(57)【要約】互いに離間したシュラウドおよび裏当て板を有するディフューザが提供される。ディフューザベーンが、裏当て板とシュラウドとの間に設けられている。ベーンは、互いに対向するとともに裏当て板およびシュラウドに隣接する第１のシール面および第２のシール面を備える。前縁面および後縁面が、互いに対向するとともに第１のシール面および第２のシール面と隣接して、配置されている。第１のシール面は、前縁面に近接する位置に、第１のシール面から延びる第１の突起を備え、後縁面から第１の突起にわたってギャップが延びている。第２のシール面は、後縁面に近接する位置に、第２のシール面から延びる第２の突起を備え、前縁面から第２の突起にわたって第２のギャップが延びている。これらの面は、４つのコーナをもたらし、第１のシール面と第２のシール面との間に差圧を生じさせるために、第１の突起および第２の突起は、互いに対向するコーナに配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１のシール面および第２のシール面と、
互いに対向するとともに、前記第１のシール面および第２のシール面と隣接する前縁面および後縁面と、
を備え、
前記第１のシール面が、前記前縁面に近接する位置において、前記第１のシール面から延びる第１の突起を備え、前記後縁面から前記第１の突起にわたって第１のギャップが延在し、
前記第２のシール面が、前記後縁面に近接する位置において、前記第２のシール面から延びる第２の突起を備え、前記前縁面から前記第２の突起にわたって第２のギャップが延在していることを特徴とするディフューザベーン。
【請求項２】
前記第１のシール面、前記第２のシール面、前記前縁面および前記後縁面が、４つのコーナをもたらし、
前記突起が、互いに対向するコーナに配置されることを特徴とする請求項１に記載のディフューザベーン。
【請求項３】
前記突起が、前記シール面から略千分の１０インチまたはそれ以上にわたって延びていることを特徴とする請求項１に記載のディフューザベーン。
【請求項４】
前記突起が、略千分の４０インチの幅を有することを特徴とする請求項３に記載のディフューザベーン。
【請求項５】
前記シール面の一方が、高圧側をもたらし、前記シール面の他方が、低圧側をもたらすことを特徴とする請求項１に記載のディフューザベーン。
【請求項６】
前記高圧側と前記低圧側との間の差圧が、平方インチ当たり略１０ポンドから２０ポンドの間にあることを特徴とする請求項５に記載のディフューザベーン。
【請求項７】
前記ベーンが、互いに対向するインレット端部およびアウトレット端部を備え、
前記インレット端部が、スロート直径をもたらし、前記ギャップが、前記インレット端部に設けられることを特徴とする請求項１に記載のディフューザベーン。
【請求項８】
前記アウトレット端部が、前記後縁面に近接する位置において前記第１のシール面から延びる第３の突起と、前記前縁面に近接する位置において前記第２のシール面から延びる第４の突起と、を備え、
前記シール面が、前記突起に対して窪んでいることを特徴とする請求項７に記載のディフューザベーン。
【請求項９】
前記前縁面に近接する前記突起が、前記前縁面へと延び、
前記後縁面に近接する前記突起が、前記後縁面へと延びることを特徴とする請求項８に記載のディフューザベーン。
【請求項１０】
互いに離間したシュラウドおよび裏当て板と、
互いに離間するとともに前記シュラウドおよび前記裏当て板と隣接して配置された第１のシール面および第２のシール面と、互いに離間するとともに前記第１のシール面および前記第２のシール面と隣接する前縁面および後縁面と、を備えるベーンであって、前記第１のシール面が、前記前縁面に近接する位置において、前記第１のシール面から延びる第１の突起を備え、前記第２のシール面が、前記後縁面に近接する位置において、前記第２のシール面から延びる第２の突起を備え、ギャップが、それぞれ、前記突起と隣接するとともに、前記第１のシール面および前記第２のシール面と前記シュラウドおよび前記裏当て板との間に配置され、前記第１のシール面において低圧領域をもたらし、前記第２のシール面において前記低圧領域よりも高い高圧領域をもたらす、ベーンと、
を備えることを特徴とするディフューザベーン。
【請求項１１】
前記第１のシール面、前記第２のシール面、前記前縁面および前記後縁面が、４つのコーナをもたらし、
前記突起が、互いに対向するコーナに配置されることを特徴とする請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１２】
前記ベーンが、互いに対向するインレット端部およびアウトレット端部を備え、前記インレット端部が、スロート直径をもたらし、前記ギャップが、前記インレット端部に設けられ、前記アウトレット端部が、前記後縁面に近接する位置において前記第１のシール面から延びる第３の突起と、前記前縁面に近接する位置において前記第２のシール面から延びる第４の突起と、を備え、前記シール面が、前記突起に対して窪んでいることを特徴とする請求項１１に記載のディフューザ。
【請求項１３】
枢動ピンを中心として複数の位置間で回動可能な複数のベーンを備えることを特徴とする請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１４】
略千分の２インチのすき間が、前記突起と前記裏当て板および前記シュラウドとの間に設けられることを特徴とする請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１５】
前記突起が、前記裏当て板および前記シュラウドから離れて、前記シール面から略千分の１０インチまたはそれ以上にわたって延びていることを特徴とする請求項１４に記載のディフューザ。
【請求項１６】
前記ベーンが、互いに離間した第１の周囲および第２の周囲を備え、
前記第１の突起が、前記第１の周囲に配置されて、第１のギャップの分だけ途切れており、前記第２の突起が、前記第２の周囲に配置されて、第２のギャップの分だけ途切れていることを特徴とする請求項１０に記載のディフューザ。
【請求項１７】
前記ベーンは、互いに対向するインレット端部およびアウトレット端部を備え、前記インレット端部が、スロート直径をもたらし、前記ギャップが、前記インレット端部に設けられることを特徴とする請求項１６に記載のディフューザ。
【請求項１８】
前記ベーンが、前記高圧領域から前記低圧領域に向かう方向に移動することを特徴とする請求項１０に記載のディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年９月２２日に出願された米国仮特許出願番号Ｎｏ．６０／６１１，９４２の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、可変面積ディフューザに関し、さらに詳細には、該ディフューザベーンの幾何学的形状に関する。
【背景技術】
【０００３】
可変面積ディフューザは、そのディフューザのスロート寸法を変更させるために、種々の角位置間で回動される複数のベーンを用いる。可変面積ディフューザは、例えば、航空機の空調システムを通る流れを変更させるために過給機とともに使用され得る。ベーンは、ディフューザの裏当て板とシュラウドとの間に支持される。これらの構成部品間の負荷および磨耗を最小限に抑えるために、千分の数インチの小さいすき間が、ベーンと裏当て板との間およびベーンとシュラウドとの間に設けられる。その結果、ディフューザベーンの寿命が向上する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過給機の一部の運転条件下では、不安定な空気流の状態が生じることがある。この不安定な空気流の状態によって、流体軸受に似た層が、ベーンと裏当て板との間およびベーンとシュラウドとの間に生じる。その結果、ベーンは、裏当て板とシュラウドとの間で自在に浮遊する可能性がある。ベーンの長さが大きくなると、ベーンは、過給機の運転範囲内において共鳴周波数を有することがある。その結果、用途によっては、ベーンが、共鳴周波数に達し、裏当て板とシュラウドとの間で、高周波数で著しく振動することによって、機能しなくなることがある。
【０００５】
標準的な過給機の運転条件下において、共鳴周波数で励起されないディフューザベーンの幾何学的形状が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、互いに離間したシュラウドおよび裏当て板を有するディフューザを提供する。ディフューザベーンが、裏当て板とシュラウドとの間に設けられている。ベーンは、互いに対向するとともに裏当て板およびシュラウドに隣接する第１のシール面および第２のシール面を備える。前縁面および後縁面が、互いに対向するとともに第１のシール面および第２のシール面に隣接して、配置されている。前縁面は、高圧側にあり、後縁面は、低圧側にある。第１のシール面は、前縁面に近接する位置に、第１のシール面から延びる第１の突起を備え、ギャップが、後縁面からこの第１の突起まで延びている。第２のシール面は、後縁面に近接する位置に、第２のシール面から延びる第２の突起を備え、第２のギャップが、前縁面からこの第２の突起まで延びている。これらのギャップによって、高圧側および低圧側は、第１のシール面および第２のシール面と連通することができる。
【０００７】
第１のシール面、第２のシール面、前縁面および後縁面は、４つのコーナをもたらし、差圧を第１のシール面と第２のシール面との間に生じさせるように、第１の突起および第２の突起が、互いに対向するコーナに配置されている。この差圧によって、ベーンは、裏当て板またはシュラウドのいずれかに付勢され、その結果、ベーンは、標準的な過給機の運転状態において、共鳴することがない。
【０００８】
本発明のこれらの特徴および他の特徴は、以下の最良の形態、および簡単な説明が後になされる図面からよく理解することができるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に圧縮機空気ユニット１０を示す。このユニット１０は、電動モータ１４によって駆動される圧縮機ロータ１２を備える。しかし、本発明のディフューザを、他の電動モータを用いない用途に用いてもよいことを理解されたい。圧縮機ロータ１２および電動モータ１４は、ハウジング１６内に収容されており、ハウジング１６は、互いに固定された複数のハウジング部分から構成される。ハウジング１６は、空気を圧縮機１２に供給するインレット１８を有している。モータロータ２０が、モータステータ１９内に配置され、軸Ａを中心として回転可能である。ロータ２０は、ブレード２１を有する圧縮機ロータを支持している。ディフューザアッセンブリ２２が、ブレード２１の半径方向外側に配置されている。インレット１８を通って引き込まれた空気は、ブレード２１によって、ディフューザ２２を通ってアウトレット２４へと半径方向外側に圧送される。
【００１０】
アクチュエータ２６が、インレットのスロートを変化させてユニット１０を通る流量を変化させるために、ディフューザ２２と連携して操作される。一例では、ユニット１０は、航空機の空気サイクル空調パックに加圧空気を供給するのに用いられる。
【００１１】
図１および図２を参照すると、ディフューザ２２は、取付け板３０によって支持された裏当て板２８を備える。シュラウド３６が、ハウジング１６によって支持されている。複数のベーン３８が、裏当て板２８とシュラウド３６との間に保持され、典型的には、千分の数インチのすき間が、ベーン３８と裏当て板２８との間およびベーン３８とシュラウド３６との間に設けられる。図示された例示的なシステムでは、全開と全開の４０％との間で調整される２３枚のベーンが設けられている。矢印Ｆによって示されるように、空気はディフューザ２２内に流れる。
【００１２】
図２〜４を参照すると、各ベーン３８は、枢動ピン４０を収容する孔を備える。枢動ピン４０は、ベーン３８をシュラウド３６と裏当て板２８との間に固定するために、シュラウド３６の開口を通って取付け板３０へと延びている。ベーン３８は、インレット端部４８およびアウトレット端部５０を備える。インレット端部４８は、ピン４０を中心にベーン３８を枢動させる調整可能なスロート寸法をもたらす。ベーン３８は、駆動ピン３２を収容するスロット４２を備える。駆動ピン３２は、枢動ピン４０を中心にベーン３８を回動させるために、アクチュエータ３５によって回動する駆動リング３４に取り付けられている。駆動リング３４は、駆動リング３４をハウジング１６内に支持する軸受３５を備える。
【００１３】
開口４４が、インレット端部４８とアウトレット端部５０との間に配置されている。図１および図２に示されたボルト４１が、ベーン３８をシュラウド３６と裏当て板２８との間に固定するように開口４４内に延びている。
【００１４】
図４および図５を参照すると、裏当て板２８およびシュラウド３６は、それぞれ、裏当て板シール面５２およびシュラウドシール面５４を備える。ベーン３８は、該シール面５２，５４と隣接して配置された互いに離間して対向する第１のシール面５６および第２のシール面５８を備える。また、ベーン３８は、第１のシール面５６と第２のシール面５８との間に延びる互いに離間して対向する前縁面６０および後縁面６２を備える。前縁面６０は、高圧側Ｈにあり、後縁面６２は、低圧側Ｌにある。これらの面５６，５８，６０，６２は、一緒になって、４つのコーナをもたらす。
【００１５】
ベーン３８は、ベーン３８を裏当て板２８またはシュラウド３６のいずれかに付勢する差圧を生じさせるように、互いに対向するコーナに第１の突起６４および第２の突起６６を備える。従来技術では、差圧が存在せず、その結果、ベーン３８は、そのベーン３８の共鳴周波数で、流体力学的空気膜によって、裏当て板２８とシュラウド３６との間に浮遊することがあった。
【００１６】
第１の突起６４および第２の突起６６は、それぞれ、第１のシール面５６および第２のシール面５８から延びている。一例では、突起６４，６６は、シール面５６，５８から略千分の１０インチまたはそれ以上にわたって延びている。各突起は、例えば、略千分の４０インチの幅を有している。一実施形態では、千分の２インチのすき間が、突起６４，６６と、裏当て板２８およびシュラウド３６との間に設けられている。
【００１７】
第１のギャップ６８が、第１のシール面５６と裏当て板２８との間に設けられている。図示の例では、後縁面６２における低圧が第１のシール面５６に作用可能なように、第１のギャップ６８は、前縁面６０に近接する第１の突起６４から後縁面６２にわたって延びている。同様に、第２のギャップ７０が、第２のシール面５８とシュラウド３６との間に設けられている。図示された例では、第２のギャップ７０は、後縁面６２に近接する第２の突起６６から前縁面６０にわたって延びている。高圧は、第２のシール面５８に作用し得る。高圧側と低圧側との間の圧力勾配の結果として、図示された例では、第２のシール面５８に作用するより高い圧力は、ベーン３８を裏当て板２８に係合させるように付勢し、これによって、ベーン３８が共鳴周波数で裏当て板２８とシュラウド３６との間で浮遊しなくなる。差圧は、一例では、略２０ｐｓｉ（重量ポンド毎平方インチ）である。
【００１８】
図４を参照すると、突起６４，６６は、ベーン３８の各側の周囲に設けられている。しかし、インレット端部４８では、インレット端部４８において第１のシール面５６および第２のシール面５８に差圧を生じさせるように、突起が途切れている（突起６４を有するベーン３８の片側のみが示されている）。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲内においていくつかの修正がなされることを理解されるであろう。この理由から、本発明の真の範囲と内容を決定するように特許請求の範囲を検討されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】圧縮空気ユニットの断面図である。
【図２】図１に示されるシステムに用いられるディフューザの一部を破断した上面図である。
【図３】ディフューザベーンの一部を破断した側面図である。
【図４】図３に示されるベーンの上面図である。
【図５】図４の線５−５に沿ったベーンの拡大断面図である。
【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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【国際調査報告】
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