JP4229680B2

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

Info

Publication number: JP4229680B2
Application number: JP2002330341A
Authority: JP
Inventors: ロナルド・ブルース・スコフィールド; ロバート・デビッド・ペリー; アイリーン・メアリ・コーコラン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: EP1312763A1; CN1273724C; CN1420262A; DE60207363D1; US20030091428A1; DE60207363T2; JP2003193864A; US6659711B2; EP1312763B1

Description

【０００１】
【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ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｓ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

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）。