(57)【要約】      （修正有）【課題】入口フレームおよびそれを積層造形する方法が提供される。【解決手段】入口フレーム（５４）は、圧縮機入口（１０８）と流体連通する入口流路（１０６）を画定するために、後方環状体（１０４）から離間して配置された前方環状体（１０２）を含む。入口フレーム（５４）は、洗浄流体の流れを直接圧縮機入口（１０８）を介して導くための一体的な洗浄マニホールド（１３０）および吐出ポート（９２）を画定することができる。さらに、入口フレーム（５４）は、凍結条件になりやすい入口フレーム（５４）の領域を加熱するための高温空気源（１５０）と流体連通する１つまたは複数の一体型環状加熱プレナム（８４、１８６）を画定することができる。【選択図】図３
2019082164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）用の入口フレーム（５４）であって、前記ガスタービンエンジン（１０）は、軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）および円周方向（Ｃ）を規定し、前記ガスタービンエンジン（１０）は、圧縮機入口（１０８）を画定し、かつ、空気流（５０）を加圧するために軸方向（Ａ）の周りに回転可能な圧縮機（２２）を含み、前記入口フレーム（５４）は、
前方環状体（１０２）と、
前記圧縮機入口（１０８）と流体連通する入口流路（１０６）を画定するように前記前方環状体（１０２）から離間して配置された後方環状体（１０４）と、
前記前方環状体（１０２）によって画定される環状加熱プレナム（８４、１８６）と、
高温流路を画定する流体供給導管（１６４、１８８）と、を含み、前記高温流路は、加熱された流体の流れを前記環状加熱プレナム（８４、１８６）に提供するために、前記環状加熱プレナム（８４、１８６）と高温空気源との間の流体連通を提供する、入口フレーム（５４）。
【請求項２】
前記環状加熱プレナム（８４、１８６）は、前記ガスタービンエンジン（１０）の入口スクリーン（８０）に近接して前記前方環状体（１０２）の半径方向外側部分に画定された入口加熱プレナム（８４）である、請求項１に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項３】
複数の補強リブ（１６８）が前記入口加熱プレナム（８４）内に画定される、請求項２に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項４】
前記入口フレーム（５４）は、
前記入口加熱プレナム（８４）から前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在する前方入口スクリーン（８２）を含み、前記前方入口スクリーン（８２）は、前記加熱された流体の流れを受けるために前記入口加熱プレナム（８４）と流体連通する複数の管（８６）
を含む、請求項２に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項５】
前記複数の管（８６）は織り合わされている、請求項４に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項６】
前記前方入口スクリーン（８２）は湾曲している、請求項４に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項７】
前記入口スクリーン（８０）は、前記入口流路（１０６）と流体連通する１つまたは複数の吐出ポート（９２）を画定する環状吐出マニホールド（９０）をさらに含み、前記複数の管（８６）の各々は、前記環状吐出マニホールド（９０）内で終端する、請求項４に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項８】
前記入口スクリーン（８０）は、
半径方向入口の上に配置され、前記環状吐出マニホールド（９０）と前記後方環状体（１０４）との間に実質的に前記軸方向（Ａ）に沿って延在する外側スクリーン（９４）をさらに含み、前記外側スクリーン（９４）は、前記環状吐出マニホールド（９０）と熱伝達する、請求項７に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項９】
前記環状加熱プレナム（８４、１８６）は、前記前方環状体（１０２）の前端部に画定されたベーン加熱プレナム（１８６）であり、前記前方環状体（１０２）は、前記前方環状体（１０２）の周りに円周方向（Ｃ）に離間され、かつ、前記ベーン加熱プレナム（１８６）と流体連通する複数の開口部（１８９）をさらに画定し、円周方向（Ｃ）に離間して配置された複数の入口ガイドベーン（１８０）が前記入口流路（１０６）内に配置され、各入口ガイドベーン（１８０）は、前記複数の開口部（１８９）のうちの１つを通ってベーン加熱プレナム（１８６）内に延在するスピンドル（１８４）を有する、請求項１に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項１０】
前記入口ガイドベーン（１８０）の各々は、前記加熱された流体の流れを前記入口ガイドベーン（１８０）に通すための１つまたは複数の内部流路を画定する、請求項９に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項１１】
前記前方環状体（１０２）および前記流体供給導管（１６４、１８８）は、単一のモノリシック部品として一体に形成される、請求項１に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項１２】
前記入口フレーム（５４）は複数の層を含み、前記複数の層は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させることと、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させることと、
によって形成される、請求項１に記載の入口フレーム（５４）。
【請求項１３】
ガスタービンエンジン（１０）の入口フレーム（５４）の入口スクリーン（８０）を加熱する方法（３００）であって、前記ガスタービンエンジン（１０）は、軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）および円周方向（Ｃ）を規定し、前記方法（３００）は、
高温空気源（１５０）から入口加熱導管（１６４）を通って入口加熱プレナム（８４）に高温空気の流れを供給するステップ（３１０）と、
前記入口加熱プレナム（８４）内の前記円周方向（Ｃ）の周りに前記高温空気の流れを拡げるステップ（３２０）と、
前記入口加熱プレナム（８４）と流体連通する複数の管（８６）に前記高温空気の流れを分配して、前方入口スクリーン（８２）を形成するステップ（３３０）と、
環状吐出マニホールド（９０）内の前記複数の管（８６）を通過した前記高温空気の流れを収集するステップ（３４０）と、
前記入口フレームの前方環状体（１０２）および後方環状体（１０４）によって画定された入口流路（１０６）に前記高温空気の流れを吐出するステップ（３５０）と、を含み、前記入口流路（１０６）は前記ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機入口（１０８）と流体連通する、方法。
【請求項１４】
前記前方入口スクリーン（８２）は、前記入口加熱プレナム（８４）から前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在し、かつ前記軸方向（Ａ）に向かって湾曲しており、前記複数の管（８６）は織り合わされている、請求項１３に記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの積層造形された入口フレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、互いに流体連通して配置されたファンおよびコアを含む。ガスタービンエンジンのコアは、一般に、直列の流れの順に、圧縮機部、燃焼部、タービン部、および排気部を含む。動作時には、ファンから圧縮機部の入口に空気が供給され、空気が燃焼部に到達するまで、１つまたは複数の軸流圧縮機が徐々に空気を圧縮する。燃料が圧縮空気と混合され、燃焼部内で燃焼して、燃焼ガスを提供する。燃焼ガスは、燃焼部からタービン部まで送られる。タービン部を通る燃焼ガスの流れは、タービン部を駆動し、次に、排気部を通って、例えば大気中に送られる。
【０００３】
特定のガスタービンエンジンは、空気流を受け入れて圧縮機部に導くように構成された入口フレームを含む。これらの入口フレームは、コアエンジンへの入口を画定することができ、例えば下流の圧縮機ロータブレードが失速またはサージングするのを防止するために、圧縮機に導かれる空気流を変更するために使用することができる１つまたは複数の入口ガイドベーン（ＩＧＶ）を含むことができる。さらに、様々な機能を実行するために、入口フレーム上に複数の流体分配システムおよびマニホールドを設けることができる。例えば、入口フレームは、圧縮機洗浄動作を実行するために入口に配置された水洗浄マニホールドを含むことができる。さらに、凍結防止マニホールドは、入口スクリーンおよびＩＧＶなどの氷結状態になりやすい入口フレームの領域に加熱された空気を提供することができる。
【０００４】
しかし、これらの流体分配システムおよびマニホールドは、しばしば複数の部品を必要とし、より複雑な組み立て、コストの増加、および信頼性の低下をもたらす。例えば、従来の入口フレームは、多数の流体マニホールド、供給導管、支持構造体、噴霧ノズル、および他の部品を含む。これらの部品の各々を、個別に位置決めし、方向付けし、例えばろう付け、溶接、または他の接合方法によって支持構造体および入口フレームに接続しなければならない。このような入口フレームの組み立てに関連する製造時間およびコストは非常に高く、マニホールドと導管との間の流体漏れの可能性は、形成された接合の数のために増加する。さらに、製造上の制限により、入口フレームに含まれる流体分配システムおよびマニホールドの数、サイズ、構成および位置が制限される。
【０００５】
したがって、改良された入口フレームを有するガスタービンエンジンが有用であろう。より具体的には、性能を改善し、製造および組み立てを簡素化する流体分配システムおよびマニホールドを含む入口フレームは、特に有益であろう。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００７】
本開示の例示的な一実施形態では、ガスタービンエンジン用の入口フレームが提供される。ガスタービンエンジンは、軸方向、半径方向、および円周方向を規定し、圧縮機入口を画定して、空気流を加圧するために軸方向の周りを回転可能な圧縮機を含む。入口フレームは、前方環状体と、圧縮機入口と流体連通する入口流路を画定するように前方環状体から離間して配置された後方環状体と、を含む。入口フレームは、前方環状体によって画定される環状加熱プレナムと、高温流路を画定する流体供給導管と、をさらに含み、高温流路は、加熱された流体の流れを環状加熱プレナムに提供するために、環状加熱プレナムと高温空気源との間の流体連通を提供する。
【０００８】
本開示の別の例示的な態様では、ガスタービンエンジンの入口フレームを製造するための方法が提供される。本方法は、積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップと、付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、付加材料の一部を融着させ、入口フレームを形成するステップと、を含む。入口フレームは、前方環状体と、入口流路を画定するように前方環状体から離間して配置された後方環状体と、を含む。入口フレームは、前方環状体によって画定される環状加熱プレナムと、高温流路を画定する流体供給導管と、をさらに含み、高温流路は、加熱された流体の流れを環状加熱プレナムに提供するために、環状加熱プレナムと高温空気源との間の流体連通を提供する。
【０００９】
本開示のさらに別の例示的な態様では、ガスタービンエンジンの入口フレームの入口スクリーンを加熱する方法が提供される。ガスタービンエンジンは、軸方向、半径方向、および円周方向を規定する。本方法は、高温空気源から入口加熱導管を通って入口加熱プレナムに高温空気の流れを供給するステップを含む。本方法は、入口加熱プレナム内で円周方向の周りに高温空気の流れを拡げるステップと、入口加熱プレナムと流体連通し、かつ、前方入口スクリーンを形成する複数の管に高温空気の流れを分配するステップと、をさらに含む。本方法は、環状吐出マニホールド内の複数の管を通過した高温空気の流れを収集するステップと、入口フレームの前方環状体および後方環状体によって画定された入口流路に高温空気の流れを吐出するステップと、をさらに含み、入口流路はガスタービンエンジンの圧縮機入口と流体連通する。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってよりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本主題の様々な実施形態による例示的なターボプロップエンジンの概略断面図である。
【図２】本主題の例示的な実施形態によるターボプロップエンジンの高圧圧縮機に設置された入口フレームおよび入口スクリーンの斜視図であり、明瞭化のために様々な詳細が削除されている。
【図３】本主題の例示的な実施形態による図２の例示的な入口フレームの概略断面図である。
【図４】本主題の例示的な実施形態による図２の例示的な入口フレームなどの、積層造形された入口フレームの斜視図である。
【図５】図４の例示的な入口フレームの正面図であり、本主題の例示的な実施形態による様々な一体型流体分配システムを明らかにするために入口フレームの一部を破線で示す。
【図６】図４の例示的な入口フレームの、図５の線６−６に沿った、断面図である。
【図７】図４の例示的な入口フレームの別の斜視断面図である。
【図８】本主題の例示的な実施形態によるベーン加熱プレナムおよび入口ガイドベーンの断面図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による入口フレームを製造する方法を示す図である。
【図１０】本主題の例示的な実施形態によるターボプロップエンジンの入口フレームの入口スクリーンを加熱する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書および図面における符号の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特徴もしくは要素を表すことを意図している。
【００１４】
本発明の実施形態を示すために、ここで詳細に参照を行うが、それの１つまたは複数の実施例を添付の図面に示す。詳細な説明では、図面中の特徴を参照するために数字および文字による符号を用いる。図面および説明の中で同じまたは類似の符号は、本発明の同じまたは類似の部品を参照するために使用されている。本明細書で使用する場合、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の位置または重要性を示すことを意図するものではない。「上流」および「下流」という用語は、流体経路における流体の流れに対する相対的な方向を指す。例えば、「上流」は流体が流れてくる方向を指し、「下流」は流体が流れていく方向を指す。さらに、本明細書において使用されるとき、「約」、「実質的に」、または「ほぼ」などといった近似の用語は、１０パーセントの誤差範囲内であることを指す。
【００１５】
本開示は、一般に、入口フレームと、それを積層造形する方法と、に関する。入口フレームは、圧縮機入口と流体連通する入口流路を画定するために、後方環状体から離間して配置された前方環状体を含む。入口フレームは、洗浄流体の流れを直接圧縮機入口を介して導くための一体的な洗浄マニホールドおよび吐出ポートを画定することができる。さらに、入口フレームは、凍結条件になりやすい入口フレームの領域を加熱するための高温空気源と流体連通する１つまたは複数の一体型環状加熱プレナムを画定することができる。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態によるガスタービンエンジンの概略断面図である。より詳細には、図１の実施形態では、ガスタービンエンジンは、本明細書において「ターボプロップエンジン１０」と呼ばれる逆流ターボプロップエンジン１０である。図１に示すように、ターボプロップエンジン１０は、軸方向Ａ（基準となる長手方向中心線または中心軸１２に平行に延びる）、半径方向Ｒ、および軸方向Ａの周りに配置された円周方向Ｃ（図示せず）を規定する。ターボプロップエンジン１０は、一般に、プロペラ部１４と、プロペラ部１４の下流に配置されたコアタービンエンジン１６と、を含み、プロペラ部１４は、コアタービンエンジン１６と共に動作可能であり、コアタービンエンジン１６によって駆動される。
【００１７】
図示する例示的なコアタービンエンジン１６は、概ね軸方向Ａに沿って延在する実質的に管状の外側ケーシング１８を一般的に含む。外側ケーシング１８は、一般にコアタービンエンジン１６を包囲し、単一のケーシングまたは複数のケーシングから形成することができる。コアタービンエンジン１６は、直列の流れの関係で、圧縮機２２、燃焼部２６、ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、および排気部３２を含む。空気流路は、一般に、互いに流体連通する圧縮機２２、燃焼部２６、ＨＰタービン２８、ＬＰタービン３０、および排気部３２を通って延在する。
【００１８】
高圧（ＨＰ）シャフトまたはスプール３４は、ＨＰタービン２８を圧縮機２２に駆動的に接続する。低圧（ＬＰ）シャフトまたはスプール３６は、ＬＰタービン３０をターボプロップエンジン１０のプロペラ部１４に駆動的に接続する。図示する実施形態では、プロペラ部１４は、離間してディスク４２に結合された複数のプロペラブレード４０を有する可変ピッチファン３８を含む。図示するように、プロペラブレード４０は、ほぼ半径方向Ｒに沿ってディスク４２から外向きに延在する。各プロペラブレード４０は、プロペラブレード４０のピッチを同時にまとめて変化させるように構成された適切な作動部材４４に動作可能に連結されたプロペラブレード４０により、ピッチ軸Ｐを中心としてディスク４２に対して回転することができる。プロペラブレード４０、ディスク４２、および作動部材４４は、動力ギヤボックス４６を横切るＬＰシャフト３６によって長手方向軸１２の周りで共に回転可能である。動力ギヤボックス４６は、ＬＰシャフト３６の回転速度をより効率的なファンの回転速度へと減速するための複数のギヤを備えており、１つまたは複数の結合システムを介してコアフレームまたはファンフレームの一方もしくは両方に取り付けられる。ディスク４２は、複数のプロペラブレード４０を通る空気流を促進するように空気力学的に輪郭が形成された回転可能なフロントハブ４８によって覆われる。
【００１９】
ターボプロップエンジン１０の動作中には、ある量の空気５０がファン３８のブレード４０を通過し、コアタービンエンジン１６の半径方向入口５２に向かって付勢される。より具体的には、ターボプロップエンジン１０は、空気の流れ５０の入口部分を入口５２から下流に向かって圧縮機２２に送る、半径方向入口５２を画定する入口フレーム５４を含む。圧縮機２２は、圧縮機ステータベーン６０の１つまたは複数の連続段、圧縮機ロータブレード６２の１つまたは複数の連続段、およびインペラ６４を含む。圧縮機ステータベーン６０の１つまたは複数の連続段は、外側ケーシング１８に結合され、圧縮機ロータブレード６２は、ＨＰシャフト３４に結合されて、空気５０の流れを徐々に圧縮する。インペラ６４が空気５０をさらに圧縮し、圧縮空気５０を燃焼部２６に導き、燃焼部２６では空気５０が燃料と混合される。燃焼部２６は、燃焼ガス６８を供給するために空気／燃料混合気を燃焼させる燃焼器６６を含む。
【００２０】
燃焼ガス６８は、タービンステータベーン７０の１つまたは複数の連続段と、タービンブレード７２の１つまたは複数の連続段と、を含むＨＰタービン２８を通って流れる。タービンステータベーン７０の１つまたは複数の連続段は、外側ケーシング１８に結合され、タービンブレード７２は、ＨＰシャフト３４に結合されて、そこから熱エネルギーおよび／または運動エネルギーを抽出する。次いで、燃焼ガス６８は、ＬＰタービン３０を通って流れ、ＬＰタービン３０において、さらなるエネルギーが、タービンステータベーン７０およびＬＰシャフト３６に結合されたタービンブレード７２のさらなる段によって抽出される。ＨＰタービン２８からのエネルギー抽出は、ＨＰシャフト３４を介して圧縮機２２の動作を支援し、ＬＰタービン３０からのエネルギー抽出は、ＬＰシャフト３６を介してプロペラ部１４の動作を支援する。燃焼ガス６８は、排気部３２を通ってターボプロップエンジン１０から出る。
【００２１】
図１に示した例示的なターボプロップエンジン１０は単なる例であり、他の例示的な実施形態では、ターボプロップエンジン１０は他の適切な構成を有してもよいことを理解されたい。例えば、他の例示的な実施形態では、代わりにターボプロップエンジン１０を、ターボファンエンジン、ターボジェットエンジン、内燃機関などの他の適切なタービンエンジンとして構成してもよいことを理解されたい。さらに、上述したターボプロップエンジン１０は、固定翼機または回転翼機における使用のための航空ガスタービンエンジンであるが、他の例示的な実施形態では、ターボプロップエンジン１０を、陸上の産業用ガスタービンエンジンまたは航空転用ガスタービンエンジンなどの任意のいくつかの用途に用いられる任意の適切な種類のガスタービンエンジンとして構成することができる。
【００２２】
さらに、他の例示的な実施形態では、タービンエンジンは、任意の適切な数の圧縮機、タービン、シャフトなどを含むことができる。例えば、理解されるように、ＨＰシャフト３４およびＬＰシャフト３６は、任意の適切な目的のために任意の適切な装置にさらに結合されてもよい。例えば、特定の例示的な実施形態では、図１のターボプロップエンジン１０は、ヘリコプタのプロペラを駆動するために利用されてもよく、航空転用用途で利用されてもよく、あるいは飛行機のプロペラに取り付けられてもよい。さらに、他の例示的な実施形態では、ターボプロップエンジン１０は、任意の他の適切なタイプの燃焼器を含むことができ、図示した例示的な逆流燃焼器を含まなくてもよい。
【００２３】
引き続き図１を参照すると、ターボプロップエンジン１０は、空気の流れをコアタービンエンジン１６に送るための入口フレーム５４を含むことができる。以下の説明は入口フレーム５４の構成に言及しているが、入口フレーム５４は本主題の態様を説明する目的でのみ使用されることを理解されたい。実際、本主題の態様は、自動車、航空、海洋、および他の産業で使用される入口フレームを形成して、動作を支援するためにエンジンに空気の流れを導くのを助けるために適用することができる。
【００２４】
一般に、本明細書に記載の入口フレーム５４の例示的な実施形態は、任意の適切なプロセスを使用して製造または形成することができる。しかし、本主題のいくつかの態様によれば、入口フレーム５４は、３−Ｄ印刷プロセスなどの積層造形プロセスを使用して形成することができる。このようなプロセスを使用することにより、入口フレーム５４を単一のモノリシック部品として、または任意の適切な数の下位部品として一体に形成することができる。特に、この製造プロセスにより、入口フレーム５４を一体に形成することができ、従来の製造方法を使用する場合には不可能な様々な特徴を含むことができる。例えば、本明細書に記載の積層造形方法は、これまでの製造方法を用いたのでは不可能な種々の特徴、構成、厚さ、材料、密度、流路、および取り付け構造を有する入口フレームの製造を可能にする。これらの新規な特徴のいくつかが本明細書に記載されている。
【００２５】
本明細書で使用する場合、「積層造形された」または「積層造形技法またはプロセス」という用語は、一般に、材料の連続する層が互いの上に設けられて、層ごとに三次元構成要素を「ビルドアップ」する製造プロセスを指す。連続する層が一般に互いに融着して、様々な一体的な下位構成要素を有することができるモノリシックな構成要素を形成する。積層造形技術は、本明細書では、典型的には垂直方向に層ごとに一点ごとに対象物を構築することによって複雑な対象物の製造を可能にするものとして説明されているが、他の製造方法も可能であり、それは本主題の範囲内である。例えば、本明細書における説明は連続する層を形成するための材料の付加を指すが、本明細書に開示した方法および構造は、任意の積層造形技法または積層造形技術を用いて実施できることを当業者は理解するであろう。例えば、本発明の実施形態は、層アディティブ処理、層サブトラクティブ処理、またはハイブリッド処理を使用することができる。
【００２６】
本開示による適切な積層造形技法には、例えば、融着堆積モデリング（ＦＤＭ）、選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、３Ｄ印刷であって、インクジェット、レーザージェット、およびバインダージェットなどの３Ｄ印刷、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）、直接選択的レーザー焼結（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結（ＥＢＳ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、レーザーエンジニアリングネットシェイピング（ＬＥＮＳ）、レーザーネットシェイプ製造（ＬＮＳＭ）、直接金属堆積（ＤＭＤ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、直接選択的レーザー溶融（ＤＳＬＭ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、ならびに他の公知のプロセスが含まれる。
【００２７】
本明細書に記載した積層造形プロセスは、任意の適切な材料を使用して構成要素を形成するために使用することができる。例えば、材料は、プラスチック、金属、コンクリート、セラミック、ポリマー、エポキシ、フォトポリマー樹脂、あるいは固体、液体、粉末、シート材、ワイヤ、または任意の他の適切な形態またはこれらの組み合わせであってもよい任意の他の適切な材料とすることができる。より具体的には、本主題の例示的な実施形態によれば、本明細書に記載の積層造形された構成要素を、これらに限られるわけではないが、純金属、ニッケル合金、クロム合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ならびにニッケルまたはコバルト系超合金（例えば、Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）という名称で入手可能な超合金）などの材料で部分的または完全に形成でき、あるいはこれらの材料の何らかの組み合わせで形成することができる。これらの材料は、本明細書に記載の積層造形プロセスでの使用に適した材料の例であり、一般に「付加材料」と呼ばれることがある。
【００２８】
加えて、当業者であれば理解するように、それらの材料を結合するための様々な材料および方法を用いることができ、かつ、これらは本開示の範囲内にあることが意図される。本明細書で用いられる「融着」への言及は、上記の材料のいずれかの結合層を作製するための任意の適切なプロセスを指すことができる。例えば、対象物がポリマーから作製されている場合には、融着は、ポリマー材料間の熱硬化性結合を生成することを指すことができる。対象物がエポキシである場合には、結合は、架橋プロセスにより形成することができる。材料がセラミックである場合には、結合は焼結プロセスにより形成することができる。材料が粉末状の金属である場合には、結合は溶融または焼結プロセスにより形成することができる。当業者であれば、積層造形により部品を作製するために材料を融着させる他の方法が可能であり、ここで開示する主題をそれらの方法で実施することができることを理解するであろう。
【００２９】
加えて、本明細書に開示する積層造形プロセスは、単一の構成要素を複数の材料から形成することを可能にする。したがって、本明細書に記載される構成要素を上記の材料の任意の適切な混合物から形成することができる。例えば、構成要素は、異なる材料、プロセス、および／または異なる積層造形装置を用いて形成された複数の層、セグメント、または部品を含むことができる。このようにして、任意の特定の用途の要求を満たすための異なる材料および材料特性を有する構成要素を製作することができる。さらに、本明細書に記載の構成要素は、全体が積層造形プロセスによって製作されているが、代替的な実施形態では、これらの構成要素のすべてまたは一部が、鋳造、機械加工、および／または任意の他の適切な製造プロセスによって形成されてもよいことを理解されたい。実際、これらの構成要素を形成するために、材料および製造方法の任意の適切な組み合わせを使用することができる。
【００３０】
例示的な積層造形プロセスについてここで説明する。積層造形プロセスは、構成要素の３次元（３Ｄ）情報、例えば３次元コンピュータモデルを使用して構成要素を製造する。したがって、構成要素の３次元設計モデルを製造前に定義することができる。この点に関して、構成要素のモデルまたはプロトタイプをスキャンして、構成要素の３次元情報を決定することができる。別の例として、構成要素のモデルは、構成要素の三次元設計モデルを定義するのに適切なコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを使用して構成することができる。
【００３１】
設計モデルは、構成要素の外面および内面の両方を含む構成要素の構成全体の３Ｄ数値座標を含むことができる。例えば、設計モデルは、本体、表面、および／または開口部、支持構造体などの内部流路を画定することができる。１つの例示的な実施形態では、３次元設計モデルは、例えば構成要素の中心（例えば、垂直）軸または任意の他の適切な軸に沿って複数のスライスまたはセグメントに変換される。各スライスは、スライスの所定の高さについての構成要素の薄い断面を画定することができる。複数の連続する断面スライスが共に３Ｄ構成要素を形成する。その後、構成要素は、完了するまでスライスごとに、または層ごとに「ビルドアップ」される。
【００３２】
このようにして、本明細書に記載された構成要素は、積層造形プロセスを用いて製造することができ、より具体的には、例えば、レーザーエネルギーまたは熱を用いてプラスチックを融着または重合することによって、または金属粉末を焼結または溶融することによって、各層が連続的に形成される。例えば、特定の種類の積層造形プロセスは、粉末材料を焼結し、あるいは溶融させるために、エネルギービーム、例えば電子ビームまたはレーザービームなどの電磁放射線を使用する。出力、レーザービームのスポットサイズ、およびスキャン速度に関する考慮事項など、任意の適切なレーザーおよびレーザーパラメータを使用することができる。構築材料は、特に高温での強化された強度、耐久性、および耐用年数のために選択された任意の適切な粉末または材料によって形成されてもよい。
【００３３】
各連続層は、例えば、約１０μｍ〜２００μｍであってもよいが、厚さは、任意の数のパラメータに基づいて選択することができ、代替的な実施形態によれば任意の適切なサイズであってもよい。したがって、上述の積層造形法を利用して、本明細書に記載の構成要素は、例えば１０μｍなど、積層造形プロセスにおいて利用される関連する粉末層の１つの厚さと同様の薄さの断面を有することができる。
【００３４】
さらに、積層造形プロセスを利用して、構成要素の表面仕上げおよび特徴は、用途によって必要に応じて変えることができる。例えば、表面仕上げを、積層造形プロセスの間に、とりわけ部品表面に対応する断面層の周辺部において、適切なレーザースキャンパラメータ（例えば、レーザー出力、スキャン速度、レーザー焦点スポットサイズ、など）を選択することによって調整する（例えば、より平滑にし、あるいはより粗くする）ことができる。例えば、レーザースキャン速度を増加させるか、または形成された溶融プールのサイズを小さくすることによってより粗い仕上げを達成することができ、レーザースキャン速度を減少させるか、または形成された溶融プールのサイズを大きくすることによって、より滑らかな仕上げを達成することができる。スキャンパターンおよび／またはレーザー出力を変更して、選択された領域の表面仕上げを変えることもできる。
【００３５】
特に、例示的な実施形態では、本明細書に記載された構成要素のいくつかの特徴は、以前は製造上の制約のため不可能であった。しかしながら、本発明の発明者らは、積層造形技法における最新の進歩を有利に利用して、概ね本開示によるこのような構成要素の例示的な実施形態を開発した。本開示は、これらの構成要素を一般的に形成するための積層造形の使用に限定されないが、積層造形は、製造の容易性、コストの低減、精度の向上などを含む、様々な製造上の利点を提供する。
【００３６】
この点に関し、積層造形方法を利用し、複数の部分からなる構成要素でさえも、連続的な金属の単一片として形成することができ、したがって含まれる下位構成要素および／または接合部を、これまでの設計と比べて少なくすることができる。積層造形によるこれらの複数部分からなる構成要素の一体形成は、全体としての組み立てプロセスを有利に改善することができる。例えば、一体形成は、組み立てなければならない別個の部品の数を減らすことにより、関連する時間および全体としての組み立てコストを低減する。さらに、例えば、漏れ、別個の部品間の接合品質、および全体の性能に関する既存の問題を有利に低減することができる。
【００３７】
また、上述の積層造形方法は、本明細書に記載の構成要素のきわめて複雑で入り組んだ形状および輪郭を可能にする。例えば、そのような構成要素は、薄い積層造形された層および一体的な取り付け機構を有する独特な流路を含むことができる。加えて、積層造形プロセスは、構成要素の異なる部分が異なる性能特性を示すことができるように、異なる材料を有する単一の構成要素の製造を可能にする。製造プロセスの連続的で付加的な性質は、これらの新規な特徴の構築を可能にする。結果として、本明細書に記載の構成要素は、改善された機能性および信頼性を示すことができる。
【００３８】
次に図２〜図８を全体的に参照して、本主題の例示的な実施形態による入口フレーム５４を説明する。図２および図３に最もよく示されているように、入口フレーム５４が設置されたときのターボプロップエンジン１０の同様の方向に対応する、軸方向Ａ１、半径方向Ｒ１、および円周方向Ｃ１が入口フレーム５４によって画定される。入口フレーム５４は、本主題の態様を説明するために使用される例示的な実施形態としてのみ本明細書に記載されていることを理解されたい。明瞭にするために、入口フレーム５４のすべての部分が図示されているわけではなく、本主題の範囲内に留まりながら、入口フレーム５４に対して変更および変形がなされてもよい。
【００３９】
ここで図２を参照すると、本主題の例示的な実施形態による、ガスタービンエンジンに使用される入口フレーム５４の斜視図が示されている。入口フレーム５４は、本明細書ではターボプロップエンジン１０に使用されるものとして説明されているが、入口フレーム５４は、他のガスタービンエンジンに使用されてもよく、本主題の範囲内に留まりながら、様々な変更および変形を含むことができることを理解されたい。
【００４０】
図２に示され、上で簡単に説明したように、入口フレーム５４は圧縮機２２の上流に配置され、コアエンジン１６への吸気を受け入れるための半径方向入口５２を画定する。より具体的には、入口フレーム５４は、一般に、空気の流れ５０の入口部分を入口５２から下流に向かって圧縮機２２に送るように構成される。図示するように、入口フレーム５４は、望ましくない破片が圧縮機２２およびコアエンジン１６に入るのを防ぐために、半径方向入口５２の上に配置された入口スクリーン８０を含む。
【００４１】
次に図３を参照して、例示的な実施形態による入口スクリーン８０について説明する。図示するように、入口スクリーン８０は、入口加熱プレナム８４（詳細は後述する）から半径方向Ｒに沿って外側に延在する前方入口スクリーン８２を含む。前方入口スクリーン８２は、望ましくない破片をフィルタで除去する間に吸気５０が通過することができる穴を画定する複数の織り合わされた管８６を含む。例示的な実施形態によれば、各管８６は、加熱された流体の流れを受け入れるために入口加熱プレナム８４と流体連通する流路８８を画定する。入口スクリーン８２は、本明細書では入口フレーム５４の一体部分として示されているが、入口スクリーン８２は、入口フレーム５４と任意の適切な方法で接合された別個の構成要素であってもよいことを理解されたい。
【００４２】
管８６は、本明細書では織り合わされて示されているが、代替的な実施形態に従って、管８６の他の適切な形状、サイズ、および構成が使用されてもよいことを理解されたい。例えば、管８６は、半径方向Ｒに沿って互いに平行に延在し、それらの間に空気の流れ５０が通過するための流路を画定することができる。さらに、入口スクリーン８０の形状は、代替的な実施形態に従って変化してもよい。例えば、前方入口スクリーン８２は、例えば軸方向Ａに沿って後方環状体１０４に向かって送られる前に、入口加熱プレナム８４から実質的に半径方向Ｒに沿って延在するように、湾曲するように示されている。他の形状および構成も可能であり、本主題の範囲内である。
【００４３】
入口スクリーン８０はさらに、加熱空気を空気の流れ５０に戻すために入口流路１０６（以下で詳述する）と流体連通する１つまたは複数の吐出ポート９２を画定する環状吐出マニホールド９０をさらに含む。複数の織り合わされた管８６の各々は、環状吐出マニホールド９０で終端する。このようにして、入口５２を詰まらせたり他の動作可能性の問題を引き起こし得る氷の形成を防止するために、入口スクリーン８０を加熱するための加熱された流体、例えば圧縮機２２から抽気された空気の流れを受け取るための１つの連続流路が画定される。より具体的には、圧縮機２２からの加熱された空気の流れは、入口加熱プレナム８４を通り、管８６を通って、環状吐出マニホールド９０に入り、その後に吐出ポート９２を通って入口流路１０６に吐出される。環状吐出マニホールド９０は、本明細書では、入口フレーム５４全体の周りに３６０度にわたって延在する単一のマニホールドとして説明されているが、代わりに、環状吐出マニホールド９０は、隣接するセグメントとは独立して動作可能な複数の個別セグメントであってもよいし、あるいは隣接するセグメントと流体連通してもよいことを理解されたい。
【００４４】
さらに、本主題の例示的な実施形態によれば、入口スクリーン８０は、半径方向入口５２の上に配置され、環状吐出マニホールド９０と後方環状体１０４（以下で詳述する）との間で実質的に軸方向Ａに沿って延在する外側スクリーン９４をさらに含むことができる。図示した実施形態によれば、外側スクリーン９４は、環状吐出マニホールド９０と熱伝達する複数の織り合わされたワイヤ９６を含む。より具体的には、ワイヤ９６は、外側スクリーン９４上の凍結をさらに防止するためにワイヤ９６を通して熱が伝導されるように、環状吐出マニホールド９０から延在する。ワイヤ９６は、様々な実施形態による環状吐出マニホールド９０と一体に形成されてもよいし、されなくてもよいことを理解されたい。
【００４５】
ここで図３を参照すると、ターボプロップエンジン１０の例示的な入口フレーム５４の拡大した概略図が示されている。図示するように、入口フレーム５４は、前方環状体１０２と後方環状体１０４と、を含む。後方環状体１０４は、軸方向Ａ１および半径方向Ｒ１に沿って前方環状体１０２から離間され、入口流路１０６を画定する。入口流路１０６は、一般に、コアタービンエンジン１６の半径方向入口５２とターボプロップエンジン１０の圧縮機２２の圧縮機入口１０８との間の流体連通を提供する。本明細書で使用する「前方」および「後方」は、入口フレーム５４の軸方向Ａ１に沿った構成要素の相対的な位置決めを規定するために一般に使用されることを理解されたい。
【００４６】
図示するように、入口流路１０６は、空気流（矢印５０で示す）を受け取り、流路１１２に沿って圧縮機入口１０８に導くように構成された半径方向入口である。入口流路１０６は、一般に、２つの部分、すなわち、半径方向部分１１４と移行部分１１６とを含む。半径方向部分１１４は、概ね半径方向Ｒ１に沿って配向されている。このようにして、入口流路１０６の半径方向入口５２は半径方向入口とみなされる。移行部分１１６は、半径方向部分１１４の下流に配置され、概ね弓形または湾曲した形状を有する。移行部分１１６は、流路１１２を概ね半径方向Ｒ１から概ね軸方向Ａ１に移行させる入口流路１０６のセグメントを画定する。したがって、空気流５０は、実質的に半径方向Ｒ１に沿って入口流路１０６に入り、実質的に軸方向Ａに沿って圧縮機入口１０８に入るように移行または方向転換される。この点に関して、ターボプロップエンジン１０は本明細書では「逆流」エンジンとして示されているが、代替的な実施形態によれば他の構成も可能であることを理解されたい。
【００４７】
さらに、図２〜図４を全体的に参照すると、入口フレーム５４は、入口流路１０６内に配置され、前方環状体１０２と後方環状体１０４との間に延在する複数の支持ストラット１１８を含む。支持ストラット１１８は、一般に、円周方向Ｃ１の周りに等距離に配置され、入口フレーム５４に構造的支持を提供する。さらに、支持ストラット１１８は、空気流５０のよどみを低減し、半径方向部分１１４と入口流路１０６の移行部分１１６との間の空気流５０の移行を改善するように空気力学的に輪郭が形成されてもよい。図示した実施形態によれば、入口フレーム５４は、入口流路１０６の流路１１２の長さの半分よりも長く沿って延在する５つの支持ストラットを含む。しかし、代替的な実施形態によれば、入口フレーム５４は、支持ストラット１１８の任意の適切な数、サイズ、位置、および構成を含むことができる。
【００４８】
図５〜図８を参照すると、入口フレーム５４は、様々な機能を果たすための複数の流体分配および／または空気供給導管およびプレナムを含むことができる。一般に、本明細書に記載の積層造形技法を使用して、これらの様々な流体循環機構の一部またはすべてを、単一の積層造形プロセス中に入口フレーム５４内に一体に形成することができる。必要な構成要素の数、アセンブリ時間、コスト、信頼性の問題（例えば、漏れに関連する）を低減することに加えて、積層造形を使用してそのような機構を一体に形成することにより、顕著な性能上の利点を提供することができ、そのいくつかを以下に説明する。
【００４９】
図５〜図７に最もよく示されるように、入口フレーム５４は、環状洗浄プレナム１３２を画定する環状洗浄マニホールド１３０を含むことができる。入口フレーム５４はさらに、環状洗浄プレナム１３２と流体連通する洗浄流路１３６を画定する入口導管１３４を含む。図６に最もよく示されているように、入口導管１３４は、後方環状体１０４の前壁１３７に近接して、かつ／またはその内部に配置され、環状洗浄マニホールド１３０とターボプロップエンジン１０の半径方向入口５２との間で半径方向Ｒ１に沿って延在する。前壁１３７および入口フレーム５４全体に画定された他の壁は、任意の適切な厚さで製造することができる。例えば、例示的な実施形態によれば、前壁１３７は１０ミリメートル未満の厚さであり、図示した実施形態の前壁１３７は約２ミリメートルの厚さである。
【００５０】
入口導管１３４は、洗浄流体供給部１３８に流体結合されてもよい。このようにして、洗浄流体の流れを洗浄流体供給部１３８から、洗浄流路１３６を通って、環状洗浄プレナム１３２に供給することができる。環状洗浄マニホールド１３０は、円周方向Ｃ１に沿って延在し、環状洗浄プレナム１３２の周りに洗浄流体の流れを分配する。単一の入口導管１３４が示されているが（例えば、図６）、代替的な実施形態によれば、２つ以上の入口導管が、例えば円周方向Ｃ１に沿って離間して使用されてもよいことを理解されたい。さらに、例示的な一実施形態によれば、前方環状体１０２、後方環状体１０４、環状洗浄マニホールド１３０、および入口導管１３４は、単一のモノリシック部品として一体に形成される。
【００５１】
図７に最もよく示されるように、入口フレーム５４は、複数の吐出ポート１４０をさらに含む。より具体的には、吐出ポート１４０は、例えば、本明細書に記載の積層造形技法を用いて、後方環状体１０４によって画定され、後方環状体１０４に一体に形成される。一般に、吐出ポート１４０は、環状洗浄プレナム１３２と入口流路１０６との間の流体連通を提供する。このようにして、洗浄流体の流れが洗浄流体供給部１３８から環状洗浄マニホールド１３０内に供給されると、洗浄流体が吐出ポート１４０からターボプロップエンジン１０の圧縮機２２に放出されて洗浄動作を行う。吐出ポート１４０は、所望の噴霧量、コーンサイズ、および軌道を達成するために、任意の適切なサイズ、形状、および向きを有することができる。例えば、図示した実施形態によれば、吐出ポート１４０は、例えば、噴霧コーンの高さが圧縮機入口１０８の高さ全体を覆うように、半径方向Ｒ１に沿って長くなっている。
【００５２】
特に、製造上の制約のために、従来の洗浄流体マニホールドは、入口フレームの外側、例えば入口フレームの入口の半径方向外側の位置に配置されていた。このような構成は、非効率的な洗浄をもたらす可能性があるが、それは、洗浄流体の流れが、圧縮機のロータブレードおよびステータベーンと直接接触するようにその流れを半径方向から軸方向に向け直すためにターニングエンジンに依存するからである。これに関して、洗浄流体の間接噴霧は、しばしば、洗浄動作の有効性を低下させる。
【００５３】
洗浄システムの洗浄効率を向上させるために、入口フレーム５４の吐出ポート１４０は、圧縮機入口１０８と一視線上に配置される。本明細書で使用されるように、「視線」は、直接的かつ互いに遮られていない２つの構成要素または特徴の相対的な位置決めを指すために使用される。別の実施形態によれば、流体噴霧ライン１４２は、複数の吐出ポート１４０の各々と圧縮機入口１０８の中点１４４との間に半径方向Ｒ１に沿って延在する。一実施形態によれば、流体噴霧ライン１４２は、軸方向Ａ１に実質的に平行である。このようにして、洗浄流体の流れは、例えば、ステータベーン６０およびロータブレード６２に直接衝突して洗浄することができるように、吐出ポート１４０から直接圧縮機入口１０８を通って圧縮機２２内に噴射され得る。別の実施形態によれば、吐出ポート１４０は、前方環状体１０２と第１の圧縮機翼形部１４８の前縁との間の交差部１４６の半径方向内側に配置される。
【００５４】
図示した実施形態によれば、入口フレーム５４は、円周方向Ｃ１に沿って後方環状体１０４の周りに等間隔に配置された１４個の吐出ポート１４０を含む。特に、本明細書に記載の積層造形技法を使用して、吐出ポート１４０は、任意の適切な位置に形成され、特定の洗浄動作を実行するために必要な任意の適切なサイズ、形状、または向きを有することができる。例えば、吐出ポート１４０は、任意の適切な位置に形成され、任意の適切な角度に配向されてもよく、円周方向Ｃ１および／または半径方向Ｒ１に沿って互い違いまたは半径方向にずれていてもよい。環状洗浄マニホールド１３０と入口導管１３４とを一体化し、後方環状体１０４内に吐出ポート１４０を画定することにより、洗浄システムの洗浄効率と信頼性が改善されると共に、入口フレーム５４の全体の重量が減少し、メンテナンスの問題およびコストが低減される。
【００５５】
ここで図２〜図８を全体的に参照すると、入口フレーム５４は、冷気にさらされ、ターボプロップエンジン１０の動作中に氷を形成する傾向を有する入口フレーム５４の領域内またはその近傍に配置された様々な防氷機構をさらに含むことができる。一般に、入口フレーム５４は、例えば前方環状体１０２によって画定される１つまたは複数の環状加熱プレナムを含むことができる。さらに、入口フレーム５４は、環状加熱プレナムと流体連通する高温流路を画定する流体供給導管を含むことができる。これらの環状加熱プレナムおよび流体供給導管（この例は以下に示す）は、入口フレーム５４の領域を加熱するための高温空気の流れを供給して、氷が堆積する可能性を低減し、または存在する氷を溶かすように一般的に構成される。例えば、環状加熱プレナムは、加熱された流体の流れを環状加熱プレナムに供給するための高温空気源１５０と流体連通することができる。図示した実施形態によれば、高温空気源１５０は、ターボプロップエンジン１０の圧縮機２２であり、加熱された流体の流れは、圧縮機２２から抽気された高温の圧縮空気である。
【００５６】
例えば、一実施形態によれば、入口フレーム５４は、入口５２の上に配置されたフィルタ装置として構成された入口スクリーン８０（例えば、上述し、図２および図３に示す）を画定する。入口スクリーン８０は、ターボプロップエンジン１０の動作中に経験する非常に冷たい温度により氷を形成する傾向がある。したがって、環状加熱プレナムは入口加熱プレナム８４（これもまた上述した）であってもよい。入口加熱プレナム８４は、ターボプロップエンジン１０の入口スクリーン８０に近接した前方環状体１０２の半径方向外側部分に画定された環状プレナムである。さらに、流体供給導管は、入口加熱プレナム８４と流体連通する高温流路を画定する入口加熱導管１６４であってもよい。
【００５７】
入口スクリーン８０は、例えば、入口加熱プレナム８４に近接した入口フレーム５４との接触により、単に伝導加熱によって加熱することができる。あるいは、入口スクリーン８０は、入口加熱導管１６４から加熱された空気を受け取るための入口加熱プレナム８４と流体連通する１つまたは複数の流路８８（例えば、上述したように）を画定することができる。このようにして、例えば、高温の圧縮空気の流れを高温空気源１５０（例えば、圧縮機２２）から抽気して、入口加熱導管１６４を通って入口加熱プレナム８４に送ることができ、そこで、入口スクリーン８０を加熱するために様々な流路８８に分配する。
【００５８】
図３および図７に最もよく示されているように、前方環状体１０２は、入口加熱プレナム８４内に複数の補強リブ１６８をさらに画定することができる。補強リブ１６８は、入口フレーム５４に必要な構造的支持を提供するために入口加熱プレナム８４内の円周方向の所望の位置に配置することができる。さらに、例示的な実施形態によれば、補強リブ１６８は、入口スクリーン８０の加熱を改善するために、加熱された空気の流れを分割および／または方向転換するように構成することができる。
【００５９】
図８を参照すると、入口フレーム５４は、入口流路１０６の周りに円周方向に配置された複数の入口ガイドベーン１８０をさらに含むことができる。入口ガイドベーン１８０は、入口流路１０６内に配置されたベーン１８２と、前方環状体１０２に結合されたスピンドル１８４と、を有する固定または可変ガイドベーンであってもよい。入口ガイドベーン１８０は、他の利点の中でも特に、エンジン性能を最大にし、安全なエンジン動作条件を提供するように、空気流５０を変更し案内するように構成される。特に、入口ガイドベーン１８０は、空気流５０を変更して、圧縮機２２の動作条件または動作点に従って、定義されたプリスワールを圧縮機２２に供給するように構成される。これによって、例えば、広い動作範囲にわたって適切な圧縮機の失速／サージマージンが達成されることを保証することができる。
【００６０】
入口スクリーン８０と同様に、入口ガイドベーン１８０は、ターボプロップエンジン１０の動作中に氷を形成する傾向がある。したがって、環状加熱プレナムは、前方環状体１０２の前端部（例えば、圧縮機入口１０８の近傍）に画定されたベーン加熱プレナム１８６であってもよい。さらに、流体供給導管は、ベーン加熱プレナム１８６と流体連通する高温流路を画定するベーン加熱導管１８８であってもよい。特に、各入口ガイドベーン１８０のスピンドル１８４は、加熱のためにベーン加熱プレナム１８６内に延在する。より具体的には、例えば、前方環状体１０２は、前方環状体１０２の周りに円周方向に離間され、かつ、ベーン加熱プレナム１８６と流体連通する複数の開口部１８９を画定することができる。各スピンドル１８４は、開口部１８９のうちの１つを通って、加熱のためにベーン加熱プレナム１８６内に延在することができる。図６に最もよく示されているように、スピンドル１８４および環状体１０２を保護するために、ブッシングを各開口部１８９内に配置することができる。ブッシングは、集中的な摩耗に耐えるために種々の金属から製造され、必要に応じて容易に交換することができる。
【００６１】
入口ガイドベーン１８０は、例えば、ベーン加熱プレナム１８６内の高温空気との接触により、単に伝導加熱によって加熱することができる。あるいは、入口ガイドベーン１８０は、ベーン加熱導管１８８から加熱された空気を受け取るために、ベーン加熱プレナム１８６と流体連通する１つまたは複数の流路１９０を画定することができる。このようにして、例えば高温の圧縮空気の流れを高温空気源１５０（例えば圧縮機２２）から抽気して、ベーン加熱導管１８８を通ってベーン加熱プレナム１８６に送ることができ、そこで、入口ガイドベーン１８０を加熱するために様々な流路１９０に分配する。
【００６２】
ここで図５を参照すると、入口フレーム５４は、後方環状体１０４によって画定されるオイル排出導管１９４をさらに含むことができる。オイル排出導管１９４は、入口フレーム５４のオイル収集領域１９６と流体連通する。例えば、１つの例示的な実施形態によれば、オイル排出導管１９４は、ターボプロップエンジン１０のＡ−サンプ内の円周方向Ｃ１に沿って６時の位置に配置される。このようにして、収集されたオイルは、オイル排出導管１９４を通してオイルリザーバ１９８（図５）に重力の下で落下し、リサイクルまたは廃棄される。オイル排出導管１９４の他の位置および構成も可能であり、本主題の範囲内である。
【００６３】
入口フレーム５４は、本主題の態様を説明する目的でのみ本明細書に記載されていることを理解されたい。例えば、入口フレーム５４は、本明細書では、入口フレーム５４の例示的な構成、構造、および製造方法を説明するために使用される。本明細書で説明する積層造形技法は、任意の適切な装置、任意の適切な目的、および任意の適切な産業において使用される他の入口フレームおよび構成要素を製造するために使用することができることを理解されたい。したがって、本明細書に記載の例示的な構成要素および方法は、本主題の例示的な態様を説明するためだけに使用され、決して本開示の範囲を限定しようとするものではない。
【００６４】
以上、本主題の例示的な実施形態による入口フレーム５４の構造および構成を提示したので、次に本主題の例示的な実施形態による入口フレームを形成するための例示的な方法２００を提供する。方法２００は、入口フレーム５４または任意の他の適切な入口フレームを形成するために製造業者によって使用することができる。例示的な方法２００は、本主題の例示的な態様を説明するためにのみ本明細書で説明され、限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００６５】
ここで図９を参照すると、方法２００は、ステップ２１０において、付加材料の層を積層造形装置のベッド上に堆積させるステップを含む。方法２００は、ステップ２２０において、エネルギー源からのエネルギーを付加材料の層の上に選択的に導き、付加材料の一部を融着させてガスタービンエンジンの入口フレームを形成するステップをさらに含む。
【００６６】
例えば、上記の例を使用して、ステップ２２０で形成された入口フレームは、入口流路を画定するように後方環状体から離間された前方環状体と、環状洗浄プレナムを画定する環状洗浄マニホールドと、環状洗浄プレナムと流体連通する洗浄流路を画定する入口導管と、後方環状体によって画定され、環状洗浄プレナムと入口流路との間の流体連通を提供する複数の吐出ポートと、を含むことができる。特に、例示的な実施形態によれば、前方環状体、後方環状体、環状洗浄マニホールド、および入口導管は、単一のモノリシック部品として一体に形成される。
【００６７】
方法２００は、ステップ２３０では、前方環状体内に環状加熱プレナムを形成するステップをさらに含むことができる。さらに、流体供給導管は、環状加熱プレナムと流体連通する高温流路を画定するように形成されてもよい。一実施形態によれば、高温流路は、加熱された流体の流れを環状加熱プレナムに供給するために、環状加熱プレナムと高温空気源、例えば圧縮機抽気源との間の流体連通を提供する。
【００６８】
方法２００は、ステップ２４０では、後方環状体内に一体型オイル排出導管を形成するステップをさらに含むことができる。例示的な実施形態によれば、オイル排出導管は、入口フレームのオイル収集領域と流体連通する。別の実施形態によれば、他の流体分配マニホールド、導管、および流路が含まれてもよいことを理解されたい。
【００６９】
ここで図１０を参照すると、ガスタービンエンジンの入口フレームの入口スクリーンを加熱するための例示的な方法３００が記載されている。上述の例を続けると、入口フレームは入口フレーム５４であってもよく、ガスタービンエンジンはターボプロップエンジン１０であってもよく、その結果、ターボプロップエンジン１０は軸方向、半径方向、および円周方向を規定する。しかしながら、例示的な方法３００は、本主題の例示的な態様を説明するためにのみ本明細書で説明され、限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００７０】
ここで図１０を参照すると、方法３００は、ステップ３１０では、高温空気源から入口加熱導管を通って入口加熱プレナムに高温空気の流れを供給するステップを含む。ステップ３２０は、入口加熱プレナム内で円周方向の周りに高温空気の流れを拡げるステップを含み、ステップ３３０は、入口加熱プレナムと流体連通し、かつ、前方入口スクリーンを形成する複数の管に高温空気の流れを分配するステップを含む。ステップ３４０では、方法３００は、環状吐出マニホールド内の複数の管を通過した高温空気の流れを収集するステップを含む。方法３００は、ステップ３５０では、入口フレームの前方環状体および後方環状体によって画定された入口流路に高温空気の流れを吐出するステップをさらに含み、入口流路はガスタービンエンジンの圧縮機入口と流体連通する。
【００７１】
さらに、図９および図１０は、図示および説明の目的のために特定の順序で実行されるステップを示す。当業者であれば、本明細書で提供される本開示を使用して、本明細書に記載の方法のいずれかのステップが、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合、再配置、拡大、省略、または修正することができることを理解するであろう。さらに、方法２００および方法３００の態様は、例として入口フレーム５４を使用して説明されているが、これらの方法は、任意の適切な入口フレームまたは構成要素を製造するために適用されてもよいことを理解されたい。
【００７２】
積層造形された入口フレームおよびその入口フレームを製造するための方法が上述されている。特に、入口フレーム５４は、一般に、性能を向上させる幾何学的形状、洗浄機構、および防氷機構を含むことができ、以下に説明するように、積層造形プロセスによってその実用的な実施が促進される。例えば、本明細書に記載の積層造形方法を使用して、入口フレームは、改良された圧縮機洗浄システム、入口スクリーンおよび／または入口ガイドベーンのための防氷プレナム、ならびに一体型オイル排出導管を含むことができる。これらの特徴は、入口フレームの設計中に導入されてもよく、そのため、これらの特徴は、追加のコストをほとんど、またはまったく必要とせずに、構築プロセス中に入口フレームに容易に組み込むことができる。さらに、前方環状体、後方環状体、支持ストラット、洗浄マニホールド、加熱マニホールド、様々な入口導管、および他の特徴を含む入口フレーム全体を、単一のモノリシックな構成要素として一体に形成することができる。
【００７３】
本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置またはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
ガスタービンエンジン（１０）用の入口フレーム（５４）であって、前記ガスタービンエンジン（１０）は、軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）および円周方向（Ｃ）を規定し、前記ガスタービンエンジン（１０）は、圧縮機入口（１０８）を画定し、かつ、空気流（５０）を加圧するために軸方向（Ａ）の周りに回転可能な圧縮機（２２）を含み、前記入口フレーム（５４）は、
前方環状体（１０２）と、
前記圧縮機入口（１０８）と流体連通する入口流路（１０６）を画定するように前記前方環状体（１０２）から離間して配置された後方環状体（１０４）と、
前記前方環状体（１０２）によって画定される環状加熱プレナム（８４、１８６）と、
高温流路を画定する流体供給導管（１６４、１８８）と、を含み、前記高温流路は、加熱された流体の流れを前記環状加熱プレナム（８４、１８６）に提供するために、前記環状加熱プレナム（８４、１８６）と高温空気源との間の流体連通を提供する、入口フレーム（５４）。
［実施態様２］
前記環状加熱プレナム（８４、１８６）は、前記ガスタービンエンジン（１０）の入口スクリーン（８０）に近接して前記前方環状体（１０２）の半径方向外側部分に画定された入口加熱プレナム（８４）である、実施態様１に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様３］
複数の補強リブ（１６８）が前記入口加熱プレナム（８４）内に画定される、実施態様２に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様４］
前記入口フレーム（５４）は、
前記入口加熱プレナム（８４）から前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在する前方入口スクリーン（８２）を含み、前記前方入口スクリーン（８２）は、前記加熱された流体の流れを受けるために前記入口加熱プレナム（８４）と流体連通する複数の管（８６）
を含む、実施態様２に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様５］
前記複数の管（８６）は織り合わされている、実施態様４に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様６］
前記前方入口スクリーン（８２）は湾曲している、実施態様４に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様７］
前記入口スクリーン（８０）は、前記入口流路（１０６）と流体連通する１つまたは複数の吐出ポート（９２）を画定する環状吐出マニホールド（９０）をさらに含み、前記複数の管（８６）の各々は、前記環状吐出マニホールド（９０）内で終端する、実施態様４に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様８］
前記入口スクリーン（８０）は、
半径方向入口の上に配置され、前記環状吐出マニホールド（９０）と前記後方環状体（１０４）との間に実質的に前記軸方向（Ａ）に沿って延在する外側スクリーン（９４）をさらに含み、前記外側スクリーン（９４）は、前記環状吐出マニホールド（９０）と熱伝達する、実施態様７に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様９］
前記環状加熱プレナム（８４、１８６）は、前記前方環状体（１０２）の前端部に画定されたベーン加熱プレナム（１８６）であり、前記前方環状体（１０２）は、前記前方環状体（１０２）の周りに円周方向（Ｃ）に離間され、かつ、前記ベーン加熱プレナム（１８６）と流体連通する複数の開口部（１８９）をさらに画定し、円周方向（Ｃ）に離間して配置された複数の入口ガイドベーン（１８０）が前記入口流路（１０６）内に配置され、各入口ガイドベーン（１８０）は、前記複数の開口部（１８９）のうちの１つを通ってベーン加熱プレナム（１８６）内に延在するスピンドル（１８４）を有する、実施態様１に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様１０］
前記入口ガイドベーン（１８０）の各々は、前記加熱された流体の流れを前記入口ガイドベーン（１８０）に通すための１つまたは複数の内部流路を画定する、実施態様９に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様１１］
前記前方環状体（１０２）および前記流体供給導管（１６４、１８８）は、単一のモノリシック部品として一体に形成される、実施態様１に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様１２］
前記入口フレーム（５４）は複数の層を含み、前記複数の層は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させることと、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させることと、
によって形成される、実施態様１に記載の入口フレーム（５４）。
［実施態様１３］
ガスタービンエンジン（１０）の入口フレーム（５４）を製造するための方法（２００）であって、前記方法（２００）は、
積層造形装置のベッド上に付加材料の層を堆積させるステップ（２１０）と、
前記付加材料の層の上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に導いて、前記付加材料の一部を融着させ、前記入口フレーム（５４）を形成するステップ（２２０）と、を含み、前記入口フレーム（５４）は、
前方環状体（１０２）と、
入口流路（１０６）を画定するように前記前方環状体（１０２）から離間して配置された後方環状体（１０４）と、
前記前方環状体（１０２）によって画定される環状加熱プレナム（８４、１８６）と、
高温流路を画定する流体供給導管（１６４、１８８）と、を含み、前記高温流路は、加熱された流体の流れを前記環状加熱プレナム（８４、１８６）に提供するために、前記環状加熱プレナム（８４、１８６）と高温空気源（１５０）との間の流体連通を提供する、方法（２００）。
［実施態様１４］
前記前方環状体（１０２）、前記後方環状体（１０４）、および前記流体供給導管（１６４、１８８）は、単一のモノリシック部品として一体に形成される、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１５］
前記環状加熱プレナム（８４、１８６）は、前記ガスタービンエンジン（１０）の入口スクリーン（８０）に近接して前記前方環状体（１０２）の半径方向外側部分に画定された入口加熱プレナム（８４）である、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１６］
前記入口スクリーン（８０）は、
前記入口加熱プレナム（８４）から前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在し、前記入口加熱プレナム（８４）と流体連通する複数の管（８６）を含む前方入口スクリーン（８２）と、
前記入口流路（１０６）と流体連通する１つまたは複数の吐出ポート（９２）を画定する環状吐出マニホールド（９０）と、を含み、前記複数の管（８６）の各々は、前記環状吐出マニホールド（９０）内で終端する、実施態様１５に記載の方法。
［実施態様１７］
前記入口スクリーン（８０）は、
半径方向入口の上に配置され、前記環状吐出マニホールド（９０）と前記後方環状体（１０４）との間に実質的に軸方向（Ａ）に沿って延在する外側スクリーン（９４）をさらに含み、前記外側スクリーン（９４）は、前記環状吐出マニホールド（９０）と熱伝達する、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記環状加熱プレナム（８４、１８６）は、前記前方環状体（１０２）の前端部に画定されたベーン加熱プレナム（１８６）であり、前記前方環状体（１０２）は、前記前方環状体（１０２）の周りに円周方向（Ｃ）に離間され、かつ、前記ベーン加熱プレナム（１８６）と流体連通する複数の開口部（１８９）をさらに画定し、円周方向（Ｃ）に離間して配置された複数の入口ガイドベーン（１８０）が前記入口流路（１０６）内に配置され、各入口ガイドベーン（１８０）は、前記複数の開口部（１８９）のうちの１つを通ってベーン加熱プレナム（１８６）内に延在するスピンドル（１８４）を有する、実施態様１３に記載の方法。
［実施態様１９］
ガスタービンエンジン（１０）の入口フレーム（５４）の入口スクリーン（８０）を加熱する方法（３００）であって、前記ガスタービンエンジン（１０）は、軸方向（Ａ）、半径方向（Ｒ）および円周方向（Ｃ）を規定し、前記方法（３００）は、
高温空気源（１５０）から入口加熱導管（１６４）を通って入口加熱プレナム（８４）に高温空気の流れを供給するステップ（３１０）と、
前記入口加熱プレナム（８４）内の前記円周方向（Ｃ）の周りに前記高温空気の流れを拡げるステップ（３２０）と、
前記入口加熱プレナム（８４）と流体連通する複数の管（８６）に前記高温空気の流れを分配して、前方入口スクリーン（８２）を形成するステップ（３３０）と、
環状吐出マニホールド（９０）内の前記複数の管（８６）を通過した前記高温空気の流れを収集するステップ（３４０）と、
前記入口フレームの前方環状体（１０２）および後方環状体（１０４）によって画定された入口流路（１０６）に前記高温空気の流れを吐出するステップ（３５０）と、を含み、前記入口流路（１０６）は前記ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機入口（１０８）と流体連通する、方法。
［実施態様２０］
前記前方入口スクリーン（８２）は、前記入口加熱プレナム（８４）から前記半径方向（Ｒ）に沿って外側に延在し、かつ前記軸方向（Ａ）に向かって湾曲しており、前記複数の管（８６）は織り合わされている、実施態様１９に記載の方法。
【符号の説明】
【００７４】
１０  逆流ターボプロップエンジン
１２  長手方向軸、中心軸
１４  プロペラ部
１６  コアタービンエンジン
１８  外側ケーシング
２２  圧縮機
２６  燃焼部
２８  ＨＰタービン
３０  ＬＰタービン
３２  排気部
３４  高圧（ＨＰ）シャフト／スプール
３６  低圧（ＬＰ）シャフト／スプール
３８  可変ピッチファン
４０  プロペラブレード
４２  ディスク
４４  作動部材
４６  動力ギヤボックス
４８  フロントハブ
５０  吸気、空気流、圧縮空気
５２  半径方向入口
５４  入口フレーム
６０  圧縮機ステータベーン
６２  圧縮機ロータブレード
６４  インペラ
６６  燃焼器
６８  燃焼ガス
７０  タービンステータベーン
７２  タービンブレード
８０  入口スクリーン
８２  前方入口スクリーン
８４  入口加熱プレナム
８６  管
８８  流路
９０  環状吐出マニホールド
９２  吐出ポート
９４  外側スクリーン
９６  ワイヤ
１０２  前方環状体
１０４  後方環状体
１０６  入口流路
１０８  圧縮機入口
１１２  流路
１１４  半径方向部分
１１６  移行部分
１１８  支持ストラット
１３０  環状洗浄マニホールド
１３２  環状洗浄プレナム
１３４  入口導管
１３６  洗浄流路
１３７  前壁
１３８  洗浄流体供給部
１４０  吐出ポート
１４２  流体噴霧ライン
１４４  中点
１４６  交差部
１４８  第１の圧縮機翼形部
１５０  高温空気源
１６４  入口加熱導管
１６８  補強リブ
１８０  入口ガイドベーン
１８２  ベーン
１８４  スピンドル
１８６  ベーン加熱プレナム
１８８  ベーン加熱導管
１８９  開口部
１９０  流路
１９４  オイル排出導管
１９６  オイル収集領域
１９８  オイルリザーバ
２００  方法
３００  方法
Ａ，Ａ１  軸方向
Ｒ，Ｒ１  半径方向
Ｃ，Ｃ１  円周方向
Ｐ  ピッチ軸
【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】
2019082164.tif 000009
【図８】
2019082164.tif 000010
【図９】
2019082164.tif 000011
【図１０】
2019082164.tif 000012
【外国語明細書】
2019082164000001.pdf