JP4283267B2 - ガスタービンエンジンおよびそのオイルシステム - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンのターボファンから空気を通常受けるオイル（滑油）冷却器を通過する補助的な空気流に関する。補助空気流は、ターボファンからの空気流が少ない場合に供給される。

ガスタービンエンジンは、通常、ターボファン、点火部およびタービン部を備える。タービン部により、ターボファンが駆動されるとともに、補助的に用いる電力が生成される。そのようなエンジンは、一般的にジェット機に用いられている。

ガスタービンエンジンは、多数のアッセンブリや構成部品などを備える非常に複雑な機械である。これらの多くの構成部品に、潤滑および冷却のためオイルを供給しなければならない。当然ながら、このオイルは非常に高温になるため、オイルを冷却することが必要となる。

周知のガスタービンエンジンにおいては、オイルは、ターボファンによって流れる空気流の流路に設けられた熱交換器を通して送られる。ガスタービンエンジンの運転中、ターボファンが駆動されて、オイルを冷却するために、空気は熱交換器を通って流れる。しかし、ガスタービンエンジンの運転中に、ターボファンが高速で駆動されておらず、熱交換器に亘る空気流が少なくなる場合がある。この問題が生じる場合としては、例えば、航空機の運転停止直後、航空機が一定時間滑走路に止まっているとき、エンジンの起動時、またはターボファンへの出力が低い他の状態にある場合である。

本発明の開示された実施例においては、ターボファンの流量が低い状態にある場合に、補助空気流が、オイル冷却熱交換器に亘って流れる。

一実施例においては、付加的な空気流が必要とされる場合に、補助空気流は、タップから周囲空気に導かれ、補助空気流ファンにより熱交換器に亘って選択的に送られる。ターボファンが低空気流条件にあることが条件により示された場合に、ファンが起動されるように補助空気流ファンは制御部を備えていてもよい。どのような条件時に、ターボファンからの熱交換器に亘る空気流が減少し、そのため補助空気流ファンを起動しなければならないのか、当業者であれば認識されるであろう。

開示された実施例においては、バルブにより、熱交換器に亘る補助空気流が流されるか、あるいは遮断される。バルブは、空気流が減少した条件のときに単純に開くバルブであってもよいし、あるいは動力を備えた機構をもうけて、補助空気流ファンを起動する制御部によりバルブが開くように駆動させてもよい。

したがって、本発明は、ターボファンがより低速の場合に、熱交換器を冷却する補助空気流を提供する。

以下の好ましい実施形態の詳細な説明により、本発明の種々の特徴および利点が当業者に明らかになるであろう。

図１では、エンジンの中心線つまり軸方向の中心軸１２を中心に配置された発電や推進に用いられるガスタービンなどのガスタービンエンジン１０が図示されている。エンジン１０は、ターボファン１４、圧縮機１６、燃焼室１８およびタービン１１を備える。当分野で周知のように、圧縮機１６で圧縮された空気は、燃焼室１８で燃料と混合されて燃焼され、タービン１１で膨張する。圧縮機１６で圧縮された空気、およびタービン１１で膨張した燃料混合気の両方を高温ガス流と呼ぶことができる。タービン１１は、ロータ１３，１５を備え、ロータ１３，１５は、膨張に応じて回転して、圧縮機１６およびターボファン１４を駆動させる。タービン１１においては、ロータブレード２０および静止エアフォイル（ベーン）１９が交互に列をなして整列している。図１は、例示することだけを目的としているため、やや概略的な図であるが、発電や航空機などに用いられるガスタービンに利用され得る本発明を限定するものではない。

図２では、オイル冷却器の詳細が図示されている。図示されているように、ターボファン１４により、空気は主流路２４を通って送られる。主流路２４を通る空気は、いくつかの機能を果たす。第１の機能は、ガスタービンエンジン１０に備わっている概略的に示した箇所２６などの種々の構成部品を潤滑ないし冷却するために用いられたオイルを冷却することである。図示されているように、ダクト２８は、ターボファン１４からの空気流を受けるとともに、ダクト２８を通って出口３２までつながっている入口３０を備える。冷却空気は出口３２で主流路２４に合流する。さらに、構成部品２６と連通しているオイルライン３４は、ダクト２８内を通っている。ガスタービンエンジン１０のハウジングの一部分３６は、オイルライン３４の一部を受けており、オイルライン３４の露出した熱交換器３８となる部分は、ダクト２８内で、かつ入口３０から出口３２の流路に位置する。前述のように、通常のエンジン運転の間は、十分な量の空気が、入口３０に流入し、出口３２から流出して、熱交換器３８内のオイルを冷却する。しかし、時折、十分な量に満たない量の空気が流れる場合がある。したがって、本発明は、補助的な冷却空気機構を備える。

周囲の供給源４４から空気を取り入れて、ダクト２８内に送り込む補助空気流ファン４２に対応して、バルブ４０が設けられている。制御部は、補助空気流ファン４２と連動しており、低空気流条件が示された場合、ファンを起動させる。バルブ４０は、開放位置まで、バネまたは重力により付勢されていてもよし、補助空気流ファン４２と連動した制御部などの制御下にあってもよい。例えば、多量の空気がダクト２８を通る場合は、十分にバルブ４０を閉じた状態に保つことができるが、空気量がより少ない場合には、バルブ４０が開くように設計されていてもよい。空気弁の技術者であれば、異なったバルブ配列がもたらす種々の任意的な機能を認識されるであろう。

図３には、補助的なオイル冷却機構の詳細が図示されている。図３においては、バルブ４０が閉じた状態で、空気が入口３０から流入し、出口３２から流出する。図示されているように、バルブ４０は、ダクト２８内において、熱交換器３８の中間で、かつ入口３０および出口３２の中間に連通する。

図４には、開いた状態に移動したバルブ４０が図示されている。図示されているように、空気は、ダクト通路２８に流入し、両方向に向かって流れて、入口３０および出口３２の各々から流出して、各熱交換器３８を冷却する。このように、本発明は、主流路２４を通る空気量が少なくなる場合があるあらゆる冷却問題に対処している。

本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者であれば、ある特定の修正形態が、本発明の範囲内にあることが理解できよう。したがって、本発明の範囲および趣旨を決定するために添付の特許請求の範囲を検討されたい。

ガスタービンエンジンの概略図。 オイル冷却機構を備えたガスタービンエンジンの一部を示す図。 作動していない状態の補助オイル冷却機構の図。 作動した状態の補助オイル冷却機構の図。

Claims (16)

1. タービンにより駆動するターボファンであって、前記ターボファンは、ガスタービンエンジンの運転条件により異なる可変速度で駆動され、空気流路は、前記ターボファンから空気流を受け、前記空気流路における空気は、熱交換器を通過し、前記熱交換器は、オイルを受け、前記オイルは、前記ガスタービンエンジンに備わる構成部品の少なくとも１つから前記熱交換器を通って伝えられるターボファンと、
   前記ターボファンが、比較的低い速度で作動しており、そのため前記空気流路における前記空気流が比較的少ない場合に、前記熱交換器に亘って補助空気を選択的に供給する補助空気流システムと、
   を備えるガスタービンエンジン。
2. 前記補助空気流システムが、前記熱交換器に亘り空気を送る補助ファンを備えることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンエンジン。
3. 前記熱交換器に亘る付加的な空気流の必要性が運転条件により示された場合に、前記補助ファンを選択的に起動する制御部を、前記補助ファンが備えることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンエンジン。
4. バルブが、前記補助空気流の必要性が示されていない運転条件下において、前記補助ファンと前記熱交換器との間の連通を選択的に遮断することを特徴とする請求項３に記載のガスタービンエンジン。
5. 前記補助ファンが、前記バルブと補助空気供給源との間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンエンジン。
6. 前記空気流路から空気を受けるとともに、前記熱交換器を通して前記空気を導く入口と、
   前記熱交換器からの前記空気を導くとともに前記空気を前記空気流路に排出する出口と、を有する冷却ダクトをさらに備える請求項１に記載のガスタービンエンジン。
7. 補助空気流の必要性が示された場合に、前記補助空気が、前記冷却ダクトに流入し、少なくとも一対の間隔を隔てた熱交換器に亘って流れ、前記入口および前記出口の各々を通って前記空気流路に流入することを特徴とする請求項６に記載のガスタービンエンジン。
8. 前記補助空気が、前記一対の間隔を隔てた熱交換器の中間位置で冷却ダクトに流入することを特徴とする請求項７に記載のガスタービンエンジン。
9. ガスタービンエンジンの構成部品に滑油を供給するオイル供給ラインであって、前記オイル供給ラインが、熱交換器と連通し、前記熱交換器が、前記ガスタービンエンジンに備わるターボファンにより送られる空気の流路に位置するオイル供給ラインと、
   前記ターボファンが、比較的低い速度条件で作動しており、前記熱交換器に亘る前記ターボファンにより発生した空気流が、比較的少ない場合に、前記熱交換器に亘って補助空気を選択的に供給する補助空気流システムと、
   を備えるガスタービンエンジン用オイルシステム。
10. 前記補助空気流システムが、前記熱交換器に亘り空気を送る補助ファンを備えることを特徴とする請求項９に記載のオイルシステム。
11. 前記熱交換器に亘る補助空気流の必要性が運転条件により示された場合に、前記補助ファンを選択的に起動させる制御部を、前記補助ファンが備えることを特徴とする請求項１０に記載のオイルシステム。
12. 前記補助空気流の必要性が示されていない運転条件下において、バルブが、前記熱交換器に亘る前記補助ファンからの連通を選択的に遮断することを特徴とする請求項１１に記載のオイルシステム。
13. 前記補助ファンが、前記バルブと補助空気供給源との間に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載のオイルシステム。
14. 前記空気流路から空気を受けるとともに、前記熱交換器を通して前記空気を導く入口と、
    前記熱交換器からの前記空気を導くとともに前記空気を前記空気流路に排出する出口と、を有する冷却ダクトをさらに備える請求項９に記載のオイルシステム。
15. 補助空気流の必要性が示された場合に、前記補助空気が、前記冷却ダクトに流入し、少なくとも一対の間隔を隔てた熱交換器に亘って流れ、前記入口および前記出口の各々を通って前記空気流路に流入することを特徴とする請求項１４に記載のオイルシステム。
16. 前記補助空気が、前記一対の間隔を隔てた熱交換器の中間位置で冷却ダクトに流入することを特徴とする請求項１５に記載のオイルシステム。

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