JP6122445B2 - 適応型エダクタシステム - Google Patents

Description

開示する実施形態は、一般にガスタービンエンジンに関し、詳細には、サンプシール加圧を特徴とする適応型エダクタシステムに関する。

典型的なガスタービンエンジンは、一般に、前方端部と後方端部とを有し、これらの間にいくつかの構成要素が一列に続く。空気入口または吸気口は、エンジンの前方端部にある。吸気口はファンを備えてもよく、この吸気口の後に、後方端部に向かって順に、圧縮機、燃焼室、タービン、およびエンジン後方端部のノズルが続く。

欧州特許出願公開第１３１６６７８号

本発明の第１の実施形態は、サンプ加圧、ならびに、流体流が第１の圧力下にある第１の領域と、流体流が第２の圧力下にある第２の領域とを備えたエダクタシステムを提供する。潤滑油サンプ空洞は、第１の領域およびサンプ通気孔と流体連通するように設けられる。エダクタ弁システムは、エダクタ弁システムを通りかつ第２の領域およびサンプ通気孔と流体連通する流体流路を備えてもよい。エダクタ弁システムは、高度検出弁を備えてもよく、またゲージ圧力検出弁を備えてもよい。

エダクタシステムの別の実施形態は、流体流路を通じてゲージ圧力検出弁と並列である高度検出弁を備えてもよい。また、ゲージ圧力検出弁は、流体流路を通じてオリフィス板と直列に配置してもよい。

エダクタシステムの別の態様は更に、流体流路内に高度検出弁と直列である第２のゲージ圧力検出弁を備えてもよい。

エダクタシステムの更に別の態様は、流体流路を通じて第１のゲージ圧力検出弁と並列である高度検出弁を備えてもよく、高度検出弁は更に、流体流路を通じて第２のゲージ圧力検出弁と直列であってもよい。オリフィス板はまた、流体流路を通じて第１のゲージ圧力検出弁と直列であってもよい。

ゲージ圧力検出弁は、第２の領域のゲージ圧力に反応し得る。

本発明の実施形態を以下の図に示す。

本発明の実施形態による軸受サンプを備えたガスタービンエンジンの概略断面図である。 適応型エダクタシステムの実施形態である。 図２に示すものとは異なる適応型エダクタシステムの別の実施形態である。

典型的なガスタービンエンジンは、一般に、前方端部と後方端部とを有し、これらの間にいくつかの構成要素が一列に続く。空気入口または吸気口は、エンジンの前方端部にある。吸気口はファンを備えてもよく、この吸気口の後に、後方端部に向かって順に、圧縮機、燃焼室、タービン、およびエンジン後方端部のノズルが続く。例えば、低圧圧縮機と高圧圧縮機、高圧タービンと低圧タービン、ならびに外部シャフトなどの、追加の構成要素をエンジンに含めてもよいことは、当業者に容易に明らかになるであろう。しかしながら、これは網羅的なリストではない。エンジンはまた、典型的には、エンジンの長手方向中心軸線を通って軸方向に配置された内部シャフトを有する。内部シャフトは、タービンと空気圧縮機の両方に接続され、その結果、タービンが空気圧縮機に回転入力を与えて、圧縮機翼を駆動する。典型的なガスタービンエンジンは、ガスタービンエンジンを貫通する長手方向中心軸線を備えた外周を有すると考えてもよい。

次に図１を参照すると、ガスタービンエンジン１００の概略断面図が提供されている。図示のガスタービンエンジン１００は、従来のジェット機に利用してもよい。ガスタービンエンジン１００は、ガスタービンエンジン１００を貫通して配置された長手方向中心軸線１０１を備える。ガスタービンエンジン１００は、周囲圧力および温度条件を有する環境１０２に配置してもよく、この環境は、ガスタービンエンジン１００が利用される高度で見られるものであってもよい。ファン１０３は、ガスタービンエンジン１００の前方端部に設けてもよい。ファンの後方において、ガスタービンエンジン１００は、シール加圧空気１０８を供給する低圧かつ低温の流体流を収容する圧縮機に関連する第１の領域１０４を備える。第１の領域１０４の後方において、ガスタービンエンジン１００は、エダクタ供給空気１０７を供給する高圧かつ高温の流体流を収容する圧縮機の更に後方に第２の領域１０６を備える。

シール加圧空気１０８は、軸受のサンプ潤滑システム２００を収納するシール加圧室１０９に流れ込み、このシール加圧室１０９を加圧する。サンプシステムは、油で湿潤した潤滑油サンプ空洞２０１を備える。油ポンプ２０２は、シャフト１０５用の支持軸受２０５を潤滑するために、圧油供給２０４を行う。排油２０６は、油ポンプ２０２に吸入され、加圧され、圧油供給２０４として潤滑油サンプ空洞２０１内に戻される。

潤滑油サンプ空洞２０１は、１組の回転用サンプ空洞油シール１１０を介して、シール加圧室１０９から分離される。回転用サンプ空洞油シール１１０は、任意の既知の種類のものであってもよく、図示の例では、回転ラビリンスシールが提供されている。回転ラビリンスシールの特性により、第１の領域１０４からのシール加圧空気１０８は、シール加圧室１０９を介しかつ回転ラビリンスシール１１０を通って潤滑油サンプ空洞２０１内に漏出できる。したがって、潤滑油サンプ空洞２０１は、回転ラビリンスシール１１０を介して、第１の領域１０４と常に流体連通している。

シール加圧室１０９はまた、第２の組の回転シール１１２を介して、アンダーカウル１１６から分離される。回転用サンプ空洞油シール１１０と同様に、第２の組の回転シール１１２は、任意の既知の種類のものであってもよく、図示の例では、回転ラビリンスシールが提供されている。シール通気空気１１４は、これらの回転ラビリンスシール１１２を通って、一般に周囲条件にあるアンダーカウル１１６内に漏出してもよい。

シール加圧室１０９の圧力が潤滑油サンプ空洞２０１の圧力よりも低い場合には、シール加圧室１０９と潤滑油サンプ空洞２０１との間に負の圧力差が生じる。この状況において、油は、潤滑油サンプ空洞２０１から漏出してもよく、この漏出は、一般にガスタービンエンジン１００の低高度および／または低動力出力で発生し得る。それゆえ、エダクタシステムは、潤滑油サンプ空洞２０１の圧力をシール加圧室１０９の圧力よりも低く維持するために設けられ、その結果、シール加圧室１０９と潤滑油サンプ空洞２０１との間に正の圧力差が生じる。シール加圧室１０９と潤滑油サンプ空洞２０１との間に正の圧力差が生じると、シール加圧空気１０８が、潤滑油サンプ空洞２０１に流入し、油の漏出を防止し得る。

図１および図２を参照するに、ガスタービンエンジン１００は、空気噴流エジェクタとも呼ばれる適応型エダクタシステム３００を備えている。適応型エダクタシステム３００は、エダクタノズル３０２を介して、固定式中央通気管３０１と流体連通し得る。軸受のサンプ潤滑システム２００はまた、図示のような回転する中央通気管１１１、または他の既知の通気回路を貫通するサンプ通気孔２０８を備える。サンプ通気空気１１８は、この中央通気管１１１を通過し、エダクタノズル３０２を収納する固定式中央通気管３０１に入る。

エダクタシステムが開放しているときに、エダクタノズル３０２は、エダクタ抽気空気３０４を、サンプ通気孔２０８から離れる方向に固定式中央通気管３０１内に、かつ絞り構造または絞り装置３０８を有するエダクタ混合部３０６内に噴出する。絞り装置３０８は、固定式通気管内にノズルを形成する。サンプ通気孔２０８から離れる方向にかつ絞り装置３０８を通るようにエダクタ抽気空気３０４を噴出するノズルの作用により、潤滑油サンプ空洞２０１からサンプ通気孔２０８を通じてサンプ通気空気１１８を引き込む低圧吸引力が発生する。この吸引力により、エダクタシステム３００がなければ支配的となるであろう圧力よりも潤滑油サンプ空洞２０１内の圧力が低くなり、シール加圧室１０９と潤滑油サンプ空洞２０１との間に正の圧力差が発生する。サンプ空洞のより低い圧力により、シール加圧空気１０８がサンプ空洞に進入できるようになり、回転用サンプ空洞油シール１１０からの油の漏出を防止するのを補助する。

次に、図２を参照して、適応型エダクタシステム３００の実施形態について詳細に説明する。適応型エダクタシステム３００は、ほぼ周囲圧力下にあるアンダーカウル１１６環境への通気口３１２を有し得る弁ハウジングを備えてもよい。適応型エダクタシステム３００はまた、ハウジング３１０内にエダクタ流体流路３１３を備えてもよい。エダクタ流体流路３１３には、第２の領域１０６から高圧のエダクタ供給空気１０７が供給される。この流体流路３１３内に、第１のゲージ圧力検出弁３１８、第２のゲージ圧力検出弁３１４、および高度検出弁３１６を設けてもよい。高度検出弁３１６は、流体流路３１３を通じて第２のゲージ圧力検出弁３１４と直列に設けてもよい。第１のゲージ圧力検出弁３１８は、流体流路３１３を通じて第２のゲージ圧力検出弁３１４および高度検出弁３１６と並列に設けてもよい。加えて、オリフィス絞り３２０は、流体流路３１３を通じて第１のゲージ圧力検出弁３１８と直列に設けてもよく、かつ、流体流路３１３を通じて第２のゲージ圧力検出弁３１４および高度検出弁３１６と並列に設けてもよい。ゲージ圧力検出弁３１４、３１８は、圧力差が周囲条件に関係するので、エダクタ供給空気１０７とアンダーカウル１１６環境との間の圧力差を測定しかつその圧力差に反応する。一般に、ゲージ圧力検出弁３１４、３１８で読み取るゲージ圧力は、ガスタービンエンジン１００の動力出力に相関する。

高度検出弁３１６は、所定の高度以下で開弁となり、所定の高度を超える他の全ての条件で閉弁となり得る。第１のゲージ圧力検出弁３１８は、第１の所定のゲージ圧力以下で開弁状態となり、その所定のゲージ圧力を超える他の全ての条件で閉弁状態となり得る。第２のゲージ圧力検出弁３１４は、第２の所定のゲージ圧力以下で開弁状態となり、その所定のゲージ圧力を超える他の全ての条件で閉弁状態となり得る。第２の所定のゲージ圧力は、第１の所定のゲージ圧力と異なっていてもよい。更に、第２の所定のゲージ圧力は、第１の所定のゲージ圧力以上であってもよい。

ガスタービンエンジン１００が低高度（地上など）でかつ（地上でのアイドリング時または着陸進入時など）低出力で動作しているときには、ゲージ圧力が第１および第２の所定の両ゲージ圧力未満であり、全ての弁３１４、３１６、３１８が開弁状態である。全ての弁３１４、３１６、３１８が開弁した状態で、エダクタがオン状態となり、これにより、エダクタ供給空気１０７がエダクタシステム３００を通って自由に流れ、エダクタノズル３０２から流出できるようになる。エダクタノズル３０２から流出するエダクタ抽気空気３０４は、サンプ通気孔２０８に低圧をもたらす吸引力を発生させて、シール加圧室１０９と潤滑油サンプ空洞２０１との間に正の圧力差を発生させる。

高度検出弁３１６は、エンジンが所定の高度を超えると閉弁する。しかしながら、ゲージ圧力が第１の所定のゲージ圧力（低いエンジン出力に関連するゲージ圧力など）未満である場合には、第１および第２のゲージ圧力検出弁３１４、３１８の両方が開弁状態であってもよい。高度検出弁３１６が閉弁しかつ第１のゲージ圧力検出弁３１８が開弁した状態で、エダクタ供給空気１０７は、第１のゲージ圧力検出弁３１８およびオリフィス絞り３２０を通るように導かれる。オリフィス絞り３２０は、先の状況に比べてエダクタノズル３０２での吸引力が低減されるように、エダクタ供給空気１０７流を制限する。これらの条件下では、エダクタシステムがオン状態である先の状況で必要とされる圧力差よりも適切な圧力差を潤滑油サンプ空洞２０１内で維持するために、サンプ通気孔２０８には低減された吸引力で十分である。エダクタ供給空気１０７の制限された流れでは、空気がそれほどエンジンから離れる方向に引き出されず、また、エダクタ供給空気１０７が制限されずかつオリフィス絞り３２０を通るように導かれなかった場合よりも、エンジンの動力出力にそれほど影響を及ぼさない。更に、低減された吸引力は、油ポンプ２０２の入口において非常に低い圧力でキャビテーションを起こす可能性がある、油ポンプ２０２による適切な排油を確実にするために必要とされ得る。

低高度および中程度のエンジン出力では、高度検出弁３１６が開弁状態であってもよい。しかしながら、両方のゲージ圧力検出弁３１４、３１８が閉弁され、エダクタ３００がオフ状態となる。低高度および高いエンジン出力（離陸時や飛行の上昇段階時のエンジン出力など）では、高度検出弁３１６は開弁状態であるが、両ゲージ圧力検出弁が閉弁され、エダクタ３００がオフ状態となる。エダクタ３００がオフ状態のときのそのような状況では、回転用サンプ空洞油シール１１０を通る油の漏出を防止する必要がない。

高高度（巡航高度など）および巡航速度に関連するエンジン出力では、高度検出弁３１６および第１のゲージ圧力検出弁３１８が閉弁される。そのような状況では、回転用サンプ空洞油シール１１０を通る油の漏出を防止する必要がないので、エダクタシステム３００がオフ状態である。

本明細書に開示したエダクタシステム３００には、複数の変形が可能である。例えば、ゲージ圧力検出弁３１４、３１８の両方に対して、複数の所定のゲージ圧力値が可能である。これらの圧力値は、ガスタービンエンジン１００の設計、その設計された動力出力、およびガスタービンエンジン１００を利用する環境により決定してもよい。

オリフィス絞り３２０により、エダクタノズル３０２での複数の吸引力レベルが可能である。上記の例に示すように、高所で達成される吸引能力よりも、地上でより高い吸引能力が達成可能である。オリフィス絞り３２０によるエダクタノズル３０２の低下した吸引力は、最小圧力に遭遇する最大高度での油ポンプのキャビテーションを防止すると同時に、油の漏出を防止するのを補助するのに十分であり得る。

更に、本明細書で説明したエダクタシステム３００は、本明細書で説明した弁３１４、３１６、３１８のいずれか１つのみを用いて、または本明細書で説明した弁３１４、３１６、３１８のいずれか２つのみを用いて、またはオリフィス板３２０を用いてもしくはオリフィス板３２０なしで利用してもよい。例えば、図３を参照すると、ゲージ圧力検出弁３１８およびオリフィス絞り３２０と並列である高度検出弁３１６を有する適応型エダクタシステム３００が示されている。弁を２つのみを有するこれらの実施形態は、図１および図２に示す開示の３つの弁の実施形態とは異なる反応を示すことを理解されたい。

開示した実施形態は、エンジンシステムの種々の改善された特性、例えば、改善された性能（低燃費、油ならびに一酸化窒素および二酸化窒素の低排出量、排油ポンプのキャビテーションリスクの低さなど）を提供することができる。

構造および方法の上記説明は、例示の目的で提示されている。最良の形態を含めて本発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに任意の包含される方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施できるようにもするために、例を使用する。これらの例は、網羅的であること、または開示した厳密なステップおよび／または形態に本発明を限定することを意図するものではなく、上記の教示に照らして多くの修正および変形が可能である。本明細書で説明した特徴を任意の組み合わせで組み合わせることができる。本明細書で説明した方法のステップは、物理的に可能である任意の順序で実行することができる。本発明の特許可能な範囲は、添付の特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

１００ ガスタービンエンジン
１０１ 長手方向中心軸線
１０２ 環境
１０３ ファン
１０４ 第１の領域
１０５ シャフト
１０６ 第２の領域
１０７ エダクタ供給空気
１０８ シール加圧空気
１０９ シール加圧室
１１０ 回転用サンプ空洞油シール、回転ラビリンスシール
１１１ 中央通気管
１１２ 回転シール、回転ラビリンスシール
１１４ シール通気空気
１１６ アンダーカウル
１１８ サンプ通気空気
２００ 軸受のサンプ潤滑システム
２０１ 潤滑油サンプ空洞
２０２ 油ポンプ
２０４ 圧油供給
２０５ 支持軸受
２０６ 排油
２０８ サンプ通気孔
３００ 適応型エダクタシステム、エダクタシステム、エダクタ３０１ 固定式中央通気管
３０２ エダクタノズル
３０４ エダクタ抽気空気
３０６ エダクタ混合部
３０８ 絞り装置
３１０ ハウジング
３１２ 通気口
３１３ エダクタ流体流路、流体流路
３１４ 第２のゲージ圧力検出弁
３１６ 高度検出弁
３１８ 第１のゲージ圧力検出弁
３２０ オリフィス絞り、オリフィス板

Claims (9)

1. 第１の流体流が第１の圧力下にある第１の領域（１０４）と、
   第２の流体流が第２の圧力下にある第２の領域（１０６）と、
   前記第１の領域（１０４）およびサンプ通気孔（２０８）と流体連通する潤滑油サンプ空洞（２０１）と、
   エダクタ弁システムを通りかつ前記第２の領域（１０６）および前記サンプ通気孔（２０８）と流体連通する流体流路（３１３）を有するとともに、該流体流路（３１３）に設けられたオリフィス板（３２０）、高度検出弁（３１６）および第１及び第２のゲージ圧力検出弁（３１８、３１４）を備える、前記エダクタ弁システムと、
   を備え、
   前記第２のゲージ圧力検出弁（３１４）および高度検出弁（３１６）が直列であり、前記第１のゲージ圧力検出弁（３１８）及び前記オリフィス板（３２０）が直列であり、第２のゲージ圧力検出弁（３１４）および高度検出弁（３１６）が、前記第１のゲージ圧力検出弁（３１８）及び前記オリフィス板（３２０）と並列である、ガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
2. 前記高度検出弁（３１６）が、ある高度以下で開弁状態となり、他の全ての条件で閉弁状態となる、請求項１に記載のガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
3. 前記第１のゲージ圧力検出弁が、第１のゲージ圧力以下で開弁状態となり、他の全ての条件で閉弁状態となる、請求項１又は２に記載のガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
4. 前記第２のゲージ圧力検出弁（３１４）が、第２のゲージ圧力以下で開弁状態となり、他の全ての条件で閉弁状態となる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
5. 前記第１のゲージ圧力が、前記第２のゲージ圧力以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
6. 前記第１のゲージ圧力検出弁および前記第２のゲージ圧力検出弁（３１４）が、前記第２の領域（１０６）の前記ゲージ圧力に反応する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
7. 前記サンプ通気孔（２０８）および通気管を通じて前記潤滑油サンプ空洞（２０１）と流体連通するノズルを更に備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスタービンエンジン（１００）用のエダクタ。
8. 低圧圧縮機領域および高圧圧縮機領域を有するガスタービンエンジン（１００）と、
   流体流が前記ガスタービンエンジン（１００）の動力出力に対応する第１の圧力下にある前記低圧圧縮機領域と、
   流体流が前記ガスタービンエンジン（１００）の前記動力出力に対応する第２の圧力下にある前記高圧圧縮機領域と、
   前記低圧圧縮機領域およびサンプ空洞通気孔（２０８）と流体連通する潤滑油サンプ空洞（２０１）と、
   エダクタ弁システムを通りかつ前記高圧圧縮機領域および前記サンプ空洞通気孔（２０８）と流体連通する流体流路（３１３）を有するとともに、該流体流路（３１３）に設けられたオリフィス絞り（３２０）、高度検出弁（３１６）、第１のゲージ圧力検出弁（３１８）、および第２のゲージ圧力検出弁（３１４）を備える、前記エダクタ弁システムと、
   を備え、
   前記高度検出弁（３１６）が、前記流体流路（３１３）を通じて前記第１のゲージ圧力検出弁（３１８）と並列であり、
   前記オリフィス絞り（３２０）が、前記流体流路（３１３）を通じて前記第１のゲージ圧力検出弁（３１８）と直列であり、
   前記高度検出弁（３１６）が、前記流体流路（３１３）を通じて前記第２のゲージ圧力検出弁（３１４）と直列である、装置。
9. 前記第１のゲージ圧力検出弁（３１８）および前記第２のゲージ圧力検出弁（３１４）が、前記高圧圧縮機領域の前記ゲージ圧力に反応する、請求項８に記載の装置。