(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジン構成要素を検査するために、大きさ及び速度を調整できる氷粒子を生み出す氷処理装置及び構成要素の検査方法を提供する。【解決手段】氷処理装置１０は、ガスタービンエンジン構成要素の上流側の氷の影響をシミュレートすることによって、航空機に搭載される該エンジン構成要素の氷の影響を検査するように構成される。検査用の氷流１１は、第一にアイスキューブを砕氷機１２によって粉砕し、この粉砕した氷粒子を遠心加速器１４を通して氷加速部１８に供給し、空気供給源１６から送り込まれた空気と混合して氷流１９を発生させ、ノズル２２に送り込むことによって生み出される。その後、この氷流１１が、ブリードポート３０に分布され、最終的に構成要素の検査が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の氷粒子を得るように構成された砕氷機と、
上記砕氷機の下流側に配置され、かつ複数の上記氷粒子を加速するように構成された遠心加速器と、
上記遠心加速器の下流側に配置され、かつこの遠心加速器から複数の上記氷粒子を受け取るように構成された氷加速部と、
圧縮空気を上記氷加速部に供給して上記氷加速部において複数の上記氷粒子を加速し、これにより、氷流を形成するように構成された空気供給源と、
上記氷流から上記圧縮空気を除去するように構成されたコアンダプレートと、
上記コアンダプレートの下流側に配置されたノズルと、を備えることを特徴とする氷処理装置。
【請求項２】
上記砕氷機は、可変速駆動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項３】
上記遠心加速器は、複数の上記氷粒子の各々の大きさを小さくするように構成されることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項４】
上記遠心加速器は、上記氷粒子を毎秒約６０フィートの速度に加速するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項５】
上記遠心加速器は、毎分約１７２５回転の速度で駆動されるロータを備えることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項６】
上記氷加速部は、ポリ塩化ビニル材によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項７】
さらに、上記ノズルの下流側に配置された真空装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項８】
さらに、上記ノズルの下流側に配置され、かつ上記氷処理装置によって検査される構成要素を視覚的に確認するために構成された箱型の窓を備えることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項９】
上記空気供給源は、上記圧縮空気を毎秒約３ポンドの割合で供給することを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項１０】
上記圧縮空気は、約２〜約１０ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）の範囲の圧力を有することを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項１１】
上記氷流は、毎秒約１５０〜約４００フィートの速度を有することを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項１２】
上記氷処理装置は、ジェットエンジン用のエアブリード認証システムの一部であることを特徴とする請求項１に記載の氷処理装置。
【請求項１３】
航空機のエンジン構成要素における氷の影響を検査する方法であって、
氷流を発生させる氷処理装置を用いて、上記構成要素の上流側の氷の影響をシミュレートし、
上記氷流を上記構成要素に案内することを特徴とする検査方法。
【請求項１４】
氷処理装置は、
複数の氷粒子を得るように構成された砕氷機と、
上記砕氷機の下流側に配置され、かつ複数の上記氷粒子を加速するように構成された遠心加速器と、
上記遠心加速器の下流側に配置され、かつこの遠心加速器から複数の上記氷粒子を受け取るように構成された氷加速部と、
圧縮空気を上記氷加速部に供給して上記氷加速部において複数の上記氷粒子を加速し、これにより、上記氷流を形成するように構成された空気供給源と、
上記氷流から上記圧縮空気を除去するように構成されたコアンダプレートと、
上記コアンダプレートの下流側に配置されたノズルと、を備えることを特徴とする請求項１３に記載の検査方法。
【請求項１５】
構成要素を検査する方法であって、
複数の氷粒子を得るように構成された砕氷機と、上記砕氷機の下流側に配置され、かつ複数の上記氷粒子を加速するように構成された遠心加速器と、上記遠心加速器の下流側に配置され、かつこの遠心加速器から複数の上記氷粒子を受け取るように構成された氷加速部と、圧縮空気を上記氷加速部に供給して上記氷加速部において複数の上記氷粒子を加速し、これにより、氷流を形成するように構成された空気供給源と、上記氷流から上記圧縮空気を除去するように構成され、かつノズルが下流側に配置されるコアンダプレートと、を備えてなる氷処理装置の上記ノズルを上記構成要素に対して配置し、
複数の上記氷粒子を、可変速の上記砕氷機に投入することを特徴とする検査方法。
【請求項１６】
上記ノズルは、上記構成要素から約６インチ離れた場所に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【請求項１７】
上記氷処理装置の砕氷機は、可変速駆動機構を備えることを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【請求項１８】
上記氷処理装置の遠心加速器は、上記氷粒子を毎秒約６０フィートの速度に加速するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【請求項１９】
上記氷流は、毎秒約１５０〜約４００フィートの速度を有することを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【請求項２０】
上記構成要素は、ガスタービンエンジン用のブリードポートであることを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【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を検査する装置に関し、特にエンジンやエンジン構成要素を認証するために用いることができる氷処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のガスタービンエンジンが営業運転に就く前に、エンジンは、米国連邦航空局（ＦＡＡ）の認証を受けなければならない。エアブリード認証検査などのいくつかの認証検査においては、特定の大きさ及び速度を有する特定の量の氷粒子を吸い込んだ状態で、エンジンの通常運転を継続する必要がある。ＦＡＡは、通常、エンジン製造メーカによって指定されるガスタービンエンジンが該エンジンから遠ざける（即ち“ブリード”する）べき氷の量を予め承認する。ガスタービンエンジンを認証する従来の方法においては、エンジンは、ヘイルストーム（雹）をシミュレートしている氷粒子の流れにさらされる。検査は、通常、ある装置が、大量の標準的な大きさの氷粒子を標準サイズの作動ガスタービンエンジンに向けて放出する広い作業場で行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エンジンが、認証検査で故障した場合、オペレータは、エンジン全体が氷粒子の流れにさらされるので、何故エンジンが検査で故障したかを特定するために、エンジン構成要素を視覚的に点検することが困難である。例えば、特定の構成要素に氷が蓄積することによってエンジンが故障した場合、オペレータは、氷が溶ける前にガスタービンエンジンを分解して、個々の構成要素を視覚的に点検することができなくなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ガスタービンエンジン構成要素などの構成要素の上流側の氷の影響をシミュレートする氷処理装置である。氷処理装置は、ガスタービンエンジンやガスタービンエンジン構成要素を認証するために用いることができる。
【０００５】
本発明は、氷粒子の大きさ及びその放出速度を調整できる氷流を発生させる氷処理装置である。本発明の氷処理装置は、航空機のエンジン構成要素の上流側の氷の影響をシミュレートすることによって、該構成要素の氷の影響（即ち因果関係）を検査するために用いることができる。ガスタービンエンジンが氷粒子を吸い込んだときに、異なるガスタービンエンジン構成要素が、エンジン内の構成要素の位置によって、異なる大きさや速度の氷粒子にさらされる。例えば、氷粒子が圧縮機のベーンに衝突すると、この粒子が壊れて小さな破片になる可能性があるので、氷粒子の大きさが、多段式軸流圧縮機の各段を通して縮小する可能性がある。同様に、空気の速度が多段式圧縮機の各段を通して変化するので、氷粒子の速度が、該圧縮機の各段を通して変化する可能性がある。特定のガスタービンエンジン構成要素がエンジンの運転中にさらされる可能性のある氷粒子の特定の大きさ及び速度をシミュレートするために、本発明の氷処理装置は、氷粒子の大きさ及びその放出速度を調整することができる。粒子の大きさ及び速度は、コンピュータシミュレーションプログラムなどの適切な手段を通して決定することができる。
【０００６】
航空機の運転中は、ガスタービンエンジンが、ヘイルストーム（雹）にさらされる可能性がある。本発明の氷処理装置を、検査及び認証目的でヘイルストームをシミュレートするために用いることができる。ガスタービンエンジンの氷検査の従来の方法においては、氷処理装置は、氷流中の氷粒子の大きさ及びその放出速度を調整する調整手段を有しない。しかしながら、標準サイズの作動ガスタービンエンジンが検査過程で用いられるので、従来の方法において、粒子の大きさと速度を調整することは、通常、不要である。標準サイズの作動ガスタービンエンジンによって、エンジンの運転中に各構成要素に衝突する氷粒子の大きさや速度が、必然的に得られ、これにより、ガスタービンエンジンの異なる段における氷粒子の大きさや速度をシミュレートする必要が無くなる。標準サイズの氷粒子が作動ガスタービンエンジンによって吸い込まれたときに生じる粒子の大きさ及び速度を、以下、“固有”の粒子の大きさ及び速度と称し、またこれによって生じる氷流を、以下、“固有の氷流”と称する。
【０００７】
従来の方法は、有用であるが、特定の不都合な点が存在する。背景技術の部分で説明したように、エンジンが認証検査で故障した場合、オペレータは、何故エンジンが検査で故障したかを特定するために、エンジン構成要素を視覚的に点検することが困難である。検査での故障の原因を特定することは、通常、どのガスタービンエンジン構成要素が検査で故障したかを特定することを伴う。
【０００８】
本発明により、ガスタービンエンジン全体を検査することなく、ガスタービンエンジン構成要素を個々に検査することができる。標準サイズの作動ガスタービンエンジンが氷粒子の流れにさらされるのではなく、本発明の氷処理装置により、個々のガスタービンエンジン構成要素を、エンジンから取り出して検査することができる。特に、オペレータは、本発明の氷処理装置によって発生した氷流の粒子の大きさ及び速度を調整することによって、作動ガスタービンエンジンによって発生する氷流をシミュレートすることができる。本発明の氷処理装置により、ガスタービンエンジンの運転中に、取り出された構成要素がさらされる固有の粒子の大きさ及び速度がシミュレートされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の氷処理装置１０の斜視図を示している。氷処理装置１０は、砕氷機１２と、遠心加速器１４と、空気供給源１６と、氷加速部１８と、コアンダプレート２０と、氷拡散ノズル２２と、視界窓２４と、真空装置２６と、を備える。以下に説明するように、砕氷機１２、遠心加速器１４、空気供給源１６及びノズル２２の全てによって、該ノズル２２から放出される氷流１１中の氷粒子の大きさ及び速度が与えられる。図１においては、氷処理装置１０は、ガスタービンエンジンのブリードポート３０及びブリードキャスティング３２（ならびに対応するエンジン機器）を検査するように構成される。
【００１０】
ＦＡＡの認証の１つの区分は、エンジンのブリードの認証である。ガスタービンエンジンは、通常、燃焼に用いる高圧ガスを供給して、この高圧ガスを同軸の多段式タービン内で膨張させる多段式軸流圧縮機を備える。多数のエンジン構成により、圧縮機及びタービンが、高圧（高速）部分及び低圧（低速）部分に分割される。一般的なエンジンのコア流路が、低圧圧縮機から高圧圧縮機に延びているとともに燃焼器に延びており、以降、高圧タービンに、ひいては低圧タービンに延びている。あるガスタービンエンジンの構成においては、圧縮機中の空気が、コア流路から該コア流路を囲っている外壁部のブリードポートを通ってブリードされる。ブリード空気は、種々の目的に必要である。例えば、特定の割合のブリード空気が、通常、推力を下げた状態において安定したエンジンの動作を確実にするために用いられる。同時に、ブリードポート３０によって、余分な氷や水を除去する通路が提供される。この余分な氷を除去しないと、エンジン内の空気が、エンジンのバーナ部が燃焼を維持できる温度以下に冷却される。従って、ブリードポート３０が氷で塞がれないようにすることが重要である。
【００１１】
氷処理装置１０を、エンジンのブリードの認証に関連して説明しているものの、ブリードの認証は、単に氷処理装置１０の一用途に過ぎないことが理解されるべきである。氷処理装置１０は、他のガスタービンエンジン構成要素及び、氷粒子を用いて検査を行う他の構成要素を検査するために用いることができる。
【００１２】
氷処理装置１０に戻ると、砕氷機１２は、好ましくは砕氷する速度を調整する可変速駆動機構を備える適切な砕氷機である。一実施例においては、砕氷機１２は、米国、ニュージャージー州フランクリンのＣｌａｗｓｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ社から市販されているＣｌａｗｓｏｎ  ＣＭ−３０Ｂ型砕氷機である。Ｃｌａｗｓｏｎ  ＣＭ−３０Ｂ型砕氷機は、無段変速機構を有する２馬力のモータを備えるように変更される。砕氷機１２は、装置を通る氷流の流量を正確に調整することが可能な無段変速機構を有することが好ましく、これは、氷流１１中の氷粒子の大きさの調整に寄与する。
【００１３】
オペレータが、砕氷機１２のパラメータを調整し、所望の出力において氷粒子の大きさを選択した後に、標準サイズのアイスキューブ（例えば、１〜１／４インチ四方）が、砕氷機１２に投入される。その後、砕氷機１２によって、アイスキューブが所望の粒子の大きさに粉砕される。別の実施例においては、標準サイズのアイスキューブが砕氷機１２に投入された後に、オペレータが、該砕氷機１２のパラメータを調整することができる。周知の適切な製氷機を、標準サイズのアイスキューブを得るために用いることができる。図１に示される実施例においては、約１〜１／４インチ四方のアイスキューブが、米国、ペンシルベニア州エリーのＫｏｌｄ  Ｄｒａｆｔ社から市販されているＧＴ３５１ＡＣ型アイスキューブ製氷機によって提供される。ブリードポート３０及びブリードキャスティング３２を認証するために用いられる実施例の氷処理装置１０においては、砕氷機１２によって、氷粒子が、約１／４インチ四方の粒子に粉砕される。
【００１４】
粉砕された氷粒子は、重力によって砕氷機１２からチャネル３４を通って遠心加速器１４に供給される。図１は、氷処理装置１０の斜視図であり、尺度は示していない。一実施例においては、砕氷機１２は、遠心加速器１４の約２フィート上方（即ち、垂直方向）に配置される。砕氷機１２と遠心加速器１４との間の高さの違いにより、重力によって氷粒子を供給することが容易になる。図１に示される実施例においては、遠心加速器１４は、２馬力の交流モータによって、毎分１７２５回転の速度で駆動するロータを有する直径８インチのスノーブロワである。ロータは、直径１２インチの渦巻き形ケース内に収容される。勿論、別の実施例においては、別の適切なロータ及びケースに置き換えることができる。
【００１５】
遠心加速器１４によって、氷粒子が加速する。また、氷粒子が、遠心加速器１４内を移動しつつ該加速器１４の内側の面に偶発的に衝突してより小さい粒子に砕けるので、氷粒子の大きさが、遠心加速器１４内を移動するにつれて小さくなる。ブリードポート３０及びブリードキャスティング３２が検査される図１の実施例においては、遠心加速器１４によって、平均速度が毎秒約６０フィートの粉砕された氷粒子の定常流が生み出される。
【００１６】
粉砕された氷粒子は、遠心加速器１４から流路３６を通って氷加速部１８に移動する。流路３６は、例えば、直径約４インチのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）パイプによって形成される。また、氷加速部１８は、例えば、直径約４インチでかつ長さ約１０フィートのＰＶＣパイプによって形成される。別の実施例においては、他の材料及び寸法が、流路３６及び氷加速部１８を形成するために用いられる。氷加速部１８及び流路３６の実寸は、所望の氷粒子の大きさ及び速度、ならびに使用可能な材料によって変化する。
【００１７】
氷粒子は、氷加速部１８において、空気供給源１６からの空気と混合し、これによって氷流１９（氷加速部１８の切り欠き部分１８Ａを通して図１に図示）が生じる。空気供給源１６によって、圧縮空気流が供給されて氷粒子がさらに加速し、ガスタービンエンジンの固有の状態がシミュレートされるとともに、氷粒子が氷拡散ノズル２２の内側の面に接触するので、これらの粒子の大きさがさらに小さくなる。先に述べたように、エンジン内での構成要素の位置が、氷粒子にさらされる該構成要素の作動状態に影響するので、圧縮空気の空気流の流量は、検査する構成要素によって決まる。図１に示される実施例においては、氷粒子を毎秒約１５０〜約４００フィートの範囲の目標速度にさらに加速するために、空気供給源１６によって、毎秒約１〜約３ポンドの空気流が、約２〜約１０ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）の範囲の圧力で供給される。空気供給源１６からの加速した空気の温度は、常温の空気を冷却した空気と特定の割合で混合することによって調節される。
【００１８】
加速空気及び氷粒子が氷加速部１８からノズル２２に移動すると、余分な加速空気（及び余分な水）が、コアンダプレート２０によって氷流１９から除去される。加速空気は、通常、所望の検査条件において、タービンエンジン内の空気の速度より極めて速い速度で移動し、エンジンの固有の作動状態をシミュレートするために、この加速空気が、氷流１９から除去される。周知のように、コアンダプレート２０は、コアンダ効果に基づいており、コアンダ効果によって、流体の流れ（例えば、加速空気）が、本来の方向に直線的に流れるよりも、凸面に沿って流れやすくなる。
【００１９】
氷拡散ノズル２２は、ブリードポート３０及びブリードキャスティング３２（或いは、検査されるあらゆる構成要素）に隣接する特定の位置に設けられる。氷流１９がノズル２２を通って移動すると、氷粒子が、該ノズル２２の内側の面に衝突する可能性があり、故に、上述のように、氷粒子の大きさがさらに小さくなる。図１に示される実施例においては、ノズル２２が、ブリードポート３０から約６インチ離れた場所に配置され、氷処理装置１０を通り抜けた後に該ノズル２２から放出される粒子の大きさは、直径約０．００５〜約０．０１インチであり、また毎秒約２００〜約３００フィートの速度を有する。氷流１９がノズル２２を通して放出されると、この氷流１９によって、ガスタービンエンジンの固有の状態をシミュレートする氷粒子の分布を有する氷流１１が発生する。氷粒子の大きさ及び速度と同様に、氷流１１中の氷粒子の固有の分布は、検査する構成要素によって決まる。ノズル２２の形状及び大きさによって、氷流１１の分布が決定され、その結果、氷拡散ノズル２２の形状及び大きさが、検査する構成要素によって決まる。
【００２０】
図２は、ノズル２２及びブリードポート３０の側面図を示している。ノズル２２によって、氷流１１（図１に図示）が、所望の円弧部Ａに亘って分布され、氷が半径方向に適切に分布されるとともに、ブリードポート３０に対する氷流１１の相対角Ｂが、正確（即ち、相対角は、エンジンの作動中に氷流がブリードポートに接触する角度である）であることが保証される。ノズル２２の形状及び大きさを決定するために用いられる１つの変数は、氷流１１が検査される構成要素に接触する角度である。図２は、ブリードポート３０の中心線４０とノズル２２の中心線４２との間の相対角Ｂを示している。相対角Ｂは、ブリードポート３０に対する氷流１１の相対角を概算するために用いることができる。
【００２１】
ノズル２２の形状及び大きさを決定するために用いられる別の変数は、該ノズル２２から放出される氷流１１の円弧部Ａである。一般的に、円弧部Ａが大きくなると、ノズル２２の幅Ｗも大きくなる。この円弧は、通常、約２０°〜４５°の範囲で変化するものの、最終的には検査用の部品の周縁部の対称度によって決まる。コンピュータシミュレーションプログラムを、固有の円弧部及び氷流１１とブリードポート３０（または検査される他の構成要素）との間の相対角を決定するために用いることができる。
【００２２】
図１に戻ると、視界窓２４が、ノズル２２と真空装置２６との間に配置されるとともに、この窓２４によって、ブリードポート３０やブリードキャスティング３２内で発生し得る氷の閉塞を視覚的に観察することが可能になる。このように、本発明の氷処理装置１０によって、ブリードポート３０やブリードキャスティング３２が認証過程で故障した場合の故障の原因を即座に突き止めることができる。また、視界窓２４を、検査する他の構成要素と連動するように構成することができる。視界窓２４は、好ましくは周知のプレキシグラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）やレキサン（Ｌｅｘａｎ）（ポリカーボネート材料）などの耐衝撃性材料によって形成される。
【００２３】
真空装置２６によって、指定された限界作動条件において実際のガスタービンエンジン内に存在する同一の駆動圧力がシミュレートされるとともに、空気及び氷が、ノズル２２からブリードポート３０及びブリードキャスティング３２を通して吸引される。エンジンの検査に先立って、ＦＡＡは、通常、エンジンのブリードの認証過程において、エンジン製造メーカによって指定された限界作動条件を承認する。真空装置２６が、氷流を氷処理装置１０を通して流し始めるのに先立ってセットされ、かつ調整される。
【００２４】
ブリードポート３０を迂回する氷が、取り込まれて測定され、該ブリードポート３０を迂回する氷と、このブリードポート３０を出てエンジンの下流側部分に入る氷と、の分離の割合が決定される。認証を得るために、ブリードポート３０を迂回する氷の量を、エンジン製造メーカによって指定され、かつＦＡＡによって承認された量以下に抑えなければならない。勿論、他の種類の認証手順及び検査手順は、異なる検査のパラメータならびに基準を有する。
【００２５】
上述の氷処理装置１０に関して述べた数値（例えば、馬力の値、氷粒子の速度など）は、例に過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば、このような寸法及び数値を本発明の趣旨から逸脱することなく変更できることが理解されるであろう。本発明は、一般的に、ガスタービンエンジン構成要素（または別の種類の構成要素）を検査するために、大きさ及び速度を調整できる特定の氷粒子を生み出す氷処理装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の氷処理装置の斜視図であって、この氷処理装置のノズルが、ガスタービンエンジンのブリードポート及びブリードキャスティングに案内される。
【図２】図１の氷処理装置のノズル及び図１のブリードポートの側面図。
【符号の説明】
【００２７】
１０…氷処理装置
１１、１９…氷流
１２…砕氷機
１４…遠心加速器
１６…空気供給源
１８…氷加速部
１８Ａ…氷加速部の切り欠き部分
２０…コアンダプレート
２２…氷拡散ノズル
２４…視界窓
２６…真空装置
３０…ブリードポート
３２…ブリードキャスティング
３４…チャネル
３６…流路
【図１】
2007205356.tif 000003
【図２】
2007205356.tif 000004
【外国語明細書】
2007205356000001.pdf