(57)【要約】  タービンエンジン温度制御装置は、ガスタービンエンジンのシャットダウン中にタービン翼アセンブリを包囲する外側ケーシング内に生じる温度勾配を制限し、冷間始動時にエンジンを予熱できるように構成される。外側ケーシングのキャビティ間領域に高温空気の浮力によって生じる温度勾配を低減することで、外側ケーシングの湾曲乃至撓みを回避し、熱間始動時のブレード先端部の摩擦の可能性ひいてはブレードの損傷のおそれを低減する。タービンエンジン温度制御装置は、エンジン要素を加熱してタービン翼先端部と隣接するブレードリングとの間のギャップが熱膨張分よりも大きくなるよう、冷間始動状況で用いられ、損傷のおそれが低減される。タービンエンジン温度制御装置はガスタービンエンジンのシャットダウン後のギヤシステムの動作切り換えに際して作動される。
2016515182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン温度制御装置であって、
外側ケーシングと、第１のエアイジェクタと、少なくとも１つのヒータエレメントとを備え、
前記外側ケーシングは、自身と、内部に共心に配置されたガスタービンエンジンの翼アセンブリとの間にキャビティが存在するように、前記翼アセンブリを包囲しており、
前記第１のエアイジェクタは、前記キャビティへ加熱された空気を排出するために、前記外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の上方に配置されており、かつ、少なくとも１つの排出オリフィスを内部に配置した第１のエアイジェクタボディから形成されており、
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記キャビティ内の空気を加熱するために、前記キャビティ内へ延在している、
ことを特徴とするタービンエンジン温度制御装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記第１のエアイジェクタボディの外面から半径方向内側へ向かって配置されており、
前記第１のエアイジェクタの前記少なくとも１つの排出オリフィスの排出開口は、下流側の接面に配置されている、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項３】
前記タービンエンジン温度制御装置はさらに流体フローガイドを含み、
当該流体フローガイドは、前記少なくとも１つのヒータエレメントが当該流体フローガイドと前記第１のエアイジェクタボディとの間に位置して、流体流が前記少なくとも１つのヒータエレメントへガイドされるように、横方向に延在している、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項４】
前記流体フローガイドは、軸方向に延在する軸線に整合する方向で、前記第１のエアイジェクタボディの底面が同じ方向に有する幅よりも広い幅を有する、
請求項３記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項５】
前記第１のエアイジェクタボディは、半径方向外側へ向かって底面のほうが円形頭部よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有し、
前記第１のエアイジェクタボディは、上流側の湾曲面と、下流側の湾曲面と、これら双方に接する前記円形頭部とを有する、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項６】
前記上流側の湾曲面はほぼ直線状の第１の底部を有しており、
前記第１の底部はほぼ直線状の上部から湾曲移行部によって分離されており、
前記ほぼ直線状の上部は前記円形頭部に接している、
請求項５記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項７】
前記第１のエアイジェクタボディは、半径方向外側へ向かって底面のほうが半径方向最内部点よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有しており、
前記第１のエアイジェクタボディの底面は、長手軸線に整合する方向で見たとき、軸方向に延在する長手軸線を中心として湾曲している、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項８】
前記第１のエアイジェクタボディに配置される前記少なくとも１つの排出オリフィスは、前記第１のエアイジェクタボディの底面よりも前記第１のエアイジェクタボディの円形頭部の近くに配置される複数の排出オリフィスから成る、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記第１のエアイジェクタボディと流体フローガイドとの間で半径方向内側へ延在する複数のラジアル部材から形成されており、
前記流体フローガイドは、流体流を前記少なくとも１つのヒータエレメントへガイドするために横方向に延在しており、
前記複数のラジアル部材は、相互間を流体が流れることができるように、横方向で相互に間隔を置いて配置されている、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１０】
前記タービンエンジン温度制御装置はさらに、前記第１のエアイジェクタボディ内に収容される少なくとも１つの供給マニホールドを含み、なお、前記少なくとも１つの供給マニホールドは、前記少なくとも１つの排出オリフィスに流体を流れさせるように連通しており、
前記タービンエンジン温度制御装置はさらに、前記少なくとも１つの供給マニホールドに流体を流れさせるように連通する少なくとも１つの流体供給装置を含む、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１１】
前記タービンエンジン温度制御装置はさらに第２のエアイジェクタを含み、
前記第２のエアイジェクタは、流体を前記キャビティへ排出するために前記キャビティ内へ延在しており、
前記第２のエアイジェクタは、第２のエアイジェクタボディの内部に少なくとも１つの排出オリフィスを含む、
請求項１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１２】
前記第２のエアイジェクタは、前記外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の下方に配置されている、
請求項１１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１３】
前記第１のエアイジェクタは上死点に位置しており、前記第２のエアイジェクタは下死点に位置している、
請求項１１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１４】
前記第１のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスは、第１の周方向に流体を放出するように配置され、前記第２のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスは、同じ前記第１の周方向に流体を放出するように配置され、これにより前記キャビティ内に周方向の流体流が形成される、
請求項１１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１５】
前記タービンエンジン温度制御装置はさらに、前記第２のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスからの流体とは異なる温度で前記第１のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスから流体を放出させるための温度制御回路を含む、
請求項１１記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１６】
タービンエンジン温度制御装置であって、
外側ケーシングと、第１のエアイジェクタと、第２のエアイジェクタと、少なくとも１つのヒータエレメントと、温度制御回路とを備え、
前記外側ケーシングは、自身と、内部に共心に配置されたガスタービンエンジンの翼アセンブリとの間にキャビティが存在するように、前記翼アセンブリを包囲しており、
前記第１のエアイジェクタは、前記キャビティへ加熱された空気を排出するために、前記外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の上方に配置されており、かつ、少なくとも１つの排出オリフィスを内部に配置した第１のエアイジェクタボディから形成されており、
前記第２のエアイジェクタは、前記キャビティへ流体を排出するために前記キャビティ内へ延在しており、かつ、第２のエアイジェクタボディ内に配置された少なくとも１つの排出オリフィスを有しており、
前記第１のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスは、第１の周方向に流体を放出するように配置され、前記第２のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスは、同じ前記第１の周方向に流体を放出するように配置され、これにより前記キャビティ内に周方向の流体流が形成され、
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記キャビティ内の空気を加熱するために前記キャビティ内へ延在しており、
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記第１のエアイジェクタボディの外面から半径方向内側へ向かって配置されており、前記第１のエアイジェクタの前記少なくとも１つの排出オリフィスの排出開口は、下流側の接面に配置されており、
前記温度制御回路は、前記第２のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスからの流体とは異なる温度で前記第１のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスから流体を放出させるように構成されている、
ことを特徴とするタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１７】
前記タービンエンジン温度制御装置はさらに流体フローガイドを含み、
当該流体フローガイドは、前記少なくとも１つのヒータエレメントが当該流体フローガイドと前記第１のエアイジェクタボディとの間に位置して、流体流が前記少なくとも１つのヒータエレメントへガイドされるように、横方向に延在している、
請求項１６記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１８】
前記第１のエアイジェクタボディは、半径方向外側へ向かって底面のほうが円形頭部よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有しており、
前記第１のエアイジェクタボディは、上流側の湾曲面と、下流側の湾曲面と、これら双方に接する前記円形頭部とを有する、
請求項１６記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記第１のエアイジェクタボディと流体フローガイドとの間で半径方向内側へ延在する複数のラジアル部材から形成されており、
前記流体フローガイドは、流体流が前記少なくとも１つのヒータエレメントへガイドされるように横方向に延在しており、
前記複数のラジアル部材は、相互間を流体が流れることができるように、横方向で相互に間隔を置いて配置されている、
請求項１６記載のタービンエンジン温度制御装置。
【請求項２０】
タービンエンジン温度制御装置であって、
外側ケーシングと、第１のエアイジェクタと、第２のエアイジェクタと、少なくとも１つのヒータエレメントと、温度制御回路とを備え、
前記外側ケーシングは、自身と、内部に共心に配置されたガスタービンエンジンの翼アセンブリとの間にキャビティが存在するように、前記翼アセンブリを包囲しており、
前記第１のエアイジェクタは、前記キャビティへ加熱された空気を排出するために、前記外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の上方に配置されており、かつ、少なくとも１つの排出オリフィスを内部に配置した第１のエアイジェクタボディから形成されており、
前記第２のエアイジェクタは、前記キャビティへ流体を排出するために前記キャビティ内へ延在しており、かつ、第２のエアイジェクタボディ内に配置された少なくとも１つの排出オリフィスを有しており、
前記第１のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスは、第１の周方向に流体を放出するように配置され、前記第２のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスは、同じ前記第１の周方向に流体を放出するように配置され、これにより前記キャビティ内に周方向の流体流が形成され、
前記第１のエアイジェクタボディは、半径方向外側へ向かって底面のほうが円形頭部よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有しており、前記第１のエアイジェクタボディは、上流側の湾曲面と下流側の湾曲面とこれら双方に接する前記円形頭部とを有しており、
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記キャビティ内の空気を加熱するために前記キャビティ内へ延在しており、
前記少なくとも１つのヒータエレメントは、前記第１のエアイジェクタボディの外面から半径方向内側へ向かって配置されており、前記第１のエアイジェクタの前記少なくとも１つの排出オリフィスの排出開口は、下流側の接面に配置されており、
前記温度制御回路は、前記キャビティ内の流体温度よりも高い温度で前記第１のエアイジェクタボディの前記少なくとも１つの排出オリフィスから流体を放出させるように構成されている、
ことを特徴とするタービンエンジン温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはタービンエンジンに関しており、より具体的にはタービンブレードと半径方向外側の封止面との干渉のおそれなしにガスタービンエンジンの熱間始動を可能にする装置に関する。
【０００２】
技術背景
典型的には、ガスタービンエンジンは、空気を圧縮する圧縮器と、圧縮空気に燃料を混合して混合物に点火する燃焼器と、出力を形成するためのタービンブレードアセンブリとを含む。燃焼器はしばしば華氏２５００度を超える高温で動作する。典型的なタービン燃焼器の構成では、タービンブレードアセンブリがこうした高温に曝される。ガスタービンエンジンはその規模が大きいので、シャットダウン後の冷却には長い時間がかかる。多くの要素が種々の速度で冷えるため、種々の要素間で干渉が生じる。タービンブレードの先端部とタービンブレードの半径方向外側に直接に配置されたブレードリングとの間のクリアランスは、こうした干渉をしばしば起こす構成部である。より具体的に云えば、ブレードリングを含むタービンベーン支持体のほうが、タービンブレードを含むタービンロータアセンブリよりも、典型的には早く冷える。このため、タービンベーン支持体の直径はタービンロータアセンブリの直径よりも大きく低減されている。よって、ガスタービンが完全に冷える前に再始動が所望される場合、ブレードリング及びタービンベーン支持体がタービンロータアセンブリよりも早く冷却収縮することでタービンブレードの先端部とブレードリングとの間に干渉が生じて発生する先端部の摩擦により、タービンブレードが損傷を受ける危険が大きい。したがって、シャットダウン後のタービンベーン支持体及びブレードリングの冷却率を低減したいという要求が存在する。
【０００３】
発明の概要
タービンエンジン温度制御装置は、ガスタービンエンジンのシャットダウン中、タービン翼アセンブリを包囲する外側ケーシングに生じる温度勾配を制限し、冷間始動時にエンジンの予熱を行えるように構成される。外側ケーシングのキャビティ間領域内に高温空気の浮力によって生じる温度勾配を低減することで、外側ケーシングの湾曲乃至撓みを回避し、これにより、ガスタービンエンジンの熱間再始動時のブレード先端部の摩擦の可能性ひいてはブレードの損傷のおそれを低減する。タービンエンジン温度制御装置は、エンジン要素を加熱してタービン翼の先端部と隣接するブレードリングとの間のギャップが熱膨張分よりも大きくなるよう、冷間始動状況で用いられ、これにより損傷のおそれが低減される。タービンエンジン温度制御装置はガスタービンエンジンのシャットダウン後のギヤシステムの動作切り換え中、外側ケーシングが頂部から底部にかけて均等に冷えるように、又は、冷間始動時にタービンエンジン要素の予熱を行えるように作動される。
【０００４】
タービンエンジン温度制御装置は外側ケーシングを備えており、この外側ケーシングは、自身とガスタービンエンジンの翼アセンブリとの間にキャビティが存在するように、内部の翼アセンブリを共心に包囲している。タービンエンジン温度制御装置はさらに第１のエアイジェクタを備えており、この第１のエアイジェクタは、加熱された空気をキャビティへ排出するために、外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の上方に配置されている。第１のエアイジェクタは少なくとも１つの排出オリフィスを内部に配置した第１のエアイジェクタボディから成形される。タービンエンジン温度制御装置はさらに少なくとも１つのヒータエレメントを備えており、この少なくとも１つのヒータエレメントは、キャビティ内の空気を加熱するために、キャビティ内へ延在している。
【０００５】
第１のエアイジェクタボディは、半径方向外側へ向かって底面のほうが円形頭部よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有する。第１のエアイジェクタボディは、上流側の湾曲面と下流側の湾曲面とこれら双方に接する円形頭部とを有する。上流側の湾曲面は、ほぼ直線状の第１の底部を有しており、この第１の底部はほぼ直線状の上部から湾曲移行部によって分離されており、ここで、ほぼ直線状の上部は円形頭部に接している。少なくとも１つの態様では、下流側の面は上流側の面より長い。
【０００６】
第１のエアイジェクタボディは、半径方向外側へ向かって底面のほうが半径方向最内部点よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有する。第１のエアイジェクタボディの底面は、長手軸線に整合する方向で見たとき、軸方向に延在する長手軸線を中心として湾曲している。少なくとも１つの態様では、第１のエアイジェクタボディに配置される１つもしくは複数の排出オリフィスは、第１のエアイジェクタボディの底面よりも円形頭部の近傍に配置される複数の排出オリフィスから形成される。
【０００７】
タービンエンジン温度制御装置は、下流側の接面に配置された第１のエアイジェクタの少なくとも１つの排出オリフィスの排出開口を含む。少なくとも１つのヒータエレメントは、第１のエアイジェクタボディの外面から半径方向内側へ向かって配置される。流体フローガイドは、１つもしくは複数のヒータエレメントが自身と第１のエアイジェクタボディとの間に位置して、流体流がヒータエレメントへガイドされるように横方向に延在する。流体フローガイドは長手軸線（軸方向に延在する軸線）に整合する方向に所定の幅を有しており、この流体フローガイドの幅は第１のエアイジェクタボディの底面が同じ方向に有する幅よりも大きい。ヒータエレメントは、第１のエアイジェクタボディから半径方向内側へ向かって延在する少なくとも１つのラジアル部材から形成される。別の態様では、ヒータエレメントは、第１のエアイジェクタボディと流体フローガイドとの間で半径方向内側へ延在する複数のラジアル部材（半径方向に延在する部材）から形成され、流体フローガイドは、流体流をヒータエレメントへガイドするために横方向に延在する。複数のラジアル部材は、流体が相互間を流れることができるように、横方向で相互に間隔を置いて配置される。
【０００８】
タービンエンジン温度制御装置は、第１のエアイジェクタボディ内に収容された１つもしくは複数の供給マニホールドを含み、この供給マニホールドは１つもしくは複数の排出オリフィスに流体を流れさせるように連通している。タービンエンジン温度制御装置は１つもしくは複数の流体供給装置を含み、この流体供給装置は、供給マニホールドひいてはエアイジェクタボディの各排出オリフィスへ流体を供給するために、供給マニホールドに流体を流れさせるように連通している。
【０００９】
別の実施形態によれば、タービンエンジン温度制御装置はさらに第２のエアイジェクタを含み、当該第２のエアイジェクタは、流体をキャビティへ排出するために、キャビティ内へ延在している。当該第２のエアイジェクタは、第２のエアイジェクタボディの内部に、１つもしくは複数の排出オリフィスを含む。当該第２のエアイジェクタは、外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の下方に配置される。当該第２のエアイジェクタは、外側ケーシングのうち、第１のエアイジェクタとは反対側に配置可能である。１つの態様によれば、第１のエアイジェクタは上死点に位置し、第２のエアイジェクタは下死点に位置する。第１のエアイジェクタボディの１つもしくは複数の排出オリフィスは、第１の周方向に流体を放出するために配置され、第２のエアイジェクタボディの１つもしくは複数の排出オリフィスは、同じ第１の周方向に流体を放出するように配置され、これによりキャビティ内に周方向の流体流が形成される。
【００１０】
タービンエンジン温度制御装置は、さらに、第２のエアイジェクタボディの少なくとも１つの排出オリフィスからの流体とは異なる温度で第１のエアイジェクタボディの排出オリフィスから流体を放出させるための温度制御回路を含む。
【００１１】
タービンエンジン温度制御装置の１つの利点は、当該装置が、高温空気の浮力によって外側ケーシング内に生じる温度勾配を制限し、外側ケーシングの湾曲乃至撓みを防止することにより、ガスタービンエンジンの熱間再始動中、ブレード先端部の摩擦の可能性ひいてはブレードの損傷のおそれが低減されるということである。
【００１２】
タービンエンジン温度制御装置の別の利点は、当該装置によって外側ケーシングの頂部と底部との間の垂直勾配が緩和されるということである。
【００１３】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置が現行のガスタービンエンジンに組み込み可能であり、ガスタービンエンジンの安全な始動のための数日間にわたる冷却期間を待機する必要なく熱間始動が可能となることによって、現行のガスタービンエンジンをより効率的に利用できるということである。
【００１４】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置によって、パフォーマンス改善のため、ガスタービンエンジンを厳しいトレランスで組み立てられるようになるということである。
【００１５】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、大きな増幅率のために、きわめて少量の空気でも外側ケーシングのキャビティ内に大量の流体流を誘導できるということである。この外側ケーシングは、ブロワへの直接噴射のための３インチから８インチまでの径を有する導管に比べ、１インチの約３／８の内径を有する小さい管を使用している。
【００１６】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、システムがきわめて少量の空気しか放出しないので、工作空気を形成する既存の圧縮器を利用でき、付加的な設備もしくは費用を要さないということである。
【００１７】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、必要空気量が小さく、したがって加熱負荷が小さいため、寸法及び電力消費の点で大きなヒータエレメントを要さないということである。
【００１８】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、タービンエンジン温度制御装置が第１のエアイジェクタと第２のエアイジェクタとにそれぞれ異なる温度で空気を供給できるということである。
【００１９】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の上方に位置する第１のエアイジェクタに供給される空気が、外側ケーシングの水平方向に延在する中央線の下方に位置する第２のエアイジェクタに供給される空気よりも低温であり、これによりキャビティ内の全体温度分布が高められ、翼先端部のクリアランスが最適化されるということである。
【００２０】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置を、シャットダウンから再始動までに必要な時間を最小化して使用でき、その際にタービン翼のクリアランスの問題が発生しないということである。
【００２１】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置をギヤ動作の切り換えの種々のレベルに関連して使用できるということである。これにより、シャットダウン後の最短時間で、始動時の最適な先端部クリアランスの目標値が達成乃至維持される。
【００２２】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置が典型的にはギヤ動作の切り換え中にのみ使用されるので、通常動作への影響が生じないということである。
【００２３】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置がヒータ及び圧縮器とは異なって可動部を含まず、このため、最小限必要とされるメンテナンスのみで長い耐用期間が得られるということである。
【００２４】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、温度制御回路によって第１のエアイジェクタもしくは第２のエアイジェクタ又はこれら双方を介して供給される加熱空気に加え、ヒータエレメントも付加的な熱容量を形成できるということである。
【００２５】
タービンエンジン温度制御装置のさらなる利点は、当該装置を種々のキャビティ内に配置できるということである。ここでのキャビティにはタービンベーン支持体のキャビティ、排出キャビティないし後部キャビティの順方向キャビティが含まれるが、これらに限定されない。よって、当該装置は、加熱空気又はヒータエレメントがない場合でも、連続的に動作可能である。
【００２６】
これらの実施形態及び他の実施形態を以下に詳述する。
【００２７】
添付の各図は、本明細書に組み込まれてその一部をなしている。各図は、明細書の説明と併せて、本発明の実施形態乃至本発明の動作方式を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】タービンエンジン温度制御装置を含むガスタービンエンジンを示す横断面図である。
【図２】タービンエンジン温度制御装置を含む外側ケーシングを軸線方向で見た、図１の２−２線での断面図である。
【図３】外側ケーシング内のタービンエンジン温度制御装置を示す、図２の３−３線での詳細断面図である。
【図４】タービンエンジン温度制御装置を示す、図３の４−４線での横断面図である。
【００２９】
発明の詳細な説明
図１から図４に示されているように、タービンエンジン温度制御装置１０は、ガスタービンエンジン１６のシャットダウン中、タービン翼アセンブリ１４を包囲している外側ケーシング１２内に温度勾配が生じるのを制限し、冷間始動時にエンジン１６の予熱を行えるように構成されている。タービンエンジン温度制御装置１０は、フレーム間キャビティ２１及び排出キャビティ２３内の温度勾配を制限するように構成される。外側ケーシング１２のキャビティ間領域１８内に高温空気の浮力によって生じる温度勾配が制限されることで、外側ケーシング１２の湾曲及び撓みが回避され、これにより、ガスタービンエンジン１６の熱間始動中のブレード先端部の摩擦の可能性ひいてはブレードの損傷のおそれが低減される。タービンエンジン温度制御装置１０は、タービン翼先端部２２と隣接するブレードリング２４との間のギャップ２０が熱膨張分よりも大きくなるよう、各エンジン要素を加熱するために、冷間始動条件で使用可能であり、これにより損傷のおそれが低減される。タービンエンジン温度制御装置１０は、ガスタービンエンジン１６のシャットダウン後にギヤシステムの動作を切り換えて、外側ケーシング１２がその頂部から底部まで均等に冷えるように、又は、冷間始動時にタービンエンジンの各要素が予熱されるように、作動する。
【００３０】
図１，図２に示されているように、タービンエンジン温度制御装置１０は、ガスタービンエンジン１６のタービン翼アセンブリ１４を包囲する外側ケーシング１２を含む。ガスタービンエンジン１６は、外側ケーシング１２とタービン翼アセンブリ１４との間にキャビティ４４が存在するように、外側ケーシング１２内に共心に配置される。タービン翼アセンブリ１４は、タービンブレードアセンブリもしくはコンプレッサブレードアセンブリであってよい。タービン翼アセンブリ１４は、ロータ３０から半径方向外側へ延在するタービン翼２８の複数の列２６を含む。外側ケーシング１２は自身とベーン支持体１０６との間に内部のキャビティ４４を形成する。タービン翼アセンブリ１４を包囲する外側ケーシング１２は、外側ケーシング１２の上半部３６を規定する内部の水平軸線３４の上方に複数の検査オリフィス３２を有する。キャビティ４４は、タービン翼アセンブリ１４を中心として周状に延在しており、外側ケーシング１２内に設けられている。外側ケーシング１２は、図１及び図２に示されているように、１つもしくは複数のキャビティ４４を含むか、又は、外側ケーシング１２内の複数のキャビティを画定する複数の仕切りを含む。
【００３１】
タービンエンジン温度制御装置１０は、図２に示されているように、外側ケーシング１２の水平方向に延在する中央線３４の上方に配置された、空気をキャビティ４４へ排出するための第１のエアイジェクタ３８を含む。第１のエアイジェクタ３８からキャビティ４４へ排出される空気は加熱されていても加熱されていなくてもよい。第１のエアイジェクタ３８は、少なくとも１つの排出オリフィス４８を内部に備えた第１のエアイジェクタボディ４６から形成される。第１のエアイジェクタ３８は、下流側の接面５６に配置された少なくとも１つの排出オリフィス４８の排出開口５４を含む。少なくとも１つの実施形態によれば、第１のエアイジェクタ３８は複数の排出オリフィス４８を含む。別の実施形態として、複数の排出オリフィス４８が、第１のエアイジェクタボディ４６の底面５８よりも第１のエアイジェクタボディ４６の円形頭部６０に近い位置に配置されてもよい。複数の排出オリフィス４８を形成する各排出オリフィス４８は、相互に等しい間隔もしくは相互に不規則な間隔を置いて、又は、規則的な反復パターンもしくは不規則なパターンで、配置可能である。各排出オリフィス４８は適切な寸法及び構造を有する。
【００３２】
図４に示されているように、第１のエアイジェクタボディ４６は、半径方向外側へ向かって底面５８のほうが円形頭部６０よりも幅広となる、軸線方向で見た断面形状を有する。第１のエアイジェクタボディ４６は上流側の湾曲面６２と下流側の湾曲面５６とを有しており、これらはともに円形頭部６０に接している。上流側の湾曲面６２は、ほぼ直線状の第１の底部６６と、湾曲移行部７０と、この湾曲移行部を介して底部６６から区別されるほぼ直線状の上部６８とを有する。ほぼ直線状の上部６８は円形頭部６０に接する。別の実施形態として、上流側の湾曲面６２が変曲点で接続された２つの立方体状の面から形成されていてもよい。さらに別の実施形態として、下流側の面５６を上流側の面６２より長くしてもよいし、また、下流側の面５６及び上流側の面６２が別の幾何学的形状を有していてもよい。第１のエアイジェクタボディ４６は、半径方向外側へ向かって底面５８のほうが半径方向最内部点７２よりも幅広となる、軸方向で見た断面形状を有する。図３に示されているように、第１のエアイジェクタボディ４６の底面５８は、長手軸線７４に整合する方向で見て、長手軸線７４を中心として周状に湾曲している。長手軸線７４はエンジン１６の長手軸線である。
【００３３】
図３，図４に示されているように、タービンエンジン温度制御装置１０は、キャビティ４４内の空気を加熱するためにキャビティ４４内へ延在する１つもしくは複数のヒータエレメント５０を含む。ヒータエレメント５０は、第１のエアイジェクタボディ４６の外面５２から半径方向内側へ向かって配置される。ヒータエレメント５０は、第１のエアイジェクタボディ４６から半径方向内側へ延在する少なくとも１つのラジアル部材７８から形成される。さらに、１つもしくは複数の流体フローガイド７６が設けられ、これらの流体フローガイドは、少なくとも１つのヒータエレメント５０が当該流体フローガイド７６と第１のエアイジェクタボディ４６との間に位置して、流体流がヒータエレメント５０へガイドされるように、横方向に延在する。当該流体フローガイド７６は、長手軸線７４に整合する方向で、第１のエアイジェクタボディ４６の底面５８の幅よりも広い幅を有する。複数のラジアル部材７８は、流体が相互間を流れることができるよう、横方向で相互に間隔を置いて配置される。少なくとも１つの実施形態によれば、ヒータエレメント５０は、第１のエアイジェクタボディ４６と流体フローガイド７６との間で半径方向内側へ延在する複数のラジアル部材７８から形成され、流体フローガイドは流体流をヒータエレメント５０へガイドするために横方向に延在する。
【００３４】
タービンエンジン温度制御装置１０は、第１のエアイジェクタボディ４６内に収容された１つもしくは複数の供給マニホールド８２を含み、この供給マニホールド８２は排出オリフィス４８に流体を流れさせるように連通している。供給マニホールド８２は、第１のエアイジェクタボディ４６内で横方向に延在している。少なくとも１つの実施形態によれば、供給マニホールド８２は、第１のエアイジェクタボディ４６内で、第１の側縁８４から第２の側縁８６まで横方向に延在する。供給マニホールド８２は複数のオリフィス４８のそれぞれと、流体を流れさせるように連通している。タービンエンジン温度制御装置１０は、こうした供給マニホールド８２に流体を流れさせるように連通した１つもしくは複数の流体供給装置８８を含む。流体供給装置８８は供給マニホールド８２に流体を供給する。流体は例えば圧縮空気、周囲空気などであるが、これらに限定されない。
【００３５】
一実施形態として、タービンエンジン温度制御装置１０がさらに、流体をキャビティ４４へ排出するためにキャビティ４４内へ延在する１つもしくは複数の第２のエアイジェクタ９０を含んでもよい。第２のエアイジェクタ９０は、下流側の面に１つもしくは複数の排出開口１００を有し、かつ、１つもしくは複数の排出オリフィス１０２に連通する、第２のエアイジェクタボディ９８から形成される。第２のエアイジェクタ９０は上述した第１のエアイジェクタ３８と同様の１つもしくは複数の部材を含み、第１のエアイジェクタ３８と同様に構成される。各要素の構成は上述したので、簡明性のためにここでは繰り返さない。第２のエアイジェクタ９０は、外側ケーシング１２の下半部１０８、すなわち、外側ケーシング１２で水平方向に延在する中央線３４より下方に配置される。第２のエアイジェクタ９０は、外側ケーシング１２のうち、第１のエアイジェクタ３８の反対側に配置される。第１のエアイジェクタ３８は、図２に示されているように、水平方向に延在する中央線３４の上方に配置され、第２のエアイジェクタ９０は、水平方向に延在する中央線３４の下方に配置される。少なくとも１つの実施形態では、第１のエアイジェクタ３８が外側ケーシング１２の上死点９２に配置され、第２のエアイジェクタ９０が外側ケーシング１２の下死点９４に配置される。
【００３６】
第１のエアイジェクタ３８はキャビティ４４内に周方向の流体流を形成するように配置される。特に、第１のエアイジェクタボディ４６の排出オリフィス４８の排出開口５４は、流体がキャビティ４４の流体を連行して周方向に流れるように配置され、これによりキャビティ４４内へ周方向で流体が放出される。別の実施形態として、第１のエアイジェクタボディ４６の１つもしくは複数の排出オリフィス４８を、第１の周方向９６に流体を放出させるように配置し、第２のエアイジェクタボディ９８の１つもしくは複数の排出オリフィス４８を、同じ第１の周方向９６に流体を放出させるように配置して、これによりキャビティ４４内に周方向の流体流を形成してもよい。
【００３７】
タービンエンジン温度制御装置１０は、さらに、第２のエアイジェクタボディ９８の排出オリフィス１０２からの流体とは異なる温度で第１のエアイジェクタボディ４６の排出オリフィス４８から流体を放出させるための１つもしくは複数の温度制御回路１０４を含むことができる。
【００３８】
タービンエンジン温度制御装置１０は、ガスタービンエンジン１６の要素内の温度勾配を低減するために、ガスタービンエンジン１６の各要素の温度を制御する種々の局面で利用することができ、これにより、ガスタービンエンジンでの熱応力が低減される。一実施形態では、タービンエンジン温度制御装置１０は、ガスタービンエンジンがシャットダウンモードにある場合、ケーシングの下半部１０８がケーシングの上半部３６よりも早く冷えてしまって２つの領域間に温度勾配ひいては熱応力が発生しないよう、外側ケーシング１２の上半部３６の温度を制御するために用いられる。タービンエンジン温度制御装置１０は、キャビティ４４内の流体温度、例えば空気温度（ただしこれに限定されない）をほぼ一定に維持し、流体が全体的に均等に混合されるよう、キャビティ４４内の流体を循環させるために用いられる。温度制御回路１０４は、第１のエアイジェクタ３８から流体が放出される前に流体を加熱する。第１のエアイジェクタ３８の１つもしくは複数の排出オリフィス４８から流体が放出されると、この流体はキャビティ４４内に既に存在している流体を連行する。これによりキャビティ４４内に周方向の流体流が形成される。
【００３９】
温度制御回路１０４により、ヒータエレメント５０は、ヒータエレメント５０の後方でキャビティ４４内を流れる流体を加熱する。特に、ヒータエレメント５０は、１つもしくは複数のラジアル部材７８を通過する際に流体を加熱する。よって、流体は、半径方向最内部点７２と流体フローガイド７６との間を流れる。このように、流体は半径方向内側へ延在するラジアル部材７８に接触し、流体温度より高い温度となるので、伝導熱によって加熱されることになる。
【００４０】
上述した説明は、本発明の実施形態を例示するためのものである。よって、本発明の観点乃至思想から離れることなく、こうした実施形態を種々に変更乃至修正できることは、当業者には容易に理解されるはずである。
【図１】
2016515182.tif 000003
【図２】
2016515182.tif 000004
【図３】
2016515182.tif 000005
【図４】
2016515182.tif 000006
【国際調査報告】
2016515182.tif 000007
2016515182.tif 000008