(57)【要約】      （修正有）【課題】コア空気流路を通って延びる潤滑オイル供給管路又は排出管路のサイズ及び／又は総量を低減する手段を提供する。【解決手段】コア空気流路３７を定めるガスタービンエンジン１０で使用するための内蔵式潤滑流体循環システム２００は、潤滑流体を収集するよう構成されたサンプ１００と、サンプと流体連通して結合され、潤滑流体に熱を伝達するよう構成された熱源１０８，１１０,１１６とを含み、サンプ内に位置付けられ、熱源と流体連通して結合されたヒートシンク２０４を含む。潤滑流体導管２０２は、熱源とヒートシンクとの間で潤滑流体を送るように構成され、潤滑流体導管がサンプ内に完全に位置付けられる。【選択図】図２
2017089635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア空気流路（３７）を定めるガスタービンエンジン（１０）で使用するための内蔵式潤滑流体循環システム（２００，３００，４００）であって、
潤滑流体を収集するよう構成されたサンプ（１００）と、
前記サンプと流体連通して結合され、前記潤滑流体に熱を伝達するよう構成された熱源（１０８，１１０,１１６）と、
前記サンプ内に位置付けられ、前記熱源と流体連通して結合されたヒートシンク（２０４，３０４，１５４）と、
前記熱源と前記ヒートシンクとの間で潤滑流体を送るように構成された潤滑流体導管（２０２，４１０）と、
を備え、前記潤滑流体導管が、前記サンプ内に完全に位置付けられる、潤滑流体循環システム（２００，３００，４００）。
【請求項２】
前記潤滑流体導管（２０２，４１０）及び前記潤滑流体が、前記コア空気流路（３７）を通って延びていない、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項３】
前記サンプ（１００）が、前記コア空気流路（３７）の半径方向内向きに位置付けられる、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項４】
前記サンプ（１００）が、前記ガスタービンエンジン（１０）のノーズコーン（１５０）内に位置付けられるファンサンプを含む、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項５】
前記ヒートシンクが、前記ガスタービンエンジンから冷却空気流を受け取り、前記サンプにおいて前記潤滑流体からの熱を前記冷却空気流に伝達するよう構成された空気−液体熱交換器を含む、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項６】
前記ヒートシンク（２０４，３０４）が、液体−液体熱交換器を含み、前記システムが更に、前記熱交換器と流体連通して結合された熱輸送システム（３０６）を備え、該熱輸送システムが、前記潤滑流体からの熱を前記熱輸送システム内の熱輸送流体に伝達するよう構成されている、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項７】
前記ヒートシンク（１５４）が、外部空気流（１５２）に晒されるサンプ壁を含む、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項８】
前記サンプ（１００）内に位置付けられ、前記潤滑流体導管（２０２，４１０）を介して前記ヒートシンク（２０４，３０４，１５４）と流体連通して結合された潤滑流体フィルタ（２０８）を更に備える、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項９】
前記サンプ（１００）内に位置付けられ且つ前記熱源（１０８，１１０,１１６）及び前記ヒートシンク（２０４，３０４，１５４）と流体連通して結合された再分配ポンプ（２１２，４０２）を更に備え、前記再分配ポンプが、前記潤滑流体を加圧し、前記熱源と前記ヒートシンクとの間で前記潤滑流体を送るよう構成される、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項１０】
前記ヒートシンク（２０４，３０４，１５４）が、前記サンプ（１００）の少なくとも１つの壁（１５４，１１２，１１４）に一体化された熱交換器を含む、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【請求項１１】
前記サンプ（１００）内に位置付けられ且つ前記ヒートシンク（２０４，３０４，１５４）及び前記熱源（１０８，１１０,１１６）と流体連通して結合された空気／潤滑流体分離器（２１０）と、
前記空気／潤滑流体分離器と流体連通して結合され、前記サンプから空気を送るように構成された通気管路（２１４）と、
を更に備える、請求項１に記載のシステム（２００，３００，４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は全体的に、航空機エンジンにおける排油システム及びその方法に関する。より詳細には、本開示は、一体形熱交換器を含むガスタービンエンジンのサンプ内の閉ループ排油システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボファンのような少なくとも一部の既知のガスタービンエンジンは、ファン、コアエンジン、及び出力タービンを含む。コアエンジンは、少なくとも１つの圧縮機、燃焼器、及び高圧タービンを含み、これらは直列流れ関係で共に結合されている。より具体的には、圧縮機及び高圧タービンは、シャフトを通じて結合されて高圧ロータ組立体を形成する。燃焼器に流入する空気は、燃料と混合されて点火され、高エネルギーガスストリームを形成する。高エネルギーガスストリームは、高圧タービンを通って流れて、該高圧タービンを回転駆動し、シャフトが圧縮機を回転駆動するようになる。ガスストリームは、高圧タービンの後方に位置付けられた出力タービン又は低圧タービンを通って流れるときに膨張する。低圧タービンは、駆動シャフトに結合されたファンを有するロータ組立体を含む。低圧タービンは、駆動シャフトを通じてファンを回転駆動する。
【０００３】
圧縮機及びタービンは、一般に、１又はそれ以上のシャフトを通じて結合される。加えて、圧縮機、タービン、及び１又はそれ以上のシャフトの特定の構成要素の回転は、複数の軸受によって可能とされる。これらの軸受は、ガスタービンエンジンの作動全体にわたって潤滑オイルが提供されて、例えば、かかる軸受から熱を除去し、かかる軸受内の摩擦量を低減する。
【０００４】
少なくとも一部の既知のガスタービンエンジンは、複数の軸受の各々に潤滑オイルを提供し、更にかかる潤滑オイルを収集及び／又は収容するために設けられた１又はそれ以上のサンプから潤滑オイルを外部に圧送又は排油するための潤滑オイル循環組立体を含む。潤滑オイル循環組立体は通常、少なくとも１つのポンプと、コア空気流路の外部に位置付けられる熱交換器と、コア空気流路を通って延びて、例えば軸受及び１又はそれ以上のサンプに到達する１又はそれ以上の供給管路又は排出管路と、を含む。しかしながら、コア空気流路を通って延びる供給管路又は排出管路は、コア空気流路を通る空気流を妨害する可能性がある。従って、コア空気流路を通って延びる潤滑オイル供給管路又は排出管路のサイズ及び／又は総量を低減する手段が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，５８５，３５８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様において、コア空気流路を定めるガスタービンエンジンで使用するための内蔵式潤滑流体循環システムが提供される。潤滑流体循環システムは、潤滑流体を収集するよう構成されたサンプと、上記サンプと流体連通して結合され、上記潤滑流体に熱を伝達するよう構成された熱源と、を含む。本システムはまた、上記サンプ内に位置付けられ、上記熱源と流体連通して結合されたヒートシンクを含む。本システムの潤滑流体導管は、上記熱源と上記ヒートシンクとの間で潤滑流体を送るように構成され、上記潤滑流体導管が、上記サンプ内に完全に位置付けられる。
【０００７】
別の態様において、コア空気流路を定めるガスタービンエンジン内で潤滑流体再循環システムを用いて潤滑流体を処理する方法が提供される。本方法は、潤滑流体導管を介して熱源からサンプに潤滑流体を送るステップを含み、該熱源は、潤滑流体に熱を伝達する。次いで、潤滑流体は、サンプ内に収集される。本方法はまた、潤滑流体導管を介して、サンプ内に位置付けられ且つ該サンプと流体連通して結合されたヒートシンクに潤滑流体を送るステップを含む。次いで、潤滑流体は、潤滑流体導管を介してヒートシンクから熱源に送られ、該潤滑流体は、熱源とヒートシンクとの間のコア空気流路を通って送られない。
【０００８】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、図面全体を通じて同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと更に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なガスタービンエンジンの概略断面図。
【図２】例示的なオイル循環システムを例示した、図１に示す例示的なガスタービンエンジンのコアの前端の概略側断面図。
【図３】図２に示すオイル循環システムのサンプ内の収集チャンバの断面図。
【図４】代替のオイル循環システムを例示したガスタービンエンジンのコアの前端の概略側断面図。
【図５】別の代替のオイル循環システムを例示したノーズコーンの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
別途指示されていない限り、本明細書で提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を例証するものとする。これらの特徴は、本開示の１又はそれ以上の実施形態を含む幅広い種類のシステムに適用可能であると考えられる。従って、図面は、本明細書で開示される実施形態の実施に必要とされる当業者には公知の従来の全ての特徴を含むことを意図するものではない。
【００１１】
ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。
【００１２】
単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。
【００１３】
「任意の」又は「任意選択的に」とは、それに続いて記載されている事象又は状況が起こってもよいし起こらなくてもよいことを意味し、その記載はその事象が起こる場合と起こらない場合を含む。
【００１４】
本明細書及び請求項全体を通じてここで使用される近似表現は、関連する基本的機能の変更をもたらすことなく、許容範囲内で変わることのできるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１又は複数の用語により修飾される値は、指定される厳密な値に限定されるものではない。少なくとも一部の事例において、近似表現は、値を測定する計器の精度に対応することができる。ここで及び明細書及び請求項全体を通じて、範囲限界は組み合わせ及び／又は置き換えが可能であり、このような範囲は、前後関係又は表現がそうでないことを示していない限り、識別されここに包含される部分範囲全てを含む。
【００１５】
本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。
【００１６】
本明細書で使用される用語「軸方向」及び「軸方向に」とは、タービンエンジンの中心線に実質的に平行に延びる方向及び向きを意味する。更に、用語「半径方向」及び「半径方向に」とは、タービンエンジンの中心線に実質的に垂直に延びる方向及び向きを意味する。
【００１７】
本明細書で記載される例示的なシステム及び方法は、ガスタービンエンジンを通してオイルを循環させる既知のシステム及び方法の少なくとも一部の欠点を克服したオイル循環システムに関する。更に、本明細書で記載されるシステム及び方法は、サンプ内の潤滑圧送、濾過、及び調整を含むシールされたオイル循環システムを可能にする。より具体的には、本明細書で記載される内蔵式循環システムは、潤滑流体を収集するよう構成されたサンプと、該サンプと流体連通して結合されて潤滑流体に熱を伝達するよう構成された軸受などの熱源と、を含む。本システムはまた、サンプ内に位置付けられ且つ熱源と流体連通して結合された熱交換器などのヒートシンクを含む。潤滑流体導管は、熱源とヒートシンクとの間で潤滑流体を送り、該潤滑流体導管はサンプ内に全体的に位置付けられて、導管が、ガスタービンエンジンのコア空気流路にわたって潤滑流体を送るのではなく、オイル循環システムの様々な構成要素間で潤滑流体を送るようになる。
【００１８】
本明細書で記載されるシステム及び方法の利点は、ガスタービンエンジンのコア空気流路にわたって潤滑流体を送るのを防ぐため、サンプ内に循環システムのオイル処理装置を位置付ける能力を含む。このため、オイルをより長い距離に送るのに必要とされる排出管路及びポンプがより少なく又はより小さくなる。従って、上述のオイル循環システムは、航空機エンジンの重量及び複雑さの両方を低減することができる。加えて、上述のオイル循環システムは、サンプ内でシールされているので、エンジンのコア空気流路を通って、サンプの外部にあるオイルタンクまで延びる循環システムに付随する流体管路は存在しない。このため、コア空気流路は、損失水頭が少なく、エンジン効率の向上が可能となる。上述のオイル循環システムの別の利点は、カウル下での熱交換器のサイズ及びパッケージング要件が軽減されることである。サンプ内の流体を冷却し、カウル下に搭載された熱交換器に配管しないことにより、他の外部構成要素に対してより多くのスペースが割り当てられる。
【００１９】
ここで図全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示す図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より詳細には、図１の実施形態において、ガスタービンエンジンは高バイパスターボファンであり、本明細書では「ターボファンエンジン１０」と呼ばれる。図１に示すように、ターボファンエンジン１０は、軸方向Ａ（基準として設けられた長手方向軸線１２に平行に延びる）及び半径方向Ｒを定める。一般に、ターボファン１０は、ファンセクション１４と、該ファンセクション１４から下流側に配置されるコアタービンエンジン１６と、を含む。
【００２０】
図１に全体的に描かれたコアタービンエンジン１６は、環状入口２０を定める実質的に管状の外側ケーシング１８を含む。外側ケーシング１８は、直列流れ関係で、ブースタ又は低圧（ＬＰ）圧縮機２２及び高圧（ＨＰ）圧縮機２４を含む圧縮機セクションと、燃焼セクション２６と、高圧（ＨＰ）タービン２８及び低圧（ＬＰ）タービン３０を含むタービンセクションと、ジェット排気ノズルセクション３２と、を収容する。高圧（ＨＰ）シャフト又はスプール３４は、ＨＰタービン２８をＨＰ圧縮機２４に駆動可能に接続する。低圧（ＬＰ）シャフト又はスプール３６は、ＬＰタービン３０をＬＰ圧縮機２２に駆動可能に接続する。圧縮機セクション、燃焼セクション２６、タービンセクション、及びノズルセクション３２は、共にコア空気流経路３７を定める。
【００２１】
図示の実施形態において、ファンセクション１４は、複数のファンブレード４０を有するファン３８を含む。回転可能前方ハブ４８は、ファンブレード４０を通る空気流を促進させるよう空力的に輪郭形成され、ファンセクション１４の前端に位置付けられる。加えて、例示的なファンセクション１４は、ファン３８及び／又はコアタービンエンジン１６の少なくとも一部を円周方向に囲む環状ファンケーシング又は外側ナセル５０を含む。ナセル５０は、複数の円周方向に離間した出口ガイドベーン５２によってコアタービンエンジン１６に対して支持されるように構成することができる点を理解されたい。更に、１つの実施形態において、ナセル５０の下流側セクション５４は、コアタービンエンジン１６の外側部分を越えて延びて、これらの間にバイパス空気流通路５６を定めるようにする。
【００２２】
ターボファンエンジン１０の作動中、所定容積の空気５８がナセル５０の関連する入口６０及び／又はファンセクション１４を通ってターボファン１０に流入する。所定容積の空気５８がファンブレード４０にわたって通過すると、矢印６２で示される空気５８の第１の部分は、バイパス空気流通路５６に配向又は送られ、矢印６４で示される空気５８の第２の部分は、コア空気流路３７又はより具体的にはＬＰ圧縮機２２に配向又は送られる。空気の第１の部分６２と空気の第２の部分６４との間の比は、一般的にバイパス比として知られる。次いで、空気の第２の部分６４は、高圧（ＨＰ）圧縮機２４を通って燃焼セクション２６に流入するときに圧力が増大し、ここで燃料と混合されて燃焼し、燃焼ガス６６を提供する。
【００２３】
燃焼ガス６６は、ＨＰタービン２８を通って送られ、ここで燃焼ガス６６からの熱エネルギー及び／又は運動エネルギーは、外側ケーシング１８に結合されたＨＰタービンステータベーン６８と、ＨＰシャフト又はスプール３４に結合されたＨＰタービンロータブレード７０との連続する段を介して取り出され、すなわち、ＨＰシャフト又はスプール３４が回転を生じて、これによりＨＰ圧縮機２４の作動を維持する。次に、燃焼ガス６６は、ＬＰタービン３０を通って送られ、ここで熱及び運動エネルギーの第２の部分が、外側ケーシング１８に結合されたＬＰタービンステータベーン７２と、ＬＰシャフト又はスプール３６に結合されたＬＰタービンロータブレード７４との連続する段を介して取り出され、すなわち、ＬＰシャフト又はスプール３６が回転を生じて、これによりＬＰ圧縮機２２の作動及び／又はファン３８の回転を維持する。
【００２４】
その後、燃焼ガス６６は、コアタービンエンジン１６のジェット排気ノズルセクション３２を通って送られて、推進力を提供する。同時に、空気の第１の部分６２が、ターボファン１０のファンノズル排気セクション７６から排出される前にバイパス空気流通路５６を通って送られるときに、空気の第１の部分６２の圧力が実質的に増大し、これもまた推進力を提供する。ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、及びジェット排気ノズルセクション３２は、コアタービンエンジン１６を通って燃焼ガス６６を送るための高温ガス経路７８を少なくとも部分的に定める。
【００２５】
しかしながら、図１に描かれたターボファンエンジン１０は、単に例証として提供されたものであり、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１０は、他のあらゆる好適な構成を有することができる点は理解されたい。例えば、他の実施形態では、ターボファンエンジン１０は、ギア付きターボファンエンジンとして構成することができ、その結果、ＬＰシャフト３６が出力ギアボックスにわたってファン３８を駆動するようになる。加えて、又は代替として、ターボファンエンジン１０は、アンダクテッド／オープンロータターボファンエンジンとすることができる。また、更に他の例示的な実施形態において、本開示の態様は、他の何れかの好適なガスタービンエンジンに組み込むことができる点は理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態において、本開示の態様は、例えば、ターボシャフトエンジン、ターボプロップエンジン、ターボコアエンジン、ターボジェットエンジン、電気推進システム、その他に組み込むことができる。
【００２６】
ここで図２を参照すると、図１のターボファンエンジン１０の前端の概略断面図が示される。具体的には、図２は、ターボファンエンジン１０の前方サンプ１００の拡大断面図を示す。
【００２７】
図２に示すように、前方サンプ１００は、コア空気流路３７から半径方向内向きに、又はより詳細には、圧縮機セクションのＬＰ圧縮機２２を通るコア空気流路３７の一部から半径方向内向きに位置付けられる。ＬＰ圧縮機２２は、入口２０を通じてファン３８から空気の流れを受けて、複数の回転するＬＰ圧縮機ロータブレード１０２を用いてかかる空気を圧縮する。図示のＬＰ圧縮機２２はまた、複数のＬＰ圧縮機ロータブレード１０２の前方で入口２０に近接して位置付けられた入口ガイドベーン１０４を含む。複数のＬＰ圧縮機ロータブレード１０２は、半径方向内側端部にてドラム型ＬＰ圧縮機ロータ１０６に結合される。ＬＰ圧縮機ロータ１０６は、前方に延びて、ファンセクション１４の１又はそれ以上の回転構成要素に接続する構造部材１０７に取り付けられる。留意すべきことに、上記で検討したように、ＬＰシャフト３６は、ＬＰタービン３０によって駆動され、次いで、ＬＰ圧縮機２２と共にファン３８及び複数のファンブレード４０を駆動する。
【００２８】
加えて、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０が設けられ、前端にあるＬＰシャフト３６を安定化し、ＬＰシャフト３６の回転を促進する。第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８は、半径方向内側端部にてＬＰシャフト３６に取り付けられ、半径方向外側端部にて前方ＬＰフレーム部材１１２に取り付けられる。前方及び後方ＬＰフレーム部材１１２，１１４は各々、固定のフレーム部材である。更に、図示の実施形態において、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８は、第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０の前方に位置付けられ、ボール軸受を含む。対照的に、第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０は、ローラー軸受を含む。しかしながら、他の例示的な実施形態において、第１及び／又は第２の前方ＬＰ軸受組立体１０８，１１０と共に他の何れかの好適な軸受を含めることができる。加えて、他の例示的な実施形態において、ＬＰシャフト３６の回転を支援するために、他の何れかの好適な軸受構成を設けることができる。例えば、他の例示的な実施形態において、前端にてＬＰシャフト３６の回転を支援するために、単一の軸受組立体を設けることができる。
【００２９】
また図示されるように、ＨＰシャフト３４は、ＬＰシャフト３６と同心であり、該ＬＰシャフト３６の半径方向外向きに位置付けられる。ＨＰシャフト３４はＨＰタービン２８によって回転され、ＨＰ圧縮機２４（図１を参照）を駆動するよう構成される。前方ＨＰ軸受組立体１１６は、ＨＰシャフト３４の前端にてＨＰシャフト３４の回転を支援するために設けられる。具体的には、前方ＨＰ軸受組立体１１６の半径方向内側端部は、ＨＰシャフト３４に取り付けられ、前方ＨＰ軸受組立体１１６の半径方向外側端部は、固定のＨＰフレーム部材１１８に取り付けられる。図示の実施形態において、前方ＨＰ軸受組立体１１６は、単一のボール軸受を含む。しかしながら、他の実施形態において、前方ＨＰ軸受組立体１１６は更に、あらゆる好適な部位にて位置付けられる１又はそれ以上の他の軸受を含むことができる。これに加えて又は代替として、他の実施形態では、ＨＰシャフト３４の回転を支援するために前方ＨＰ軸受組立体１１６と共に他の何れかの好適な軸受又は軸受の組み合わせを含めることができる。
【００３０】
更に図２を参照すると、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８、第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０、及び前方ＨＰ軸受組立体１１６は全て、ターボファンエンジン１０の前方サンプ１００内に少なくとも部分的に位置付けられる。前方サンプ１００は、コア空気流路３７の半径方向内向きに配置され、前方ＬＰフレーム部材１１２、固定ＨＰフレーム部材１１８、及びＬＰ圧縮機２２とＨＰ圧縮機２４との間にコア空気流路３７の一部を定める半径方向内側ライナ１２０など、コア１６の特定の固定フレーム部材によって少なくとも部分的に定められる。加えて、前方サンプ１００は、ＬＰシャフト３６及びＨＰシャフト３４の一部によって半径方向内側面に定められる。
【００３１】
オイルなどの潤滑流体は、前方サンプ１００に提供され、又はより詳細には、前方サンプ１００内に少なくとも部分的に位置付けられた複数の軸受に提供されて、かかる軸受から熱を除去し、かかる軸受内の摩擦量を低減する。例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、潤滑オイルを複数の軸受１０８，１１０, １１６に提供するためのオイル導管２０２を含む内蔵式潤滑オイル循環システム２００を含む。導管２０２全体は、サンプ１００と共に位置付けられ、コア空気流路３７を通って延びず、コア空気流路３７にわたってオイルを送るのではなく、オイル循環システムの種々の構成要素の間でオイルを送るようにする。
【００３２】
潤滑オイルが複数の軸受に提供されると、潤滑オイルは、軸受１０８，１１０, １１６によって発生する所定量の熱を吸収すると共に、軸受１０８，１１０, １１６の所定量の摩擦を低減することができる。前方サンプ１００は、少なくとも部分的に位置付けられた複数の軸受に提供される潤滑オイルを収容し収集するために設けられる。加えて、前方サンプ１００は、収集チャンバ１２４を定め、ここでは潤滑オイルは、流動して、複数の軸受を通過又は通って流れた後に収集するよう構成される。複数の軸受からの潤滑オイルの流れは、図２において矢印１２６で示される。収集チャンバ１２４では、循環システム２００は、以下で更に詳細に説明するように、システム２００の種々の構成要素を通じてオイルを送り、軸受１０８，１１０, １１６が後で使用するためにオイルを処理する。
【００３３】
例示的な実施形態において、循環システム２００は、ヒートシンク、例えば、サンプ１００内に位置付けられ且つ軸受１０８，１１０, １１６などの熱源と流体連通して結合された熱交換器２０４を含む。熱交換器２０４は、収容された潤滑オイルから熱を除去するため前方サンプ１００と直接熱連通して結合される。図示の実施形態では、熱交換器２０４は、前方サンプ１００内に少なくとも部分的に位置付けられ、又はより詳細には、前方サンプ１００によって定められる収集チャンバ１２４内に少なくとも部分的に位置付けられる。従って、熱交換器２０４は、潤滑オイルが軸受１０８，１１０, １１６に送られる前に、潤滑オイルの温度を下げることができる。
【００３４】
例示的な実施形態において、熱交換器２０４は、空気−液体熱交換器として構成される。具体的には、熱交換器２０４は、ＬＰ圧縮機２２から冷却空気流１３２を受け取り、前方サンプ１００内の潤滑オイルから冷却空気流１３２に熱を伝達するよう構成される。冷却空気流１３２は、前方サンプ１００内で潤滑オイルから所定量の熱を吸収した後は排気空気流１３４と呼ばれ、コア空気流路３７内に排出して戻される。しかしながら、他の例示的な実施形態において、排気空気流１３４は、代替として他の何れかの好適な部位に排出してもよい。例えば、他の例示的な実施形態において、排気空気流１３４は、例えば、バイパス通路５６（図１に示す）又は大気に排出することができる。留意すべきことに、図示の実施形態では、ＬＰ圧縮機２２から提供される冷却空気流１３２は、ＬＰ圧縮機２２の第２の段に近接した部位から提供されるが、他の実施形態では、冷却空気流１３２は、ＬＰ圧縮機２２内の他の何れかの好適な部位から提供することができる。或いは、冷却空気流１３２は、ＬＰ圧縮機２２から上流側又はＬＰ圧縮機２２から下流側の部位から提供することができる。更に、以下で詳細に説明されるように、更に他の例示的な実施形態において、冷却空気流１３２は、これに加えて又は代替として、ファン３８から直接提供してもよい。
【００３５】
例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、前方サンプ１００と直接熱連通して位置付けられて、潤滑オイルが軸受１０８，１１０, １１６に送られて使用される前に、かかるサンプ１００内で潤滑オイルから所定量の熱を除去するための単一の熱交換器２０４を含む。例えば、ここで図３を同様に参照すると、図２の例示的な前方サンプ１００によって定められる収集チャンバ１２４の軸方向断面図が示される。収集チャンバ１２４は、前方サンプ１００によって定められ、一般に、前方サンプ１００の底部に近接して拡大部分を含む。本明細書で「バスタブ」１３６と呼ばれる拡大部分は、前方サンプ１００の底部に位置付けることができ、その結果、重力が潤滑オイルの収集を助けることができるようになる。図示の実施形態では、熱交換器２０４は、前方サンプ１００のバスタブ１３６内に位置付けられた単一の熱交換器として構成される。加えて、例示的な実施形態において、熱交換器２０４は、前方サンプ１００を通って少なくとも部分的に延びる複数の放熱特徴要素２０６（チャンネル又はフィンなど）を含み、その中を冷却媒体（例えば、ＬＰ圧縮機２２からの冷却空気流１３２）が流れる。
【００３６】
代替の実施形態において、熱交換器２０４は、サンプ部材１１２，１１４及びライナ１２０のうちの少なくとも１つと一体的に形成される。熱交換器２０４のかかる構成は、貫通して形成されるチャンネル、又はそこから延びるフィンなどの放熱特徴要素２０６を含み、これらは、冷却空気流に晒されて、熱交換器２０４内の潤滑オイルの冷却を支援する。しかしながら、他の実施形態では、熱交換器２０４は、他の何れかの好適な方式で前方サンプ１００の壁に一体化される。例えば、他の実施形態において、熱交換器２０４は、複数の冷却チャンネルを前方サンプ１００の壁の外面に又は代替として前方サンプ１００の壁の内面に取り付けることによって、前方サンプ１００の壁に一体化される。
【００３７】
しかしながら、他の例示的な実施形態では、ターボファンエンジン１０は更に、他の何れかの好適な数及び／又は構成の熱交換器を含むことができる点は理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態において、ターボファンエンジン１０は、前方サンプ１００の収集チャンバ１２４内に円周方向に離間及び／又は軸方向に離間した、或いは他の場所で前方サンプ１００と直接熱連通した複数の熱交換器を含むことができる。
【００３８】
例示的な実施形態において、内蔵式オイル循環システム２００はまた、オイルフィルタ２０８、空気／オイル分離器２１０、及び導管２０２に沿って潤滑オイルに動力を与える少なくとも１つのポンプ２１２を含む。図３に示すように、フィルタ２０８、分離器２１０、及びポンプ２１２は、サンプ１００内に位置付けられ、軸受１０８，１１０, １１６と熱交換器２０４との間を流体連通して結合される。このため、循環システム２００は、潤滑オイルを排出管路を通じてコア空気流路３７にわたって前方サンプ１００の外部にある処理装置に送る必要もなく、潤滑オイルを前方サンプ１００内で完全に収集、処理、加圧及び再分配する内蔵式システムを提供する。
【００３９】
加熱された潤滑オイルが軸受１０８，１１０, １１６からフィルタ２０８に送られ、潤滑オイルから何らかの金属粒子を除去する。１つの実施形態において、フィルタ２０８は、予め定められたサイズ制限を超える金属チップを識別するチップ検出器（図示せず）を含む。例示的な実施形態において、循環システム２００はまた、サンプ１００に位置付けられ、軸受１０８，１１０, １１６と熱交換器２０４との間を流体連通して結合された空気／オイル分離器２１０を含む。軸受１０８，１１０, １１６にて使用する際には、潤滑オイルは、所定容量の空気が同伴している。分離器２１０は、潤滑オイルから所定容量の空気を除去し、通気管路２１４を通じて該空気をサンプ１００からコア空気流路３７に通気するのを可能にする。或いは、通気管路２１４は、所定容量の空気を、限定ではないが、大気又は下流側の処理装置などの何れかの部位に通気する。上述のように、ポンプ２１２は、軸受１０８，１１０, １１６及び熱交換器２０４と流体連通して結合され、潤滑オイルの加圧、並びに導管２０２を介して軸受１０８，１１０, １１６と熱交換器２０４との間で送られることになる潤滑オイルに動力を提供するのを可能にする。図３において、熱交換器２０４、フィルタ２０８、分離器２１０、及びポンプ２１２が順番に図示されているが、潤滑オイルは、本明細書で記載されるシステム２００の作動を支援する循環システム２００を通って、あらゆる順番で熱交換器２０４、フィルタ２０８、分離器２１０、及びポンプ２１２に送ることができる。
【００４０】
ここで図４を参照すると、本開示の別の実施形態による、ターボファンエンジン１０の前端の概略断面図が示される。図４のターボファンエンジン１０は、図１及び図３を参照して上述されたターボファンエンジン１０と実質的に同様に構成されている。従って、同じ又は同様の参照符号は、同じ又は機能的に同等の構成要素を指すことができる。
【００４１】
図示のように、ターボファンエンジン１０は、第１の前方ＬＰ軸受組立体１０８及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１１０を含み、各々が前端にてＬＰシャフト３６の回転を支持する。第１及び第２の前方ＬＰ軸受組立体１０８，１１０は、半径方向内側端部にてＬＰシャフト３６に取り付けられ、半径方向外側端部にて前方及び後方ＬＰフレーム部材１１４，１１６にそれぞれ取り付けられる。加えて、ターボファンエンジン１０は、前端でのＨＰシャフト３４の回転を支持する前方ＨＰ軸受組立体１１６を含む。前方ＨＰ軸受組立体１１６は、半径方向内側端部にてＨＰシャフト３４に取り付けられ、半径方向外側端部にて固定ＨＰフレーム部材１１８に取り付けられる。更に、種々の軸受組立体は各々、コア空気流路３７から半径方向内向きに位置する前方サンプ１００内に少なくとも部分的に位置付けられる。
【００４２】
図４に示す前方サンプ１００は、該図４に示す前方サンプ１００が潤滑オイル循環システム３００を含む点で、図２に示す前方サンプ１００と実質的に同様に作動する。潤滑オイル循環システム２００と同様に、潤滑オイル循環システム３００は、サンプ１００内に位置付けられる熱交換器３０４を含む。しかしながら、熱交換器３０４が潤滑オイル循環システム２００において見られるような空気−液体熱交換器として構成されるのではなく、潤滑オイル循環システム３００の熱交換器３０４は、液体−液体熱交換器として構成される。より詳細には、図示の実施形態では、潤滑オイル循環システム３００は、熱交換器３０４と流体連通して結合された閉ループ熱輸送システム３０６を含む。熱輸送システム３０６は、ターボファンエンジン１０の前方サンプ１００内に位置付けられた潤滑オイルから熱を除去する。閉ループ熱輸送システム３０６は、熱流体輸送流体導管３０８を通じて熱輸送流体を循環し、該熱輸送流体は、熱交換器３０４を通って流れて、潤滑オイルを冷却することができ、これにより熱交換器３０４は、潤滑オイルからの熱を閉ループ熱輸送システム３０６内の熱輸送流体に伝達するようになる。熱輸送システムはまた、直列及び／又は並列流れで配列された、様々な追加の熱源熱交換器（図示せず）及びヒートシンク熱交換器（図示せず）を含むことができる。
【００４３】
図５は、別の代替のオイル循環システム４００を例示した、ノーズコーン１５０の概略断面図である。ノーズコーン１５０は、ノーズコーン１５０に衝突してその外壁１５４に沿って流動する外部の空気流１５２に晒される。例示の実施形態において、ノーズコーン１５０は、図１〜４に示すタービンエンジン１０と実質的に同様のガスタービンエンジン１０に結合され、スプール３４，３６が軸線１２の周りを回転している間はノーズコーン１５０が固定されている点が主たる相違点である。タービンエンジン１０は、主としてノーズコーン１５０内に位置付けられたサンプ１００を含む。加えて、タービンエンジン１０は、図１〜４に示すのと同様の前方軸受組立体１０８と、サンプ１００から下流側にあるコア空気流路３７と、を含む。図示のように、サンプ１００は、タービンエンジン１０のノーズコーン１５０内に位置付けられるファンサンプである。
【００４４】
例示の実施形態において、循環システム４００は、外壁１５４に近接したノーズコーン１５０内に位置付けられる再分配ポンプ４０２（例えば、ギアポンプ）を含む。代替の実施形態において、ポンプ４０２は、ディスクポンプ又はベーンポンプである。ポンプ４０２は、軸受１０８下側に近接した収集チャンバ４０６内に位置付けられる潤滑オイル入口４０４と、軸受１０８上側に近接して位置付けられた潤滑オイル出口４０８と、を含む。作動時には、潤滑オイルは、軸受１０８の周りに送られて、収集チャンバ４０６に集められる。次いで、ポンプ４０２は、収集チャンバ４０６から潤滑オイルを取り出して、潤滑オイル導管４１０を通じて外壁１５４に沿って潤滑オイル出口４０８に送る。ノーズコーン１５０は固定であるので、外壁１５４に近接した導管４１０を通じて潤滑オイルを送るのは、少なくとも部分的には重力に起因している。
【００４５】
ノーズコーン１５０の外壁１５４はまた、サンプ１００の少なくとも一部を形成し、循環システム４００内でヒートシンクとしての機能を果たし、その結果、ポンプ４０２が導管４１０を通じて潤滑オイルを送るときに、外部空気流１５２が壁１５４を通る導管４１０と熱伝達連通し、導管４１０内に流動する潤滑流体の冷却を可能にするようになる。従って、循環システム４００は、潤滑オイルをサンプ１００内で完全に導管４１０を通じて送り、潤滑オイルがコア空気流路３７にわたって送られることなく熱処理されるようになる。
【００４６】
本明細書で記載される例示的な装置及び方法は、ガスタービンエンジンを通って潤滑オイルを循環させる既知のシステム及び方法の少なくとも一部の欠点を克服する。更に、本明細書で記載される例示的な装置及び方法は、サンプ内潤滑圧送、濾過、及び調整を含むシールされたオイル循環システムを可能にする。より具体的には、本明細書で記載される内蔵式循環システムは、潤滑流体を収集するよう構成されたサンプと、該サンプと流体連通して結合され且つ潤滑流体に熱を伝達するよう構成された熱源（軸受など）とを含む。本システムはまた、サンプ内に位置付けられ、熱源と流体連通して結合された熱交換器などのヒートシンクを含む。潤滑流体導管は、熱源とヒートシンクとの間で潤滑流体を送り、ここで潤滑流体導管は、サンプ内に完全に位置付けられて、導管が、ガスタービンエンジンのコア空気流路にわたって潤滑流体を送ることなく、オイル循環システムの種々の構成要素間で潤滑流体を送るようになる。
【００４７】
上述のオイル循環システムの技術的効果は、循環システムのオイル処理装置をサンプ内に位置付けて、ガスタービンエンジンのコア空気流路にわたって潤滑流体を送るのを阻止することができることである。このため、オイルをより長い距離に送るのに必要とされる排出管路及びポンプがより少なくなる。例えば、上述のオイル循環システムは、航空機エンジンの重量及び複雑さの軽減を可能にする。加えて、上述のオイル循環システムは、サンプ内でシールされているので、エンジンのコア空気流路を通り、サンプの外部にあるオイルタンクまで延びた循環システムに関連する流体管路が存在しない。このため、コア空気流路は、閉塞が低減され、エンジン効率の増大を可能とする。上述のオイル循環システムの別の利点は、カウル下熱交換器のサイズ及びパッケージ要件が軽減されることである。サンプ内で流体を冷却し、カウル下に装着された熱交換器へのどのような配管もないことにより、他の外部構成要素に対してより多くのスペースが割り当てられる。
【００４８】
上記において、内蔵式オイル循環システムの例示的な実施形態について詳細に説明した。オイル循環システム、及びかかるシステム及び装置を作動させる方法は、本明細書で記載される特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書で説明された他の構成要素及びステップと独立して別個に利用することができる。例えば、本方法は、オイル循環システムを必要とする他のシステムと組み合わせて用いることができ、本明細書で記載されるタービンエンジンシステム及び方法でのみ実施することに限定されない。
【００４９】
本発明の種々の実施形態の特定の特徴は一部の図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは便宜上のことに過ぎない。本開示の原理によれば、図面の何れかの特徴は、他の何れかの図面のあらゆる特徴と組み合わせて言及し及び／又は特許請求することができる。
【００５０】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者が、あらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む、実施形態を実施することを可能にする。本開示の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、又は請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【００５１】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
コア空気流路を定めるガスタービンエンジンで使用するための内蔵式潤滑流体循環システムであって、
潤滑流体を収集するよう構成されたサンプと、
上記サンプと流体連通して結合され、上記潤滑流体に熱を伝達するよう構成された熱源と、
上記サンプ内に位置付けられ、上記熱源と流体連通して結合されたヒートシンクと、
上記熱源と上記ヒートシンクとの間で潤滑流体を送るように構成された潤滑流体導管と、
を備え、上記潤滑流体導管が、上記サンプ内に完全に位置付けられる、潤滑流体循環システム。
［実施態様２］
上記潤滑流体導管及び上記潤滑流体が、上記コア空気流路を通って延びていない、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様３］
上記熱源が、上記ガスタービンエンジンの固定構成要素と上記ガスタービンエンジンの回転構成要素との間で結合された少なくとも１つの軸受を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様４］
上記サンプが、上記コア空気流路の半径方向内向きに位置付けられる、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様５］
上記サンプが、上記ガスタービンエンジンのノーズコーン内に位置付けられるファンサンプを含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様６］
上記ヒートシンクが、上記ガスタービンエンジンから冷却空気流を受け取り、上記サンプにおいて上記潤滑流体からの熱を上記冷却空気流に伝達するよう構成された空気−液体熱交換器を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様７］
上記ヒートシンクが、液体−液体熱交換器を含み、上記システムが更に、上記熱交換器と流体連通して結合された熱輸送システムを備え、該熱輸送システムが、上記潤滑流体からの熱を上記熱輸送システム内の熱輸送流体に伝達するよう構成されている、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様８］
上記ヒートシンクが、外部空気流に晒されるサンプ壁を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様９］
上記サンプ内に位置付けられ、上記潤滑流体導管を介して上記ヒートシンクと流体連通して結合された潤滑流体フィルタを更に備える、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１０］
上記サンプ内に位置付けられ且つ上記熱源及び上記ヒートシンクと流体連通して結合された再分配ポンプを更に備え、上記再分配ポンプが、上記潤滑流体を加圧し、上記熱源と上記ヒートシンクとの間で上記潤滑流体を送るよう構成される、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１１］
上記再分配ポンプが、ギアポンプ、ディスクポンプ、及びベーンポンプのうちの１つを含む、実施態様１０に記載のシステム。
［実施態様１２］
上記ヒートシンクが、上記サンプの少なくとも１つの壁に一体化された熱交換器を含む、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１３］
上記サンプ内に位置付けられ且つ上記ヒートシンク及び上記熱源と流体連通して結合された空気／潤滑流体分離器を更に備える、実施態様１に記載のシステム。
［実施態様１４］
上記空気／潤滑流体分離器と流体連通して結合され、上記サンプから空気を送るように構成された通気管路を更に備える、実施態様１３に記載のシステム。
［実施態様１５］
コア空気流路を定めるガスタービンエンジン内で潤滑流体再循環システムを用いて潤滑流体を処理する方法であって、
潤滑流体導管を介して熱源からサンプに潤滑流体を送り、該熱源が潤滑流体に熱を伝達するようにするステップと、
潤滑流体をサンプ内で収集するステップと、
潤滑流体導管を介して、サンプ内に位置付けられ且つ該サンプと流体連通して結合されたヒートシンクに潤滑流体を送るステップと、
潤滑流体導管を介してヒートシンクから熱源に潤滑流体を送り、熱源とヒートシンクとの間のコア空気流路を通って潤滑流体が送られないようにするステップと、
を含む、方法。
［実施態様１６］
上記ヒートシンクを通じて上記ガスタービンエンジンから冷却空気流を送り、上記サンプ内の潤滑流体から上記冷却空気流に熱を伝達するステップを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
熱交換器と流体連通して結合され且つ内部で潤滑流体から上記熱輸送流体に熱を伝達するよう構成された熱輸送システムを通じて熱輸送流体を送るステップを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１８］
上記サンプ内に位置付けられ且つ潤滑流体導管を介してヒートシンクと流体連通して結合された潤滑流体フィルタを通じて潤滑流体を送るステップを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１９］
上記サンプ内に位置付けられ且つ上記熱源及び上記ヒートシンクと流体連通して結合された再分配ポンプを通じて上記潤滑流体を送るステップを更に含み、上記再分配ポンプが、潤滑流体を加圧して、上記熱源と上記ヒートシンクとの間で潤滑流体を送るよう構成されている、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様２０］
上記サンプ内に位置付けられ且つ上記熱源及び上記ヒートシンクと流体連通して結合されて、内部に同伴された空気から潤滑流体を分離するよう構成された空気／潤滑流体分離器を通じて潤滑流体を送るステップと、
上記サンプから上記空気／潤滑流体分離器と流体連通して結合された通気管路を通じて空気を送るステップと、
を更に含む、実施態様１５に記載の方法。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ターボファンエンジン
１２  長手方向中心線
１４  ファンセクション
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２０  環状入口
２２  ＬＰ圧縮機
２４  ＨＰ圧縮機
２６  燃焼セクション
２８  ＨＰタービン
３０  ＬＰタービン
３２  ノズルセクション
３４  ＨＰシャフト
３６  ＬＰシャフト
３７  コア空気流路
３８  ファン
４０  ファンブレード
４８  ハブ
５０  ナセル
５２  出口ガイドベーン
５４  下流側セクション
５６  バイパス空気流路
５８  所定容積の空気
６０  入口
６２  空気の第１の部分
６４  空気の第２の部分
６６  燃焼ガス
６８  ＨＰタービンステータベーン
７０  ＨＰタービンロータブレード
７２  ＬＰタービンステータベーン
７４  ＬＰタービンロータブレード
７６  ファンノズル排気セクション
７８  高温ガス経路
１００  前方サンプ
１０２  ＬＰ圧縮機ロータブレード
１０４  入口ガイドベーン
１０６  ＬＰ圧縮機ロータ
１０７  構造部材
１０８  第１の前方ＬＰ軸受組立体
１１０  第２の前方ＬＰ軸受組立体
１１２  前方ＬＰフレーム部材
１１４  後方ＬＰフレーム部材
１１６  前方ＨＰ軸受組立体
１１８  固定ＨＰフレーム部材
１２０  ライナ
１２４  収集チャンバ
１２６  矢印
１３２  冷却空気流
１３４  排気空気流
１３６  バスタブ
１５０  ノーズコーン
１５２  外部空気流
１５４  外壁
２００  潤滑オイル循環システム
２０２  導管
２０４  熱交換器
２０６  放熱特徴要素
２０８  フィルタ
２１０  空気／オイル分離器
２１２  ポンプ
２１４  通気管路
３００  潤滑オイル循環システム
３０４  熱交換器
３０６  熱輸送システム
３０８  流体輸送流体導管
４００  オイル循環システム
４０２  再分配ポンプ
４０４  潤滑オイル入口
４０６  収集チャンバ
４０８  潤滑オイル出口
４１０  導管
【図１】
2017089635.tif 000003
【図２】
2017089635.tif 000004
【図３】
2017089635.tif 000005
【図４】
2017089635.tif 000006
【図５】
2017089635.tif 000007
【外国語明細書】
2017089635000001.pdf