JP2020502413A - タービンエンジンの流体回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、空気／オイル熱交換器（３１）と、空気／オイル熱交換器（３１）の入口を空気／オイル熱交換器（３１）の出口に接続し且つ空気／オイル熱交換器（３１）と熱交換するように空気／オイル熱交換器（３１）を囲む一次バイパス管（２６）と、一次バイパス管（２６）の上流端を一次バイパス管（２６）の下流端に接続する一次管（２６）の二次バイパス管（２８）と、を含むオイル回路（２４）を備え、回路（２４）がまた、一次バイパス管（２６）および二次バイパス管（２８）内へのオイルの流れの通過を制御するための少なくとも１つの弁（２２）と、閾値温度よりも低い温度に対して前記少なくとも１つの弁（２２）の開度を制御する手段（３５）と、を備える、タービンエンジン（３６）用のアセンブリ（４４）に関する。

Description

本発明は、オイル回路およびそのようなオイル回路を備えたタービンエンジンに関する。

全ての内燃機関と同様に、タービンエンジンは、ターボジェットエンジンまたはターボプロップエンジンにかかわらず、他の可動部品または、静止部品を擦る可動部品を含む。

摩擦による加熱によって破損しないようにするために、部品には、それらの加熱を制限（または抑制）することを可能にする一方で、順に重ねる部品の摺動を容易にするために潤滑することを可能にするためにオイルが噴霧される。

オイルは、図１に示すように、熱交換を達成するように成形された曲がりくねったパイプの形態のマトリックス１４を有する熱交換器、特にオイル／空気交換器１２を備えた回路１０を流れ、前記部品からのオイルは、導入された後、前記部品上に再度注入される前に冷却される。

低温状態（例えば、０℃未満の温度）でタービンエンジンを始動するとき、空気／オイル交換器１２（または該当する場合には複数の交換器）のマトリックス１４内のオイルは、凍結する可能性があり、オイルは、交換器１２のマトリックス１４内を循環することができないため、オイルと空気との間の熱交換を困難にするかまたは不可能にする。そして、空気／オイル熱交換器１２のマトリックス１４を予め予熱する必要がある。

この目的のために、凍結オイルを加熱するために、空気／オイル熱交換器１２に除霜チャネルとして使用され且つ空気／オイル熱交換器１２のマトリックス１４を囲むバイパス管１６を設けることが知られている。このバイパス管１６は、その上流端において熱交換器１２の入口１８および熱交換器１２の出口２０に接続されている。また、バイパス管１６内のオイルの流れを制御して、温度が所定の閾値を下回ったときにのみオイルが交換器１２のマトリックス１４を流れることを可能にするための弁２２を、オイル回路１０は含む。しかしながら、バイパス管１６のオイル通路断面積は、空気／オイル熱交換器のオイル通路断面積よりも小さいため、熱交換器１２のマトリックス１４が凍結すると、オイル回路に過圧が生じる。過圧は、オイル回路１０に対する損傷の危険性を招く。

この過圧を減少させるために、自明な解決策は、供給ポンプの動作圧力条件を変えることなく流速を増加させるためにバイパス管１６の流れ断面積を増加させることである。しかしながら、スペース要件の理由から、バイパス管１６の通路断面積の増加は不可能である。

本発明は、特に、この問題に対する簡単で効率的で費用対効果の高い解決策を提供することを目的とする。

この目的のために、本発明は、
空気／オイル熱交換器と、
空気／オイル熱交換器の入口を空気／オイル熱交換器の出口に接続し且つ空気／オイル熱交換器と熱交換するように空気／オイル熱交換器を囲む一次バイパス管と、
一次バイパス管の上流端を一次バイパス管の下流に接続する一次管の二次バイパス管と、
を含むオイル回路を備え、
回路がまた、
一次および二次バイパス管を通るオイルの流れの通過を制御するための少なくとも１つの弁と、閾値温度よりも低い温度に対して前記少なくとも１つの弁の開度を制御する手段と、
を備える、タービンエンジン用のアセンブリを提案する。

本発明によれば、二次バイパス管の追加は、流体の一部が一次バイパス管からバイパスされることを可能にし、低温動作条件下で一次バイパス管内の流体圧力を低下させることができる。一次および二次バイパス管を通るオイルの流れを制御する弁と、閾値温度を超える温度に対して弁の開度を制御する手段と、の組み合わせは、一次および二次バイパス管を低温動作条件下でのみ動作させることを可能にし、オイル流は、温度が所定の閾値温度を超えているときにこれらの管を通って循環しない。

オイル粘度の増加による温度の低下とともに圧力降下が増加するため、二次バイパス管の追加が特に有用であることが理解される。しかしながら、この二次管は、一次管を介した空気／オイル交換器のオイル加熱機能にほとんど影響を与えない。例えば、一次バイパス管から二次バイパス管へのオイル流量の３０％のバイパスは、同じ除霜時間が熱交換器によって維持されることを可能にする。

本発明の他の特徴によれば、アセンブリは、一次バイパス管の出口および二次バイパス管の出口の下流に配置された単一の弁を含む。一次および二次バイパス管のそれぞれに対して１つの弁を有することはもちろん可能であろう。しかしながら、これは、明らかにアセンブリを複雑にする。

他の実施形態では、単一の弁は、一次バイパス管の入口および二次バイパス管の入口の上流に配置されることができる。

制御弁は、オイルが通過することを可能にする第１の開放位置およびオイルの通路を遮断する第２の閉鎖位置という少なくとも２つの位置を採用することができる弁とすることができる。このように、閾値温度は、例えば、７０℃程度である。

他の実施形態では、制御弁は、少なくとも２つの位置をとることができる一方向二方弁とすることができ、第１の開放位置は、オイルが弁を通ることを可能にし、第２の閉鎖位置は、弁を通るオイル通路を遮断するが、中間位置でもある。

本発明の他の特徴によれば、二次バイパス管は、一次バイパス管の長さよりも少なくとも１０倍短くてもよい。また、回路は、一次分岐管の直径よりも少なくとも３倍小さい直径を有することができる二次分岐管を含む。

上述した比率にしたがって、二次側バイパス管を短くしおよび／または一次側バイパス管よりも直径を小さくすることで、熱交換器の適切な除霜を確実にしながら一次管内の圧力損失を低減するために、一次側バイパス管と二次側バイパス管との間の良好な流れ分配を可能にする。

さらに、上記比率にしたがったより短い二次バイパス管および／またはより小さい直径は、一次バイパス管の断面積を増大させる必要なしにオイル交換器マトリックスが凍結されたときにオイル回路内の過圧を防ぐ。これは、一次バイパス管のサイズおよび質量を削減する。

誘発された質量削減のために、より短い長さの二次バイパス管が好ましい。さらに、入口および出口が互いに近接して配置されていると非常に有利である。したがって、二次バイパス管の直径は、一次および二次バイパス管内のオイルの流れの良好な分配を確実にするように、管の長さにしたがって調整される。

本発明はまた、オイル／空気熱交換器が、半径方向外向きの二次空気流の流れ面を半径方向に画定する、上述したようなオイル回路を有するタービンエンジンに関する。

添付の図面を参照しながら、非限定的な例として与えられる以下の説明を読めば、本発明はよりよく理解され、本発明の他の詳細、特徴および利点が明らかになるであろう。

図１は、既に上記説明した以前の技術を使用したオイル回路の概略図である。 図２は、弁が開放位置にある、本発明にかかるオイル回路の概略図である。 図３は、弁が閉鎖位置にある、本発明にかかるオイル回路の概略図である。 図４は、本発明にかかる熱交換器を備えるタービンエンジンの、下流から見た概略斜視図である。 図５は、タービンエンジンの１つの経路における熱交換器の位置決めの概略断面図である。 図６ａは、本発明にかかるアセンブリの概略図である。 図６ｂは、半径方向平面におけるアセンブリの断面図を示している。 図７は、図６ａのアセンブリの半径方向断面における斜視概略図である。

本発明にかかるオイル回路２４を表す図２を参照する。この説明において、交換器という用語は、２つの実在物間で熱を交換することができる手段を指す。通常、構造ハウジングが熱交換に積極的に関与することなくアセンブリが熱交換器と呼ばれることができるように構造ハウジングが熱交換手段を取り囲む。したがって、本発明がまた、この種の製品も網羅することは明らかである。

図２に示すように、オイル回路２４は、図１のバイパス管１６と同一の一次バイパス管２６と、一次バイパス管２６の上流端を一次バイパス管２６の下流端に接続する二次バイパス管２８とを含む。より具体的には、一次バイパス管２６の上流端および二次バイパス管２８の上流端は、熱交換器３１の供給管３０、より具体的には熱交換器３１のマトリックス３３の入口で互いに接続される。

一次バイパス管２６の下流端は、弁２２の入口に接続されており、その開閉は、制御手段３５によって制御され、例えば７０℃などの所定の閾値温度よりも低いオイル温度に対して弁２２を通る流体の流れを許可／遮断する。本発明の特定の実施形態では、弁を制御する手段は受動的であり、周囲の温度に応じて体積を変えることができるワックスから構成される。弁内のワックスの体積変化は、オイルが弁を選択的に通過することまたは弁の上流のオイルの流れを遮断することを可能にする。弁出口２２は、熱交換器マトリックスの出口管３４に接続されている。

代替の実施形態（図示せず）では、流体が閾値温度よりも低い温度で一次バイパス管２６内を流れることを可能にし、且つ閾値温度よりも高い温度ではオイルの流れを禁止するように、一次バイパス管２６の上流端の上流に、弁２２は取り付けられることができ、オイルの流れは、温度に関係なくオイルマトリックスの供給管３０内で許容される。この構成では、二次バイパス管２８の上流端は、弁２２の出口に接続されるか、または一次バイパス管２６の下流端の下流に接続される。

本発明のさらに他の実施形態では、各一次２６および二次２８バイパス管に対して１つの弁を使用することが可能であり、これらの弁の開閉は、制御手段によって同時に制御される。

図２の実施形態では、弁２２は、２つの位置を有するオン−オフ一方向の逆止弁であることが好ましく、その一方は、オイルが一次バイパス管２６および二次バイパス管２８を通って流れることを可能にし、他方は、前記管２６、２８を流れるのを禁止する。２つのポートおよび２つの位置を有するパイロット作動弁を使用することは依然として可能であろう。

マトリックス３３内のオイルの流れは、図２では実線の矢印によって表されている。

本発明によれば、マトリックス３３内のオイルが凍結すると、オイルは、図２および図３において破線の矢印によって表されるように、一次管２６および二次管２８を通って流れる。

一次管２６および二次管２８内の二重のオイルの流れは、マトリックス３３が凍結しているときに移動するオイルの流速を増加させ、特に供給管３４内を流れる所定のオイルに対して一次管内において、オイル回路２４内の過圧を低減させる。

好ましくは、二次管２８は、オイルが主に一次管２６を通って流れ、したがってマトリックス３３が除霜されることを確実にするように、一次管２６のオイル通路断面の直径以下のオイル通路断面を有する。

同様に、二次管は、適切な除霜を確実にしながら一次管における圧力降下を減少させるためにできるだけ短くすべきであることが理解される。したがって、例えば、二次管は、一次管の長さよりも少なくとも１０倍短い長さ、および／または第１の管よりも３倍小さい直径によって画定されることができる。

図４は、ブロワホイール３８と、二次空気流路（図５における矢印Ａ）の外側環状ハウジング４０によって担持された空気／オイル熱交換器３１とを備える（空気流の方向において）下流から見たタービンエンジン３６を示している。図５において最もよく分かるように、熱交換器３１は、ハウジング４０によって担持され、そのマトリックスは、タービンエンジンの二次空気流の半径方向外側流れ面、すなわち、低圧および高圧圧縮機、燃焼室ならびに高圧および低圧タービンを迂回する空気流を形成するように構成される。

実際には、空気／オイル熱交換器３１は、タービンエンジン３６の軸４２の周りに配置されたリングの形態であることが理解される。

説明において、用語「二次管」は、一次管の上流端と下流端との間にオイルが流れることを可能にする任意の流体通路を指すと理解されるべきである。

したがって、上述した熱交換器では、二次管は、供給管３０を流れるオイルと一次管３３の下流部を流れるオイルとを隔てる壁に設けられた単純なオリフィスとすることができる。

本発明の一実施形態では、一次管は、約１２ｍｍの直径を有し、二次管は、前の段落に示したようにオリフィスであり、５ｍｍの直径を有する。

一次管の長さは、１つの例示的な実施形態では、およそ数メートルである。

図６ａは、中央部５０によって互いに接続された第１の半リング４６と第２の半リング４８とによって形成されたハウジングを備える本発明にかかるセット４４を表している。このアセンブリ４４は、上述したように、オイル回路２４および熱交換マトリックス３３、ならびにオイルマトリックス３３の半径方向内面に配置された冷却フィン７０を含む。中央部は、マトリックス３３内のオイル入口３０、マトリックス３３のオイル出口３４、および一方向弁２２を含む。上述したように、オイル入口３０はまた、一次管２６および二次管２８にも供給し、オイル出口３４は、一方向弁２２の出口、より一般的には弁２２の出口に接続されている。

第１の半リング４６は、中央部５０とは反対側の円周方向端部に形成された接続分岐部チ４６ｂによって互いに接続された第１の半円形管分岐部４６ａと第２の半円形管分岐部４６ｃとを備える（図６ｂ）。第１の分岐部４６ａは、第２の分岐部４６ｃの上流に形成され、第１の半リング４６の接続分岐部４６ｂは、実質的に軸方向に延びる。第１の分岐部４６ａ、第２の分岐部４６ｃおよび接続分岐部４６ｂは、一次バイパス管２６の第１の部分５２を一体に形成する。

第２の半リング４８は、中央部５０とは反対側の円周方向端部に形成された接続分岐部４８ｂによって互いに接続された第１の半円形管分岐部４８ａと第２の半円形管分岐部４８ｃとを備える。第１の分岐部４８ａは、第２の分岐部４８ｃの上流に形成され、接続分岐部４８ｂは、実質的に軸方向に延びる。第２の半リング４８の第１の分岐部４８ａ、第２の分岐部４８ｃおよび接続分岐部４８ｂは、一次バイパス管２６の第２の部分５４を一体に形成する。一次バイパス管の第１の部分５２および一次バイパス管の第２の部分５４は、一体に一次バイパス管２６を完全に画定する。

より具体的には、図７に示すように、一次管２６の出口６０とマトリックス３３の出口３４との間のオイルの流れを閉鎖するシート５８上の第１の支持位置と、ピストン５６がシート５８から離れてオイルの流れを可能にする第２の位置と、の間に、ピストン５６が摺動可能に取り付けられた管状体５４を含む弁２２を、中央部５０は担持する。ピストン５６は、本体内のシールとともに摺動し且つシート５８上または出口開口６２の周りに載るように意図されたピストンのヘッド５６ｃに対してロッド５６ｂによって接続された第１の半径方向外側部分５６ａを備える。このヘッドは、オリフィス６２の周囲に支持するための環状面取り部６４を含む。オイルが開口６０を通って流れるとき、それは、次に管６６を通って流れてオイルマトリックス３３の出口３４に到達する。

図７に示すように、二次管２８は、一次管２６の上流端を一次管２６の下流端に接続する。この図はまた、一次管２６内のオイル入口６８を示し、このポート６８は、マトリックス３３のオイル入口３０に接続されている。

一次管２６および二次管２８は、マトリックス３３のオイル入口３０を介して供給される。そして、一次管２６および二次管２８内のオイルは、一次管２６の出口６０においてオイルを遮断するかまたはオイルがオイルマトリックス３３の出口３４を通って流出することを可能にする弁２２に流れる。

一次管２６内の流れは、特に、弁２２に到達する前に第１の半リング４６内、次いで第２の半リング４８内の流れを含む。より具体的には、オイルは、第１の半リング４６の第１の半円形分岐部４６ａ、次に接続分岐部４６ｂ、最後に第２の半円形分岐部４６ｃに流入する。オイルが第１の半リング４６の第２の半円形分岐部４６ｃの下流端に達すると、オイルは、第２の半円形分岐部４８ｃにおいて第２の半リング４８に流入し、次に接続分岐部４８ｂに流れ、最後に弁２２を通ってオイルマトリックス３３の出口３４に到達する前に第１の半円形分岐部４８ａに流れる。

Claims (7)

1. タービンエンジン（３６）用のアセンブリ（４４）であって、
   空気／オイル熱交換器（３１）と、
   空気／オイル熱交換器（３１）の入口を空気／オイル熱交換器（３１）の出口に接続し且つ空気／オイル熱交換器（３１）と熱交換するように空気／オイル熱交換器（３１）を囲む一次バイパス管（２６）と、
   一次バイパス管（２６）の上流端を一次バイパス管（２６）の下流端に接続する一次管（２６）の二次バイパス管（２８）と、
   を含む、オイル回路（２４）を備え、
   回路（２４）がまた、一次バイパス管（２６）および二次バイパス管（２８）内へのオイルの流れの通過を制御するための少なくとも１つの弁（２２）と、閾値温度よりも低い温度に対して前記少なくとも１つの弁（２２）の開度を制御する手段（３５）と、を備え、
   前記二次バイパス管（２８）が、一次バイパス管（２６）の長さよりも少なくとも１０倍短い長さを有する、アセンブリ。
2. 回路が、一次バイパス管（２６）の出口および二次バイパス管（２８）の出口の下流に配置された単一の弁（２２）を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 制御弁（２２）が、少なくとも２つの位置をとることができる弁であり、その第１の開放位置がオイルの通過を可能にし、第２の閉鎖位置が弁（２２）を通るオイルの通過を遮断する、請求項１から２のいずれか一項に記載のアセンブリ。
4. 閾値温度が７０℃である、請求項１から３のいずれか一項に記載のアセンブリ。
5. 制御弁（２２）が一方向二方弁（２２）である、請求項１から４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
6. 二次バイパス管（２８）が、一次バイパス管（２６）の直径よりも少なくとも３倍小さい直径を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
7. オイル／空気熱交換器が、二次空気流の放出面を半径方向外側に画定する、請求項１から６のいずれか一項に記載のアセンブリを備えるタービンエンジン。

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