JPH0650176A - ガスタービンエンジンの冷却装置 - Google Patents
ガスタービンエンジンの冷却装置Info
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- JPH0650176A JPH0650176A JP5052803A JP5280393A JPH0650176A JP H0650176 A JPH0650176 A JP H0650176A JP 5052803 A JP5052803 A JP 5052803A JP 5280393 A JP5280393 A JP 5280393A JP H0650176 A JPH0650176 A JP H0650176A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温域構成部及び他の部分の改良された冷却
をなし得るガスタービンエンジンの冷却装置を提供す
る。 【構成】 ターボ圧縮機１２８と熱交換器１３０とが流
体に関して相互連結されており、それぞれ相異なる圧力
及び温度の空気を受け入れるような連通をなしている。
代表的な場合、このような空気はエンジン低圧圧縮機及
びエンジン高圧圧縮機の様々な区域から抽出される。こ
の冷却装置１１０’はダクト１２６を介して空気をエン
ジンの冷却すべき部分、例えばエンジンの高圧タービン
域に送給し、この空気は、エンジン圧縮機からの冷却用
空気をエンジンタービンに直接導く場合よりも、低温且
つ高圧である。
をなし得るガスタービンエンジンの冷却装置を提供す
る。 【構成】 ターボ圧縮機１２８と熱交換器１３０とが流
体に関して相互連結されており、それぞれ相異なる圧力
及び温度の空気を受け入れるような連通をなしている。
代表的な場合、このような空気はエンジン低圧圧縮機及
びエンジン高圧圧縮機の様々な区域から抽出される。こ
の冷却装置１１０’はダクト１２６を介して空気をエン
ジンの冷却すべき部分、例えばエンジンの高圧タービン
域に送給し、この空気は、エンジン圧縮機からの冷却用
空気をエンジンタービンに直接導く場合よりも、低温且
つ高圧である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはガスタービ
ンエンジンに関し、特に、このようなエンジンを冷却す
る装置に関する。
ンエンジンに関し、特に、このようなエンジンを冷却す
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン（例えば、ターボ
ジェットエンジン、バイパスターボファンエンジン、タ
ーボプロップエンジン及びターボシャフトエンジン等）
は、飛行用乗物（例えば、航空機、ヘリコプタ及びミサ
イル等）に動力を与えるために使用可能であると共に、
船、タンク、発電機、管路圧送装置等の駆動にも使用さ
れ得る。例示のため、本発明を航空機用バイパスターボ
ファンガスタービンエンジンに関して説明するが、本発
明は、他種及び（又は）他用途のガスタービンエンジン
にも同等に適用可能であることを理解されたい。
ジェットエンジン、バイパスターボファンエンジン、タ
ーボプロップエンジン及びターボシャフトエンジン等）
は、飛行用乗物（例えば、航空機、ヘリコプタ及びミサ
イル等）に動力を与えるために使用可能であると共に、
船、タンク、発電機、管路圧送装置等の駆動にも使用さ
れ得る。例示のため、本発明を航空機用バイパスターボ
ファンガスタービンエンジンに関して説明するが、本発
明は、他種及び（又は）他用途のガスタービンエンジン
にも同等に適用可能であることを理解されたい。
【０００３】ガスタービンエンジンはコアエンジンを含
んでおり、コアエンジンは、コアエンジンに入る空気流
を圧縮する高圧圧縮機（コア圧縮機とも呼ばれる）と、
燃料及び圧縮空気の混合気を燃やして推進用ガス流を発
生する燃焼器と、推進用ガス流により回転されると共
に、比較的大径の軸によって高圧圧縮機に連結されてお
り高圧圧縮機を駆動する高圧タービンとを有している。
高圧圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンとは直列流関係
にある。代表的な航空機用バイパスターボファンガスタ
ービンエンジンには更に、（高圧タービンの後方に配置
されている）低圧タービンが設けられており、低圧ター
ビンは同軸の小径軸によって、ナセルによって囲まれて
いる（高圧圧縮機の前方に配置されている）前ファンを
駆動するように前ファンに連結されていると共に、低圧
タービンは、（前ファンと高圧圧縮機との間に配置され
ている）低圧圧縮機をも駆動し得る。低圧圧縮機は時
々、ブースタ圧縮機又は単にブースタと呼ばれる。「圧
縮機」という用語は、制限なしに高圧圧縮機と低圧圧縮
機とを包含するものと理解されたい。分流体がファンと
第１の圧縮機（通常は低圧圧縮機）との間に配置されて
おり、ファンを出た空気をコアエンジン空気流と、それ
を囲むバイパス空気流とに分割する。ファンからのバイ
パス空気流は、ファンバイパスダクトから噴出して航空
機用のエンジン推力のほとんどを発生する。エンジン推
力の一部は、コアエンジン空気流が低圧圧縮機及び高圧
圧縮機を通流して燃焼器に達し、更に高圧及び低圧ター
ビンを経て膨脹し、排気ノズルから加速された後のコア
エンジン空気流から発生する。
んでおり、コアエンジンは、コアエンジンに入る空気流
を圧縮する高圧圧縮機（コア圧縮機とも呼ばれる）と、
燃料及び圧縮空気の混合気を燃やして推進用ガス流を発
生する燃焼器と、推進用ガス流により回転されると共
に、比較的大径の軸によって高圧圧縮機に連結されてお
り高圧圧縮機を駆動する高圧タービンとを有している。
高圧圧縮機と、燃焼器と、高圧タービンとは直列流関係
にある。代表的な航空機用バイパスターボファンガスタ
ービンエンジンには更に、（高圧タービンの後方に配置
されている）低圧タービンが設けられており、低圧ター
ビンは同軸の小径軸によって、ナセルによって囲まれて
いる（高圧圧縮機の前方に配置されている）前ファンを
駆動するように前ファンに連結されていると共に、低圧
タービンは、（前ファンと高圧圧縮機との間に配置され
ている）低圧圧縮機をも駆動し得る。低圧圧縮機は時
々、ブースタ圧縮機又は単にブースタと呼ばれる。「圧
縮機」という用語は、制限なしに高圧圧縮機と低圧圧縮
機とを包含するものと理解されたい。分流体がファンと
第１の圧縮機（通常は低圧圧縮機）との間に配置されて
おり、ファンを出た空気をコアエンジン空気流と、それ
を囲むバイパス空気流とに分割する。ファンからのバイ
パス空気流は、ファンバイパスダクトから噴出して航空
機用のエンジン推力のほとんどを発生する。エンジン推
力の一部は、コアエンジン空気流が低圧圧縮機及び高圧
圧縮機を通流して燃焼器に達し、更に高圧及び低圧ター
ビンを経て膨脹し、排気ノズルから加速された後のコア
エンジン空気流から発生する。
【０００４】航空機バイパスターボファンガスタービン
エンジンは、エンジン推力を最大にすべく高温で動作す
るように設計されている。エンジンの高温域構成部（例
えば、燃焼器、高圧タービン及び低圧タービン等）の冷
却は、このような構成部の製造に用いられている材料の
熱的「赤線（レッドライン）」制限の故に必要である。
通例、エンジンの一部のこのような冷却は、比較的低温
の空気を高圧及び（又は）低圧圧縮機から、このような
冷却を要するエンジン構成部へダクトによって導く（抽
気する）ことにより達成される。残念ながら、圧縮機の
空気は、その比較的低い圧力及び高い温度により、この
ようなエンジン構成部を冷却する能力に限度がある。
エンジンは、エンジン推力を最大にすべく高温で動作す
るように設計されている。エンジンの高温域構成部（例
えば、燃焼器、高圧タービン及び低圧タービン等）の冷
却は、このような構成部の製造に用いられている材料の
熱的「赤線（レッドライン）」制限の故に必要である。
通例、エンジンの一部のこのような冷却は、比較的低温
の空気を高圧及び（又は）低圧圧縮機から、このような
冷却を要するエンジン構成部へダクトによって導く（抽
気する）ことにより達成される。残念ながら、圧縮機の
空気は、その比較的低い圧力及び高い温度により、この
ようなエンジン構成部を冷却する能力に限度がある。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的は、ガスタービンエンジン
の高温域構成部及び他の部分の改良された冷却をなす装
置を提供することである。
の高温域構成部及び他の部分の改良された冷却をなす装
置を提供することである。
【０００６】
【発明の概要】本発明の第１の実施例では、ガスタービ
ンエンジンの一部を冷却する装置がターボ圧縮機と第１
の熱交換器とを含んでいる。第１の熱交換器は、その第
１の熱交換器に対して冷却をなす第１の流体流の入口と
出口とを有していると共に、第１の熱交換器から冷却を
受ける第２の空気流の入口と出口とを有している。第１
の流体流の入口は比較的低温の流体（例えば、エンジン
圧縮機のブースタ圧縮機部からの比較的低圧且つ低温の
吐出し空気）と連通している。第２の空気流の入口はエ
ンジン圧縮機からの比較的高温の空気（例えば、エンジ
ン圧縮機の高圧圧縮機部からの比較的高圧且つ高温の吐
出し空気）と連通している。第２の空気流の出口はター
ボ圧縮機の圧縮機部の入口と連通している。ターボ圧縮
機の圧縮機部の出口は冷却を要するエンジン部と連通し
ている。
ンエンジンの一部を冷却する装置がターボ圧縮機と第１
の熱交換器とを含んでいる。第１の熱交換器は、その第
１の熱交換器に対して冷却をなす第１の流体流の入口と
出口とを有していると共に、第１の熱交換器から冷却を
受ける第２の空気流の入口と出口とを有している。第１
の流体流の入口は比較的低温の流体（例えば、エンジン
圧縮機のブースタ圧縮機部からの比較的低圧且つ低温の
吐出し空気）と連通している。第２の空気流の入口はエ
ンジン圧縮機からの比較的高温の空気（例えば、エンジ
ン圧縮機の高圧圧縮機部からの比較的高圧且つ高温の吐
出し空気）と連通している。第２の空気流の出口はター
ボ圧縮機の圧縮機部の入口と連通している。ターボ圧縮
機の圧縮機部の出口は冷却を要するエンジン部と連通し
ている。
【０００７】本発明の類似の第２の実施例では、第１の
流体流の入口は比較的低温の流体（例えば、エンジン圧
縮機のブースタ圧縮機部からの比較的低圧且つ低温の吐
出し空気）と連通している。第２の空気流の入口はター
ボ圧縮機の圧縮機部の出口と連通している。ターボ圧縮
機の圧縮機部の入口はエンジン圧縮機からの比較的高温
の空気（例えば、エンジン圧縮機の高圧圧縮機部からの
比較的高圧且つ高温の吐出し空気）と連通している。第
２の空気流の出口は冷却を要するエンジン部と連通して
いる。
流体流の入口は比較的低温の流体（例えば、エンジン圧
縮機のブースタ圧縮機部からの比較的低圧且つ低温の吐
出し空気）と連通している。第２の空気流の入口はター
ボ圧縮機の圧縮機部の出口と連通している。ターボ圧縮
機の圧縮機部の入口はエンジン圧縮機からの比較的高温
の空気（例えば、エンジン圧縮機の高圧圧縮機部からの
比較的高圧且つ高温の吐出し空気）と連通している。第
２の空気流の出口は冷却を要するエンジン部と連通して
いる。
【０００８】本発明のガスタービンエンジン冷却装置か
ら様々な利点が得られる。本発明のターボ圧縮機と熱交
換器とを用いることにより、比較的高圧且つ低温の空気
をエンジンの様々な部分、例えば、エンジン高温域構成
部の冷却に用いることができる。本発明の比較的高圧且
つ低温の冷却空気を用いることにより、離陸及び上昇中
に不可欠な最大エンジン推力を、当業者に明らかなよう
に、エンジン高温域構成部に関する特定の「赤線」温度
限界に対して増大することができる。
ら様々な利点が得られる。本発明のターボ圧縮機と熱交
換器とを用いることにより、比較的高圧且つ低温の空気
をエンジンの様々な部分、例えば、エンジン高温域構成
部の冷却に用いることができる。本発明の比較的高圧且
つ低温の冷却空気を用いることにより、離陸及び上昇中
に不可欠な最大エンジン推力を、当業者に明らかなよう
に、エンジン高温域構成部に関する特定の「赤線」温度
限界に対して増大することができる。
【０００９】
【実施例の記載】図面の全図を通じて、同じ参照番号は
同部分又は対応部分を表している。図１に航空機用バイ
パスターボファンガスタービンエンジン１０が示されて
おり、エンジン１０は、前方１４と後方１６とに概して
長手方向に延在している軸線又は中心線１２を有してい
る。バイパスターボファンエンジン１０はコアエンジン
１８（ガス発生機とも呼ばれる）を含んでおり、コアエ
ンジン１８は、高圧圧縮機又はコア圧縮機２０と、燃焼
器２２と、高圧タービン２４とを備えており、これらの
構成部はすべて、直列軸流関係に配置されている。比較
的大径の環状駆動軸２６がエンジン１０の中心線１２の
周りに同軸的に配置されており、高圧圧縮機２０と高圧
タービン２４とを固定的に相互連結している。
同部分又は対応部分を表している。図１に航空機用バイ
パスターボファンガスタービンエンジン１０が示されて
おり、エンジン１０は、前方１４と後方１６とに概して
長手方向に延在している軸線又は中心線１２を有してい
る。バイパスターボファンエンジン１０はコアエンジン
１８（ガス発生機とも呼ばれる）を含んでおり、コアエ
ンジン１８は、高圧圧縮機又はコア圧縮機２０と、燃焼
器２２と、高圧タービン２４とを備えており、これらの
構成部はすべて、直列軸流関係に配置されている。比較
的大径の環状駆動軸２６がエンジン１０の中心線１２の
周りに同軸的に配置されており、高圧圧縮機２０と高圧
タービン２４とを固定的に相互連結している。
【００１０】コアエンジン１８は燃焼ガスを発生するよ
うに作用する。高圧圧縮機２０からの圧縮空気は、燃焼
器２２で燃料と混合されると共に点火されて、燃焼ガス
を発生する。燃焼ガスのエネルギの一部が高圧タービン
２４によって仕事用として抽出され、高圧圧縮機２０を
駆動する。燃焼ガスはコアエンジン１８から排出され
て、低圧タービン又は低パワータービン２８に入る。低
圧タービン２８は比較的小径の環状駆動軸３０に固定的
に取り付けられており、駆動軸３０は大径の環状駆動軸
２６内に、エンジン１０の中心線１２の周りに同軸的に
配置されている。小径の環状駆動軸３０は前方の１列の
ファン動翼３２を回動する。小径の環状駆動軸３０は
又、低圧圧縮機３４（ブースタ圧縮機又は単にブースタ
とも呼ばれる）を回動する。分流体３６がファン動翼３
２と低圧圧縮機３４との間に配置されており、ファンを
出た空気をコアエンジン空気流と、その周囲のバイパス
空気流とに分割する。コアエンジン空気流は排気ノズル
（図示せず）から噴出し、そしてバイパス空気流はファ
ンバイパスダクト３８から噴出する。
うに作用する。高圧圧縮機２０からの圧縮空気は、燃焼
器２２で燃料と混合されると共に点火されて、燃焼ガス
を発生する。燃焼ガスのエネルギの一部が高圧タービン
２４によって仕事用として抽出され、高圧圧縮機２０を
駆動する。燃焼ガスはコアエンジン１８から排出され
て、低圧タービン又は低パワータービン２８に入る。低
圧タービン２８は比較的小径の環状駆動軸３０に固定的
に取り付けられており、駆動軸３０は大径の環状駆動軸
２６内に、エンジン１０の中心線１２の周りに同軸的に
配置されている。小径の環状駆動軸３０は前方の１列の
ファン動翼３２を回動する。小径の環状駆動軸３０は
又、低圧圧縮機３４（ブースタ圧縮機又は単にブースタ
とも呼ばれる）を回動する。分流体３６がファン動翼３
２と低圧圧縮機３４との間に配置されており、ファンを
出た空気をコアエンジン空気流と、その周囲のバイパス
空気流とに分割する。コアエンジン空気流は排気ノズル
（図示せず）から噴出し、そしてバイパス空気流はファ
ンバイパスダクト３８から噴出する。
【００１１】図１はエンジン１０の第１の部分の冷却に
用いる本発明のエンジン冷却装置１１０の第１の適用例
を示しており、この場合のエンジンの第１の部分は、高
圧タービン２４を備えている。冷却装置１１０は、低圧
圧縮機吐出し域１１４から空気を抽出するダクト１１２
からの空気と、高圧圧縮機吐出し域１１８から空気を抽
出するダクト１１６からの空気と、低圧圧縮機吐出し域
１１４と高圧圧縮機吐出し域１１８との間の区域１２２
から空気を抽出するダクト１２０からの空気とを受け入
れている。冷却装置１１０は、ダクト１２４とダクト１
２６とに空気を吐出しており、ダクト１２４は空気をフ
ァンバイパスダクト３８に導いていると共に、ダクト１
２６は空気を高圧タービン２４の区域に導いている。
用いる本発明のエンジン冷却装置１１０の第１の適用例
を示しており、この場合のエンジンの第１の部分は、高
圧タービン２４を備えている。冷却装置１１０は、低圧
圧縮機吐出し域１１４から空気を抽出するダクト１１２
からの空気と、高圧圧縮機吐出し域１１８から空気を抽
出するダクト１１６からの空気と、低圧圧縮機吐出し域
１１４と高圧圧縮機吐出し域１１８との間の区域１２２
から空気を抽出するダクト１２０からの空気とを受け入
れている。冷却装置１１０は、ダクト１２４とダクト１
２６とに空気を吐出しており、ダクト１２４は空気をフ
ァンバイパスダクト３８に導いていると共に、ダクト１
２６は空気を高圧タービン２４の区域に導いている。
【００１２】図２はエンジン冷却装置１１０の第１の実
施例１１０’を示しており、第１の実施例のエンジン冷
却装置１１０’は、ターボ圧縮機１２８と、第１の熱交
換器１３０とを備えている。ターボ圧縮機１２８は、入
口１３４と出口１３６とを含んでいる圧縮機部１３２を
有していると共に、入口１４０と出口１４２とを含んで
いるタービン部１３８を有している。好ましくはターボ
圧縮機１２８は、空気軸受を有している。第１の熱交換
器１３０は、第１の熱交換器１３０に対して冷却をなす
第１の空気流の入口１４４と出口１４６とを有している
と共に、第１の熱交換器１３０から冷却を受ける第２の
空気流の入口１４８と出口１５０とを有している。第１
の熱交換器１３０の第１の空気流の入口１４４は、比較
的低圧且つ低温の空気（例えば、図１及び図２に示すよ
うにダクト１１２又は１１２ａを通流する低圧圧縮機吐
出し域１１４からの空気の一部）と連通している。第１
の熱交換器１３０の第２の空気流の入口１４８は、エン
ジン圧縮機からの比較的高圧且つ高温の空気（例えば、
図１及び図２に示すようにダクト１１６を通流する高圧
圧縮機吐出し域１１８からの空気の一部）と連通してい
る。第１の熱交換器１３０の第１の空気流の出口１４６
は、好ましくはダクト１２４ａを介してファンバイパス
ダクト３８と連通している（そして好ましくは、このよ
うな空気を後方速度成分を有する空気としてファンバイ
パスダクト３８内に排出している）。第１の熱交換器１
３０の第２の空気流の出口１５０は、ダクト１５２を介
してターボ圧縮機１２８の圧縮機部１３２の入口１３４
と連通している。ターボ圧縮機１２８の圧縮機部１３２
の出口１３６は、高圧タービン２４の少なくとも一部を
冷却すべく、ダクト１２６を介して高圧タービン２４と
連通している。ターボ圧縮機１２８のタービン部１３８
の入口１４０は、エンジン圧縮機からの中圧且つ中温の
空気（例えば、図１及び図２に示すようにダクト１２０
を通流する高圧圧縮機第８段域１２２からの空気の一
部）と連通している。当業者に理解されるように、比較
的高圧且つ高温の空気は、比較的低圧且つ低温の空気よ
りも圧力及び温度が高く、そして中圧且つ中温の空気
は、比較的低圧且つ低温の空気と比較的高圧且つ高温の
空気との中間の圧力及び温度を有している。「圧力」と
いう用語は、全圧（即ち、静圧と動圧との和）を意味す
ることを理解されたい。ターボ圧縮機１２８のタービン
部１３８の出口１４２は好ましくは、ダクト１２４ｂを
介してファンバイパスダクト３８と連通している（そし
て好ましくは、このような空気を後方速度成分を有する
空気としてファンバイパスダクト３８内に排出してい
る）。
施例１１０’を示しており、第１の実施例のエンジン冷
却装置１１０’は、ターボ圧縮機１２８と、第１の熱交
換器１３０とを備えている。ターボ圧縮機１２８は、入
口１３４と出口１３６とを含んでいる圧縮機部１３２を
有していると共に、入口１４０と出口１４２とを含んで
いるタービン部１３８を有している。好ましくはターボ
圧縮機１２８は、空気軸受を有している。第１の熱交換
器１３０は、第１の熱交換器１３０に対して冷却をなす
第１の空気流の入口１４４と出口１４６とを有している
と共に、第１の熱交換器１３０から冷却を受ける第２の
空気流の入口１４８と出口１５０とを有している。第１
の熱交換器１３０の第１の空気流の入口１４４は、比較
的低圧且つ低温の空気（例えば、図１及び図２に示すよ
うにダクト１１２又は１１２ａを通流する低圧圧縮機吐
出し域１１４からの空気の一部）と連通している。第１
の熱交換器１３０の第２の空気流の入口１４８は、エン
ジン圧縮機からの比較的高圧且つ高温の空気（例えば、
図１及び図２に示すようにダクト１１６を通流する高圧
圧縮機吐出し域１１８からの空気の一部）と連通してい
る。第１の熱交換器１３０の第１の空気流の出口１４６
は、好ましくはダクト１２４ａを介してファンバイパス
ダクト３８と連通している（そして好ましくは、このよ
うな空気を後方速度成分を有する空気としてファンバイ
パスダクト３８内に排出している）。第１の熱交換器１
３０の第２の空気流の出口１５０は、ダクト１５２を介
してターボ圧縮機１２８の圧縮機部１３２の入口１３４
と連通している。ターボ圧縮機１２８の圧縮機部１３２
の出口１３６は、高圧タービン２４の少なくとも一部を
冷却すべく、ダクト１２６を介して高圧タービン２４と
連通している。ターボ圧縮機１２８のタービン部１３８
の入口１４０は、エンジン圧縮機からの中圧且つ中温の
空気（例えば、図１及び図２に示すようにダクト１２０
を通流する高圧圧縮機第８段域１２２からの空気の一
部）と連通している。当業者に理解されるように、比較
的高圧且つ高温の空気は、比較的低圧且つ低温の空気よ
りも圧力及び温度が高く、そして中圧且つ中温の空気
は、比較的低圧且つ低温の空気と比較的高圧且つ高温の
空気との中間の圧力及び温度を有している。「圧力」と
いう用語は、全圧（即ち、静圧と動圧との和）を意味す
ることを理解されたい。ターボ圧縮機１２８のタービン
部１３８の出口１４２は好ましくは、ダクト１２４ｂを
介してファンバイパスダクト３８と連通している（そし
て好ましくは、このような空気を後方速度成分を有する
空気としてファンバイパスダクト３８内に排出してい
る）。
【００１３】他の実施例（図示せず）では、ターボ圧縮
機１２８のタービン部１３８は、その入口１４０が中圧
且つ中温の空気域１２２と連通している代わりに、第１
の熱交換器１３０の第２の空気流の出口１５０と連通し
ている。この実施例では、ターボ圧縮機１２８のタービ
ン部１３８は比較的高圧の空気で駆動される。好ましく
は、この実施例では、ターボ圧縮機１２８のタービン部
１３８の出口１４２は、（ダクト１２４ｂを介して）フ
ァンバイパスダクト３８と連通している代わりに、エン
ジンの低圧タービンと連通している。この実施例では、
単一の熱交換器を用いて、エンジンの高圧タービンと低
圧タービンとの両方を冷却する。
機１２８のタービン部１３８は、その入口１４０が中圧
且つ中温の空気域１２２と連通している代わりに、第１
の熱交換器１３０の第２の空気流の出口１５０と連通し
ている。この実施例では、ターボ圧縮機１２８のタービ
ン部１３８は比較的高圧の空気で駆動される。好ましく
は、この実施例では、ターボ圧縮機１２８のタービン部
１３８の出口１４２は、（ダクト１２４ｂを介して）フ
ァンバイパスダクト３８と連通している代わりに、エン
ジンの低圧タービンと連通している。この実施例では、
単一の熱交換器を用いて、エンジンの高圧タービンと低
圧タービンとの両方を冷却する。
【００１４】図３はエンジン冷却装置１１０の第２の実
施例１１０’’を示している。第２の実施例のエンジン
冷却装置１１０’’は、前述の図２の第１の実施例１１
０’と同様であるが、３つの相違点を有している。第１
に、第１の熱交換器１３０の第２の空気流の出口１５０
は、高圧タービン２４の少なくとも一部を冷却すべく、
ダクト１２６を介して高圧タービン２４と連通してい
る。第２に、ターボ圧縮機１２８の圧縮機部１３２の入
口１３４は、エンジン圧縮機からの比較的高圧且つ高温
の空気（例えば、図１及び図３に示すようにダクト１１
６を通流する高圧圧縮機吐出し域１１８からの空気の一
部）と連通している。第３に、ターボ圧縮機１２８の圧
縮機部１３２の出口１３６は、第１の熱交換器１３０の
第２の空気流の入口１４８と連通している。
施例１１０’’を示している。第２の実施例のエンジン
冷却装置１１０’’は、前述の図２の第１の実施例１１
０’と同様であるが、３つの相違点を有している。第１
に、第１の熱交換器１３０の第２の空気流の出口１５０
は、高圧タービン２４の少なくとも一部を冷却すべく、
ダクト１２６を介して高圧タービン２４と連通してい
る。第２に、ターボ圧縮機１２８の圧縮機部１３２の入
口１３４は、エンジン圧縮機からの比較的高圧且つ高温
の空気（例えば、図１及び図３に示すようにダクト１１
６を通流する高圧圧縮機吐出し域１１８からの空気の一
部）と連通している。第３に、ターボ圧縮機１２８の圧
縮機部１３２の出口１３６は、第１の熱交換器１３０の
第２の空気流の入口１４８と連通している。
【００１５】図４はエンジン１０の第１の部分と第２の
部分との冷却に用いる本発明のエンジン冷却装置２１０
の第２の適用例を示しており、この場合、エンジン１０
の第１の部分は高圧タービン２４を備えていると共に、
エンジン１０の第２の部分は低圧タービン２８を備えて
いる。図４に示すような冷却装置２１０は、図１に示す
ような第１の適用例の冷却装置１１０と同様であるが、
冷却装置２１０には、１つの構成部が付加されている。
冷却装置２１０は又、空気をダクト１５４に吐出し、ダ
クト１５４は空気を低圧タービン２８の区域に導いてい
る。
部分との冷却に用いる本発明のエンジン冷却装置２１０
の第２の適用例を示しており、この場合、エンジン１０
の第１の部分は高圧タービン２４を備えていると共に、
エンジン１０の第２の部分は低圧タービン２８を備えて
いる。図４に示すような冷却装置２１０は、図１に示す
ような第１の適用例の冷却装置１１０と同様であるが、
冷却装置２１０には、１つの構成部が付加されている。
冷却装置２１０は又、空気をダクト１５４に吐出し、ダ
クト１５４は空気を低圧タービン２８の区域に導いてい
る。
【００１６】図５はエンジン冷却装置２１０の第１の実
施例２１０’を示しており、第１の実施例のエンジン冷
却装置２１０’は、前述の図２のエンジン冷却装置１１
０の第１の実施例１１０’と同様であるが、１つの追加
構成部と、１つの相違点とを有している。簡単に述べる
と、追加構成部は第２の熱交換器１５６であり、そして
相違点は、ターボ圧縮機１２８のタービン部１３８の出
口１４２と連通しているダクトにある。更に詳述する
と、第２の熱交換器１５６は、第２の熱交換器１５６に
対して冷却をなす第３の空気流の入口１５８と出口１６
０とを有していると共に、第２の熱交換器１５６から冷
却を受ける第４の空気流の入口１６２と出口１６４とを
有している。第２の熱交換器１５６の第１の空気流の入
口１５８（第３の空気流用）は、比較的低圧且つ低温の
空気（例えば、図４及び図５に示すようにダクト１１２
又は１１２ｂを通流する低圧圧縮機吐出し域１１４から
の空気の一部）と連通している。第２の熱交換器１５６
の第２の空気流の入口１６２（第４の空気流用）は、ダ
クト１６６を介してターボ圧縮機１２８のタービン部１
３８の出口１４２と連通している。第２の熱交換器１５
６の第１の空気流の出口１６０（第３の空気流用）は好
ましくは、ダクト１２４ｃを介してファンバイパスダク
ト３８と連通している（そして好ましくは、このような
空気を後方速度成分を有する空気としてファンバイパス
ダクト３８内に排出している）。第２の熱交換器１５６
の第２の空気流の出口１６４（第４の空気流用）は、低
圧タービン２８の少なくとも一部を冷却すべく、ダクト
１５４を介して低圧タービン２８と連通している。
施例２１０’を示しており、第１の実施例のエンジン冷
却装置２１０’は、前述の図２のエンジン冷却装置１１
０の第１の実施例１１０’と同様であるが、１つの追加
構成部と、１つの相違点とを有している。簡単に述べる
と、追加構成部は第２の熱交換器１５６であり、そして
相違点は、ターボ圧縮機１２８のタービン部１３８の出
口１４２と連通しているダクトにある。更に詳述する
と、第２の熱交換器１５６は、第２の熱交換器１５６に
対して冷却をなす第３の空気流の入口１５８と出口１６
０とを有していると共に、第２の熱交換器１５６から冷
却を受ける第４の空気流の入口１６２と出口１６４とを
有している。第２の熱交換器１５６の第１の空気流の入
口１５８（第３の空気流用）は、比較的低圧且つ低温の
空気（例えば、図４及び図５に示すようにダクト１１２
又は１１２ｂを通流する低圧圧縮機吐出し域１１４から
の空気の一部）と連通している。第２の熱交換器１５６
の第２の空気流の入口１６２（第４の空気流用）は、ダ
クト１６６を介してターボ圧縮機１２８のタービン部１
３８の出口１４２と連通している。第２の熱交換器１５
６の第１の空気流の出口１６０（第３の空気流用）は好
ましくは、ダクト１２４ｃを介してファンバイパスダク
ト３８と連通している（そして好ましくは、このような
空気を後方速度成分を有する空気としてファンバイパス
ダクト３８内に排出している）。第２の熱交換器１５６
の第２の空気流の出口１６４（第４の空気流用）は、低
圧タービン２８の少なくとも一部を冷却すべく、ダクト
１５４を介して低圧タービン２８と連通している。
【００１７】図６はエンジン冷却装置２１０の第２の実
施例２１０’’を示しており、第２の実施例のエンジン
冷却装置２１０’’は、図３の第２の実施例１１０’’
と同様であるが、前述のように１つの追加構成部（第２
の熱交換器１５６）と、１つの相違点（ターボ圧縮機１
２８のタービン部１３８の出口１４２からの連通をなし
ているダクト）とを有している。
施例２１０’’を示しており、第２の実施例のエンジン
冷却装置２１０’’は、図３の第２の実施例１１０’’
と同様であるが、前述のように１つの追加構成部（第２
の熱交換器１５６）と、１つの相違点（ターボ圧縮機１
２８のタービン部１３８の出口１４２からの連通をなし
ているダクト）とを有している。
【００１８】従来のエンジン冷却技術では、圧縮機の空
気はダクトによって、エンジン１０の高圧タービン２４
の区域と、低圧タービン２８の区域とに直接導かれる。
本発明の冷却装置は、このような従来のエンジン冷却技
術を増強するため、又はこのような従来の技術の代わり
に用い得るものである。エンジン冷却装置２１０の第１
の実施例２１０’の動作は、他の実施例の動作を代表す
るものであり、以下にそれを技術解析に基づく数値例に
より説明する。ここで、圧力Ｐの測定単位は、ｐｓｉａ
（絶対圧力）、温度Ｔの測定単位は、゜Ｒである。図４
及び図５を参照するとわかるように、低圧圧縮機吐出し
域１１４からの空気（Ｐ＝３４．８、Ｔ＝８１０）は、
ダクト１１２ａによって第１の熱交換器１３０に送られ
る。第１の熱交換器１３０に送られた空気は、高圧圧縮
機吐出し域１１８からダクト１１６によって導かれて第
１の熱交換器１３０に入る空気（Ｐ＝４９７、Ｔ＝１６
８９）を冷却する。従って、冷却を受けて第１の熱交換
器１３０を出る空気流は、空気（Ｐ＝４６２、Ｔ＝１３
６９）としてダクト１５２によってターボ圧縮機１２８
の圧縮機部１３２へ送られる。圧縮機部１３２は、圧縮
機中間域１２２からダクト１２０によって導かれる空気
（Ｐ＝２７７、Ｔ＝１４８６）により働くタービン部１
３８によって駆動される。空気（Ｐ＝４９７、Ｔ＝１４
１６）がダクト１２６によってターボ圧縮機１２８の圧
縮機部１３２を出て、高圧タービン２４を冷却する。
（従来のように高圧タービンを高圧圧縮機吐出し域から
の空気で直接冷却する場合、このような空気はＰ＝４６
４、Ｔ＝１６４７で送給される。）同様に、空気（Ｐ＝
１４０、Ｔ＝１１０９）がダクト１５４によって第２の
熱交換器１５６を出て、低圧タービン２８を冷却する。
（従来のように低圧タービンを圧縮機中間域からの空気
で直接冷却する場合、このような空気はＰ＝１３０、Ｔ
＝１１８６で送給される。）本発明の冷却装置の比較的
高いエンジン冷却能力は５１８７８ポンドの正味推力を
もたらすのに対し、従来の冷却を用いる場合の正味推力
は４５１３９ポンドである（但し、高温タービン動翼の
温度が本発明の冷却装置と、従来の冷却とに対して１８
３８の「赤線」限度である場合）。本発明のエンジン冷
却装置による正味推力の改良は、ほぼ１５％である。
気はダクトによって、エンジン１０の高圧タービン２４
の区域と、低圧タービン２８の区域とに直接導かれる。
本発明の冷却装置は、このような従来のエンジン冷却技
術を増強するため、又はこのような従来の技術の代わり
に用い得るものである。エンジン冷却装置２１０の第１
の実施例２１０’の動作は、他の実施例の動作を代表す
るものであり、以下にそれを技術解析に基づく数値例に
より説明する。ここで、圧力Ｐの測定単位は、ｐｓｉａ
（絶対圧力）、温度Ｔの測定単位は、゜Ｒである。図４
及び図５を参照するとわかるように、低圧圧縮機吐出し
域１１４からの空気（Ｐ＝３４．８、Ｔ＝８１０）は、
ダクト１１２ａによって第１の熱交換器１３０に送られ
る。第１の熱交換器１３０に送られた空気は、高圧圧縮
機吐出し域１１８からダクト１１６によって導かれて第
１の熱交換器１３０に入る空気（Ｐ＝４９７、Ｔ＝１６
８９）を冷却する。従って、冷却を受けて第１の熱交換
器１３０を出る空気流は、空気（Ｐ＝４６２、Ｔ＝１３
６９）としてダクト１５２によってターボ圧縮機１２８
の圧縮機部１３２へ送られる。圧縮機部１３２は、圧縮
機中間域１２２からダクト１２０によって導かれる空気
（Ｐ＝２７７、Ｔ＝１４８６）により働くタービン部１
３８によって駆動される。空気（Ｐ＝４９７、Ｔ＝１４
１６）がダクト１２６によってターボ圧縮機１２８の圧
縮機部１３２を出て、高圧タービン２４を冷却する。
（従来のように高圧タービンを高圧圧縮機吐出し域から
の空気で直接冷却する場合、このような空気はＰ＝４６
４、Ｔ＝１６４７で送給される。）同様に、空気（Ｐ＝
１４０、Ｔ＝１１０９）がダクト１５４によって第２の
熱交換器１５６を出て、低圧タービン２８を冷却する。
（従来のように低圧タービンを圧縮機中間域からの空気
で直接冷却する場合、このような空気はＰ＝１３０、Ｔ
＝１１８６で送給される。）本発明の冷却装置の比較的
高いエンジン冷却能力は５１８７８ポンドの正味推力を
もたらすのに対し、従来の冷却を用いる場合の正味推力
は４５１３９ポンドである（但し、高温タービン動翼の
温度が本発明の冷却装置と、従来の冷却とに対して１８
３８の「赤線」限度である場合）。本発明のエンジン冷
却装置による正味推力の改良は、ほぼ１５％である。
【００１９】本発明の好適実施例の以上の説明は、例示
のためのものであり、本発明を開示の特定態様に限定す
るものではなく、以上の説明に基づいて多様な改変が可
能であることは明らかである。例えば、「エンジン圧縮
機」という用語は、任意の低圧、中圧及び（又は）高圧
のエンジン圧縮機を包含することを理解されたい。又、
本発明のエンジン冷却装置によって冷却され得るエンジ
ンの様々な部分は、高圧タービン冷却、低圧タービン冷
却、燃焼器冷却、圧縮機ディスク冷却、圧縮機出口冷
却、圧縮機及びタービンケース冷却、間隙制御冷却等と
関連する部分を含んでいる。加えて、比較的低圧且つ低
温の空気は、低圧圧縮機域からと同様に、ファン域、フ
ァンバイパス域等から抽出され得る。更に本発明は軸流
型、半径流型又は他の型のガスタービンエンジン圧縮機
及び（又は）タービンに適用可能である。同様に、用途
によっては、本発明のエンジン冷却装置は弁を用いて、
様々なダクト内の空気流を制御することができ、又（或
いは）、本発明のエンジン冷却装置は、タービンノズル
面積を減らすときに比較的多くの冷却を要する可変ター
ビンノズルを有しているエンジンにおいて用いることが
できる。第１の空気流は第２の空気流の温度より低い温
度を有している第１の流体流として、一般化され得るこ
とに注意されたい。又、このような第１の流体流はエン
ジン燃料でもよく、その場合、例えば、ダクト１１２は
幾らかの燃料を燃料タンクから熱交換器に送給し、そし
てダクト１２４は燃料を熱交換器から燃料タンクに戻す
か、又は燃焼器等に送給する（このような構成は図面に
は示されていない）。このような改変及び他の改変はす
べて、本発明の範囲内で可能である。
のためのものであり、本発明を開示の特定態様に限定す
るものではなく、以上の説明に基づいて多様な改変が可
能であることは明らかである。例えば、「エンジン圧縮
機」という用語は、任意の低圧、中圧及び（又は）高圧
のエンジン圧縮機を包含することを理解されたい。又、
本発明のエンジン冷却装置によって冷却され得るエンジ
ンの様々な部分は、高圧タービン冷却、低圧タービン冷
却、燃焼器冷却、圧縮機ディスク冷却、圧縮機出口冷
却、圧縮機及びタービンケース冷却、間隙制御冷却等と
関連する部分を含んでいる。加えて、比較的低圧且つ低
温の空気は、低圧圧縮機域からと同様に、ファン域、フ
ァンバイパス域等から抽出され得る。更に本発明は軸流
型、半径流型又は他の型のガスタービンエンジン圧縮機
及び（又は）タービンに適用可能である。同様に、用途
によっては、本発明のエンジン冷却装置は弁を用いて、
様々なダクト内の空気流を制御することができ、又（或
いは）、本発明のエンジン冷却装置は、タービンノズル
面積を減らすときに比較的多くの冷却を要する可変ター
ビンノズルを有しているエンジンにおいて用いることが
できる。第１の空気流は第２の空気流の温度より低い温
度を有している第１の流体流として、一般化され得るこ
とに注意されたい。又、このような第１の流体流はエン
ジン燃料でもよく、その場合、例えば、ダクト１１２は
幾らかの燃料を燃料タンクから熱交換器に送給し、そし
てダクト１２４は燃料を熱交換器から燃料タンクに戻す
か、又は燃焼器等に送給する（このような構成は図面に
は示されていない）。このような改変及び他の改変はす
べて、本発明の範囲内で可能である。
【図１】航空機用バイパスターボファンガスタービンエ
ンジンの高圧タービン部を冷却するために本発明のエン
ジン冷却装置を用いた航空機用バイパスターボファンガ
スタービンエンジンの概略側面図であって、明示のため
排気ノズルを省略した図である。
ンジンの高圧タービン部を冷却するために本発明のエン
ジン冷却装置を用いた航空機用バイパスターボファンガ
スタービンエンジンの概略側面図であって、明示のため
排気ノズルを省略した図である。
【図２】ターボ圧縮機と熱交換器とを含んでいる図１の
エンジン冷却装置のブロック線図である。
エンジン冷却装置のブロック線図である。
【図３】図２のエンジン冷却装置の他の実施例のブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図４】航空機用バイパスターボファンガスタービンエ
ンジンの高圧タービン部と低圧タービン部との両方を冷
却するために本発明のエンジン冷却装置を用いた航空機
用バイパスターボファンガスタービンエンジンの概略側
面図であって、明示のため排気ノズルを省略した図であ
る。
ンジンの高圧タービン部と低圧タービン部との両方を冷
却するために本発明のエンジン冷却装置を用いた航空機
用バイパスターボファンガスタービンエンジンの概略側
面図であって、明示のため排気ノズルを省略した図であ
る。
【図５】ターボ圧縮機と２つの熱交換器とを含んでいる
図４のエンジン冷却装置のブロック線図である。
図４のエンジン冷却装置のブロック線図である。
【図６】図５のエンジン冷却装置の他の実施例のブロッ
ク線図である。
ク線図である。
１０ ガスタービンエンジン ２０ 高圧圧縮機 ３４ 低圧圧縮機 ３８ ファンバイパスダクト １１０、１１０’、１１０’’、２１０、２１０’、２
１０’’ エンジン冷却装置 １１２、１１２ａ、１１６、１２０、１２４、１２４
ａ、１２４ｂ、１２６、１５２ ダクト １２８ ターボ圧縮機 １３０ 第１の熱交換器 １３２ 圧縮機部 １３８ タービン部 １５６ 第２の熱交換器
１０’’ エンジン冷却装置 １１２、１１２ａ、１１６、１２０、１２４、１２４
ａ、１２４ｂ、１２６、１５２ ダクト １２８ ターボ圧縮機 １３０ 第１の熱交換器 １３２ 圧縮機部 １３８ タービン部 １５６ 第２の熱交換器
Claims (10)
- 【請求項１】 エンジン圧縮機を有しているガスタービ
ンエンジンの第１の部分を冷却する冷却装置であって、 （ａ）各部が入口と出口とを有している圧縮機部とター
ビン部とを有しているターボ圧縮機と、 （ｂ）当該第１の熱交換器に対して冷却をなす第１の流
体流の入口と出口とを有していると共に当該第１の熱交
換器から冷却を受ける第２の空気流の入口と出口とを有
している第１の熱交換器とを備えており、 該第１の熱交換器の前記第１の流体流の入口は、比較的
低温の流体と連通しており、前記第１の熱交換器の前記
第２の空気流の入口は、前記エンジン圧縮機からの比較
的高温の空気と連通しており、前記第１の熱交換器の前
記第２の空気流の出口は、前記ターボ圧縮機の前記圧縮
機部の前記入口と連通しており、前記ターボ圧縮機の前
記圧縮機部の前記出口は、前記エンジンの前記第１の部
分の前記冷却のために該エンジンの該第１の部分と連通
しており、 前記比較的高温の空気は、前記比較的低温の流体の温度
より高い温度を有している冷却装置。 - 【請求項２】 前記第１の流体流は第１の空気流であ
り、前記第１の流体流の入口は第１の空気流の入口であ
り、前記第１の流体流の出口は第１の空気流の出口であ
り、前記比較的低温の流体は比較的低温の空気であり、
前記比較的高温の空気は、前記比較的低温の空気より高
い圧力及び温度を有している請求項１に記載の冷却装
置。 - 【請求項３】 前記エンジンはファンバイパスダクトを
含んでおり、前記第１の熱交換器の前記第１の空気流の
出口は、前記ファンバイパスダクトと連通している請求
項２に記載の冷却装置。 - 【請求項４】 前記エンジン圧縮機は高圧圧縮機を含ん
でおり、前記比較的高い圧力及び温度の空気は前記高圧
圧縮機から出た空気の一部を含んでいる請求項２に記載
の冷却装置。 - 【請求項５】 前記ターボ圧縮機の前記タービン部の前
記入口は、前記エンジン圧縮機からの中圧且つ中温の空
気と連通しており、該中圧且つ中温の空気は、前記比較
的低い圧力及び温度の空気と、前記比較的高い圧力及び
温度の空気との中間にある圧力及び温度を有している請
求項２に記載の冷却装置。 - 【請求項６】 第２の熱交換器を更に含んでおり、該第
２の熱交換器は、該第２の熱交換器に対して冷却をなす
第３の空気流の入口と出口とを有していると共に、該第
２の熱交換器から冷却を受ける第４の空気流の入口と出
口とを有しており、前記第２の熱交換器の前記第３の空
気流の入口は、前記中圧且つ中温の空気より低い圧力及
び温度を有している空気と連通しており、前記第２の熱
交換器の前記第４の空気流の入口は、前記ターボ圧縮機
の前記タービン部の前記出口と連通しており、前記第２
の熱交換器の前記第４の空気流の出口は、前記エンジン
の第２の部分の冷却のために該エンジンの該第２の部分
と連通している請求項５に記載の冷却装置。 - 【請求項７】 前記エンジンはファンダクトを含んでお
り、前記第２の熱交換器の前記第３の空気流の出口は、
前記エンジンファンダクトと連通している請求項６に記
載の冷却装置。 - 【請求項８】 前記エンジン圧縮機は高圧圧縮機を含ん
でおり、前記比較的高い圧力及び温度の空気は前記高圧
圧縮機から出た空気の一部を含んでいる請求項６に記載
の冷却装置。 - 【請求項９】 前記エンジンはブースタ圧縮機を含んで
おり、前記比較的低い圧力及び温度の空気は前記ブース
タ圧縮機から出た空気の一部を含んでおり、前記第２の
熱交換器の前記第３の空気流の入口と連通している前記
抽出空気は、前記比較的低い圧力及び温度の空気とほぼ
同じ圧力及び温度を有している請求項６に記載の冷却装
置。 - 【請求項１０】 エンジン圧縮機を有しているガスター
ビンエンジンの第１の部分を冷却する冷却装置であっ
て、 （ａ）各部が入口と出口とを有している圧縮機部とター
ビン部とを有しているターボ圧縮機と、 （ｂ）当該第１の熱交換器に対して冷却をなす第１の流
体流の入口と出口とを有していると共に当該第１の熱交
換器から冷却を受ける第２の空気流の入口と出口とを有
している第１の熱交換器とを備えており、 該第１の熱交換器の前記第１の流体流の入口は、比較的
低温の流体と連通しており、前記第１の熱交換器の前記
第２の空気流の入口は、前記ターボ圧縮機の前記圧縮機
部の前記出口と連通しており、前記ターボ圧縮機の前記
圧縮機部の前記入口は、前記エンジン圧縮機からの比較
的高温の空気と連通しており、前記第１の熱交換器の前
記第２の空気流の出口は、前記エンジンの前記第１の部
分の前記冷却のために該エンジンの該第１の部分と連通
しており、 前記比較的高温の空気は、前記比較的低温の流体の温度
より高い温度を有している冷却装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/856,318 US5305616A (en) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | Gas turbine engine cooling system |
| US856318 | 1992-03-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0650176A true JPH0650176A (ja) | 1994-02-22 |
| JPH0713475B2 JPH0713475B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=25323331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5052803A Expired - Fee Related JPH0713475B2 (ja) | 1992-03-23 | 1993-03-15 | ガスタービンエンジンの冷却装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5305616A (ja) |
| EP (1) | EP0564135B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0713475B2 (ja) |
| CA (1) | CA2089278C (ja) |
| DE (1) | DE69311190T2 (ja) |
Cited By (1)
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