JP2005519228A - マルチ・スプール・バイパス・ターボファン・エンジン - Google Patents

Abstract

マルチ・スプール・ターボファン・エンジンは、高圧タービン３６の後方の燃焼ガスのブリードを正確に制御するために、固定された分流器８２を有する複数の周囲に離間されたパペット弁５８を有する。

Description

本発明は、一般にガス・タービン・エンジンに関し、より詳細には、ジェット航空機の高効率補助電力ユニット、及び主電力プラントとして機能することができるマルチ・スプール・バイパス・ターボファン・エンジンに関する。

現在のジェット航空機は、特に航空機がランプに停止しているときに、航空機の地上動作をサポートするために必要な多くの補助装置を駆動するように、実質的な電力を必要とする。通常、そのような補助装置のための電力は、著しい燃料消費、雑音、及び推進エンジンの動作に関連する一般的な擾乱を避けるために、地上サポート機器によって、或いはオンボード補助電力ユニット（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｔ、ＡＰＵ）によって供給される。最大の柔軟性を与えながら、オンボードＡＰＵは、航空機のペイロード及び利用可能なキューブに悪影響を有する。地上に基づくサポート機器は、しばしば利用できない。

現在まで、ジェット・エンジンは、この問題を解決するために改変された。例えば、米国特許第５４８５７１７号に開示され、かつ本発明の譲渡人に譲渡されたツイン・スプール・バイパス・ターボファン・エンジンは、前方端部にファンと、その後方端部に低圧タービンとを有する低圧スプールを備える。同軸高圧スプールは、ファンの背後で低圧スプールと流体流連通する高圧コンプレッサと、燃焼装置の背後及び低圧タービンの前方で低圧スプールと流体流連通する高圧タービンとを有する。燃焼ガスは、低圧タービンの上流側ポイントからエンジンへのバイパス・ダクト内へブリードし、それによってファンの速度を減衰させる。

しかしながら、概念が、スリー・スプール・ジェット・エンジンに適用されるとき、問題はより難しい。バイパス・ターボファンの空力学的要素を３つのスプールへ分離することは、様々なスプールの速度が、自身をオフ設計動作ポイントに関する有利な方法で調整することを可能にする。全体の圧縮比が、最良の可能な燃料経済性及び推進目的のための推力／重量比を提供するように比較的高いように構成されるとき、これは、特に真である。特に、ファンは、高圧、中間圧、及び低圧スプールを囲む環状バイパス・ダクトの前方に向けられる。ファンは、低圧スプールの回転によって駆動される。推力の要求が低減されたとき、低圧スプールの速度は、高圧スプールの範囲より大きい範囲に低減されることを、解析が示す。低圧コンプレッサのより低い速度は、コンプレッサ・ストールを起こすことなく、それがより低い流量で動作することを可能にする。しかしながら、すべての補助装置負荷状態の下で最適な性能が、高圧燃焼ガスの細かく較正されたステージ間のブリードを必要とする。

スリー・スプール構成において、中間圧コンプレッサは、一般に、ファンの下流側及び高圧コンプレッサの前方の中間スプール上に支持される。中間スプールは、高圧タービンと低圧タービンとの間に配置された中間圧タービンによって駆動される。例えば発電機を含むエンジン補助装置は、高圧スプールによって駆動される。したがって、補助装置電力を生成するために地上動作の間に低圧スプールのＲＰＭを最小化しながら、高圧スプールのＲＰＭを最大化することが重要である。

本発明は、スリー・スプール・バイパス・ターボファン推進エンジンが、プログラム可能な細かく較正された開始モードで動作されることを可能にし、開始モードは、航空機の直接の必要性のために電力、流体圧パワー、及び圧縮空気を提供するために必要なエンジン・パワーの量だけを展開することによって、燃料消費及びランプ上の人員に対する妨害を最小化する。本発明の概念は、高圧タービンの下流側であるが中間圧タービンの上流側に配置された機械的流れ分流器を使用することによって、高圧タービン後方の高温ガスの有効でかつ正確に制御可能なブリードの準備を含む。パペット弁が、流れ分流器を制御し、それによって、さらなる作業を行うことなくエンジン・バイパス・ダクト内に放出されるブリード・オフ・ガスの量を制御するために使用される。中間圧及び低圧タービンを通って流れる作動流体の実質的な部分を取り除くことは、それぞれ中間コンプレッサ及び低圧ファンを給電するためにそれらの能力を動的に低減し、それによって、高圧コンプレッサ内に導入される空気の圧力及び温度の両方を低減する。高圧コンプレッサに対する低減された圧力は、それを通りエンジン燃焼器へ向かう質量流量を低減し、エンジン燃焼器は、必要な燃料流れを低減し、一方、高圧スプールが、エンジン発電機、ポンプなどを駆動するために十分な速度で動作することをまだ可能にする。さらに、高圧コンプレッサへの入口でのより低い圧力からの結果である低減された高圧コンプレッサ入口温度は、高圧コンプレッサ出口温度を低減し、次にブリード・エアとして使用されることができる前に、高圧コンプレッサから抽出された空気を冷却する必要性を低減し或いは排除する。

より詳細に、本発明によれば、そこに結合された流れ分流器を有する周囲で離間されたパペット弁のアレイは、燃料ガスのブリードに作用するように高圧タービンの下流側に配置される。複数の非常に効果的な個々に制御されるパペット弁は、燃焼ガス・ブリードの量のコンピュータ制御を可能にする。したがって、ブリードは、プログラムされたシーケンスで弁を開放することによって、離散した正確な増分で変更されることができる。制御されたブリードは、低圧タービンが、航空機の搭載電気機器、流体圧機器、或いは空気圧機器によって必要な電力を生成するために必要な、エンジンの高圧セクションにその量の空気だけを供給するために十分な速度で動作することを可能にする。

エンジンがアイドル状態であるときに、高圧タービンの直ぐ後方のポイントからエンジンのバイパス・ダクトへのステージ間圧力のベンティングの広い概念は、本発明の譲渡人に譲渡されたＷｉｌｌｉａｍｓ特許第３３６３４１５号に開示されていることに留意されたい。さらに、同様に本発明の譲渡人に譲渡されたＷｉｌｌｉａｍｓ特許第５６８７５６３号は、中間圧タービンからの離れた燃焼空気をベンティングするために、レバー・タイプの機械的流れ分流器に結合されたデジタル・コンピュータ制御されたパペット弁の使用を開示している。しかしながら、パペット弁を開放することによって流体流経路に押し込まれるレバー・タイプの機械的流れ分流器は、高圧タービンから流出する流体を不必要に制限する欠点を受ける。

本発明は、高圧タービンと中間圧タービンとの間の燃焼ガス・ダクトの周囲に配置されたパペット弁セットのアレイを提供する。各弁セットは、３つのパペット弁からなる。各セットにおける中央の弁は、弁が開放位置にあるときに高圧タービンからの流体流を有効に逸らし、一方、弁が閉鎖位置にあるときに流体流擾乱を最小化するように構成された流れ分流器を制御する。

本発明の代替的な好ましい実施例は、タービン・ケースに接続された弁支持体ケースを使用するタービン・バイパス・ブリード・システムを提供する。弁支持体ケースは、弁支持体ケースの上部表面で移動可能なスリーブ弁を有する。スリーブ弁は、エンジン・アイドル状態で動作可能であり、燃焼ガス・ダクトからタービン・エンジンのファン・バイパス・ダクトへ、すなわちタービン・バイパス・ブリード・モードへの流体流経路を開放する。閉鎖位置のときに、すなわちエンジンが完全に動作する状態にあるときに、スリーブ弁が、燃焼ガス・ダクトからバイパス・ダクトへの任意の流体流を遮断する。

図面の図１に見られるように、スリー・スプール・バイパス・ターボファン・エンジン６が概略的に示され、かつ円筒形ハウジング８を備え、円筒形ハウジング８の外側端部は、環状バイパス・ダクト１０の外壁を画定する。低圧スプール・アセンブリ１２は、エンジン６の中央長手方向軸１４を中心に回転可能であり、かつファン１８、その前方端部に低圧コンプレッサ１９、及びその後方端部にて低圧タービン２０を有するシャフト１６を備える。

中間圧スプール２２は、低圧スプール１２のシャフト１６を中心に同軸に配置され、シャフト２４、中間コンプレッサ２６、及び中間タービン２８を備える。

高圧スプール・アセンブリ３０は、それぞれ低圧スプール１２のシャフト１６及び中間圧スプール２２のシャフト２４上で入れ子にされ、シャフト３２、その前方端部に高圧コンプレッサ３４、及びその後方端部にて高圧タービン３６を備える。

環状燃焼器４０は、高圧コンプレッサ３４と高圧タービン３６との間に、それぞれ低圧スプール１２、中間圧スプール２２、及び高圧スプール３０の周りに配置される。燃焼ガス・ダクト４２は、環状燃焼器４０の後方に位置し、かつそれぞれ高圧タービン３６、中間圧タービン２８、及び低圧タービン２０の周りに配置される。

補助装置駆動シャフト５０は、高圧スプール３０のシャフト３２にギア結合される。例えばスタータ／発電機５２などの従来の補助装置は、高圧スプール３０のＲＰＭに直接関連したＲＰＭで補助装置駆動シャフト５０によって駆動される。

ファン１８によって引き起こされた空気の一部は、低圧コンプレッサ１９に流れ、そこから、それぞれ中間圧コンプレッサ２６及び高圧コンプレッサ３４に流れ、一部は、バイパス・ダクト１０へ流れる。燃焼空気は、高圧コンプレッサ３４の出口から燃焼器４０へ流れ、燃焼器４０で、燃料が導入されかつ燃焼される。燃焼ガスは、第１に高圧タービン３６を通過し、そこから、それぞれ中間圧タービン２８及び低圧タービン２０を通過する。

エンジン６が、地上でアイドル状態で動作されるとき、補助装置電力は最大化され、一方、雑音及び燃料消費は、高圧タービン３６を出る高温ガス・ストリームを分けることによって最小化される。高温ガスの一部は、径方向外側に逸らされ、かつその後、高圧タービン３６の直ぐ後方の１つ以上のパペット弁５８を通って流れる。パペット弁５８は、周囲に離間されたアレイで配置され、かつコンピュータ制御された空圧作動によって個別に或いは同時に開放されることができる。

図２に見られるように、各パペット弁５８は、ステム６２、及び弁座６６上に着座されるように構成された弁ヘッド６４を備える。弁シリンダ７２にスライド可能に取り付けられ、かつ弁ステム６２上に入れ子にされたピストン６８が、空気圧に応答して弁５８を開放する。テールパイプ７８が、バイパス・ダクト１０内に各弁５８の後方に延びる。

図２に示されるような本発明のある特徴によれば、スリー・パペット弁８０の線形セットのアレイは、燃焼ガス・ダクト４２の周りの周囲に離間される。各弁セット８０における中央弁は、流れ分流器８２を制御する。各流れ分流器８２は、分流器ステム８６から垂れ下がる外周の先端を切った環８４を備える。分流器ステム８６は、弁ヘッド６４から径方向内側に垂れ下がる。外周の先端を切った環８４は、高圧タービン３６と中間圧タービン２８との間の高温ガス・ダクトにおける流れ開口部８８を画定し、かつその結合されるパペット弁５８が開放しているとき、高圧タービン３６に存在する高温ガス流れストリーム内に延びる。流れ分流器８２は、高温ガス流れストリームとバイパス・ダクト１０における比較的より低い圧力との間の差圧によって生成されるブリードを越える高温ガスのブリードを増分する。

図４に見られるように、パペット弁５８及び流れ分流器８２は、従来のコンピュータ（図示せず）の制御の下で、ピストン６８に作用する空圧力によって開放位置に付勢される。開放位置においてピストン６８を付勢するように作用する空圧力が取り除かれたとき、高温ガス流れストリームによって流れ分流器８２に対して加えられる力は、図３に示されるように閉鎖位置に弁５８を付勢するように作用する。

完全な推力状態におけるエンジン６の動作の間に、パペット弁５８が閉鎖され、かつ流れ分流器８２は引き込まれる。流れ分流器８２の外周の先端を切った環８４は、中間タービン２８に対する燃焼ガス・ダクト４２の外壁の一部になる。パペット弁５８は、流れ分流器８２に作用する燃焼ガスの力によって引き込まれる位置に保持される。パペット弁５８が開放されたとき、それは、流れ分流器８２を流れの環へ押す。この作用は、高温ガスが逸らされる燃焼ガス・ダクト４２の外壁におけるオリフィスをそのままにする。ガスは、次に、開いたパペット弁５８を通ってエンジン・バイパス・ダクト１０へ流れる。高温ガス流れの環内に各流れ分流器８２を挿入することは、高温ガスをその結合されるパペット弁開口の方へ向け、その下流側の中間圧タービン２８への高温ガス流れ経路を部分的に遮断する。流れ分流器８２の断面積は、高圧タービン３６を出る流体流は最小に分裂される。

ＡＰＵモードにおける逸れる流れの量は、その結合されるパペット弁５８のストロークの制御によって各分流器８２の径方向挿入を制御することによって、かつ流れ分流器を制御しないパペット弁５８の選択的な開口によって最適値に調整されることができる。

図６から図１４に示されるように、タービン・バイパス・ブリード概念の好ましい代替的な実施例が示されている。図６は、閉鎖された又は非バイパス位置にあるタービン・エンジンを有する、タービン・バイパスの代替的な実施例概念を示す。タービン・ケース９０は、任意の知られている固定手段によって、前方フランジ表面９４に固定された弁支持体ケース９２を有する。弁支持体ケース９２は、弁支持体ケース９２の外表面と滑動接触するスリーブ弁９６を有する。弁支持体ケース９２は、その外周縁部の周りに複数のスロット９８を含む。スリーブ弁９６は、弁支持体ケース９２の外表面に沿って軸方向に移動可能である。複数のタービン・ブリード・ダクト１００とキャップ１０２が、弁支持体ケース９２とタービン・ケース９０の表面との間に配置される。タービン・ブリード・ダクト１００とキャップ１０２は、飛行機が離陸する前にゲートでターマリック上にあるときなど、エンジンがアイドル状態にあるときに、燃焼ガス流体流をファン・バイパス・ダクトへ向けるために使用される。弁支持体ケース９２は、またタービン・シュラウド１０４に内側周囲で接続される。複数の中間圧タービン・ノズル１０６は、タービン・シュラウド１０４の下流側であり、かつタービン・ケース９０内側表面に径方向に配置される。スリーブ弁９６は、それが閉鎖位置或いは非バイパス位置にあるとき、スリーブ弁９６を保護するシール（１０８、１１０）及び熱シールド１１２を含む。シール１０８、１１０は、エンジンが完全な動作にあるときに、ファン・バイパス・ダクト１１４を通って逃れる任意のタービン排気装置をシールすることを助ける。タービン・バイパス・ブリード・システムは、また、ファン・バイパス・ダクト１１４をタービンの燃焼ガス・ダクト１１８へ接続するバイパス・ダンプ・ダクト１１６を含む。バイパス・ダンプ・ダクト１１６は、スリーブ弁９６が開放位置に軸方向に移動されたときに流体流を可能にし、したがって、エンジン・アイドル状態で、バイパス・ダンプ・ダクト１１６を介して燃焼ガス・ダクト１１８とファン・バイパス・ダクト１１４との間に流体流経路を生成する。

図７に示されるように、代替的な好ましい実施例は、タービン・ケース９０を含む。タービン・ケース９０は、そこから延びる後方取り付けフランジ１２２を有する完全フープ・セクション１２０を有する。取り付けフランジ１２２は、他のエンジン部品或いは中間タービンを取り付けるために使用される複数の孔１２４を含む。フープ・セクション１２０は、サービス又は構成部品をタービン・ケース９０の外側に搭載するために使用される複数のボス１２６を含む。タービン・ケース９０は、バイパス・ダンプ・ダクト１１６を搭載するために使用される中間スパン・フランジ１２８を含み、バイパス・ダンプ・ダクト１１６は、ファン・バイパス・ダクト１１４をタービン・エンジンの燃焼ガス・ダクト１１８に接続する。中間スパン・フランジ１２８は、タービン・ケース９０の外表面から延び、またバイパス・ダンプ・ダクト１１６の取り付けのために周囲に離間された周りの複数のオリフィス１３０を含む。タービン・ケース９０は、タービン・ケース９０を弁支持体ケース９２に接続するために使用される前方取り付けフランジ１３２を有する。前方取り付けフランジ１３２は、複数の軸方向ストラット１３４によってタービン・ケース９０の本体に取り付けられ、ストラット１３４は、タービン・ケース９０の径の周りで周囲に離間される。ストラット１３４は、ストラット１３４の両側に孔１３６と、各ストラット１３４の中央部分を通るチャネル孔１３８とを含む。孔１３６、１３８は、スリーブ弁９６が閉鎖位置或いは通常のエンジン動作位置にあるときに、シール１０８、１１０のための冷却／パージ空気を送るために使用される。タービン・ケース９０は、またタービン・ケース９０の内側周囲の周りに等しく離間された複数のマウント・フック１４０を含む。これらのマウント・フック１４０は、第２のステージ或いは中間圧タービン・ノズル１０６、及びブリード・ダクト１００を、タービン・ケース９０に固定するために使用される。タービン・ケース９０は、タービンで使用される静的なハードウエアに関するすべての必要な構造支持体を提供する。また、タービン・ケース９０は、タービン・エンジンに関するエンジン・マウントに対する任意のタービン負荷をさらに担持する。タービン・ケース９０に作られる複数の補助ストラット１３４は、タービンの静的構造を支持するために使用され、一方、タービン・バイパス・ブリードのための流れ領域を部分的に画定し、かつタービン・バイパス・ブリードのための流れ領域を提供する。

図８ａから図８ｄは、代替的な好ましい実施例のタービン・ブリード・システムで使用されるブリード・ダクト１００を示す。ブリード・ダクト１００は、内側前方ダクト・セグメント１４４及び外側前方ダクト・セグメント１４２、並びに内側後方ダクト・セグメント１４６及び外側後方ダクト・セグメント１４８を含む。内側前方ダクト・セグメント１４４及び外側前方ダクト・セグメント１４２、並びに内側後方ダクト・セグメント１４６及び外側後方ダクト・セグメント１４８は、それぞれ内側セクションと外側セクションとの間のラップ・ジョイントで、互いに接続されかつ形成される。これらのラップ・ジョイント１５０は、弁支持体ケース９２及びタービン・ケース９０であるかみ合う構成部品に見出される周囲溝に係合する。ラップ・ジョイント１５０は、弁支持体ケース９２及び弁シール９６に関してブリード・ダクト１００を径方向に配置する。ブリード・ダクト１００は、また、左フェアリング部材１５２及び右フェアリング部材１５４、並びに左スティフナー部材１５６及び右スティフナー部材１５８を含む。左フェアリング部材１５２及び右フェアリング部材１５４、並びに左スティフナー部材１５６及び右スティフナー部材１５８は、一般に概観が湾曲している。スティフナー部材１５６、１５８は、ダクト１００に対するねじり剛性を提供し、したがって、エンジンの動作中に構造的な一体性を保証する。

タービン・バイパス・ブリード・システムにおけるバイパス・ブリードの動作の間、好ましい実施例において溶接されたシート金属アセンブリであるタービン・ブリード・ダクト・セグメント１４２、１４４、１４５、１４８は、タービン・ケース９０を通してエンジン・ガスを送り、一方、隣接するタービン静的構造を遮蔽する。完全に機械加工された又は鋳造されたブリード・ダクトは、ブリード・ダクト１００を生成するために代わりの製造選択肢として使用されることもできることに留意されたい。左フェアリング部材１５２及び右フェアリング部材１５４、並びに左スティフナー部材１５６及び右スティフナー部材１５８は、両方とも高圧タービンを通る排気の流れ経路の周囲近くである角度に形成される。ブリード・ダクト１００の前方及び後方壁の内側部分は、ブリード・モードで動作するときの任意の入口損失を最小化するために丸められる。フェアリング・スティフナーは、また、バイパス流れを向けるように使用され、それが、タービン・ケース９０を径方向に通過し、かつバイパス・ダンプ・ダクト１１６に入る。ブリード・ダクト１０８の左フェアリング部材１５２及び右フェアリング部材１５４は、また、各タービン軸方向ストラット１３４を遮蔽する。タービン・ケース９０の軸方向ストラット１３４の周りのブリード・ダクト１００のアセンブリ後、キャップ１６０が、各タービン・ケース軸方向ストラット１３４を囲むために、各フェアリング部材に溶接される。したがって、アセンブリされたブリード・ダクト１００は、バイパス流れが進むために、タービン・ケース軸方向ストラット１３４間に一連の径方向チャネルを形成する。シップ・ラップ・シールは、動作中の高温ガスの漏洩を最小化するために、隣接するブリード・ダクト１００間に組み込まれる。ブリード・ダクト１００は、また、タービン・ケース９０及び弁支持体ケース９２に対する搭載位置に複数のシール１６４を含み、高温ガスの任意の再循環を最小化する。ブリード・ダクト１００は、ラップ・ジョイント１５０の後方表面に延びる軸方向タブ１６６を含み、タービン・ケース９０に対するブリード・ダクト１００に関する周囲方向の位置を提供する。したがって、ブリード・ダクト１００とタービン静的構造との間の接触は、ラップ・ジョイント１５０及び軸方向タブ１６６によって、タービン・ケース９０において見出される溝取り付け位置に制限される。

タービン・バイパス・ブリード・システムの代替的な好ましい実施例による弁支持体ケース９２は、図９に示される。弁支持体ケース９２は、タービン・ケース９０の前方フランジとかみ合い、任意の知られている固定手段、好ましくはボルト又はねじを介して固定される。弁支持体ケース９２は、一般に、リング状の概観を有し、かつタービン・ケース前方フランジ１３２の外径、及び弁支持体ケース９２をタービン・ケース９０に対してシーリングしかつ配置するための中間フランジ１２８の前方表面に係合しかつ相互作用する。弁支持体ケース９２は、タービン・シュラウド取り付けフック１６８を含み、タービン・シュラウド取り付けフック１６８は、タービン・ブレードに関するタービン・シュラウド又はカバー１０４を、弁支持体ケース９２及びタービン・ケース９０に取り付けるために使用される。弁支持体ケース９２は、ブリード・ダクト１００を、タービン・ケース９０及び弁支持体ケース９２に対して固定しかつ配置するために使用される周囲前方取り付け溝１７０を有する。弁支持体ケース９２は、また、タービン・ケース９０の前方フランジに接続するために使用される支持体マウント・フランジ１７２を含む。弁支持体ケース９２は、閉鎖位置から開放位置へ移動するとき、スリーブ弁９６に軸方向の移動のための表面を提供するために使用される複数のスリーブ弁座表面１７４、１７６、及び１７８を含む。弁支持体ケース９２は、スリーブ弁座表面１７６、１７８を通る複数のパージ孔１８０を含む。複数のパージ空気孔１８０は、タービン・ケース９０の軸方向ストラット１３４における複数の孔１３６とかみ合いかつ整列し、したがって、冷却パージ空気をシール１０８、１１０内へ送るために提供される。弁支持体ケース９２は、スリーブ弁座表面内にスロットの後方セット１８２及びスロットの前方セット１８４を有する。スリーブ弁表面におけるスロットの後方セット１８２は、その一方の端部のブリード・ダクト１００と整列し、かつその他方の端部のバイパス・ダンプ・ダクト１１６と整列する。したがって、スロットの後方セット１８２及び弁支持体ケース９２は、ブリード・バイパスのための流れ領域を提供し、流体流は、燃焼ガス・ダクト１１８からバイパス・ダンプ・ダクト１１６へ、かつさらにファン・バイパス・ダクト１１４へ適正に逸らされることができる。スリーブ弁座表面の完全なリング状の前方スロット１８０及び後方スロット１８２は、スリーブ弁９６が閉鎖位置にあるときに、スリーブ弁シール１０８、１１０のための着座表面を提供する。前方及び後方のリング状のセクションは、複数のリブ１８６によって接続され、リブ１８６は、スロットを一部画定することを助け、スリーブ弁シール１０８、１１０が、動作中にブリード・ダクト１００内に潰れることを防ぎ、かつスリーブ弁９６が詰まることを防ぐ。リング状支持体１７４の前方セクションは、開放位置にあるときに、スリーブ弁９６及びシール１０８、１１０を配置する。スロットの前方セット１８４は、主に重量低減のために使用され、必要であれば取り除くことができる。前述のように、スリーブ弁座表面における複数の孔１８０は、スリーブ弁座表面のリブ１８６の近くに配置され、タービン・ケース９０に配置された供給孔１３６と整列し、かつシール弁９６が閉鎖位置にあるときに、シール１０８、１１０を冷却するためにパージ空気を提供する。

図１０に示されるように、スリーブ弁９６は、一般に、代替的な好ましい実施例においてリング状の概観を有する。スリーブ弁９６は、エンジン・アイドル状態でタービン・バイパス・ブリードを作動するために、軸方向移動を変換するために使用される。スリーブ弁９６は、それぞれその内側表面に前方シール溝１８８及び後方シール溝１９０を含む。シール溝１８８、１９０は、各溝において第１のリング状シール１０８及び第２のリング状シール１１０を保持する。これらのシール１０８、１１０は、スリーブ弁９６が閉鎖位置或いは非バイパス・ブリード位置にあるときに、任意の高温ガスがスリーブ弁９６の周りに漏洩することを防ぐために使用される。スリーブ弁９６は、また、スリーブ弁９６をスリーブ弁ケース９２上で軸方向に移動するための必要な力を提供する、アクチュエータに接続するために使用される複数の前方取り付けタブ１９２を含む。スリーブ弁９２が閉鎖位置で動作するとき、スリーブ弁９６の前方及び後方端部で第１のシール１０８及び第２のシール１１０が、漏洩を最小化する助けをする。一般にフープ或いはリング状の形状を有し、かつスリーブ弁９６の内側周囲に固定される熱シールド１１２は、燃焼ガスに伴う高圧及び高温に曝されるスリーブ弁９６の部分を保護することを助ける。さらに、閉鎖位置にあるときに、スリーブ弁９６は、シール１０８、１１０を冷却することを助けるために、タービン・ケース９０及び弁支持体ケース９２における複数の孔を通して提供されるパージ空気を有する。熱シールド１１２は、好ましくは高温及び酸化に耐える材料で作られ、その材料は、非常に高い温度を許容するが、容易にクラックせず或いはもろくならないが、任意の他のタイプの材料が使用されることができることに留意されたい。

図１１及び図１４は、タービン・ケース９０、ブリード・ダクト１００、及び弁支持体ケース９２のサブ・アセンブリを、切断図と斜視図の両方で示す。

図１２は、閉鎖位置或いは非タービン・ブリード・バイパス位置におけるエンジン・タービンを示す。これは、通常のエンジン・タービン動作の間のスリーブ弁９６の位置である。スリーブ弁９６のシール１０８、１１０は、弁支持体ケース９２のシール着座表面と係合し、一方熱シールド１１２は、高圧タービンから出る燃焼ガスの極度の温度及び高圧からの損傷からスリーブ弁９６を保護する。スリーブ弁９６の第１のシール１０８及び第２のシール１１０は、両方のタービン・ケースの軸方向ストラット１３４におけるパージ孔、及び弁支持体ケース９２におけるパージ孔を介して冷却される。スリーブ弁９６は、タービン・ケース９０によって開口を閉鎖し、したがって弁支持体ケース９２は、すべての燃焼ガス流を、燃焼ガス・ダクト１１８を通して、その後中間タービン及び低圧タービンに向けて押しやる。

図１３は、開放或いはタービン・バイパス・ブレード位置におけるスリーブ弁９６を示す。スリーブ弁９６は、軸方向に前方方向に移動され、それが、弁支持体ケース９２の前方支持体１７４及び中間支持体１７６上に載置する。スリーブ弁９６が前方方向に移動されると、これは、タービン・ブリード・ダクト１００を通して、かつタービン・ケース９０及び弁支持体ケース９２のスロットを通して燃焼ガス・ダクト１１８からの流体流経路を開き、タービン・エンジンのファン・バイパス・ダクト１１４に接続されたバイパス・ダンプ・ダクト１１６内に開く。これは、エンジン・アイドル状態で高圧タービンを回転させ、航空機の任意の地上及びターマック要件に関する交流発電機を駆動するために必要な電力を提供する。これらの要件は、照明、空調、或いは地上にあるときの航空機に必要なすべての電力などを含む。軸方向でスリーブ弁９６のスライドの制御は、好ましくは、モータ及びタービン・エンジン・ケーシングにおけるアクチュエータ・アームに取り付けられた、航空機の搭載コンピュータによってなされる。しかしながら、任意の知られている機械的、電気的、流体的、或いは組み合わせシステムなどが、スリーブ弁を制御するために使用されることができることに留意されたい。コンピュータは、パイロットによって動作可能に制御され、地上にあるとき或いはタービン・エンジンの始動のときに、スリーブ弁９６は開放され、したがって高圧タービンのより有効な使用を作り出し、かつ地上にあるときに航空機の正しい電力量を提供するバイパス・サイクルを可能にする。航空機の離陸前、パイロットは、コンピュータで作動されるスイッチを介してスリーブ弁９６を閉鎖し、エンジンを通常のスリー・ステージ・タービン・エンジン動作に戻し、すべての燃焼ガスを、燃焼ガス・ダクトを通り中間タービンへ、かつ最終的にはエンジンを出る前に低圧タービンへ進むことを可能にする。任意のタイプのタービン・エンジンが、このシステムとともに使用されることができるが、好ましい実施例は、スリー・スプール・タービンに関するものであることに留意されたい。

タービン・バイパス・ブリード・システムの代替的な好ましい実施例が、パペット弁に関して示された部分と同じエンジンの部分に配置されることに留意されたい。それは、好ましくは高圧タービンの直ぐ後方であるが、高圧タービンと中間タービンの前方セクションとの間に任意の場所であることが可能である。これは、中間タービン及び低圧タービンの速度を増大することなく、したがって地上にあるときにエンジンの効率を低下させず、かつ補助電力ユニットを動作することなく、ブリード・サイクルの最も有効な使用を可能にする。

本発明の好ましい実施例が開示されたが、本発明が、添付の請求項の範囲から逸脱せずに修正を受けることができることは、当業者には理解されよう。

本発明が特定の適用を有するスリー・スプール・ターボファン・ガス・タービン・エンジンの概略立面断面図である。 開放位置で示される弁及び分流器を有する図１の線２−２に沿った図である。 閉鎖位置で示される弁及び分流器を有する図２の矢印３の方向における断面図である。 開放位置で示されるパペット弁及び分流器を有する図３に類似する図である。 エンジンの周囲の周りの弁セットのアレイの配置を示す本発明の好ましい実施例の等角図である。 閉鎖位置におけるスリーブ弁を示す代替的な好ましい実施例の一般的な概念図である。 タービン・ケースを示す代替的な好ましい実施例の斜視図である。 代替的な好ましい実施例によるタービン・ブリード・ダクトの斜視図である。 代替的な好ましい実施例によるタービン・ブリード・ダクトの斜視図である。 代替的な好ましい実施例によるタービン・ブリード・ダクトの斜視図である。 代替的な好ましい実施例によるタービン・ブリード・ダクトの斜視図である。 代替的な好ましい実施例による弁支持体ケースの斜視図である。 代替的な好ましい実施例によるスリーブ弁の切断斜視図である。 代替的な好ましい実施例の斜視図である。 閉鎖位置にあるスリーブ弁を有する代替的な好ましい実施例の切断図である。 解放位置にあるスリーブ弁を有する代替的な好ましい実施例の切断図である。 代替的な好ましい実施例のタービン・バイパス・ブリード・システムの斜視図である。

Claims (20)

1. その前方端部にファン及びその後方端部に低圧タービンを有する低圧スプールと、その前方端部に前記低圧スプール上の前記ファンと流体流連通する高圧コンプレッサ及びその後方端部に高圧タービンを有する高圧スプールと、前記高圧コンプレッサと前記高圧スプール上の前記高圧タービンとの間で流体流連通する燃焼装置と、それぞれ前記高圧スプール及び前記低圧スプール上の前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間の燃焼ガス・ダクトと、前記低圧スプール上の前記ファンから前記高圧スプール上の前記高圧タービンの後方ポイントへ延びるバイパス・ダクトと、前記エンジンの前記高圧スプールによって駆動される交流発電機と、前記高圧スプール上の前記高圧タービンの直ぐ後方の前記燃焼ガス・ダクトにおける複数の周囲に離間されたパペット弁とを備えるマルチ・スプール・バイパス・ターボファン・エンジンにおいて、前記パペット弁が、エンジン・アイドル状態で個別に開放可能であり、
   改善が、それぞれ前記パペット弁によって制御される複数の流れ分流器を備え、前記流れ分流器は、前記弁が閉鎖されているとき、前記燃焼ガス・ダクトの一部を形成する外周の先端を切った環を有し、前記弁を通って前記高圧タービンから前記バイパス・ダクトへの流体流経路を提供するために、前記弁が開放しているときに前記燃焼ガス・ダクト内へ移動可能であり、前記高圧タービンを出る前記流体流の制限を最小化し、前記高圧タービンを横切る膨張比を増大して、アイドル状態でその比較的高いＲＰＭを生成し、同時に前記低圧タービンを横切る前記膨張比を同時に低減して、前記低圧スプール及びその上の前記ファンの速度を低減し、それによって、前記高圧スプール上の前記高圧コンプレッサへの空気質量流を低減し、アイドル速度で燃料消費を最小化するエンジン。
2. 前記パペット弁が、３つの弁の線形セットで前記燃焼ガス・ダクトにおいて周囲に配置される請求項１に記載のエンジン。
3. 前記３つの弁の線形セットそれぞれにおいて前記パペット弁の１つが、流れ分流器を制御する請求項２に記載のエンジン。
4. マルチ・スプール・バイパス・ターボファン・エンジンであって、前記エンジンが、
   その前方端部にファン及びその後方端部に低圧タービンを有する低圧スプールと、
   前記低圧スプールとともに軸方向に配置され、かつ前記ファンとその上の前記低圧タービンとの間に配置された高圧スプールとを備え、前記高圧スプールは、前記低圧スプール上の前記ファンの後方に配置された前方端部に高圧コンプレッサ、及びその後方端部に高圧タービンを有し、前記エンジンがさらに、
   前記高圧コンプレッサと前記高圧スプール上の前記高圧タービンとの間で流体流連通する燃焼装置と、
   前記高圧スプールと前記低圧スプールとの間に配置された燃焼ガス・ダクトと、
   前記低圧スプール上の前記ファンの後方ポイントから前記低圧スプール上の前記低圧タービンの後方ポイントへ延び、バイパス・ダクトと前記高圧スプール上の前記高圧コンプレッサとの間で前記ファンの後方へ空気流を逸らせるバイパス・ダクトと、
   前記高圧スプールによって駆動される交流発電機と、
   前記高圧スプール上の前記高圧タービンの後方の前記燃焼ガス・ダクトにおけるスリーブ弁とを備え、前記スリーブ弁は、弁支持体ケース上に軸方向に移動可能であり、前記弁支持体ケースはオリフィスを有し、前記オリフィスは、前記燃焼ガス・ダクトと前記バイパス・ダクトとの間に配置され、前記スリーブ弁はエンジン・アイドル状態で開放可能であり、前記スリーブ弁の開口が、前記高圧タービンから前記オリフィスを通って前記バイパス・ダクトへの流れ経路を提供し、前記高圧タービンを出る前記流体流の制限を最小化し、前記高圧タービンを横切る膨張比を増大して、アイドル状態でその比較的高いＲＰＭを生成し、同時に前記低圧タービンを横切る前記膨張比を同時に低減して、前記低圧スプール及びその上の前記ファンの速度を低減するエンジン。
5. タービン・ブリード・ダクトをさらに含み、前記タービン・ブリード・ダクトは、前記オリフィスと整列し、かつ前記弁支持体ケースに固定される請求項４に記載のエンジン。
6. 熱シールドをさらに含み、前記熱シールドは、前記スリーブ弁の内側表面に固定される請求項４に記載のエンジン。
7. 前記高圧タービンが、タービン・ケースを含み、前記タービン・ケースは、複数の軸方向ストラットを有する請求項４に記載のエンジン。
8. 前記軸方向ストラットは、冷却及びパージング空気を送るためにその中に孔を有する請求項７に記載のエンジン。
9. 前記軸方向ストラットは、前記タービン静的構造を支持し、かつブリード・ダクトの前記流れ領域の一部を画定する請求項８に記載のエンジン。
10. 前記スリーブ弁が、第１及び第２のシール溝を有し、前記シール溝が、第１及び第２のシール部材を受けかつ配置する請求項４に記載のエンジン。
11. 前記スリーブ弁が、前記スリーブ弁の側方表面上の取り付けタブを有し、前記タブは、軸方向における前記スリーブ弁を移動するためにアクチュエータに接続される請求項１０に記載のエンジン。
12. 前記弁支持体ケースが、その外側表面を通る前方及び後方スロットを有する請求項４に記載のエンジン。
13. 前記弁支持体ケースが、前記外側表面を通る第１及び第２のオリフィスを有し、前記第１及び第２のオリフィスが、前記スリーブ弁が閉鎖位置にあるときに、シールを冷却するためにパージ空気の供給を提供する請求項１２に記載のターボファン・エンジン。
14. 前方端部にファン及びその後方端部に低圧タービンを有する低圧スプールと、前方端部で前記低圧スプール上の前記ファンと流体流連通する高圧コンプレッサ及びその後方端部に高圧タービンを有する高圧スプールと、前記高圧コンプレッサと前記高圧スプール上の前記高圧タービンとの間で流体流連通する燃焼装置と、それぞれ前記高圧スプール及び前記低圧スプール上の前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間の燃焼ガス・ダクトと、前記低圧スプール上の前記ファンから前記高圧スプール上の前記高圧タービンの後方ポイントへ延びるバイパス・ダクトと、前記エンジンの前記高圧スプールによって駆動される交流発電機とを備えるマルチ・スプール・バイパス・ターボファン・エンジンにおいて、
    改善が、複数の周囲に離間されたスロットを有し、前記高圧タービンに接続された弁支持体ケースと、
    前記弁支持体ケースの外側表面と接触するスリーブ弁とを備え、前記スリーブ弁が、前記弁支持体ケース上に軸方向に移動可能であり、前記スリーブ弁が、エンジン・アイドル状態で開放可能であるエンジン。
15. 前記スロットが、前記燃焼ガス・ダクトと前記バイパス・ダクトとの間に流体流経路を提供する請求項１４に記載のエンジン。
16. 開口時に前記スリーブ弁が、前記高圧タービンから前記オリフィスを通って前記バイパス・ダクトへの流れ経路を提供し、前記高圧タービンを出る前記流体流の制限を最小化し、前記高圧タービンを横切る膨張比を増大して、アイドル状態でその比較的高いＲＰＭを生成し、同時に前記低圧タービンを横切る前記膨張比を同時に低減して、前記低圧スプール及びその上の前記ファンの速度を低減する請求項１５に記載のエンジン。
17. 前記スリーブ弁が、前記スリーブ弁が閉鎖位置にあるときに、前記スリーブ弁を保護するための熱シールドを有する請求項１４に記載のエンジン。
18. 前記高圧タービン・ケースを通る径方向流れ経路を提供するために、前記スロットと整列された複数のタービン・ブリード・ダクト及びキャップをさらに含む請求項１４に記載のエンジン。
19. 前記複数のスロットが、前記弁支持体ケース上で後方及び前方に配置され、かつ複数の周囲で離間されたリブによって分離され、前記リブが、前記スリーブ弁が閉鎖位置にあるときに、シールを冷却するようにパージ空気を提供するために第１及び第２の孔を有する請求項１４に記載のエンジン。
20. 前記スリーブ弁が、第１及び第２のシール溝と、前記スリーブ弁を軸方向に移動するためにアクチュエータに接続する少なくとも１つのタブを有する請求項１４に記載のエンジン。

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