JP4229680B2 - 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 Download PDFInfo
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Description
【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10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16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80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40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106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120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152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154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
Claims (6)
- ガスタービンエンジンの冷却空気供給システム(120)のためのチェックバルブ(40)であって、
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(50)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一対の制御部材(100)と、
を含み、
該制御部材は、前記バルブの開口を通して前記冷却空気供給システム(120)に流入する第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おり、
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おり、
前記制御部材(100)の外周外側部分(126)は、対応する内側壁の弧状の柵(96)に隣接して位置し、前記制御部材の外側中央部分(128)の外縁(130)が傾斜して互いに同一面で組み合わされる
、ことを特徴とするチェックバルブ(40)。 - 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(70)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1に記載のチェックバルブ(40)。
- 前記一対の制御部材(100)は互いに同一であり、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1に記載のチェックバルブ(40)。
- 前記開口(70)は、ほぼ円形の断面輪郭を有し、前記一対の制御部材(100)は、互いに同一であることを特徴とする、請求項1に記載のチェックバルブ(40)。
- 前記制御部材は、ほぼ半円形の断面を有することを特徴とする、請求項1に記載のチェックバルブ(40)。
- 前記制御部材は上面(112)及び下面(114)を含み、前記上面(112)及び下面(114)の少なくとも1つは半球状であることを特徴とする、請求項1に記載のチェックバルブ(40)。
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