(57)【要約】【課題】表面粗さを低減するためのコーティングを有する空気流入口ベルマウスを提供すること。【解決手段】空気流入口は、実質的に不均一な内表面を有するベルマウス構成要素と、実質的に不均一な内表面の計測アニュラス領域における変厚コーティングと、を含むことができる。計測アニュラス領域は、ベルマウス構成要素の内表面の周りのアニュラスのみを含む。変厚コーティングは、実質的に不均一な内表面よりもより均一な内表面を示すように構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流入口（１００）であって、
実質的に不均一な内表面（１２０）を有するベルマウス構成要素（１０４，２０４，３０４）と、
前記実質的に不均一な内表面の計測アニュラス領域（１３０）における変厚コーティング（１０２）と、
を備え、前記変厚コーティングが、前記実質的に不均一な内表面よりもより均一な内表面を示すように構成され、前記計測アニュラス領域が、前記ベルマウス構成要素の内表面の周りのアニュラスのみを含む、空気流入口。
【請求項２】
前記コーティングがエポキシを含む、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項３】
前記コーティングがプラスチックを含む、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項４】
前記コーティングが繊維ガラスを含む、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項５】
前記より均一な内表面に基づいたアニュラス区域を用いて前記ベルマウス構成要素を通る空気流（１１４）の静圧を決定するよう構成された静圧センサシステム（１１６）を更に備える、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項６】
前記ベルマウス構成要素が、前記実質的に不均一な内表面を有する鋳造ベルマウス構成要素を含む、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項７】
前記実質的に不均一な内表面が、最大で１．３センチメートルまで変化する、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項８】
前記計測アニュラス領域が、対向する傾斜側部を含む、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項９】
前記アニュラスが、前記変厚コーティングで少なくとも部分的に覆われた少なくとも１つのストラット（１５０）を含む、請求項１に記載の空気流入口。
【請求項１０】
空気流入口（１００）用のベルマウス構成要素（１０４，２０４，３０４）であって、前記ベルマウス構成要素が、少なくとも１つのセンサシステム（１１６）によって静圧を測定するよう構成された静圧計測アニュラス領域（１３０）を備え、前記計測アニュラス領域が、該計測アニュラス領域のみにおいて前記ベルマウス構成要素の実質的に不均一な内表面（１２０）上に変厚コーティング（１０２）を含み、前記変厚コーティングが、前記計測アニュラス領域内の実質的に不均一な内表面よりもより均一な表面変動を示すように構成されている、ベルマウス構成要素。
【請求項１１】
前記変厚コーティングが、エポキシ、プラスチック及び繊維ガラスからなる群から選択される、請求項１０に記載のベルマウス構成要素。
【請求項１２】
前記計測アニュラス領域において、前記ベルマウス構成要素を通る空気流（１１４）の静圧を決定するよう構成された少なくとも１つのセンサシステム（１１６）を更に備える、請求項１０に記載のベルマウス構成要素。
【請求項１３】
前記実質的に不均一な内表面が、最大で１．３センチメートルまで変化する、請求項１０に記載のベルマウス構成要素。
【請求項１４】
前記ベルマウス構成要素が、鋳造ベルマウス構成要素を含む、請求項１０に記載のベルマウス構成要素。
【請求項１５】
前記計測アニュラス領域が、対向する傾斜側部を含む、請求項１０に記載のベルマウス構成要素。
【請求項１６】
前記アニュラスが、前記変厚コーティングで少なくとも部分的に覆われた少なくとも１つのストラット（１５０）を含む、請求項１０に記載のベルマウス構成要素。
【請求項１７】
実質的に不均一な内表面（１２０）を含む、空気流入口（１００）のベルマウス構成要素（１０４）にアクセスするステップと、
前記ベルマウス構成要素の実質的に不均一な内表面の計測アニュラス領域（１３０）に変厚コーティング（１０２）を施工してより均一な内表面を生成するステップと、
を含み、前記計測アニュラス領域が、前記ベルマウス構成要素の内表面の周りのアニュラスのみを含む、方法。
【請求項１８】
前記計測アニュラス領域が、前記ベルマウス構成要素を通る空気流の静圧が測定されるアニュラス区域を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ベルマウス構成要素を通る空気流の静圧を決定するのに使用される補正係数を修正するステップを更に含み、前記補正係数は最初に前記実質的に不均一な内表面に基づいている、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、空気流入口に関し、より詳細には、表面粗さを低減するためのコーティングを有する空気流入口ベルマウス、並びに関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン圧縮機などの産業用装置への空気流入口は、空気流を収集して最初に圧縮し、次いで、例えば、圧縮機のタービン部分に向けて空気流を配向する機能を果たすベルマウス構成要素を含む。多くの設定環境において、作動中、例えば、ピトー（Ｐｉｔｏｔ）法を用いて入口のベルマウス構成要素における静圧が測定される。静圧は、他の構成要素の動作の良好な制御、例えば、ガスタービンの燃焼器の燃焼温度の制御を行うのに使用される空気の質量流量を決定するのに用いることができる。別の実施例において、質量流量を用いて、圧縮機の動作限界の低下を判定することができる。入口ベルマウスにおける静圧を決定する上での１つの課題は、圧力を測定する入口アニュラス区域が正確に知られていなければならないことである。しかしながら、従来の入口ベルマウスは、その内表面の変動が大きく且つ公差が大きい鋳造部品として製造され、すなわち、不均一又は粗形であることが多い。入口ベルマウスにおける変動及び公差が大きいことで、静圧センサシステムによる静圧測定精度が低下し、従って、正確な質量流量計算が妨げられる。この状況に対処するために、従来では、製造後に１つ又は複数の入口ベルマウスのサンプルが解析されて、較正補正係数が決定され、入口ベルマウスの全てに対しての静圧計算においてこの較正補正係数が利用される。しかしながら、製造された入口ベルマウス間には大きな変動があり、入口ベルマウスの内表面は、経時的に変化する可能性があるので、サンプルに基づく補正係数の使用は理想的ではない。表面の変動が少ない入口ベルマウスの鋳造又は機械加工は実現可能ではあるが、一般的にはコスト効果がよいものではない。このような製造法はまた、予め設置される入口に関する問題を解決するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，０６１，９８２号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本開示の第１の態様は、実質的に不均一な内表面を有するベルマウス構成要素と、実質的に不均一な内表面の計測アニュラス領域における変厚コーティングと、を備え、変厚コーティングが実質的に不均一な内表面よりもより均一な内表面を示すように構成され、計測アニュラス領域がベルマウス構成要素の内表面の周りのアニュラスのみを含む、空気流入口を提供する。
【０００５】
本開示の第２の態様は、空気流入口用のベルマウス構成要素を提供し、該ベルマウス構成要素が、少なくとも１つのセンサシステムによって静圧を測定するよう構成された静圧計測アニュラス領域を備え、計測アニュラス領域が該計測アニュラス領域のみにおいてベルマウス構成要素の実質的に不均一な内表面上に変厚コーティングを含み、変厚コーティングが計測アニュラス領域内の実質的に不均一な内表面よりもより均一な表面変動を示すように構成されている。
【０００６】
本開示の第３の態様は、実質的に不均一な内表面を含む、空気流入口のベルマウス構成要素にアクセスするステップと、ベルマウス構成要素の実質的に不均一な内表面の計測アニュラス領域に変厚コーティングを施工してより均一な内表面を生成するステップと、を含み、計測アニュラス領域がベルマウス構成要素の内表面の周りのアニュラスのみを含む、方法を提供する。
【０００７】
本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は考察していない他の問題を解決するように意図されている。
【０００８】
本開示のこれらの及びその他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるようになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による、ベルマウス構成要素の計測アニュラス領域上にコーティングを含む圧縮機用空気流入口の断面図。
【図２】空気流入口のベルマウス構成要素の実質的に不均一な内表面の拡大断面図。
【図３】コーティングを有する空気流入口のベルマウス構成要素の内表面の拡大断面図。
【図４】本発明の実施形態による、様々な形状のベルマウス構成要素を有し及び計測アニュラス領域上にコーティングを含む空気流入口の断面図。
【図５】本発明の実施形態による、様々な形状のベルマウス構成要素を有し及び計測アニュラス領域上にコーティングを含む空気流入口の断面図。
【図６】本発明の実施形態による、ストラット上にコーティングを含むベルマウス構成要素の１つの実施形態の端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の図面は必ずしも縮尺通りではない点に留意されたい。当該図面は、本発明の典型的な態様のみを描くことを意図しており、従って、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１１】
上述のように、本開示は、ベルマウス構成要素の計測アニュラス領域においてコーティングを有する空気流入口を提供する。図１を参照すると、本発明の実施形態によるベルマウス構成要素１０４上に変厚コーティング１０２を含む空気流入口１００の断面図が示される。空気流入口１００の例示的設定は、例えばガスタービン用の圧縮機１１０を含む。圧縮機１１０は、空気流１１４をベルマウス構成要素１０４に吸い込むタービン（又はターボファン）１１２を含む。ベルマウス構成要素１０４は、吸気口の一部として、空気流が最初に通過するあらゆる構造体を含むことができる。全ての場合ではないがほとんどの場合、ベルマウス１０４は、空気流１１４を収集してこれをタービン１１２に配向する機能を果たし、該タービンにおいて、空気流が他の構成要素（図示せず）に流れる前に大きな圧縮が生じる。ベルマウス構成要素１０４は、吸気口、圧縮機吸気口、ベルマウス、流れノズルなど、様々な代替の名称で呼ばれる場合がある。本明細書で記載されるように、計測アニュラス又はバンド領域１３０においてベルマウス構成要素１０４を通る空気流１１４の静圧を決定するよう構成された静圧センサシステム１１６を設けることができる。他の制御システム（図示せず）は、圧力測定値を利用して、空気流入口１００を通る質量流量の決定及び／又は他の構成要素の制御を行うことができる。この設定は、圧縮機１１０に関して例示しているが、上述のように空気流入口１００は、多種多様な吸気システムと共に用いることができることは理解される。
【００１２】
図２は、本明細書で教示されるようなコーティングの無いベルマウス構成要素１０４の拡大断面図を示す。図示のように、ベルマウス構成要素１０４は、多大な表面変動Ｖを有する実質的に不均一な内表面１２０を示す。本明細書で使用される「実質的に不均一な内表面」とは、ベルマウス構成要素１０４の特定の領域内のアニュラス区域の正確な決定が一般に妨げられる円滑でない粗い表面を示している。すなわち、表面粗さは、図２の線Ａ−Ａ又はＢ−Ｂにおけるような何らかの所与の断面にて異なるアニュラス区域が提示される状況をもたらす。変動Ｖは、例えば、最大で１．３センチメートルとすることができる。圧力及び／又は質量流量を算出するのに必要とされる正確なアニュラス区域を確定することが困難であるので、変動Ｖにより、正確な圧力及び／又は質量流量を算出することが困難になる。用語「アニュラス」は、特定の断面区域を表すのに用いているが、ベルマウス構成要素１０４は、厳密に円形の断面を有していなくてもよく、例えば、楕円、多角形、又は長円の断面であってもよいことは理解される。実質的に不均一な表面１２０は、多くの方法で作成される可能性がある。しかしながら、１つの例示的な要因は、ベルマウス構成要素１０４が、例えば、鉄、鉄鋼、その他などの鋳造により製造されることである。実質的に不均一な表面１２０は、ベルマウス構成要素１０４の製造時に存在し、その当初に粗い性質に起因して時間の経過に伴って空気流１１４が摩耗させるにつれて変化することができる。空気流１１４が表面１２０を摩耗させることができるが、空気流は通常、表面１２０を許容可能な方式で円滑にするようには機能しない。
【００１３】
図１に戻ると、実質的に不均一な表面１２０に対処するために、実質的に不均一な内表面１０２の計測アニュラス領域１３０に変厚コーティング１０２が選択的に設けられる。コーティング１０２は、ベルマウス構成要素１０４の全ての表面上に存在する訳ではなく、計測アニュラス領域１３０にのみ存在する。計測アニュラス領域１３０は、ベルマウス構成要素１０４を通る空気流１１４の静圧が測定される何れかのアニュラス区域を含むことができる。計測アニュラス領域１３０は、説明するように、実質的に円筒形として図１（及び図６）に例示されているが、この構成はあらゆる場合で必須という訳ではない。例えば、以下でより詳細に説明するように、ストラット１５０は、計測アニュラス領域１３０内に存在しその一部を形成することができる。理解されるように、ストラット１５０は、ベルマウス構成要素１０４の内側部分１５４に対して外側部分１５２を支持する機能を果たす。
【００１４】
図３に示すように、変厚コーティング１０２は、実質的に不均一な内表面１２０よりもより均一な内表面１３２を提示するよう構成される。より均一な内表面１３２の変動は、例えば、最大で０．２センチメートルとすることができ、これは、圧力算出に使用されるアニュラス区域の精度を大幅に改善する。変厚コーティング１０２は、実質的に不均一な内表面１２０と固定結合し、変動Ｖ（図２）を充填し、また、空気流１１４の環境（例えば、約６０〜６４℃などの温度、空気流中の粒子状物質又は湿度、その他）に耐えることのできる何れかの材料を含むことができる。１つの実施形態において、コーティング１０２は非金属である。コーティング１０２は、限定ではないが、エポキシ、プラスチック、又は繊維ガラスを含むことができる。コーティング１０２は、例えば、溶射、注入、射出、堆積、その他など、使用される材料に適切な何れかの方法を用いて施行することができる。コーティング１０２は、例えば、約１．３〜２．５センチメートルの範囲の厚さを有することができる。
【００１５】
図１及び６に示すように、多くの場合、静圧センサシステム１１６は、ベルマウス構成要素１０４の特定の周囲に位置付けられた複数のセンサ１１８を含む。この場合、静圧センサシステム１１６はまた、ベルマウス構成要素１０４に沿って、すなわち、計測アニュラス領域１３０の周りに円周方向に位置付けられた複数のセンサ１１８を含むことができる。センサ１１８は、現在公知の又は将来開発される何らかの圧力センサを含むことができる。１又はそれ以上のセンサ１１８は、計測アニュラス領域１３０内の静圧のみを測定する。アニュラス領域１３０は、センサ１１８へのアクセスがより容易である、又は空気流１１４がより層状になっている、その他などとすることができるベルマウス構成要素１０４の好ましいアニュラス区域を対象範囲とする。静圧センサシステム１１６は、限定ではないが、「Ａｉｒｆｌｏｗ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｂｅｌｌｍｏｕｔｈ  Ｉｎｌｅｔ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  Ａｉｒｆｌｏｗ  ｉｎ  Ｔｕｒｂｉｎｅ−Ｐｏｗｅｒｅｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒｓ」，Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ａ．  Ｓｍｉｔｈ，Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｓｐａｃｅ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍ  ８４３９９（１９８５年１１月）に記載されるような、何れかの公知の又は将来開発される何らかの方法を用いて、静圧を決定することができる。
【００１６】
別の実施形態において、空気流入口１００用のベルマウス構成要素１０４は、少なくとも１つのセンサ１１８によって静圧を測定するよう構成された静圧計測アニュラス領域１３０を含むことができる。計測アニュラス領域１３０は、計測アニュラス領域においてベルマウス構成要素１０４の実質的に不均一な内表面１２０上に変厚コーティング１０２を含む。変厚コーティング１０２は、計測アニュラス領域内の実質的に不均一な内表面１２０よりも均一な表面１３２の変動（図３を参照）を示すように構成される。そのため、より正確なアニュラス区域を確定することができる。
【００１７】
ベルマウス構成要素１０４が最初に製造される時点だけでなく、ベルマウス構成要素１０４の寿命にわたる様々な時点で変厚コーティング１０２を施工することができることは強調される。詳細には、変厚コーティング１０２は、本発明の方法の１つの実施形態に従って、例えば、現場で幾らかの使用時間後にベルマウス構成要素１０４の開放端部において何らかの保護フィルタ、シールド、その他を除去することによって、空気流入口のベルマウス構成要素１０４にアクセスすることにより施工することができる。変厚コーティング１０２は、ベルマウス構成要素１０４の実質的に不均一な内表面１２０の計測アニュラス領域１３０に施工されて、より均一な内表面１３２を生成することができる。本明細書で記載されるように、この施工は、溶射、注入、射出、堆積、その他など、使用される材料に適切な何れかの方法を含むことができる。ベルマウス構成要素１０４を通る空気流１１４の静圧（及び／又は質量流量）を決定するために、最初に実質的に不均一な内表面１２０に基づいた補正係数が利用される場合、より均一な表面１３２に基づいて静圧を決定するのに補正係数を修正することができる。上述の方式では、変厚コーティング１０２は、交換することなく及びほとんどの場合はベルマウス構成要素を取り外すことなく、既に設置され使用されているベルマウス構成要素に施工することができる。
【００１８】
図１は、図４〜５において見られるようなベルマウス構成要素１０４の１つの形態を示しているが、様々な他の形状及び構成が実施可能であることは理解される。例えば、ベルマウス構成要素は、全体的により丸みのある又は丸みの少ない、より長い又はより短い、もしくはより直線的又は湾曲した側部を有するなどとすることができる。図４において、計測アニュラス領域２３０を備えたベルマウス構成要素２０４は、図１のベルマウス構成要素１０４と比べて全体的に長く、より湾曲した側部を有し、図５では、計測アニュラス領域３３０を備えたベルマウス構成要素３０４は、実質的に整列した又は平行な側部を有する。加えて、計測アニュラス領域は、図１のように実質的に円筒である必要はない。例えば、図５に示すように、計測アニュラス領域３３０は、対向する傾斜側部３３４を有することができ、図４は、隣接領域よりも僅かに小さな直径を有するスロート領域２３４を備えた計測アニュラス領域２３０を示している。更に、図６は、図４と同様に、１又はそれ以上のストラット１５０上にコーティング１０２を含むベルマウス構成要素２０４の１つの実施形態の端面図を示す。図４及び図６に示すように、アニュラス又は計測アニュラス領域２３０は、変厚コーティング１０２で少なくとも部分的に覆われた少なくとも１つのストラット１５０を含む。
【００１９】
変厚コーティング１０２の使用は、本明細書では、静圧を測定する目的に寸法的に整合するようにベルマウス構成要素１０４を形成するものと説明してきたが、コーティング１０２は、他の測定値を改善するように機能し、従って、特定の測定値に依存する何らかの産業用構成要素のより正確な制御を可能とすることができることは理解される。
【００２０】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２１】
特許請求の範囲における全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する構造、材料、作用及びその均等物は、特に特許請求したような他の特許請求した要素と組み合わせて機能を実行するあらゆる構造、材料又作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容のみを包含するものとすること、又はそれに限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最も良く説明するようにまた企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解するのを可能にするように、選択し且つ説明してきた。
【符号の説明】
【００２２】
１００  空気流入口
１０２  コーティング
１０４，２０４，３０４  ベルマウス構成要素
１１０  圧縮機
１１２  タービン
１１４  空気流
１１６  静圧センサシステム
１１８  センサ
１２０  内表面
１３０，２３０，３３０  アニュラス領域
１３２  表面
１５０  ストラット
１５２  外側部分
１５４  内側部分
２３４  スロート領域
３３４  傾斜側部
【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】
2016044678.tif 000007
【図６】
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【外国語明細書】
2016044678000001.pdf