特開2023-152784ターボ機械のケーシング壁を整列させるためのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023152784
(43)【公開日】2023-10-17
(54)【発明の名称】ターボ機械のケーシング壁を整列させるためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
F01D 25/28 20060101AFI20231005BHJP
F01D 25/00 20060101ALI20231005BHJP
F01D 25/26 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
F01D25/28 C
F01D25/00 M
F01D25/00 U
F01D25/26 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023035349
(22)【出願日】2023-03-08
(31)【優先権主張番号】17/709,389
(32)【優先日】2022-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(72)【発明者】
【氏名】モート、カイル ヴァンストン
(72)【発明者】
【氏名】テイラー、ザカリー ジェイムズ
(72)【発明者】
【氏名】マンチカンティ、マルティ プラサド
(72)【発明者】
【氏名】ベンソン、カイル エリック
(72)【発明者】
【氏名】ブラック、ケネス デイモン
(57)【要約】
【課題】ターボ機械のケーシング壁を整列させる。
【解決手段】ケーシング整列システム（１６）は、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を、多壁ケーシング（１０２）内に配置されたロータの回転方向（１８０）にバイアスするように構成された第１の整列ポジショナ（１００）を含む。整列ポジショナ（１００）は、バネ（１７４）、流体駆動整列ポジショナ（１００、１７０、３２０）、電気駆動整列ポジショナ（１００、１７０、３００）、又はそれらの組み合わせを含むことができる。整列ポジショナ（１００）は、外壁（１０４）の第１及び第２壁部（１２２、１２４）間の第１フランジ付きカップリング（１２８）に隣接する第１凹部（１６０）内に第１リップ（１５２）をバイアスする。
【選択図】図２
【解決手段】ケーシング整列システム（１６）は、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を、多壁ケーシング（１０２）内に配置されたロータの回転方向（１８０）にバイアスするように構成された第１の整列ポジショナ（１００）を含む。整列ポジショナ（１００）は、バネ（１７４）、流体駆動整列ポジショナ（１００、１７０、３２０）、電気駆動整列ポジショナ（１００、１７０、３００）、又はそれらの組み合わせを含むことができる。整列ポジショナ（１００）は、外壁（１０４）の第１及び第２壁部（１２２、１２４）間の第１フランジ付きカップリング（１２８）に隣接する第１凹部（１６０）内に第１リップ（１５２）をバイアスする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータを有するターボ機械（１０）の多壁ケーシング（１０２）の内壁（１０６）と外壁（１０４）とを位置合わせするように構成されたケーシング整列システム（１６）を備え、
ケーシング整列システム（１６）が、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を、多壁ケーシング（１０２）内に配置されたロータの回転方向（１８０）にバイアスするように構成された第１の整列ポジショナ（１００）を備える、システム。
ケーシング整列システム（１６）が、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を、多壁ケーシング（１０２）内に配置されたロータの回転方向（１８０）にバイアスするように構成された第１の整列ポジショナ（１００）を備える、システム。
【請求項2】
第１の整列ポジショナ（１００）は、バネ（１７４）を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
バネ（１７４）が板バネ（２７０）を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項4】
バネ（１７４）が、１つ以上のベルビルワッシャー（２８２）を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
第１の整列ポジショナ（１００）が、流体駆動式整列ポジショナ（１００、１７０、３２０）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項6】
前記第１の整列ポジショナ（１００）は、電気駆動式整列ポジショナ（１００、１７０、３００）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
多壁ケーシング（１０２）内に配置されたロータの回転方向（１８０）に内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）をバイアスするように構成された第２の整列ポジショナ（１００）を含み、第１および第２の整列ポジショナ（１００）は互いに異なる、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
システムが多壁ケーシング（１０２）の内壁（１０６）を備え、内壁（１０６）は第２のリップ（１５０）を含み、第１および第２のリップ（１５２、１５０）は、ロータの回転軸（１０８）を通って延びる第１の平面（１１８）に対して内壁（１０６）の径方向に反対側に配置され、第１および第２のリップ（１５２、１５０）は、内壁（１０６）から半径方向外側に延び、第１および第２のリップ（１５２、１５０）の負荷面は、第１の平面（１１８）の反対側に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
第１の平面（１１８）は、実質的に水平な平面である、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
第１のリップ（１５２）は、第１の平面（１１８）に沿って配置された上面を有し、第２のリップ（１５０）は、第１の平面（１１８）に沿って配置された下面を有する、請求項８記載のシステム。
【請求項11】
システムは、内壁（１０６）の周りに配置された外壁（１０４）を有する多壁ケーシング（１０２）を備え、外壁（１０４）は、第１のフランジ付きカップリング（１２８）で一緒に結合された第１および第２の壁部（１２２、１２４）を含み、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）は、第１のフランジ付きカップリング（１２８）に隣接する外壁（１０４）の第１の凹部（１６０）に径方向に延びる、請求項１記載のシステム。
【請求項12】
第１の整列ポジショナ（１００）が、第１の凹部（１６０）内に配置されたバイアスアジャスタ（１７０）を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
第１の整列ポジショナ（１００）が、第１の凹部（１６０）の外側に配置されたバイアスアジャスタ（１７０）を含み、第１の整列ポジショナ（１００）が、バイアスアジャスタ（１７０）から第１の凹部（１６０）内の第１のリップ（１５２）と接触するクラウンシム（１７８、２１８）まで延びるシャフト（２４６）を含む、請求項１１のシステム。
【請求項14】
多壁ケーシング（１０２）とケーシング整列システム（１６）を有するターボ機械（１０）を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項15】
ケーシング整列システム（１６）を介して、ターボ機械（１０）の多壁ケーシング（１０２）の内壁（１０６）を外壁（１０４）に位置合わせすることを含み、位置合わせすることは、ケーシング整列システム（１６）の第１の整列ポジショナ（１００）を介して、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を多壁ケーシング（１０２）内に配置されたターボ機械（１０）のロータの回転方向（１８０）にバイアスすることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、一般に、ターボ機械の運転中にターボ機械（ターボマシン）のケーシングの内壁と外壁を整列させるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
圧縮機又はタービンなどのターボ機械（ターボマシン）は、複数の回転翼（plurality of rotary blades）を有する中央ロータに配置された多壁ケーシング（multi-wall casing：マルチウォールケーシング）を含むことができる。多壁ケーシングは、内側環状壁について配置された外側環状壁のような、内側及び外側壁を含むことができる。残念ながら、動作中、多壁ケーシングの内壁及び外壁は、互いに相対的に移動し、内壁と外壁との間の軸の偏心又は不整合（eccentricity or misalignment of axes）をもたらすことがある。例えば、中央ロータの回転により加えられるトルクに応答して、外壁のセグメント間のフランジが部分的に開き、外壁ケーシングに対する内側ケーシングの移動（例えば、下方への移動）をもたらすことがある。偏心により、中央ロータ、特に回転翼と内壁との間のクリアランスに問題が生じることがある。例えば、偏心が大きくなるにつれて、ターボ機械は、ターボ機械の回転軸を中心とする円周方向のクリアランスに大きな変動を経験する可能性がある。クリアランスの変動が大きくなると、ターボ機械の効率が低下し、回転翼と内壁との間に擦れ状態（rub condition）が生じるリスクが高くなる可能性がある。
【発明の概要】
【0003】
当初請求された主題の範囲に相応する特定の実施形態が、以下に要約される。これらの実施形態は、請求された実施形態の範囲を限定することを意図しておらず、むしろこれらの実施形態は、主題の可能な形態の簡潔な要約を提供することのみを意図している。実際、現在請求されている実施形態は、以下に記載される実施形態と類似しているか、または異なる可能性のある様々な形態を包含することができる。
【0004】
特定の実施形態では、システムは、ロータを有するターボ機械の多壁ケーシングの内壁と外壁とを位置合わせするように構成されたケーシング整列システムを含む。ケーシング整列システムは、多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１のリップをバイアスする（bias：偏らせる）ように構成された第１の整列ポジショナを含む。
【0005】
特定の実施形態において、方法は、ケーシング整列システムを介してターボ機械の多壁ケーシングの内壁と外壁とを位置合わせすることを含み、位置合わせは、ケーシング整列システムの第１の整列ポジショナを介して、多壁ケーシング内に配置されたターボ機械のロータの回転方向に内壁の第１のリップをバイアスすることを含む。
【0006】
特定の実施形態では、システムは、内壁の周りに配置された外壁を有する多壁ケーシング内に配置されたロータを有するターボ機械を含み得る。外壁は、第１のフランジ付きカップリングで一緒に結合された第１及び第２の壁部を有する。内壁は、ロータの回転軸を通って延びる第１の平面に対して内壁の径方向反対側に内壁から径方向外側に延びる第１および第２のリップを有し、第１および第２のリップの負荷面（load faces）は第１の平面の反対側に配置される。第１リップは、第１フランジ付きカップリングに隣接する外壁の第１凹部内に半径方向に延びる。ケーシング整列システムは、多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１リップをバイアスするように構成された第１整列ポジショナを含む。
【0007】
現在開示されている技術のこれらおよび他の特徴、側面、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むと、よりよく理解されるであろう、ここで、同種の文字は図面全体を通して同種の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】圧縮機部及び／又はタービン部の多壁ケーシングの内壁及び外壁を整列させるように構成されたケーシング整列システムを有するガスタービンシステムの一実施形態の概略図である。
【図2】図１のケーシング整列システムを有する多壁ケーシングの低温状態における断面軸方向図であり、フランジ付きカップリングにおける凹部に配置されたバネを有するバイアスアジャスタを有する整列ポジショナを示している。
【図3】図２のケーシング整列システムを有する多壁ケーシングの動作状態における断面軸方向図であり、多壁ケーシングの内壁と外壁との間の整列（アライメント）を改善するために内壁のバイアス移動（例えば、上方移動及び／又は回転移動）を行う整列ポジショナを示している。
【発明を実施するための形態】
【0009】
現在開示されているシステムの１つまたは複数の具体的な実施形態が以下に説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する努力において、実際の実装のすべての特徴は、本明細書において説明されない場合がある。そのような実際の実装の開発では、あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトと同様に、システム関連およびビジネス関連の制約への準拠など、開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装固有の決定（numerous implementation-specific decisions）を行わなければならず、これらは実装ごとに異なる場合があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する通常の技術者にとって、設計、製造、および製造の日常的な事業であることが理解されるべきである。
【0010】
現在開示されている様々な実施形態の要素を紹介する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、その要素が１つ以上存在することを意味することが意図されている。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、および「ｈａｖｉｎｇ」は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在する可能性があることを意味する。
【0011】
以下に詳細に説明するように、開示された実施形態は、圧縮機、タービン、またはそれらの組み合わせなどのターボ機械の多壁ケーシングの内壁および外壁を整列させるように構成されたケーシング整列システムの種々の整列ポジショナを提供する。バネ、流体駆動アジャスタ、および電気駆動アジャスタなどのバイアスアジャスタを含み得る整列ポジショナ（biasing adjusters such as springs, fluid-driven adjusters, and electric-driven adjusters）は、ターボ機械の動作中に外壁に対する内壁の望ましくない移動を補償するために内壁にバイアスをかけるように構成される。例えば、整列アジャスタは、内壁の片側で上方への移動を引き起こすことによって内壁の下方への垂直移動を補償し、それによって内壁の回転を引き起こして内壁の中心軸を外壁の中心軸と再調整するのを助けることができる。ケーシング整列システムの詳細については、図面を参照しながら後述する。
【0012】
図１は、制御システム１４に結合されたガスタービンエンジン１２を有するガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図である。以下でさらに詳細に説明するように、ガスタービンシステム１０は、ケーシング整列システム（casing alignment system：ケーシング整列システム）１６を含むことができる。ケーシング整列システム１６の様々な特徴は、図１～図１１を参照して後述され、様々な特徴は、互いに任意の適切な組み合わせで使用されてもよい。 しかしながら、ケーシング整列システム１６に移る前に、ガスタービンシステム１０が、ケーシング整列システム１６を使用するための１つの可能なターボ機械コンテキスト（one possible turbomachine context：１つの適用可能なターボ機械の背景技術）として説明されるであろう。
【0013】
ガスタービンエンジン１２は、吸気部（air intake section：エアインテークセクション）１８と、圧縮機部２０と、燃焼器部２２と、タービン部２４と、負荷２６と、排気部２８とを含む。吸気部１８は、１つ以上のサイレンサバッフル、流体噴射システム（例えば、アンチアイシング用の加熱流体噴射）、エアフィルタ、又はそれらの任意の組み合わせを有するダクトを含んでもよい。圧縮機部２０は、ベルマウス３２を有する上流入口ダクト３０を含んでもよく、入口ダクト３０は、内側ハブ３４と、内側ハブ３４の周方向に配置されて空気取り入れ流路を規定する外壁３６と、空気取り入れ流路内で内側ハブ３４と外壁３６の間に半径方向に延びる複数の固定ベーン（stationary vanes）３８と、空気取り入れ流路内で中心軸を周方向に配置する複数の入口ガイドベーン（ＩＧＶｓ・：inlet guide vanes）４０を含む。入口ガイドベーン４０はまた、制御システム１４に通信可能に結合され、制御される１つまたは複数のアクチュエータ４２に結合され得る。動作において、制御システム１４は、ガスタービンエンジン１２の動作中に圧縮機部２０への吸気流を変化させるために、吸気ガイドベーン４０の位置（例えば、角度位置）を調整するように構成される。
【0014】
圧縮機部２０は、１つ以上の圧縮機ステージ（圧縮機段）４４を含み、各圧縮機ステージ４４は、圧縮機ケーシング５０（例えば、内壁４９について配置された外壁５１を有する多壁圧縮機ケーシング）内の圧縮機シャフト４８に結合された複数の圧縮機ブレード４６と、圧縮機ケーシング５０（例えば、内壁４９）に結合された複数の圧縮機ベーン５２を含む。圧縮機ブレード４６及び圧縮機ベーン５２は、各圧縮機ステージ４４内の圧縮機シャフト４８の中心軸を中心として周方向に配置される。圧縮機ステージ４４は、１以上２０以下の圧縮機ステージを含むことができる。さらに、圧縮機ステージ４４は、圧縮機部２０を通る流れの方向において、圧縮機ブレード４６のセットと圧縮機ベーン５２のセットとの間で交互に配置される。動作において、圧縮機ステージ４４は、燃焼器部２２に送達する前に、吸気（矢印８８によって表される）を漸進的に圧縮させる。
【0015】
燃焼器部２２は、１つ以上の燃料ノズル５６を有する１つ以上の燃焼器５４をそれぞれ含む。特定の実施形態では、燃焼器部２２は、ガスタービンエンジン１２の中心軸の周りに延びる単一の環状燃焼器５４を有することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、燃焼器部２２は、ガスタービンエンジン１２の中心軸を中心に円周方向に間隔を置いて配置された２、３、４、５、６、又はそれ以上の燃焼器５４を含むことができる。燃料ノズル５６は、圧縮機部２０からの圧縮空気５８と、燃料供給システム６２からの燃料６０とを受け取り、燃料と空気とを混合し、混合物を点火して高温の燃焼ガス６４を生成し、各燃焼器５４を出てタービン部２４に流入する。
【0016】
タービン部２４は、１つ以上のタービンステージ（タービン段）６６を含み、各タービンステージ６６は、タービンケーシング７２（例えば、内壁７１について配置された外壁７３を有する多壁タービンケーシング）の内側のタービン軸７０について周方向に配置され、タービン軸７０に結合された複数のタービンブレード６８と、タービン軸７０について周方向に配置された複数のタービンベーン７４とを含む。タービンステージ６６は、１段から１０段以上のタービンステージを含むことができる。さらに、タービンステージ６６は、タービン部２４を通る流れの方向において、タービンブレード６８のセットとタービンベーン７４のセットとの間で交互に配置される。運転中、高温の燃焼ガス６４は、徐々に膨張し、タービンステージ６６のタービンブレード６８の回転を駆動する。
【0017】
負荷２６は、電気発電機、機械、または他の駆動負荷を含むことができる。負荷２６は、図１に示されるようにガスタービンエンジン１２の高温端に配置されてもよいし、負荷２６は、ガスタービンエンジン１２の低温端（例えば、圧縮機部２０に隣接）に配置されてもよい。排気部２８は、排気ダクト、排気処理装置、サイレンサー、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、排気部２８は、蒸気タービンを駆動するための蒸気を生成するように構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）などの熱交換器を含んでもよい。
【0018】
制御システム１４は、それぞれがプロセッサ７８と、メモリ８０と、メモリ８０に記憶され、プロセッサ７８によって実行可能な命令８２と、ガスタービンシステム１０全体に分布する様々なセンサ８６（「Ｓ」と指定）及びアクチュエータと通信するように構成された通信回路８４とを有する、１以上のコントローラ７６を含み得る。センサ８６は、吸気部１８、圧縮機部２０、燃焼器部２２の燃焼器５４、タービン部２４、負荷２６、及び排気部２８に結合され、その状態を監視することができる。制御システム１４は、センサ８６からフィードバックを受けて、吸気流、燃料供給システム６２から燃焼器５４への燃料供給、排気部２８の排気処理装置の動作、またはそれらの任意の組み合わせなど、ガスタービンエンジン１２の様々な動作パラメータの調整を促進するように構成される。例えば、制御システム１４は、アクチュエータ４２を制御して、入口ガイドベーン４０の角度位置を変更し、それによって、吸気部１８から圧縮機部２０への吸気流を制御するように構成されてもよい。
【0019】
動作時、ガスタービンシステム１０は、矢印８８で示すように、空気を吸気部１８から入口ダクト３０に受け入れ、入口ガイドベーン４０をアクチュエータ４２で制御して、圧縮機部２０への空気の流れを調整するための入口ガイドベーン４０の角度位置を調整し、圧縮機部２０は燃焼器部２２に供給される空気流を圧縮するよう構成される。例えば、圧縮機部２０の各ステージ４４は、複数のブレード４６で空気流を圧縮する。そして、圧縮空気流５８は、各燃焼器５４に入り、燃料ノズル５６が圧縮空気流５８を燃料供給装置６２からの燃料６０と混合する。そして、燃料と空気の混合物は、各燃焼器５４で燃焼して高温の燃焼ガス６４を生成し、この燃焼ガス６４は、タービン部２４に流入して各段６６のタービンブレード６８の回転を駆動する。タービンブレード６８の回転は、タービンシャフト（タービン軸）７０の回転を駆動し、このタービンシャフト７０は、負荷２６に結合された軸９０および圧縮機シャフト４８に結合された軸９２を介して、負荷２６および圧縮機部２０の回転を駆動する。そして、タービン部２４は、排気ガス９４を排気部２８に排出し、最終処理および／または環境中に排出する。
【0020】
以下で詳細に説明するように、多壁圧縮機ケーシング５０及び／又は多壁タービンケーシング７２は、ガスタービンシステム１０の動作中に偏心率の変化（例えば、増加）を経験することがある。偏心の変化は、ガスタービンシステム１０の動作中に、トルク、熱膨張又は熱収縮、又はそれらの任意の組み合わせによって引き起こされ、内壁（例えば、４９又は７１）と外壁（例えば、５１又は７３）との間の相対移動をもたらすことがある。例えば、外壁（例えば、５１又は７３）は、隣接する壁部間のフランジ付きカップリングで部分的に開くことがあり、それによって内壁（例えば、４９又は７１）が外壁（例えば、５１又は７３）に対して相対的に移動する原因となる。相対的な移動は、外壁（例えば、５１または７３）に対する内壁（例えば、４９または７１）の垂直方向の移動（例えば、下方への垂直方向の移動）を含み得、それにより、内壁および外壁の中心軸の間（例えば、４９と５１の間および７１と７３の間）のずれが引き起こされる。
【0021】
ケーシング整列システム１６は、外壁（例えば、５１または７３）に対する内壁（例えば、４９または７１）の前述の相対移動に対抗する方法で、内壁および外壁の中心軸（例えば、４９と５１の間および７１と７３の間）を合わせるのを助けるように構成された１以上の整列ポジショナ（alignment positioners：アライメントポジショナ）１００（図２～１１参照）を含む。特定の実施形態において、整列ポジショナ１００は、機械的バネ（例えば、板バネ（leaf spring：リーフスプリング）、コイルスプリング、ベルビルワッシャー（Belleville washer）など）、流体駆動ポジショナ（例えば、液体またはガス駆動ピストン－シリンダーポジショナ）、電気駆動ポジショナ（例えば、電気モーター駆動ポジショナ）、手動ポジショナ（例えば、ハンドホイール操作ネジ組）またはそれらの任意の組合せを含む。機械バネは、外壁（例えば、５１または７３）に対する内壁（例えば、４９または７１）の前述の相対的な移動に対抗するためのバイアス力を自動的に提供する。手動ポジショナは、センサ８６からのセンサフィードバック及び／又は技術者による他の観察に応答して、技術者によって操作され得る。流体駆動式ポジショナおよび電気駆動式ポジショナは、センサ８６からのセンサフィードバックに応答して、制御システム１４によって操作されてもよい。
【0022】
図示の実施形態では、制御システム１４及びセンサ８６は、ケーシング整列システム１６の一部であってもよい。 例えば、センサ８６は、偏心、回転部品と静止部品との間のクリアランス、振動、歪み、トルク、位置（例えば、角度位置、垂直位置、又は水平位置）、又は圧縮機部２０及び／又はタービン部２４の多壁ケーシングの内壁と外壁（例えば、多壁圧縮機ケーシング５０の内外壁４９及び５１、多壁タービンケーシング７２の内外壁７１及び７３）間の相対移動を示す他のパラメーターを監視しても良い。センサ８６は、ガスタービンシステム１０の回転軸に沿った複数の軸方向位置と、回転軸を中心とする複数の周方向位置とに配置されてもよい。例えば、１つ以上のステージ４４及び６６において、センサ８６は、ブレード（例えば、４６及び６８）及び／又はベーン（例えば、５２及び７４）の位置に対応する１つ以上の位置に配置されていてもよい。センサ８６は、軸を中心とする様々な周方向位置における内壁と外壁との間の距離の変化、基準構造に対する内壁と外壁との間の距離の変化、又はそれらの組み合わせを監視することによって、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１、及び７３）との間の相対移動を監視してもよい。さらに、センサ８６は、軸線に関する様々な周方向位置において、それぞれの内壁と回転ブレード（例えば、４６および６８）との間のクリアランスの変化を監視することによって、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１および７３）との間の相対移動を監視することができる。 さらに、センサ８６は、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１、７３）との間のトルク誘導移動および／または速度誘導移動の指標として、圧縮機部２０および／またはタービン部２４のトルクおよび／または回転速度を監視することができる。
【0023】
制御システム１４は、センサ８６からのセンサデータを分析し、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１、７３）との間の相対的な移動を決定し、相対的な移動を示すデータを電子ディスプレイに出力し、及び／又は相対的な移動が１以上の閾値を超える場合に警報（例えば、音声及び／又は視覚警報）をトリガするように構成される。 制御システム１４はまた、ケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００の１つ以上を制御して、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１、および７３）の間の整列（アライメント）を調整する、例えば、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１、および７３）の間のアライメントを増加するために、外壁の間に反対の相対移動を生じさせることによっても構成され得る。反対側の相対運動は、外壁（例えば、５１又は７３）に対する内壁（例えば、４９又は７１）の水平運動、垂直運動、及び／又は回転運動に対応し得、反対側の相対運動は、ガスタービンシステム１０の動作によって生じる相対運動（例えば、トルク誘導運動又は速度誘導運動）とは一般に反対である。
【0024】
いくつかの実施形態では、ケーシング整列システム１６は、整列ポジショナ１００として機械バネを使用するなどして、制御システム１４による制御動作なしに内壁および外壁（例えば、４９、５１、７１、７４）の相対位置の変化に自動的に対応する。しかしながら、ケーシング整列システム１６は、内壁と外壁（例えば、４９、５１、７１、７３）の中心軸間のアライメントを改善するために、制御システム１４によって直接制御される整列ポジショナ１００（例えば、流体駆動式ポジショナ及び電気駆動式ポジショナ）を含むこともできる。ケーシング整列システム１６の様々な特徴について、以下でさらに詳細に説明する。
【0025】
図２は、図１を参照して上述したケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００を有する多壁ケーシング１０２の一実施形態の断面図である。図示された実施形態では、多壁ケーシング１０２は、内壁１０６について配置された外壁１０４を含む。外壁１０４及び内壁１０６を有する多壁ケーシング１０２は、内壁４９及び外壁５１を有する多壁圧縮機ケーシング５０及び／又は内壁７１及び外壁７３を有する多壁タービンケーシング７２に対応し得る。したがって、多壁ケーシング１０２に言及する以下の議論は、図１の多壁圧縮機ケーシング５０及びタービンケーシング７２に適用される。
【0026】
図２に示されるように、外壁１０４および内壁１０６は、図１のガスタービンシステム１０などのターボ機械の回転軸に対応し得る中心軸１０８を中心として配置された環状壁であってよい。さらに、以下の議論は、構成要素の様々な位置および配向に言及する。したがって、中心軸１０８に沿った軸方向または軸１１０、中心軸１０８について周方向に配置された周方向または軸１１２、および中心軸１０８に対する１つまたは複数の半径方向または軸に言及されることがある。例えば、半径方向または軸は、水平方向または軸１１４および垂直方向または軸１１６に対応し得る。さらに、多壁ケーシング１０２の構成要素は、互いに概ね垂直である第１の平面１１８および第２の平面１２０に対応することができる。特定の実施形態では、第１の平面１１８は、中心軸１０８および水平方向または軸１１４に沿って延びる水平面であり、第２の平面１２０は、中心軸１０８および垂直方向または軸１１６に沿って延びる垂直面である。
【0027】
外壁１０４は、フランジ付きカップリング（flanged couplings：フランジ結合部）１２６および１２８で一緒に結合された壁部（wall sections）１２２および１２４のような、フランジ付きカップリングで一緒に結合された複数の壁部を含む。例えば、壁部１２２および１２４の各々は、環状形状の外壁１０４の半円筒形状のセクションを規定することができる。フランジ付きカップリング１２６は、それぞれの壁部１２２および１２４から半径方向外側に延びるフランジ１３０および１３２を含み、フランジ付きカップリング１２８は、それぞれの壁部１２２および１２４から半径方向外側に延びるフランジ１３４および１３６を含む。フランジ付きカップリング１２６は、フランジ１３０および１３２を結合する複数のねじ付きファスナ、例えば、フランジ１３０および１３２を通って延び、それぞれのフランジ１３０および１３２に隣接する雌ねじ付きファスナ１４０および１４２によって固定される雄ねじ付きファスナ１３８を有する。雌ねじ付きファスナ１４０および１４２は、雄ねじ付きファスナ１３８にねじ込まれることができ、それによってフランジ１３０および１３２をフランジ付きカップリング１２６において一緒に圧縮する。同様に、フランジ付きカップリング１２８は、フランジ１３４および１３６を通って延びる複数の雄ねじ付きファスナ１４４を含み、雌ねじ付きファスナ１４６および１４８は、フランジ１３４および１３６について雄ねじ付きファスナ１４４を固定する。特に、雌ねじ付きファスナ１４６および１４８は、雄ねじ付きファスナ１４４にねじ込まれることができ、それによってフランジ１３４および１３６をフランジ付きカップリング１２８で一緒に圧縮する。特定の実施形態では、フランジ付きカップリング１２６および１２８は、溶接ジョイント、クランプ、ろう付けジョイント、ダブテールジョイント、ヒンジジョイント、またはそれらの任意の組み合わせ（welded joints, clamps, brazed joints, dovetail joints, hinged joints, or any combination thereof）など、他の取り外し可能なファスナおよび／または固定カップリングによって互いに固定され得る。
【0028】
内壁１０６は、単一の環状構造、フランジ付きカップリングで一緒に結合された複数の内壁セグメント、または別の適切な構成を含むことができる。さらに、内壁１０６は、外壁１０４とインターフェースするように構成された複数の半径方向突出部またはリップを含む。図示された実施形態では、内壁１０６は、半径方向突起またはリップ１５０、１５２、１５４、および１５６を含み、これらは、外壁１０４のそれぞれの凹部１５８、１６０、１６２、および１６４に配置される。リップ１５０および１５２は、それぞれの凹部１５８および１６０に配置され、リップ１５４および１５６は、それぞれの凹部１６２および１６４に配置される。リップ１５０および１５２ならびに凹部１５８および１６０は、水平方向または軸１１４に対応する第１の平面１１８に沿って概ね配置される。
【0029】
図示の実施形態では、リップ１５０および１５２は、ロータの中心軸１０８を通って延びる平面１１８に対して内壁１０６の径方向反対側に配置され（例えば、リップ１５０および１５２は平面１１８に対して非対称）、リップ１５４および１５６は、ロータの中心軸１０８を通って延びる平面１２０に対して内壁１０６の径方向反対側に配置される（例えば、リップ１５４および１５６は、平面１２０に対して非対称）。リップ１５４及び１５６並びに凹部１６２及び１６４は、垂直方向又は軸１１６に対応する第２の平面１２０に概ね沿って配置される。しかしながら、図示された実施形態では、リップ１５０および凹部１５８は、平面１１８の上方に配置され、一方、リップ１５２および凹部１６０は、平面１１８の下方（例えば、平面１１８の回転方向に反対側）に配置される。同様に、リップ１５４及び凹部１６２は、平面１２０の一方の側に配置され、一方、リップ１５６及び凹部１６４は、平面１２０の反対側（例えば、平面１２０の回転方向に反対側の側）に配置される。
【0030】
図示された実施形態では、リップ１５０の底面（または荷重面）が平面１１８に沿って配置される一方で、リップ１５２の上面（または荷重面）が平面１１８に沿って配置され、リップ１５４の左手の面（または荷重面）が平面１２０に沿って配置され、リップ１５６の右手の面（または荷重面）が平面１２０に沿って配置されている。いくつかの実施形態では、ロータの回転方向が反対である構成などでは、上面、底面、左手面、および右手面（または荷重面）の前述の配置が逆であってもよい。図示の構成では、多壁ケーシング１０２は、多壁ケーシング１０２がガスタービンシステム１０の動作中の変化に対して調整するように構成されるように、冷間または非動作構成にある（in a cold or non-operating configuration）。
【0031】
フランジ付きカップリング１２８において、多壁ケーシング１０２は、ガスタービンシステム１０の動作中の位置変化又は動きに応答して、外壁１０４に対する内壁１０６の位置合わせ（アライメント：整列）を助けるように構成された整列ポジショナ１００を含む。例えば、整列ポジショナ１００は、リップ１５２と凹部１６０の下面との間（例えば、リップ１５２の下方）に配置されたバイアスアジャスタ１７０と、リップ１５２と凹部１６０の上面との間（例えば、リップ１５２の上方）に配置されたシムアセンブリ１７２とを含む。バイアスアジャスタ１７０は、板バネ、コイルバネ、ベルビルワッシャ、またはそれらの任意の組み合わせなどの、１つまたは複数のバネ１７４を含むことができる。さらに、バイアスアジャスタ１７０は、流体駆動アジャスタ（例えば、ガスまたは液体駆動ピストン－シリンダアセンブリ）、電気駆動アジャスタ、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【0032】
シムアセンブリ１７２は、１つ以上の研削可能シム１７６及び冠状シム（crowned shim）１７８（例えば、凸面などの曲面又は冠状面を有するシム）などの複数のシムを含み得る。シムアセンブリ１７２は、凹部１６０に対するリップ１５２の位置を調整するように構成される（例えば、建設および組立の間）。例えば、研削可能シム１７６は、研削可能シム１７６の表面を研削することによって厚さを調整することができ、それによって、シムアセンブリ１７２と凹部１６０との間のより良い適合を提供し、外壁１０４に対する内壁１０６の望ましい位置（例えば、平面１１８の反対の上側および下側にリップ１５０および１５２を有する）を提供するのに役立つ。
【0033】
バイアスアジャスタ１７０は、リップ１５２をシムアセンブリ１７２に向かってバイアスするための反対力（例えば、バイアス力）を提供するように構成される。以下でさらに詳細に説明するように、整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０は、ガスタービンシステム１０の動作中に内壁１０６と外壁１０４との間の適切なアライメントを確保するためにバイアス力を提供するように構成される。例えば、バイアスアジャスタ１７０は、内壁１０６が外壁１０４に対して相対的に（例えば、垂直方向及び／又は回転方向に）移動するようにバイアスし、それによって外壁１０４及び内壁１０６の位置合わせを助けることができる。
【0034】
図３は、図２の多壁ケーシング１０２の断面図であり、ガスタービンシステム１０の動作中の多壁ケーシング１０２及びケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００の変化を更に示している。特に、ガスタービンシステム１０の動作中、圧縮機部２０またはタービン部２４内のロータの回転運動の結果として、矢印１８０によって示されるように、トルクが多壁ケーシング１０２に印加される場合がある。トルクがガスタービンシステム１０に加えられると、外壁１０４は、フランジ付きカップリング１２６及び１２８における開口部又は分離部１８２及び１８４によって例示されるように、フランジ付きカップリング１２６及び１２８において部分的な開口又は分離を経験するかもしれない。開口部または分離部１８２および１８４の結果として、リップ１５０および１５２は、外壁１０４に対していくらかの下方垂直移動を経験する（experience some downward vertical movement）場合がある。
【0035】
内壁１０６が開口部１８２および１８４に起因して凹部１５８および１６０内で下方に移動すると、ケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００は、内壁１０６を矢印１８０で示すように加えられたトルクと同じ方向に回転するようにバイアスし、それにより内壁１０６の下方垂直移動を克服または補償するのに役立つ。ケーシング整列システム１６の開示された整列ポジショナ１００がなければ、内壁１０６は、開口部１８２及び１８４により垂直下方に移動し、外壁１０４及び内壁１０６の中心軸の間にずれを生じさせる可能性がある。このずれや偏心を許容するのではなく、ケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００は、トルク１８０の方向と一緒に回転方向に上方に移動するようにリップ１５２にバイアスをかける。その結果、整列ポジショナ１００、特にバネ１７４を含むバイアスアジャスタ１７０は、リップ１５２と内壁１０６を十分に回転させて、外壁１０４と内壁１０６の中心軸を中心軸１０８に対して整列させるように強制する。図２および図３の整列ポジショナ１００は、バイアスアジャスタ１７０としてバネ１７４を含むが、整列ポジショナ１００は、バネ１７４、流体駆動バイアスアジャスタ、電気駆動バイアスアジャスタ、手動バイアスアジャスタ、またはそれらの任意の組み合わせ（a fluid-driven biasing adjuster, an electric-driven biasing adjuster, a manual biasing adjuster, or any combination thereof）を含む任意の１種類以上のバイアスアジャスタ１７０を含むことができる。
【0036】
図４は、図２の多壁ケーシング１０２の部分断面図であり、外壁１０４と内壁１０６との間のフランジ付きカップリング１２８におけるケーシング整列システム１６の詳細を更に示している。図示された実施形態では、ケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００は、複数のバイアスアジャスタ１７０（「ＢＡ」と表示）を含み、これは、以下で詳細に説明するように、バイアスアジャスタ１７０の１以上のタイプおよび／または構成を含み得る。さらに図示されるように、バイアスアジャスタ１７０は、フランジ付きカップリング１２８のフランジ１３４および１３６の間の凹部１６０の部分的に内側および部分的に外側に配置され得る。
【0037】
図示された実施形態では、凹部１６０は、フランジ１３４に配置された凹部１９０と、フランジ１３６に配置された対向する凹部１９２とを有する。しかしながら、凹部１６０は、フランジ付きカップリング１２８において、単一のフランジ、フランジ１３４および１３６における対称的な配置、または任意の他の構成に配置され得る。フランジ１３４および１３６は、雄ねじ付きファスナ１４４（例えば、ねじ付きボルト）および対応する雌ねじ付きファスナ１４８（例えば、ねじ付きナット）などの複数のねじ付きファスナで一緒に結合される。しかしながら、フランジ１３４および１３６は、溶接接合、ろう付け接合、クランプ、ヒンジ、またはそれらの任意の組み合わせ（welded joints, brazed joints, clamps, hinges, or any combination thereof）などの、様々な取り外し可能なファスナおよび／または固定接合で一緒に結合されることができる。図４にさらに示されるように、リップ１５２は、凹部１６０の中に半径方向に延び、一般に平面１１８の下に配置される。例えば、リップ１５２は、凹部１６０の対向する上面１９８及び下面２００に面する対向する上面１９４及び下面１９６を含む。
【0038】
様々な特徴および構成要素が、凹部１９２に配置される。例えば、凹部１９２において、リップ１５２は、雄ねじ付きファスナまたはボルトなどの１つまたは複数のファスナ２０４を介して下面１９６に結合されたウェアプレート（wear plate：摩耗板）２０２を含む。凹部１９２は、雄ねじファスナ又はボルトなどの１つ以上のファスナ２０８を介して下面２００に結合された研削可能シム（grindable shim：グラインダブルシム）２０６を含む。研削可能シム２０６は、ターボ機械（例えば、ガスタービンシステム１０）の組立中にその表面の１つ以上に沿って研削され、凹部１６０内のリップ１５２のより良い適合及び適切な位置合わせを提供することができる。研削可能シム２０６はまた、フランジ１３６の対応する凹部２１２、２１４、及び２１６内に延びる１つ又は複数の整列キー２１０、研削可能シム２０６、及び冠状シム２１８を介して下面２００に対して位置合わせされることがある。研削可能シム２０６とウェアプレート２０２との間に配置される冠状シム２１８は、ウェアプレート２０２の概ね平坦な表面に接触するように構成された冠状またはカーブ（湾曲）した接触面２２０（例えば、凸面）を含む。凹部１９２はまた、研削可能シム２０６と冠状シム２１８との間に配置されたバイアスアジャスタ１７０を含み得る。
【0039】
同様に、様々な特徴および構成要素が、凹部１９０に配置される。例えば、凹部部分１９０において、シムアセンブリ１７２は、研削可能シム１７６と、ネジ付きファスナ又はボルト２２４などの１つ又は複数のネジ付きファスナを介して上面１９８に結合されたクラウン付きシム１７８とを含む。ファスナ２２４は、凹部２２６においてクラウンドシム１７８に凹設されてもよく、ファスナ２２４は、クラウンドシム１７８および研削可能シム１７６のボアを通ってフランジ１３４に延びる。シムアセンブリ１７２はまた、１つ以上の整列キー２２８を含むことができ、この整列キーは、フランジ１３４、研削可能シム１７６、およびクラウンドシム１７８の対応する凹部２３０、２３２、および２３４を通って延びる。冠状シム２１８と同様に、冠状シム１７８は、リップ１５２の上面１９４に結合されたウェアプレート２４０の対応する平坦面２３８に接触するように構成された冠状または湾曲した接触面２３６（例えば、凸面）を含む。ウェアプレート２４０は、雄ねじ付きファスナ又はボルトなどの複数のファスナ２４２でリップ１５２に結合されることがある。
【0040】
ガスタービンシステム１０の組立及び較正の間、研削可能シム１７６及び２０６は、部分的に研削されて厚さを減少させ、それにより凹部１６０内のリップ１５２の位置を調整するのに役立つことがある。例えば、研削可能シム１７６及び２０６は、リップ１５２の上面１９４を平面１１８に直接沿って配置する一方で、リップ１５２の下面１９６を平面１１８の下に垂直にオフセットして配置するために十分に研削されることがある。
【0041】
上述のように、ケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００は、複数のバイアスアジャスタ１７０を含む。冠状シム２１８におけるバイアスアジャスタ１７０に加えて、整列ポジショナ１００は、フランジ１３４においてフランジ付きカップリング１２８の外側に配置されたバイアスアジャスタ１７０を含んでもよい。図示されるように、ケーシング整列システム１６は、クラウンドシム２１８と結合されたシャフト２４６のヘッド２４４の下に配置されたバイアスアジャスタ１７０を有する整列ポジショナ１００を含む。例えば、ヘッド２４４およびシャフト２４６は、雄ねじボルトなどの雄ねじ付きファスナ２４８の部品であってもよい。シャフト２４６は、雄ねじ２５０または別の適切な機械的接続を介して冠状シム２１８に結合されることがある。
【0042】
動作において、凹部１６０の内側および外側に配置されたバイアスアジャスタ１７０は、リップ１５２を、図３に図示されるようにトルク１８０の方向に対応する回転方向または垂直方向上方２５２にバイアスするように構成され得る。したがって、フランジ付きカップリング１２６および１２８が部分的に開いて開口部１８２および１８４を形成し、内壁１０６が外壁１０４内で垂直下方に移動するようになると、ケーシング整列システム１６のバイアスアジャスタ１７０は、リップ１５２を方向２５２に移動させて外壁１０４内で内壁１０６の整列を助けるよう構成される。この整列は、一般に、外壁１０４および内壁１０６の中心軸の間の整列を改善または一致させる。図４は、２つのバイアスアジャスタ１７０を図示しているが、ケーシング整列システム１６は、フランジ付きカップリング１２８に沿った様々な位置にバイアスアジャスタ１７０を有する任意の数の整列ポジショナ１００を含んでよい。
【0043】
図５～図９は、図１～図４を参照して上記に図示および説明したケーシング整列システム１６の整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０の実施形態の概略図である。図５は、バネ１７４を含むバイアスアジャスタ１７０の実施形態の概略図である。図示された実施形態では、バネ１７４は、コイル形状のバネ２６０を含む。コイル形状のバネ２６０は、螺旋状または渦巻き状のパターン（spiral or helical pattern）を規定する１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上のループを含み得る。特定の実施形態では、整列ポジショナ１００は、互いに直列および／または並列に配置された任意の数のバネ１７４（例えば、コイル形状のバネ２６０）を含むことができる。
【0044】
図６は、整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０の一実施形態の概略図であり、バネ１７４の一実施形態をさらに示している。図示されるように、バネ１７４は、対向する端部２７４および２７６の間に延びる湾曲プレート（curved plate：カーブ板）２７２を有する板バネ２７０を含む。湾曲プレート２７２は、バイアスアジャスタ１７０に所望のばね力を提供するように選択された半径を有することができる。特定の実施形態では、整列ポジショナ１００は、互いに直列および／または並列に配置された任意の数のバネ１７４（例えば、板バネ２７０）を含むことができる。例えば、バネ１７４は、直列配置で互いに積み重ねられた複数の板バネ２７０を、例えば、複数の板バネ層として含むことができる。
【0045】
図７は、整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０の一実施形態の概略図であり、バネ１７４の一実施形態を例示する。図示されるように、バネ１７４は、複数のベルビルワッシャ２８２を有するベルビルワッシャアセンブリ２８０を含む。ベルビルワッシャ２８２はそれぞれ、外側の環状縁２８６から内側の環状ボア２８８まで延びる円錐形状の壁２８４を含む。ベルビルワッシャアセンブリ２８０は、ベルビルワッシャ２８２の第１のセット２９２がベルビルワッシャ２８２の第２のセット２９４に対面するような様々な構成で、複数のベルビルワッシャ２８２を配置してもよい。第１のセット２９２は、第２のセット２９４から離れる方向に内側ボア２８８から離れるように外側に延びる円錐形状の壁２８４を有し、第２のセット２９４は、第１のセット２９２から離れる方向に内側ボア２８８から離れるように外側に延びる円錐形状壁２８４を有する。しかしながら、ベルビルワッシャーアセンブリ２８０は、任意の数および配置のベルビルワッシャー２８２を含むことができる。特定の実施形態では、バネ１７４（例えば、コイル状のバネ２６０、板バネ２７０、およびベルビル座金２８２）は、互いに組み合わせて、例えば、直列および／または並列配置で使用されてもよい。
【0046】
図８は、図１～４の整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０の実施形態の概略図であり、電気駆動の整列ポジショナまたはバイアスアジャスタ３００をさらに示している。バイアスアジャスタ３００は、ギアボックス３０４に結合された電気駆動装置３０２を含み、この電気駆動装置は、今度はバイアスプレート３０６に結合される。例えば、電気駆動装置３０２は、ＡＣモータ、ＤＣモータ、またはそれらの組合せを含むことができる。電気駆動装置３０２は、シャフト３０８でギアボックス３０４に結合されてもよく、一方、ギアボックス３０４は、シャフト３１０でバイアスプレート３０６に結合されてもよい。ギアボックス３０４は、ギア比を変更してバイアスプレート３０６を駆動するための機械的利点を提供するように構成された複数のギアを含むことができる。電気駆動装置３０２はまた、制御システム１４のコントローラ７６に結合されてもよく、このコントローラは、センサ８６からのフィードバックに応答して電気駆動装置３０２を作動させるように構成されてもよい。したがって、ガスタービンシステム１０の動作中、コントローラ７６は、上記で詳細に説明したように、リップ１５２の調整を提供するためにバイアスプレート３０６を動かすために電動ドライブ３０２の動作をトリガすることができる。
【0047】
図９は、図１～４を参照して上記で詳細に論じた整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０の一実施形態の概略図である。図示された実施形態では、バイアスアジャスタ１７０は、流体駆動型整列ポジショナまたはバイアスアジャスタ３２０を含み得、これは、流体供給部３２４に結合されたピストン・シリンダ・アセンブリ３２２を含む。例えば、ピストンシリンダアセンブリ３２２は、ハウジング３３０のシリンダ３２８内に配置されたピストン３２６を含み、ピストン３２６は、シリンダ３２８をチャンバ３３２と３３４の間に分離させる。流体供給部３２４は、チャンバ３３２またはチャンバ３３４への流体の流れを制御するように構成された、流体タンク、流体ポンプまたは圧縮機、１つまたは複数の流体弁、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。流体供給部３２４は、センサ８６からのフィードバックに応答してコントローラ７６によって制御され得、それによって、ピストン３２６を上方に動かすためにチャンバ３３２に、またはピストン３２６を下方に動かすためにチャンバ３３４に流体圧力を供給して、バイアスプレート３３６の位置を制御する。バイアスプレート３３６は、シャフト３３８を介してピストン３２６に結合され、バイアスプレート３３６は、上述したようにリップ１５２に結合され得る。動作において、流体供給部３２４は、コントローラ７６によって制御され、ピストン３２６の移動を強制し、それによってバイアスプレート３３６を駆動してリップ１５２と内壁１０６を移動させ、外壁１０４と内壁１０６の間の整列を改善させる。
【0048】
図１０は、図２の多壁ケーシング１０２の部分断面図であり、フランジ付きカップリング１２８に沿った位置におけるケーシング整列システム１６の詳細をさらに示している。図１０の構成要素は、特に断らない限り、図１～４を参照して上記で詳細に説明したものと同じである。例えば、フランジ付きカップリング１２８、シムアセンブリ１７２、およびリップ１５２の構成要素は、上記で詳細に説明したのと実質的に同じである。さらなる例によって、シムアセンブリ１７２は、冠状の表面（crowned surface：クラウニングされた面）２３６が摩耗プレート２４０の平坦な表面２３８に接触するように、凹部１９０に配置されたクラウニングされたシム１７８および研磨可能なシム１７６を有する。図１０のケーシング整列システム１６は、凹部１９２において図４と異なり、特に研削可能シム２０６において異なる特徴を有し、冠状シム２１８およびバイアスアジャスタ１７０を図６の板バネ２７０と交換することにおいて異なる。
【0049】
図１０にさらに示されるように、整列ポジショナ１００のバイアスアジャスタ１７０は、ウェアプレート２０２と研削可能シム２０６との間の凹部１９２にバネ１７４を含む。図示された実施形態では、研削可能シム２０６は、中央凹部（センターリセス）３５２について配置された対向リップ又は突出部３５０を含む。バネ１７４は、図６に図示されるように、第１の端部２７４から第２の反対側の端部２７６まで延びる湾曲プレート２７２を有する板バネ２７０を含む。反対側の端部２７４及び２７６は、リップ又は突出部３５０の間の中央凹部３５２に配置され、湾曲プレート２７２は、ウェアプレート２０２に向かって研削可能シム２０６から離れて上方又は外側に延びる。湾曲プレート２７２は、ウェアプレート２０２の平坦面２２２に接触し、それによって、図４を参照して上述したように、ウェアプレート２０２に対してバイアス力を加えて、リップ１５２を上方又は周方向２５２にバイアスする。
【0050】
図１０は、バイアスアジャスタ１７０として板バネ２７０を図示しているが、ケーシング整列システム１６は、図１～９を参照して上述したように、バイアスアジャスタ１７０の任意の１つまたは全てを含むことができる。動作において、板バネ２７０は、リップ１５２に対して予荷重またはバイアス力を自動的に提供し、それによって、ガスタービンシステム１０の動作中にトルク１８０が加えられると、外壁１０４に対して内壁１０６を回転または移動するのを助けるように構成される。その結果、板バネ２７０は、リップ１５２での移動を介して、内壁１０６を外壁１０４に整合させるのに役立つ。
【0051】
図１１は、図２の多壁ケーシング１０２の部分断面図であり、フランジ付きカップリング１２８に沿った位置に別のバイアスアジャスタ１７０を有するフランジ付きカップリング１２８の実施形態を更に示している。図１１の構成要素は、特に断らない限り、図１～４を参照して上記で詳細に説明したものと同じである。例えば、フランジ付きカップリング１２８、シムアセンブリ１７２、リップ１５２、および他の同様の要素の構成要素は、概して、図４および図１０を参照して上記で詳細に説明したものと同じである。図１１のケーシング整列システム１６は、凹部１９２において図４と異なり、特に研磨可能シム２０６およびウェアプレート２０２において異なる特徴を有し、冠状シム２１８およびバイアスアジャスタ１７０を、バネ１７４によってバイアスされたピストンシリンダアセンブリ３６０に置き換えることにおいて異なる。
【0052】
図１１にさらに示されるように、凹部１９２内のウェアプレート２０２と研削可能シム２０６との間に配置されたバイアスアジャスタ１７０は、図７を参照して上述したようなベルビルワッシャアセンブリ２８０を含む、バネ１７４によってバイアスされたピストンシリンダアセンブリ３６０を含む。図示された実施形態では、ピストンシリンダアセンブリ３６０は、シャフト３６４に結合されたピストンまたはコンタクトプレート（contact plate：接触板）３６２を含み、このシャフトは、凹部１９２の底面２００のシリンダまたはボア３６８内で軸３６６に沿って動くように構成される。従って、ピストン又はコンタクトプレート３６２は、研削可能シム２０６に対して上方及び下方へ移動することができ、ベルビルワッシャアセンブリ２８０は、ピストン又はコンタクトプレート３６２をウェアプレート２０２のクラウン状又は曲面３７０に対して上方バイアス力を提供する。バネ１７４は、ベルビルワッシャアセンブリ２８０として示されているが、バネ１７４は、図５のコイル状のバネ２６０、図６の板バネ２７０、または任意の他の適切なばねタイプもしくは構成を単独でもしくはベルビルワッシャアセンブリ２８０と組み合わせて含むことができる。
【0053】
さらに、特定の実施形態では、ピストンシリンダアセンブリ３６０のシャフト３６４は、図８の電気駆動整列ポジショナまたはバイアスアジャスタ３００および／または図９の流体駆動整列ポジショナまたはバイアスアジャスタ３２０に結合され得る。動作において、ガスタービンシステム１０の動作中に加えられるトルク１８０が、図３の開口１８２および１８４によって示されるようにフランジ付きカップリング１２６および１２８を部分的に開かせると、図１１のピストンシリンダアセンブリ３６０およびバネ１７４を有するバイアスアジャスタ１７４は、外壁１０４に対する内壁１０６の任意の下方移動を補償するために上方向または円周方向２５２に、唇１５２および内壁１０６をバイアスすることを助ける。したがって、バイアスアジャスタ１７０は、ガスタービンシステム１０の動作中に外壁１０４及び内壁１０６の中心軸の整列を助けるように構成される。
【0054】
開示された実施形態の技術的効果は、圧縮機、タービン、またはそれらの組み合わせなどのターボ機械の多壁ケーシングの内壁および外壁を整列するように構成されたケーシング整列システムの整列ポジショナを含む。整列ポジショナは、バネ、流体駆動整列ポジショナまたはバイアスアジャスタ、電気駆動整列ポジショナまたはバイアスアジャスタ、またはそれらの任意の組み合わせなどの、１つまたは複数のバイアスアジャスタを含み得る。整列ポジショナは、外壁のフランジ付きカップリングの凹部内のリップなどで、内壁にバイアス力を加え、それによって内壁が外壁と整列するように移動するようにバイアスする。例えば、ターボ機械の運転中に生じるトルクに応答して、フランジ付きカップリングが開き、内壁が外壁に対して下方に下がり、整列ポジショナが内壁を回転させて上方に移動させて内壁と外壁の中心軸を整合させるようにバイアスすることができる。このような整列ポジショナがないと、ロータ（例えば、ロータに結合された回転翼）と内壁との間のクリアランスが、回転軸を中心に周方向に不均一になることがあり、ターボ機械の効率及び性能を低下させ、摩擦状態のリスクを高め、ターボ機械の動作中に他の問題を引き起こすことがある。
【0055】
上記で詳細に説明した主題は、以下に示すように、１つ以上の節によって定義することができる。
[実施形態1]
特定の実施形態では、システムは、ロータを有するターボ機械の多壁ケーシングの内壁と外壁とを位置合わせするように構成されたケーシング整列システムを含む。ケーシング整列システムは、多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１のリップをバイアスするように構成された第１の整列ポジショナを含む。
[実施形態2]
前記第１整列ポジショナがバネを含む、実施形態1記載のシステム。
[実施形態3]
前記バネは、板バネを含む、実施形態1～２に記載のシステム。
[実施形態4]
バネが１つ以上のベルビルワッシャーを含む、実施形態1～３に記載のシステム。
[実施形態5]
前記第１の整列ポジショナは、流体駆動式整列ポジショナを含む、実施形態1～４に記載のシステム。
[実施形態6]
前記第１の整列ポジショナは、電気駆動式整列ポジショナを含む、実施形態1～５に記載のシステム。
[実施形態7]
多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１リップをバイアスするように構成された第２整列ポジショナを含み、第１および第２整列ポジショナは互いに異なる、実施形態1～６に記載のシステム。
[実施形態8]
多壁ケーシングの内壁を含み、内壁が第２のリップを含み、第１および第２のリップが、ロータの回転軸を通って延びる第１の平面に対して内壁の径方向反対側に配置され、第１および第２のリップが内壁から径方向外側に延び、第１および第２のリップの負荷面が第１の平面の反対側に配置される、実施形態1～７に記載のシステム。
[実施形態9]
前記第１の平面は、実質的に水平な平面である、実施形態1～８に記載のシステム。
[実施形態10]
前記第１リップは、前記第１平面に沿って配置された上面を有し、前記第２リップは、前記第１平面に沿って配置された下面を有する、実施形態1～９に記載のシステム。
[実施形態11]
内壁の周りに配置された外壁を有する多壁ケーシングを含み、外壁は、第１のフランジ付きカップリングで一緒に結合された第１および第２の壁部を含み、内壁の第１のリップは、第１のフランジ付きカップリングに隣接する外壁の第１の凹部に半径方向に延びる、実施形態1～１０に記載のシステム。
[実施形態12]
前記第１の整列ポジショナが、前記第１の凹部に配置されたバイアスアジャスタを含む、実施形態1～１１に記載のシステム。
[実施形態13]
前記第１の整列ポジショナは、前記第１の凹部の外側に配置されたバイアスアジャスタを含む、実施形態1～１２に記載のシステム。
[実施形態14]
前記第１の整列ポジショナが、前記バイアスアジャスタから、前記第１の凹部内の前記第１のリップと接触する冠状シムまで延びるシャフトを含む、実施形態1～１３に記載のシステム。
[実施形態15]
前記多壁ケーシングと前記ケーシング整列システムとを有するターボ機械を含む、実施形態1～１４に記載のシステム。
[実施形態16]
ターボ機械が、圧縮機、タービン、またはその両方を含む、実施形態1～１５に記載のシステム。
[実施形態17]
特定の実施形態において提供される方法は、ケーシング整列システム（１６）を介して、ターボ機械（１０）の多壁ケーシング（１０２）の内壁（１０６）を外壁（１０４）に位置合わせすることを含み、位置合わせすることは、ケーシング整列システム（１６）の第１の整列ポジショナ（１００）を介して、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を多壁ケーシング（１０２）内に配置されたターボ機械（１０）のロータの回転方向（１８０）にバイアスすることを含む。
[実施形態18]
第１のリップをバイアスすることは、外壁の第１および第２のセクション間の第１のフランジ付きカップリングにおける第１の凹部内で第１のリップに力を加えることを含む、実施形態17に記載の方法。
[実施形態19]
第１のリップにバイアスをかけることは、多壁ケーシングの外壁に対する内壁の下方垂直移動に応答して、内壁を回転方向に回転させることを含む、実施形態17～１８に記載の方法。
[実施形態20]
特定の実施形態で提供されるシステムは、内壁の周りに配置された外壁を有する多壁ケーシング内に配置されたロータを有するターボ機械を含み得る。外壁は、第１のフランジ付きカップリングで一緒に結合された第１及び第２の壁部を有する。内壁は、ロータの回転軸を通って延びる第１の平面に対して内壁の径方向反対側に内壁から径方向外側に延びる第１および第２のリップを有し、第１および第２のリップの負荷面は第１の平面の反対側に配置される。第１リップは、第１フランジ付きカップリングに隣接する外壁の第１凹部内に半径方向に延びる。ケーシング整列システムは、多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１リップをバイアスするように構成された第１整列ポジショナを含む。
[実施形態1]
特定の実施形態では、システムは、ロータを有するターボ機械の多壁ケーシングの内壁と外壁とを位置合わせするように構成されたケーシング整列システムを含む。ケーシング整列システムは、多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１のリップをバイアスするように構成された第１の整列ポジショナを含む。
[実施形態2]
前記第１整列ポジショナがバネを含む、実施形態1記載のシステム。
[実施形態3]
前記バネは、板バネを含む、実施形態1～２に記載のシステム。
[実施形態4]
バネが１つ以上のベルビルワッシャーを含む、実施形態1～３に記載のシステム。
[実施形態5]
前記第１の整列ポジショナは、流体駆動式整列ポジショナを含む、実施形態1～４に記載のシステム。
[実施形態6]
前記第１の整列ポジショナは、電気駆動式整列ポジショナを含む、実施形態1～５に記載のシステム。
[実施形態7]
多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１リップをバイアスするように構成された第２整列ポジショナを含み、第１および第２整列ポジショナは互いに異なる、実施形態1～６に記載のシステム。
[実施形態8]
多壁ケーシングの内壁を含み、内壁が第２のリップを含み、第１および第２のリップが、ロータの回転軸を通って延びる第１の平面に対して内壁の径方向反対側に配置され、第１および第２のリップが内壁から径方向外側に延び、第１および第２のリップの負荷面が第１の平面の反対側に配置される、実施形態1～７に記載のシステム。
[実施形態9]
前記第１の平面は、実質的に水平な平面である、実施形態1～８に記載のシステム。
[実施形態10]
前記第１リップは、前記第１平面に沿って配置された上面を有し、前記第２リップは、前記第１平面に沿って配置された下面を有する、実施形態1～９に記載のシステム。
[実施形態11]
内壁の周りに配置された外壁を有する多壁ケーシングを含み、外壁は、第１のフランジ付きカップリングで一緒に結合された第１および第２の壁部を含み、内壁の第１のリップは、第１のフランジ付きカップリングに隣接する外壁の第１の凹部に半径方向に延びる、実施形態1～１０に記載のシステム。
[実施形態12]
前記第１の整列ポジショナが、前記第１の凹部に配置されたバイアスアジャスタを含む、実施形態1～１１に記載のシステム。
[実施形態13]
前記第１の整列ポジショナは、前記第１の凹部の外側に配置されたバイアスアジャスタを含む、実施形態1～１２に記載のシステム。
[実施形態14]
前記第１の整列ポジショナが、前記バイアスアジャスタから、前記第１の凹部内の前記第１のリップと接触する冠状シムまで延びるシャフトを含む、実施形態1～１３に記載のシステム。
[実施形態15]
前記多壁ケーシングと前記ケーシング整列システムとを有するターボ機械を含む、実施形態1～１４に記載のシステム。
[実施形態16]
ターボ機械が、圧縮機、タービン、またはその両方を含む、実施形態1～１５に記載のシステム。
[実施形態17]
特定の実施形態において提供される方法は、ケーシング整列システム（１６）を介して、ターボ機械（１０）の多壁ケーシング（１０２）の内壁（１０６）を外壁（１０４）に位置合わせすることを含み、位置合わせすることは、ケーシング整列システム（１６）の第１の整列ポジショナ（１００）を介して、内壁（１０６）の第１のリップ（１５２）を多壁ケーシング（１０２）内に配置されたターボ機械（１０）のロータの回転方向（１８０）にバイアスすることを含む。
[実施形態18]
第１のリップをバイアスすることは、外壁の第１および第２のセクション間の第１のフランジ付きカップリングにおける第１の凹部内で第１のリップに力を加えることを含む、実施形態17に記載の方法。
[実施形態19]
第１のリップにバイアスをかけることは、多壁ケーシングの外壁に対する内壁の下方垂直移動に応答して、内壁を回転方向に回転させることを含む、実施形態17～１８に記載の方法。
[実施形態20]
特定の実施形態で提供されるシステムは、内壁の周りに配置された外壁を有する多壁ケーシング内に配置されたロータを有するターボ機械を含み得る。外壁は、第１のフランジ付きカップリングで一緒に結合された第１及び第２の壁部を有する。内壁は、ロータの回転軸を通って延びる第１の平面に対して内壁の径方向反対側に内壁から径方向外側に延びる第１および第２のリップを有し、第１および第２のリップの負荷面は第１の平面の反対側に配置される。第１リップは、第１フランジ付きカップリングに隣接する外壁の第１凹部内に半径方向に延びる。ケーシング整列システムは、多壁ケーシング内に配置されたロータの回転方向に内壁の第１リップをバイアスするように構成された第１整列ポジショナを含む。
【0056】
本書では、最良の態様を含む本実施形態を説明するために例を用い、また、任意の装置またはシステムの製造および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実行を含む、本開示の実施形態を当業者が実施できるようにする。現在開示されている実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い浮かぶ他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的でない差異を有する同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【0057】
１０：ガスタービンシステム １２：ガスタービンエンジン １４：制御システム １６：ケーシング整列システム １８：吸気部 ２０：圧縮機部 ２２：燃焼器部 ２４：タービン部 ２６：負荷 ２８：排気部 ３０：上流入口ダクト ３２：ベルマウス ３４：内側ハブ ３６：外壁 ３８：ステーションベーン ４０：吸気ガイドベーン ４２：アクチュエーター ４４：圧縮機ステージ ４６：圧縮機ブレード ４８：圧縮機シャフト ５０：圧縮機ケーシング ５１：外壁 ４９：内壁 ５２：圧縮機ベーン ５４：燃焼器 ５６：燃料ノズル ５８：圧縮空気 ６０：燃料 ６２：燃料供給システム ６４：高温燃焼ガス ６６：タービンステージ ６８：タービンブレード ７０：タービンシャフト ７２：タービンケーシング ７３：外壁 ７１：内壁 ７４：タービンベーン ７６：コントローラー ７８：プロセッサ ８０：メモリ ８２：命令 ８４：通信回路 ８６：センサ ８８：矢印 ９０、９２：軸 ９４：排気ガス １００：整列ポジショナ １０２：多壁ケーシング １０４：外壁 １０６：内壁 １０８：中心軸 １１０、１１２、１１４、１１６：軸 １１８：第１の平面 １２０：第２の平面 １２２、１２４：壁部 １２６、１２８：フランジ付きカップリング １３０、１３２、１３４、１３６：フランジ １３８：雄ねじファスナ １４０、１４２：雌ネジファスナ １４４：雄ネジファスナ １４６、１４８：雌ねじファスナ １５０、１５２、１５４、１５６：リップ １５８、１６０、１６２、１６４：凹部 １７０：バイアスアジャスタ １７２：シムアセンブリ １７４：バネ １７６：研削可能シム １７８：クラウンシム １８０：矢印 １８２、１８４：分離部 １９０、１９２：凹部 １９４、１９６、１９８、２００：下面 ２０２：ウェアプレート ２０４：ファスナ ２０６：研削可能シム ２０８：ファスナ ２１０：整列キー ２１２、２１４、２１６：凹部 ２１８：クラウンシム ２２０：カーブした接触面 ２２４：ボルト ２２６：凹部 ２２８：整列キー ２３０、２３２、２３４：凹部 ２３６：冠状または湾曲した接触面 ２３８：平面 ２４０：ウェアプレート ２４２：ファスナ ２４４：ヘッド ２４６：シャフト ２４８：雄ねじファスナ ２５０：雄ねじ ２５２：垂直上方向 ２６０：コイル状のバネ ２７０：板バネ ２７２：湾曲プレート ２７４、２７６：端部 ２８０：ベルビルワッシャーアセンブリ ２８２：ベルヴィルワッシャー ２８４：円錐形状の壁 ２８６：外周環状縁 ２８８：内側の環状ボア ２９２：第１のセット ２９４：第２のセット ３００：バイアスアジャスタ ３０２：電気駆動 ３０４：ギアボックス ３０６：バイアスプレート ３０８。３１０：シャフト ３２０：バイアスアジャスタ ３２２：ピストンシリンダアセンブリ ３２４：流体供給部 ３２６：ピストン ３２８：シリンダー ３３０：ハウジング ３３２、３３４：チャンバ ３３６：バイアスプレート ３３８：シャフト ３５０：突出部 ３５２：中央凹部 ３６０：ピストンシリンダアセンブリ ３６２：コンタクトプレート ３６４：シャフト ３６６：軸 ３６８：ボア ３７０：曲面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【外国語明細書】