(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンにおける油タンクおよび空気／油熱交換器６８をロータブレードの破損から保護する。【解決手段】構造フレーム３８は、潤滑システム４０を備える。ハブ５６に備えたチャンバ５８により、潤滑油４２を貯蔵する貯蔵部６０が形成される。支柱６４は、ハブ５６からリム６２へと半径方向外側に延びるとともに、リム６２と貯蔵部６０との間に潤滑油４２を導く通路６６と、潤滑油４２から熱を除去する空気／流体熱交換器６８とを備える。ハブ５６を取り囲むリム６２は、入口、出口ポート７４，７６を備える。入口ポート７４は、高温の潤滑油４２を排油ポンプ５２から構造フレーム３８に導く。出口ポート７６は、冷却された潤滑油４２を構造フレーム３８から放出し、潤滑ポンプ５４に送る。貯蔵部６０および空気／流体熱交換器６８と構造フレームとの一体化により、ファンブレードなどの欠落による破損のリスクが減少する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を貯蔵する貯蔵部を形成する中央ハブと、
前記ハブを囲んでいる外側リムと、
前記貯蔵部に流体的に結合するとともに、前記流体および空気流と同時に連通している少なくとも１つの熱交換器と、
を備えるガスタービンエンジンにおけるフレーム。
【請求項２】
前記ハブと前記リムとの間で半径方向に延びている１つまたは複数の支柱をさらに備え、前記の１つまたは複数の支柱が、前縁および後縁を備え、少なくとも１つの支柱が、少なくとも１つの熱交換器を含むことを特徴とする請求項１に記載のフレーム。
【請求項３】
前記支柱の１つだけが、少なくとも１つの熱交換器を含むことを特徴とする請求項２に記載のフレーム。
【請求項４】
熱交換器を含む前記支柱の各々が、ちょうど１つの熱交換器を含むことを特徴とする請求項２に記載のフレーム。
【請求項５】
前記支柱の１つが、前記流体を前記貯蔵部に導く供給通路を含み、前記支柱の別の１つが、前記貯蔵部から前記流体を放出する放出通路を含むことを特徴とする請求項２に記載のフレーム。
【請求項６】
少なくとも１つの熱交換器を含む前記支柱の少なくとも１つが、前記流体を前記貯蔵部に導く供給通路および前記貯蔵部から前記流体を放出する放出通路を含み、前記通路の少なくとも一方が、前記の少なくとも１つの熱交換器を通り延びることを特徴とする請求項２に記載のフレーム。
【請求項７】
前記供給通路のみが、前記少なくとも１つの熱交換器を通り延びることを特徴とする請求項６に記載のフレーム。
【請求項８】
前記放出通路のみが、前記少なくとも１つの熱交換器を通り延びることを特徴とする請求項６に記載のフレーム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの熱交換器が、前記支柱の前記少なくとも１つと一体的に形成されているバッフルの列を備えることを特徴とする請求項６に記載のフレーム。
【請求項１０】
前記バッフルが、前記通路の前記少なくとも１つに蛇行流体経路を設けるように配置されることを特徴とする請求項９に記載のフレーム。
【請求項１１】
前記バッフルが、前記リムと前記ハブとの間に配置され、前記前縁および前記後縁に向かって交互にオフセットされることを特徴とする請求項１０に記載のフレーム。
【請求項１２】
前記バッフルが、前記前縁と前記後縁との間に配置され、前記リムおよび前記ハブに向かって交互にオフセットされることを特徴とする請求項１０に記載のフレーム。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の支柱が、エアフォイルの形状をした横断面をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のフレーム。
【請求項１４】
前記フレームに流体を導く入口ポートを前記リムにさらに備え、前記入口ポートが、前記リムの半径方向の肉厚を貫通するとともに、前記供給通路と流体的に結合することを特徴とする請求項６に記載のフレーム。
【請求項１５】
前記フレームから流体を排出する出口ポートを前記リムにさらに備え、前記出口ポートが、前記リムの半径方向の肉厚を貫通するとともに、前記放出通路と流体的に結合することを特徴とする請求項１４に記載のフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの構成部品に関し、より詳細には一体型流体貯蔵部および空気／流体熱交換器を備える構造フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流型ガスタービンエンジンにおいて、吸入空気は、前方の圧縮機で加圧され、ディフューザを通り軸方向後方の燃焼室に送られる。燃焼室では、燃料が加圧空気に噴射され、それにより生じた燃料／空気混合気が燃焼される。高温の燃焼ガスが、後方のタービン部へと膨張し、そこでエネルギーが抽出され、その後、排気ジェットとしてガスタービンエンジンから排出される。
【０００３】
タービン部は、ロータブレードおよびステータベーンからなる交互の軸方向の段から構成される。タービンブレードにより、抽出されたエネルギーが１つまたは複数のロータアッセンブリに送られる。このロータアッセンブリは、１つまたは複数の中央シャフトの後方端部に連結している。シャフトは、軸方向前方に延びており、その前方端部が、１つまたは複数の圧縮機のロータアッセンブリに連結している。シャフトは、同心であり、ガスタービンエンジンの１つまたは複数の構造フレームにある密封されたコンパートメント内に取りつけられたベアリングにより支持される。
【０００４】
加圧された潤滑油を用いることにより、ベアリングを潤滑し、通常のエンジン運転中に発生する熱を除去する。高温の潤滑油は、ベアリングコンパートメントから油貯蔵タンクおよび空気／油熱交換器に導かれ、その後、ベアリングに再び導かれる。ほとんどのエンジン形態では、油タンクは、ファン部と呼ばれる圧縮機の最前方段を取り囲む構造フレームに外部から取りつけられている。他のエンジン形態では、油タンクは、エンジンの下方でギアボックスに隣接して取り付けられている。空気／油熱交換器は、ファン部からの空気を利用し、油から熱を吸収する。空気／油熱交換器もまた、外部から取りつけられている。バルブにより、圧縮空気が調節され、あらゆる条件下で潤滑油の温度が適切な運転範囲内にあるように維持される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ファンブレードおよび他の回転部品に欠落が生じた場合、破片により外部から取りつけられた油タンクまたは空気／油熱交換器が破損する可能性がある。外部から取りつけられた油タンクまたは空気／油熱交換器は、非常に広い場所を占めるため、他の構成部品のメンテナンスが困難となる。油タンク、空気／油熱交換器ならびに対応する取付ブラケットによりエンジン重量が増加し、航空機のペイロード運搬能力および燃料効率が減少する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
航空機の安全性は、航空機産業および旅行者にとって非常に重要であるため、ガスタービンエンジンの安全面におけるあらゆる改善が切望されている。ファンブレードおよび他の回転部品に破損が生じた際に保護される油タンクおよび空気／油熱交換器が必要である。これらの重要な構成部品を外部の取付部分から露出の少ない部分へと移動させることにより、メンテナンスが容易になり、エンジン重量が減少する。
【０００７】
本発明によると、流体を貯蔵する貯蔵部と、流体から熱を除去する空気／流体熱交換器と、を備えた構造フレームが提供される。
【０００８】
本発明の実施例によると、空気流内に配置された構造フレームが提供される。中央のハブにより、流体を貯蔵する貯蔵部が形成され、外側リムにより、ハブが取り囲まれる。支柱が、ハブとリムとの間で半径方向に延びており、１つまたは複数の通路が、貯蔵部に流体的に結合している。入口および出口ポートは、リムに配置されてもよいし、通路に流体的に結合してもよい。空気／流体熱交換器は、通路に流体的に結合しており、流体から空気流へと熱を移動させる。
【０００９】
流体貯蔵部および空気／流体熱交換器と構造フレームを一体化させることにより、ファンブレードおよび他の回転部品の欠落による破損のリスクが減少する。構成部品をガスタービンエンジンの外側部分から移動させることにより、メンテナンスが容易になるとともに、エンジン重量が減少する。その他の特徴および利点は、以下のより詳細な説明ならびに構造フレームの複数の実施例を図示した添付の図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１のガスタービンエンジン１０の主要部分は、低圧圧縮機１２、高圧圧縮機１４、燃焼室１６、高圧タービン１８および低圧タービン２０から構成される。通常、ファン部２２と呼ばれる低圧圧縮機１２の最前方部分により、吸入空気２４は、２つの空気流、つまりコア空気２６およびバイパス空気２８に分割されて案内される。コア空気２６は、前記の主要部分の内側に導かれ、バイパス空気は、前記主要部分の外側に導かれる。低圧圧縮機１２は、低圧側ロータシャフト３０により低圧タービン２０に連結され、高圧圧縮機１４は、高圧側ロータシャフト３２により高圧タービン１８に連結される。シャフト３０，３２は、互いに同心であり、ガスタービンエンジン１０の長手方向の中心軸３４を中心に回転する。
【００１１】
シャフト３０，３２は、固定された１つまたは複数の構造フレーム３８のベアリング３６により支持される。図示した実施例においては、３つの構造フレーム３８により、シャフト３０，３２が支持されているが、任意の数の構造フレームを用いてもよい。潤滑システム４０により、ベアリング３６に、またベアリング３６から潤滑油４２が供給され、摩擦が減少し、過度の熱が除去される。潤滑油４２が、ベアリング３６に供給された後、１つまたは複数のベアリングコンパートメント４６から出た空気／オイルミスト４４は、油分離器（Ｄ．Ｏ．）５０により潤滑油４２とバッファ空気（ｂｕｆｆｅｒ  ａｉｒ）４８とに分離される。バッファ空気４８は、ガスタービンエンジン１０から放出され、潤滑油４２は、排油ポンプ（Ｓ．Ｐ．）５２に送られる。排油ポンプ５２により、貯蔵および冷却のため構造フレーム３８に潤滑油４２が供給される。貯蔵および冷却後、潤滑油４２は、潤滑ポンプ（Ｌ．Ｐ．）５４によりベアリング３６に送り戻され、新たな潤滑サイクルが始まる。
【００１２】
次に、図２を参照すると、安全性および整備性を向上するとともに、重量を減少させるために、構造フレーム３８に、潤滑システム４０の部分が組み込まれている。中央ハブ５６は、１つまたは複数の半円環状のチャンバ５８を備え、そのチャンバ５８の少なくとも１つにより、潤滑油４２などの流体を貯蔵する貯蔵部６０が形成される。リム６２は、ハブ５６を囲むとともに、ガスタービンエンジン１０への取付部分として、かつベアリング３６の支持体として機能する。１つまたは複数の支柱６４は、ハブ５６からリム６２へと半径方向外側に延びており、各支柱６４間に周方向の間隔を有する。ファン部２２からのバイパス空気２８は、リム６２とハブ５６との間、かつ支柱６４の周囲に導かれる。支柱６４は、リム６２と貯蔵部６０との間に潤滑油４２を導く通路６６（図３〜５）を備えていてもよく、また、潤滑油４２から熱を取り除く空気／流体熱交換器６８を備えていてもよい。構造フレーム３８を一部品として鋳造、または鍛造してもよいし、溶接、ろう付け、あるいは他の適切な方法により別個の構成部品を接合してもよい。本実施例においては、流体を潤滑油４２としているが、ガスタービンエンジン１０または航空機で使用されるその他の流体であっても同様に貯蔵、冷却できるということを理解されたい。
【００１３】
ハブ５６には、隔壁７０が含まれる。この隔壁７０により、半円形のチャンバ５８が画定され、貯蔵部６０が形成される。貯蔵部６０は、ガスタービンエンジン１０における潤滑システム４０の要求に対応するように大きさが調節され、かつ周方向に位置している。実施例においては、単一の貯蔵部６０について示しているが、複数の貯蔵部６０であってもよい。例えば、第一貯蔵部６０に潤滑油４２を貯蔵し、第二貯蔵部６０に作動液を貯蔵してもよい（図示せず）。製造時にハブ５６と一体的に隔壁７０を形成してもよいし、溶接、ろう付け、または他の適切な手段で隔壁７０を接合してもよい。カバー７２は、ボルト締め、リベット打ち、溶接、または他の適切な手段でハブ５６に固定され、貯蔵部６０を密閉する。このカバー７２により、貯蔵部６０の検査またはメンテナンスが行いやすくなるとともに、ハブ５６の製造も容易になる。
【００１４】
リム６２は、高温の潤滑油４２を排油ポンプ５２から構造フレーム３８に導く入口ポート７４を備えていてもよい。入口ポート７４は、支柱６４と一致するような周方向位置に配置され、リム６２の半径方向の肉厚を貫通してもよい。出口ポート７６により、冷却された潤滑油４２が構造フレーム３８から放出され、潤滑ポンプ５４に送られる。出口ポート７６は、支柱６４と一致するような周方向位置に配置されており、リム６２の半径方向の肉厚を貫通してもよい。入口７４および出口７６ポートは、図３〜５に示されているように、それぞれ別々の支柱６４と一致してもよいし、図６のように共通の支柱６４と一致していてもよい。別々の支柱６４は、図に示されているように、互いに隣接している必要はない。入口７４および出口７６ポートの各々の突起部７８により、取付部品、フランジまたは他の適切な取付手段に対する付加的な材料部分がもたらされる。
【００１５】
支柱６４は、通常、エアフォイルの形状をした横断面を有するとともに、ファン部２２により排出されたバイパス空気２８にさらされる外板８０を備える。図３〜５を参照すると、潤滑油４２を貯蔵部６０に導き、または貯蔵部６０から導く１つまたは複数の通路６６が、支柱６４中に延びていてもよい。図６を参照すると、供給通路１６６により、潤滑油４２が貯蔵部６０に導かれ、放出通路２６６により潤滑油４２が貯蔵部６０から導かれる。熱を潤滑油４２からバイパス空気２８へと移動させる空気／流体熱交換器６８が、少なくとも１つの通路６６に備わっていてもよい。空気／流体熱交換器６８は、また、バイパス空気２８にさらされるハブ５６またはリム６２の一部分として設置されていてもよい。
【００１６】
図３〜６にそれぞれ示されている空気／流体熱交換器６８の実施例によると、空気／流体熱交換器６８は、製造中に支柱６４の内部に一体的に形成される。熱交換器は、支柱６４の内部に延びる１つまたは複数の通路６６に位置する。１つまたは複数の一体型バッフル８２は、リム６２とハブ５６との間で半径方向に配置され、前縁部８４および後縁部８６に向かって軸方向に交互にオフセットしており、それにより蛇行流体経路８８が形成される。蛇行流体経路８８により、乱流が生じ、潤滑油４２と外板８０との間の熱移動が促進される。
【００１７】
図７に示されている空気／流体熱交換器１６８の別の実施例によると、空気／流体熱交換器６８は、製造中、支柱６４内部に一体的に形成される。熱交換器は、支柱６４内に延びる１つまたは複数の通路６６に位置する。１つまたは複数の一体型バッフル８２は、前縁部８４と後縁部８６との間で軸方向に配置され、リム６２およびハブ５６に向かって半径方向に交互にオフセットしており、それにより蛇行経路８８が形成される。蛇行経路８８により、乱流が生じ、潤滑油４２と外板８０との間の熱移動が促進される。
【００１８】
図８に示されている空気／流体熱交換器２６８のさらに別の実施例によると、空気／流体熱交換器６８は、独立して形成され、その後、通路６６に設置される。通路６６に設置されると、ボルト締め、リベット打ち、溶接、ろう付け、または他の適切な手段により、外板８０の一部分が支柱６４に接合される。図８の実施例においては、別法として、流体／流体熱交換器として用いてもよい。例えば、航空燃料が、通路６６内で高温の潤滑油４２を取り囲み、それにより燃料が凍結するのを防いでもよい。
【００１９】
図３の構造フレーム３８の実施例によると、排油ポンプ５２により、高温の潤滑油４２が油分離器５０から入口ポート７４に導かれる。第１支柱１６４を通り半径方向に延びる通路６６に一致するリム６２の一部分を、入口ポート７４は貫通しており、この通路６６に流体的に結合する。軸方向に交互に並ぶバッフル８２の列は、通路６６と一体化しており、潤滑油４２の蛇行経路８８となる。潤滑油４２およびバイパス空気２８が、外板８０と同時に接触することにより、潤滑油４２からバイパス空気２８に熱が移動する。第１支柱１６４の通路６６と流体的に結合するとともに、中央ハブ５６に形成された貯蔵部６０に、バイパス空気２８に熱が移動した後の潤滑油４２が貯蔵される。潤滑油４２は、貯蔵部６０から、貯蔵部６０に流体的に結合した第２支柱２６４の通路６６内に導かれる。軸方向に交互に並ぶバッフル８２の列は、通路６６と一体化しており、潤滑油４２の蛇行経路８８となる。潤滑油４２およびバイパス空気２８が、外板８０と同時に相互作用することにより、潤滑油４２からバイパス空気２８に熱が移動する。第２支柱２６４の通路６６と一致するとともに、流体的に結合する出口ポート７６は、リム６２の一部分を貫通しており、構造フレーム３８から潤滑油４２を放出する。潤滑ポンプ５４により、冷却された潤滑油４２が再びベアリング３６に導かれ、新たな潤滑プロセスが始まる。
【００２０】
図４の構造フレーム３８の別の実施例によると、排油ポンプ５２により、高温の潤滑油４２が油分離器５０から入口ポート７４に導かれる。第１支柱１６４を通り半径方向に延びる通路６６に一致するリム６２の一部分を、入口ポート７４は貫通しており、この通路６６に流体的に結合する。軸方向に交互に並ぶバッフル８２の列は、通路６６と一体化しており、潤滑油４２の蛇行経路８８となる。潤滑油４２およびバイパス空気２８が、外板８０と同時に相互作用することにより、潤滑油４２からバイパス空気２８に熱が移動する。第１支柱１６４の通路６６と流体的に結合するとともに、中央ハブ５６に形成された貯蔵部６０に、バイパス空気２８に熱が移動した後の潤滑油４２が貯蔵される。潤滑油４２は、貯蔵部６０から、貯蔵部６０に流体的に結合した第２支柱２６４の通路６６内に導かれる。第２支柱２６４の通路６６と一致するとともに、流体的に結合する出口ポート７６は、リム６２の一部分を貫通しており、構造フレーム３８から潤滑油４２を放出する。次いで、潤滑ポンプ５４により、冷却された潤滑油４２が再びベアリング３６に導かれ、新たな潤滑プロセスが始まる。
【００２１】
図５の構造フレーム３８のさらに別の実施例によると、排油ポンプ５２により、高温の潤滑油４２が油分離器５０から入口ポート７４に導かれる。第１支柱１６４を通り半径方向に延びる通路６６に一致するリム６２の一部分を、入口ポート７４は貫通しており、この通路６６に流体的に結合する。第１支柱１６４の通路６６と流体的に結合するとともに、中央ハブ５６に形成された貯蔵部６０に、潤滑油４２が貯蔵される。潤滑油４２は、貯蔵部６０から、貯蔵部６０に流体的に結合した第２支柱２６４の通路６６内に導かれる。軸方向に交互に並ぶバッフル８２の列は、通路６６と一体化しており、潤滑油４２の蛇行経路８８となる。潤滑油４２およびバイパス空気２８が、外板８０と同時に相互作用することにより、潤滑油４２からバイパス空気２８に熱が移動する。第２支柱２６４の通路６６と一致するとともに、流体的に結合する出口ポート７６は、リム６２の一部分を貫通しており、構造フレーム３８から潤滑油４２を放出する。次いで、潤滑ポンプ５４により、冷却された潤滑油４２が再びベアリング３６に導かれ、新たな潤滑プロセスが始まる。
【００２２】
図６の構造フレーム３８のさらに他の実施例によると、排油ポンプ５２により、高温の潤滑油４２が油分離器５０から入口ポート７４に導かれる。支柱６４を通り半径方向に延びる供給通路１６６に一致するリム６２の一部分を、入口ポート７４は貫通しており、この供給通路１６６に流体的に結合する。軸方向に交互に並ぶバッフル１８２の第１列は、支柱６４の供給通路１６６と一体化しており、潤滑油４２の蛇行経路８８となる。潤滑油４２およびバイパス空気２８が、外板８０と同時に相互作用することにより、潤滑油４２からバイパス空気２８に熱が移動する。供給通路１６６と流体的に結合するとともに、中央ハブ５６に形成された貯蔵部６０に、潤滑油４２が貯蔵される。支柱６４を通り半径方向に延びるとともに、貯蔵部６０と流体的に結合した放出通路２６６に、貯蔵部６０から潤滑油４２が導かれる。軸方向に交互に並ぶバッフル２８２の第２列は、放出通路２６６と一体化しており、潤滑油４２の蛇行経路８８となる。潤滑油４２およびバイパス空気２８が、外板８０と同時に相互作用することにより、潤滑油４２からバイパス空気２８に熱が移動する。放出通路２６６と一致するとともに、流体的に結合する出口ポート７６は、リム６２の一部分を貫通しており、構造フレーム３８から潤滑油４２を放出する。次いで、潤滑ポンプ５４により、冷却された潤滑油４２が再びベアリング３６に導かれ、新たな潤滑プロセスが始まる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】長手方向の中心軸に沿ったガスタービンエンジンおよび潤滑システムの概略断面図。
【図２】図１のガスタービンエンジンにおいて用いられる形式の構造フレームの実施例の等角後面図。
【図３】本発明の実施例による構造フレームの部分断面図。
【図４】本発明の別の実施例による構造フレームの部分断面図。
【図５】本発明のさらに別の実施例による構造フレームの部分断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施例による構造フレームの部分断面図。
【図７】本発明の空気／流体熱交換器の別の実施例による部分断面図。
【図８】本発明の空気／流体熱交換器のさらに別の実施例による部分断面分解図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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