JPH0776536B2 - ガスタービンエンジン間隙制御装置 - Google Patents

ガスタービンエンジン間隙制御装置

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JPH0776536B2
JPH0776536B2 JP3289551A JP28955191A JPH0776536B2 JP H0776536 B2 JPH0776536 B2 JP H0776536B2 JP 3289551 A JP3289551 A JP 3289551A JP 28955191 A JP28955191 A JP 28955191A JP H0776536 B2 JPH0776536 B2 JP H0776536B2
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hook
shroud
cam
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casing
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JP3289551A
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ニコラス・ダムリス
フレデリック・ジョセフ・ゼガースキ
ドナルド・デビット・ブライトン
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/22—Actively adjusting tip-clearance by mechanically actuating the stator or rotor components, e.g. moving shroud sections relative to the rotor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンエンジンに
関し、特に、ガスタービンエンジンにおいて１列の動翼
の先端と周囲シュラウドとの間の間隙を制御する機械的
装置に関する。
【０００２】
【関連米国特許出願】本発明の内容と関連するものを扱
った同時係属米国特許出願を次に示す。なお、これらは
本発明の譲受人（本件出願人）に譲渡されたものであ
る。
【０００３】１．コースマイア（Robert J. Corsmeier)
等により発明された「ベルクランク機構を用いる翼端間
隙制御装置（Blade Tip Clearance Control Apparatus
Using Bellcrank Mechanism)」についての１９８９年１
１月２２日付米国特許出願第０７／４４０６３３号。
【０００４】２．チョカジュロ（John J. Ciokajlo）に
より発明された「ガスタービンエンジン用翼端間隙制御
装置（Blade Tip Clearance Control Apparatus For A
GasTurbine Engine) 」についての１９８９年９月８日
付米国特許出願第０７／４０５３６９号。
【０００５】３．チョカジュロ（John J. Ciokajlo）等
により発明された「ガスタービンエンジン用の機械的翼
端間隙制御装置（Mechanical Blade Tip Clearance Con
trolApparatus For A Gas Turbine Engine)」について
の１９８９年９月８日付米国特許出願第０７／４０４９
３２号。
【０００６】４．チョカジュロ（John J. Ciokajlo）に
より発明された「翼端間隙制御装置用半径方向調整機構
（Radial Adjustment Mechanism For Blade Tip Cleara
nceControl Apparatus)」についての１９８９年９月８
日付米国特許出願第０７／４０５３７４号。
【０００７】５．コースマイア（Robert J. Corsmeier)
等により発明された「シュラウド部片位置調整を利用す
る翼端間隙制御装置（Blade Tip Clearance Control Ap
paratus Using Shroud Segment Position Modulatio
n）」についての１９９０年２月１２日付米国特許出願
第０７／４８０１９８号。
【０００８】６．チャン（Wu-Yang Tseng)等により発明
された「ユニゾンリングによりシュラウド部片位置調整
をなす翼端間隙制御装置（Blade Tip Clearance Contro
l Apparatus With Shroud Segment Position Adjustmen
t By Unison Ring）」についての１９９０年３月２１日
付米国特許出願第０７／５０７４２８号。
【０００９】７．コースマイア（Robert J. Corsmeier)
等により発明された「カムにより操作されるシュラウド
部片位置付け機構を用いる翼端間隙制御装置（Blade Ti
p Clearance Control Apparatus Using Cam-Actuated S
hroud Segment PositioningMechanism)」についての１
９９０年２月２０日付米国特許出願第０７／４８２１３
９号。
【００１０】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、エンジンに入
る空気流を圧縮する回転圧縮機と、燃料と圧縮空気との
混合気を燃やして推進用ガス流を発生する燃焼器と、推
進用ガス流により回転するタービンとを含み、タービン
は軸により圧縮機に連結されてそれを駆動する。ガスタ
ービンエンジン、例えば、航空機ジェットエンジンの効
率は、動翼先端と周囲のエンジンケーシングシュラウド
との間隙、例えば、エンジンのタービン動翼とタービン
ケーシングとの間の間隙と、エンジンの圧縮機動翼と圧
縮機ケーシングとの間の間隙に部分的に依存する。間隙
が大き過ぎると、エンジン空気流の比較的多い部分が動
翼先端と周囲シュラウドとの間の間隙を通って漏れ、エ
ンジンの効率を低下させる。間隙が小さ過ぎると、エン
ジンのある運転状態中動翼の先端が周囲シュラウドに当
接するおそれがある。
【００１１】間隙はエンジンの加速または減速中に変わ
るが、これは翼端にかかる遠心力の変化によるとともに
ロータとエンジンケーシングとの間の相対的な熱膨張に
よるものであることが知られている。例えば、エンジン
加速時には、ロータの熱膨張は通例エンジンケーシング
のそれに遅れ、そしてエンジン減速時には、エンジンケ
ーシングはロータより急速に収縮する。
【００１２】エンジン運転状態の変化にかかわらず概し
て一定のロータ対シュラウド間隙を保つために、通常機
械型または熱型の制御機構が先行技術において提案され
ている。しかし、それらのいずれもこのような間隙の制
御に最適な設計とは思われない。従って、間隙制御用の
改良装置として、エンジンの運転範囲にわたって動翼と
エンジンケーシングシュラウドとの間に最小間隙を保っ
て比較的少ない燃料で比較的多い推力を発生することに
よりエンジン効率を高めるような間隙制御装置の開発が
まだ必要である。
【００１３】
【発明の目的】本発明の目的はガスタービンエンジンの
動翼と周囲のエンジンケーシングシュラウドとの間の間
隙を制御する改良された機械的装置を提供することであ
る。
【００１４】
【発明の概要】本発明は、ガスタービンエンジンにおい
て１列の動翼の先端と、それらの周囲に配列したシュラ
ウド部片との間の間隙を制御する装置を提供する。この
装置にはエンジンケーシングに回転自在に装着したトル
ク管が含まれ、ケーシング内に配置したカムを有する。
第１および第２部材がケーシング内に配置され、軸方向
にだけ移動し得るように、また両部材のカム係合面がカ
ムを軸方向において囲むようになっている。両部材はカ
ム係合面がカムと係合するように押圧されている。シュ
ラウド部片に取付け得るシュラウドハンガに、軸方向に
相隔たるかぎ形フランジが含まれ、第１および第２部材
のかぎ形フランジと係合するように配置されている。各
フランジはこのような係合用の軸方向傾斜滑り面を有
し、シュラウドハンガはこれらの滑り面を係合させるよ
うに半径方向内方に押圧されている。間隙を制御するに
は、トルク管を回して第１および第２部材を軸方向に動
かすことによりシュラウド部片を半径方向に動かす。
【００１５】本発明の間隙制御装置は様々な利点を有す
る。本発明のトルク管は間隙を急速に調整し得る。本装
置にはねじ機構が存在しないので、部品の機械加工が少
なくてすむ。本装置は「フェイルセイフ」である。とい
うのは、もしトルクをトルク管から除去すれば、本装置
は間隙を最大にして、いかなるエンジン運転状態中でも
動翼先端が周囲シュラウドに当接する可能性を無くする
からである。
【００１６】
【実施例の記載】図１と図２と図３は本発明の間隙制御
装置１２の第１好適具体例（図１と図２）と第２好適具
体例（図３）を用いたガスタービンエンジンの一部分を
示す。装置１２は２列の半径方向に突出した動翼１４、
１６の先端と、環状に配列した周囲のシュラウド部片１
８との間の間隙の制御に用いられる。動翼１４は高圧タ
ービンロータ（図示せず）に連結されており、動翼１６
は逆向きに回転する低圧タービンロータ（図示せず）に
連結されている。動翼１４、１６はエンジン１０の軸方
向（縦方向）に延在する中心線２０を中心として回転す
る。高圧タービン動翼１４の上流にはタービンノズル静
翼２２があり、燃焼器内側ケース２４に連結されてい
る。このケースの下流端部は半径方向外方に延在するフ
ランジ２６になっている。低圧タービン動翼１６の下流
にはタービンフレーム支柱２８があり、タービン内側ケ
ース３０と一体になっている。ケース３０の上流端部は
半径方向外方に延在するフランジ３２になっている。高
圧および低圧タービン動翼１４、１６の半径方向の最も
外側には、概して軸方向に延在するエンジンケーシング
３４があり、燃焼器外側ケーシング部３６とタービン外
側ケーシング部３８とを有する。
【００１７】間隙制御装置１２には半径方向に延在する
トルク管４０が含まれ、スナップリング４２によりエン
ジンケーシング３４の燃焼器外側ケーシング部３６に回
転自在に装着されている。トルク管４０は、エンジンケ
ーシング３４の内側に配置した軸方向延在カム４４を有
する。間隙制御装置１２はまた第１部材４６と第２部材
５２を含み、第１部材４６は第１カム係合面４８と第１
かぎ形フランジ５０を有し、第２部材５２は第２カム係
合面５４と第２かぎ形フランジ５６を有する。第１およ
び第２部材４６、５２は好ましくは環状である。
【００１８】第１および第２部材４６、５２をエンジン
ケーシング３４内に配置する手段が用いられ、部材４
６、５２がエンジンケーシング３４に対してほぼ軸方向
だけに移動し得るように、またカム係合面４８、５４が
軸方向においてカム４４を囲むようにする。好ましく
は、この配置手段は第１支持コーン（円錐体）５８と第
２支持コーン６０を含み、各支持コーンはエンジンケー
シング３４に固定されており、また各支持コーンは軸方
向に延在する周リム６２、６４を有する。配置手段はさ
らに第１および第２部材４６、５２を含み、各部材は周
方向に連続するリング部６６、６８を有し、両リング部
はそれぞれ軸方向に延在する周溝７０、７２を有し、溝
７０、７２はそれぞれの対応リム６２、６４と滑動自在
に係合している。他の配置手段は、部材４６、５２と、
次のような構造体、すなわち、燃焼器内側ケース２４と
タービン内側ケース３０のフランジ２６、３２に取付け
られたまたはそれらと一体の構造体、あるいはエンジン
ケーシング３４に取付けられたまたはそれと一体の構造
体等との間の従来の軸方向滑り係合を包含する。図３に
示すような第２好適実施例では、トルク管４０はまた追
加スナップリング７４により第１支持コーン５８に回転
自在に取付け可能である。両好適実施例においてカム４
４は第１支持コーン５８の内側に配置されている。
【００１９】また、第１および第２部材４６、５２を押
圧する手段が用いられ、両部材のカム係合面４８、５４
をカム４４と軸方向に係合させる。好ましくは、このよ
うな部材押圧手段は、ばね、例えば、第１および第２部
材４６、５２を相互に連結するばねプランジャ７６を含
む。ばねプランジャ７６を用いる時、前述の配置手段は
追加的に、軸方向に係合し得る滑走面７８、８０を有す
る部材４６、５２を含むことが好ましい。他の部材押圧
手段は、支持コーン５８、６０により支持されて部材４
６、５２を押圧するばねと、部材４６、５２に取付けら
れ両部材を相互に引き付ける単一ばね等を含む。
【００２０】間隙制御装置１２はさらに複数のシュラウ
ドハンガ８２を含み、１個のシュラウド部片１８が１個
の対応シュラウドハンガ８２に装着され得る。図２に明
示のように、シュラウドハンガ８２はそれぞれ周方向部
片からなりそして全体として環状列をなしている。図１
に明示のように、シュラウドハンガ８２は軸方向に相隔
たる第３および第４かぎ形フランジ８４、８６を有し、
両フランジはそれぞれ第１および第２かぎ形フランジ５
０、５６と係合し得るように配置されている。図示のよ
うに、フランジ５０、５６、８４、８６は、このような
係合用の軸方向に傾斜した滑り面８８、９０、９２、９
４を有する。一実施例において、第１および第２かぎ形
フランジ５０、５６は互いに軸方向に向かい合い、そし
て第３および第４かぎ形フランジ８４、８６は互いに軸
方向に逆向きである。第１および第２かぎ形フランジ５
０、５６の滑り面８８、９０は半径方向に外向きであ
り、そして第３および第４かぎ形フランジ８４、８６の
滑り面９２、９４は半径方向に内向きである。
【００２１】また、各シュラウドハンガ８２を半径方向
内方に押圧して滑り面を係合させる押圧手段が用いられ
る。好ましくは、このようなシュラウドハンガ押圧手段
はばねを含む。図１に示した間隙制御装置１２の第１好
適具体例において、第１支持コーン５８はまた半径方向
内向きに延在する空洞９６を有し、シュラウドハンガ８
２はまた、シュラウドハンガの軸方向両端間のほぼ中央
に配置されて空洞９６と係合している半径方向外方突出
部９８を有し、そしてシュラウドハンガ押圧手段は、空
洞９６内に配置されてシュラウドハンガの突出部９８を
押圧する円錐形円板ばね１００を含んでいる。図３に示
した間隙制御装置１２の第２好適具体例では、シュラウ
ドハンガ押圧手段に板ばね１０２が含まれ、一端が第３
かぎ形フランジ８４に取付けられそして他端が第１部材
４６と圧縮自在かつ滑動自在に接触しており、また板ば
ね１０４が含まれ、一端が第４かぎ形フランジ８６に取
付けられそして他端が第２部材５２と圧縮自在かつ滑動
自在に接触している。
【００２２】次に作用について説明する。トルク管４０
を回すと、カム４４の作用により第１および第２部材４
６、５２が軸方向に移動し、そして滑り面８８、９０、
９２、９４の作用によりシュラウドハンガ８２とそれに
取付けたシュラウド部片１８が半径方向に移動する。ト
ルク管４０を回す機構と、ガスタービンエンジンの運転
中の任意の時点でのトルク管４０の所望角位置を定める
制御論理は当業者に周知である。例えば、ユニゾンリン
グを用いてトルク管４０を回すことができ、これは、航
空機ガスタービンエンジン内の圧縮機可変静翼の回転に
ユニゾンリングを用いるのと同じ方式でなされる。同様
に、航空機エンジンの可変静翼を回す際にユニゾンリン
グに制御論理信号等を与えるのに用いられるエンジン制
御計算機を、トルク管４０を回す際に同じまたは別のユ
ニゾンリングに制御論理信号を与えるにも用い得る。ま
た、トルク管制御論理用の様々な算法を用い得る。一方
法において、近接検知器を用いて間隙を測定でき、そし
てフィードバック制御系論理を用い様々なエンジン運転
状態において間隙を一定に保つことができる。他の方法
では、様々なエンジン運転状態に対して得られたエンジ
ン試験結果に基づいて実験的に予め定めた角位置にトル
ク管４０を直接駆動することができる。これらの方法も
当業者に周知であり、本発明の一部を構成するものでは
ない。
【００２３】以上の説明により、当業者は本発明の間隙
制御装置１２を用いて特定のガスタービンエンジン用途
の間隙要件を満たすことができる。間隙制御装置に関す
る本発明は航空機ジェットエンジンに限定されず、他の
ガスタービンエンジン、例えば、発電、船舶推進、送油
管路とガス管路のポンプ設備等に用いるガスタービンエ
ンジンにも適用され得ることを理解されたい。
【００２４】本発明の最も広範な態様では、図面のター
ビン動翼１４、１６をファン、ブースタ、圧縮機の動翼
または他のタービン動翼等に代えることができる。本発
明は単列の動翼に用い得るとともに、シュラウド部片、
シュラウドハンガ、内側ケーシング等に結合した静翼列
の介在の有無を問わず、同じ向きまたは互いに逆向きに
回転する２列以上の動翼にも用い得るものである。ま
た、間隙制御装置１２の諸構造要素は本発明の範囲内で
改変可能であり、例えば、図１の第２支持コーン６０の
代りに図３の２個の支持コーン６０ａ、６０ｂを用いて
もよい。
【００２５】以上、本発明の様々な好適実施例を開示し
たが、もちろん、本発明の範囲内で様々な改変が可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンの一部分の概略図であ
り、本発明の間隙制御装置の好適具体例を示す。
【図２】図１の線２−２に沿う図１のガスタービンエン
ジン部分の断面図である。
【図３】ガスタービンエンジンの一部分の概略図であ
り、本発明の間隙制御装置の他の好適具体例を示す。
【符号の説明】
１２ 間隙制御装置 １４、１６ 動翼 １８ シュラウド部片 ３４ ガスタービンエンジンケーシング ４０ トルク管 ４４ カム ４６ 第１部材 ４８ 第１カム係合面 ５０ 第１かぎ形フランジ ５２ 第２部材 ５４ 第２カム係合面 ５６ 第２かぎ形フランジ ５８ 第１支持コーン ６０ 第２支持コーン ６２、６４ リム ６６、６８ リング部 ７０、７２ 溝 ７６ ばねプランジャ ８２ シュラウドハンガ ８４ 第３かぎ形フランジ ８６ 第４かぎ形フランジ ８８、９０、９２、９４ 滑り面 ９６ 空洞 ９８ 突出部 １００ 円錐形円板ばね １０２、１０４ 板ばね

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 概して軸方向に延在するエンジンケーシ
    ングを有するガスタービンエンジンの半径方向外方に突
    出した１列の動翼の先端と、環状に配列した周囲シュラ
    ウド部片との間の間隙を制御する装置に於て、 （ａ）前記ケーシングに回転自在に装着され、そして前
    記ケーシングの内側に配置した軸方向延在カムを有する
    半径方向延在トルク管と、 （ｂ）第１カム係合面と第１かぎ形フランジとを有する
    第１部材と、 （ｃ）第２カム係合面と第２かぎ形フランジとを有する
    第２部材と、 （ｄ）両部材が前記ケーシングに対してほぼ軸方向にだ
    け移動し得るようにかつまた前記カム係合面が前記カム
    を軸方向において囲むように両部材を前記ケーシング内
    に配置する手段と、 （ｅ）前記カム係合面が前記カムと軸方向で係合するよ
    うに両部材を押圧する手段と、 （ｆ）前記第１および第２かぎ形フランジそれぞれと係
    合し得るよう配置された軸方向に相隔たる第３および第
    ４かぎ形フランジを有するシュラウドハンガであって、
    各かぎ形フランジが前記係合のための軸方向傾斜滑り面
    を有し、そして前記シュラウド部片の一つをシュラウド
    ハンガに取付け得るようなシュラウドハンガと、 （ｇ）前記滑り面を係合させるように前記シュラウドハ
    ンガを半径方向内方に押圧する手段とからなり、前記ト
    ルク管の回転により前記第１および第２部材が軸方向に
    移動して前記シュラウド部片を半径方向に動かす間隙制
    御装置。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２かぎ形フランジは互
    いに軸方向に向かい合い、そして前記第３および第４か
    ぎ形フランジは互いに軸方向に逆向きである、請求項１
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第１かぎ形フランジの前記滑り面は
    半径方向に外向きでありそして前記第３かぎ形フランジ
    の前記滑り面は半径方向に内向きであり、また前記第２
    かぎ形フランジの前記滑り面は半径方向に外向きであり
    そして前記第４かぎ形フランジの前記滑り面は半径方向
    に内向きである、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 両部材を押圧する前記手段はばねを含
    む、請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記シュラウドハンガを押圧する前記手
    段はばねを含む、請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記配置手段は、前記ケーシングに固定
    された支持コーンを含み、この支持コーンは軸方向に延
    在する周リムを有し、前記配置手段はまた、前記リムと
    滑動自在に係合し得る軸方向延在周溝付きの周方向に連
    続するリング部を有する両部材の一方を含む、請求項１
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記トルク管はまた前記支持コーンに回
    転自在に取付けられ、そして前記カムはまた前記支持コ
    ーンの内側に配置されている、請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記配置手段はさらに、軸方向に係合し
    得る滑走面を有する両部材を含むとともに、両部材を相
    互に連結するばねプランジャを有する前記両部材押圧手
    段を含む、請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記支持コーンはまた半径方向内向きに
    延在する空洞を有し、前記シュラウドハンガはまた軸方
    向両側端部と、軸方向両端間のほぼ中央の軸方向位置に
    あって前記空洞と係合している半径方向外方突出部とを
    有し、さらに、前記シュラウドハンガを押圧する前記手
    段は前記空洞内に配置した円錐形円板ばねを含む、請求
    項６記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記シュラウドハンガを押圧する前記
    手段は板ばねを含み、この板ばねは一端が前記第３かぎ
    形フランジに取付けられそして他端が前記第１部材と圧
    縮自在かつ滑動自在に接触している、請求項６記載の装
    置。
JP3289551A 1991-02-15 1991-10-09 ガスタービンエンジン間隙制御装置 Expired - Lifetime JPH0776536B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US656,275 1991-02-15
US07/656,275 US5228828A (en) 1991-02-15 1991-02-15 Gas turbine engine clearance control apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06341329A JPH06341329A (ja) 1994-12-13
JPH0776536B2 true JPH0776536B2 (ja) 1995-08-16

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ID=24632356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3289551A Expired - Lifetime JPH0776536B2 (ja) 1991-02-15 1991-10-09 ガスタービンエンジン間隙制御装置

Country Status (2)

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US (1) US5228828A (ja)
JP (1) JPH0776536B2 (ja)

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