(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジン用途のタービンフレーム冷却システムを提供する。【解決手段】タービンフレーム冷却システム１００はキャビティ１１８を画定する外側リング１０２および外側リング内部に放射状に配置されるハブ１０４を備える。タービンフレーム冷却システム１００は、外側リング１０２とハブ１０４との間で連結した複数の外周にスペースを置いた第一フェアリング１０６および外側リング１０２とハブ１０４との間で連結した複数の外周にスペースを置いた第二フェアリング１０８も備え、第一および第二フェアリング１０６、１０８はハブ１０４と交互に配置される。タービンフレーム冷却システム１００は、外側リング１０２と連結した複数の外周にスペースを置いたエアスクープ１１６も備え、複数のエアスクープ１１６はバイパスダクト４０の中に伸び、バイパスエアー冷却フローを外側リング１０２のキャビティ１１８中に誘導するように構成される。【選択図】図２
2017141807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンと一緒に使用するためのタービンフレーム冷却システム（１００）であって、前記タービンフレーム冷却システムが：
キャビティ（１１８）を画定する外側リング（１０２）；
前記外側リングの内側方向放射状に位置するハブ（１０４）；
前記外側リングと前記ハブとの間に連結された外周に間隔を空けた複数の第一フェアリング（１０６）；
前記外側リングと前記ハブとの間に連結された外周に間隔を空けた複数の第二フェアリング（１０８）であって、前記複数の第一および第二フェアリングが前記ハブの周囲に交互に配置される、前記複数の第二フェアリング；および
前記外側リングと連結された外周に間隔を空けた複数のエアスクープであって、前記複数のエアスクープ（１１６）がバイパス流れ（４０）に伸び、かつバイパスエアー冷却フロー（５２）を前記キャビティ中に誘導するように構成された、前記複数のエアスクープ  を備える、前記タービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項２】
複数の独立した冷却回路をさらに備え、各冷却回路（１２２）が：
前記複数のエアスクープのうちのエアスクープ（１１６）；
前記複数の第一フェアリングのうちの第一フェアリング（１０６）；および
前記複数の第二フェアリング（１０８）のうちの第二フェアリングであって、前記第一フェアリングが前記第二フェアリングと隣接して配置される、前記第二フェアリング  を備える、請求項１に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項３】
前記複数の冷却回路の各冷却回路（１２２）が、前記キャビティ内で連結したシール（１２４）を備え、かつ前記外側リング（１０２）内の複数の独立した回路キャビティを画定するように構成され、各回路キャビティ（１１８）が前記複数の冷却回路のうちの冷却回路に対応する、請求項２に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項４】
各シール（１２４）が、各冷却回路（１２２）の外周の下流端に配置される、請求項３に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項５】
各エアスクープ（１１６）が、前記冷却フロー（１２０）の第一部分（１２６）を前記第一フェアリング（１０６）の中へ誘導し、前記冷却フローの第二部分（１２８）を前記第二フェアリング（１０８）の中へ誘導するように構成される、請求項２に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項６】
冷却エアー（１２０）の第一部分（１２６）が第一温度であり、冷却エアーの第二部分（１２８）が第一温度より高い第二温度である、請求項５に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項７】
前記ハブ（１０４）と前記外側リング（１０２）との間に連結された複数のストラット（１１２）をさらに備え、各ストラットが、前記複数の第二フェアリングの対応する第二フェアリング（１０８）内に配置される、請求項１に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項８】
前記ハブ（１０４）と前記外側リング（１０２）との間に連結された複数の流体ライン群をさらに備え、各流体ライン（１１０）群が、前記複数の第一フェアリングの対応する第一フェアリング（１０６）内に配置される、請求項１に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項９】
前記複数のエアスクープ（１１６）の中を通過する前記冷却気流（１２０）を制御するように構成された制御システム（１３２）をさらに備える、請求項１に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【請求項１０】
前記制御システム（１３２）が：
前記第一フェアリング（１０６）、前記第二フェアリング（１０８）、および前記外側リング（１０２）のうち少なくとも１つと連結された少なくとも１つの温度センサー（１３４）；
前記複数のエアスクープの各エアスクープ（１１６）と連結された少なくとも１つのバルブ（１３６）であって、前記少なくとも１つのバルブが前記エアスクープへの前記冷却エアー（５２）の流入を制御する、前記少なくとも１つのバルブ（１３６）；および
前記少なくとも１つのセンサー（１３４）および前記少なくとも１つのバルブ（１３６）と動作可能に連結されたコントローラー（１３８）であって、前記コントローラーが、所定温度の前記少なくとも１つのセンサー代表値から信号を受けたとき、前記少なくとも１つのバルブを開けるように構成される、前記コントローラー（１３８）  を備える、請求項９に記載のタービンフレーム冷却システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の用途は、概して、ガスタービンエンジン、より詳細には、
ガスタービンエンジン用途のタービンフレーム冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、通常、吸気口、ファン、低圧および高圧圧縮機、
燃焼器、ならびに低圧および高圧タービンを備える。圧縮機は、そこで燃料と
混合する燃焼器に誘導される空気を圧縮する。それから、この混合物は高温燃
焼ガスを生成するために点火される。この燃焼ガスは、圧縮機に動力を供給す
るため、ならびに、飛行中の航空機を推進または発電機などの負荷に動力を供
給するのに有用な仕事を得るため、この燃焼ガスからエネルギーを取り出すタ
ービンに誘導される。
【０００３】
エンジン動作中、かなりの熱が発生し、様々なエンジン部品を取り巻くフレ
ーム温度を上昇させる。詳細には、少なくとも１つの公知のフレームは、環状
流路を横切って突出するラジアルサポートストラットを備えて、内側および外
側フレーム部材と相互接続する。流路中を通って流れる作動流体（motive fl
uid ）温度は過渡なエンジン運転中、非常に急速に変化するので、内側と外側
フレーム部材のものと実質的異なる速度でストラットが昇温および冷却される
場合、実質的熱応力が硬質フレームアセンブリ内に生じ得る。タービンフレー
ムアセンブリを取り巻く排出ガスは、最も急速で大きな作業温度変化および得
られた熱応力を受けるので、これは特に、タービンフレームアセンブリに関し
て当てはまる。少なくともいくつかの公知の冷却システムは圧縮機エアーまた
はボア空気を使用してパージし、フレームを冷却して温度勾配を低減する。し
かしながら、圧縮機エアーまたはボアフローの使用はあまり効率的なエンジン
サイクルをもたらさない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４０８６７６１号
【発明の概要】
【０００５】
１つの態様では、ガスタービンエンジン用途のタービンフレーム冷却システ
ムを提供する。該タービンフレーム冷却システムはキャビティを画定する外側
リングおよび該外側リング内部に放射状に位置するハブを備える。タービンフ
レーム冷却システムは、該外側リングと該ハブとの間で連結した複数の外周に
スペースを置いた第一フェアリングおよび該外側リングと該ハブとの間で連結
した複数の外周にスペースを置いた第二フェアリングも備え、該第一および第
二フェアリングはハブと交互に配置される。タービンフレーム冷却システムは
、該外側リングと連結した複数の外周にスペースを置いたエアスクープも備え
る。複数のエアスクープはバイパス流れの中に伸び、バイパスエアー冷却フロ
ーを外側リングのキャビティ中に誘導するように構成される。
【０００６】
別の態様では、ガスタービンエンジンの冷却方法を提供する。該方法は、バ
イパスダクトからの冷却フローを複数のエアスクープの中を通るように誘導し
、該複数のエアスクープがフレームの外側リングと連結し、該バイパスダクト
中に伸びることを含む。該方法は、該冷却フローの第一部分を該外側リングと
内側ハブとの間を連結している複数の第一フェアリング中に誘導すること、お
よび該冷却フローの第二部分を該外側リングと内側ハブとの間を連結している
複数の第二フェアリング中に誘導することを含む。該複数の第一フェアリング
は該複数の第二フェアリングと交互に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、例示のガスタービンエンジンの模式図である。
【図２】図２は、例示のタービンフレーム冷却システムを示している図 １中に示された位置２−２におけるガスタービンエンジンの正面横断面図であ る。
【図３】図３は、タービンフレーム冷却システムを示すガスタービンエ ンジンの側面横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
その１つ以上の実施例を附属の図中に示す本開示の本実施形態を詳細に参照
する。詳細な説明は数値および文字符号を使用して図中の特徴を参照する。図
および説明中の同様または類似の符号を使用して、本開示の同様または類似の
パーツを参照している。
【０００９】
本明細書中に記載の例示的アセンブリおよび方法は、少なくともいくつかの
公知のシステムおよびガスタービンエンジンのタービンフレームの冷却方法の
不都合を克服する。さらに、本明細書中に記載のシステムおよび方法はキャビ
ティを画定する外側リングおよび該外側リングの内部に放射状に配置されたハ
ブを備える。タービンフレーム冷却システムは、該外側リングと該ハブとの間
で連結した複数の外周にスペースを置いた第一フェアリングおよび該外側リン
グと該ハブとの間で連結した複数の外周にスペースを置いた第二フェアリング
も備え、該第一および第二フェアリングはハブと交互に配置される。タービン
フレーム冷却システムは、該外側リングと連結した複数の外周にスペースを置
いたエアスクープも備える。複数のエアスクープはバイパス流れの中に伸び、
バイパスエアー冷却フローを外側リングのキャビティ中に誘導するように構成
される。
【００１０】
冷却気流の第一部分をその中に収納された流体ラインに沿って第一フェアリ
ング全体に渡って内部に放射状に誘導する。該流体ラインの金属壁を該第一部
分により冷却し、該流体ラインの温度をその中の流体のコーキング温度より低
く維持する。該冷却気流の第二部分は第一フェアリングを通り過ぎて、円周上
に移動して外側リングを加熱するが、同時に第二フェアリングおよびその中に
収納されたストラットを冷却して該ストラットと該外側リングとの間の温度勾
配を低減し、それ故、熱応力を低減する。
【００１１】
バイパスエアーの使用は、エンジンの外装および内装を簡素化し、圧縮機か
らフレームに空気を移動するための外部パイプも必要としない。バイパスエア
ーの使用により、フレームのハブ設計は、エンジン内側からフレームへの空気
の流れを測定する特徴を必要しないので簡素化される。設計全体は典型的な歴
史的設計より軽くかつ簡易である。加えて、バイパスエアーは通常圧縮機など
の従来の空気源より冷たいので、より効率的に冷却し、主流路からの圧縮機空
気を取り込む必要性を除くことによりエンジンの稼働率も増加させる。
【００１２】
単数形「１つ（a ）」、｛１つ（an ）」、および「その（the ）」は、文脈上
明白に別段の意味を示されない限り、複数の参照を含む。
【００１３】
本明細書で本明細書および特許請求の範囲を通して使用される近似の言い回
しは、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく許容範囲で変わる定量
的表記を修飾するのに適用することができる。従って、「約（about ）」、「
約（approximately ）」、および「実質的に（substantially ）」など、１つま
たは複数の語により修飾された値は、特定された正確な値に限定されない。少
なくともいくつかの例においては、近似の言い回しは、値を測定するための計
器の正確性に相当するものであり得る。明細書および特許請求の範囲全体にお
いて、範囲の限定は組み合わせてもよく、さらに／または入れ替えてもよく、
これらの範囲は、前後関係や言い回しで特に指定しない限りは特定されるとと
もに、そこに含まれる副次的範囲すべてを含むものとする。
【００１４】
本明細書中で使用されるとき、「第一（first ）」、「第二（second ）」、
および「第三（third ）」という語は交互的に使用されて互いに要素を区別し
得るものであり、個々の要素の位置または重要性を示すことを意図していない
。
【００１５】
本明細書中で使用されるとき、「軸の（axial ）」および「軸方向に（axia
lly ）」という語は、タービンエンジンの中心線に実質的に平行に伸びる方向
および配向性を表す。「軸の（axial ）」および「軸方向に（axially ）」と関
連して使用される「前方（forward ）」という語は、エンジン吸気口、または
別の部品と比較してエンジン吸気口に比較的密接している部品に向かう方向に
移動することを表す。「軸の（axial ）」および「軸方向に（axially ）」と関
連して使用される「後部（aft ）」という語は、エンジンノズル、または別の
部品と比較してエンジンノズルに比較的密接している部品に向かう方向に移動
することを表す。さらに、「放射状（radial ）」および「放射状に（radiall
y ）」という語は、実質的にタービンエンジンの中心線に実質的に垂直に伸び
る方向および配向性を表す。
【００１６】
図１は、長軸１１を有する例示のガスタービンエンジンアセンブリ１０の模
式図である。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、ファンアセンブリ１２
およびコアガスタービンエンジン１３を備える。コアガスタービンエンジン１
３は、高圧圧縮機１４、燃焼器１６、および高圧タービン１８を備える。例示
的実施形態では、ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、低圧タービン２０
を備えてもよい。ファンアセンブリ１２は、ロータディスク２６から外側に放
射状に伸びるファンブレード２４のアレイを備える。エンジン１０は、吸気側
面２８および排気側面３０を有する。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は
、例えば、ファンアセンブリ１２、圧縮機１４、高圧タービン１８、および低
圧タービン２０に回転および軸方向の支持を提供するのに使用される複数のベ
アリングアセンブリ（図１に示さず）を備える。それらの適切な相対的作動位
置にエンジン１０の様々な部品を維持するように、様々なエンジンフレームア
センブリは、固定部品の強固な相互接続および回転部品のためのベアリング支
持を提供する。より詳細には、エンジン１０は、後部ベアリング２１を支持す
るタービンフレーム４６を備える。
【００１７】
作動中、空気はファンアセンブリ１２の中を通って流れ、気流スプリッター
４４により分割されて第一部分５０および第二部分５２に流れる。気流の第一
部分５０は、気流がさらに圧縮されて燃焼器１６に送達される圧縮機１４の中
を通って誘導される。燃焼器１６からの燃焼高圧生成物（図１に示さず）は、
タービン１８および２０を駆動するために使用され、それによってエンジン推
力を得る。ガスタービンエンジンアセンブリ１０は、コアガスタービンエンジ
ン１３周辺のファンアセンブリ１２から排気された気流の第二部分５２をバイ
パスするために使用されるバイパスダクト４０も備える。より詳細には、バイ
パスダクト４０はファンケーシングの内側壁４３またはシュラウド４２および
スプリッター４４の外側壁４５の間に伸びる。
【００１８】
図２は、タービンフレーム４６の冷却用の例示のタービンフレーム冷却シス
テム１００を示している図１中に示された位置２−２におけるガスタービンエ
ンジン１０の正面横断面図である。図３は、タービンフレーム冷却システム１
００の部分を示すガスタービンエンジン１０の側面横断面図である。例示の実
施形態では、タービンフレーム冷却システム１００は、外側リング１０２、内
側ハブ１０４、複数の外周にスペースを置いた第一フェアリング１０６、およ
び複数の外周にスペースを置いた第二フェアリング１０８を備える。各フェア
リング１０６および１０８は、内側ハブ１０４と外側リング１０２との間で連
結している。さらに、フェアリング１０６および１０８は、各第一フェアリン
グ１０６が２つの隣接する第二フェアリング１０８の間に配置されるように、
ハブ１０４の外周の周りに交互となる。
【００１９】
例示の実施形態では、タービンフレーム冷却システム１００は、複数の流体
サービスライン１１０および複数の支持ストラット１１２も備え、この両方は
、内側ハブ１０４と外側リング１０２との間に伸びる。より詳細には、流体ラ
イン１１０は、各第一フェアリング１０６の中を通って伸び、内側ハブ１０４
と外側リング１０２との間の冷却または潤滑流体の誘導を容易にする。加えて
、各第二フェアリング１０８は、その中にストラット１１２を収納し、外側リ
ング１０２に構造的支持を提供する。例示的実施形態では、フェアリング１０
６および１０８は、  主流路１１４（図３に示さず）の中を通って放射状に伸
び、エンジン作動中、エンジン１０中軸方向に流れる高温燃焼ガスに晒される
。このように、各フェアリング１０６および１０８は、  流路１１４に沿って
燃焼ガス方向に整列されて、空力抵抗圧損失および流路妨害を最小限にする。
【００２０】
さらに、各フェアリング１０６および１０８は、  流体ライン１１０あるいは
支持ストラット１２のいずれかを取り巻く薄く切断された、対称または非対称
な、キャンバーのあるまたはキャンバーのないエアフォイルとして形成される
。あるいは、フェアリング１０６および１０８は、いずれかの方向に配向され
て、本明細書に記載のタービンフレーム冷却システム１００の稼動を容易にす
る形状を備える。
【００２１】
上記のように、ストラット１１２は、様々なエンジン１０作動温度に渡って
大きなかつ頻繁な温度勾配に晒される。このように、ストラット１１２が内側
ハブ１０６および外側リング１０２のものと実質的に異なる速度で、温度上昇
および冷却される場合、フレーム４６内で実質的熱応力は生じ得る。加えて、
流体ライン１１０は、概して、金属から形成され、流路１１４の燃焼ガスから
熱を吸収する。流体ライン１１０は、特定の温度より高く加熱されたとき、流
体ライン１１０内でコーキングの原因になり得る流体を輸送する。従って、例
示的実施形態では、タービンフレーム冷却システム１００は、フェアリング１
０６および１０８の中を通って冷却エアーを誘導して、ストラット１１２の温
度勾配を管理し、流体ライン１１０の温度を流体内のコーキング温度より低く
維持する。
【００２２】
例示的実施形態では、タービンフレーム冷却システム１００は、外側リング
１０２と連結した数の外周にスペースを置くエアスクープ１１６を備え、外側
リング１０２からバイパスダクト４０内に伸びる。スクープ１１６は、バイパ
スストリーム４０からバイパスエアー５２の部分を捕らえ、バイパスエアー５
２を外側リング１０２内に画定されたキャビティ１１８中に誘導して冷却気流
１２０として作用する。エアスクープ１１６は、冷却気流１２０をキャビティ
１１８に誘導して外側リング１０２、フェアリング１０６および１０８、流体
ライン１１０、ストラット１１２、および内側ハブ１０４の各々をパージし冷
却するのを促進する。図２は６つのエアスクープ１１６を示しているが、外側
リング１０２は、任意の数のエアスクープ１１６を備え、本明細書に記載のタ
ービンフレーム冷却システム１００の動作を容易にする。
【００２３】
例示的実施形態では、タービンフレーム冷却システム１００は、複数の独立
した冷却回路１００も備える。各冷却回路１２２は、１つのエアスクープ１１
６、１つの第一フェアリング１０６、および１つの第二フェアリング１０８を
備える。より詳細には、エアスクープ１１６は、各エアスクープ１１６が隣接
する回路１２２の第二フェアリング１０８とエアスクープ１１６と同じ回路１
２２の第一フェアリング１０６との間に位置するように、各回路１２２の第一
と第二フェアリング１０６および１０８の両方の上流外周に配置される。この
ように、タービンフレーム冷却システム１００は、同じ数の各々のエアスクー
プ１１６、第一フェアリング１０６、および第二フェアリング１０８を備える
。さらに、各冷却回路１２２は、外側リング１０２のキャビティ１１８内で連
結したシール１２４を備える。シール１２４は、互いに隣接する個別の冷却回
路１２２を分割し、対応する冷却回路１２２と関連する複数のキャビティセグ
メントにキャビティ１１８を分割する役目をする。シール１２４は、冷却気流
１２０の外周の移動をキャビティ１１８内に限定し、隣接する冷却回路１２２
のエアスクープ１１６とシール１２４と同じ回路１２２の第二フェアリング１
０８との間の各冷却回路１２２の外周下流端に配置される。
【００２４】
各冷却回路１２２は、全ての他の冷却回路１２２と実質的に同様に動作する
。このように、１つの冷却回路１２２の動作のみを本明細書で詳細に説明する
。動作中、エアスクープ１１６は、バイパスダクト４０からのバイパスエアー
５２を捕捉し、冷却気流１２０として該バイパスエアー５２を外側リング１０
２のキャビティ１１８中に誘導する。気流１２０は、外側リング１０２内の外
周を移動して、エアスクープ１１６と第一フェアリング１０６との間の外側リ
ング１０２の部分を冷却する。外周距離は比較的小さいので、冷却気流１２０
は温度を僅かのみ上昇させる。
【００２５】
それから、冷却気流１２０の第一部分１２６は、その中に収納された流体ラ
イン１１０に沿って第一フェアリング１０６の中を通って放射状に内向きに誘
導される。流体ライン１１０の金属壁は、第一部分１２６により冷却され、流
体ライン１１０の温度は、その中の流体のコーキング温度より低く維持される
。第一部分１２６は、冷却エアー１２０が外側リング１０２の中を通って外周
移動中、流路１１４から大量の熱を吸収できる前に、第一フェアリング１０６
の中を通って放射状に内向きに誘導される。
【００２６】
冷却気流１２０の第二部分１２８が第一部分１２６より高温になるように移
動するとき、冷却気流１２０の第二部分１２８は、流路１１４内の燃焼ガスか
ら熱を吸収する外側リング１０２の外周に続く。それから、第二部分１２８は
、第二フェアリング１０８の中を通って放射状に内向きに誘導されて、第二フ
ェアリング１０８およびその中に収納されたストラット１１２を冷却する。こ
のように、タービン冷却システム１００は、第一フェアリング１０６および第
二フェアリング１０８の両方の冷却を促進するが、第二フェアリング１０８よ
り第一フェアリング１０６をもっと冷却する。第二フェアリング１０８中に誘
導されないいずれの空気もシール１２４によりさらなる外周移動を遮断され、
シール１２４により第二フェアリング１０８の中を通って内側に向かって放射
状に強制されるだろう。このように、対応する回路１２２内を移動するときに
、シール１２４は、１組の熱量が気流１２０の冷却により吸収されることを可
能とする。
【００２７】
第二部分１２８が外側リング１０２の外周を移動するとき、熱を得て、外側
リング１０２を局所的に加熱した後、第二フェアリング１０８の中を通って放
射状に移動して第二フェアリング１０８およびストラット１１２を冷却する。
【００２８】
第二フェアリング１０８およびストラット１１２は、主流路１１４内に位置す
るので、それらは、概して、外側リング１０２より著しく高温で動作する。こ
の温度差が、外側リング１０２と第二フェアリング１０８との間の熱応力をも
たらす上記の大きな温度勾配を引き起こす。このように、第二部分１２８は、
その中に収納された第二フェアリング１０８およびストラット１１２を同時に
冷却しながら、外側リング１０８を加熱して、ストラット１１２と外側リング
１０２との間の温度勾配を低減し、従って、内側ハブ１０４は熱応力を減じる
。
【００２９】
一旦、第一および第二部分１２６および１２８をそれぞれの第一および第二
フェアリング１０６および１０８の中に誘導すると、内側ハブ１０４から主流
路１１４への冷却エアー１２０は、漏れ気流１３０としてフェアリング１０６
および１０８の軸方向上流下流または軸方向下流またはその両方のいずれかに
流れる。
【００３０】
例示的実施形態では、タービンフレーム冷却システム１００は、冷却回路１
２２のエアスクープ１１６への冷却気流１２０の流入を制御するための制御シ
ステム１３２も備える。制御システム１３２は、第一フェアリング１０６、第
二フェアリング１０８、および外側リング１０２のいずれかの組合せと連結し
た温度センサー１３４を備える。さらに、制御システム１３２は、冷却システ
ム１００へのバイパスエアー５２の流入を制御する各エアスクープ１１６と連
結されたバルブ１３６を備える。センサー１３４およびバルブ１３６は、コン
トローラー１３８と動作可能に連結する。センサー１３４は、第一フェアリン
グ１０６、第二フェアリング１０８、または外側リング１０２の温度を測定し
、測定温度の信号代表値をコントローラー１３８に伝える。コントローラー１
３８は、記憶された所定温度と測定温度を比較して、比較に基づいてバルブ１
３６の動作を制御する。詳細には、測定温度が所定温度より低い場合、第一フ
ェアリング１０６、第二フェアリング１０８、および外側リング１０２の冷却
を必要とせず、バルブ１３６を作動して閉じる。同様に、測定温度が所定温度
より高い場合、第一フェアリング１０６、第二フェアリング１０８、および外
側リング１０２の冷却が必要となり、バルブ１３６を作動して開ける。バルブ
１３６は、各エアスクープ１１６と連結されて、本明細書に記載されているが
、他の実施形態では、バルブ１３６は、エアスクープ１１６の全部より少ない
数と連結している。あるいは、バルブ１３６は、各回路１２２中のエアスクー
プ１１６の下流外周の外側リング１０２と連結する。
【００３１】
本明細書中に記載の例示的アセンブリおよび方法は、少なくともいくつかの
公知のシステムおよびガスタービンエンジンのタービンフレームの冷却方法の
不都合を克服する。さらに、本明細書中に記載のアセンブリおよび方法はキャ
ビティを画定する外側リングおよび該外側リングの内部に放射状に配置された
ハブを備える。タービンフレーム冷却システムは、該外側リングと該ハブとの
間で連結した複数の外周にスペースを置いた第一フェアリングおよび該外側リ
ングと該ハブとの間で連結した複数の外周にスペースを置いた第二フェアリン
グも備え、該第一および第二フェアリングはハブと交互に配置される。タービ
ンフレーム冷却システムは、該外側リングと連結した複数の外周にスペースを
置いたエアスクープも備える。複数のエアスクープはバイパス流れの中に伸び
、バイパスエアー冷却フローを外側リングのキャビティ中に誘導するように構
成される。
【００３２】
それから、冷却気流の第一部分をその中に収納された流体ラインに沿って第
一フェアリング全体に渡って内部に放射状に誘導する。該流体ラインの金属壁
を該第一部分により冷却し、該流体ラインの温度をその中の流体のコーキング
温度より低く維持する。該冷却気流の第二部分は第一フェアリングを通り過ぎ
て、円周上に移動して外側リングを加熱するが、同時に第二フェアリングおよ
びその中に収納されたストラットを冷却して該ストラットと該外側リングとの
間の温度勾配を低減し、それ故、熱応力を低減する。従って、タービンフレー
ム冷却システムは、フェアリングの中を通るように冷却エアーを誘導し、スト
ラットの温度勾配を管理し、かつ流体ライン温度を流体内のコーキング温度よ
り低く維持する。
【００３３】
バイパスエアーの使用は、エンジンの外装および内装を簡素化し、圧縮機か
らフレームに空気を移動するための外部パイプも必要としない。バイパスエア
ーの使用により、フレームのハブ設計は、エンジン内側からフレームへの空気
の流れを測定する特徴を必要しないので簡素化される。設計全体は典型的な歴
史的設計より軽くかつ簡易である。加えて、バイパスエアーは通常圧縮機など
の従来の空気源より冷たいので、より効率的に冷却し、主流路からの圧縮機空
気を取り込む必要性を除くことによりエンジンの稼働率も増加させる。
【００３４】
タービンフレーム冷却システムの例示的実施形態を上記に詳細に説明してい
る。タービンフレーム冷却システム、ならびにかかるシステムおよび機器の動
作方法は本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの
部品および／または方法の工程を本明細書に記載の他の部品および／または工
程と独立しておよび別々に使用してもよい。例えば、冷却システムを圧縮機フ
レームなどの冷却を要する他のシステムと組み合わせても使用でき、本明細書
に記載のタービンフレームのみと一緒に実践することに限定されない。
【００３５】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴いくつかの図で示され、他では示され
ないが、これは便宜上のみのためである。本発明の原理に従えば、図のいずれ
の特徴もいずれかの他の図の特徴と組み合わせて参照および／または請求の範
囲になり得る。
【００３６】
この記載した説明は、実施例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示し、
かつ、いかなる当業者も、任意の装置またはシステムを作成し用いることおよ
び任意の組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施も可能にする。
【００３７】
特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され
、当業者が想到する他の実施例を含み得る。そうした他の実施例は、特許請求
の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、ま
たは特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ均等な構造的
要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
【００３８】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
ガスタービンエンジンと一緒に使用するためのタービンフレーム冷却システ
ムであって、前記タービンフレーム冷却システムが：
キャビティを画定する外側リング；
前記外側リングの内側方向放射状に位置するハブ；
前記外側リングと前記ハブとの間に連結された外周に間隔を空けた複数の第一
フェアリング；
前記外側リングと前記ハブとの間に連結された外周に間隔を空けた複数の第二
フェアリングであって、前記複数の第一および第二フェアリングが前記ハブの
周囲に交互に配置される、前記複数の第二フェアリング；および
前記外側リングと連結された外周に間隔を空けた複数のエアスクープであって
、前記複数のエアスクープがバイパス流れに伸び、かつバイパスエアー冷却フ
ローを前記キャビティ中に誘導するように構成された、前記複数のエアスクー
プ  を備える、前記タービンフレーム冷却システム。
【００３９】
［実施態様２］
複数の独立した冷却回路をさらに備え、各冷却回路が：
前記複数のエアスクープのうちのエアスクープ；
前記複数の第一フェアリングのうちの第一フェアリング；
前記複数の第二フェアリングのうちの第二フェアリングであって、前記第一フ
ェアリングが前記第二フェアリングと隣接して配置される、前記第二フェアリ
ング  
を備える、実施態様１に記載のタービンフレーム冷却システム。
【００４０】
［実施態様３］
前記複数の冷却回路の各冷却回路が、前記キャビティ内で連結したシールを
備え、かつ前記外側リング内の複数の独立した回路キャビティを画定するよう
に構成され、各回路キャビティが前記複数の冷却回路のうちの冷却回路に対応
する、実施態様２に記載のタービンフレーム冷却システム。
【００４１】
［実施態様４］
各シールが、各冷却回路の外周の下流端に配置される、実施態様３に記載の
タービンフレーム冷却システム。
【００４２】
［実施態様５］
各エアスクープが、前記冷却フローの第一部分を前記第一フェアリングの中
へ誘導し、前記冷却フローの第二部分を前記第二フェアリングの中へ誘導する
ように構成される、実施態様２に記載のタービンフレーム冷却システム。
【００４３】
［実施態様６］
冷却エアーの第一部分が第一温度であり、冷却エアーの第二部分が第一温度
より高い第二温度である、実施態様５に記載のタービンフレーム冷却システム
。
【００４４】
［実施態様７］
前記ハブと前記外側リングとの間に連結された複数のストラットをさらに備
え、各ストラットが、前記複数の第二フェアリングの対応する第二フェアリン
グ内に配置される、実施態様１に記載のタービンフレーム冷却システム。
【００４５】
［実施態様８］
前記ハブと前記外側リングとの間に連結された複数の流体ライン群をさらに
備え、各流体ライン群が、前記複数の第一フェアリングの対応する第一フェア
リング内に配置される、実施態様１に記載のタービンフレーム冷却システム。
【００４６】
［実施態様９］
前記複数のエアスクープの中を通過する前記冷却気流を制御するように構成
された制御システムをさらに備える、実施態様１に記載のタービンフレーム冷
却システム。
【００４７】
［実施態様１０］
前記制御システムが：
前記第一フェアリング、前記第二フェアリング、および前記外側リングのうち
少なくとも１つと連結された少なくとも１つの温度センサー；
前記複数のエアスクープの各エアスクープと連結された少なくとも１つのバル
ブであって、前記少なくとも１つのバルブが前記エアスクープへの前記冷却エ
アーの流入を制御する、前記少なくとも１つのバルブ；および
前記少なくとも１つのセンサーおよび前記少なくとも１つのバルブと動作可能
に連結されたコントローラーであって、前記コントローラーが、所定温度の前
記少なくとも１つのセンサー代表値から信号を受けたとき、前記少なくとも１
つのバルブを開けるように構成される、前記コントローラー  を備える、実施
態様９に記載のタービンフレーム冷却システム。
【００４８】
［実施態様１１］
前記外側リング内で画定されたキャビティ内で連結された複数の外周に間隔
を空けたシールをさらに備え、前記複数のシールが、前記キャビティ内の前記
冷却エアーの外周の流れを制限するように構成される、実施態様１に記載のタ
ービンフレーム冷却システム。
【００４９】
［実施態様１２］
ガスタービンエンジンのタービンフレームの冷却方法であって、前記方法が
：
冷却フローを、バイパスダクトからフレームの外側リングと連結した複数のエ
アスクープの中に誘導し、前記複数のスクープがバイパスダクト中に伸びるこ
と；
前記冷却の第一部分を、複数の第一フェアリングの中に誘導し、前記複数の第
一フェアリングが前記外側リングと内側ハブとの間に連結すること；
前記冷却フローの第二部分を、複数の第二フェアリングの中に誘導し、前記複
数の第二フェアリングが前記外側リングと内側ハブとの間に連結し、かつ前記
複数の第一フェアリングと交互に配置されること  を含む前記方法。
【００５０】
［実施態様１３］
前記冷却フローの第一部分の誘導が、前記外側リングと内側ハブとの間に伸
びる複数の流体ラインに沿った前記冷却フローの第一部分の誘導を含む、実施
態様１２に記載の方法。
【００５１】
［実施態様１４］
前記冷却フローの第二部分の誘導が、前記外側リングと内側ハブとの間に伸
びる複数のストラットに沿った前記冷却フローの第二部分の誘導を含む、実施
態様１３に記載の方法。
【００５２】
［実施態様１５］
複数の流体ラインに沿った前記冷却フローの第一部分の誘導が、第一温度に
おける複数の流体ラインに沿った前記冷却フローの第一部分の誘導を含み、か
つ複数のストラットに沿った前記冷却フローの第二部分の誘導が、第一温度よ
り高い第二温度における複数のストラットに沿った前記冷却フローの第二部分
の誘導を含む、実施態様１４に記載の方法。
【００５３】
［実施態様１６］
複数のシールを前記外側リングと連結して、その中の複数の冷却回路を画定
することをさらに含む、実施態様１２に記載の方法。
【００５４】
［実施態様１７］
各冷却回路が：
前記複数のエアスクープのうちのエアスクープ；
前記複数の第一フェアリングのうちの第一フェアリング；および
前記複数の第二フェアリングのうちの第二フェアリングであって、前記第一フ
ェアリングが前記第二フェアリングと隣接して配置される、前記第二フェアリ
ングを備える、実施態様１６に記載の方法。
【００５５】
［実施態様１８］
前記回路内の前記冷却フローの第一部分を前記回路の前記第一フェアリング
中に誘導し、かつ前記回路内の前記冷却フローの第二部分を前記回路の前記第
二フェアリング中に誘導するように、前記冷却気流を各冷却回路中に誘導する
ことをさらに含む、実施態様１７に記載の方法。
【００５６】
［実施態様１９］
制御システムを用いて、前記複数のエアスクープの中を通過する前記冷却フ
ローを制御することを含む、実施態様１２に記載の方法。
【００５７】
［実施態様２０］
前記冷却フローの制御が：
センサーを用いて、前記第一フェアリング、前記第二フェアリング、および前
記外側リングのうち少なくとも１つの温度を測定すること
前記センサーと連結されたコントローラーを用いて、前記測定温度に基づいて
前記複数のエアスクープの対応するエアスクープと連結された複数のバルブを
動作させることを含む、実施態様１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ガスタービンエンジンアセンブリ
１１  長軸
１２  ファンアセンブリ
１３  コアガスタービンエンジン
１４  高圧圧縮機
１６  燃焼器
１８  高圧タービン
２０  低圧タービン
２１  後方ベアリング
２４  ファンブレード
２６  ロータディスク
２８  取入口側
３０  排気側
４０  バイパスダクト
４２  シュラウド
４３  内壁
４４  気流スプリッター
４５  外壁
４６  タービンフレーム
５０  第一部分
５２  第二部分
１００  タービンフレーム冷却システム
１０２  外側リング
１０４  ハブ
１０６  第一フェアリング
１０８  第二フェアリング
１１０  流体ライン
１１２  支持ストラット
１１４  主流路
１１６  エアスクープ
１１８  キャビティ
１２０  冷却エアフロー
１２２  冷却回路
１２４  シール
１２６  第一部分
１２８  第二部分
１３０  漏れ気流
１３２  制御システム
１３４  温度センサ
１３６  バルブ
１３８  コントローラー
【図１】
2017141807.tif 000003
【図２】
2017141807.tif 000004
【図３】
2017141807.tif 000005
【外国語明細書】
2017141807000001.pdf