(57)【要約】  圧縮機（１６）と流体的に連通するように適合された径方向空気取入口（３４）と、径方向空気取入口（３４）を覆って、周方向において非線対称な空気流を受容し、径方向空気取入口（３４）の周囲の空気流を部分的に遮断する制限部材（３６）であって、空気流がより強い場所ではより大きい割合の空気流を遮断することによって、径方向空気取入口（３４）においてより線対称となるよう、空気流を周方向において再分布させる制限部材（３６）とを備える、径方向空気取入口アッセンブリ（３０）。
2007529663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機用の径方向空気取入口アッセンブリであって、
上記圧縮機と流体的に連通するよう適合された径方向空気取入口と、
上記径方向空気取入口を覆い、かつ、周方向において非線対称な空気流を受容する制限部材であって、径方向空気取入口のまわりの空気流を部分的に遮断し、上記径方向空気取入口の周囲でより線対称となるように空気流を周方向において再分布するよう、空気流が強い場所ではその空気流をより大きい割合で遮断する、制限部材と、
を含んでなることを特徴とする、径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項２】
前記制限部材が複数の開口を備え、その開口の有効面積が、空気流の遮断される割合が大きい場所では小さくなるように変わることを特徴とする、請求項１に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項３】
前記開口が円形の穴であることを特徴とする、請求項２に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項４】
前記径方向空気取入口と前記制限部材とが環状であることを特徴とする、請求項１に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項５】
前記空気流が、前記制限部材を部分的に取り囲み、かつ、雰囲気と流体的に連通する１つの開放端を有するプレナムを介して供給されることを特徴とする、請求項１に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項６】
前記複数の開口が、前記制限部材上に均等に分布されており、かつ、前記有効面積が、種々異なる面積の開口を有することによって変わることを特徴とする、請求項２に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項７】
前記複数の開口が同じ面積を有し、かつ、前記有効面積が前記開口の分布密度を変えることによって変わることを特徴とする、請求項２に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項８】
前記径方向空気取入口に到達する空気流が周方向において線対称であることを特徴とする、請求項１に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項９】
前記制限部材が可変有効開口面積を有するプレートであることを特徴とする、請求項１に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項１０】
ガスタービンエンジン内の圧縮機の径方向空気取入口における空気流を整流するための制限部材であって、
上記空気流を部分的に遮断するように上記径方向空気取入口を覆うよう適合された環状体であって、第１の領域と、その第１の領域の半径方向において対向する第２の領域と、それら第１と第２の領域の間に延在する複数の領域を画定するように、同一の面積を有し、上記環状体の長さに沿って延在し、かつ、前記環状体の同じ角度の部分の１つに範囲が及ぶ複数の領域に分割される、環状体と、
上記環状体中の複数の開口であって、上記各領域において有効開口面積を画定し、その有効開口面積が、上記第１の領域において最小であり、上記第２の領域において最大になるよう、隣接する上記中間領域において線対称的かつ漸進的に大きくなる、開口と、
を備えることを特徴とする、制限部材。
【請求項１１】
前記各領域が同数の開口を有し、かつ、前記有効開口面積が、隣接する領域において異なる寸法の開口を有することによって変わることを特徴とする、請求項１０に記載の制限部材。
【請求項１２】
前記複数の開口が同じ寸法を有し、かつ、前記有効開口面積が、隣接する領域において異なる数の開口を有することによって変わらることを特徴とする、請求項１０に記載の制限部材。
【請求項１３】
ガスタービンエンジン中の圧縮機用の径方向空気取入口アッセンブリであって、
第１の周方向非線対称分布を有する空気流を径方向に供給する第１の手段と、
上記圧縮機へ空気流を送り込む第２の手段と、
上記空気流を部分的に遮断するように上記第２の手段を覆う第３の手段と、
上記第３の手段に設けられた開口であって、それら開口の有効面積は、空気流が、上記第１の分布と比較して周方向においてより非線対称ではない第２の分布を備える上記第２の手段に進入するよう、上記空気流が大きい場所では上記空気流を遮断する分が大きくなるように、上記第３の手段に沿って変化する、開口と、
を備えることを特徴とする、径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項１４】
前記開口が、前記第３の手段に沿って均等に分布され、かつ、前記有効面積が、種々異なる寸法の開口を有することによって変わることを特徴とする、請求項１３に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項１５】
前記開口が同じの面積を有し、かつ、前記有効面積が、前記第３の手段に沿って開口密度を変化させることによって変わることを特徴とする、請求項１３に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項１６】
前記第３の手段が可変の開口面積を有する環状有孔プレートからなることを特徴とする、請求項１３に記載の径方向空気取入口アッセンブリ。
【請求項１７】
取り入れる空気流を受容する径方向空気取入口と、
その径方向空気取入口を覆う有孔プレートと、
を含んでなり、その有孔プレートはその長さにわたって変化する開口面積を有し、その開口面積は空気流が弱い場所では大きくなることを特徴とする、圧縮機空気取入口アッセンブリ。
【請求項１８】
前記有孔プレートが、取り囲んでいるプレナムから径方向空気取入口を離隔することを特徴とする、請求項１７に記載の圧縮機空気取入口アッセンブリ。
【請求項１９】
前記プレナムがＵ字形であり、前記有孔プレートが環形であることを特徴とする、請求項１８に記載の圧縮機空気取入口アッセンブリ。
【請求項２０】
前記開口面積が、前記プレナムの閉鎖端に隣接する場所で最大なるよう、前記プレナムの開放端から離れる方向において増大することを特徴とする、請求項１９に記載の圧縮機空気取入口アッセンブリ。
【請求項２１】
前記有孔プレートが複数の穴を画定し、かつ、前記開口面積が、それら穴の寸法か分布密度の少なくともいずれか一方を変えることによって、前記プレートに沿って変わることを特徴とする、請求項１７に記載の圧縮機空気取入口アッセンブリ。
【請求項２２】
ガスタービンエンジン中の圧縮機の径方向空気取入口周囲の空気流の均一性を向上させる方法であって、
ａ）少なくとも、空気流がより強い第１の領域と、空気流がより弱い第２の領域とを決定するために、上記径方向空気取入口の周方向に沿った空気流を測定するステップと、
ｂ）少なくとも上記径方向空気取入口の第１の領域を覆う部材を設けるステップと、
ｃ）上記径方向空気取入口の周囲で周方向においてより線対称的に空気流を再分配するために、上記部材で空気取入口の周囲に沿って空気流を可変的に遮断するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記ステップａ）が、前記空気流が前記第２の領域と比較して強く、かつ、前記第１の領域と比較して弱いような複数の中間領域であって、隣接する該中間領域における空気流が異なる、複数の中間領域を決定するために、径方向空気取入口の周方向に沿って空気流を測定することをさらに含み、かつ、前記ステップｂ）において、前記部材が、少なくとも前記径方向空気取入口の前記第１の領域と前記複数の中間領域とを覆うことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【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し、より詳細には、そのようなエンジンの圧縮機吸気口に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの圧縮機の空気取入口を通る空気流分布が不均一であると、エンジン性能を低下させる可能性があり、エンジンブレードのいくつかを失速させる場合さえある。
【０００３】
この問題は、径方向の空気取入口においてより多く存在する場合があり、これは、径方向の空気取入口がプレナム内に位置することが多く、プレナムは、その周方向における部分に沿ってのみ大気に開放されているからである。空気流の及ぶ距離は、空気取入口の周方向における周囲で変化するため、径方向の空気取入口を通過する空気流は、実質的に非線対称になる可能性がある。
【０００４】
空気取入口全体にわたってより均一な空気流分布を得るべく、多数の装置が開発されている。これらの装置のほとんどは、軸方向の空気取入口を対象とするものである。例えば、空気取入口の周囲にプレナムを追加することが提案されており、このプレナムは、均等に穿孔された壁によって空気取入口から離隔されている。空気取入口内の空気圧は、弁など能動的手段を介してプレナム内の空気圧を変化させることによって均等化される。しかし、これらの手段は、故障したり、エンジン重量の増加の要因になったり、さらなる保守を要する潜在性を有する、エンジンの追加構成要素の典型である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、圧縮機用の改良された径方向空気取入口アッセンブリを提供することである。
【０００６】
即ち、本発明の概略的な態様によれば、圧縮機用の径方向空気取入口アッセンブリであって、圧縮機と流体的に連通するように適合された径方向空気取入口と、径方向空気取入口を覆い、かつ、周方向において非線対称な空気流を受容する制限部材とを含んでなり、該制限部材は、径方向空気取入口の周囲の空気流を部分的に遮断し、前記径方向空気取入口の周囲で、周方向においてより線対称に再分布する空気流がより強い場合に、その空気流のより強い部分を遮断することを特徴とする、圧縮機用の径方向空気取入口アッセンブリが提供される。
【０００７】
本発明の別の概略的な態様によれば、ガスタービンエンジン内の圧縮機の径方向空気取入口における空気流を整流するための制限部材であって、該制限部材は、上記空気流を部分的に遮断するように上記径方向空気取入口を覆うよう適合された環状体であって、第１の領域と、その第１の領域の半径方向において対向する第２の領域と、それら第１と第２の領域の間に延在する複数の領域を画定するように、同一の面積を有し、上記環状体の長さに沿って延在し、かつ、前記環状体の同じ角度の部分の１つに範囲が及ぶ複数の領域に分割される、環状体と、該環状体中の複数の開口であって、各領域において有効開口面積を画定し、その有効開口面積が、第１の領域において最小であり、第２の領域において最大になるよう、隣接する中間領域において線対称的かつ漸進的に大きくなる開口とを含んでなることを特徴とする、制限部材が提供される。
【０００８】
本発明のさらに別の概略的な態様によれば、ガスタービンエンジン中の圧縮機用の径方向空気取入口アッセンブリであって、第１の周方向非線対称分布を有する空気流を径方向に供給する第１の手段と、圧縮機へ空気流を送り込む第２の手段と、空気流を部分的に遮断するように第２の手段を覆う第３の手段と、第３の手段に設けられた開口であって、それら開口の有効面積は、空気流が、第１の分布と比較して周方向においてより非線対称ではない第２の分布を備える第２の手段に進入するよう、空気流が強い場所では空気流を遮断する割合が大きくなるように、第３の手段に沿って変化する開口とを備えることを特徴とするアッセンブリが提供される。
【０００９】
本発明のさらに別の一般的な態様によれば、取り入れる空気流を受容する径方向空気取入口と、その径方向空気取入口を覆う有孔プレートであって、その長さにわたって変化する開口部面積を有し、その開口面積は空気流が弱い場合には大きいような有孔プレートとを備えることを特徴とする、圧縮機空気取入口アッセンブリが提供される。
【００１０】
本発明のさらに別の一般的な態様によれば、ガスタービンエンジン内の圧縮機の径方向空気取入口のまわりの空気流の均一性を向上させる方法であって、少なくとも空気流が強い第１の領域と、空気流が弱い第２の領域とを決定するために、径方向空気取入口の周囲に沿った空気流を測定するステップと、少なくとも径方向空気取入口の第１の領域を覆う部材を設けるステップと、径方向空気取入口の周囲で周方向においてより線対称的に空気流を再分配するために、その部材で空気取入口の周囲に沿って空気流を可変的に遮断するステップとを含んでなることを特徴とする方法が提供される。
【００１１】
次に、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を例として示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、減速ギアボックス（ＲＧＢ）１４を介してプロペラ１２を駆動する、亜音速飛行での使用に好ましい型式のターボプロップエンジン１０を示す。エンジン１０は、共通シャフト１９上に装着されたタービン１６と圧縮機１８から構成される第１の回転アッセンブリと、動力タービンシャフト２２上に装着された動力タービン２０から構成される第２の回転アッセンブリを備える。第１と第２の回転アッセンブリは互いに連結されておらず、反対方向において異なる速度で回転する。この設計は、「フリータービンエンジン」と呼ばれる。本発明は、その他の種類のガスタービンエンジンにも適用することができることが理解される。
【００１３】
圧縮機１８は、エンジン１０中に空気を取り込み、その圧力を増大させて、それを燃焼室２６に送り込み、そこで圧縮空気は燃料と混合されて、高温燃焼ガス流を発生させるために、点火される。圧縮機タービン１６は、圧縮機１８を駆動するための高温膨張ガスからエネルギーを抽出する。圧縮機タービン１６から出る高温ガスは、動力タービン２０を通過して膨張するときに、再び加速される。動力タービン２０は、プロペラ１２を駆動するための回転エネルギーを供給する。ＲＧＢ１４は、動力タービン２０の速度をプロペラ１２に適する速度に低減する。
【００１４】
圧縮機１８は、３０で示す径方向空気取入口アッセンブリからの空気流を受容する。図２〜３Ａを参照すると、空気取入口アッセンブリ３０は、開放上端４８を有するＵ字形の壁４６で画定されたプレナム３２を含む。プレナム３２は、環状で圧縮機シャフト１９を中心に配置された径方向空気取入口３４を取り囲む。環状有孔プレート３６の形態で設けられた制限部材は空気取入口３４にわたって延在し、それを覆っている。複数の開口部３８は、好ましくは円形の穴であり、プレート３６内に画定されている。空気取入口３４は、軸流圧縮機の段４５と流体的に連通する軸方向のコンジット４４（図３Ａ）に連結されている。
【００１５】
プレナム３２はその開放上端４８から大気を受容して、空気取入口３４を取り囲むプレート３６周囲の空気流４０の分散源として作用する。プレナム３２は、空気流４０の形を作る。開放上端４８付近では、空気流４０はプレート３６に直接衝突する。しかしながら、プレート３６の底部領域に達する空気は、かなりの距離を移動しなければないため、プレナム壁４６によって漸進的に方向転換される。その結果、有孔プレート３６の底部に達する空気流４０は、十分に減衰されることになる。また、プレート３６に到達する空気流４０の角度は、プレナム３２とプレート３６の間の自由空間の形状に影響される。一般に、空気流４０は、プレート３６の底部領域に向かって、プレート３６に対して傾きが大きくなる。
【００１６】
プレート３６の特定の箇所に位置する穴３８を通過する空気流は、プレート３６に垂直な穴における空気流分を考慮に入れることによって測定することができる。従って、特定の穴３８を通過する空気流は、その穴へ到達する空気流の大きさと角度、即ち、プレート３６中の、空気流が通過する穴の位置に依存する。そのため、全てが同一の表面積を有する、均等に分布した穴３８によって、空気取入口３４に到達する空気流は実質的に非線対称に分布すると共に、空気取入口３４の底部端に向かって概ね漸進的に弱くなる。
【００１７】
正確に空気流を分布させるために、空気流が大きくなる場合にプレート３６で遮断される空気流分４０が大きくなるよう、穴３８の有効面積をプレート３６に対して変化させる。有効面積は、プレート３６の領域にわたる全ての穴３８の面積の合計と定義される。プレート３６に到達する大きな空気分を、空気流が弱い場所に位置する穴３８に通過させると、プレート３６を貫通する空気流の分布が平衡化する。つまり、適切な有効面積の分布によって、空気取入口３４のまわりに均一な空気流が供給されることになるのである。
【００１８】
好ましい実施形態において、有効面積は、全てが同じ表面積を有する穴３８について、穴３８の密度を変化させることによって変えることができる。このことは図２中において、破線５０により、プレート３６が、プレート３６の長さに沿って延在する６つの領域に分割され、かつ同じ角度で画定されており、同じ面積を有することから明らかである。符号Ａを付した最上部の領域は最も少数の穴３８を有し、符号Ｂを付した最低部の領域は最も多数の穴３８を有する。穴３８の数は、中間領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆにおいて最上部から最低部へと漸進的に増加する。当業者であれば、６つという数が例示的な形態にすぎず、プレート３６は任意の数の領域に同様に分割することができることは、当然ながら理解するであろう。その他の実施形態においては、穴３８の均一な分布、すなわち各領域内に同数の穴を使用するが、空気流４０がより弱い箇所では、穴の表面積をより大きくすることにより、有効面積を変えることも考えられる。従って、穴の寸法はプレート３６の底部端に向かって漸進的に増加することになる。
【００１９】
径方向空気取入口アッセンブリ３０を、軸流圧縮機に使用する場合について説明したが、これは、遠心圧縮機にも使用することができる。図３Ｂを参照すると、空気取入口３４は、軸方向からの空気を径方向に転換させるように適合した遠心圧縮機４７へ空気を送り込む。この場合の空気取入口アッセンブリ３０の機能および構成要素は、先述したアッセンブリ３０と同様である。
【００２０】
開口（穴）３８は、円形穴として図示しているがその他の形状も使用でき、そのような形状には、それらに限定されるものではないが、スロット形、長円形穴および矩形の開口などが包含される。異なる形状の穴を、プレート３６の異なる領域中に使用することもできる。プレート３６は、開口３８として機能する、細長い空間がそれらの間で画定されるような一連のストリップの形態とすることもできる。プレート３６は又、非線対称に形成されたその他の型の空気取入口や、空気流をより対称的に再分布することを必要とするその他の型の空気用装置（ａｉｒ  ｄｅｖｉｃｅｓ）と共に使用することもできる。
【００２１】
上述した本発明の実施形態は例示を意図するものである。そのため、当業者であれば、前述の説明が単なる例示であり、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な代替形態並びに変更形態が考案可能であることは理解するであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲内に含まれるそのような全ての代替形態、変更形態並びに変形形態を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態を適用したガスタービンエンジンの概略的な部分断面側面図。
【図２】図１のガスタービンエンジンに使用される、径方向空気取入口アッセンブリの部分断面図。
【図３Ａ】軸流圧縮機に使用される図２の径方向空気取入口アッセンブリの部分断面側面図。
【図３Ｂ】遠心圧縮機に使用される、図２の径方向空気取入口アッセンブリの部分断面側面図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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2007529663.tif 000008
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