JP2017025914A

JP2017025914A - タービンエンジン用冷却システム

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Publication number: JP2017025914A
Application number: JP2016138086A
Authority: JP
Inventors: ブランドン・ウェイン・ミラー; Wayne Miller Brandon; ジェフリー・アンソニー・ハメル; Anthony Hamel Jeffrey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-02-02
Also published as: BR102016016549A2; CN106368821A; US9995314B2; US20170023018A1; CN106368821B; EP3121418A1; CA2935370A1

Abstract

【課題】１つまたは複数のシャフトによって結合された、圧縮機部およびタービン部を含むガスタービンエンジンを提供する。
【解決手段】圧縮機部は、空気を漸進的に圧縮し、ガスタービンエンジンの軸方向（Ａ）を中心に回転可能なロータブレード（１０２）の後方段（１２４）を含む。圧縮機部の中またはそこからの圧縮空気を冷却するために、冷却システム（１００）がガスタービンエンジンに含まれる。冷却システム（１００）は、ある量の冷却流体を収容する流体タンク（１４８）と、流体タンク（１４８）と流体連通する１つまたは複数の流体ラインと、を含む。１つまたは複数の流体ラインは、ロータブレード（１０２）の後方段（１２４）に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射するための、ロータブレード（１０２）の後方段（１２４）に隣接して配置された出口を含む。
【選択図】図１

Description

本主題は、一般的には、ガスタービンエンジン用冷却システムに関する。

ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流体連通するように配置されたファンおよびコアを含む。さらに、ガスタービンエンジンのコアは、一般的に、流れの順に、圧縮機部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。動作時には、ファンから圧縮機部の入口に空気が供給され、空気が燃焼部に到達するまで、１つまたは複数の軸流圧縮機が漸進的に空気を圧縮する。燃料が圧縮空気と混合され、燃焼部内で燃焼して、燃焼ガスを提供する。燃焼ガスは、燃焼部からタービン部まで送られる。タービン部を通る燃焼ガスの流れは、タービン部を駆動し、次に、排気部を通って、たとえば大気中に送られる。

ガスタービンエンジンの効率を高めるためには、ガスタービンエンジンの全体の圧力比を大きくすることが望ましい。全体の圧力比は、一般的に、圧縮機部の後端部で測定された圧力に対する、圧縮機部の前端部で測定されたよどみ点圧力の比を指す。しかし、全体の圧力比が高くなると、圧縮空気の温度も上昇する。圧縮機部のロータブレードおよび／またはステータベーンを構成するのに用いる材料は、通常、増加した全体の圧力比に伴う可能性のある高い温度に耐えるように設計されていない。さらに、全体の圧力比は、このようなエンジンを有する航空機の離陸および上昇時に最も大きくなる可能性があるので、増加した全体の圧力比に伴う高い温度に対する感受性は、特に狭体航空機に設けられたエンジンなどの高サイクルカウントエンジン対して限界を与える場合があり得る。

したがって、ガスタービンエンジンの圧縮機部内の圧縮空気を冷却するための装置は有用であろう。より具体的には、特定のエンジン動作中の高い全体の圧力比に伴う高い温度に感受性のある圧縮機部の特定の部品を冷却することができる装置は、特に有益であろう。

米国特許出願公開第２０１４／０１２３６７５号明細書

本発明の態様および利点は、以下の説明で部分的に記述され、または説明から明らかになり、または本発明の実施を通して知ることができる。

本開示の例示的な一実施形態では、軸方向を規定するガスタービンエンジンが提供される。ガスタービンエンジンは、空気を漸進的に圧縮する圧縮機部であって、軸方向を中心に回転可能なロータブレードの後方段を含む圧縮機部を含む。ガスタービンエンジンは、圧縮機部の中またはそこからの圧縮空気を冷却するための冷却システムをさらに含む。冷却システムは、ある量の冷却流体を収容する流体タンクと、流体タンクと流体連通する１つまたは複数の流体ラインと、を含む。１つまたは複数の流体ラインは、ロータブレードの後方段に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射するための、圧縮機部のロータブレードの後方段に隣接して配置された出口を含む。

本開示の別の例示的な実施形態では、航空ガスタービンエンジンの圧縮機部の中またはそこからの圧縮空気を冷却するための冷却システムが提供される。冷却システムは、ある量の冷却液を収容する流体タンクと、流体タンクと流体連通する１つまたは複数の流体ラインと、を含む。１つまたは複数の流体ラインは、出口を含み、圧縮機部のロータブレードの後方段に近接する圧縮空気中に冷却液を噴射するために、圧縮機部のロータブレードの後方段に隣接して出口が配置されるように取り付けられるように構成される。

本開示の例示的な一態様では、ガスタービンエンジンの圧縮機部の後端部を冷却するための方法が提供される。本方法は、高いパワー出力を達成するように前記ガスタービンエンジンを動作させるステップと、圧縮機部の後端部に隣接して配置された出口を画成する流体ラインを有する冷却システムを用いて、圧縮機部の後端部に近接する圧縮空気中に消耗可能な冷却液を噴射するステップと、を含む。

本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の図面を参照すれば、より良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本発明の実施形態を例示し、説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。

本主題の様々な実施形態による例示的なガスタービンエンジンの概略的な断面図である。本開示の例示的な一実施形態による冷却システムを含む、図１の例示的なガスタービンエンジンの拡大し簡略化した概略図である。図１の例示的なガスタービンエンジンの圧縮機部の後端部、および図２に示す例示的な冷却システムの一部分の拡大し簡略化した概略図である。図２に示す例示的な冷却システムを、図１の例示的なガスタービンエンジンの軸方向に沿って見た概略図である。本開示の別の例示的な実施形態による冷却システムを含む、図１の例示的なガスタービンエンジンの拡大し簡略化した概略図である。図１の例示的なガスタービンエンジンの圧縮機部の後端部、および図５に示す例示的な冷却システムの一部分の拡大し簡略化した概略図である。本開示のさらに別の例示的な実施形態による冷却システムを含む、図１の例示的なガスタービンエンジンの拡大し簡略化した概略図である。本開示のまたさらに別の例示的な実施形態による冷却システムを含む、図１の例示的なガスタービンエンジンの拡大し簡略化した概略図である。ガスタービンエンジンを動作させるための例示的な方法のフローチャートである。

本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明は、図面の特徴を参照するために、数字および文字の符号を用いる。図面および説明の同様のまたは類似の符号は、本発明の同様のまたは類似の部材を指すために用いている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、１つの構成要素と別の構成要素とを区別するために交換可能に用いることができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図しない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れについての相対的方向を示す。たとえば、「上流」は流体がそこから流れる方向を示し、「下流」は流体がそこへ流れる方向を示す。

ここで図面を参照すると、図面全体を通して同一符号は同一要素を示しており、図１は、本開示の例示的な一実施形態によるガスタービンエンジンの概略的な断面図である。より具体的には、図１の実施形態では、ガスタービンエンジンは、高バイパス・ターボファン・ジェットエンジン１０であり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ぶ。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（参照のために設けられた長手方向中心線１２と平行に延びる）、径方向Ｒ、および周方向Ｃ（図４を参照）を規定する。一般に、ターボファンエンジン１０は、ファン部１４、およびファン部１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６を含む。

図示する例示的なコアタービンエンジン１６は、一般的に環状入口２０を画成する実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、直列の流れの関係で、ブースタもしくは低圧（ＬＰ）圧縮機２２および高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機部と、燃焼部２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８および低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービン部と、ジェット排気ノズル部３２と、を収容する。高圧（ＨＰ）シャフトすなわちスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動的に連結する。低圧（ＬＰ）シャフトすなわちスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動的に連結する。圧縮機部、燃焼部２６、およびタービン部は、全体としてコア空気流路３７を画成する。

図示する実施形態では、ファン部１４は、間隔を置くようにディスク４２に結合された複数のファンブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示するように、ファンブレード４０は、ほぼ径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延在する。各ファンブレード４０は、ファンブレード４０のピッチを同時にまとめて変化させるように構成された適切な作動部材４４に動作可能に結合されたファンブレード４０により、ピッチ軸Ｐを中心としてディスク４２に対して回転することができる。ファンブレード４０、ディスク４２、および作動部材４４は共に、動力ギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって長手方向軸１２を中心として回転することができる。動力ギヤボックス４６は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的な回転ファン速度に低下させる複数のギヤを含む。

さらに図１の例示的な実施形態を参照すると、ディスク４２は、複数のファンブレード４０を通る空気流を促進するために空気力学的に輪郭づけされた回転可能なフロントハブ４８で覆われている。さらに、例示的なファン部１４は、ファン３８および／またはコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を周方向に取り囲む環状ファンケーシングまたは外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、周方向に間隔を置いて配置された複数の出口ガイドベーン５２により、コアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができることを理解されたい。さらに、ナセル５０の下流部分５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分を覆うように延在してもよく、それらの間にバイパス空気流路５６を画成することができる。

ターボファンエンジン１０の動作時には、ある量の空気５８が、ナセル５０および／またはファン部１４の関連する入口６０を通ってターボファンエンジン１０に入る。ある量の空気５８がファンブレード４０を通過する際に、空気５８の第１の部分は、矢印６２で示すように、バイパス空気流路５６内に導かれまたは送られ、空気５８の第２の部分は、矢印６４で示すように、コア空気流路３７内に、より具体的には、ＬＰ圧縮機２２内に導かれまたは送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との比は、バイパス比として一般的に知られている。次に、空気の第２の部分６４が高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼部２６内に送られる際にその圧力が増加し、燃焼部２６で燃料と混合され、燃焼して、燃焼ガス６６を提供する。

燃焼ガス６６はＨＰタービン２８を通って送られ、そこで燃焼ガス６６からの熱および／または運動エネルギーの一部は、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービン・ステータ・ベーン６８と、ＨＰシャフトすなわちスプール３４に結合されたＨＰタービン・ロータ・ブレード７０と、の連続段を通して抽出され、ＨＰシャフトすなわちスプール３４を回転させ、それによってＨＰ圧縮機２４の動作を支援する。次に燃焼ガス６６はＬＰタービン３０を通って送られ、そこで熱および運動エネルギーの第２の部分は、燃焼ガス６６から、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービン・ステータ・ベーン７２と、ＬＰシャフトすなわちスプール３６に結合されたＬＰタービン・ロータ・ブレード７４と、の連続段を通して抽出され、ＬＰシャフトすなわちスプール３６を回転させ、それによってＬＰ圧縮機２２の動作および／またはファン３８の回転を支援する。

燃焼ガス６６は、次に、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズル部３２を通って送られ、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２がターボファンエンジン１０のファンノズル排気部７６から排出される前にバイパス空気流路５６を通って送られる際に、空気の第１の部分６２の圧力が実質的に増加し、また推進力を提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、およびジェット排気ノズル部３２は、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に画成する。

しかし、図１に示す例示的なターボファンエンジン１０は、例示するためだけのものであり、他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、さらに、または代わりに、他の任意の適切なガスタービンエンジンにも適用することができることを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、ガスタービンエンジンは、ターボジェットエンジン、ターボシャフトエンジン、ターボプロップエンジンなどの他の任意の適切な航空ガスタービンエンジンであってもよい。

ここで図２を参照して、図１のターボファンエンジン１０の拡大した側面の概略図を示す。より具体的には、図２は、圧縮機部の後端部（またはより具体的には、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０）、燃焼部２６、およびタービン部の前端部８２（より具体的には、ＨＰタービン２８の前端部８２）の拡大図を示す。さらに、以下でより詳細に説明するように、ターボファンエンジン１０は、圧縮機部の中のもしくはそこからの圧縮空気を冷却するための、および／またはＨＰ圧縮機２４の後端部８０に近接する圧縮機部の特定の部品を冷却するための、本開示の例示的な実施形態による冷却システム１００を含む。

図示するように、ＨＰ圧縮機２４は、長手方向中心線１２中心として回転可能なロータブレード１０２の様々な段を含む。特定の段の各ロータブレード１０２は、根元部１０４において複数のＨＰ圧縮機ロータ１０６のうちの１つに取り付けられている。各ＨＰ圧縮機ロータ１０６は、ボア１０８およびウェブ１１０を含み、スペーサアーム１１２を介して隣接するＨＰ圧縮機ロータ１０６に連結されている。ロータブレード１０２の各段は、コア空気流路３７のその部分を通って流れる空気を漸進的に圧縮する。ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の隣接する各段の間には、ＨＰ圧縮機ライナ１１６に取り付けられた固定ステータベーン１１４の段が配置される。ＨＰ圧縮機ライナ１１６の内側表面は、コア空気流路３７に直接露出され、かつ、コア空気流路３７を少なくとも部分的に画成する。各ステータベーン１１４は、スペーサアーム１１２からほぼ径方向Ｒに沿って延在する複数の歯１２２に隣接して配置された径方向内側端部１２０において、シール１１８を含む。シール１１８および歯１２２は、ステータベーン１１４の径方向内側端部１２０の周りの許容可能な空気流の量を低減するように構成される。

圧縮空気は、ロータブレード１０２の後方段１２４を通過した後に、圧縮空気を流して、そのような圧縮空気を燃焼部２６内に導くためのディフューザ１２６を通って流れる。図示する実施形態では、ディフューザ１２６は、燃料が燃焼部２６内でより容易に点火されるように、圧縮空気の流れのマッハ数を低減するようにさらに構成される。

ＨＰ圧縮機２４からの圧縮空気は、燃焼部２６の複数の燃料空気混合器１２８のうちの１つを用いて燃料と混合される。燃焼部２６は、内側ライナ１３０および外側ライナ１３２をさらに含み、内側ライナ１３０および外側ライナ１３２は共に、少なくとも部分的に燃焼室１３４を画成する。燃料と圧縮空気との混合気は、燃焼室１３４内で燃焼されて燃焼ガスを生成し、燃焼ガスは燃焼室１３４からＨＰタービン２８内に流れる。ＨＰタービン２８を通る燃焼ガスの流れは、ＨＰタービン・ロータ・ブレード７０の連続する段を回転させる。ＨＰタービン・ロータ・ブレード７０の各段に隣接して、ライナ１３５に取り付けられたタービン・ステータ・ベーン６８の段が配置される。ＨＰタービンライナ１３５の内側表面は、コア空気流路３７に直接露出され、かつ、コア空気流路３７を少なくとも部分的に画成する。さらに、ＨＰタービン・ロータ・ブレード７０の特定の段の各ＨＰタービン・ロータ・ブレード７０は、基部１３８においてそれぞれのＨＰタービンロータ１３６に取り付けられる。ＨＰタービンブレード７０および各ＨＰタービンロータ１３６の回転は、ＨＰタービン２８を駆動する。ＨＰタービンロータ１３６は、ＨＰロータシャフト３４に結合され、ＨＰロータシャフト３４はまた、ＨＰロータシャフト３４のアーム１４０を介してＨＰ圧縮機ロータ１０６に結合される。したがって、説明したように、ＨＰタービン・ロータ・ブレード７０の回転は、ＨＰ圧縮機２４を駆動する。

特に、ＨＰロータシャフト３４は、図示した実施形態では、圧縮機吐出圧力シール１４２をさらに含み、それは、図示した実施形態では、ＨＰ圧縮機２４から、ＨＰロータシャフト３４と前方内側ノズル支持部材１４６との間に画成された径方向内側キャビティ１４４への、圧縮空気の流れを調整するように構成される。

上述したように、図２に示す例示的なターボファンエンジン１０は、例示的な冷却システム１００をさらに含む。例示的な冷却システム１００は、一般に、ある量の冷却流体を収容するための流体タンク１４８および１つもしくは複数の流体ラインを含む。１つまたは複数の流体ラインは、たとえば、ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射するために、流体タンク１４８と流体連通する。より具体的には、図示した例示的な冷却システム１００では、１つまたは複数の流体ラインは、タンク１４８、圧縮機流体ライン１５２、およびタービン流体ライン１５４と流体連通する供給流体ライン１５０を含む。さらに、例示的な冷却システム１００は、バルブ１５６を含み、バルブ１５６は、供給流体ライン１５０に流体接続された入口と、圧縮機流体ライン１５２に流体接続された第１の出口と、タービン流体ライン１５４に流体接続された第２の出口と、を含む。

バルブ１５６は、入口から第１の出口および第２の出口へ（すなわち供給流体ライン１５０から圧縮機流体ライン１５２およびタービン流体ライン１５４へ）一定の割合で冷却流体を供給する標準的な３方向バルブであってもよい。しかし、それに代えて、バルブ１５６は、入口から第１の出口および第２の出口に供給される冷却流体の割合を変更するように構成された可変スループット３方向バルブであってもよい。たとえば、バルブ１５６は、入口から第１の出口へ冷却流体の０％から１００％までのいずれかを供給するように構成されてもよい。さらに、バルブ１５６は、入口から第２の出口へ冷却流体の０％から１００％までのいずれかを供給するように構成されてもよい。また、バルブ１５６は、第１および第２の出口の両方を通る許容可能な冷却流体の総量を制限することが可能であってもよい。したがって、バルブ１５６は、たとえば、このような冷却の必要性に基づいて、圧縮機流体ライン１５２および／またはタービン流体ライン１５４への冷却流体の流れを有効に遮断することが可能であってもよい。

特定の例示的な実施形態では、冷却流体は、水またはグリコール水混合物（たとえば、凍結に耐えられる）などの消耗可能な冷却液であってもよい。しかし、それに代えて、他の実施形態では、他の任意の適切な冷却流体を供給してもよい。特に、本明細書で使用される、冷却流体に関する「消耗可能な」という用語は、冷却流体が部品の温度を低下させる方法を指す。具体的には、少なくとも特定の例示的な態様では、「消耗可能な」という用語は、部品と接触した後に蒸発して、熱を吸収し、そのような部品の温度を低下させるように構成された液体を指す。

また図２に示すように、例示的な冷却システム１００は、流体ライン、供給流体ライン１５０を通してタンク１４８からの冷却流体の流れを生成するためのポンプ１５８をさらに含む。ポンプ１５８は、インペラを含むロータリポンプであってもよいし、あるいは、他の任意の適切な流体ポンプであってもよい。さらに、図示した実施形態では、ポンプ１５８および流体タンク１４８は、径方向Ｒに沿ったコア空気流路３７の外側に配置される。したがって、１つまたは複数の流体ラインの少なくとも１つは、コア空気流路３７を通って、径方向Ｒに沿ったコア空気流路３７の内側の位置まで延在する。図示した実施形態では、コア空気流路３７を通って延在する冷却システム１００の流体ラインを収容するために、コア空気流路３７を通って延在する別個の管１６０が設けられる。特に、特定の例示的な実施形態では、ポンプ１５８および／またはバルブ１５６は、冷却システム１００の動作を制御する、ターボファンエンジン１０のコントローラと動作可能に通信することができる。たとえば、コントローラは、たとえば、ターボファンエンジン１０の動作条件に基づいて、あるいは１つまたは複数の温度センサ（図示せず）に応答して、冷却システム１００を通る冷却流体の流量を調整することができる。

しかし、他の例示的な実施形態では、ポンプ１５８および／またはタンク１４８は、代替的に、径方向Ｒに沿ったコア空気流路３７から内側に配置してもよいことを理解されたい。そのような構成では、あるいは他の構成では、ポンプ１５８は、たとえば、ＨＰシャフト３４と直接的および／または間接的に結合され、たとえば、ＨＰシャフト３４によって駆動されてもよい。

さらに図２を参照すると、タービン流体ライン１５４は、タービン部に供給された冷却空気流内に冷却流体を噴射するように構成される。具体的には、図示した実施形態では、タービン流体ライン１５４は、ＨＰタービン２８から冷却チャネル１６２を通って流れる冷却空気流内に冷却流体を噴射するように構成される。図示した実施形態では、冷却チャネル１６２は、前方内側ノズル支持体１４６によって少なくとも部分的に画成される。さらに、冷却チャネル１６２は軸流インデューサ１６４を含み、軸流インデューサ１６４は、ＨＰタービンロータ１３６上の停滞に起因する温度上昇を最小にしつつ、静止基準系から回転基準系へ冷却空気流を運ぶ。冷却チャネル１６２を通して供給される冷却空気流は、ＨＰタービン２８の特定の部品の温度を低下させるために供給される冷却空気として用いることができる。たとえば、冷却チャネル１６２を通して供給される冷却空気流は、ＨＰタービン・ロータ・ブレード７０の第１段１６６などのＨＰタービン・ロータ・ブレード７０に供給されてもよく、および／またはＨＰタービンロータ１３６のキャビティのためのキャビティパージ空気であってもよい。

図示するように、タービン流体ライン１５４は、バルブ１５６から冷却チャネル１６２の少なくとも一部を通ってＨＰタービン２８に向かって延在する。タービン流体ライン１５４は、冷却チャネル１６２を通って流れる冷却空気中に冷却流体を噴射するための出口を画成するノズル１６８を含む。チャネル１６２を通って流れる冷却空気中に噴射された冷却流体は、冷却空気の温度を低下させることができるので、ＨＰタービン２８の特定の部品の所望の温度を維持するのに必要な冷却空気をより少なくし、および／または、ＨＰタービン２８の特定の部品の温度をさらに低下させて、そのような部品の寿命を延ばすことができる。特に、ＨＰタービン２８の特定の部品の所望の温度を維持するのに必要な冷却空気がより少なくなれば、圧縮機部から取り出す必要のある空気がより少なくなり、ターボファンエンジン１０の効率を向上させることができる。しかし、他の例示的な実施形態では、タービン流体ライン１５４は、たとえばＨＰタービン２８に供給される冷却空気の温度を低下させるために他の任意の適切な位置まで延在することができることに留意されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、タービン流体ライン１５４は、１つまたは複数のＨＰタービンロータ１３６に冷却流体を間接的に噴霧するために、前方内側ノズル支持体１４６を通って延在することができる。

また、このような構成は、タービン部を通って延在するコア空気流路３７の流体噴射システムを含む従来技術の構成とは異なることを理解されたい。そのような従来技術の構成は、タービン部を通って延在するコア空気流路３７内の空気流の全体の温度を低下させるように設定されている。これらの従来技術の構成に対して、本構成は、冷却空気流自体の温度を下げるために、タービン部の特定の部品に供給された冷却空気流内に冷却流体を噴射することができる。以下で説明するように、本明細書で開示する構成では、従来技術の構成よりも必要とする冷却流体がより少なくなる。

ここで図３も参照すると、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０の拡大図が示されている。特に、ターボファンエンジン１０の効率の１つの尺度は、ターボファンエンジン１０の全体の圧力比である。全体の圧力比は、一般的に、圧縮機部の前端部におけるよどみ点圧力に対する圧縮機部の後端部８０における圧力の比を指す。しかし、ターボファンエンジン１０の全体の圧力比が増加するにつれて、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０における圧縮空気および部品の温度も上昇する。ＨＰ圧縮機２４に損傷を与えることなく全体の圧力比の増加を可能にするために、図２および図３に示す例示的な冷却システム１００は、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０の中のまたはそこからの圧縮空気、あるいは１つまたはＨＰ圧縮機２４の後端部８０におけるＨＰ圧縮機２４の特定の部品の一方または両方を冷却するための圧縮機流体ライン１５２を含む。

具体的には、圧縮機流体ライン１５２は、ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射するように構成される。圧縮機流体ライン１５２は、出口を含み、というよりは出口を画成するノズル１７０を含み、それはＨＰ圧縮機２４のロータブレードの後方段１２４に隣接して配置される。本明細書で使用される「ＨＰ圧縮機２４のロータブレードの後方段１２４に隣接して配置される」とは、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０内の圧縮空気中に冷却流体の流れを噴射するのに十分なほど近い位置に配置されることを意味する。図示した例示的な実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、ロータブレード１０２の後方段１２４のすぐ下流側であって、径方向Ｒに沿ったコア空気流路３７の内側にある固定フレーム部材に取り付けられている。より具体的には、図示する実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、径方向Ｒに沿ったディフューザ１２６の内側の位置にある、前方内側ノズル支持体１４６の前端部１７２に取り付けられている。このような構成では、ノズル１７０により画成された出口は、ロータブレード１０２の後方段１２４のすぐ下流側に配置されている。しかし、他の例示的な実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、その代わりに、ノズルがＨＰ圧縮機２４の後端部８０へ冷却流体の流れを噴射することを可能にする他の任意の適切な固定部材に取り付けられてもよい。

上述したように、図示した実施形態では、ノズル１６８は、ロータブレード１０２の後方段１２４のすぐ下流側に配置されている。したがって、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０に冷却流体の流れを噴射するために、ノズル１６８は、出口を通ってほぼＨＰ圧縮機２４の前端部に向かって（すなわち上流方向に）冷却流体を噴霧するように構成される。特に、動作時には、すなわち、ロータブレード１０２の後方段１２４が軸方向Ａを中心として回転している時には、高い圧力の圧縮空気がより低い圧力の領域へ流れようとする場合がある。たとえば、高い圧力の圧縮空気が、ステータベーン１１４の径方向内側端部１２０の周りを流れて、上流位置に流れようとする場合がある。したがって、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０を通る空気流は、ステータベーン１１４のシール１１８およびＨＰ圧縮機ロータ１０６の複数の歯１２２に隣接する領域で渦を巻く傾向がある。ターボファンエンジン１０の全体の圧力比が増加するにつれて、このような高温の圧縮空気の渦巻きによって、これらの部品の温度もまた、他の部品よりも上昇することがあり得る。したがって、ロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射することにより、冷却流体は、温度が上昇した領域（すなわち、圧縮空気が渦巻いている領域）まで前方に移動し、蒸発することができる。冷却流体の蒸発は、熱を吸収し、部品および／または圧縮空気を冷却する。

このように、本発明の例示的な実施形態による冷却システム１００を有するガスタービンエンジンは、圧縮機部の後端部にある特定の部品を損傷するリスクなしに、その全体の圧力比を増加させることが可能である。したがって、本開示の例示的な実施形態による冷却システム１００を有するガスタービンエンジンは、より高い効率を達成することができると共に、圧縮機部の後端部にある特定の部品の寿命を延ばすことができる。

ここで図４も参照して、図２の例示的な冷却システム１００のターボファンエンジン１０の軸方向Ａに沿った簡略化した概略図を示す。図示するように、図示した実施形態では、１つまたは複数の流体ラインは、複数の圧縮機流体ライン１５２をさらに含む。複数の圧縮機流体ライン１５２は、出口を含み、というよりは出口を画成するノズル１７０をそれぞれ含み、複数の流体ライン１５２のノズル１７０および出口は、ターボファンエンジン１０の周方向Ｃを中心としてターボファンエンジン１０の周りに離間して配置される。複数の圧縮機流体ライン１５２の各々の出口は、ロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射するために、ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に隣接して配置することができる。図示した実施形態では、複数の圧縮機流体ライン１５２は、軸方向Ａを中心として周方向に離間し、ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に隣接して配置された１６本の圧縮機流体ライン１５２を含む。しかし、他の例示的な実施形態では、複数の圧縮機流体ライン１５２は、１６本未満の圧縮機流体ライン１５２を含んでもよく、あるいは、複数の流体ラインは、少なくとも２０本の圧縮機流体ライン１５２、少なくとも２５本の圧縮機流体ライン１５２、または少なくとも３０本の圧縮機流体ライン１５２を含んでもよい。

特定の例示的な実施形態では、冷却システム１００は、タービン流体ライン１５４の同様の構成をさらに含むことができることを理解されたい。より具体的には、特定の例示的な実施形態では、冷却システム１００は、たとえば冷却空気流チャネル１６２の周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置された複数のタービン流体ライン１５４をさらに含むことができる。しかし、他の例示的な実施形態では、冷却システム１００は、タービン流体ライン１５４の他の任意の適切な構成を有してもよい。あるいは、さらに他の例示的な実施形態では、冷却システム１００は、タービン流体ライン１５４を含まなくてもよく、その代わりに、たとえば、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０に冷却流体を供給することに集中してもよい。

特定の実施形態では、冷却システム１００は、（たとえば、圧縮機流体ライン１５２を通して）ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に毎秒２ポンドまでの冷却流体を噴射するように構成することができる。しかし、代わりに、冷却システム１００は、毎秒約３ポンドまでの冷却流体、毎秒約４ポンドまでの冷却流体、毎秒約５ポンドまでの冷却流体、または毎秒約６ポンドまでの冷却流体を、ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に噴射するように構成されてもよい。本明細書で使用される「約」または「ほぼ」などの近似の用語は、１０％の誤差限界内にあることを意味することを理解されたい。

さらに、またはその代わりに、冷却システム１００は、ＨＰ圧縮機２４を通って流れる圧縮空気の質量流量レートの約０．０５％より大きく、かつ、ＨＰ圧縮機２４を通って流れる圧縮空気の質量流量レートの約１０％より小さいレートで、（たとえば圧縮機流体ライン１５２を通して）ＨＰ圧縮機２４のロータブレード１０２の後方段１２４に近接する圧縮空気中に冷却流体を噴射するように構成されてもよい。しかし、他の実施形態では、冷却システム１００は、ＨＰ圧縮機２４を通って流れる圧縮空気の質量流量レートの約０．０５％〜約５％、約０．０５％〜約３％、または約０．０５％〜約２％を噴射するように構成されてもよい。

特に、冷却システム１００は、さらに、またはその代わりに、圧縮機流体ライン１５２を通るのと同一もしくは同様のレート、および／または圧縮機流体ライン１５２を通るのと同一もしくは同様の比で、たとえばタービン流体ライン１５４を通る冷却空気流中に冷却流体を噴射するように構成されてもよい。

さらに、特定の例示的な態様では、冷却システム１００は、増加した全体の圧力比が所望される時間だけ動作させることができる。たとえば、図９に関して後述するように、冷却システム１００は、そのような例示的なターボファンエンジン１０を有する航空機が離陸および上昇している時などのターボファンエンジン１０のピークパワーの期間に、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０を冷却するように動作するだけであってもよい。

上述したように、本開示の特定の例示的な実施形態による冷却システム１００は、ＨＰ圧縮機２４のロータブレードの後方段１２４に近接する空気流、またはＨＰ圧縮機２４のロータブレードの後方段１２４に近接するＨＰ圧縮機２４の特定の部品の少なくとも１つを冷却することを可能にすることができる。このように、本開示の特定の例示的な実施形態による冷却システム１００は、ガスタービンエンジンの増加した全体の圧力比を可能にすることができる。

ここで図５および図６を参照して、図２〜図４に関して上述した例示的な冷却システム１００の代替的な実施形態を提供する。より具体的には、図５は、本開示の別の例示的な実施形態による冷却システム１００を含む、図１の例示的なターボファンエンジン１０の簡略化した概略図であり、図６は、図５の例示的な冷却システム１００を含む、図１のターボファンエンジン１０のＨＰ圧縮機２４の後端部８０の拡大した概略図である。

上述したように、冷却システム１００の他の例示的な実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、圧縮機流体ライン１５２のノズル１７０がＨＰ圧縮機２４の後端部８０に冷却流体の流れを噴射することを可能にする任意の適切な位置に配置することができる。図５および図６の例示的な冷却システム１００は、図２〜図４に関して上述した例示的な冷却システム１００と実質的に同じように構成することができる。しかし、図５および図６に示す実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０において圧縮機ステータベーン１１４に隣接して取り付けられ、またはそれに一体化されている。より具体的には、図示する実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、ステータベーン１１４を通って延在する流体導管に流体接続される。本開示の目的のために、ステータベーン１１４を通って延在する流体導管は、圧縮機流体ライン１５２のノズル１７０とみなされる。ステータベーン１１４の流体導管は、ＨＰ圧縮機２４の後端部８０において空気流中に冷却流体の流れを噴射するための、径方向内側端部１２０に隣接する出口を画成する。特に、このような構成では、３方向バルブ１５６は、径方向Ｒに沿ったコア空気流路３７の外側に配置される。

しかし、他の例示的な実施形態では、圧縮機流体ライン１５２は、さらに、またはその代わりに、ＨＰ圧縮機２４の後端部に冷却流体を噴射するための他の任意の適切な位置に配置することができることを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、圧縮機流体ライン１５２の一部は、ステータベーン１１４の表面に取り付けられて、それに沿って延在することができ、ステータベーン１１４の径方向内側端部１２０に近接して配置されたノズル１７０を有している。図２〜図４の例示的な実施形態と同様に、図５および図６の例示的な冷却システム１００は、ステータベーン１１４に一体化され、またはそれに隣接して配置され、かつ、ターボファンエンジン１０の周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置された複数の圧縮機流体ライン１５２を含むことができる。

ここで、本開示のさらなる例示的な実施形態について説明する。たとえば、本開示のさらに他の例示的な実施形態では、冷却システム１００は、ターボファンエンジン１０の他の任意の適切な部品を冷却するように構成することができることを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、図７および図８に関して後述する様々な例示的な実施形態のように、冷却システム１００は、さらに、またはその代わりに、コア空気流路３７に直接露出していない圧縮機部、タービン部、または燃焼部２６の１つもしくは複数の部品を冷却するように構成することができる。このような構成では、１つまたは複数の流体ラインは、冷却流体の流れを運び、コア空気流路３７に直接露出していない圧縮機部、タービン部、または燃焼部２６の１つもしくは複数の部品に直接的または間接的に冷却流体を供給するように構成することができる。

ここで図７を参照して、本開示のさらに別の例示的な実施形態による冷却システム１００を含む、図１のターボファンエンジン１０の簡略化した概略図を示す。図７の例示的な冷却システム１００は、図２〜図４に関して上述した例示的な冷却システム１００と実質的に同じように構成することができる。しかし、図７の実施形態では、１つまたは複数の流体ラインは、圧縮機部のライナに冷却流体を供給するための圧縮機部分１７４、燃焼部２６のライナに冷却流体を供給するための燃焼部分１７６、およびタービン部のライナに冷却流体を供給するためのタービン部分１７８を含む。より具体的には、図７の実施形態では、１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４は、圧縮機ライナ１１６の外側表面１８０に冷却流体を噴霧するために、圧縮機ライナ１１６の外側表面１８０に隣接して配置される。さらに、１つまたは複数の流体ラインの燃焼部分１７６は、外側燃焼室ライナ１３２の外側表面１８２に冷却流体を噴霧するために、外側燃焼室ライナ１３２の外側表面１８２に隣接して配置される。さらに、１つまたは複数の流体ラインのタービン部分１７８は、タービンライナ１３５の外側表面１８４に冷却流体を噴霧するために、タービンライナ１３５の外側表面１８４に隣接して配置される。

図示した実施形態では、１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４は、複数のノズル１８６を含み、各ノズル１８６は、圧縮機ライナ１１６の外側表面１８０に冷却流体を噴霧するための出口を画成する。同様に、１つまたは複数の流体ラインの燃焼部分１７６は、複数のノズル１８８を含み、各ノズル１８８は、外側燃焼室ライナ１３２の外側表面１８２に冷却流体を噴霧するための出口を画成する。さらに、１つまたは複数の流体ラインのタービン部分１７８は、複数のノズル１９０を同様に含み、各ノズル１９０は、タービンライナ１３５の外側表面１８４に冷却流体を噴霧するための出口を画成する。１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４、燃焼部分１７６、およびタービン部分１７８におけるそれぞれの複数のノズル１８６、１８８、１９０は、ほぼ軸方向Ａに沿って間隔を置いて配置される。

しかし、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４、燃焼器部分１７６、および／またはタービン部分１７８は、さらに、またはその代わりに、それぞれの圧縮機ライナ１１６、外側燃焼室ライナ１３２、およびタービンライナ１３５に間接的に冷却液を供給するように構成されてもよいことを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４、燃焼器部分１７６、および／またはタービン部分１７８は、そのような部品上に供給された冷却空気の流れの中に冷却液を噴霧／噴射することにより、そのような部品に冷却液を間接的に供給するように構成することができる。このような冷却空気の流れは、ターボファンエンジン１０の圧縮機部から抽出することができる。

さらに図７に示す実施形態を参照すると、１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４は、バルブ１５６を経由して供給流体ライン１５０に流体接続される。同様に、１つまたは複数の流体ラインの燃焼部分１７６は、バルブ１５６を経由して供給流体ライン１５０に流体接続される。さらに、１つまたは複数の流体ラインのタービン部分１７８は、１つまたは複数の流体ラインの燃焼部分１７６に流体接続される。しかし、他の例示的な実施形態では、圧縮機部分１７４、燃焼部分１７６、およびタービン部分１７８の各々は、バルブ１５６を経由して供給流体ライン１５０に直接流体接続することができ、したがって、例示的なバルブ１５６は４方向バルブであってもよい。このような実施形態では、バルブ１５６は、１つまたは複数の流体ラインの圧縮機部分１７４、燃焼部分１７６、およびタービン部分１７８の各々を通って供給される冷却液の量を独立して制御するように構成することができる。しかし、それに代えて、圧縮機部分１７４、燃焼部分１７６、およびタービン部分１７８の各々は、互いに直列に流れるように構成することができる。

さらに、図示していないが、特定の例示的な実施形態では、１つまたは複数の流体ラインは、圧縮機部分１７４、燃焼部分１７６、およびタービン部分１７８の各々を含み、複数の流体ラインの各々の少なくとも一部分がターボファンエンジン１０のケーシング１９２内のターボファンエンジン１０のほぼ周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置される、複数の流体ラインを含むことができる。たとえば、図４に関して上述したように、複数の圧縮機流体ライン１５２が周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置されるのと実質的に同じように、複数の流体ラインは、それぞれ周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置することができる。このような構成は、ほぼ周方向Ｃに沿って、圧縮機ライナ１１６、外側燃焼室ライナ１３２、および／またはタービンライナ１３５のそれぞれの外側表面１８０、１８２、１８４上に均一な冷却流体分布を提供することができる。より具体的には、このような構成は、ほぼ周方向Ｃに沿って圧縮機ライナ１１６、外側燃焼室ライナ１３２、および／またはタービンライナ１３５にわたって実質的に均一な温度低下を提供することができる。

特に、図７の例示的な冷却システム１００は、図２〜図４に関して上述した例示的な冷却システム１００が圧縮機流体ライン１５２を通して冷却流体を供給するように構成されるのと同じレートおよび／または同じ比で、個別にまたは累積的に、圧縮機部分１７４、燃焼部分１７６、および／またはタービン部分１７８の各々を通って冷却流体を噴射するように構成することができる。

ここで図８を参照すると、本開示のさらに別の例示的な実施形態による冷却システム１００が示されている。図８は、本開示のさらに別の例示的な実施形態による冷却システム１００を含む、図１のターボファンエンジン１０の簡略化した概略図である。

図８の例示的な冷却システム１００は、図７の例示的な冷却システム１００と実質的に同様に構成される。具体的には、図８の例示的な冷却システム１００は、コア空気流路３７に直接露出していない圧縮機部、タービン部、または燃焼部２６の１つもしくは複数の部品を冷却するように構成される。しかし、図８の例示的な冷却システム１００は、代わりに、径方向Ｒに沿ってコア空気流路３７の内側に配置されたそのような部品のうちの１つまたは複数を冷却するように構成される。

具体的には、図８の実施形態では、冷却システム１００は、圧縮機部の複数のロータ１０６の表面、タービン部の複数のロータ１３６の表面、および圧縮機吐出圧力シール１４２の表面に冷却流体を供給するように構成された１つまたは複数の流体ラインを含む。具体的には、図８の実施形態では、１つまたは複数の流体ラインは、少なくとも第１の外側流体ライン１９４および第２の内側流体ライン１９６を含む。外側流体ライン１９４は、バルブ１５６を経由して供給流体ライン１５０に接続される。さらに、例示的な冷却システム１００は、ＨＰロータシャフト３４のアーム１４０に取り付けられ、かつ、１つまたは複数の流体ラインに流体接続された静止回転フレーム流体移送機構１９８を含む。具体的には、図示した実施形態では、外側流体ライン１９４は、静止回転フレーム流体移送機構１９８を通して内側流体ライン１９６に流体接続される。内側流体ライン１９６は、複数のノズル、すなわち第１のノズル２００、第２のノズル２０２、および第３のノズル２０４を含み、各ノズルは出口を画成する。第１のノズル２００の出口は、複数のＨＰ圧縮機ロータ１０６のうちの少なくとも１つの表面に近接して配置され、それに向けられている。第２のノズル２０２の出口は、圧縮機吐出圧力シール１４２の表面に近接して配置され、それに向けられている。さらに、第３のノズル２０４の出口は、複数のＨＰタービンロータ１３６のうちの少なくとも１つの表面に近接して配置され、それに向けられている。

特定の実施形態では、静止回転フレーム流体移送機構１９８は、ＨＰロータシャフト３４において周方向に離間し、かつ径方向に延在する複数の孔と共に動作可能な１つまたは複数のジャーナルベアリングとして構成することができる。たとえば、静止回転フレーム流体移送機構１９８は、ＨＰロータシャフト３４のアーム１４０の外側表面２０６の周りに延在する外側ジャーナルベアリングを含むことができる。具体的には、外側ジャーナルベアリングは、冷却流体を移送するための、複数の周方向に離間し、かつ径方向に延在する複数の孔を含むＨＰロータシャフト３４のアーム１４０の一部の上に配置することができる。機構１９８はまた、ＨＰロータシャフト３４のアーム１４０の内側表面２０８に隣接するＨＰロータシャフト３４のアーム１４０内に延在する内側ジャーナルベアリングを含むことができ、ＨＰロータシャフト３４のアーム１４０に複数の周方向に離間し、かつ径方向に延在する複数の孔を覆っている。外側ジャーナルベアリングは、外側流体ライン１９４に流体接続することができ、内側ジャーナルベアリングは、内側流体ライン１９６に流体接続することができる。しかし、他の例示的な実施形態では、他の任意の適切な手段または機構１９８が、静止回転フレーム流体移送機構１９８として設けられてもよい。

さらに、例示的な冷却システム１００の他の実施形態と同様に、図８の例示的な冷却システム１００は、複数の流体ラインの少なくとも一部が、径方向Ｒに沿ったコア空気流路３７の内側に、ターボファンエンジン１０の周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置された、複数の流体ラインをさらに含むことができる。たとえば、図４に関して上述したように、複数の圧縮機流体ライン１５２が周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置されるのと実質的に同じように、複数の流体ラインは、周方向Ｃに沿って間隔を置いて配置することができる。さらに、図８の例示的な実施形態は、複数のＨＰ圧縮機ロータ１０６の表面に隣接して配置され、それに向けられた単一のノズル２００と、圧縮機吐出圧力シール１４２の表面に隣接して配置され、それに向けられた単一のノズル２０２と、ＨＰタービンロータ１３６の表面に隣接して配置され、それに向けられた単一のノズル２０４と、を含んでいるが、他の例示的な実施形態では、例示的な冷却システム１００、というよりは、１つまたは複数の流体ラインは、他の任意の適切な数のノズルを含んでもよい。あるいは、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の流体ラインは、ＨＰ圧縮機ロータ１０６、圧縮機吐出圧力シール１４２、またはＨＰタービンロータ１３６において向けられた、それぞれのノズル２００、２０２、２０４のうちの１つまたは複数を含まなくてもよい。

特に、図８の例示的な冷却システム１００は、図２〜図４に関して上述した例示的な冷却システム１００が圧縮機流体ライン１５２を通して冷却流体を供給するように構成されるのと同じレートおよび／または同じ比で、内側流体ライン１９６を通って冷却流体を噴射するように構成することができる。

さらに、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の流体ラインの第２の流体ライン１９６は、さらに、またはその代わりに、圧縮機ロータ１０６、圧縮機吐出圧力シール１４２、および／またはタービンロータ１３６のうちの１つまたは複数に冷却液を間接的に供給するように構成されてもよいことを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の流体ラインの第２の流体ライン１９６は、さらに、またはその代わりに、そのような部品上に供給された冷却空気の流れの中に冷却液を噴霧／噴射することにより、そのような部品に冷却液を間接的に供給するように構成することができる。このような冷却空気の流れは、ターボファンエンジン１０の圧縮機部から抽出することができる。

さらに、本開示のさらに他の例示的な実施形態では、冷却システム１００は、内側流体ライン１９６を含まなくてもよい。たとえば、冷却システム１００の１つまたは複数の流体ラインは、静止回転フレーム流体移送機構１９８に流体接続された外側流体ライン１９４を単純に含むことができ、静止回転フレーム流体移送機構１９８は、圧縮機部、タービン部、または燃焼部２６の１つもしくは複数の部品に直接的または間接的に冷却流体を噴霧するように構成されてもよい。このような例示的な実施形態では、冷却システム１００は、冷却するために１つまたは複数の部品に隣接する任意の適切な位置に配置された複数のこのような機構１９８を含むことができる。

本開示のさらなる例示的な実施形態では、様々な例示的な冷却システム１００の態様は、互いに組み合わされて、さらに他の例示的な実施形態に到達することができることをさらに理解されたい。たとえば、特定の例示的な実施形態では、図２〜図４に関して上述した例示的な冷却システム１００の態様は、図５および図６に関して上述した例示的な冷却システム１００、および／または図７に関して上述した例示的な冷却システム１００、および／または図８に関して上述した例示的な冷却システム１００の態様と組み合わせることができる。

ガスタービンエンジンにおいて、図７および／または図８に関して上述した例示的な実施形態による冷却システムを含むことにより、冷却される圧縮機部、燃焼部、またはタービン部の１つもしくは複数の部品の寿命を延ばすことができる。さらに、またはその代わりに、このような冷却システムを含むガスタービンエンジンでは、図７および／または図８の例示的な冷却システムにより冷却される部品が相対的に極端な温度および荷重に耐えることができる特定の希少および／または高価な材料で形成される必要はない。したがって、本開示の特定の例示的な実施形態による冷却システムは、ガスタービンエンジンの費用効率のより高い製造を可能にすることができる。

ここで図９を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、ガスタービンエンジンを冷却するための方法（３００）が示されている。ガスタービンエンジンは、特定の例示的な態様では、図１に関して上述した例示的なターボファンエンジン１０として構成することができる。したがって、特定の例示的な態様では、ガスタービンエンジンは、圧縮機部、燃焼部、およびタービン部を通って延在するコア空気流路を画成することができる。

例示的な方法（３００）は、高いパワー出力を達成するようにガスタービンエンジンを動作させるステップ（３０２）を含む。本明細書で用いる「高いパワー出力」とは、ガスタービンエンジンの最大パワー出力の少なくとも約７５％を意味する。たとえば、ガスタービンエンジンは、例示的なガスタービンエンジンを含む航空機の離陸および／または上昇の動作モード中に高いパワー出力を達成するように動作することができる。

例示的な方法（３００）はまた、例示的な冷却システムを用いて、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部分に消耗可能な冷却液を供給するステップ（３０４）を含む。たとえば、特定の例示的な態様では、冷却システムを用いて消耗可能な冷却液を供給するステップ（３０４）は、圧縮機部のロータブレードの後方段に近接する圧縮空気、および／または圧縮機部のロータブレードの後方段に近接する圧縮機部の１つもしくは複数の部品に、消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。図２〜図４に関して、ならびに／または図５および図６に関して上述した例示的な実施形態による冷却システムは、そのような例示的な態様で使用することができる。

さらに、またはその代わりに、他の例示的な態様では、冷却システムを用いてガスタービンエンジンの１つまたは複数の部分に消耗可能な冷却液を供給するステップ（３０４）は、コア空気流路に直接露出していない圧縮機部、燃焼部、またはタービン部の１つもしくは複数の部品の表面に直接的または間接的に消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。たとえば、特定の例示的な態様では、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部分に消耗可能な冷却液を供給するステップ（３０４）は、圧縮機ライナの外側表面、外側燃焼室ライナの外側表面、またはタービンライナの外側表面のうちの１つまたは複数に消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。図７に関して上述した例示的な実施形態による冷却システムは、そのような例示的な態様で使用することができる。

さらに、またはその代わりに、特定の例示的な態様では、冷却システムを用いて、圧縮機部、燃焼部、またはタービン部の１つもしくは複数の部品に消耗可能な冷却液を供給するステップ（３０４）は、１つもしくは複数の圧縮機ロータの表面、１つもしくは複数のタービンロータの表面、および／または圧縮機吐出圧力シールの表面のうちの１つまたは複数に、直接的または間接的に消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。図８に関して上述した例示的な実施形態による冷却システムは、そのような例示的な態様で使用することができる。

特に、少なくとも特定の例示的な態様では、冷却システムを用いて、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部品に冷却液を供給するステップ（３０４）は、図２〜図４の例示的な冷却システム１００が例示的な圧縮機流体ライン１５２を通して冷却流体を供給するのと同じレートおよび／または同じ比で、消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。たとえば、冷却システムを用いて、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部品に冷却液を供給するステップ（３０４）は、毎秒約２ポンドまでの消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。さらに、またはその代わりに、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の部品に消耗可能な冷却液を供給するステップ（３０４）は、コア空気流路を通って流れる空気の質量流量レートの約０．０５％より大きく、かつ、コア空気流路内への空気流の質量流量レートの約１０％より小さいレートで、消耗可能な冷却液を供給するステップを含むことができる。

この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

１０ターボファンジェットエンジン
１２長手方向中心線、軸方向中心線
１４ファン部
１６コアタービンエンジン
１８外部ケーシング
２０入口
２２低圧圧縮機
２４高圧圧縮機
２６燃焼部
２８高圧タービン
３０低圧タービン
３２ジェット排気部
３４高圧シャフト、スプール
３６低圧シャフト、スプール
３７コア空気流路
３８ファン
４０ブレード
４２ディスク
４４作動部材
４６動力ギヤボックス
４８ナセル
５０ファンケーシングまたはナセル
５２出口ガイドベーン
５４下流部
５６バイパス空気流路
５８空気
６０入口
６２空気の第１の部分
６４空気の第２の部分
６６燃焼ガス
６８ステータベーン
７０タービン・ロータ・ブレード
７２ステータベーン
７４タービン・ロータ・ブレード
７６ファンノズル排気部
７８高温ガス経路
８０ＨＰ圧縮機の後端部
８２前端部
１００冷却システム
１０２圧縮機部ロータブレード
１０４根元部
１０６ＨＰ圧縮機ロータ
１０８ボア
１１０ウェブ
１１２スペーサアーム
１１４ステータベーン
１１６圧縮機ライナ
１１８シール
１２０径方向内側端部
１２２歯
１２４後方段
１２６ディフューザ
１２８燃料空気混合器
１３０内側燃焼器ライナ
１３２外側燃焼器ライナ
１３４燃焼室
１３５タービンライナ
１３６ＨＰタービンロータ
１３８基部
１４０ＨＰロータシャフトのアーム
１４２圧縮機吐出圧力シール
１４４キャビティ
１４６前方内側ノズル支持体
１４８流体タンク
１５０供給流体ライン
１５２圧縮機流体ライン
１５４タービン流体ライン
１５６バルブ
１５８ポンプ
１６０管
１６２冷却チャネル
１６４インデューサ
１６６第１段
１６８タービン流体ラインノズル
１７０圧縮機流体ラインノズル
１７２固定フレーム部材
１７４圧縮機部分
１７６燃焼部分
１７８タービン部分
１８０符号１１６の外側表面
１８２符号１３２の外側表面
１８４符号１３５の外側表面
１８６圧縮機部分のノズル
１８８燃焼部分のノズル
１９０タービン部分のノズル
１９２ケーシング
１９４外側流体ライン
１９６内側流体ライン
１９８静止回転フレーム機構
２００第１のノズル
２０２第２のノズル
２０４第３のノズル
２０６アームの外側表面
２０８アームの内側表面

Claims

軸方向（Ａ）を規定するガスタービンエンジンであって、前記ガスタービンエンジンは、
空気を漸進的に圧縮する圧縮機部であって、前記軸方向（Ａ）を中心に回転可能なロータブレード（１０２）の後方段（１２４）を含む圧縮機部と、
前記圧縮機部の中またはそこからの圧縮空気を冷却するための冷却システム（１００）と、を含み、前記冷却システム（１００）は、
ある量の冷却流体を収容する流体タンク（１４８）と、
前記流体タンク（１４８）と流体連通する１つまたは複数の流体ラインと、を含み、前記１つまたは複数の流体ラインは、前記ロータブレード（１０２）の前記後方段（１２４）に近接する前記圧縮空気中に冷却流体を噴射するための、前記圧縮機部の前記ロータブレード（１０２）の前記後方段（１２４）に隣接して配置された出口を含む、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記圧縮機部は、低圧圧縮機（２２）および高圧圧縮機（２４）を含み、前記ロータブレード（１０２）の前記後方段（１２４）は、前記高圧圧縮機（２４）の後端部（８０）に配置される、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記１つまたは複数の流体ラインは、複数の流体ラインを含み、前記複数の流体ラインは、各々出口を含み、前記複数の流体ラインの前記出口は、前記ガスタービンエンジンの周りに周方向に間隔を置いて配置され、各出口は、前記ロータブレード（１０２）の前記後方段（１２４）に近接する前記圧縮空気中に冷却流体を噴射するための前記圧縮機部の前記ロータブレード（１０２）の前記後方段（１２４）に隣接して配置される、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記冷却流体は冷却液であり、前記冷却システム（１００）は、前記ロータブレード（１０２）の前記後方段（１２４）に近接する前記圧縮空気中に毎秒２ポンドまでの冷却液を噴射するように構成される、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記冷却流体は冷却液であり、前記冷却システム（１００）は、前記圧縮機部を通って流れる圧縮空気の質量流量レートの約０．０５％より大きく、かつ、前記圧縮機部を通って流れる圧縮空気の前記質量流量レートの約１０％より小さいレートで冷却流体を噴射するように構成される、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記１つまたは複数の流体ラインは、前記出口を画成するノズル（１７０）を含み、前記ノズル（１７０）は、ほぼ前記圧縮機部の前端部に向かって前記冷却流体を噴霧するように構成される、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記ガスタービンエンジンは、径方向（Ｒ）をさらに規定し、前記圧縮機部は、コア空気流路（３７）を少なくとも部分的に画成し、流体タンク（１４８）は、前記径方向に沿って前記コア空気流路（３７）の外側に配置される、ガスタービンエンジン。
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、前記冷却システム（１００）は、前記ガスタービンエンジンのピークパワーの期間に前記圧縮機部を冷却するように動作する、ガスタービンエンジン。
ガスタービンエンジンの圧縮機部の後端部を冷却するための方法であって、
高いパワー出力を達成するように前記ガスタービンエンジンを動作させるステップと、
前記圧縮機部の前記後端部に隣接して配置された出口を画成する流体ラインを有する冷却システムを用いて、前記圧縮機部の前記後端部に近接する圧縮空気中に消耗可能な冷却液を噴射するステップと、を含む方法。
請求項９に記載の方法であって、前記冷却システムを用いて、前記圧縮機部の前記後端部に近接する圧縮空気中に前記消耗可能な冷却液を噴射するステップは、前記圧縮機部を通って流れる圧縮空気の質量流量レートの約０．０５％より大きく、かつ、前記圧縮機部を通って流れる圧縮空気の前記質量流量レートの約１０％より小さいレートで前記消耗可能な冷却液を噴射するステップを含む、方法。