JP2012117544A

JP2012117544A - ガスタービンエンジン組立体

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Publication number: JP2012117544A
Application number: JP2012006666A
Authority: JP
Inventors: Michael Ralph Storage; マイケル・ラルフ・ストアレージ; Kevin Richard Leamy; ケビン・リチャード・レミー; Brian Neal; ブライアン・ニール
Original assignee: General Electric Co; Unison Industries LLC
Current assignee: General Electric Co; Unison Industries LLC
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: EP1916399A2; JP5336618B2; US8387362B2; CN101178027A; US20080095611A1; JP2008144752A; EP1916399A3

Abstract

【課題】エンジンシステム潤滑油等の空冷冷却システムを提供する。
【解決手段】ファン組立体１２と、前記ファン組立体１２の下流のコアガスタービンエンジン１３と、前記ファン組立体１２を実質的に囲むファンケーシング４２と、前記ファンケーシング４２との間にバイパスダクト４０が形成されるように前記コアガスタービンエンジン１３を実質的に囲むスプリッタ４４の外側壁２０３と、前記ファン組立体１２の上流で前記ファンケーシング４２に結合された弓形熱交換器組立体１３０とを含むガスタービンエンジン１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジン組立体等に関する。

ガスタービンエンジンは一般的に、入口、ファン、低圧及び高圧圧縮機、燃焼器、並びに少なくとも１つのタービンを含む。圧縮機は、空気を加圧し、加圧空気は燃焼器に流れて、燃焼器において、加圧空気は燃料と混合される。混合気は次に、点火されて、高温燃焼ガスを発生するようになる。この燃焼ガスは、１つ又は複数のタービンに流れ、タービンは、燃焼ガスからエネルギを取出して、１つ又は複数の圧縮機に動力を供給すると同時に、飛行中に航空機を推進する又は発電機のような負荷に動力を供給するような有用な仕事を行うようになる。

エンジン作動時に、大量の熱が生成され、それらの熱により、エンジンシステムの温度が許容不能なレベルまで上昇する。その寿命及び信頼性を高めるために、これらのシステムは、冷却されなければならない。１つの実施例は、ガスタービンエンジン内の構成部品を潤滑するのを可能にするために利用される潤滑システムである。潤滑システムは、ガスタービンエンジン内の様々な軸受組立体に潤滑流体を流すように構成される。作動時に、熱は、２つの源から、すなわちサンプ内の軸受及びシールのような構成部品による摺動及び転がり摩擦によって発生した熱により、並びにサンプエンクロージャを囲む高温空気によるサンプ壁を通しての熱伝導により、潤滑流体に伝達される。

潤滑流体の作動温度を低下させるのを可能にするために、少なくとも１つの公知のガスタービンエンジンは、エンジンを通って流れる空気ストリーム内に配置された従来型のラジエータを利用して、エンジンを通過する空気により、内部で循環している流体を冷却するのを可能にする。しかしながら、この方法は、滑らかな空気流に対して障害を与えて乱流及び圧力低下の両方を引き起こし、それがエンジン性能に悪影響を与えるので、大きな欠点を有している。
米国特許第７，１４０，１７４Ｂ２号公報米国特許第６，４６０，３２４Ｂ１号公報米国特許第６，３８５，９８７Ｂ２号公報米国特許第６，１４５，２９６号公報米国特許第５，９１８，４５８号公報米国特許第５，３９２，６１４号公報米国特許第５，２６９，１３３号公報米国特許第４，５０３，６８３号公報米国特許第４，１９０，３９８号公報米国特許第４，１３７，７０５号公報

１つの態様では、ガスタービンエンジン用の熱交換器を提供する。本熱交換器は、弓形半径方向内側壁と、弓形半径方向内側壁との間に空洞が形成されるように該半径方向内側壁に結合された弓形半径方向外側壁とを含み、ファンケーシング又はブースタケーシングに結合された弓形熱交換器をバイパスダクト内に形成している。

別の態様では、タービンエンジン組立体を提供する。本タービンエンジン組立体は、ファン組立体と、ファン組立体の下流のブースタと、ファン組立体を実質的に囲むファンケーシングと、ファンケーシングとスプリッタとの間にバイパスダクトが形成されるようにブースタを実質的に囲むブースタケーシングと、それがファンケーシング又はスプリッタに結合されるように少なくとも部分的に空洞内に結合された弓形熱交換器と含む。

またここでは、タービンエンジンを組立てる方法を開示する。本方法は、少なくとも半径方向内側壁、半径方向外側壁、並びに半径方向内側壁及び外側壁間の空洞によって形成された１つ又はそれ以上の流体径路を含む熱交換器組立体を組立てる段階と、熱交換器組立体がバイパスダクトの少なくとも一部分の円周方向及び軸線方向輪郭と実質的に同じである円周方向及び軸線方向輪郭を有するように、該熱交換器組立体を湾曲させる段階と、バイパスダクト内に熱交換器を結合する段階とを含む。

図１は、長手方向軸線１１を有する例示的なガスタービンエンジン組立体１０の概略図である。ガスタービンエンジン組立体１０は、ファン組立体１２及びコアガスタービンエンジン１３を含む。コアガスタービンエンジンは、高圧圧縮機１４、燃焼器１６及び高圧タービン１８を含む。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン組立体１０はまた、低圧タービン２０を含むことができる。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレード２４の配列を含む。エンジン１０は、吸入側２８及び排出側３０を有する。ガスタービンエンジン組立体１０はまた、例えばファン組立体１２、圧縮機１４、高圧タービン１８及び低圧タービン２０に回転及び軸方向支持を与えるために利用される複数の軸受組立体（図１には図示せず）を含む。

作動中、空気はファン組立体１２を通って流れ、空気流の第１の部分５０は圧縮機１４を通って流れて、圧縮機１４において、空気流はさらに加圧され、燃焼器１６に送給される。燃焼器１６からの高温の燃焼生成物（図１には図示せず）は、タービン１８及び２０を駆動し、従ってエンジン推力を生成するために利用される。ガスタービンエンジン組立体１０はまた、ファン組立体１２から吐出された空気流の第２の部分５２をコアガスタービンエンジン１３の周りでバイパスさせるために利用されるバイパスダクト４０を含む。より具体的には、バイパスダクト４０は、ファンケーシング又はシュラウド４２の内側壁２０１とスプリッタ４４の外側壁２０３との間で延びる。

図２は、ガスタービンエンジン組立体１０（図１に示す）で利用することができる例示的な潤滑オイル供給及び排出システム１００の簡略概略図である。この例示的な実施形態では、システム１００は、オイル供給源１２０と、オイルを軸受１０４、１０６、１０８及びギヤボックス６０に循環させかつ熱交換器組立体１３０を介して高温オイルをオイル供給源に戻す１つ又はそれ以上のポンプ１１０及び１１２を含み、熱交換器組立体１３０は、高温オイルを低温に冷却する。任意選択的に、この例示的な実施形態と同様に、熱交換器組立体１３０は、吸入弁１３２及び出口弁１３４、並びに手動によるか又は電気的にかのいずれかで操作することができるバイパス弁１３６を含む。

この例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０は、バイパスダクト４０内に配置された共形（コンフォーマル）空冷式熱交換器である。任意選択的に、熱交換器組立体１３０は、エンジン上での又はエンジンから離れた幅広い種類の用途で利用することができる。より具体的には、熱交換器組立体１３０は、本明細書ではエンジン軸受用のオイルを冷却することについて記述しているが、熱交換器組立体１３０は、それに代えて又はそれと同時にその他の流体を冷却することができる。例えば、熱交換器組立体１３０は、エンジン上で使用する発電機又はアクチュエータから熱を取除くために使用する流体を冷却することができる。熱交換器組立体１３０はまた、エンジン制御装置のような電子装置から熱を取除く流体を冷却するために使用することができる。ガスタービンエンジン組立体で利用される幅広い種類の流体を冷却することに加えて、熱交換器組立体１３０及び本明細書に説明する方法は、熱交換器組立体１３０がまた、機体上に取付けられた装置を冷却することができ、またエンジンの部品以外も冷却することができることを示していることを理解されたい。他の用途では、熱交換器は、例えば航空機の外部表面上にガスタービンエンジンから離して取付けることができる。さらに、熱交換器組立体１３０は、それを通して流される様々な流体を冷却するか又は加熱するかのいずれかのために幅広い種類の他の用途で利用することができる。

例えば、図１に示すような１つの実施形態では、熱交換器１３０は、ファン組立体１２とファン支柱１５０との間でファンシュラウド４２の内側壁２０１に結合される。さらに、図８に示すように、熱交換器組立体１３０は、吸入側２８内に流入した空気が、ファン組立体１２に供給される前に最初に熱交換器組立体１３０を通って流れて該熱交換器組立体１３０を通って流れる流体の作動温度を低下させるのを可能にするように、ファン組立体１２（図１に示す）の上流で内側壁２０１に結合される。従って、熱交換器組立体１３０は、ファンケーシング４２の内側又はスプリッタ４４の外側のいずれか上でバイパスダクト４０の軸方向長さに沿ったあらゆる場所に配置することができる。この例示的な実施形態では、その効率は、熱交換器組立体１３０をエンジン排出側３０よりも一層低温であるエンジン吸入側２８により近く配置した時に、増大する。

図３は、熱交換器組立体１３０の斜視図であり、また図４は、図３に示す線４−４で取った熱交換器組立体１３０の断面図である。この例示的な実施形態では、組立て時に、熱交換器組立体１３０は、該熱交換器組立体１３０がバイパスダクトの少なくとも一部分の円周方向及び軸線方向輪郭と実質的に同じである円周方向及び軸線方向輪郭を有するように、湾曲される。より具体的には、図１に示すように、熱交換器組立体１３０は、図１及び図８に示すように該熱交換器組立体が取付けられる場所におけるファンシュラウド４２の内側表面２０１の円周方向及び軸線方向輪郭に一致する円周方向及び軸線方向形状を有するように、湾曲される。従って、熱交換器１３０は、該熱交換器組立体１３０を図１及び図８に示す場所を含む別の場所にファンシュラウド４２の内側表面２０１に近接して配置することができるような実質的に弓形の形状を有する。さらに、熱交換器１３０はまた、図９に示すようにスプリッタ４４の外側表面の円周方向及び軸線方向輪郭と実質的に同じである円周方向及び軸線方向輪郭を有するように湾曲させることができる。

図３に示すように、熱交換器組立体１３０は、円周の実質的に全て（約３２０°）を覆う。それに代えて、熱交換器は、幾つかのセグメントとして形成し、それらセグメントを端と端を当接させて取付けて同じ円周長を覆うようにすることができる。

再び図３及び図４を参照すると、熱交換器組立体１３０は、第１の端部２１０及び対向する第２の端部２１２を有するマニホルド部分２０２を含む。マニホルド部分２０２はまた、半径方向内側表面２２０、半径方向外側表面２２２、上流壁２２６及び対向する下流壁２２４を含み、マニホルド部分２０２はほぼ矩形の断面輪郭を有するようになっている。マニホルド部分２０２はまた、半径方向内側表面２２０から半径方向内向きに延びる複数の冷却フィン２３０を有する。任意選択的に、熱交換器１３０を図９に示すようにファンシュラウド４２の外側表面２０５に近接させて配置する場合には、冷却フィン２３０は、図３及び図４に示すように半径方向内向きに延びるようにするか又は半径方向外向きに延びるようにするかのいずれかとすることができ、或いはマニホルド部分２０２から半径方向内向き及び半径方向外向きの両方に延びるフィンを含むようにすることができる。さらに、熱交換器２３０を図９に示すようにスプリッタ４４の外側表面２０３に近接させて配置する場合には、冷却フィン２３０は、図３及び図４に示すように半径方向内向きに延びるようにするか又は半径方向外向きに延びるようにするかのいずれかとすることができ、或いはマニホルド部分２０２から半径方向内向き及び半径方向外向きの両方に延びるフィンを含むようにすることができる。

マニホルド部分２０２はまた、それを貫通して長手方向に延びる少なくとも１つの開口部２３２を囲み、それら開口部は、選択的に、それを通して冷却対象の流体を受けるような寸法にされる。この例示的な実施形態では、マニホルド部分２０２は、それを貫通して延びる複数の開口部２３２を含む。任意選択的に、マニホルド部分２０２は、所望の冷却低温化に基づいて、８つよりも多いか又は少ない個数の開口部２３２を含むことができる。この例示的な実施形態では、開口部２３２は、ほぼ矩形の断面輪郭を有する。任意選択的に、開口部２３２は、例えば円形のような矩形でない断面輪郭を有する。さらに、これらの開口部は、全てが同じ流体を運ぶことができる平行チャネルであるか、或いはこれらの開口部は、各グループが異なる冷却目的のために使用する異なる冷却流体を運ぶ複数グループに分離することができる。例えば、１つのグループは、軸受のための潤滑流体を運ぶことができ、また別のグループは、エンジン上の電子装置のための別の冷却流体を運ぶことができる。

この例示的な実施形態では、冷却フィン２３０は、マニホルドの横方向（上流及び下流）端縁部間で該マニホルドの幅に沿って延び、かつ交換器の周りに間隔を置いて配置される。タービンエンジン内に設置された時、フィンは、中心軸線１１に沿って軸方向に空気流の方向と平行に延び、かつガスタービンエンジン１０の内側又は外側表面の周りに半径方向に配置される。この例示的な実施形態では、冷却フィン２３０は、該冷却フィン２３０の各々が開口部２３２に対してほぼ垂直になるようにかつ開口部２３２を通って流れる流体の方向が冷却フィン２３０を通って流れる空気流の方向に対してほぼ垂直になるように、マニホルド部分２０２に結合される。より具体的には、冷却フィン２３０は、中心軸線１１とほぼ平行に整列しており、ファン吸入口２８内に又は該ファン吸入口２８の周りを流れる空気流が最初に、隣接する冷却フィン２３０間に形成された複数の開口部又はチャネル２３６を通って流れるようになる。さらに、図４は、各冷却フィン２３０が複数の冷却フィンセグメント２３８を含むものとして示しているが、各冷却フィンは、単体構造の冷却フィンとして形成することができ、すなわち、セグメント２３８を含まないものであり、このことは、本明細書に記載した本発明の技術的範囲に影響を与えるものではないことを理解されたい。

１つの実施形態では、マニホルド部分２０２は、押出し成形プロセスを利用して形成される。例えば、次に一体形フィン形成プロセスを実施して、冷却フィン２３０を形成する。任意選択的に、冷却フィン２３０は、例えば溶接法又はロウ付け法を利用してマニホルド部分２０２に取付けることができる。この例示的な実施形態では、マニホルド部分２０２及び冷却フィン２３０は、例えばアルミニウムのような金属材料で製作される。

別の実施形態では、マニホルド２０２の上流から下流までの幅は、その各々が複数のチャネル２３２のサブセット及び複数のフィン２３８のサブセットを含む幾つかのより狭い押出し型材から組立てることができる。これらのセクションは、溶接、ロウ付け、インタロック又はその他の機械的取付けによって連結することができる。

マニホルド部分２０２を通して冷却対象の流体を流すのを可能にするために、熱交換器組立体１３０はまた、その各々がマニホルド部分の第１の端部２１０に結合された１つ又は複数の入口連結部２４０と、その各々がマニホルド部分の第２の端部２１２に結合された１つ又は複数の出口連結部２４２とを含む。この例示的な実施形態では、少なくとも１つの入口連結部２４０は、弁１３２（図２に示す）の下流に結合し、また少なくとも１つの出口連結部２４２は、弁１３４（図２に示す）の上流に結合して、弁１３２及び１３４が、所望の作動条件の間に潤滑流体をシステム１００から熱交換器組立体１３０を通して流すように作動することができるようにする。任意選択的に、バイパス弁１３６を利用して、熱交換器組立体１３０の周りで潤滑流体をバイパスさせることができる。

それに代えて、熱交換器は、その各々が入口連結部及び出口連結部を備えた複数の流体回路を有するように構成することができる。これらの回路は各々、別個のかつ特異な目的を有し、異なる装置を冷却するために使用される非混合の流体を運ぶことができる。

ガスタービンエンジン組立体１０に対して熱交換器組立体１３０を固定するのを可能にするために、マニホルド部分２０２は、下流壁２２４に結合された第１の取付け部分２４４と、上流壁２２６に結合された第２の取付け部分２４６とを含む。より具体的には、第１及び第２の取付け部分２４４及び２４６は各々、マニホルド部分２０２の厚さ２５０よりも小さい厚さ２４８を有し、第１のショルダ部又は凹部２５２が第１の取付け部分２４４の半径方向内側に形成され、また第２のショルダ部又は凹部２５４が第２の取付け部分２４６の半径方向内側に形成されるようになる。この例示的な実施形態では、取付け部分２４４及び２４６は各々、マニホルド部分２０２と同じ金属材料で加製作され、例えば押出し成形プロセスを利用してマニホルド部分２０２と単体構造に形成される。任意選択的に、取付け部分２４４及び２４６は、例えば溶接又はロウ付け法を利用してマニホルド部分２０２に取付けられる別体の構成部品として形成される。

この例示的な実施形態では、熱交換器組立体１３０は、ファンシュラウド４２の内側壁２０１がそれぞれの凹部２５２及び２５４内に配置され、かつ内側壁２０１の内側表面がフィン２３０の基部においてマニホルド２０２の表面と同一平面になって熱交換器組立体１３０によって生じる乱流を低減する又は除去するのを可能にするように、ガスタービンエンジン組立体１０内に配置される。より具体的には、熱交換器組立体１３０は、冷却フィン２３０のみがファンダクト４０内に延びるようにガスタービンエンジン組立体１０内に結合される。従って、ファンシュラウド４２の内側壁２０１を利用してマニホルド部分２０２を実質的に覆って、冷却空気流が、冷却フィン２３０を通ってのみ流れるようにする。

この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１０と共に製作された半径方向外側プレート２７０を利用して、熱交換器組立体１３０を取付ける。より具体的には、外側プレート２７０は、ファンシュラウド４２に結合するか又は該ファンシュラウド４２の一部分として一体形に形成することができる。従って、熱交換器組立体１３０はまた、マニホルド部分２０２と外側プレート２７０との間で延びて、外側プレート２７０内に形成された陥凹部２７２内の実質的に一定の位置にマニホルド部分２０２を支持するのを可能にする複数のスタンドオフ２７４と、スタンドオフ２７４間に配置されて、マニホルド部分２０２とガスタービンエンジン１０の外部表面との間の熱伝達を減少させるのを可能にする断熱材料２７６とを含む。この例示的な実施形態では、断熱材料２７６は、セラミック断熱ブランケットである。具体的には、スタンドオフ２７４は、熱交換器組立体１３０に対して取付けられるのではなく、スタンドオフ２７４は、熱交換器組立体１３０の高さを設定するために利用され、従って、内側壁２０１の内側表面と熱交換器組立体１３０との間の「同一平面度」を制御する。

組立て時に、外側プレート２７０の周りに半径方向に配置された予組立てスタンドオフ２７４を備えた半径方向外側プレート２７０は、最初にガスタービンエンジン１０に取付けられる。次に断熱材料２７６が、スタンドオフ２７４間、及び半径方向外側プレート２７０に堆積される。次に、断熱材料２７６は、例えば接着剤を利用して外側プレート２７０に固定される。熱交換器１３０は、外熱交換器１３０がファンケーシング内側表面２０１又はファンケーシング外側表面２０３の輪郭に実質的に一致した輪郭を有するように、予め湾曲又は成形される。熱交換器組立体１３０は次に、内側壁２０１の内側表面が上述のようにフィン２３０の基部においてマニホルド２０２の表面と同一平面になるように、ガスタービンエンジン組立体１０に結合される。

作動中、高温潤滑流体は、ガスタービンエンジン１０から熱交換器１３０の複数の開口部２３２を通って流れ、実質的により低温の温度でリザーバ１２０（図２に示す）に吐出される。具体的には、潤滑流体は、ガスタービンエンジン１０内部で又は該ガスタービンエンジン１０の周りで、ほぼ円周方向の配向で流される。それと同時に、ファン吸入口２８内に又は該ファン吸入口２８の周りに供給された冷却空気流は、冷却フィン２３０を通って流れて、熱交換器組立体１３０を通って流れる潤滑流体の作動温度を低下させるのを可能にする。

例えば、作動時に、比較的温暖な潤滑流体は、開口部２３２を通って流れ、比較的温暖な流体は、その熱を伝導性表面に、すなわちマニホルド２０２の内側表面２２０に伝達し、従ってフィン２３０を冷却する。吸入口２８を通って又は吸入口２８の周りを通過する比較的低温の空気は、冷却フィン２３０を横断して及び／又は冷却フィン２３０を通って流れ、熱は、冷却フィン２３０からバイパスダクト４０を通る空気流に伝達される。従って、ファン吸入口２８内に流れる冷却空気は、冷却フィン２３０の温度を低下させるのを可能にし、従って熱交換器１３０の温度、従ってマニホルド部分２０２を通って流れる流体の温度を低下させるのを可能にする。

図５は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）で利用することができる別の例示的なコンフォーマル熱交換器組立体の斜視図である。図６は、図５に示す線６−６で取った熱交換器組立体３００の断面図である。図７は、ガスタービンエンジン１０に結合された熱交換器組立体３００の斜視図である。図示するように、熱交換器３００は、熱交換器１３０と共に利用して、異なる装置に付加的な冷却を与え或いは異なる装置を独立して冷却することができる。任意選択的に、熱交換器３００は、冷却を軽減することが必要な場合には、熱交換器１３０の代わりに利用することができる。

この例示的な実施形態では、熱交換器組立体３００は、実質的に弓形の形状を有し、それによって熱交換器組立体３００は、図８及び図９にそれぞれ示すようにファンシュラウド４２の内側表面２０１又は外側表面２０３に近接させて配置することができる。この例示的な実施形態では、熱交換器組立体３００は、熱交換器組立体１３０の長さよりも実質的に小さい長さ３０１を有する。より具体的には、熱交換器組立体３００は、ファンシュラウド４２を実質的に囲むというよりは、熱交換器３００は、該熱交換器３００を熱交換器組立体１３０と共に使用するか又は熱交換器組立体１３０とは独立して使用するかのいずれかとして、それを通って流れる潤滑流体の作動温度を低下させるのに必要な冷却能力に基づいて決定される長さ３０１を有する。熱交換器３００に類似した付加的なセグメントは、円周の周りで他の場所に設置しかつ配管して、付加的な冷却が必要な場合に付加的なセグメントを組合せるようにすることができる。

図５及び図６を参照すると、この例示的な実施形態では、熱交換器３００は、第１の端部３１０及び対向する第２の端部３１２を含む。熱交換器３００はまた、半径方向内側表面３２０、半径方向外側表面３２２、第１の上流側部３２４、及び対向する下流側の第２の側部３２６を含み、熱交換器３００がほぼ矩形の断面形状を有するようになる。熱交換器３００はまた、半径方向内側表面３２０から半径方向内向きに延びる複数の冷却フィン３３０を含む。任意選択的に、熱交換器３００はまた、半径方向外側表面３２２から半径方向外向きに延びる複数の冷却フィン３３０を含む。

熱交換器３００はまた、それを貫通して長手方向に延びる複数の開口部３３２熱交換器を含み、それら開口部の各々は、選択的に、それを通して冷却対象の流体を受けるような寸法にされる。この例示的な実施形態では、熱交換器３００は、それを貫通して延びる８つの開口部３３２を含む。任意選択的に、熱交換器３００は、所望の冷却低温化に基づいて、８つよりも多い又は少ない数の開口部３３２を含むことができる。この例示的な実施形態では、開口部３３２は、ほぼ矩形の断面輪郭を有する。任意選択的に、開口部３３２は、例えば円形のような矩形でない断面輪郭を有する。また、任意選択的に、複数のチャネルを、組合せることができ或いは別個のかつ独立した冷却回路として使用することができる。

この例示的な実施形態では、冷却フィン３３０は、マニホルドの横方向端縁部間で該マニホルドの幅に沿って延び、かつ交換器の周りに間隔を置いて配置される。タービンエンジン内に設置された時、フィンは、中心軸線１１に沿って軸方向に延び、かつガスタービンエンジン１０の内側表面の周りに半径方向に配置される。さらに、冷却フィン３３０は、該冷却フィン３３０の各々が開口部３３２に対してほぼ垂直になるようにかつ開口部３３２を通って流れる流体の方向が冷却フィン３３０を通って流れる空気流の方向に対してほぼ垂直になるように、熱交換器３００に結合される。より具体的には、冷却フィン３３０は、中心軸線１１とほぼ平行に整列しており、ファン入口２８内に又は該ファン入口２８の周りを流れる空気流が、隣接する冷却フィン３３０間に形成された複数の開口部又はチャネル３３４を通って流れるようになる。さらに、図５及び図６は、各冷却フィン３３０を実質的に単体構造の冷却フィンとして示しているが、各冷却フィン３３０は、複数の冷却フィンセグメント３３８を含むようにセグメント化することができ、このことは、本明細書に記載した本発明の技術的範囲に影響を与えるものではないことを理解されたい。

１つの実施形態では、マニホルド部分３２２は、押出し成形プロセスを利用して形成される。例えば、次に一体形フィン形成プロセスを実施して、冷却フィン３３０を形成する。任意選択的に、冷却フィン３３０は、例えば溶接法又はロウ付け法を利用してマニホルド部分３２２に取付けることができる。この例示的な実施形態では、マニホルド部分３２２及び冷却フィン３３０は、例えばアルミニウムのような金属材料で製作される。

熱交換器３００を通して冷却対象の流体を流すのを可能にするために、熱交換器組立体３００はまた、その各々が第１の端部３１０に結合された１つ又は複数の入口連結部３４０と、その各々が第２の端部３１２に結合された１つ又は複数の出口連結部３４２とを含む。この例示的な実施形態では、入口連結部３４０は、弁１３２（図２に示す）の下流に結合し、また出口連結部３４２は、弁１３４（図２に示す）の上流に結合して、弁１３２及び１３４が、所望の作動条件の間に潤滑流体をシステム１００から熱交換器組立体３００を通して流すように作動することができるようにする。任意選択的に、バイパス弁１３６を利用して、熱交換器組立体３００の周りで潤滑流体をバイパスさせることができる。

この例示的な実施形態では、熱交換器組立体３００はまた、これもまたファンケーシングの内側表面２０１を形成する半径方向内側プレート３６０と、半径方向内側プレート３６０との間に空洞３６４を形成した半径方向外側プレート３６２とを含む。この例示的な実施形態では、熱交換器３００は、それぞれプレート３６０及び３６２間で空洞３６４内に結合される。この例示的な実施形態では、半径方向内側プレート３６０は、空気流を空洞３６４内に、従って熱交換器３００を横断して流すのに利用する少なくとも１つの入口開口部３６６を含む。半径方向内側プレートはまた、入口開口部３６６の下流に配置されて空洞３６４から吐出された空気流をガスタービンエンジン組立体１０から排出するようになった少なくとも１つの出口開口部３６８を含む。この例示的な実施形態では、熱交換器３００は、半径方向内側プレート３６０の下方に凹設される。従って、入口空気流の一部分のみが熱交換器３００を横断して流れ、残りの空気流は、バイパスダクトを通してプレート３６０の内側に流れ続ける。従って、上述のように、半径方向内側プレート３６０は、熱交換器３００を横断して空気流の一部分を流すのを可能にする。

作動時に、潤滑流体は、ガスタービンエンジン１０から熱交換器３００を貫通して形成された複数の開口部３３２を通って流れ、リザーバ１２０（図２に示す）に吐出される。具体的には、潤滑流体は、ガスタービンエンジン１０内部でほぼ円周方向の配向で流される。それと同時に、ファン入口２８を通して又は該ファン入口２８の周りに供給された冷却空気流は、開口部３６６を通して熱交換器冷却フィン３３０を横切って流れ、開口部３６８を通してファン組立体１２に排出されて、熱交換器組立体３００を通って流れる潤滑流体の作動温度を低下させるのを可能にする。

例えば、作動時に、比較的温暖な潤滑流体は、開口部３３２を通って流れ、比較的温暖な流体は、その熱を伝導性表面に、すなわち熱交換器３００の上部及び／又は下部表面に伝達し、従ってフィン３３０を冷却する。入口２８を介して供給される比較的低温の空気は、冷却フィン３３０を横断して及び／又は冷却フィン３３０を通って流れ、熱は、冷却フィン３３０から空洞３６４を通って流れる空気流に伝達される。加熱空気流は次に、開口部３６８を介して空洞３６４から後方にファン組立体１２に吐出される。

上記のコンフォーマル熱交換器は、それを通って流れるあらゆる流体の温度を低下させることにおいて、費用効率がよくかつ高い信頼性がある。より具体的には、各熱交換器組立体は、ほぼ矩形の断面輪郭を有する熱交換器と、それを貫通して延びる複数の冷却開口部とを含む。本熱交換器はまた、該熱交換器の半径方向内側表面に結合され、また該熱交換器の半径方向外側表面にもまた結合することができる複数の冷却フィンを含む。この例示的な実施形態では、空気流経路を横切る熱交換器は、押出し成形したアルミニウム材料を利用して製作することができ、また比較的小さい断面輪郭を有しており、熱交換器組立体に起因する可能性があるバイパスダクト内での圧力低下を最小にするのを可能にする。具体的には、またこの例示的な実施形態では、フィン輪郭は、約０．４〜０．５インチのフィン長さを有する、約０．０１０〜約０．０２５インチの厚さである。従って、熱交換器フィンは、約０．４〜０．５インチほど空気流ストリーム内に突出するが、これは、特定のエンジンに応じて可変である。さらに、公知の「ブリック」型熱交換器を同様のエンジン上に設置した場合には、約０．３５％ＳＦＣ（燃料消費率）の圧力低下損失が生じる。一方、本明細書に記載したコンフォーマル熱交換器は、約０．０６％ＳＦＣの圧力低下をもたらす。従って、本明細書に説明したコンフォーマル熱交換器は、熱伝達能力が、公知の「ブリック」熱交換器よりも約４倍大きい。従って、等熱伝達基準で、この「コンフォーマル」冷却器は、約０．０１５％のＳＦＣ効果を有した。

以上、熱交換器組立体の例示的な実施形態を詳細に説明している。本熱交換器組立体は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ各システムの構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。例えば、各熱交換器組立体は、幅広い種類のガスタービンエンジンにおいて利用することができ、またガスタービンエンジン内の幅広い種類の場所内に配置することができる。さらに、本明細書に記載した熱交換器組立体はまた、バイパスダクト内のスプリッタの半径方向外側壁に対して、或いは所望に応じてファンシュラウドの外側表面に対して結合することができる。実施可能であれば、熱交換器組立体は、冷却をもたらすことができる空気流が存在するあらゆる場所に取付けることができる。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の修正で実施することができることは、当業者には分かるであろう。

例示的なガスタービンエンジンの概略図。図１に示すガスタービンエンジンで利用することができる例示的な潤滑システムの概略図。図１に示すガスタービンエンジンで利用することができる例示的な弓形熱交換器の斜視図。線４−４で取った、図３に示す熱交換器の断面図。図１に示すガスタービンエンジンで利用することができる別の例示的な熱交換器の斜視図。線６−６で取った、図５に示す熱交換器の断面図。図１に示すガスタービンエンジン内に結合された、図５に示す熱交換器組立体の斜視図。ガスタービンエンジンの内部表面に結合された、図３及び図５に示す熱交換器を含む図１に示す例示的なガスタービンエンジンの概略図。ガスタービンエンジンの外部表面に結合された、図３及び図５に示す熱交換器を含む図１に示す例示的なガスタービンエンジンの概略図。

１０ガスタービンエンジン（ガスタービンエンジン組立体）
１１長手方向軸線
１２ファン組立体
１３コアガスタービンエンジン
１４高圧圧縮機
１６燃焼器
１８高圧タービン
２０低圧タービン
２４ファンブレード
２６ロータディスク
２８ファン入口又はエンジン吸入側
３０エンジン排出側
４０ファン又はバイパスダクト
４２ファンケーシング又はシュラウド
４４スプリッタ
５０第１の部分
５２第２の部分
６０ギヤボックス
１００供給及び排出システム
１０４軸受
１０６軸受
１０８軸受
１１０ポンプ
１１２ポンプ
１２０オイル供給源又はリザーバ
１３０熱交換器組立体
１３２入口弁
１３４出口弁
１３６バイパス弁
１５０ファン支柱
２０１ファンケーシング内側壁又は内側表面
２０２マニホルド部分
２０３ファンケーシング外側壁又は外側表面
２０５外側表面
２１０マニホルド部分の第１の端部
２１２マニホルド部分の第２の端部
２２０半径方向内側表面
２２２半径方向外側表面
２２４対向する下流壁
２２６上流壁
２３０冷却フィン
２３２開口部又はチャネル
２３６開口部又はチャネル
２３８冷却フィン又はフィンセグメント
２４０入口連結部
２４２出口連結部
２４４第１の取付け部分
２４６第２の取付け部分
２４８厚さ
２５０厚さ
２５２第１のショルダ部又は凹部
２５４第２のショルダ部又は凹部
２７０半径方向外側プレート
２７２陥凹部
２７４スタンドオフ
２７６断熱材料
３００熱交換器
３０１長さ
３１０第１の端部
３１２第２の端部
３２０半径方向内側表面
３２２半径方向外側表面
３２４第１の上流側部
３２６第２の下流側部
３３０冷却フィン
３３２開口部
３３４開口部又はチャネル
３３８冷却フィンセグメント
３４０入口連結部
３４２出口連結部
３６０半径方向内側プレート
３６２半径方向外側プレート
３６４空洞
３６６入口開口部
３６８出口開口部

Claims

ファン組立体（１２）と、
前記ファン組立体の下流のブースタと、
前記ファン組立体を実質的に囲むファンケーシング（４２）と、
前記ファンケーシングとの間にバイパスダクト（４０）が形成されるように前記ブースタを実質的に囲むブースタケーシングと、
前記ファン組立体の上流で前記ファンケーシングに結合された弓形熱交換器組立体（３００）と、
を含むガスタービンエンジン（１０）。
前記弓形熱交換器（３００）が、前記ファンケーシング（４２）の輪郭と実質的に同じ輪郭を有する、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記弓形熱交換器（３００）が、
それを貫通して延びる複数の開口部（２３２、２３６）を含む熱交換器と、
前記熱交換器に結合された複数の冷却フィン（２３８）と、
前記バイパスダクトを通って流れる空気流が前記冷却フィン上を流れて前記開口部を通って流れる流体の作動温度を低下させるのを可能にするように前記熱交換器に結合された少なくとも１つのカバープレート（３６０、２７０）と、
を含む、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記熱交換器（３００）が、前記冷却フィン（２３８）と単体構造に形成される、請求項３記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記熱交換器（３００）が、ほぼ矩形の断面輪郭を有し、
前記熱交換器を貫通して延びる各前記開口部（２３２、２３６）が、ほぼ矩形の断面輪郭を有する、
請求項３記載のガスタービンエンジン（１０）。
前記弓形熱交換器（３００）が、該熱交換器と単体構造に形成された少なくとも１つの取付け部分（２４４、２４６）をさらに含み、
前記熱交換器が、第１の厚さ（２４８）を有し、
前記取付け部分が、該取付け部分の半径方向内側に凹部（２５２、２５４）が形成されるように前記第１の厚さよりも小さい第２の厚さ（２５０）を有する、
請求項３記載のガスタービンエンジン。