特許 7445452 ガスタービンエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】ガスタービンエンジン

(51)【国際特許分類】

   F01D 25/18 20060101AFI20240229BHJP

   F01D 25/16 20060101ALI20240229BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20240229BHJP

   F02K 3/04 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

F01D25/18 A

F01D25/16 E

F02C7/00 F

F02K3/04

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020023236

(22)【出願日】2020-02-14

(65)【公開番号】P2021127732

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前里 晃

(72)【発明者】

【氏名】藤井 崇史

(72)【発明者】

【氏名】大▲桑▼ 達也

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００２５０３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１６３２３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ ２５／１８

Ｆ０１Ｄ ２５／１６

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０２Ｋ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

潤滑油を貯留するオイルタンクと、
圧縮機、燃焼器、及び、タービンを収容する円筒状の外部ケースと、
複数のファンブレードを有し、前記外部ケースに収容されたファンと、を備え、
前記オイルタンクは、前記外部ケースの外周面に沿って、前記外部ケースを囲むように配置されており、かつ、前記ファンに対応する軸方向位置に配置されている、ガスタービンエンジン。

【請求項2】

前記オイルタンクは前記外部ケースの周方向全周にわたって配置されている、請求項１に記載のガスタービンエンジン。

【請求項3】

前記オイルタンクは、潤滑油が密閉され伸縮可能な液室と、前記液室に隣接する空気室とを内部に有し、前記空気室の圧力を高くすることにより前記液室の容積が縮小して前記液室内の潤滑油が排出されるように構成されている、請求項１又は２に記載のガスタービンエンジン。

【請求項4】

前記液室は前記オイルタンクの内部で環状に形成されている、請求項３に記載のガスタービンエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

航空機等の動力源として用いられるガスタービンエンジンは、圧縮機、燃焼器、及び、タービンを収容する円筒状のケース（外部ケース）を備えており、外部ケースの周りには種々の補機が取り付けられている（特許文献１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－８２３３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、航空機用のガスタービンエンジンであれば、機体搭載時の空気抵抗を抑えるために前面投影面積を極力小さくし、補機も含めた全体の小径化が望まれている。しかし、現状の航空機用ガスタービンエンジンでは、ケーシングの外周面に設けられる補機が大きいために、ガスタービンエンジンの半径方向外方に多く突出し前面投影面積が大きくなる。

【0005】

そこで、本発明は、小径化が可能なガスタービンエンジンを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るガスタービンエンジンは、潤滑油を貯留するオイルタンクと、圧縮機、燃焼器、及び、タービンを収容する円筒状の外部ケースと、を備え、前記オイルタンクは、前記外部ケースの外周面に沿って、前記外部ケースを囲むように配置されている。

【0007】

この構成では、オイルタンクが半径方向外方に大きく突出するのを防ぐことができる。したがって、ガスタービンエンジンの前面投影面積を低減することができ、ガスタービンエンジンの小径化が可能となる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、小径化が可能なガスタービンエンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、ガスタービンエンジンの概略図である。

【図2】図２は、ガスタービンエンジンの概略正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態に係るガスタービンエンジン（以下、単に「エンジン」と称する）１００について説明する。本実施形態のエンジン１００は、航空機用の2軸式のターボファンエンジンである。ただし、エンジン１００の形式及び用途は特に限定されない。図１は、エンジン１００の概略図である。以下では、図１の紙面左方を「前方」と称し、図１の紙面右方を「後方」と称する。

【0011】

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１００は、ファン１０と、圧縮機２０と、燃焼器３０と、タービン４０と、外部ケース５０と、潤滑装置６０と、オイルタンク７０と、を備えている。以下、これらの構成要素について順に説明する。

【0012】

ファン１０は、複数のファンブレード１１を有しており、回転することで取り込んだ空気を圧縮機２０に供給するとともに、圧縮機２０の半径方向外側に位置するバイパス流路５２に供給する。ファンブレード１１が破損すると、その一部が外部ケース５０を突き抜けてエンジン１００の外部に飛散するおそれがある。そのため、エンジン１００にはファンブレード１１の飛散防止対策（コンテインメント対策）を施す必要がある。ファンブレード１１の飛散防止対策については後述する。

【0013】

圧縮機２０は、ファン１０から流入した空気を圧縮する部分である。圧縮機２０は、前方から取り入れた空気を圧縮して後方に送り出す軸流式であってもよく、前方から取り入れた空気を圧縮して半径方向外方に送り出す遠心式であってもよく、これらを組み合わせてもよい。圧縮機２０で圧縮された空気は、圧縮機２０の下流に位置する燃焼器３０に供給される。

【0014】

燃焼器３０は、圧縮機２０で圧縮された空気に燃料を噴霧して燃焼させる部分である。エンジン１００で使用する燃料は特に限定されず、燃焼器３０の形式も特に限定されない。燃焼器３０では燃料が燃焼することで高温高圧の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスは燃焼器３０の下流に位置するタービン４０に供給される。

【0015】

タービン４０は、燃焼器３０で発生した燃焼ガスのエネルギによって回転駆動される部分である。タービン４０は、前方から燃焼ガスが流入して後方に向かって流れる軸流式であってもよく、前方から燃焼ガスが流入して半径方向外方に向かって流れる遠心式であってもよく、これらを組み合わせてもよい。本実施形態のタービン４０は、高圧タービン４１と、低圧タービン４２とを有している。

【0016】

高圧タービン４１は、外部シャフト４３を介して圧縮機２０に連結されている。そのため、上記の燃焼ガスによって高圧タービン４１が回転駆動されると、これに伴って圧縮機２０が回転する。外部シャフト４３は、第１ベアリング４４と第２ベアリング４５に回転可能に支持されている。

【0017】

低圧タービン４２は、内部シャフト４６を介してファン１０に連結されている。そのため、上記の燃焼ガスによって低圧タービン４２が回転駆動されると、これに伴ってファン１０が回転する。内部シャフト４６は、外部シャフト４３の内部を貫通し、外部シャフト４３とは独立して回転する。内部シャフト４６は、第３ベアリング４７と第４ベアリング４８に回転可能に支持されている。

【0018】

外部ケース５０は、ファン１０、圧縮機２０、燃焼器３０、及び、タービン４０を収容する円筒状のケースである。外部ケース５０の内側には、外部ケース５０と軸心が一致する円筒状の内部ケース５１が設けられている。内部ケース５１は、ファン１０、圧縮機２０、燃焼器３０、及び、タービン４０のうちファン１０以外の部分を収容している。外部ケース５０と内部ケース５１の間には、ファン１０が取り込んだ空気が流れる環状のバイパス流路５２が形成されている。

【0019】

潤滑装置６０は、潤滑対象に潤滑油を供給する装置である。本実施形態の潤滑装置６０は非循環式であって、圧縮機２０から抽気した圧縮空気に潤滑油を混合したエアオイル、又は、オイルミストを、潤滑対象である第１ベアリング４４、第２ベアリング４５、第３ベアリング４７、及び、第４ベアリング４８に噴射する。ただし、潤滑装置６０は、使用した潤滑油を回収して再利用する循環式であってもよい。

【0020】

オイルタンク７０は、潤滑油を貯留する部分である。オイルタンク７０は、外部ケース５０の外周面に設けられており、ファン１０に対応する軸方向位置に配置されている。つまり、オイルタンク７０はファン１０と軸方向位置が重複している。本実施形態ではファン１０の軸方向範囲（軸方向における前端から後端までの範囲）の全てが、オイルタンク７０の軸方向範囲に含まれている。ただし、ファン１０の軸方向範囲の一部が、オイルタンク７０の軸方向範囲と重複していてもよい。

【0021】

このように、本実施形態のオイルタンク７０は、ファン１０に対応する軸方向位置に配置されているため、ファンブレード１１が破損したときに飛散したファンブレード１１をブロックすることができる。つまり、本実施形態に係るエンジン１００では、ファンブレード１１が外部ケース５０の外方へ飛び出すことを防止するためにオイルタンク７０をファン１０に対応する軸方向位置に配置している。その結果、ファンブレード１１の飛散防止用として一般的に用いられているコンテイメントリングを省略することができる。したがって、コンテイメント性を確保しつつ、エンジン１００を軽量化することができる。

【0022】

図２は、エンジン１００の概略正面図である。図２に示すように、オイルタンク７０は、外部ケース５０の外周面に沿って、外部ケース５０を囲むように配置されている。オイルタンク７０をこのように配置することにより、エンジン１００の正面から見て（軸方向から見て）、オイルタンク７０が半径方向外方に大きく突出するのを防ぐことができる。その結果、エンジン１００の小径化が可能となる。オイルタンク７０は、外部ケース５０の周方向において、例えば１８０度以上の領域に配置されていれば、上記の効果を得ることができる。

【0023】

ただし、本実施形態では、オイルタンク７０は外部ケース５０の周方向全周にわたって環状に配置されている。オイルタンク７０をこのように配置することにより、ファンブレード１１の飛散を確実に防止することができる。なお、本実施形態のオイルタンク７０は一体に形成されているが、複数の円弧状のタンクを周方向に連結して形成されていてもよい。

【0024】

また、オイルタンク７０は、軸方向から見たとき半径方向の厚みＸが周方向において一定である。つまり、軸方向から見たとき、オイルタンク７０の半径方向の厚みＸは周方向位置にかかわらず一定である。このように、軸方向から見たときのオイルタンク７０の半径方向の厚みＸを周方向において一定とすれば、オイルタンク７０が半径方向に大きく突出することはないため、エンジン１００をより一層小径化することができる。

【0025】

さらに、本実施形態ではオイルタンク７０の外径Ｙは、外部ケース５０の最大外径Ｚよりも小さい。つまり、軸方向から見たとき、オイルタンク７０全体が、外部ケース５０の外縁で形成される範囲（以下、「投影範囲」と称する）に含まれている。また、本実施形態では軸方向から見たとき、潤滑装置６０も外部ケース５０の投影範囲に含まれている。軸方向から見たとき、オイルタンク７０及び潤滑装置６０の両方が外部ケース５０の投影範囲に含まれていなくても良いが、オイルタンク７０及び潤滑装置６０の両方又は一方が外部ケース５０の投影範囲に含まれていれば、エンジン１００を一層小径化することができる。なお、外部ケース５０にフランジ等が形成されている場合は、フランジ等を含む外部ケース５０全体の外縁によって形成される範囲が投影範囲となる。

【0026】

また、オイルタンク７０は、潤滑油が密閉され伸縮可能な液室７１と、液室７１に隣接する空気室７２とを内部に有する密閉式膨張タンクである。より詳細には、オイルタンク７０は、液室７１がゴム製で袋状に形成されたブラダー式である。ただし、オイルタンク７０は、内部がダイヤフラムによって液室７１と空気室７２に仕切られたダイヤフラム式であってもよい。

【0027】

本実施形態では、オイルタンク７０の空気室７２に圧縮機２０から抽出した圧縮空気が供給される。これにより、空気室７２の圧力が高くなり、液室７１の容積が縮小して液室７１内の潤滑油が排出される。なお、オイルタンク７０の排出口は、いずれの周方向位置に設けてもよい。また、オイルタンク７０は、排出口を１つ有していてもよく、複数有していてもよい。

【0028】

ここで、例えば、エンジン１００の姿勢が大きく変化する場合、仮に、オイルタンク７０が単純な容器であり、排出口が底面付近にある場合、エンジン１００の姿勢が変化して上下が逆になると、オイルタンク７０から潤滑油を排出することができなくなる。ところが、本実施形態のように、オイルタンク７０が密閉式膨張タンクであれば、エンジン１００の姿勢にかかわらず潤滑油を排出することができる。

【0029】

また、オイルタンク７０の液室７１は、オイルタンク７０の内部で環状に形成されている。液室７１を環状に形成することにより、液室７１内の潤滑油の残量が減ったとしても、液室７１の形状が維持されやすい。その結果、液室７１内の潤滑油を残さず排出することができる。さらに、本実施形態の液室７１及び空気室７２は、それぞれ１つの部屋で形成されている。ただし、液室７１はそれぞれ互いに独立した複数の部屋で形成されていてもよく、空気室７２もそれぞれ互いに独立した複数の部屋で形成されていてもよい。

【0030】

以上のとおり、本実施形態に係るガスタービンエンジンは、潤滑油を貯留するオイルタンクと、圧縮機、燃焼器、及び、タービンを収容する円筒状の外部ケースと、を備え、前記オイルタンクは、前記外部ケースの外周面に沿って、前記外部ケースを囲むように配置されている。

【0031】

本実施形態に係るガスタービンエンジンは、このように構成されているため、オイルタンクが半径方向外方に大きく突出するのを防ぐことができる結果、ガスタービンエンジンの小径化が可能となる。

【0032】

また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記オイルタンクは前記外部ケースの周方向全周にわたって配置されている。

【0033】

本実施形態に係るガスタービンエンジンは、このように構成されているため、必要な潤滑油量に対して、オイルタンクの半径方向の突出量を低減することができる。また、タービンブレードが設けられている場合は、タービンブレードの飛散を確実に防止することができる。

【0034】

また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、複数のファンブレードを有し、前記外部ケースに収容されたファンを備え、前記オイルタンクは、前記ファンに対応する軸方向位置に配置されている。

【0035】

本実施形態に係るガスタービンエンジンは、このように構成されているため、ファンブレードの飛散防止用のコンテイメントリングを省略することができる結果、コンテイメント性を確保しつつ、ガスタービンエンジンを軽量化できる。

【0036】

また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記オイルタンクは、潤滑油が密閉され伸縮可能な液室と、前記液室に隣接する空気室とを内部に有し、前記空気室の圧力を高くすることにより前記液室の容積が縮小して前記液室内の潤滑油が排出されるように構成されている。

【0037】

本実施形態に係るガスタービンエンジンは、このように構成されているため、ガスタービンエンジンの姿勢にかかわらず潤滑油を排出することができる。

【0038】

また、本実施形態に係るガスタービンエンジンでは、前記液室はオイルタンクの内部で環状に形成されている。

【0039】

本実施形態に係るガスタービンエンジンは、このように構成されているため、液室内の潤滑油の残量が減ったとしても、液室の形状が維持されやすい結果、液室内の潤滑油を残さず排出することができる。

【符号の説明】

【0040】

１０ ファン
１１ ファンブレード
２０ 圧縮機
３０ 燃焼器
４０ タービン
４４ 第１ベアリング（潤滑対象）
４５ 第２ベアリング（潤滑対象）
４７ 第３ベアリング（潤滑対象）
４８ 第４ベアリング（潤滑対象）
５０ 外部ケース
７０ オイルタンク
７１ 液室
７２ 空気室
１００ ガスタービンエンジン（エンジン）

【図1】

【図2】