(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの軸方向流路を区画するハウジングの内部に該ガスを圧縮する１つもしくは複数のコンプレッサの段を備えたガスタービンエンジンであって、
第１ハウジング構成部材と、
上記第１ハウジング構成部材に隣接して設けられた第２ハウジング構成部材と、
を備え、かつ、
上記ハウジング構成部材の各々は、環状をなし、上記エンジン中心軸と同軸上にかつ少なくとも１つの上記コンプレッサ段から下流に配置され、
上記第１ハウジング構成部材は、上記第２ハウジング構成部材の隣接面に沿って当該構成部材と係合する第１の位置と、上記各ハウジング構成部材の隣接しあう面の間に開口部が生じ圧縮ガスのブリードを行う第２の位置と、の間で上記エンジン中心軸に沿って移動可能であり、
さらに、
上記第１ハウジング構成部材に取り付けられた、少なくとも１つのアームおよび１つもしくは複数のローラと、
上記ローラに対応して上記第２ハウジング構成部材上に設けられ、これに沿って上記ローラが移動することにより、上記第１の位置と上記第２の位置との間において上記第１ハウジング構成部材を位置決めする溝と、
上記アームに力を付与し、上記第２ハウジング構成部材に対し周方向に上記第１ハウジング構成部材を移動させる機械的接続部と、
を備え、かつ、
上記溝と上記ローラは、互いに係合し、上記第２ハウジング構成部材の中心軸に対しそれぞれ傾斜し、かつ、上記ローラの回転面が上記溝の底面に接触することを特徴とするガスタービンエンジン。
【請求項２】
上記溝と上記ローラは、上記第２ハウジング構成部材の中心軸に対し２５度〜８０度の角度で傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービンエンジン。
【請求項３】
上記コンプレッサは軸流コンプレッサであり、これより下流に設けられた遠心コンプレッサを備え、上記アームへの力が接線方向に付与されることを特徴とする請求項１又は請求項２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
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特にガスタービンエンジン用のブリーダーバルブに関する。
従来の技術
従来、航空機の動力源として使用されるガスタービンエンジン（図１参照）では、空気は多段コンプレッサに導入されるとともに、エンジンから燃焼器へと軸方向、または軸方向及び半径方向に流れ、各連続するコンプレッサを通るにつれて、空気が圧縮される。エンジンの減速時や始動時等の特定の状況下では、燃焼器で必要となる空気量はコンプレッサを流通する量よりも少なくなる。この状況では、エンジンサージやブローアウトが起こる可能性があり、エンジンの動作、すなわち航空機の動作を危険にさらすことになる。
このような危険を軽減するために、上記ガスタービンエンジンは、燃焼器の前段のエンジンハウジングにブリーダーバルブを組み込んでいる。ブリーダーバルブは、エンジンサージが起こりそうな時に開き、燃焼器への空気流を減少させる。これら従来のブリーダーバルブは、可動バルブ部材によって開くコンプレッサハウジングの簡素な管接続口から、エンジンハウジングの隣接セグメント即ち隣接する構成部材を分離させて開口部を形成するものまで、様々な形状のものがある。
可動構成部材を使用する従来のブリーダーバルブを図２、３、４に示す。このブリーダーバルブは、エンジンハウジング１１の可動部１０に結合した連結部材８に、加圧エンジン燃料から得られる接線力をロッド６を通じて適用することによって操作される。
この力は、可動構成部材１０を螺旋方向に移動させる。即ち、可動構成部材１０は、エンジン吸気口１３に近づくとともに、空気流に対して接線方向に回転する。可動構成部材１０が固定構成部材１２から離れるに従って、開口部１４が可動構成部材１０と固定構成部材１２の間に形成される。この開口部によって、圧縮空気が外部へ漏洩可能となり、結果として、その段階のコンプレッサの空気圧、即ち燃焼器に達する空気の圧力を低下させる。
これら各構成部材の軸上の相対的な位置は、連結部８により保持され、また、固定構成部材１２の外側に一定の間隔で取り付けられた他の２カ所の連結部１６によっても保持されている。これらの連結部は、２つの端部を有する平たい金属連結部１８を含み、第一端部２０は固定構成部材１２の外表面にピン２２とマウント２４によって取り付けられ、第二端部２６は可動構成部材１０の外表面に第二マウント３０と第二ピン２８によって取り付けられている。
可動構成部材１０と固定構成部材１２をつないでいる連結部１６は、ブリーダーバルブの作動中に２つの構成部材の軸方向における相対的位置を保持する。このことは大変重要である。なぜなら、エンジン内のクリアランスは限られているので、構成部材がこの相対的位置より外に移動し得る場合には損傷が起こり得るからである。作動時の２つの構成部材の位置をさらに保持するために、保持パッド３２が使用される。この保持パットはＬ字型のオーバーハングまたはアーム部３４を含む。
このアーム部３４は、アームの端部３６が固定構成部材１２のリップ部３８の下端まで掛かり、また、固定部１２の外表面のリップ部３８のすぐ下に位置しているタブ４０とアームが接触するように可動構成部材１０に取り付けられている。アームの端部３６は、可動構成部材の開閉のための回転時にタブとアーム間の摩擦を減少させるための摩擦防止材から成るカバーリング４６を有する。シールが確実に密閉されるように、同軸のはめあい溝（ランドとグルーブ）４８がはめあい表面４２と４４の両方に形成されている。この溝は、バルブの閉鎖時に両面間の密閉度を高める。
サージが起こり得る状況やその他の状況、つまりブリーダーバルブを開口させる必要がある状況では、バルブは迅速かつ即座に応答しなければならない。従来の設計は適切なものではあるが、バルブを作動する燃料圧による動力は限られており、また、これらのバルブが作動する環境は高温かつ汚染されている。従って、バルブの作動時に必要な動力を減少させ、汚濁による付着物によってバルブの反応速度が鈍ることのないように、改良が絶えず試みられている。さらに、可動構成部材の移動を制御する機械連結部は、所望の最適量を超える横動を可能としてしまう。
また、ブリーダーバルブ構成部材に取り付けられたタブやアームは、バルブの重量とその製造の機械加工工程を増加させ、結果的に製造コストを上げる。従って、この設計のブリーダーバルブにおいて必要とされているのは、バルブの開口に必要な動力を減少させ、可動構成部材の相対的移動を改良し、製造コストを下げる改良されたシステムである。
発明の概要
本発明の特徴の１つは、可動と固定の２つの構成部材を有する従来のブリーダーバルブを作動する改良された手段である。本発明は、以前に必要とされていたよりも少ない動力でバルブの開口を可能にする。これは、バルブの可動構成部材に力を与えることによって達成され、この力が可動構成部材をエンジン軸と同軸上に回転させるのである。可動構成部材が回転し始めると、所定の角度で可動構成部材に取り付けられて、固定構成部材の外表面に形成された角度がついた経路に沿って移動するローラが、その経路に沿って移動するように促される。ローラの移動により、軸方向の運動が可動構成部材に伝達される。この結果、可動構成部材は螺旋状の動きで固定構成部材から離れるように移動して固定構成部材と可動構成部材の間に開口部を形成し、圧縮空気の通過が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に用いられるタイプのガスタービンエンジンの横断面図である。
図２は、従来のエアーブリーダーバルブの透視図である。
図３は、従来のエアーブリーダーバルブの開口時における連結部の透視図である。
図４は、従来のエアーブリーダーバルブの閉鎖時における連結部の透視図である。
図５は、本発明に係るエアーブリーダーバルブの閉鎖時における透視図である。
図６は、本発明に係るエアーブリーダーバルブの開口時における透視図である。
図７は、本発明に係るエアーブリーダーバルブの閉鎖時における側面図である。
図８は、図７の矢印８方向からの図である。
図９は、本発明に係るエアーブリーダーバルブの開口時における側面図である。
図１０は、図９の矢印１０方向からの図である。
図１１は、ローラの横断面図である。
発明の最良の実施形態
本発明は、図５〜１１を参照すると最もよく理解できる。図５と６は、可動構成部材１０と固定構成部材１２を含む本発明の透視図である。これらの構成部材は、従来のものとそれぞれ同様であり、固定構成部材の前方に可動構成部材が位置している。図５で示されているように、ブリーダーバルブの閉鎖時には、ブリーダーバルブ前段のコンプレッサからの圧縮空気は、全てブリーダーバルブを通ってエンジンの中央軸沿いにブリーダーバルブ後方の燃焼セクション（図示省略）へ送られる。逆に、図６で示されているブリーダーバルブの開口時には、エンジンを軸方向に流れている圧縮空気の一部が、ブリーダーバルブ内に形成された開口部１４より外に排出される。
このバルブは、可動構成部材に、中央軸を中心として回転するに十分な動力を加えることで作動される。この動力は、中央軸に対して接線方向に加えられることが望ましい。本実施形態では、この動力が燃料圧によって供給され、また、ピン５２とローラコネクション５４によって可動構成部材に固定されたフランジ５０に連結したロッド６によって、可動構成部材へ伝達されることが望ましい。
可動構成部材１０が回転し始めると、可動構成部材１０に取り付けられた（一連の）ベアリング５６が固定構成部材表面に沿った経路５８上を進む。この経路５８は、ローラが経路５８上を進むにつれて、可動構成部材が接線方向だけでなく軸方向にも移動するのを促すような角度で設計されている。その結果、二つの構成部材は分離して、図９に示されているように開口部１４が形成される。
図７〜１１に示されているように、ローラ５６はピン６２によってアーム６０に取り付けられている。ローラ５６の内輪はピン６２にプレスばめされ、ローラ５６の外輪６６は経路５８上を移動し、ベアリング６４上を回転する。これらの経路は様々な形式が可能である。ここで図示されている経路は、ハウジングの表面に機械加工されているが、ハウジングの表面を直接加工することもできる。ローラは、ローラアセンブリ内に汚れが入り込んで問題が起きる可能性を減少させる従来のシールベアリングが望ましい。
ここで図示したバルブの設計は、３つのローラと均等な間隔で配列された３つの経路を有する。しかし、設計の特徴によってベアリングの数を増やすこともあり得る。ベアリングは、従来に比べバルブを開口するために必要な動力を減少させるだけでなく、バルブの開閉時に２つのハウジング構成部材の相対的位置を同軸上に保持する。経路の位置と角度は、バルブの開口幅とベアリングを経路上移動させるために必要なストロークの長さによって異なる。一般に、経路の角度はエンジンの中央軸に対して２５から８０度であり、約４５度が最も望ましい。
従来のブリーダーバルブと本発明のブリーダーバルブを作動するために必要なエネルギー量を算出するためにこれらの比較実験をした。この実験では、従来と本発明のブリーダーバルブの双方に関して、固定構成部材がテーブルの表面に対して水平になるようにテーブルに乗せ、可動構成部材に４０ポンドの重りを乗せた。その状態で、バルブを開口するのに十分な動力を加えてバルブを作動し、必要な動力をそれぞれ計測した。
その結果、従来のバルブが作動に９０ポンドの動力を要したのに比べ、本発明はわずか４０ポンドしか必要としなかった。これは、バルブを開口するために必要な動力の５０％以上の削減である。この結果、バルブはより速く、より確実に反応するようになる。さらに、従来の結合部材を本発明のベアリングに替えることで、環境の汚染によって汚れが付着する可能性が減少する。
また、ベアリングを経路上に移動させることによって、構成部材間の相対的位置を保持する事ができ、その結果従来のパッド３２は不要になり、バルブの製造コストを削減することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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