JP2003193864A - タービン冷却空気流供給システムを調整する方法及び装置 - Google Patents

タービン冷却空気流供給システムを調整する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、冷却空気をガスタービンエンジン
構成部品に供給するために用いられる冷却システムに関
する。 【解決手段】 チェックバルブ（４０）は、バルブハウ
ジング（４２）と少なくとも１つの制御部材（１００）
とを含む。バルブハウジングは、側壁（５０）とバルブ
ハウジングを貫通する開口（７０）とを含む。側壁は、
開口を形成し、また側壁の中に形成された少なくとも１
つの凹部（８０）を含む。各制御部材は、側壁凹部内で
バルブハウジングに回転可能に結合され、また各制御部
材は、バルブ開口を通して第１の方向に流体が流れるの
を許すように構成されている。各制御部材は、更にバル
ブ開口を通して第１の方向と反対の第２の方向に流体が
流れるのを実質的に防止するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にガスター
ビンエンジンに関し、より具体的には、冷却空気をガス
タービンエンジン構成部品に供給するために用いられる
冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンは、一般的に高温
に曝される構成部品に冷却空気を供給する冷却システム
を含む。例えば、公知のガスタービンエンジンの少なく
とも一部には、空気を加圧サンプに供給する冷却システ
ムが含まれる。より具体的には、かかるエンジンの内部
には、冷却空気を圧縮機段からサンプの内部に配置され
た冷却プレートに送るために、一対のダクトが用いられ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】冷却空気は、エンジン
の作動中に、エンジンが発生する熱に曝されることによ
り冷却プレートの作動温度が上昇するのを防止するのを
助ける。ダクトもまたエンジン作動中にエンジンにより
生じる振動応力に曝される可能性がある。時が経つにつ
れて、振動応力及び熱応力に連続して曝されることで、
冷却供給ダクトの１つが損傷する可能性がある。より具
体的には、このような応力は、ダクト破壊を引き起こす
可能性がある。ダクトへの損傷の激しさによっては、冷
却空気は、サンプ中にではなくてダクトの破れを通して
流れる可能性がある。更に、サンプは加圧されているの
で、他のダクトによりサンプに供給される冷却空気が、
サンプから壊れたダクトを通して排出され、従って冷却
プレートの作動温度を上昇させる可能性がある。時が経
つにつれて、高い作動温度に連続して曝されることで、
冷却プレートが損傷する可能性がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】１つの態様においては、
チェックバルブが提供される。該チェックバルブは、バ
ルブハウジングと少なくとも１つの制御部材とを含む。
バルブハウジングは、側壁と該バルブハウジングを貫通
する開口とを含む。側壁は、開口を形成しており、また
その中に形成された少なくとも１つの凹部を含む。各制
御部材は、側壁の凹部内でバルブハウジングに回転可能
に結合され、また各制御部材は、バルブ開口を通して第
１の方向に流体が流れるのを許すように構成されてい
る。更に、各制御部材は、バルブの開口を通して第１の
方向と反対の第２の方向に流体が流れるのを実質的に防
止できるように構成されている。
【０００５】別の態様においては、ガスタービンエンジ
ンを作動させる方法が、提供される。該方法は、凹部が
形成された側壁を備える中空のバルブハウジングと凹部
の内部でチェックバルブに回転可能に結合された少なく
とも１つの制御部材とを含むチェックバルブを通して、
冷却空気供給ダクトから下流方向に流体を向ける段階を
含む。該方法はまた、流体が上流方向に供給ダクトに流
れ込むのを、チェックバルブを用いて防止する段階を含
む。
【０００６】更に別の態様においては、ガスタービンエ
ンジンの冷却空気供給システムが提供される。該冷却空
気供給システムは、端部を含む冷却空気供給ダクトとチ
ェックバルブとを含む。チェックバルブは、冷却空気供
給ダクトの端部に結合されており、冷却空気供給ダクト
へ流体が流れ込むのを実質的に防止しながら、冷却空気
供給ダクトから流体が流れるのを許すように構成され、
また中空のバルブハウジングと少なくとも１つの制御部
材とを含む。バルブハウジングは、側壁と該バルブハウ
ジングを貫通する開口とを含む。側壁は、開口を形成し
ており、またその中に形成された少なくとも１つの凹部
を含む。制御部材は、側壁の凹部内でバルブハウジング
に回転可能に結合される。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、ガスタービンエンジン１
０の概略図であり、該ガスタービンエンジン１０は、フ
ァン組立体１２、高圧圧縮機１４、及び燃焼器１６を含
む。エンジン１０はまた、高圧タービン１８及び低圧タ
ービン２０を含む。エンジン１０は、吸気側２８及び排
気側３０を有する。１つの実施形態において、エンジン
１０は、オハイオ州シンシナチにあるＧｅｎｅｒａｌ
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｅｎｇｉｎｅｓ
から市販されているＣＦ−３４型エンジンである。エン
ジン１０は、冷却空気で加圧されかつ冷却されるサンプ
（図示せず）を含む。１つの実施形態において、サンプ
を冷却するために、空気は第４段圧縮機１４から送られ
る。
【０００８】作動中、空気は、ファン組立体１２を通っ
て流れ、加圧された空気は圧縮機１４に供給される。加
圧された空気は、燃焼器１６に送り込まれる。燃焼器１
６からの空気流は、タービン１８及び２０を駆動し、ま
たタービン２０はファン組立体１２を駆動する。
【０００９】図２は、エンジン１０（図１に示す）のよ
うなガスタービンエンジンの流体流れを調整するために
用いることができるチェックバルブ４０の斜視図であ
る。より具体的には、１つの実施形態において、バルブ
４０は、冷却空気供給システム（図２には示さず）の内
部で用いられて、冷却空気を圧縮機１４（図１に示す）
のような圧縮機から下流のエンジンサンプ（図示せず）
に供給する。バルブ４０は、中空であり、下流端４４、
上流端４６、及びその間を延びる側壁５０を備えるハウ
ジング４２を含む。
【００１０】ハウジング下流端４４は、バルブ４０をエ
ンジン構成部品（図示せず）に結合するために用いるこ
とができる一体フランジ６０を含む。フランジ６０は、
バルブ４０の中心対称軸線６４から半径方向外向きに延
びており、フランジ６０はハウジング上流端４６の外径
（図２には示さず）より大きい外径６２を有する。この
例示的な実施形態においては、フランジ６０はほぼ円形
である。フランジ６０は、中心対称軸線６４に向かって
半径方向内向きに延びる一対のストッパ６６を含む。ス
トッパ６６は、直径方向に対向しており、かつ同一であ
る。
【００１１】ハウジング上流端４６は、バルブ４０を冷
却供給ダクト又は管（図２には示さず）に結合するのに
用いられるリップ部６８を含む。この例示的な実施形態
においては、リップ部６８は、ほぼ円形であり、冷却供
給ダクトに溶接される。より具体的には、リップ部６８
は、ダクトの形状に対するバルブ４０の向きが保たれる
ように、バルブ４０が冷却供給ダクトに結合されるのを
可能にする。
【００１２】側壁５０は、ほぼ円筒形であり、それぞれ
ハウジング下流端４４と上流端４６との間を延びる開口
７０を形成する。この例示的な実施形態では、ハウジン
グ端部４４及び４６において、開口７０は、ほぼ円形で
あり、各端部４４及び４６において直径７２を有する。
側壁５０は、内面７４及び外面７６を含む。バルブ開口
７０は、側壁内面７４により形成される。
【００１３】一対の凹部８０が、側壁５０により形成さ
れる。凹部８０は、同一であり、直径方向に対向してい
る。この例示的な実施形態において、凹部８０は、フラ
ンジのストッパ６６に対してほぼ整合されている。各凹
部８０は、バルブの中心対称軸線６４から半径方向外向
きに延びる。この例示的な実施形態において、各凹部８
０は、ほぼ三角形状の断面輪郭を有する。各凹部８０
は、側壁５０を貫通する一対の孔９０を含む。より具体
的には、孔９０は、互いにほぼ整合されており、各々が
それを通してヒンジピン９２を受ける寸法にされてい
る。
【００１４】棚９６が、側壁５０から半径方向内向きに
延びる。より具体的には、棚９６は、側壁内面７４から
半径方向内向きに延びる。棚９６は、側壁内面７４内で
円周全体には延びておらず、どちらかと言えば凹部８０
の間で弧状に延びている。
【００１５】一対の制御部材、即ちぺタル（花弁状部
材）１００が、凹部８０内でバルブ４０に結合される。
部材１００は、同一であり、ヒンジピン９２でバルブ４
０に回転可能に結合される。従って、部材１００は、全
閉位置（図２には示さず）と全開位置（図２には示さ
ず）との間で回転可能である。従って、部材１００は、
バルブ開口７０を横切って延びるフラッパ部分１０６と
各対応する側壁凹部８０中に延びる取付け部分１１０と
を含む。
【００１６】各制御部材の部分１０６は、ほぼ半円形で
あり、上面１１２及び下面１１４を含む。部材１００
は、輪郭付けされており、各部分１０６は平板状ではな
い。１つの実施形態において、各部材部分１０６は、ほ
ぼ半球状である。この例示的な実施形態においては、各
部材の下面１１４は、各部材部分１０６の厚み１１８が
機械的な作動負荷に耐える能力を実質的に維持するよう
に、各部材の上面１１２に対して輪郭付けされている。
突出部１１９が、それぞれの部材１００が全開位置にあ
る時に対応するフランジストッパ６６に接触するよう
に、各制御部材の上面１１２から延びている。
【００１７】図３は、バルブハウジング上流端４６に向
かって見たチェックバルブ４０の平面図である。図４
は、冷却空気供給システム１２０に結合されたチェック
バルブ４０の概略断面図である。より具体的には、図３
では、一方の制御部材１００は、全開位置１２２にあ
り、他方の制御部材１００は全閉位置１２４にある。各
制御部材１００が全閉位置１２４にあるとき、各部材部
分１０６の外周外側部分１２６は、各対応する側壁の棚
９６に隣接して位置し、また外周中央部分１２８はバル
ブ開口７０を横切って実質的に直径方向に延びている。
外周中央部分１２８は、傾斜した外縁１３０を備えてお
り、この外縁１３０が、部材１００が全閉位置１２４に
あるとき、各対応する部材部分１０６の部材外周中央部
分１２８が互いに実質的に同一面で組み合わされるのを
可能にする。
【００１８】各制御部材１００が全開位置１２２にある
とき、各対応する部材の突出部１１９は、各対応するフ
ランジのストッパ６６に押し当てられて位置する。フラ
ンジ６０は、ハウジング上流端４６の外径１４０より大
きい外径６２を有する。その上、各制御部材１００が全
開位置１２２にあるとき、各対応する制御部材の部分１
０６の湾曲した輪郭は、ほぼ平板状のバルブぺタルを含
むバルブと比べてバルブ４０におけるバルブ有効面積を
拡大するのを助ける。
【００１９】次にバルブ４０は、冷却空気供給システム
１２０内に結合されて、冷却空気を下流のエンジン構成
部品（図示せず）に供給する。より具体的には、この例
示的な実施形態においては、冷却空気供給システム１２
０は、圧縮機１４（図１に示す）のような圧縮機から下
流方向にガスタービンエンジンサンプ（図示せず）の下
流に配置された冷却プレート（図示せず）に冷却空気を
送るのに用いられる供給ダクト１５２を含む。ダクト１
５２は、該ダクト１５２の出口端１５６においてハウジ
ング上流端４６の外径１６０より僅かに小さい直径１５
４を有する。従って、ハウジング上流端のリップ部６８
がダクト端部１５６に溶接されるとき、バルブ４０の向
きは、ダクト１５２に対して固定される。その上、バル
ブ上流端４６は、ダクト直径１５４よりほんの僅かだけ
大きいので、バルブ４０の設計は、コンパクトであると
考えられ、現用のエンジンハードウェアは、バルブ４０
の増大した直径を受け入れるための改造を必要としな
い。
【００２０】バルブ４０を組み立てる時、各ヒンジピン
９２が、それぞれの側壁凹部の孔９０を通して又それぞ
れの制御部材１００を通して挿入される。次にヒンジピ
ン９２は、バルブ４０の内部で各制御部材１００にしっ
かりと結合するように溶接される。この例示的な実施形
態において、ヒンジピン９２は、制御部材１００を取り
替えるのを可能にするために取り外すことができる。更
に、バルブ４０はダクト１５２に固定状態で結合される
ので、バルブ４０の向きは保たれ、従ってバルブぺタル
のばたつき及び破壊を減少させ、バルブ４０の有効寿命
を延ばすのに役立つ。
【００２１】作動中に、流体が供給ダクト１５２を通っ
て下流方向にバルブ４０中に流れ込むと、流体圧力が、
制御部材１００を全閉位置１２４から開位置１２２に強
制的に回転させる。より具体的には、流体圧力は、各そ
れぞれの部材の突出部１１９が対応するフランジストッ
パ６６と接触するまで、各部材１００を強制的に回転さ
せる。各部材部分１０６は湾曲しているので、また各部
材はそれぞれの側壁凹部８０内でバルブ４０に結合され
ているので、バルブの有効面積が増大されるのを助け
る。更に、各部材１００の湾曲した輪郭は、バルブ４０
により流体が閉塞されるのを減少させるのを助ける。そ
の結果、バルブ４０を通ることによる圧力低下を減少さ
せることができ、バルブ４０内の流れ損失マージンを維
持することができる。
【００２２】更に、流体の流れが供給ダクト１５２を通
して逆流する場合、又は供給ダクトがバルブ４０の上流
側で故障した場合、制御部材１００は、全閉位置１２４
に回転して、流体がバルブ４０を通して上流方向に又は
バルブ下流端４４からバルブ上流端４６に向けて流れる
のを実質的に防止する。
【００２３】上述のチェックバルブは、費用効果が良く
かつ高い信頼性がある。チェックバルブは、輪郭付けし
た制御部材を含む一対の制御部材を含む。輪郭付けした
制御部材は、他の公知のチェックバルブの閉塞領域より
低いバルブ内部の閉塞領域を形成し、このために、バル
ブを通して流れる流体の圧力損失を減少させるのを助け
る。従って、流体は、バルブにわたる小さい圧力低下で
チェックバルブから排出される。更に、チェックバルブ
は、流体がバルブを通って上流方向に流れるのを防止す
る。その結果、信頼性がありかつ費用効果が良いチェッ
クバルブが提供される。
【００２４】本発明を、様々な特定の実施形態に関して
説明してきた。なお特許請求の範囲に記載された符号
は、理解を助けるためであって、特許請求の範囲の範囲
を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】 図１に示すエンジンに用いることができるチ
ェックバルブの斜視図。
【図３】 図２に示すチェックバルブの平面図。
【図４】 冷却空気供給ダクトに結合された、図２に示
すチェックバルブの概略断面図。
【符号の説明】
１０ ガスタービンエンジン ４０ チェックバルブ ４２ バルブハウジング ４４ ハウジング下流端 ４６ ハウジング上流端 ５０ 側壁 ６０ フランジ ６６ ストッパ ６８ リップ部 ７０ 開口 ８０ 凹部 ９０ 孔 ９２ ヒンジピン ９６ 棚 １００ 制御部材 １０６ 制御部材の部分 １１９ 突出部
フロントページの続き (72)発明者 ロバート・デビッド・ペリー アメリカ合衆国、オハイオ州、プレザン ト・プレイン、イーデントン−プレザン ト・プレイン・ロード、7019番 (72)発明者 アイリーン・メアリ・コーコラン アメリカ合衆国、オハイオ州、ラブラン ド、メドウノール・ドライブ、10195番 Ｆターム(参考） 3H058 AA08 BB14 BB22 CA12 CA16 CC05 CC07 EE04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービンエンジン（１０）を作動さ
    せる方法であって、 凹部（８０）が形成された側壁（５０）を備える中空の
    バルブハウジング（４２）と前記凹部内でチェックバル
    ブに回転可能に結合された少なくとも１つの制御部材
    （１００）とを含むチェックバルブ（４０）を通して、
    冷却空気供給ダクト（１５２）から下流方向に流体を向
    ける段階と、 流体が上流方向に供給ダクトに流れ込むのを、前記チェ
    ックバルブを用いて防止する段階と、を含むことを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】 チェックバルブ（４０）を通して冷却空
    気供給ダクト（１５２）から下流方向に流体を向ける前
    記段階は、前記チェックバルブを通してのシステムの圧
    力低下を減少させるのを助ける少なくとも１つの制御部
    材（１００）を含むチェックバルブを通して流体を向け
    る段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 チェックバルブ（４０）を通して冷却空
    気供給ダクト（１５２）から下流方向に流体を向ける前
    記段階は、前記チェックバルブを通してのバルブ有効面
    積を増大させるのを助ける少なくとも１つの制御部材
    （１００）を含むチェックバルブを通して流体を向ける
    段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 チェックバルブ（４０）を通して冷却空
    気供給ダクト（１５２）から下流方向に流体を向ける前
    記段階は、輪郭付けした上流側（４６）及び輪郭付けし
    た下流側（４４）を備える少なくとも１つの制御部材
    （１００）を含むチェックバルブを通して流体を向ける
    段階を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 チェックバルブ（４０）を通して冷却空
    気供給ダクト（１５２）から下流方向に流体を向ける前
    記段階は、一対の組み合わせ制御部材（１００）を含む
    チェックバルブを通して流体を向ける段階を更に含むこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 それを貫通する開口（７０）と該開口を
    形成し少なくとも１つの凹部（８０）を備える側壁（５
    ０）とを含むバルブハウジング（４２）と、 前記側壁の凹部内で前記バルブハウジングに回転可能に
    結合された少なくとも１つの制御部材（１００）と、を
    含み、 該制御部材は、前記バルブの開口を通して第１の方向に
    流体が流れるのを許すように構成され、また、前記バル
    ブの開口を通して前記第１の方向と反対の第２の方向に
    流体が流れるのを実質的に防止するように更に構成され
    ている、ことを特徴とするチェックバルブ（４０）。
  7. 【請求項７】 前記制御部材（１００）の各々の少なく
    とも１部分（１０６）は、前記バルブハウジングの側壁
    （５０）の内面（７４）に対して実質的に同一面になる
    ように構成されていることを特徴とする、請求項６に記
    載のチェックバルブ（４０）。
  8. 【請求項８】 前記制御部材（１００）の各々の少なく
    とも１部分（１０６）は、前記ハウジングの開口（７
    ０）を少なくとも部分的に横切って延び、該ハウジング
    の開口を通して前記第２の方向に流体が流れるのを防止
    するように構成されていることを特徴とする、請求項６
    に記載のチェックバルブ（４０）。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも１つの制御部材（１０
    ０）は、第１の制御部材及び第２の制御部材を含み、前
    記第１及び第２の制御部材は同一であり、組み合わさっ
    て前記バルブの開口（７０）を通して前記第２の方向に
    流体が流れるのを実質的に防止するように構成されてい
    ることを特徴とする、請求項６に記載のチェックバルブ
    （４０）。
  10. 【請求項１０】 前記開口（７０）は、ほぼ円形の断面
    輪郭を有し、前記少なくとも１つの制御部材（１００）
    は、第１の制御部材及び同一の第２の制御部材を含むこ
    とを特徴とする、請求項６に記載のチェックバルブ（４
    ０）。
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