(57)【要約】      （修正有）【課題】バランスピストン組立体に適切な圧力を供給することにより、軸受での適切な荷重を保つ。【解決手段】ガスタービンエンジン１０は、軸受９６と、軸方向の力を加えて軸受９６の軸方向の荷重を低減させる圧力作動バランスピストン組立体９４と、第１の圧力を有する圧縮機２２の第１の部分に流体結合した主抽気供給部と、前記第１の圧力より低い第２の圧力を有する前記圧縮機２２の第２の部分に流体結合した二次抽気供給部と、第３の圧力を有する前記圧力作動バランスピストン組立体９４に流体結合した混合空気供給部と、第１、第２、および第３の圧力に応答して、前記主抽気供給部および前記二次抽気供給部を前記混合空気供給部に比例的に結合して、所定の第３の圧力を保つ混合弁とを備える空気圧供給部８８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
駆動シャフト（５０）と、
前記駆動シャフト（５０）に取り付けられた圧縮機セクション（２２）と、
前記駆動シャフト（５０）に取り付けられ、前記圧縮機セクション（２２）の後方にあるタービンセクション（３２）と、
前記圧縮機セクション（２２）に当接する軸受（９６）と、
前記圧縮機セクション（２２）を軸方向前方に押すように前記圧縮機セクション（２２）に軸方向の力を加えて、前記軸受（９６）の軸方向の荷重を低減させる圧力作動バランスピストン組立体（９４）と、
第１の圧力を有する前記圧縮機（２２）の第１の部分（１４６）に流体結合した主抽気供給部（１４０）と、前記第１の圧力より低い第２の圧力を有する前記圧縮機（２２）の第２の部分（１４８）に流体結合した二次抽気供給部（１４２）と、第３の圧力を有する前記圧力作動バランスピストン組立体（９４）に流体結合した混合空気供給部（１５０）と、第１、第２、および第３の圧力に応答して、前記主抽気供給部（１４０）および前記二次抽気供給部（１４２）を前記混合空気供給部（１５０）に比例的に結合して、所定の第３の圧力を保つ混合弁（１４４）とを備える空気圧供給部（８８）と
を備えるガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２】
前記第３の圧力が所定の範囲内に保たれる、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項３】
空気圧供給部（８８）がエジェクタ（１６０）を備え、前記エジェクタ（１６０）が、前記第２の部分（１４８）から前記圧力作動バランスピストン組立体（９４）に延在する二次導管（１６４）と、前記二次導管（１６４）内に位置する出口（１８２）を有する主導管（１６２）とを有する、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項４】
前記出口（１８２）を画定する可変面積エジェクタスロート（１８４）をさらに備える請求項３記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項５】
前記可変面積エジェクタスロート（１８４）が少なくとも１つの可動部分（１８８）を備え、前記少なくとも１つの可動部分（１８８）が、前記主抽気供給部（１４０）に流体的に曝された第１の表面（１９０）と、前記混合空気供給部（１５０）に流体的に曝された第２の表面（１９２）とを有する、請求項４記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項６】
前記可動部分（１８８）に閉じる力を加えて、前記可動部分（１８８）を閉状態（２１２）の方へ押す付勢要素（２０２）をさらに備える請求項５記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項７】
前記可変面積エジェクタスロート（１８４）が、前記可動部分（１８８）の反対側に固定部分（１８６）を備える、請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項８】
前記主導管（１６２）に取り付けられたばねハウジング（２００）と、前記ばねハウジング（２００）内に位置し、前記ばねハウジング（２００）および前記可動部分（１８８）に当接して、前記可動部分（１８８）に閉じる力を加えるばね（２２０）を含む前記付勢要素（２０２）とをさらに備える請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項９】
前記付勢要素（２０２）がばね（２２０）である、請求項６記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記空気圧供給部がエジェクタ（１６０）を備え、前記エジェクタ（１６０）が前記空気を前記エジェクタ（１６０）に供給する主導管（１６２）および二次導管（１６４）を有する、請求項１記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガスタービンエンジンでは、圧縮機入口からの全空気流の一部分は迂回して様々なタービン構成部品を冷却する。しかしながら、迂回する空気は、圧縮機を通る全空気流の大きな部分を消費する場合がある。したがって、これらの寄生流れを管理および制御すると、タービンエンジンの全体性能を向上させることができる。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、空気は圧力のある状態で圧縮機から抜き取られ、冷却、サンプ加圧、および様々なタービン構成部品のための荷重制御の流れとして使用し、したがって、燃焼システムをバイパスする。エジェクタはしばしば、この目的のために有用であり、２つの異なる圧縮機段から空気を抜き取ることができる。しかしながら、抜き取りポートはしばしば、高すぎる圧力および／または温度の冷却空気流を供給する。エジェクタを使用することによって、低い圧力または温度の空気流は、高い圧力または温度の空気流と混合されて、必要とする圧力および温度に実質的に合う中間の圧力および温度の空気流を供給することができ、同時に、そのようにしなければ、無駄なエネルギーとして浪費されるかもしれない低い圧力および温度を利用することができる。
【０００３】
より詳細には、エジェクタシステムは、加圧空気をタービン後部フレーム内のバランスピストン組立体に供給することができる。バランスピストン組立体は加圧空気を利用して、圧縮機における軸受の軸方向荷重を低減する。したがって、バランスピストン組立体に適切な圧力を供給することは、軸受での適切な荷重を保つために望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、本発明の実施形態は、駆動シャフトと、駆動シャフトに取り付けられた圧縮機セクションと、駆動シャフトに取り付けられ、圧縮機セクションの後方にあるタービンセクションと、圧縮機セクションに当接する軸受と、タービンセクションに当接し、軸受に対してタービンセクションおよび圧縮機セクションを押すようにタービンセクションに軸方向の力を加える圧力作動バランスピストンとを含むガスタービンエンジンに関する。エンジンはさらに空気圧供給部を含み、空気圧供給部は、第１の圧力を有する圧縮機の第１の部分に流体結合した主抽気供給部と、第１の圧力より低い第２の圧力を有する圧縮機の第２の部分に流体結合した第２の抽気供給部と、第３の圧力を有する圧力作動バランスピストンに流体結合した混合空気供給部と、第１、第２、および第３の圧力に応答して、主抽気供給部および二次抽気供給部を混合空気供給部に比例的に結合して、所定の第３の圧力を保つ混合弁とを有する。
【０００５】
別の態様では、本発明の実施形態は、出口、および出口の上流に混合室を有する二次導管と、二次導管内で混合室の上流に位置する可変面積スロートを有する主導管とを含む、ガスタービン用のエジェクタに関する。
【０００６】
さらに別の態様では、本発明の実施形態は、軸受と圧力バランスピストンとの間で共通の駆動シャフトに軸方向に配置された圧縮機セクションおよびタービンセクションであって、圧力バランスピストンが軸方向の力を加えて圧縮機セクションおよびタービンセクションを軸受の方に押す、圧縮機セクションおよびタービンセクションを含むガスタービンエンジンに関する。可変面積スロートを有するエジェクタは、異なる圧力の主抽気源と二次抽気源をスロートの下流の混合室に流体結合し、主抽気源および二次抽気源からの混合空気をバランスピストンに供給する。
【０００７】
さらに別の態様では、本発明の実施形態は、第１の圧縮機抽気供給部において第１の圧力を検知するステップと、第１の圧力より低い圧力を有する第２の圧縮機抽気供給部において第２の圧力を検知するステップと、圧力バランスピストンにおいて第３の圧力を検知するステップと、第１および第２の抽気供給部からの空気を第１、第２、および第３の圧力に応じて混合するステップとを含む、ガスタービンエンジンの圧力バランスピストンに加圧空気を供給する方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】バランスピストン空洞を有するタービン後部フレームの断面図である。
【図３】バランスピストン空洞に結合したエジェクタ組立体を有する、図１のガスタービンエンジンの概略図である。
【図４】図２のエジェクタ組立体の側面図である。
【図５】開位置にあるエジェクタの側面図である。
【図６】閉位置にある、図５のエジェクタの側面図である。
【図７】図５のエジェクタの後面を前方に見た図である。
【図８】加圧空気をバランスピストンに供給する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、ガスタービンエンジンにおいて、加圧抽気流をバランスピストンに供給するために使用することができる可変面積スロートを有するエジェクタを対象として説明される。例示の目的のため、本発明は、バランスピストンを有する航空機ガスタービンエンジン用のタービンに関して説明される。しかしながら、本発明はそれに限定されるものではなく、他の移動用途、ならびに工業、商業、および住宅用途などの非移動用途の非航空機用途にも、圧縮機を含むエンジン内に一般的に適用することができることは理解されるであろう。本発明はまた、バランスピストンへの空気の供給を制御することだけに限定するものではない。
【００１０】
用語「前方に」または「上流に」は、本明細書で使用するとき、エンジン入口、または別の構成部品に比べてエンジン入口に比較的近い構成部品に向かう方向に動くことを指す。「前方に」または「上流に」と併せて使用される用語「後方に」または「下流に」は、エンジン中心線に関してエンジンの後部または出口に向かう方向を指す。
【００１１】
さらに、用語「半径方向の」または「半径方向に」は、本明細書で使用するとき、エンジンの長手方向中心軸線とエンジン外周との間を半径方向に延在する寸法を指す。
【００１２】
方向についてのすべての言及（例えば、半径方向、軸方向、近位、遠位、上側、下側、上向き、下向き、左、右、横、前、後、頂部、底部、上方、下方、垂直、水平、時計回り、反時計回り、上流、下流、後方など）は、読み手が本発明を理解するのを助けるために識別の目的で使用しているに過ぎず、具体的に位置、向き、または本発明の使用に関して限定するものではない。接続についての言及（例えば、取り付けられた、結合された、接続された、および接合された）は、広義に解釈すべきであり、別途指示されていない限り、一群の要素間の中間部材および要素間の相対移動を含むことができる。したがって、接続についての言及は、必ずしも２つの要素が互いに固定された関係で直接接続されることを示唆するものではない。例示する図面は、単に例示の目的であり、本明細書に添付された図面中に示された寸法、位置、順序、および相対的な大きさは変わり得る。
【００１３】
図１は、航空機用ガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概ね長手方向に延在し、前方１４から後方１６に延在する軸線または中心線１２を有する。エンジン１０は、下流方向に直列流れ関係で、ファン２０を含むファンセクション１８、ブースタまたは低圧（ＬＰ：ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ：ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２、ならびに排気セクション３８を含む。
【００１４】
ファンセクション１８は、ファン２０を取り囲むファンケーシング４０を含む。ファン２０は、中心線１２の周りに半径方向に配置された複数のファンブレード４２を含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０、およびＨＰタービン３４は、エンジン１０のコア４４を形成して、燃焼ガスを発生する。コア４４は、ファンケーシング４０と結合することができるコアケーシング４６に取り囲まれる。
【００１５】
エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置されたＨＰスプールまたはＨＰ駆動シャフト４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６に駆動接続する。ＬＰスプールまたはＬＰ駆動シャフト５０は、より大きな直径の環状のＨＰ駆動シャフト４８内で、エンジン１０の中心線１２の周りに同軸に配置され、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４およびファン２０に駆動接続する。
【００１６】
ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６はそれぞれ複数の圧縮機段５２、５４を含み、それらにおいては、一組の圧縮機ブレード５６、５８が、対応する一組の静止圧縮機ベーン６０、６２（ノズルとも呼ばれる）に対して回転して、段を通過する流体の流れを圧縮または加圧する。圧縮機ブレード５６、５８は、圧縮機ロータ５１の周りを回転することができる。単一の圧縮機段５２、５４においては、多数の圧縮機ブレード５６、５８は環状に設けることができ、ブレードのプラットフォームからブレードの先端まで中心線１２に対して半径方向外向きに延在することができ、一方、対応する静止圧縮機ベーン６０、６２は、回転ブレード５６、５８の上流に、かつそれらに隣接して配置される。図１に示すブレード、ベーン、および圧縮機段の数は、単に例示する目的のためだけに選ばれており、他の数も可能であることに留意されたい。
【００１７】
圧縮機の段のブレード５６、５８は、ディスク５１に取り付けることができ、ディスク５１はＨＰおよびＬＰ駆動シャフト４８、５０のうちの対応する１つに取り付けられる。ここで、各段はそれら自体のディスク５１、６１を有する。圧縮機の段のベーン６０、６２は、周方向配置でコアケーシング４６に取り付けることができる。
【００１８】
ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６はそれぞれ複数のタービン段６４、６６を含み、それらにおいて、一組のタービンブレード６８、７０が、対応する一組の静止タービンベーン７２、７４（ノズルとも呼ばれる）に対して回転させられて、段を通過する流体の流れからエネルギーを取り出す。単一のタービン段６４、６６においては、多数のタービンブレード６８、７０は環状に設けることができ、ブレードのプラットフォームからブレードの先端まで中心線１２に対して半径方向外向きに延在することができ、一方、対応する静止タービンベーン７２、７４は、回転ブレード６８、７０の上流に、かつそれらに隣接して配置される。図１に示すブレード、ベーン、およびタービン段の数は、単に例示する目的のためだけに選ばれており、他の数も可能であることに留意されたい。
【００１９】
タービンの段のブレード６８、７０は、ディスク７１に取り付けることができ、ディスク７１はＨＰおよびＬＰ駆動シャフト４８、５０のうちの対応する１つに取り付けられる。ここで、各段はそれら自体のディスク７１、７３を有する。タービンの段のベーン７２、７４は、周方向配置でコアケーシング４６に取り付けることができる。
【００２０】
駆動シャフト４８、５０の一方または両方に取り付けられ、それらとともに回転するエンジン１０の部分はまた、個々に、またはまとめて、ロータ５３と呼ばれる。コアケーシング４６に取り付けられた部分を含むエンジン１０の静止部分はまた、個々に、またはまとめて、ステータ６３と呼ばれる。
【００２１】
作動時、ファンセクション１８を出た空気流は分けられ、その空気流の一部分は、ＬＰ圧縮機２４内に流れ、次いで、加圧された外気７６をＨＰ圧縮機２６に供給し、さらに外気を加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気７６は燃焼器３０内で燃料と混合されて点火され、それによって燃焼ガスを発生する。これらのガスからＨＰタービン３４によっていくらかの仕事が取り出され、ＨＰタービン３４はＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスはＬＰタービン３６内に吐出され、そこでさらに仕事が取り出されてＬＰ圧縮機２４を駆動し、最終的に、排気ガスは排気セクション３８を経てエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動によってＬＰ駆動シャフト５０が駆動されて、ファン２０およびＬＰ圧縮機２４を回転させる。
【００２２】
空気流７８の残りの部分は、ＬＰ圧縮機２４およびエンジンコア４４をバイパスして、静止ベーン列、より具体的には、ファン排気側８４にある複数のエーロフォイル案内翼８２を備える出口案内翼組立体８０を通ってエンジン組立体１０を出る。より詳細には、半径方向に延在するエーロフォイル案内翼８２の周方向列は、空気流７８に何らかの方向制御を働かせるようにファンセクション１８に隣接して使用される。
【００２３】
ファン２０によって供給された外気のうちのいくらかは、エンジンコア４４をバイパスして、エンジン１０の部分、特に高温部分を冷却するために使用することができ、かつ／あるいは、航空機の他の要素を冷却する、またはそれらに動力を与えるために使用することができる。タービンエンジンの環境では、エンジンの高温部分は、通常、燃焼器３０の下流にあり、特にタービンセクション３２である。ＨＰタービン３４が、燃焼セクション２８のすぐ下流であるので最も高温の部分となる。冷却流体の他の源は、限定するものではないが、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から吐出される流体とすることができる。
【００２４】
ＨＰ圧縮機２６は、抽気システム８６に流体結合して、加圧空気供給部８８を圧縮機セクション２２の後方のエンジン１０に供給するとともに、エンジン１０のさらなる部分に供給することができる。加圧抽気供給部８８は、周方向に配置された複数のストラット９２を有するタービン後部フレーム９０に供給することができる。ストラット９２は、空気の流れが軸方向にエンジンコア４４を通るように方向づけることができる。加圧空気供給部８８は、１つまたは複数のストラット９２を通過してバランスピストン組立体９４内に入る。バランスピストン組立体９４は、圧縮機セクション２２の半径方向内側に取り付けられた軸受９６にＬＰ駆動シャフト５０を介して結合される。エンジンの作動中、軸受９６は軸方向後方への力を受けやすい。バランスピストン組立体９４は、駆動シャフト５０を通じて軸方向前方への力を与えて軸受９６の軸方向荷重を低減する。
【００２５】
図２を見ると、タービン後部フレーム９０およびバランスピストン組立体９４の拡大図において、バランスピストン組立体９４に供給される加圧空気供給部８８が示されている。ストラット９２内に配置された導管１１０は、第１の内部空洞１１２に流体結合する。バランスピストン空洞１１４は、第１の内部空洞１１２と流体連通している。バランスピストン空洞１１４は、前部空洞１１６および後部空洞１１８に流体結合して、加圧空気の流れをバランスピストン空洞１１４の前方および後方にそれぞれ供給する。第２の内部空洞１２０は、前部空洞１１６の前方に配置され、それと流体連通している。
【００２６】
シール１３０は、バランスピストン空洞１１４を少なくとも部分的に画定し、駆動シャフト５０に結合される。シール１３０は、バランスピストン空洞１１４の圧力に基づいて、空気の流れをバランスピストン空洞１１４から前部空洞１１６に選択的に送ることができる。
【００２７】
作動時、加圧空気供給部８８は、抽気システム８６からストラット９２内の導管１１０に供給される。加圧空気８８は、導管１１０から第１の内部空洞１１２内を通り、そこで、バランスピストン空洞１１４に送られる。加圧空気８８はバランスピストン空洞１１４を加圧するために使用される。加圧されたバランスピストン空洞１１４は、シール１３０に対して軸方向前方への力を伝え、シール１３０は、軸受９６に結合された駆動シャフト５０に前方への力を与える。したがって、バランスピストン空洞１１４内の圧力を使用して、エンジンの作動中に圧縮機セクション２２に対して発生した軸方向後方への力とバランスするように軸方向前方への力を与えることによって軸受９６の荷重をバランスさせる。
【００２８】
バランスピストン空洞１１４内の加圧空気８８は、前方空気流１３２として、シール１３０を通って前方に出て前部空洞１１６に流れることができる、または、後方空気流１３４として、後方に出て後部空洞１１８に流れることができる。前方空気流１３２は、第２の内部空洞１２０を通過してストラット９２の前方に出ることができ、後方空気流１３４は、ストラット９２の後方に出ることができる。
【００２９】
バランスピストン組立体９４に与えられる圧力、およびバランスピストン空洞１１４内の圧力は可変とすることができることを認識すべきである。軸受９６を適切にバランスさせるために、バランスピストン組立体９４に整合性のある空気圧を与えることによって、バランスピストン空洞１１４内を所定の圧力に保って軸受９６の適切な荷重を保つことが望ましい。
【００３０】
図３を見ると、加圧空気供給部８８をバランスピストン組立体９４に供給するための抽気システム８６の概略図が示されている。主抽気供給部１４０および二次抽気供給部１４２は、圧縮機２２の第１および第２の部分１４６、１４８からそれぞれ加圧空気８８を混合弁１４４に送ることができる。主抽気供給部１４０は、第２の部分１４８の後方すなわち下流に配置された第１の部分１４６から送られる。したがって、主抽気供給部１４０は、加圧空気供給部８８が二次抽気供給部１４２から送られる第２の空気圧に対して高い空気圧である第１の空気圧の状態で、混合弁１４４に入る。混合弁１４４は、第３の圧力で混合空気供給部１５０をバランスピストン組立体９４に送る。第３の圧力は、バランスピストン組立体９４からのフィードバックに基づくことができる所定の圧力に保つことができる。したがって、混合弁１４４は主抽気供給部１４０と二次抽気供給部１４２とを比例的に結合して、所定の第３の圧力を保つことができる。任意には、混合空気供給部１５０内にオリフィス板１５２を含めて、混合弁１４４からバランスピストン組立体９４への流れを調量することができる。オリフィス板１５２は、作動条件と周囲条件との間の空気圧力をバランスさせるために有益となり得る。
【００３１】
図４を見ると、混合弁１４４内に配置することができるエジェクタ１６０の概略図が示されている。エジェクタ１６０は、主導管１６２および二次導管１６４を含むことができる。主導管１６２は、主抽気供給部１４０をエジェクタ１６０に送ることができ、二次導管１６４は、二次抽気供給部１４２をエジェクタ１６０に送ることができる。エジェクタ１６０はさらに、先細区域１６６、混合区域１６８、および末広区域１７０を含むことができる。主抽気供給部１４０と二次抽気供給部１４２とは先細区域１６６内で混合され、空気流は加速されて、抽気供給部１４０、１４２が混合する混合区域１６８内に入ることができる。混合空気供給部１５０は末広区域１７０内に流れ、ここで、バランスピストン組立体９４に供給される加圧空気として混合空気供給部１５０を減速することができる。
【００３２】
図５は、二次導管１６４を有するエジェクタ１６０を示しており、二次導管１６４は、さらに主導管１６２と二次導管１６４との間に導管室１８０を含む。主導管１６２は出口１８２を含み、出口１８２は、導管室１８０内に位置し、主抽気供給部１４０を導管室１８０に流体結合する。主導管１６２から送られる主抽気供給部１４０は、出口１８２の下流で二次抽気供給部１４２と混合することができる。
【００３３】
可変エジェクタスロート１８４はさらに出口１８２を画定することができる。可変エジェクタスロート１８４は、固定部分１８６および可動部分１８８を含むことができる。可動部分１８８は、固定部分１８６に対して動いて、可変エジェクタスロート１８４を部分的に開閉することができる。可動部分１８８は、主抽気供給部１４０に曝された第１の表面１９０、および二次抽気供給部１４２に曝された第２の表面１９２を有することができる。
【００３４】
固定部分１８６に取り付けられ、可動部分１８８に隣接して配置されたハウジング２００をエジェクタ１６０はさらに含むことができる。ハウジング２００は付勢要素２０２を収容することができ、付勢要素２０２は、非限定的な例では、ばねまたはその類似物とすることができる。ハウジング２００と付勢表面２０４との間に付勢要素２０２をはさむことができる。付勢要素２０２が付勢表面２０４を介して可動部分１８８をハウジング２００および固定部分１８６に対して付勢できるように、付勢表面２０４は可動部分１８８に接触する。ハウジング２００は、ハウジング２００の内部を導管室１８０に流体結合する開口２０６を有することができる。
【００３５】
可変エジェクタスロート１８４は、図５に示すように、出口１８２に対して開距離２１０を定める開位置にある。開位置では、付勢表面２０４は固定部分１８６の底部から間隔が空いており、付勢要素２０２は少なくとも部分的圧縮されている。作動中、バランスピストン組立体９４は、混合空気供給部１５０の圧力を通じてエジェクタ１６０にフィードバックを与えることができる。混合空気供給部１５０の圧力は、開口２０６を通ってハウジング２００内の圧力を増減させる。ハウジング２００内の圧力が増減することによって、付勢要素２０２が付勢表面２０４に作用して、可動部分１８８を固定部分１８６に対して動かし、可変エジェクタスロート１８４を開閉する。
【００３６】
次に図６を見ると、バランスピストン組立体９４からフィードバックされて、混合空気供給部１５０の圧力が増大すると、ハウジング２００内の圧力が増大し、それが、可動部分１８８に閉じる力を与えることができる。付勢要素２０２は付勢表面２０４を押して、可動部分１８８を、閉距離２１２となる閉状態の方へ動かす。閉状態では、出口１８２は完全に閉じているわけではなく、主抽気供給部１４０の少なくとも一部分は出口１８２を通過することができることを認識すべきである。閉状態では、ハウジング２００と可動部分１８８の底部との間に隙間２１４ができる。
【００３７】
したがって、バランスピストン組立体９４で圧力が増大すると、圧力は、混合空気供給部１５０を通ってハウジング２００にフィードバックされる。ハウジング２００内の圧力が増大すると、出口１８２は閉じ、ハウジング２００内の圧力が減少すると、出口１８２は開く。出口１８２が開閉すると、主導管１６２を通って供給される主抽気供給部１４０の量はそれぞれ増減し、主導管１６２から供給される空気流が調量される。したがって、主導管１６２から供給される空気流を調量することによって、バランスピストン組立体９４に供給される圧力を調圧することができる。次いで、バランスピストン組立体９４は、混合空気供給部１５０を通じて空気圧をフィードバックして、主抽気供給部１４０から供給される空気圧を決定することを認識すべきである。このようにして、バランスピストン組立体９４は、それに供給される空気圧を所定の圧力に自動的に定め、かつ保つことができる。
【００３８】
次に図７を見ると、付勢要素２０２は、可動部分１８８を固定部分１８６に対して動かすようにばね２２０とすることができる。固定部分１８６は２つの空洞２２２を含むことができる。空洞２２２は、ばね２２０が働いているとき可動部分１８８の２つの上端２２４を受け入れるような形状をしている。空洞２２２によって可動部分１８８が動くことができる。また、空洞２２２は、閉距離２１２の最小値を定めるように終端面２２６を与える。したがって、ハウジング２００の大きさおよび寸法、ならびに空洞２２２の大きさが、可動部分１８８の最大および最小位置を決定して、主導管１６２から送ることができる最大および最小流量または空気圧を定めることができる。これらの最大および最小は、バランスピストン組立体９４に供給したい所定の空気圧として決定された値のそれぞれとすることができる。
【００３９】
図８を見ると、方法２３０は、エジェクタ１６０を有するエンジン１０を使用して加圧空気をバランスピストン組立体９４に供給することができる。方法２３０は、２３２において、第１の圧縮機抽気供給部において第１の圧力を検知するステップを含むことができる。第１の圧力は、主導管１６２を通って送られる主抽気供給部１４０とすることができる。２３４において、方法２３０はさらに、第１の圧力より低い圧力を有する第２の圧縮機抽気供給部において第２の圧力を検知するステップを含む。第２の圧力は、主抽気供給部１４０より低い圧力で二次導管１６４から送られる二次抽気供給部１４２とすることができる。２３６において、方法２３０はさらに、バランスピストン組立体９４において第３の圧力を検知するステップを含む。バランスピストン組立体９４に送られる第３の圧力を決定するために、バランスピストン組立体９４に供給される混合空気供給部１５０を使用することができる。２３８において、第１および第２の抽気供給部からの空気を第１、第２、および第３の圧力に応じて混合することができる。可動部分１８８を有するエジェクタ１６０は、バランスピストン組立体９４の第３の圧力からのフィードバックを受け取り、そのフィードバックに基づいてハウジング２００内の付勢要素２０２を働かせることができる。付勢要素２０２は、第１、第２、および第３の圧力に応じて第１および第２の抽気供給部を混合するように、主導管１６２から送られる主抽気供給部１４０を比例的に制御する。エジェクタ１６０は、主導管１６２および二次導管１６４から送られる第１の抽気供給部と第２の抽気供給部の比を、付勢要素２０２によって自動的に制御することができる。第１の抽気供給部と第２の抽気供給部の比を制御することによって、バランスピストン組立体９４に送られる第３の圧力を所定に圧力にすることができ、また、主抽気供給部１４０および二次抽気供給部１４２からの第１および第２の圧力に基づいて制御して第３の圧力を所定の圧力に設定することができる。
【００４０】
可変エジェクタスロート１８４によって、付勢要素２０２に結合した可動部分１８８を利用して自動スロート制御が可能となることを認識すべきである。自動スロート制御は、バランスピストン組立体９４からフィードバックされた空気圧に基づき、そのフィードバックに応じて出口１８２を開閉して、主導管１６２から送られる空気圧を増減する。出口１８２は、フィードバックに基づいて自動的に開閉して、バランスピストン組立体９４に送られる空気圧を所定の圧力に保つ。本明細書で説明した装置および方法は、使用する部品の量は最小限であり、補修および整備などで必要となる人手の介入は少ないことをさらに認識すべきである。さらに、本装置および方法によって、バランスピストン組立体９４に最適な空気圧が供給されてエンジン効率およびエンジン全体性能が改善される一方、荷重がバランスしていないことによるエンジン停止の危険性が減る。
【００４１】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、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例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。
【００４２】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
タービンエンジン（１０）であって、
駆動シャフト（５０）と、
前記駆動シャフト（５０）に取り付けられた圧縮機セクション（２２）と、
前記駆動シャフト（５０）に取り付けられ、前記圧縮機セクション（２２）の後方にあるタービンセクション（３２）と、
前記圧縮機セクション（２２）に当接する軸受（９６）と、
前記圧縮機セクション（２２）を軸方向前方に押すように前記圧縮機セクション（２２）に軸方向の力を加えて、前記軸受（９６）の軸方向の荷重を低減させる圧力作動バランスピストン組立体（９４）と、
第１の圧力を有する前記圧縮機（２２）の第１の部分（１４６）に流体結合した主抽気供給部（１４０）と、前記第１の圧力より低い第２の圧力を有する前記圧縮機（２２）の第２の部分（１４８）に流体結合した二次抽気供給部（１４２）と、第３の圧力を有する前記圧力作動バランスピストン組立体（９４）に流体結合した混合空気供給部（１５０）と、第１、第２、および第３の圧力に応答して、前記主抽気供給部（１４０）および前記二次抽気供給部（１４２）を前記混合空気供給部（１５０）に比例的に結合して、所定の第３の圧力を保つ混合弁（１４４）とを備える空気圧供給部（８８）と
を備えるタービンエンジン（１０）。
［実施態様２］
前記第３の圧力が所定の範囲内に保たれる、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様３］
空気圧供給部（８８）がエジェクタ（１６０）を備え、前記エジェクタ（１６０）が、前記第２の部分（１４８）から前記圧力作動バランスピストン組立体（９４）に延在する二次導管（１６４）と、前記二次導管（１６４）内に位置する出口（１８２）を有する主導管（１６２）とを有する、実施態様１に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様４］
前記出口（１８２）を画定する可変面積エジェクタスロート（１８４）をさらに備える実施態様３に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様５］
前記可変面積エジェクタスロート（１８４）が少なくとも１つの可動部分（１８８）を備え、前記少なくとも１つの可動部分（１８８）が、前記主抽気供給部（１４０）に流体的に曝された第１の表面（１９０）と、前記混合空気供給部（１５０）に流体的に曝された第２の表面（１９２）とを有する、実施態様４に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様６］
前記可動部分（１８８）に閉じる力を加えて、前記可動部分（１８８）を閉状態（２１２）の方へ押す付勢要素（２０２）をさらに備える実施態様５に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様７］
前記可変面積エジェクタスロート（１８４）が、前記可動部分（１８８）の反対側に固定部分（１８６）を備える、実施態様６に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様８］
前記主導管（１６２）に取り付けられたばねハウジング（２００）と、前記ばねハウジング（２００）内に位置し、前記ばねハウジング（２００）および前記可動部分（１８８）に当接して、前記可動部分（１８８）に閉じる力を加えるばね（２２０）を含む前記付勢要素（２０２）とをさらに備える実施態様６に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様９］
出口、および前記出口の上流に混合室を有する二次導管（１６４）と、
前記二次導管（１６４）内で前記混合室の上流に位置する可変面積スロート（１８４）を有する主導管（１６２）と
を備えるタービンエンジン（１０）用のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１０］
前記可変面積スロート（１８４）が可動部分（１８８）を備え、前記可動部分（１８８）が、前記主導管（１６２）に流体結合した第１の要素、および前記混合室に流体結合した第２の要素を有する、実施態様９に記載のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１１］
前記可動部分（１８８）に閉じる力を加える付勢要素（２０２）を備える実施態様１０に記載のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１２］
前記付勢要素（２０２）が、前記可動部分（１８８）に前記閉じる力を加えるばね（２２０）を含む、実施態様１１に記載のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１３］
前記ばね（２２０）のばね定数が、前記主導管（１６２）および前記混合室内の予想圧力の相関関係に基づいて選択される、実施態様１２に記載のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１４］
前記主導管（１６２）に取り付けられたばねハウジング（２００）と、前記ばねハウジング（２００）内に位置し、前記可動部分（１８８）に当接する前記ばね（２２０）とを備える実施態様１２に記載のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１５］
前記可変面積スロート（１８４）がさらに、前記可動部分（１８８）の反対側に固定部分（１８６）を備える、実施態様１４に記載のエジェクタ（１６０）。
［実施態様１６］
軸受（９６）と圧力バランスピストン（９４）との間で共通の駆動シャフト（５０）に軸方向に配置された圧縮機セクション（２２）およびタービンセクション（３２）であって、前記圧力バランスピストン（９４）が軸方向の力を加えて前記圧縮機セクション（２２）および前記タービンセクション（３２）を前方に押して前記軸受（９６）の荷重を低減する、圧縮機セクション（２２）およびタービンセクション（３２）と、可変面積スロート（１８４）を有するエジェクタ（１６０）であって、異なる圧力の主抽気源（１４０）と二次抽気源（１４２）を前記スロートの下流の混合室に流体結合し、前記主抽気源（１４０）および前記二次抽気源（１４２）からの混合空気を前記バランスピストン（９４）に供給するエジェクタ（１６０）とを備えるタービンエンジン（１０）。
［実施態様１７］
前記可変面積スロート（１８４）が、前記混合室、前記主抽気源（１４０）、前記二次抽気源（１４２）内の圧力に応じて面積を変える、実施態様１６に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１８］
前記可変面積スロート（１８４）が可動部分（１８８）を備え、前記可動部分（１８８）が、主導管（１６２）に流体結合した第１の要素、および前記混合室に流体結合した第２の要素を有する、実施態様１６に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様１９］
前記可動部分（１８８）に閉じる力を加える付勢要素（２０２）を備える実施態様１８に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様２０］
前記付勢要素（２０２）が、前記可動部分（１８８）に前記閉じる力を加えるばね（２２０）を含む、実施態様１９に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様２１］
前記ばね（２２０）のばね定数が、前記主導管（１６２）および前記混合室内の予想圧力の相関関係に基づいて選択される、実施態様２０に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様２２］
前記主導管（１６２）に取り付けられたばねハウジング（２００）と、前記ばねハウジング（２００）内に位置し、前記可動部分（１８８）に当接する前記ばね（２２０）とを備える実施態様２０に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様２３］
前記可変面積スロート（１８４）がさらに、前記可動部分（１８８）の反対側に固定部分（１８６）を備える、実施態様２２に記載の実施態様２２に記載のタービンエンジン（１０）。
［実施態様２４］
ガスタービンエンジン（１０）の圧力バランスピストン（９４）に加圧空気を供給する方法（２３０）であって、第１の圧縮機抽気供給部において第１の圧力を検知するステップ（２３２）と、前記第１の圧力より低い圧力を有する第２の圧縮機抽気供給部において第２の圧力を検知するステップ（２３４）と、前記圧力バランスピストン（９４）において第３の圧力を検知するステップ（２３６）と、前記第１および第２の抽気供給部からの前記空気を前記第１、第２、および第３の圧力に応じて混合するステップ（２３８）とを含む方法（２３０）。
［実施態様２５］
前記空気を混合する前記ステップが、前記第１の圧縮機抽気供給部と第２の圧縮機抽気供給部の比を制御するステップを含む、実施態様２４に記載の方法（２３０）。
［実施態様２６］
第１の抽気供給部と第２の抽気供給部の比が、第３の圧力を所定に圧力にするように制御される、実施態様２５に記載の方法（２３０）。
［実施態様２７］
前記所定の第３の圧力が、前記第１および第２の圧力に基づいて設定される、実施態様２６に記載の方法（２３０）。
【符号の説明】
【００４３】
１０  エンジン
１２  中心線
１４  前方
１６  後方
１８  ファンセクション
２０  ファン
２２  圧縮機セクション
２４  ＬＰ圧縮機
２６  ＨＰ圧縮機
２８  燃焼セクション
３０  燃焼器
３２  タービンセクション
３４  ＨＰタービン
３６  ＬＰタービン
３８  排気セクション
４０  ファンケーシング
４２  ファンブレード
４４  コア
４６  コアケーシング
４８  ＨＰ駆動シャフト
５０  ＬＰ駆動シャフト
５１  ロータ
５２  ＨＰ圧縮機段
５３  ロータ
５４  ＨＰ圧縮機段
５６  ＬＰ圧縮機ブレード
５８  ＨＰ圧縮機ブレード
５９  ディスク
６０  ＬＰ圧縮機ベーン
６１  ディスク
６２  ＨＰ圧縮機ベーン
６３  ステータ
６４  ＨＰタービン段
６６  ＬＰタービン段
６８  ＨＰタービンブレード
７０  ＬＰタービンブレード
７１  ディスク
７２  ＨＰタービンベーン
７３  ディスク
７４  ＬＰタービンベーン
７６  加圧された外気
７８  空気流
８０  出口案内翼組立体
８２  エーロフォイル案内翼
８４  排気側
８６  抽気システム
８８  加圧空気供給部
９０  タービン後部フレーム
９２  ストラット
９４  バランスピストン組立体
９６  軸受
１１０  導管
１１２  第１の内部空洞
１１４  バランスピストン空洞
１１６  前部空洞
１１８  後部空洞
１２０  第２の内部空洞
１３０  シール
１３２  前方空気流
１３４  後方空気流
１４０  主抽気供給部
１４２  二次抽気供給部
１４４  混合弁
１４６  第１の部分
１４８  第２の部分
１５０  混合空気供給部
１５２  オリフィス板
１６０  エジェクタ
１６２  主導管
１６４  二次導管
１６６  先細区域
１６８  混合区域
１７０  末広区域
１８０  導管室
１８２  出口
１８４  可変エジェクタスロート
１８６  固定部分
１８８  可動部分
１９０  第１の表面
１９２  第２の表面
２００  ハウジング
２０２  付勢要素
２０４  付勢表面
２０６  開口
２１０  開距離
２１２  閉距離
２１４  隙間
２２０  ばね
２２２  空洞
２２４  端
２２６  終端面
２３０  方法
２３２  ステップ
２３４  ステップ
２３６  ステップ
２３８  ステップ
【図１】
2017198188.tif 000003
【図２】
2017198188.tif 000004
【図３】
2017198188.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017198188.tif 000007
【図６】
2017198188.tif 000008
【図７】
2017198188.tif 000009
【図８】
2017198188.tif 000010
【外国語明細書】
2017198188000001.pdf