(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料マニホールド通路（２１８）に流体連結され、前記燃料マニホールド通路（２１８）内を流れる流体の膨張を制御するように構成された制御弁部（２００）であって、前記制御弁部（２００）が、制御弁室（２０４）を画定し、前記制御弁室（２０４）内に摺動可能に連結された制御弁（２０６）を含む、前記制御弁部（２００）と、
前記制御弁部（２００）に第１の側面で流体連結され、前記燃料マニホールド通路（２１８）内で膨張した流体を、前記制御弁部（２００）を通して受けるように構成されたアキュムレータ弁部（２０２）と
を含み、
前記制御弁（２０６）が第１の位置にあるときに、前記燃料マニホールド通路（２１８）内の流体が前記アキュムレータ弁部（２０２）の中へ膨張することを前記制御弁（２０６）が防止し、
前記制御弁部（２００）が、高圧通路（２２６）に流体連結され、前記制御弁（２０６）が、前記高圧通路（２２６）内を流れる流体によって前記第１の位置に付勢される、
ガスタービンエンジンの燃料アキュムレータシステム（１２０）。
【請求項２】
前記制御弁（２０６）が第２の位置にあるときに、前記燃料マニホールド通路（２１８）内の流体が前記アキュムレータ弁部（２０２）の中へ膨張することを前記制御弁（２０６）が可能にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御弁部（２００）が、前記制御弁（２０６）を前記第２の位置に向かって付勢するように構成されたスプリング（２１０）をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御弁部（２００）が高圧通路（２２６）に流体連結され、前記スプリング（２１０）によって加えられた力が前記高圧通路（２２６）内を流れる前記流体の力を上回ったときに、前記制御弁（２０６）が前記第２の位置に付勢される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
燃料マニホールド通路（２１８）に流体連結され、前記燃料マニホールド通路（２１８）内を流れる流体の膨張を制御するように構成された制御弁部（２００）と、
前記制御弁部（２００）に第１の側面で流体連結され、前記燃料マニホールド通路（２１８）内で膨張した流体を、前記制御弁部（２００）を通して受けるように構成されたアキュムレータ弁部（２０２）と
を含み、
前記制御弁部（２００）が、制御弁（２０６）と、制御弁室（２０４）内に摺動可能に連結されたスプリング（２１０）とを有して流体の膨張を制御し、
高圧通路（２２６）から前記制御弁（２０６）に加わる流体圧力が、前記スプリング（２１０）によって前記制御弁（２０６）に加えられる圧力を上回るときに、前記燃料マニホールド通路（２１８）内の流体が、前記アキュムレータ弁部（２０２）の中に膨張することが防止される、
ガスタービンエンジンの燃料アキュムレータシステム（１２０）。
【請求項６】
燃料マニホールド通路（２１８）に流体連結され、前記燃料マニホールド通路（２１８）内を流れる流体の膨張を制御するように構成された制御弁部（２００）と、
前記制御弁部（２００）に第１の側面で流体連結され、前記燃料マニホールド通路（２１８）内で膨張した流体を、前記制御弁部（２００）を通して受けるように構成されたアキュムレータ弁部（２０２）と
を含み、
前記アキュムレータ弁部（２０２）が、アキュムレータ室（２１２）内に摺動可能に連結されたアキュムレータピストン（２１４）を有して流体を受け、
前記制御弁部（２００）から流れる流体の、前記アキュムレータピストン（２１４）の第１の側面における圧力が、外気通路（２２４）から前記アキュムレータピストン（２１４）の第２の側面に加わる圧力を上回るときに、前記アキュムレータ室（２１２）で流体を受ける、
ガスタービンエンジンの燃料アキュムレータシステム（１２０）。
【請求項７】
前記システムが、前記ガスタービンエンジンの燃料分配弁（４００）に連結される、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記アキュムレータ弁部（２０２）が、アキュムレータ通路（２２２）によって前記第１の側面で前記制御弁部（２００）に流体連結され、かつ第２の側面で外気通路（２２４）に流体連結され、前記アキュムレータ弁部（２０２）が、アキュムレータ室（２１２）を画定し、前記アキュムレータ室（２１２）内に摺動可能に連結されたアキュムレータピストン（２１４）を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記外気通路（２２４）から前記アキュムレータ室（２１２）に入る圧力が、前記アキュムレータ通路（２２２）から前記アキュムレータ室（２１２）に入る圧力を上回るときに、前記アキュムレータピストン（２１４）が第１の位置にある、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御弁部（２００）から、前記アキュムレータ通路（２２２）を通って前記アキュムレータ室（２１２）に流れ込む流体からの圧力が、前記外気通路（２２４）に入る圧力を上回るときに、前記アキュムレータピストン（２１４）が第２の位置にある、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アキュムレータピストン（２１４）が第２の位置にあるときに、前記アキュムレータ室（２１２）が前記燃料マニホールド通路（２１８）から流体を受けるように構成された、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記アキュムレータピストン（２１４）が前記第１の位置に戻るときに、前記アキュムレータ室（２１２）の中に膨張した流体が、前記制御弁部（２００）を通って低圧ドレン通路（２２０）に流れる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
燃料マニホールド通路（２１８）内を流れる流体の膨張を、前記燃料マニホールド通路（２１８）に流体連結された制御弁部（２００）を使用して制御するステップと、
前記制御弁部（２００）に流体連結されたアキュムレータ弁部（２０２）において、前記燃料マニホールド通路（２１８）内で膨張した流体を、前記制御弁部（２００）を通して受けるステップと
を含み、
前記制御弁部（２００）が、制御弁（２０６）と、制御弁室（２０４）内に摺動可能に連結されたスプリング（２１０）とを有して流体の膨張を制御し、
さらに、高圧通路（２２６）から前記制御弁（２０６）に加わる流体圧力が、前記スプリング（２１０）によって前記制御弁（２０６）に加えられる圧力を上回るときに、前記燃料マニホールド通路（２１８）内の流体が、前記アキュムレータ弁部（２０２）の中に膨張するのを防止するステップを含む、ガスタービンエンジンの燃料漏れを防止する方法。
【請求項１４】
前記流体の膨張を制御するステップが、前記スプリング（２１０）に加えられる流体圧力が、前記高圧通路（２２６）から前記制御弁（２０６）に加えられる流体圧力を上回るときに、前記燃料マニホールド通路（２１８）内の流体が、前記アキュムレータ弁部（２０２）の中に膨張できるようにするステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
燃料マニホールド通路（２１８）内を流れる流体の膨張を、前記燃料マニホールド通路（２１８）に流体連結された制御弁部（２００）を使用して制御するステップと、
前記制御弁部（２００）に流体連結されたアキュムレータ弁部（２０２）において、前記燃料マニホールド通路（２１８）内で膨張した流体を、前記制御弁部（２００）を通して受けるステップと
を含み、
前記アキュムレータ弁部（２０２）が、アキュムレータ室（２１２）内に摺動可能に連結されたアキュムレータピストン（２１４）を有して流体を受け、
さらに、前記制御弁部（２００）から流れる流体の、前記アキュムレータピストン（２１４）の第１の側面における圧力が、外気通路（２２４）から前記アキュムレータピストン（２１４）の第２の側面に加わる圧力を上回るときに、前記アキュムレータ室（２１２）で流体を受けるステップを含む、ガスタービンエンジンの燃料漏れを防止する方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１２のいずれかに記載のシステムを備える、ガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の属する技術分野は、一般に燃料漏れ防止に関し、さらに詳細には、ガスタービンエンジンの燃料漏れを防止するための方法および燃料アキュムレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のターボファンエンジンは、燃料効率および汚染物質に対する厳格な要件に適合するために、多量の熱を生成する。ターボファンエンジンのシャットダウン中に、エンジンの熱がエンジンの冷却部分に流れるが、これはソークバックと呼び得る。ソークバックは、エンジンの他の部分よりも冷たい燃料マニホールドに、温度の上昇を引き起こす可能性がある。燃料マニホールドは、エンジンシャットダウン時は閉鎖系であるため、温度が上昇すると、バルク燃料が膨張するため、燃圧が上昇する。燃圧が燃料ノズルのクラッキング圧力を超えて上昇すると、燃料が熱いエンジンの中に漏れ、燃料蒸気がエンジンの吸気口および排気口の両方から漏れることになる。この蒸気は、航空機の検査および顧客受容性に影響を及ぼすと共に、エンジンの作動に関わるコストを上昇させる可能性がある。
【０００３】
熱を逃がすことのできる通気システムの設計は、通常、長いリードタイムを必要とし、かつエンジンとの統合が困難であり、このことはいずれも、通気システムの実装コストを上昇させる。したがって、ガスタービンエンジンには、燃料マニホールド内での圧力の増大を防止し、それによって燃料がエンジンの中に漏れるのを防止するシステムが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／１３２３６８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
一態様において、ガスタービンエンジンの燃料アキュムレータシステムが提供される。燃料アキュムレータシステムは、燃料マニホールド通路に流体連結された制御弁部と、第１の側面で制御弁部に流体連結されたアキュムレータ弁部とを含む。制御弁部は、燃料マニホールド通路内を流れる流体の膨張を制御するように構成される。アキュムレータ弁部は、燃料マニホールド通路で膨張した流体を、制御弁部を通して受けるように構成される。
【０００６】
別の態様において、ガスタービンエンジンの燃料漏れを防止する方法が提供される。この方法は、燃料マニホールド通路に流体連結された制御弁部を使用して、燃料マニホールド通路を流れる流体の膨張を制御するステップと、制御弁部に流体連結されたアキュムレータ弁部において、燃料マニホールド通路で膨張した流体を、制御弁部を通して受けるステップとを含む。
【０００７】
さらに別の態様において、燃料分配弁と、燃料分配弁に連結された燃料アキュムレータシステムとを含むガスタービンエンジンが提供される。燃料アキュムレータシステムは、燃料マニホールド通路に流体連結された制御弁部と、第１の側面で制御弁部に流体連結されたアキュムレータ弁部とを含む。制御弁部は、燃料マニホールド通路内を流れる流体の膨張を制御するように構成される。アキュムレータ弁部は、燃料マニホールド通路で膨張した流体を、制御弁部を通して受けるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】航空機を推進するために使用される例示的なコアエンジンアセンブリの概略図である。
【図２】図１に示すようなガスタービンエンジンで、エンジンシャットダウンの開始時に使用される、例示的なアキュムレータシステムの概略図である。
【図３】ガスタービンエンジンで、エンジンスタートアップ時に使用される、図１および図２に示すような例示的なアキュムレータシステムの概略図である。
【図４】ガスタービンエンジンの燃料分配弁に連結されて、ＦＳＶＡを形成する、図１〜図３に示すアキュムレータシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明は、アキュムレータシステムおよびその組み立て方法について、限定目的ではなく例示目的で示すものである。本明細書は、当業者が本開示を生産し使用することができるようにするものであり、また本明細書は、本開示を実施するための最良の形態であると現在考えられているものを含む、本開示のいくつかの実施形態について説明するものである。本開示は、本明細書において、好ましい実施形態、すなわち、アキュムレータおよびその組み立て方法に適用されるものとして説明される。しかし、本開示は、広範なシステム、および様々な産業用かつ／もしくは民生用用途のアキュムレータに広く適用されると考えられる。
【００１０】
図１は、航空機を推進するために使用される、例示的なガスタービンエンジン（ＧＴＥ）アセンブリ１００の概略図である。ＧＴＥアセンブリ１００は、コアエンジン１０２を含み、コアエンジン１０２は、高圧圧縮機１０６と、燃焼器１０８と、高圧タービン１１０とを含む。ＧＴＥアセンブリ１００は、また、ファンアセンブリ１０４および低圧タービン１１２を含む。作動時は、空気がファンアセンブリ１０４を通って流れ、圧縮された空気がファンアセンブリ１０４から高圧圧縮機１０６に供給される。高度に圧縮された空気は、燃焼器１０８に送られる。燃焼器１０８からの排気が、回転する高圧タービン１１０および低圧タービン１１２を駆動し、排気システム１１４を通ってＧＴＥアセンブリ１００から出る。
【００１１】
ＧＴＥアセンブリ１００は、ファンアセンブリ１０４を囲み、コアエンジン１０２から径方向外側に間隔を置いて配置された、ほぼ環状のナセル１１６をさらに含む。例示的な実施形態において、燃料アキュムレータシステム１２０は、ナセル１１６内でコアエンジン１０２に連結され、エンジンシャットダウン時に、コアエンジン１０２内に残留している燃料が漏れることなく、燃料蒸気が膨張することを可能にする。代替となる実施形態において、燃料アキュムレータシステム１２０が本明細書の記載通りに機能することを可能にするナセル１１６内の任意の位置に、燃料アキュムレータシステム１２０を連結してもよい。
【００１２】
図２は、エンジンシャットダウンの開始時における、図１で示すような燃料アキュムレータシステム１２０の概略図である。燃料アキュムレータシステム１２０は、制御弁部２００、およびアキュムレータ弁部２０２を含む。制御弁部２００は、制御弁室２０４を画定し、１つ以上のＯリングシール２０８とスプリング２１０によって、制御弁室２０４内に摺動可能に連結される制御弁２０６を有する。アキュムレータ弁部２０２は、アキュムレータ室２１２を画定し、アキュムレータピストン２１４を有する。アキュムレータピストン２１４は、高圧通路２２６（以下に説明する）から下流側に流体連結された高圧側２１５と、低圧ドレン通路２２０（以下に説明する）から下流側に流体連結された低圧側２１７とを有する。アキュムレータピストン２１４は、１つ以上のＯリングシール２１６によって、アキュムレータ室２１２内に摺動可能に連結される。
【００１３】
制御弁部２００は、燃料マニホールド通路２１８と低圧ドレン通路２２０によって、エンジンの燃料システム（図示せず）に、流体連結される。制御弁部２００は、アキュムレータ通路２２２によって、アキュムレータ弁部２０２に流体連結される。制御弁２０６が閉位置にあるとき（図２に示す）、燃料マニホールド通路２１８は、アキュムレータ通路２２２から遮断される。高圧通路２２６に入る燃圧が、スプリング２１０および低圧ドレン通路２２０によって、反対方向に加えられる力より大きいときは、制御弁２０６は閉じられる。スプリング２１０は、制御弁２０６が閉じられている間は、収縮位置に押し込まれる。あるいは、制御弁２０６が第２の位置、すなわち開位置（図３に示す）にあるときは、スプリング２１０からの力と低圧ドレン通路２２０の圧力が、高圧通路２２６からの圧力を上回り、燃料マニホールド通路２１８によって、アキュムレータ通路２２２へのアクセスが開く。
【００１４】
アキュムレータ弁部２０２は、アキュムレータ通路２２２および外気通路２２４に流体連結される。外気通路２２４からアキュムレータ室２１２へと入る圧力が、アキュムレータ通路２２２に入る圧力より大きいときに、アキュムレータピストン２１４は、第１の位置すなわち閉位置（図２に示す）に位置することができ、アキュムレータ室２１２を制御弁室２０４から遮断する。アキュムレータ通路２２２からの圧力が外気通路２２４からの圧力を上回ったときに、アキュムレータピストン２１４は、第２の位置すなわち開位置（図３に示す）に位置することができ、アキュムレータ室２１２と制御弁室２０４との間のアクセスを開く。
【００１５】
例示的な実施形態において、エンジンの作動中は、主燃料ポンプは、高圧通路２２６を通して、アキュムレータ室２１２の高圧側２１５へ高圧燃料を圧送する。結果として、低圧ドレン通路２２０内および、アキュムレータ室２１２の低圧側２１７内が低圧になる。高圧通路２２６と高圧側２１５で生成された高圧は、図２に示すように、制御弁２０６とアキュムレータピストン２１４を閉位置にする。シャットダウン時にエンジンが減速すると、高圧通路２２６および高圧側２１５内の圧力が、低圧ドレン通路２２０および低圧側２１７内の圧力と等しくなる。制御弁のスプリング２１０は、図３に示すように、制御弁２０６をシャットダウン位置に押し込む。エンジンシャットダウンの残りの過程において、およびエンジンの停止中に、燃料マニホールド通路２１８はアキュムレータ通路２２２へと開かれる。アキュムレータ室２１２では、高圧側２１５に加わる圧力が低圧側２１７に加わる圧力と等しいため、外気通路２２４内の周囲圧力に対するアキュムレータ通路２２２の圧力によって、アキュムレータピストン２１４が移動する。
【００１６】
エンジンからの熱が、燃料マニホールドラインに残留する燃料の加熱と膨張を引き起こすと、制御弁２０６が燃料マニホールド通路２１８に対して開き、燃料アキュムレータシステム１２０の中への燃料膨張を可能にする。膨張する燃料は、外気通路２２４内の周囲圧力に抗して働くアキュムレータ通路２２２内の圧力を増加させ、アキュムレータピストン２１４とＯリングシール２１６との間の最小限の抵抗を上回るのに十分な力を加えることのみによって、アキュムレータピストン２１４を開位置に移動させる。燃料アキュムレータシステム１２０の中への燃料の膨張は、燃料マニホールド内での圧力の増大を防止し、したがって、エンジンから燃料蒸気漏れを防止する。しばらくして、エンジンが冷却され燃料が収縮すると、アキュムレータ通路２２２内の圧力が低下し、アキュムレータピストン２１４が閉位置に向かって移動する。燃料アキュムレータシステム１２０のサイズ要件は、特定のエンジンの長さと膨張率を考慮して設計される。
【００１７】
図３は、図１に示すようなガスタービンエンジン内部の、エンジンスタートアップ時における燃料アキュムレータシステム１２０の概略図であり、図２と同一の参照番号を使用して説明される。例示的な実施形態では、エンジン停止中は、アキュムレータピストン２１４は開位置のままであり、アキュムレータ室２１２およびアキュムレータ通路２２２は、燃料膨張による燃料を含む。エンジンがスタートアップを開始すると、主燃料ポンプからの高圧燃料が、高圧通路２２６で急激に圧力上昇し、アキュムレータ室２１２の高圧側２１５に流れ込む。この急激な圧力上昇によって、制御弁２０６が閉位置（図２に示す）に移動し、燃料マニホールド通路２１８の圧力がアキュムレータ通路２２２の圧力から隔離される。アキュムレータ通路２２２では、高圧側２１５における高圧下での圧力上昇は、Ｏリングシール２１６の最小限の摩擦のみによって動きが制限されているアキュムレータピストン２１４を閉位置（図２に示す）に押し込む。アキュムレータピストン２１４が閉じると、アキュムレータ室２１２およびアキュムレータ通路２２２内の燃料が、低圧ドレン通路２２０を通って燃料システムに戻される。急激な燃圧の上昇は、制御弁２０６が完全に閉じる前に、燃料マニホールド通路２１８に再び入る燃料の量を最小限とするのに十分な大きさである。この過程は、エンジンに燃料が流れ出す前の非常に低速なエンジンスタートアップ速度で発生する。したがって、燃料アキュムレータシステム１２０は、スタートアップ過程で燃料がエンジンに導入すらされないうちに、燃料アキュムレータシステム１２０の中に膨張する燃料のほぼ全てを燃料システムに戻すことになる。これによって、燃料アキュムレータシステム１２０は、燃料マニホールドから完全に隔離され、エンジンから独立して作動することが可能になる。
【００１８】
図２および図３を参照すると、代替となる実施形態では、燃料アキュムレータシステム１２０は、高圧通路２２６と、燃料アキュムレータシステム１２０内で、冷却流体、すなわち燃料の流れを調節する第１のオリフィス２２８および第２のオリフィス２３０とを含み得る。エンジンの燃料ポンプからの高圧は、少量の冷却流体を、高圧通路２２６を通して導入し、第１のオリフィス２２８へと導入し得る。冷却流体は、次に、アキュムレータ室２１２に入ってアキュムレータピストン２１４を冷却し、その後、第２のオリフィス２３０を通って流出し得る。次いで、冷却流体は、制御弁室２０４に流れ戻り、低圧ドレン通路２２０を通って燃料システムに戻され得る。
【００１９】
図４は、ガスタービンエンジンの燃料分配弁に連結された、燃料アキュムレータシステム１２０の概略図である。この実施形態では、燃料アキュムレータシステム１２０は、燃料アキュムレータシステム１２０を航空機エンジンに組み込む際の簡略性、およびサイズ効率を向上させるために、燃料分配弁４００に連結される。この組み合わせは、燃料分配弁プラスアキュムレータ（ｆｕｅｌ  ｓｐｌｉｔ  ｖａｌｖｅ  ｐｌｕｓ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）、すなわちＦＳＶＡ４０２と呼ばれる。
【００２０】
本明細書で説明する燃料アキュムレータシステムは、冷却中のエンジンからの燃料蒸気の漏れ防止を容易にするために、ガスタービンエンジン内の燃料および燃料蒸気が、膨張できるようにするものである。また、本明細書で説明するアキュムレータは、既存のエンジン構成部品に連結して、ＧＴＥアセンブリ１００全体のサイズと重量の削減を容易にするアキュムレータを提供すること、およびエンジンの燃料消費を低減して、エンジン効率を向上させることも可能にする。
【００２１】
本明細書は、本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムを生産し使用すること、および任意の組み込まれた方法を使用することを含む、本発明の実施が当業者に可能となるようにするために、最良の形態を含む例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の例を含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言と実質的に差異のない、同等の構造要素を含む場合は、本特許請求の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００２２】
１００  ガスタービンエンジン（ＧＴＥ）アセンブリ
１０２  コアエンジン
１０４  ファンアセンブリ
１０６  高圧圧縮機
１０８  燃焼器
１１０  高圧タービン
１１２  低圧タービン
１１４  排気システム
１１６  ナセル
１２０  燃料アキュムレータシステム
２００  制御弁セクション
２０２  アキュムレータ弁セクション
２０４  制御弁室
２０６  制御弁
２０８  Ｏリングシール
２１０  スプリング
２１２  アキュムレータ室
２１４  アキュムレータピストン
２１５  高圧側
２１６  Ｏリングシール
２１７  低圧側
２１８  燃料マニホールド通路
２２０  低圧ドレン通路
２２２  アキュムレータ通路
２２４  外気通路
２２６  高圧通路
２２８  第１のオリフィス
２３０  第２のオリフィス
４００  燃料分配弁
４０２  ＦＳＶＡ（ｆｕｅｌ  ｓｐｌｉｔ  ｖａｌｖｅ  ｐｌｕｓ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ（燃料分配弁プラスアキュムレータ））
【図１】
0005934432.tif 000002
【図２】
0005934432.tif 000003
【図３】
0005934432.tif 000004
【図４】
0005934432.tif 000005