JP6938610B2 - クリアランス制御リング組立体 - Google Patents

Description

本実施形態は、全般的にガスタービンエンジンに関する。より詳細には、本実施形態は、限定ではないが、ガスタービンエンジンの回転部分に対向して又は半径方向外側の領域に配置されたステータ部品のためのクリアランス制御構造体に関する。

典型的なガスタービンエンジンは、一般に、前方端部と後方端部とを有し、これらの間に複数のコア又は推進部品が軸方向に配置される。空気入口又は吸気口は、エンジンの前方端部に位置する。吸気口の後に続いて後方端部に向かって、ファン、圧縮機、燃焼室、及びタービンがある。当業者であれば、エンジンが例えば低圧及び高圧圧縮機、並びに低圧及び高圧タービンなどの追加の部品を含み得ることを容易に理解できるはずである。しかしながら、これは網羅的に列挙したものではない。

圧縮機及びタービンは、一般に、軸方向に多段でスタックされた翼形部の列を含む。各段は、円周方向に離間したステータベーンの列と、タービンエンジンの中央シャフト又は軸の周りで回転するロータブレードの列とを含む。多段低圧タービンが多段高圧タービンの後に続き、該低圧タービンは通常、飛行時に航空機に動力を供給する典型的なターボファン航空機エンジン構成において圧縮機から上流側に配置されたファンに第２のシャフトにより接合される。

ステータは、円周方向端部にて当接されてガスタービンエンジンの軸線の周りに完全なリングを形成する複数のノズルセグメントにより形成される。各ノズルセグメントは単一ベーンを含むことができ、これは一般にシングレットと呼ばれる。もしくは、ノズルセグメントは、１つのセグメントごとに２つのベーンを有することができ、これは一般にダブレットと呼ばれる。第３の実施形態では、より多数のベーンを単一のセグメント上に配置することができる。これらの実施形態では、ベーンは、内側バンドと外側バンドとの間に延びる。

典型的なガスタービンエンジンは、高温の燃焼ガスからのエネルギーの抽出が最大になるように高圧タービン及び低圧タービンを利用する。タービンセクションは、典型的にはエンジンの長手方向中心軸線に沿って軸方向に配置された内部シャフトを有する。ブレードは、ロータ上に円周方向に分散配置され、内部シャフトを回転させる。内部シャフトは、ロータ及び空気圧縮機に結合され、タービンが空気圧縮機へ回転入力を与えて圧縮機ブレードを駆動させる。これは作動中に圧縮機に動力を供給し、続いてタービンを駆動する。燃焼ガスがタービン段を通って下流側に流れると、エネルギーがそこから抽出され、燃焼ガスの圧力が低下する。

作動時、空気は圧縮機において加圧され、燃焼器において燃料と混合されて高温の燃焼ガスを発生し、これがタービン段を通って下流側に流れる。これらのタービン段は、燃焼ガスからエネルギーを抽出する。高圧タービンは、最初に燃焼器から高温の燃焼ガスを受け取り、該高圧タービンは、支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる高圧タービンロータブレードの列を通して下流側に燃焼ガスを配向させるステータノズル組立体を含む。ステータノズルは、隣接する下流側タービンブレードでの抽出が最大になるように高温の燃焼ガスの向きを変える。２段タービンにおいては、第２段ステータノズル組立体が第１段ブレードの下流側に配置され、次いで第２の支持ロータディスクから半径方向外向きに延びる第２段ロータブレードの列が続く。タービンは、燃焼ガスエネルギーを機械エネルギーに変換する。

このようなガスタービンエンジンの作動中、シール漏れ、すなわち回転しているロータ部品とロータ部品の半径方向外側の対向するステータ部品との間の漏れを最小にすることが望ましい。これらの領域におけるクリアランスを制限することで、エンジンの性能が向上する。作動中、回転及び静止部品の熱的又は機械的膨張における大きな差異は、ロータ／ステータの偏位を一致させることを困難にする。相対的な偏位が大きくなると、ロータ／ステータのクリアランスが大きくなって漏れを許し、又は寄生流（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｆｌｏｗ）を増大させる。また、過渡的な不一致は、離陸時の加速中のクリアランスの開口につながる。エンジンの空気流の漏れを低減させることで、燃料効率の改善及び燃料燃焼の低減がもたらされる。

ロータ部品とステータ部品との間のクリアランスを小さくするため、並びに排気ガス温度のオーバーシュートを低下させるために、これら及び他の欠点を克服することが望ましい。

米国特許第５３１４３０３号明細書

一部の実施形態によれば、受動クリアランス制御は、ロータ部品に対するステータ部品の間の熱膨張を制限する。熱膨張率が低い受動クリアランス制御リングを、エンジン作動
中に熱膨張する静止部品上に又は該静止部品に隣接して配置することができる。制御リングは、ＣＭＣ（セラミックマトリックス複合材）のような熱膨張率が低い材料で形成され、従って、温度上昇に伴う隣接したステータ部品の膨張を抑制又は規制する。ステータ部品の膨張を制限することで、ロータ／ステータのクリアランスが小さくなり、エンジンコアを通る流路に沿った流体の寄生漏れが制限される。

クリアランス制御リング組立体は、ガスタービンエンジン内でロータ部品に対向して配置されたステータ部品と、単一の構造体で形成され、ステータ部品の少なくとも一部の半径方向外側に配置されて円周方向に延びるクリアランス制御リングとを含み、クリアランス制御リングは、ステータ部品の少なくとも一部より低い熱膨張率を有し、該ステータ部品の少なくとも一部は、熱膨張が制限され、ロータ部品からの膨張が制限される。

クリアランス制御リング組立体は、圧縮機吐出圧シールステータと、圧縮機吐出圧シールロータに対向するハニカム摩耗性材と、圧縮機吐出圧シールステータの周りに円周方向に延びるセラミックマトリックス複合材制御リングとを含み、セラミックマトリックス複合材制御リングは一体形構造体であり、セラミックマトリックス複合材制御リングは、圧縮機吐出圧シールステータの熱膨張を制限し、シールステータとシールローラとの間の狭いシールクリアランスを維持する。

上記で概説した特徴の全ては、単なる例示に過ぎないことを理解すべきであり、本明細書の開示から、ガスタービンエンジンにおける受動クリアランス制御の更に多くの特徴及び目的を収集することができる。従って、この概要のいかなる限定的な解釈も、明細書全体、特許請求の範囲及び共に含まれる図面を更に読むことなく理解すべきではない。

これらの実施形態の上述した及び他の特徴及び利点、並びにこれらを実現する方法は、添付図面と共に実施形態に関する以下の説明を参照することによってより明らかになり、クリアランス制御の特徴がより良好に理解されるであろう。

例示的なガスタービンエンジンの側断面図。 圧縮機吐出圧シールにおける例示的な境界面の付近の制御リングの側断面図。 圧縮機内の例示的な制御リング構成。 制御リングの更なる例示的な実施形態。 制御リングの更に別の例示的な実施形態。 保持ショルダ構成を有する更なる実施形態。 ケースフランジの半径方向外側位置にリングを有する更なる実施形態。 複数の制御ラップを有する更なる実施形態。 ケーシングとの係合のための角度付き面を有する制御リングの実施形態。 ベーンプラットフォーム及び／又はケース構造体を捕捉するためのフランジを有する制御リング。 隣接するケース構造体が膨張したときに間隙を閉ざす可動制御リングの実施形態。 図１１の代替的な実施形態。 ブレードシュラウドリングとして働く制御リング。 ブレードシュラウドリングとして働く制御リングの代替的な実施形態。 制御リングと一体のブレードシュラウドリングの更なる代替的な実施形態。 付勢機構を有する代替的な実施形態の側断面図。 図１６の実施形態の部分等角図。 複数の付勢機構を有する更なる代替的な実施形態の側断面図。 図１８の付勢機構の１つの実施形態の等角図。 図１９の代替的な付勢機構の等角図。 図１９及び図２０の付勢機構の概略図を伴う図１８の実施形態の等角図。

次に、その１以上の実施例が図面に例示されている提示された実施形態について詳細に説明する。各実施例は、説明の目的で提供され、本開示の実施形態を限定するものではない。実際に、本開示の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本実施形態では実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、このような修正形態及び変形形態を添付の請求項及びその均等物の範囲内にあるものとして保護することが意図される。

図１〜図２１を参照すると、受動クリアランス制御リングを有するガスタービンエンジンの様々な実施形態が図示される。制御リングは、それ自体の熱膨張及び隣接するステータハードウェアの熱膨張を抑制し、ステータ部品とロータ部品との間の間隔の拡がりが起こらないようにする。本明細書で使用されるステータ部品という用語は、静止構造体を意味し、ロータ部品という用語は、ステータ部品に対して回転する回転部品を意味する。

本明細書で使用される用語「軸方向」及び「軸方向に」とは、エンジンの長手方向軸線に沿った寸法を意味する。「軸方向」及び「軸方向に」と併せて使用される用語「前方」とは、エンジン入口に向かう方向に移動していること、又はある部品が別の部品と比較してエンジン入口により近接していることを意味する。「軸方向」又は「軸方向に」と併せて使用される用語「後方」とは、エンジンノズルに向かう方向に移動していること、又はある部品が別の部品と比較してエンジンノズルにより近接していることを意味する。

本明細書で使用される用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、エンジンの長手方向軸線とエンジン外周との間に延びる寸法を意味する。単独で又は用語「半径方向」又は「半径方向に」と併せて使用される用語「近位方向」又は「近位方向に」とは、中心長手方向軸線に向かう方向に移動していること、又はある部品が別の部品と比較して中心長手方向軸線により近接していることを意味する。単独で又は用語「半径方向」又は「半径方向に」と併せて使用される用語「遠位方向」又は「遠位方向に」とは、エンジン外周に向かう方向に移動していること、又はある部品が別の部品と比較してエンジン外周により近接していることを意味する。本明細書で使用される用語「横方向」又は「横方向に」とは、軸方向及び半径方向の両方に対して垂直な寸法を意味する。用語「熱膨張率が低い材料」とは、温度上昇に伴う膨張が比較的少ない材料を意味する。

全ての方向性の言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上側、下側、上向き、下向き、左、右、横、前、後、上部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り）は、読み手の本発明の理解を助けるために識別の目的で使用しているに過ぎず、特に位置、向き、又は本発明の用途に関して限定するものではない。接続に関する言及（例えば、取り付け、結合、接続、及び接合）は、広義に解釈すべきであり、別途指示されていない限り、一群の要素間の中間部材及び要素間の相対移動を含むことができる。従って、接続に関する言及は、必ずしも２つの要素が互いに固定関係で直接接続されることを示唆するものではない。例示的な図面は、単に例証の目的のものであり、本明細書に添付される図面中に示されている寸法、位置、順序及び相対サイズは変えることができる。

最初に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１０の概略側断面図が示される。ガスタービンエンジンの機能は、高圧及び高温の燃焼ガスからエネルギーを抽出し、このエネルギーを仕事のための機械エネルギーに変換することである。ガスタービンエンジン１０
は、エンジン入口端部１２を有し、ここで空気はコア又はプロパルサー１３に流入し、該プロパルサー１３は、概ね、圧縮機１４と、燃焼器１６と、多段高圧タービン２０とによって定められる。全体として、プロパルサー１３は、作動中に推力又は動力を供給する。ガスタービン１０は、航空機、発電、産業、海洋又は同様のものに使用することができる。

作動時には、空気は、エンジン１０の空気入口端部１２を通って流入し、１以上の圧縮段を通って移動して、ここで空気の圧力が増大して燃焼器１６に送られる。圧縮空気は、燃料と混合されて燃焼して高温の燃焼ガスをもたらす、該燃焼ガスは、高圧タービン２０に向けて燃焼器１６から流出する。高圧タービン２０において、高温の燃焼ガスからエネルギーが抽出されてタービンブレードの回転を引き起こし、その結果、エンジン軸線２６の周りでシャフト２４の回転が生じる。シャフト２４は、エンジンの前面に向かって延在し、タービンの設計に応じて、１又はそれ以上の圧縮機１４の段、ターボファン１８又は入口ファンブレードを連続的に回転させる。ターボファン１８は、シャフト２８により低圧タービン２１に結合され、タービンエンジン１０の推力を生成する。低圧タービン２１を利用して、更なるエネルギーを抽出して追加の圧縮機段に動力を供給することもできる。

ここで図２を参照すると、圧縮機１４と燃焼器１６との間の境界面の側断面図が図示される。また、燃焼器１６の下流側には高圧タービン２０の第１段が示される。図示された実施形態では、シャフト２４はタービン２０から圧縮機１４へ延びており、タービン２０の回転が圧縮機１４内の高圧ロータブレードの回転を生じさせる。シャフト２４に沿って、圧縮機吐出圧シール３０がある。シール３０は、ステータ部品３２とロータ部品３４とを含む。本実施形態のロータ部品３４は、概ね半径方向外向きに延びる複数のシール歯３６を有するラビリンスシール３５として図示される。ステータ部品３２は、ロータ部品３４に対向して配置され、本実施形態によれば、少なくともハニカム材料３８のような摩耗性表面と支持アーム３９とを含む。ハニカム構造体３８は、支持アーム３９上に配置される。この図は断面で示されているので、当業者は、支持アーム３９がエンジンの中心線２６（図１）の周りに円周方向に延びていることを理解するであろう。同様に、摩耗性材料３８も円周方向に延びる。円周方向に延びる摩耗性材料３８は、複数の円周方向セグメントとして又は単一構造で形成することができる。

シール支持体３９の半径方向外側に、セラミックマトリックス複合材制御リング４０が配置される。セラミックマトリックス複合材制御リング４０は、シール３０のステータ部品の周りに円周方向に延びる低アルファ材料（ｌｏｗ ａｌｐｈａ ｍａｔｅｒｉａｌ）を提供する。一部の実施形態によれば、制御リングは、セラミックマトリックス複合材（ＣＭＣ）で形成することができる。しかしながら、ＩＮ９０９のような他の材料を利用することもできる。制御リング４０は、典型的には該制御リング４０がその周りに配置される他の材料より低い熱膨張率を有する。従って、制御リング４０は、１以上のステータ部品３２の温度ムーブメントを制限する。クリアランス制御リング４０は、シール支持アーム３９の外面に沿って３６０度延びる。通常の作動中、シール支持アーム３９及び／又はハニカム材料３８は、半径方向外向きに膨張する。制御リング４０は、ステータ部品３２の半径方向外向き方向の熱膨張を制限する。この配置は、熱膨張がロータ部品３４とステータ部品３２との間のクリアランスを通常は大きくするような動作温度及び条件において、ロータ部品３４とステータ部品３２との間により狭いクリアランスを規定する。

ここで図３を参照すると、概略的な高圧圧縮機１４の側断面図が本実施形態では示される。制御リングの実施形態を代替的に用いて、回転圧縮機ブレード１３５と圧縮機の外壁との間のクリアランスを制限して空気漏れを制限することができる。例示的な圧縮機１４は、一対のロータ部品１３４及びステータ部品１３２に関連付けられた後方ケース１４６を含み、該ロータ及びステータ部品１３４、１３２は、圧縮機１４の様々な段のうちのい
ずれにあってもよい。例示的な後方ケース１４６は、第１の部分１４６及び第２の部分１４５で形成される。第１の後方ケース１４６は、ステータ部品１３２の少なくとも一部分を定める、圧縮機ブレード１３５に対向するブレードシュラウドリング１４９を含む。ブレードシュラウドリング１４９は、圧縮機１４内の空気流路の外壁を定める。後方ケース１４６の下に、ベーン１３３及びプラットフォーム１３１がある。ベーン１３３は、隣接する下流側のブレード１３５におけるエネルギー抽出を高めるために所望の方法で空気の向きを変える。上側プラットフォーム１３１の一部を後方ケース１４６の部分が受ける。例えば、プラットフォーム１３１は、隣接する後方ケース部材の溝が受けるフランジ、リブ又はフィンガを軸方向端部に含むことができる。もしくは、プラットフォームは、ケース１４６からのフランジ又は同様のものを受ける溝を有することができる。他の保持の実施形態を利用することができ、これらの説明は限定的なものではない。

ステータ部品１３２は、ロータ部品１３４に対向して図示される。この実施形態で説明するように、ステータ部品１３２は、後方ケース１４６によって形成されたブレードリング１４９である。ステータ部品１３２に対向してロータ部品１３４があり、該ロータ部品１３４は、本実施形態によれば、圧縮機ブレード１３５によって定められる。半径方向外向き方向の熱膨張を阻止し、ブレード１３５とブレードシュラウドリング１４９との間のクリアランスの増大を制限するために、後方ケース１４６のブレードリング部分の周りに制御リング１４０が配置される。ステータ部品１３２の半径方向外側に、セラミックマトリックス複合材制御リング１４０が配置される。制御リング１４０は、単一の又は一体形の円周方向構造体とすることができ、様々な断面形状を有することができる。例えば、図示の実施形態によれば、この構造体の断面は、概ね矩形であり、湾曲した角部又は鋭い角部を有することができる。しかしながら、以下でわかるようにこれは単なる例示であり、様々な形状を利用することができる。前述の実施形態と同様に、セラミックマトリックス複合材制御リング１４０は、動作温度におけるロータ部品１３４に対するステータ部品１３２の膨張を抑制し、これがロータ周りの空気流の漏れを制限する。通常の作動時、ブレードシュラウドリング１４９は、熱的条件のため、全般的にブレード１３５から離れるように外向きに膨張する場合がある。本制御リング１４０は、所望の量を越えたそのような膨張を抑制し、それによりクリアランスの増大を制限する。制御リング１４０は、該制御リング１４０に対して上側支持を与える後方ケース１４５と、下側支持を与える隣接する後方ケース１４６とによって囲まれる。制御リング１４０の上方で、後方ケース１４５、１４６を互いにボルト留めすることができる。

ここで図４を参照すると、高圧圧縮機１４の代替的な実施形態の側断面概略図が図示される。この実施形態では、同様に、ロータ部品２３４が、ステータ部品２３２に対向して配置される。ステータ部品２３２は、中間ケース部材２４７によって定められ、該中間ケース部材２４７は、概ねＩ字形の断面を有し、後方ケース部材２４５、２４６に結合され、該後方ケース部材２４５、２４６間に配置される。中間ケース部材２４７は、エンジンの中心線の周りに円周方向に延びる。中間ケース部材２４７の下側部分は、後方ケース部材２４５、２４６から離間し、ブレードシュラウドリング２４９を定める。ブレードシュラウドリング２４９の下に、エンジンの中心線の周りで回転するブレード２３５がある。前述の実施形態と同様に、後方ケース２４５、２４６の下にプラットフォーム１３１が配置される。ブレードシュラウドリング２４９とケース２４５、２４６との間のこの空間内に、１以上のセラミックマトリックス複合材制御リング２４０、２４１がある。本実施形態によれば、中間ケース部材２４７のウェブの両側に１つずつ、２つのリング２４０、２４１が用いられる。これらの制御リング２４０、２４１は、エンジン１０の軸線の周りに円周方向に延び、概ねＬ字形の構造体で形成され、中間ケース２４７と、後方ケース２４５、２４６と、中間ケース部材２４７及び後方ケース２４５、２４６に係合するベーンプラットフォームとの間の限定された空間内に嵌合する。これらのリング２４０、２４１は、ロータ部品２３４に対するステータ部品２３２の半径方向外向き方向の熱膨張を抑制す
る。従って、ステータ部品とロータ部品との間の分離を制限する機能が、エンジン１０のこの領域における改善された空気流のシールを与える。

ここで図５を参照すると、後方ケース３４５、３４６が空間をもたらし、その中にセラミックマトリックス複合材制御リング３４０が配置される、更なる代替的な実施形態が図示される。この実施形態では、後方ケース３４５、３４６は、図３に示される後方ケースと類似している。しかしながら、この実施形態では、制御リング３４０は、１つの角部が部分的に除去された状態の概ね矩形形状である。これは、ベーンプラットフォーム１３１の位置決めを可能にする。また、この実施形態では、制御リング３４０の下側３４１は、対向する長辺と平行ではなく、その代わりにエンジン１０の中心軸線に対して角度を成して延びる。制御リング３４０はここでもまた、下面のケース３４６と、上面のケース３４５と、隣接するベーンプラットフォーム１３１の一部分との間に拘束される。

ここで図６を参照すると、図５の組立体の代替的な実施形態が側断面図で図示される。後方ケース４４５は保持ショルダ４４９を含む。制御リング４４０は、後方ケース４４５の保持ショルダ４４９に係合する突出部４４３を含む。これらの構造は逆にすることができる。

図６の実施形態における図５の実施形態との第２の違いは、制御リング４４０の底面と、制御リング４４０の下方に配置された後方ケース４４６の上面との間の間隙４４７である。間隙４４７は、リング４４０と後方ケース４４６の基部リングとの間に設けられる。間隙は、特定のエンジンサイクル条件に到達するまでシュラウドと制御リングとの間の接触を遅延させるために用いられる。この間隙、及び接触が生じる点を設定することによって、全ての動作条件にわたって最小のクリアランスを満たすように、偏位が調整される。最小達成可能平均クリアランスは、所与のミッションに対して最大の性能を結果としてもたらす。

図７を参照すると、セラミックマトリックス制御リング５４０が後方ケース５４６と５４５との間の上側境界面又はフランジ５４１の周りに配置された実施形態が図示される。間隙５４７が制御リングと後方ケースとの間に設けられ、接触が遅延される。後方ケース５４５、５４６が互いにボルト留めされると、制御リング５４０がそれらの間に拘束され、ケース５４５、５４６の半径方向外向きの膨張を制限するので、ブレードシュラウドリング５４９は、熱膨張によって膨張することはできず、又は所望の量を越えて膨張することはできない。

ここで図８を参照すると、複数のセラミックマトリックス複合材ラップ６４０が、後方ケース６４５、６４６の一方又は両方の１以上のフランジの半径方向外側の縁の周りに円周方向に配置された、代替的な実施形態が図示される。ラップ６４０の円周方向の位置が、ケース６４５、６４６の熱膨張を制限する。同様にこれは、前述のようにロータ部品６３４とステータ部品６３２との間のクリアランスを制限する。ラップ６４０は、様々な断面形状で形成することができる１又はそれ以上のラップを含むことができる。断面形状は、全て同じであってもよく又は異なっていてもよい。本実施形態ではは、ラップの断面は円形であり、同じ形状である。

ここで図９を参照すると、後方ケース７４６、７４５は、エンジン軸線に対して半径方向に延びるフランジを含み、それらの間に間隙７４７を含み、該間隙７４７の中に制御リング７４０のリブ構造体７４８が延びる。ケース７４５、７４６のフランジの一方は、半径方向に対して僅かな角度を成すようにすることができるので、制御リング７４０は、ケース７４６、７４５のフランジ間の間隙内に僅かにくさび留めされる。また、制御リング７４０は、ブレード先端部のクリアランスを維持する構造を定めるブレードシュラウドリ
ング７４９を定める。

ここで図１０を参照すると、後方ケース８４５、８４６を有する代替的な実施形態が示される。制御リング８４０は、ケース８４６、８４５間でインターロックされ、隣接するベーンプラットフォームハンガー８５１、８５３のフランジを受ける。同様に、本実施形態では、制御リング８４０は、ブレードシュラウドリング８４９を定め、従って、ブレード先端部のクリアランスが動作条件中に広がることが制限される。

ここで図１１及び図１２を参照すると、逆向きに配向された制御リング９４０、１０４０を有する後方ケース９４５、９４６及び１０４５、１０４６が図示される。ケース９４６及び１０４５は、制御リング９４０、１０４０の対応する角度付き面と係合する角度付き面９４７、１０４７を有する。温度上昇に伴ってケースが軸方向に膨張すると、制御リング９４０、１０４０は、下向きに摺動して、ブレードシュラウドリングからブレード先端部への間隙を維持又は小さくする。この場合もまた、所望される機能は、寄生空気流の漏れを減らすことである。また、これらの実施形態は、制御リング９４０、１０４０がロータ部品に対向するブレードシュラウドリングを定めことも図示す。

ここで図１３を参照すると、後方ケース１１４６、１１４５は、制御リング１１４０が後方ケース１１４６、１１４５の各々の軸方向に延びるフランジ間に拘束されるように配置される。制御リング１１４０は、熱膨張、及び熱膨張による空気漏れを抑制するブレードシュラウドリング１１４９を定める。

ここで図１４を参照すると、後方ケース１２４５、１２４６を有する実施形態が図示され、ここで後方ケース１２４６はセラミックマトリックス複合材で形成される。従って、後方ケース１２４６は、ブレードシュラウドリング１２４９を定め、この材料は、膨張、並びにロータ部品１２３４とステータ部品１２３２との間の漏れを抑制する。

ここで図１５を参照すると、後方ケース１３４６がセラミックマトリックス複合材で形成されたフランジ１３４７を有する実施形態が図示される。隣接するブレードシュラウドリング１３４９は、フランジ１３４７より高い熱膨張率を有する材料で形成され、該フランジ１３４７よりも膨張する。作動時、フランジ１３４７は、ブレードシュラウドリング１３４９の膨張を制限するものとして機能する。また、この組立体は、ブレードシュラウドリング１３４９におけるブレード先端部の間隙の増大を制限し、漏れを抑制する。

低アルファ材料は隣接するハードウェアより膨張が少なくかつ効率を最大化するために初期間隙が必要であるので、常時及び全ての条件において制御リングを確実に（隣接するステータ部品と同心に）配置された状態で保持するために、付勢機構を随意的に利用することができる。付勢力は、半径方向、軸方向又はその両方における付勢を可能にするために、様々な形態のばねによって付与することができる。付勢力は、運転停止時に半径方向の拘束及び軸方向の拘束のいずれか又は両方を継続し、結果的にハードウェアの要求に応じて偏向する。また、ばねは、係合を遅延することにより、ＣＭＣリングにおける応力を低下させることを可能にするが、さもなければこの応力は、クリアランス制御のために低強度ＣＭＣリングを使用することを妨げることになりかねない。

ここで図１６を参照すると、後方ケース１４４５と１４４６と間にＣＭＣリング１４４０が図示される。ケース１４４６と１４４５との間に間隙１４４２が位置する。この間隙１４４２は、エンジンの作動中のＣＭＣリング１４４０の膨張を許容する。間隙１４４２内に、ＣＭＣリング１４４０に隣接して付勢機構１４４４が配置される。付勢機構１４４４は、本実施形態によれば、ばねであり、第１の脚部及び第２の脚部を有するＬ字形状によって軸方向の力及び半径方向の力をもたらす。各々の脚部は、軸方向及び半径方向のう
ちの一方で付勢する。各脚部は、隣接する構造体と係合してリング１４４０に力をかける１以上の突出部１４４７を有することができる。ばね１４４４は、エンジンが低温条件にあるときには通常位置を有し、リング１４４０を位置決めする。ばね１４４４は、ＣＭＣリング１４４０が間隙１４４２内で自由に浮動することを抑制する。

ここで図１７を参照すると、構造体１４４４の一部分の等角図が示される。付勢機構１４４４は、ある角度、例えば約９０度で接合された第１及び第２の脚部を有するが、他の形状又は角度を利用することもできる。脚部の各々は、１又はそれ以上の突出部１４４７を含み、該突出部１４４７は、隣接する面と係合し、ばね力の全部、又は機構１４４４の脚部と共に一部をもたらすように働くことができる。付勢機構１４４４は、リング１４４０（図１６）と係合するように示されており、完全な円周方向部分とすること、又は完全な円周方向構造体をデザインするセグメント若しくは部分的な円形形状を定めるセグメントで形成することもできる。

ＣＭＣリングが流路の近くに配置された図１６の実施形態とは反対に、ＣＭＣリングが流路から半径方向に離れて配置された実施形態で付勢機構を利用することもできる。例えば、再度図７を参照すると、ＣＭＣリング５４０は、流路から半径方向に離間したフランジ間に配置される。付勢機構１４４４をフランジとＣＭＣリング５４０との間に設置して、リング５４０をケース５４６、５４５のフランジに対して確実に位置決めすることができる。

ここで図１８を参照すると、代替的な付勢機構を有する更なる実施形態が図示される。ケース１５４６と１５４５との間に、１以上の付勢機構１５４４を含むＣＭＣリング１５４０が配置される。本実施形態では、ＣＭＣリング１５４０は、軸方向及び半径方向の両方にて付勢される。付勢機構１５４４は、図１９において斜視図で示され、半径方向に力をもたらす。付勢機構１５４４は、クリップ様構造体であり、本実施形態ではは、ばね１５４４の両端部を広げることによってＣＭＣリング１５４０の周りに巻き付けられる。図２１の斜視図を簡単に参照すると、エキスパンダばね１５４４は、ＣＭＣリング１５４０の半径方向外面に沿ったチャネル内に配置される。本実施形態ではは、エンジンの半径方向に付勢力をもたらすために２つのばね１５４４が利用される。

ここで図１８、図２０及び図２１を参照すると、エンジンの軸方向に付勢力をもたらす追加の付勢機構１５４３が図示される。付勢機構１５４４と同様に、付勢機構１５４３も様々な形態をとることができる。しかしながら、本実施形態では、概ね円筒形状のばね１５４３を利用する。ばね１５４３は、互いに係合する山部と谷部とを備えた複数の湾曲したばね板を更に有し、付勢力、又は熱膨張に対する補償を与える。このようにして、付勢機構１５４３は、ＣＭＣリング１５４０を確実に位置決めするが、軸方向におけるいくらかの膨張を許容する。同様に、機構１５４４は、ＣＭＣリング１５４０を半径方向に確実に位置決めするが、リング１５４０の膨張を補償し、ひとたびエンジンが冷却するとリング１５４０に付勢する。当業者は、これらの実施形態を本明細書で前述した実施形態のいずれか及び示されていないものであり得る他の実施形態と共に使用することができることを理解するであろう。更に、付勢機構１５４３、１５４４は、半径方向、軸方向又は他の方向に配向された場合にはその方向にて機能することもできる。

発明の複数の実施形態について本明細書で説明し及び図示してきたが、当業者であれば、本明細書に記載の機能を実行するための、並びに／又は、本明細書に記載の結果及び／若しくは利点のうちの１又はそれ以上を得るための、他の様々な手段及び／又は構造を容易に想定することになり、そうした変形形態及び／又は修正形態の各々は、本明細書に記載された発明の実施形態の範囲内にあると見なされる。より一般的に言えば、本明細書に記載の全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は例示であることを意図するものであり、
実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、本発明の教示が使用される具体的な１以上の用途に応じて異なることを、当業者は容易に理解するであろう。当業者は、本明細書で説明された具体的な発明の実施形態の多数の均等物を認識することになり、又は日常的な実験を用いるだけで確認することができるであろう。したがって、前述の実施形態は単なる例示として提示されたものであり、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、発明の実施形態を、具体的に説明されて特許請求されたものとは別様に実施することができることを理解すべきである。本開示の発明の実施形態は、本明細書に記載の個々の特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法の各々に関する。更に、２又はそれ以上のかかる特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法の任意の組合せは、かかる特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法が相互に矛盾しない場合には、本開示の発明の範囲内に含まれる。

実施例は、ベストモードを含めた実施形態を開示するため、そしてまた当業者が、任意のデバイス又はシステムを作成すること及び使用すること、並びに、組み入れられた任意の方法を実行することを含めて、装置及び／又は方法を実施することを可能にするために用いられる。これらの実施例は、網羅的であることを意図するものでもなく、又は開示を開示されたまさにそのステップ及び／又は形態に限定することを意図するものでもなく、上述の教示に鑑みて多くの修正形態及び変形形態が可能である。本明細書で説明した特徴は、任意の組合せで組合せることができる。本明細書で説明した方法のステップは、物理的に可能な任意のシーケンスで実行することができる。

本明細書で定義され使用される全ての定義は、辞書的な定義、引用により組み込まれる文書における定義、及び／又は定義された用語の通常の意味を統制すると理解すべきである。本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、そうでないことが明らかに指示されていない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと理解すべきである。本明細書及び特許請求の範囲において用いられる場合、語句「及び／又は」は、この語句で結合された要素の「いずれか又は両方」、すなわち、ある場合には連言的に存在する要素、及び、他の場合には選言的に存在する要素を意味するものと理解すべきである。

さらに、そうでないことが明らかに指示されていない限り、本明細書で特許請求される１より多いステップ又は動作を含む任意の方法において、方法のステップ又は動作の順序は、該方法のステップ又は動作が挙げられた順序に必ずしも限定されないこともまた理解すべきである。

特許請求の範囲並びに上記の明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「持っている（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「構成される（ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ）」及び同様のものなどの移行句はすべてオープンエンドであると理解すべきであり、すなわち、含んでいるがそれらに限定されないことを意味する。米国特許庁特許審査手順マニュアルの２１１１．０３節に記載されているように、「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」及び「から本質的に成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という移行句のみを、それぞれクローズド又はセミクローズドの移行句とする。

本発明のさらなる態様は、以下の項の主題によって提供される。

［項１］
クリアランス制御リング組立体であって、
ガスタービンエンジン（１０）内でロータ部品（３４）に対向して配置されたステータ部品（３２）と、
単一の構造体で形成され、ステータ部品の少なくとも一部の半径方向外側に配置されて円周方向に延びるクリアランス制御リング（４０）と、
を含み、
クリアランス制御リングは、ステータ部品の少なくとも一部より低い熱膨張率を有し、
ステータ部品の少なくとも一部は、熱膨張が制限され、ロータ部品からの膨張が制限される、クリアランス制御リング組立体。

［項２］
クリアランス制御リングが、圧縮機吐出圧シール（３０）上に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３］
ステータ部品が、摩耗性材料（３８）を含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項４］
ロータ部品が、摩耗性材料に隣接して回転するラビリンスシール（３５）を含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項５］
クリアランス制御リングが、圧縮機内に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項６］
ステータ部品が、ブレードリング（１４９）を含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項７］
クリアランス制御リングが、ブレードリングの周りの外側に円周方向に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項８］
クリアランス制御リングが、第１の後方ケース（１４５）と第２の後方ケース（１４６）との間で拘束される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項９］
後方ケース構造体（２４６、２４５）の間に配置された中間ケースリング（２４７）を更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１０］
更に、クリアランス制御リングが、中間ケースリングによって分離された、後方ケースと中間ケースリングのブレードリング（２４９）との間にある、第１のリング（２４０）及び第２のリング（２４１）である、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１１］
制御リングの１以上の表面（３４１）が、エンジン軸線に対して角度を成す、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１２］
更に、突出部（４４３）及び保持ショルダ（４４９）の一方を第１及び第２の後方ケースの一方の上に備え、突出部及び保持ショルダの他方を制御リング上に備え、突出部が保持ショルダと係合する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１３］
第１のケース及び第２のケースを更に含み、第１のケース及び第２のケースが各々フランジ（５４１）を有する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１４］
制御リングが、フランジの少なくとも一方に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１５］
１以上のフランジの周りに延びる複数の制御ラップ（６４０）を更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１６］
第１のフランジと第２のフランジとの間に間隙（５４７、７４７）を更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１７］
間隙の中へ延びるリブ（７４８）を更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１８］
制御リングから延び、隣接するベーンプラットフォーム（１３１）と係合するフランジを更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項１９］
第１の後方ケース及び第２の後方ケースの一方が、角度付き係合面（９４７、１０４７）を有する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２０］
制御リングが、第１及び第２の後方ケースの一方の角度付き係合面（１２４９）と摺動可能に係合する角度付き係合面を有する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２１］
クリアランス制御リングが、ブレードリング１３４９を形成する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２２］
制御リングがフランジ１３４７を形成し、フランジが、ブレードリングと係合する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２３］
クリアランス制御リング組立体であって、
圧縮機吐出圧シールステータ（３０）と、
圧縮機吐出圧シールロータ３４に対向するハニカム摩耗性材（３８）と、
圧縮機吐出圧シールステータ３２の周りに円周方向に延びるセラミックマトリックス複合材制御リング（４０）と、
を含み、
セラミックマトリックス複合材制御リングは、一体形構造体であり、
セラミックマトリックス複合材制御リングは、圧縮機吐出圧シールステータの熱膨張を制限し、シールステータとシールロータとの間の狭いシールクリアランスを維持する、クリアランス制御リング組立体。

［項２４］
制御リングが、ラビリンスステータシール上に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２５］
エンジンケーシングリングを更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２６］
エンジンケーシングに隣接して配置されたセラミックマトリックス複合材制御リングを更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２７］
セラミックマトリックス複合材制御リングが、流路を定めるエンジンケーシングの半径方向で最も内側の壁に隣接して配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング
組立体。

［項２８］
セラミックマトリックス複合材制御リングと最も内側の壁との間に配置されたばね（１４４４）を更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項２９］
セラミックマトリックス複合材制御リングが、エンジンケーシングとタービンブレード（２０）との間のクリアランスを制御する、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３０］
セラミックマトリックス複合材制御リングが、流路内に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３１］
セラミックマトリックス複合材制御リングが、エンジンケーシングリングの半径方向外側端部に配置される、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３２］
ＣＭＣ制御リング上に、１以上のばね（１５４３、１５４０）を更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３３］
１以上のばね（１５４４）が、半径方向外側面上にある、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３４］
１以上のばねが半径方向ばねである、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３５］
軸方向に作用する１以上のばねを更に含む、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

［項３６］
１以上のばねが、軸方向ばね（１５４３）である、任意の前項に記載のクリアランス制御リング組立体。

１４：圧縮機
１６：燃焼器
１３２：ステータ部品
３４：ロータ部品
１３２：ステータ部品
１４０：制御リング
１４６：後方ケース
１４９：ブレードシュラウドリング
２４７：中間ケース部材
１５４０：ＣＭＣリング
１４４４：付勢機構

Claims (12)

1. クリアランス制御リング組立体であって、
   ガスタービンエンジン内でロータ部品に対向して配置されたステータ部品であって、前記ロータ部品と前記ステータ部品とが、前記クリアランス制御リング組立体の軸方向を規定するエンジン軸線の周りに配置される、ステータ部品と、
   単一の構造体で形成され、前記ステータ部品の少なくとも一部の半径方向外側に配置されて円周方向に延びるクリアランス制御リングと、
   前記クリアランス制御リングと前記ステータ部品との間の間隙に配置された付勢機構と、
   を含み、
   前記クリアランス制御リングは、前記ステータ部品の前記少なくとも一部より低い熱膨張率を有し、
   前記ステータ部品の前記少なくとも一部は、熱膨張が制限され、前記ロータ部品からの膨張が制限され、
   前記付勢機構は、円周方向に延びると共に円周方向にうねっている少なくとも１つのばねを備え、前記少なくとも１つのばねは、前記ばねの両端部を広げて前記クリアランス制御リングの周りに巻き付けられるクリップ様構造体である、クリアランス制御リング組立体。
2. 前記付勢機構が、前記エンジン軸線に対して半径方向に力をもたらす、請求項１に記載のクリアランス制御リング組立体。
3. 前記力が、前記エンジン軸線に対して内側へ向けられている、請求項２に記載のクリアランス制御リング組立体。
4. 前記力が、前記エンジン軸線に対して外側へ向けられている、請求項２に記載のクリアランス制御リング組立体。
5. 前記付勢機構が、前記エンジン軸線に対して平行な方向に力をもたらす、請求項１に記載のクリアランス制御リング組立体。
6. 前記付勢機構が、前記エンジン軸線に対して平行な方向に力をもたらし、且つ、前記エンジン軸線に対して半径方向に力をもたらす、請求項１に記載のクリアランス制御リング組立体。
7. 前記半径方向の前記力が、前記エンジン軸線に対して内側へ向けられている、請求項６に記載のクリアランス制御リング組立体。
8. 前記半径方向の前記力が、前記エンジン軸線に対して外側へ向けられている、請求項６に記載のクリアランス制御リング組立体。
9. 前記エンジン軸線に対して平行な方向の前記力と、前記エンジン軸線に対して半径方向の前記力とが、別々のばねによってもたらされる、請求項６に記載のクリアランス制御リング組立体。
10. 前記ステータ部品が、ブレードリングを含む、請求項１に記載のクリアランス制御リング組立体。
11. 前記クリアランス制御リングが、前記ブレードリングの周りの外側に円周方向に配置される、請求項１０に記載のクリアランス制御リング組立体。
12. 前記クリアランス制御リングが、第１の後方ケースと第２の後方ケースとの間で拘束される、請求項１に記載のクリアランス制御リング組立体。

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