(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンの圧縮機およびタービンを冷却するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】ガスタービンエンジン１１０ブレード冷却システムは、ギヤボックスを通してタービンシャフト１３６に駆動可能に連結されたスーパーチャージャ１３９を含む。スーパーチャージャは、圧縮機排出空気の流れの圧力を上昇させる。ブレード冷却システムは、スーパーチャージャから加圧空気の流れを受け入れる熱交換器１５７も含む。熱交換器は、スーパーチャージャからの加圧空気の流れから、ガスタービンエンジンのファンからの空気の流れに熱を移動する。ガスタービンエンジンブレード冷却システムは、熱交換器から、高圧圧縮機１２４の複数のブレードおよびディスク１７５並びに高圧タービン１７０の複数のブレードおよびディスクの少なくともの１つに、冷却された加圧空気を向かわせるように構成されたブレード分配ヘッダ１６７も含む。【選択図】図１
2017120082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギヤボックス（１３５，２０６）を通して、回転機械（１２４，１２８，２０８，２１４）のシャフト（１３４，１３６）に駆動可能に連結されたスーパーチャージャ（１３９，２０２）であって、前記シャフト（１３４，１３６）で回転可能な圧縮機（１２４，２０８）からの冷却流体の流れの圧力を上昇させるように構成されたスーパーチャージャ（１３９，２０２）と、
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）からの加圧冷却流体の流れを受け入れるように構成され、前記加圧冷却流体の流れから、前記シャフト（１３４）を中心に回転可能なファン（１３８）からの冷却流体の流れに熱を移動するように構成された熱交換器（１５７，２０４）と、
前記熱交換器（１５７，２０４）から、前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された前記加圧冷却流体を向かわせるように構成された分配ヘッダ（１６７，２１６）と
を備える、回転機械（１２４，１２８，２０８，２１４）の冷却システム（２００）。
【請求項２】
高圧圧縮機出口から前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）の入口（２０９）に、圧縮機排出空気（１６３）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（２１０）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項３】
前記熱交換器（１５７，２０４）は、ガスタービンエンジン（１１０）のバイパスダクトに配置されている、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）の出口（２１１）から前記熱交換器（１５７，２０４）の入口に、圧縮機排出空気（１６５）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（２１０）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記タービンシャフト（１３４，１３６）は低圧タービンシャフト（１３６）を含む、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記ギヤボックス（１３５，２０６）は、ガスタービンエンジン（１１０）の付属ギヤボックスアセンブリ（１３５，２０６）を含む、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記熱交換器（１５７，２０４）は表面冷却器を備える、請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
シャフト（１３４，１３６）で回転可能な圧縮機（１２４，３０８）からの加圧冷却流体の流れを受け入れるように構成され、前記加圧冷却流体の流れから、前記シャフト（１３４，１３６）を中心に回転可能なファン（１３８）からの冷却流体の流れに熱を移動するように構成された熱交換器（１５７，３０４）と、
ギヤボックス（１３５，３０６）を通して、回転機械（１２４，１２８，３０８，３１４）の前記シャフト（１３４，１３６）に駆動可能に連結され、前記熱交換器（１５７，３０４）からの冷却流体の流れの圧力を上昇させるように構成されたスーパーチャージャ（１３９，３０２）と、
前記スーパーチャージャ（１３９，３０２）から、前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに冷却された前記加圧冷却流体を向かわせるように構成された分配ヘッダ（１６７，３１６）と
を備える、回転機械（１２４，１２８，３０８，３１４）の冷却システム（３００）。
【請求項９】
高圧圧縮機出口から前記熱交換器（１５７，３０４）の入口に、圧縮機排出空気（１６３）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（２１０，３１２）をさらに備える、請求項８に記載のシステム（３００）。
【請求項１０】
前記熱交換器（１５７，３０４）は、ガスタービンエンジン（１１０）のバイパスダクトに配置されている、請求項８に記載のシステム（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、圧縮機およびタービンを冷却するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、典型的に、コアエンジンの高圧圧縮機を含む。ガスタービンエンジンの全体性能が向上するとき、典型的に、高圧圧縮機の排出温度も上昇する。排出温度が高くなり過ぎる場合、ガスタービンエンジンの金属の構成要素は、温度に耐えることができない可能性があり、構成要素は、冷却を必要とする可能性がある。少なくともいくつかの既知の圧縮機およびタービン冷却システムは、圧縮機排出圧力（ＣＤＰ）空気を冷却するために、ターボチャージャおよび熱交換器を使用する。必要とされる熱交換器での圧力損失を補うためにＣＤＰ空気をさらに加圧することが、典型的に必要とされる。ターボチャージャは、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させるために、ターボチャージャの圧縮機側を駆動するための、ターボチャージャのタービン側のＣＤＰ空気を使用する。圧縮されたＣＤＰ空気は、冷却するために熱交換器に送られ、その後、ガスタービンエンジンの金属の構成要素を冷却するために送られる。ターボチャージャのタービン側からのＣＤＰ空気は廃棄されるので、ターボチャージャは、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させるための非効率的な方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３５２３１５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
１つの態様では、回転機械の冷却システムが設けられている。回転機械の冷却システムは、付属ギヤボックスを通して回転機械のシャフトに駆動可能に連結されたスーパーチャージャを含む。スーパーチャージャは、シャフトで回転可能な圧縮機からの冷却流体の流れの圧力を上昇させるように構成されている。回転機械の冷却システムは、スーパーチャージャからの加圧冷却流体の流れを受け入れるように構成された熱交換器も含む。熱交換器は、加圧冷却流体の流れから、シャフトを中心に回転可能なファンからの冷却流体の流れに熱を移動するように構成されている。回転機械の冷却システムは、さらに、熱交換器からシャフトの複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された加圧冷却流体を向かわせるように構成された分配ヘッダを含む。
【０００５】
別の態様では、ガスタービンエンジンブレード冷却システムが設けられている。ガスタービンエンジンブレード冷却システムは、加圧空気の流れを受け入れるように構成された熱交換器を含む。熱交換器は、加圧空気の流れから、ガスタービンエンジンのファンからの空気の流れに熱を移動するように構成されている。ガスタービンエンジンブレード冷却システムは、ギヤボックスを通してコア動力取り出し（ＰＴＯ）シャフトに駆動可能に連結されたスーパーチャージャも含む。スーパーチャージャは、熱交換器からの冷却された加圧空気の流れの圧力を上昇させるように構成されている。ガスタービンエンジンブレード冷却システムは、スーパーチャージャから、ガスタービンエンジンの高圧圧縮機の複数のブレードおよび高圧タービンの複数のブレードの少なくともの１つに、冷却された加圧空気を向かわせるように構成されたブレード冷却分配ヘッダも含む。
【０００６】
さらなる別の態様では、回転機械を冷却する方法が提供される。方法は、加圧冷却流体の流れをスーパーチャージャに向かわせることを含む。スーパーチャージャは、ギヤボックスを通して動力取り出しシャフトに駆動可能に連結されている。方法は、スーパーチャージャを使用して加圧冷却流体の流れを圧縮することも含む。方法は、さらに、スーパーチャージャからの加圧冷却流体の流れを熱交換器に向かわせることを含む。方法は、加圧冷却流体の流れから、ガスタービンエンジンのファンからの空気の流れに熱を移動することも含む。方法は、さらに、熱交換器からシャフトの複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された加圧冷却流体の流れを向かわせることを含む。
【０００７】
同様の符号が図面全体を通して同様の部分を表す添付図面を参照して、以下の詳細な説明が読まれたとき、本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、より良好に理解されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の例の実施形態にかかる例示のガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】スーパーチャージャが熱交換器に供給する圧縮機およびタービン冷却システムの概略ブロック図である。
【図３】熱交換器がスーパーチャージャに供給する圧縮機および熱交換器タービン冷却システムの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特に示されていない場合、ここで提供された図面は、この開示の実施形態の特徴を示すことが意図されている。これらの特徴は、この開示の１つ以上の実施形態を含む様々なシステムで利用可能であると考えられている。そのようなものとして、図面は、ここで開示された実施形態の実施に必要とされる当業者に知られる全ての従来の特徴を含むことは意図されていない。
【００１０】
以下の明細書および特許請求の範囲では、以下の意味を有するように規定されるものとする複数の用語に対して参照が行われる。
【００１１】
文脈が特に明確に述べられていない場合、単数形の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、複数形への言及を含む。
【００１２】
「任意の」または「任意に」は、その後に説明される結果または状況が生じてもよい、または生じなくてもよいということ、および結果が生じる場合および結果が生じない場合を説明が含むということを意味する。
【００１３】
明細書および特許請求の範囲の全体を通してここで使用されるような近似用語は、関連する基本的な機能の変更を生じることなく、許容範囲で変更することができるいかなる定量的な表現を修飾するためにも使用してもよい。結果的に、「約」、「およそ」、および「ほぼ」のような単数または複数の用語によって修飾された値は、特定された正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの例では、近似用語は、値を測定するための機器の精度に対応してもよい。ここで、そして明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の限定は、組み合わせてもよい、および／または置換してもよい。文脈または用語が特に示されていない場合、このような範囲は、特定され、その中に含まれる全ての下位範囲を含む。
【００１４】
ここで説明された圧縮機およびタービン冷却システムの実施形態は、ガスタービンエンジンの圧縮機およびタービンの構成要素を冷却する。圧縮機およびタービン冷却システムは、付属ギヤボックスおよび複数の熱交換器によって駆動されるスーパーチャージャを含む。圧縮機排出圧力（ＣＤＰ）空気は、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させるために、スーパーチャージャに向かわせられる。ＣＤＰ空気は、例えば、ＣＤＰ空気がファン空気と熱を交換することによって冷却されるガスタービンエンジンのバイパスダクトにおいて、スーパーチャージャから熱交換器に方向付けられる。冷却されたＣＤＰ空気は、圧縮機ブレード、ディスクリム、およびタービンブレードを冷却するために、高圧圧縮機および高圧タービンの回転部材に向かわせられる。代替の実施形態では、ＣＤＰ空気は、最初に、ファンバイパスダクトのファン空気によって冷却される熱交換器に方向付けられ、その後、ＣＤＰ空気の圧力が上昇するスーパーチャージャに方向付けられる。ＣＤＰ空気は、高圧圧縮機および高圧タービンのブレードおよびディスクを冷却するために、スーパーチャージャから高圧圧縮機および高圧タービンロータに向かわせられる。
【００１５】
ここで説明された圧縮機およびタービン冷却システムは、ガスタービンエンジンの圧縮機およびタービンを冷却する既知の方法に対して利点を提供する。ここで説明された圧縮機およびタービン冷却システムは、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させるために、スーパーチャージャを使用する。スーパーチャージャは、動力取り出しシャフトを介して、付属ギヤボックスおよび高圧スプールによって駆動される。スーパーチャージャは、ＣＤＰ空気によって駆動されず、ＣＤＰ空気を廃棄しないので、ターボチャージャよりもＣＤＰ空気の圧力を上昇させる効率的な方法である。
【００１６】
図１は、本開示の例示の実施形態にかかるガスタービンエンジンの概略断面図である。例の実施形態では、ガスタービンエンジンは、「ターボファンエンジン１１０」としてここで参照される高速バイパスターボファンジェットエンジン１１０である。図１に示されるように、ターボファンエンジン１１０は、（参照のために提供された長手方向中心線１１２に平行に延びる）軸線方向Ａおよび径方向Ｒを規定する。一般に、ターボファンエンジン１１０は、ファン部分１１４、およびファン部分１１４から下流に配置されたコアタービンエンジン１１６を含む。
【００１７】
コアタービンエンジン１１６は、環状入口１２０を規定する実質的に管状の外側ケーシング１１８を含む。外側ケーシング１１８は、連続する流れの関係で、ブースタまたは低圧（ＬＰ）圧縮機１２２および高圧（ＨＰ）圧縮機１２４を含む圧縮機部分、燃焼部分１２６、高圧（ＨＰ）タービン１２８および低圧（ＬＰ）タービン１３０を含むタービン部分、並びにジェット排気ノズル部分１３２をケースに入れる。高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール１３４は、高圧タービン１２８を高圧圧縮機１２４に駆動可能に連結する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール１３６は、低圧タービン１３０を低圧圧縮機１２２に駆動可能に連結する。圧縮機部分、燃焼部分１２６、タービン部分、およびノズル部分１３２は、コア空気流路１３７を一緒に規定する。
【００１８】
付属ギヤボックス１３５は、スーパーチャージャ１３９に連結されている。付属ギヤボックス１３５は、内側入口ギヤボックス１４１、径方向シャフト１４３、伝達ギヤボックス１４５、およびスーパーチャージャシャフト１４７を含む。内側入口ギヤボックス１４１は、高圧シャフトまたはスプール１３４および径方向シャフト１４３に連結されている。径方向シャフト１４３は、内側入口ギヤボックス１４１から径方向に延び、伝達ギヤボックス１４５に連結されている。スーパーチャージャシャフト１４７は、伝達ギヤボックス１４５から軸線方向に延び、スーパーチャージャ１３９に連結されている。
【００１９】
例の実施形態では、ファン部分１１４は、間隔をあけて離れるようにディスク１４２に連結された複数のファンブレード１４０を有するファン１３８を含む。示されたように、ファンブレード１４０は、概ね径方向Ｒに沿ってディスク１４２から外向きに延びている。ファンブレード１４０およびディスク１４２は、低圧シャフト１３６によって長手方向軸線１１２を中心に一緒に回転可能である。
【００２０】
図１の例示の実施形態をさらに参照すると、ディスク１４２は、複数のファンブレード１４０を通る空気流を促進するために、空気力学的に形成された回転可能な前側スピナ１４８によって覆われている。さらに、例示のファン部分１１４は、ファン１３８および／またはコアタービンエンジン１１６の少なくとも一部分を周方向に取り囲む環状のファンケーシングまたは外側ナセル１５０を含む。ナセル１５０は、周方向に間隔をあけて配置された複数の出口ガイドベーン１５２によって、コアタービンエンジン１１６に対して支持されるように構成することができる点が評価されるべきである。さらに、ナセル１５０の下流部分１５４は、ナセル１５０の下流部分１５４とコアタービンエンジン１１６の外側部分との間にバイパス空気流路１５６を規定するために、コアタービンエンジン１１６の外側部分を覆って延びていてもよい。複数の熱交換器１５７は、バイパス空気流路１５６の外側ケーシング１１８の外側径方向面１６１に配置されている。例示の実施形態では、熱交換器１５７は表面空気冷却器を含む。
【００２１】
ターボファンエンジン１１０の運転中、ある量の空気１５８は、ナセル１５０の関連した入口１６０および／またはファン部分１１４を通ってターボファンエンジン１１０に入る。ある量の空気１５８がファンブレード１４０を横切って通るとき、矢印１６２によって示された空気１５８の第１部分は、バイパス空気流路１５６に方向付けられまたは送られ、矢印１６４によって示された空気１５８の第２部分は、コア空気流路１３７に、またはより詳細には低圧圧縮機１２２に方向付けられるまたは送られる。空気の第１部分１６２と空気の第２部分１６４との比は、バイパス比として一般に知られている。空気の第２部分１６４の圧力は、その後、高圧圧縮機１２４を通して送られ、燃料と混合されて燃焼ガス１６６を供給するために燃焼される燃焼部分１２６に送られるとき、上昇する。
【００２２】
空気の第２部分１６４の圧力が上昇するとき、矢印１６３によって示された圧縮機排出圧力（ＣＤＰ）空気流は、スーパーチャージャ１３９に向かわせられる。スーパーチャージャ１３９は、ＣＤＰ空気１６３の圧力を上昇させ、矢印１６５によって示されるように、ＣＤＰ空気１６３を熱交換器１５７に向かわせる。空気の第１部分１６２は、熱交換器１５７で熱を交換し、ＣＤＰ空気１６５を冷却する。ＣＤＰ空気１６５は、矢印１６９によって示されるように、ブレード分配ヘッダ１６７に向かわせられる。ＣＤＰ空気１６９は、複数の高圧圧縮機ブレードおよびディスク１７５並びに高圧タービンロータブレードおよびディスク１７０を冷却するために、矢印１７１，１７３によって示されるように、高圧圧縮機１２４および高圧タービン１２８に向かわせられる。
【００２３】
燃焼ガス１６６は、燃焼ガス１６６からの熱エネルギおよび／または運動エネルギの一部分が、外側ケーシング１１８に連結された高圧タービンステータベーン１６８および高圧シャフトまたはスプール１３４に連結された高圧タービンロータブレード１７０からなる連続したステージを介して抽出され、したがって、高圧シャフトまたはスプール１３４を回転させ、それによって高圧圧縮機１２４の運転を支持する高圧タービン１２８を通して送られる。燃焼ガス１６６は、その後、熱エネルギおよび運動エネルギの第２部分が、外側ケーシング１１８に連結された低圧タービンステータベーン１７２、および低圧シャフトまたはスプール１３６に連結された低圧タービンロータブレード１７４からなる連続したステージを介して燃焼ガス１６６から抽出され、したがって、低圧シャフトまたはスプール１３６を回転させ、それによって低圧圧縮機１２２の運転および／またはファン１３８の回転を支持する低圧タービン１３０を通して送られる。高圧シャフトまたはスプール１３４は、径方向シャフト１４３を通して伝達ギヤボックス１４５を駆動するように構成された内側入口ギヤボックス１４１を駆動するように構成されている。伝達ギヤボックス１４５は、スーパーチャージャシャフト１４７を通してスーパーチャージャ１３９を駆動するように構成されている。
【００２４】
燃焼ガス１６６は、その後、推進スラストを提供するために、コアタービンエンジン１１６のジェット排気ノズル部分１３２を通して送られる。同時に、空気の第１部分１６２の圧力は、ターボファンエンジン１１０のファンノズル排気部分１７６から排気して推進スラストを提供する前に、空気の第１部分１６２がバイパス空気流路１５６を通して送られるときに、大幅に上昇する。高圧タービン１２８、低圧タービン１３０、およびジェット排気ノズル部分１３２は、コアタービンエンジン１１６を通して燃焼ガス１６６を送るための高温ガス路１７８を少なくとも部分的に規定する。
【００２５】
しかしながら、図１に示された例示のターボファンエンジン１１０は、単なる例として存在する点、および他の例示の実施形態では、ターボファンエンジン１１０はいかなる他の適した構造も有することができる点が評価されるべきである。さらなる他の例示の実施形態において、本開示の態様を、いかなる他の適したガスタービンエンジンに組み込むことができる点も評価されるべきである。例えば、他の例示の実施形態では、本開示の態様は、例えば、ターボプロップエンジンに組み込んでもよい。
【００２６】
図２は、圧縮機およびタービン冷却システム２００の概略ブロック図である。圧縮機およびタービン冷却システム２００は、スーパーチャージャ２０２、複数の熱交換器２０４、および付属ギヤボックスアセンブリ２０６を含む。高圧（ＨＰ）圧縮機２０８は、スーパーチャージャヘッダ２１０を通ってスーパーチャージャ２０２の入口２０９と流れ連通するように連結されている。スーパーチャージャ２０２の出口２１１は、熱交換器ヘッダ２１２を通って熱交換器２０４と流れ連通するように連結されている。付属ギヤボックス２０６は、シャフト２１３または（図１に示され、図２に示されていない）スーパーチャージャシャフト１４７を通してスーパーチャージャ２０２に連結されている。熱交換器２０４は、ブレード分配ヘッダ２１６を通して高圧圧縮機２０８および高圧（ＨＰ）タービン２１４と流れ連通するように連結されている。例示の実施形態では、熱交換器２０４は、（図１に示され、図２に示されていない）バイパス空気流路１５６の（図１に示され、図２に示されていない）外側ケーシング１１８の（図１に示され、図２に示されていない）外側径方向面１６１に配置された空気冷却器である。
【００２７】
運転中、スーパーチャージャヘッダ２１０は、圧縮機排出圧力（ＣＤＰ）空気の複数の流れを高圧圧縮機２０８からスーパーチャージャ２０２に向かわせるように構成されている。付属ギヤボックス２０６は、スーパーチャージャ２０２を駆動するように構成されている。スーパーチャージャ２０２は、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させる。熱交換器ヘッダ２１２は、ＣＤＰ空気をスーパーチャージャ２０２から熱交換器２０４に向かわせるように構成されている。ファン空気流２１８は、熱交換器２０４で熱を交換し、ＣＤＰ空気を冷却する。ブレード分配ヘッダ２１６は、（図１に示され、図２に示されていない）高圧圧縮機ブレード１７５および（図１に示され、図２に示されていない）高圧タービンロータブレード１７０を冷却するために、ＣＤＰ空気を高圧圧縮機２０８および高圧タービン２１４に向かわせるように構成されている。
【００２８】
図３は、圧縮機およびタービン冷却システム３００の概略ブロック図である。圧縮機およびタービン冷却システム３００は、スーパーチャージャ３０２、複数の熱交換器３０４、および付属ギヤボックスアセンブリ３０６を含む。高圧（ＨＰ）圧縮機３０８は、熱交換器ヘッダ３１０を通して熱交換器３０４と流れ連通するように連結されている。熱交換器３０４は、スーパーチャージャヘッダ３１２を通してスーパーチャージャ３０２の入口３０９と流れ連通するように連結されている。付属ギヤボックス３０６は、シャフト３１３を通してスーパーチャージャ３０２に連結されている。スーパーチャージャ３０２の出口３１１は、ブレード分配ヘッダ３１６を通して高圧圧縮機３０８および高圧（ＨＰ）タービン３１４と流れ連通するように連結されている。例示の実施形態では、熱交換器３０４は、（図１に示され、図３に示されていない）バイパス空気流路１５６の（図１に示され、図３に示されていない）外側ケーシング１１８の（図１に示され、図３に示されていない）外側径方向面１６１に配置された空気冷却器である。
【００２９】
運転中、熱交換器ヘッダ３１０は、圧縮機排出圧力（ＣＤＰ）空気の複数の流れを高圧圧縮機３０８から熱交換器３０４に向かわせるように構成されている。ファン空気流３１８は、熱交換器３０４で熱を交換し、ＣＤＰ空気を冷却する。スーパーチャージャヘッダ３１２は、ＣＤＰ空気を熱交換器３０４からスーパーチャージャ３０２に向かわせるように構成されている。付属ギヤボックス３０６は、スーパーチャージャ３０２を駆動するように構成されている。スーパーチャージャ３０２は、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させる。ブレード分配ヘッダ３１６は、（図１に示され、図３に示されていない）高圧圧縮機ブレード１７５および（図１に示され、図３に示されていない）高圧タービンロータブレード１７０を冷却するために、ＣＤＰ空気を高圧圧縮機３０８および高圧タービン３１４に向かわせるように構成されている。
【００３０】
上で説明されたブリードシステムは、ガスタービンエンジンの圧縮機およびタービンを冷却するための効率的な方法を提供する。具体的には、上で説明された圧縮機およびタービン冷却システムは、ＣＤＰ空気の圧力を上昇させるスーパーチャージャを含む。スーパーチャージャは、高圧シャフトによって駆動され、ＣＤＰ空気によって駆動されない。そのようなものとして、スーパーチャージャは、ＣＤＰ空気を廃棄せず、ガスタービンエンジンの効率は向上する。さらに、ＣＤＰ空気を廃棄するためのシステムは、排除され、エンジンの重量を減少させる。
【００３１】
ここで説明された方法、システム、および装置の例示の技術的な効果は、以下の少なくともの１つを含む。前記以下のものは、（ａ）高圧圧縮機ブレードおよびディスクリムを冷却すること、（ｂ）高圧タービンブレードおよびディスクリムを冷却すること、（ｃ）エンジン性能を維持するまたは向上させる一方で全体のシステム重量を減少させることと、圧縮機並びにタービンブレードおよびディスクに対する熱のリスクを軽減すること、および（ｄ）圧縮機およびタービン冷却システムの効率を向上させることである。
【００３２】
圧縮機およびタービン冷却システムの例示の実施形態は、上で詳細に説明されている。圧縮機およびタービン冷却システム、並びにこのようなシステムおよび構成要素の装置を運転する方法は、ここで説明された具体的な実施形態に限定されないが、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、ここで説明された他の構成要素および／またはステップから独立しておよび分離して利用してもよい。例えば、方法は、圧縮機およびタービンの冷却を必要とする他のシステムと組み合わせて使用してもよく、ここで説明されたようなシステムおよび方法のみで実施することに限定されない。むしろ、例示の実施形態は、圧縮機およびタービン冷却システムを受け入れて認めるために現在構成されている他の多くの機械の応用に関連して実施し利用することができる。
【００３３】
本開示の様々な実施形態の個別の特徴は、いくつかの図面に示されて他の図面に示されていなくてもよいが、これは、単なる便宜のためである。本開示の原理に従って、図面のいかなる特徴も、他の図面のいかなる特徴とも組み合わせて参照してもよいし、および／または請求してもよい。
【００３４】
記載されたこの説明は、ベストモードを含む実施形態を開示するための、そしていかなる当業者にも、いかなる装置またはシステムを製作して使用すること、およびいかなる組み込まれた方法を実行することも含む実施形態を実施できるようにするための例を使用する。本開示の特許を受けることができる範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想到する他の例を含んでもよい。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言に対してごくわずかな差を有する同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内に入ることが意図されている。
［実施態様１］
ギヤボックス（１３５，２０６）を通して、回転機械（１２４，１２８，２０８，２１４）のシャフト（１３４，１３６）に駆動可能に連結されたスーパーチャージャ（１３９，２０２）であって、前記シャフト（１３４，１３６）で回転可能な圧縮機（１２４，２０８）からの冷却流体の流れの圧力を上昇させるように構成されたスーパーチャージャ（１３９，２０２）と、
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）からの加圧冷却流体の流れを受け入れるように構成され、前記加圧冷却流体の流れから、前記シャフト（１３４）を中心に回転可能なファン（１３８）からの冷却流体の流れに熱を移動するように構成された熱交換器（１５７，２０４）と、
前記熱交換器（１５７，２０４）から、前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された前記加圧冷却流体を向かわせるように構成された分配ヘッダ（１６７，２１６）と
を備える、回転機械（１２４，１２８，２０８，２１４）の冷却システム（２００）。
［実施態様２］
高圧圧縮機出口から前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）の入口（２０９）に、圧縮機排出空気（１６３）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（２１０）をさらに備える、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様３］
前記熱交換器（１５７，２０４）は、ガスタービンエンジン（１１０）のバイパスダクトに配置されている、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様４］
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）の出口（２１１）から前記熱交換器（１５７，２０４）の入口に、圧縮機排出空気（１６５）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（２１０）をさらに備える、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様５］
前記タービンシャフト（１３４，１３６）は低圧タービンシャフト（１３６）を含む、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様６］
前記ギヤボックス（１３５，２０６）は、ガスタービンエンジン（１１０）の付属ギヤボックスアセンブリ（１３５，２０６）を含む、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様７］
前記熱交換器（１５７，２０４）は表面冷却器を備える、実施態様１に記載のシステム（２００）。
［実施態様８］
シャフト（１３４，１３６）で回転可能な圧縮機（１２４，３０８）からの加圧冷却流体の流れを受け入れるように構成され、前記加圧冷却流体の流れから、前記シャフト（１３４，１３６）を中心に回転可能なファン（１３８）からの冷却流体の流れに熱を移動するように構成された熱交換器（１５７，３０４）と、
ギヤボックス（１３５，３０６）を通して、回転機械（１２４，１２８，３０８，３１４）の前記シャフト（１３４，１３６）に駆動可能に連結され、前記熱交換器（１５７，３０４）からの冷却流体の流れの圧力を上昇させるように構成されたスーパーチャージャ（１３９，３０２）と、
前記スーパーチャージャ（１３９，３０２）から、前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに冷却された前記加圧冷却流体を向かわせるように構成された分配ヘッダ（１６７，３１６）と
を備える、回転機械（１２４，１２８，３０８，３１４）の冷却システム（３００）。
［実施態様９］
高圧圧縮機出口から前記熱交換器（１５７，３０４）の入口に、圧縮機排出空気（１６３）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（２１０，３１２）をさらに備える、実施態様８に記載のシステム（３００）。
［実施態様１０］
前記熱交換器（１５７，３０４）は、ガスタービンエンジン（１１０）のバイパスダクトに配置されている、実施態様８に記載のシステム（３００）。
［実施態様１１］
前記熱交換器（１５７，３０４）の出口から前記スーパーチャージャ（１３９，３０２）の入口（３０９）に、圧縮機排出空気（１６９）の流れの少なくとも一部分を向かわせるように構成されたヘッダ（３１２）をさらに備える、実施態様８に記載のシステム（３００）。
［実施態様１２］
前記タービンシャフト（１３４，１３６）は高圧タービンシャフト（１３４）を含む、実施態様８に記載のシステム（３００）。
［実施態様１３］
前記熱交換器（１５７，３０４）は表面空気冷却器を備える、実施態様８に記載のシステム（３００）。
［実施態様１４］
前記ギヤボックス（１３５，３０６）は、ガスタービンエンジン（１１０）の付属ギヤボックスアセンブリ（１３５，３０６）を備える、実施態様８に記載のシステム（３００）。
［実施態様１５］
ギヤボックス（１３５，２０６，３０６）を通してタービンシャフト（１３４，１３６）に駆動可能に連結されたスーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）に加圧冷却流体の流れを向かわせることと、
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）を使用して加圧冷却流体の流れを圧縮することと、
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）から熱交換器（１５７，２０４，３０４）に前記加圧冷却流体の流れを向かわせることと、
前記加圧冷却流体の流れから、ガスタービンエンジン（１１０）のファン（１３８）からの空気（２１８，３１８）の流れに熱を移動することと、
前記熱交換器（１５７，２０４，３０４）から前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された前記加圧冷却流体の流れを向かわせることを含む、回転機械（１２４，１２８，２０８，２１４，３０８，３１４）を冷却する方法。
［実施態様１６］
前記加圧冷却流体の流れを前記スーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）に向かわせることは、圧縮機排出空気（１６３）の流れを前記スーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）に向かわせることを含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）から前記熱交換器（１５７，２０４）に前記加圧冷却流体の流れを向かわせることは、前記スーパーチャージャ（１３９，２０２）からヘッダ（２１２）を通して前記熱交換器（１５７，２０４）に加圧空気（１６５）の流れを向かわせることを含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１８］
前記加圧冷却流体の流れを前記スーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）に向かわせることは、高圧圧縮機（１２４，２０８，３０８）から前記スーパーチャージャ（１３９，２０２，３０２）に圧縮機排出空気（１６３）の流れを向かわせることを含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１９］
前記熱交換器（１５７，２０４，３０４）から前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された前記加圧冷却流体の流れを向かわせることは、前記熱交換器（１５７，２０４，３０４）から高圧圧縮機（１２４，２０８，３０８）に、前記冷却された加圧冷却流体の流れを向かわせることを含む、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様２０］
前記熱交換器（１５７，２０４，３０４）から前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された前記加圧冷却流体の流れを向かわせることは、前記熱交換器（１５７，２０４，３０４）から前記シャフト（１３４，１３６）の複数の回転可能な構成要素の少なくともの１つに、冷却された圧縮機排出空気（１６９）の流れを向かわせることを含む、実施態様１５に記載の方法。
【符号の説明】
【００３５】
１１０  ターボファンエンジン、高速バイパスターボファンジェットエンジン
１１２  長手方向軸線、長手方向中心線
１１４  ファン部分
１１６  コアタービンエンジン
１１８  外側ケーシング
１２０  環状入口
１２２  低圧（ＬＰ）圧縮機
１２４  高圧（ＨＰ）圧縮機
１２６  燃焼部分
１２８  高圧（ＨＰ）タービン
１３０  低圧（ＬＰ）タービン
１３２  ジェット排気ノズル部分
１３４  高圧シャフトまたはスプール
１３５  付属ギヤボックス
１３６  低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール
１３７  コア空気流路
１３８  ファン
１３９  スーパーチャージャ
１４０  ファンブレード
１４１  内側入口ギヤボックス
１４２  ディスク
１４３  径方向シャフト
１４５  伝達ギヤボックス
１４７  スーパーチャージャシャフト
１４８  回転可能な前側スピナ
１５０  外側ナセル
１５２  出口ガイドベーン
１５４  下流部分
１５６  バイパス空気流路
１５７  熱交換器
１５８  ある量の空気
１６０  関連した入口
１６１  外側径方向面
１６２  空気の第１部分
１６３  ＣＤＰ空気
１６４  空気の第２部分
１６５  ＣＤＰ空気
１６６  燃焼ガス
１６７  ブレード分配ヘッダ
１６８  高圧タービンステータベーン
１６９  ＣＤＰ空気
１７０  高圧タービンロータブレードおよびディスク
１７１  矢印
１７２  低圧タービンステータベーン
１７３  矢印
１７４  低圧タービンロータブレードおよびディスク
１７５  高圧圧縮機ブレード、ディスク
１７６  ファンノズル排気部分
１７８  高温ガス路
２００  タービン冷却システム
２０２  スーパーチャージャ
２０４  熱交換器
２０６  付属ギヤボックスアセンブリ
２０８  高圧圧縮機
２０９  入口
２１０  スーパーチャージャヘッダ
２１１  出口
２１２  熱交換器ヘッダ
２１３  シャフト
２１４  高圧タービン
２１６  ブレード分配ヘッダ
２１８  ファン空気流
３００  タービン冷却システム
３０２  スーパーチャージャ
３０４  熱交換器
３０６  付属ギヤボックスアセンブリ
３０８  高圧圧縮機
３０９  入口
３１０  熱交換器ヘッダ
３１１  出口
３１２  スーパーチャージャヘッダ
３１３  シャフト
３１４  高圧タービン
３１６  ブレード分配ヘッダ
３１８  ファン空気流
Ａ  軸線方向
Ｒ  径方向
【図１】
2017120082.tif 000003
【図２】
2017120082.tif 000004
【図３】
2017120082.tif 000005
【外国語明細書】
2017120082000001.pdf