調節して、前記第２平衡ピストン空洞（４２）からの空気流量を最大化し、前記第２平衡ピストン空洞（４２）内の空気圧を最小化し、前記上流向きスラスト平衡化力の力を最小化することを含み、
前記第１平衡ピストン空洞（４６）における空気圧を制御することが、前記第１空気流量制御弁（５９）を調節して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）からの空気流量を最小化して、前記第１平衡ピストン空洞（４６）内の空気圧を最大化し、前記下流向きのスラスト平衡化力を最大化して、最大正味下流向きスラスト平衡化力を生成することを含む、
請求項５記載の方法。
Controlling the air pressure in the second balanced piston cavity (42) adjusts the second air flow control valve (58) to maximize the air flow from the second balanced piston cavity (42), and Minimizing air pressure in the second balancing piston cavity (42) and minimizing the force of the upstream thrust balancing force;
Controlling the air pressure in the first balanced piston cavity (46) adjusts the first air flow control valve (59) to minimize the air flow from the first balanced piston cavity (46); maximize air pressure of the first balance piston cavity (46) inside, to maximize the thrust balancing force of the downstream direction, comprising generating a maximum net downstream direction thrust balancing force,
The method of claim 5.
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