(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンエンジンの入口空気流から粒子を分離するための方法および装置を提供する。【解決手段】半径方向外側排気管路をもつ中心胴体９２を有す。入口空気流は、中心胴体９２の一部を規定する衝突表面に衝突し得る、同伴されている粒状物質を有す。衝突表面は、傾斜させて配置されるか、または低い反発係数を有して、流入する粒状物質の速度を低減し得る。粒状物質は、排気管路を通って半径方向外側に放射状にそらされ、中心胴体９２の形状によって規定されるターンをなすことができない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心胴体（９２）を有しエンジン中心線（１２）を規定するタービンエンジン（１０）の入口空気流（１５０）から粒子を分離する方法（２００）であって、
前記入口空気流（１５０）に同伴されている粒状物質の少なくとも一部を衝突表面（９４）に衝突させること（２０４）、
衝突後、前記空気流（１５０）を中心胴体（９２）の回りにターン（１４２）させること（２０６）、および
前記ターン（１４２）中に前記空気流（１５０）の一部を前記エンジン中心線（１２）に対して半径方向にそらし、前記ターン（１４２）をなすことができない慣性的に束縛された粒子を含む排気流（１５４）を形成すること（２０８）、を含む前記方法（２００）。
【請求項２】
前記入口空気流（１５０）に同伴されている前記粒状物質を衝突させること（２０４）が、前記入口空気流（１５０）に同伴されている前記粒状物質の少なくとも一部を、前記エンジン中心線（１２）および入口空気流線（１６０）のうちの１つと９０度以下の前方角度を形成する衝突表面（９４）に衝突させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記衝突表面（９４）が、前記エンジン中心線（１２）および前記入口空気流線（１６０）の両方と９０度以下の前方角度を形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記衝突表面（９４）が、前記エンジン中心線（１２）および前記入口空気流線（１６０）の少なくとも１つに対して鋭角の前方角度を形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ターン（１４２）の頂点で前記排気流（１５４）を前記空気流（１５０）からそらせることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記空気流（１５０）の速度が、前記ターン（１４２）中ほぼ一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記空気流（１５０）を前記ターン（１４２）させること（２０６）が、前記エンジン中心線（１２）に対して少なくとも１２０度の角度による、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記衝突させること（２０４）が非弾性衝突をもたらす、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
中心胴体（９２）を有し、入口空気流路（１５０）を規定する入口ダクト（１４４）を規定する入口（９０）、
前記中心胴体（９２）の下流に配置され、エンジン中心線（１２）を規定するエンジンコア（４４）、および
前記中心胴体（９２）の少なくとも一部の回りに半径方向外側に配置されている排気プレナム（９８）を有し、前記入口ダクト（１４４）と前記排気プレナム（９８）を流体連結するプレナム入口（１００）を有する入口粒子分離装置（８８）、を含む前記ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１０】
前記入口ダクト（１４４）が、前記中心胴体（９２）の回りのターン（１４２）を規定し、前記プレナム入口（１００）が、前記ターン（１４２）で前記入口ダクト（１４４）と流体連結する、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１１】
前記ターン（１４２）が少なくとも１２０度である、請求項１０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記ターン（１４２）の上流に衝突表面（９４）をさらに含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記衝突表面（９４）が前記中心胴体（９２）の一部により形成される、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記衝突表面（９４）が、前記中心線（１２）に対して９０度未満である、または９０度に等しい前方角度を規定する、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記衝突表面（９４）が粒状物質の非弾性衝突をもたらす、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記入口粒子分離装置（８８）が、前記プレナム入口（１００）に位置する排気静翼（１２８）を含む、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記入口粒子分離装置（８８）が、前記入口（９０）から機械的に取り外し可能である、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１８】
前記プレナム入口（１００）の上流に衝突表面（９４）をさらに含む、請求項９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記衝突表面（９４）が、粒状物質の前記衝突表面（９４）に対する非弾性衝突をもたらす反発係数を有す、請求項１８に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２０】
前記衝突表面（９４）が、前記中心線（１２）に対して９０度未満である、または９０度に等しい前方角度を規定する、請求項１９に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２１】
前記衝突表面（９４）が前記中心胴体（９２）の一部により形成される、請求項２０に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２２】
中心胴体（９２）を有し、入口空気流路（１５０）を規定する入口ダクト（１４４）を規定する入口（９０）、
前記中心胴体（９２）の下流に配置され、エンジン中心線（１２）を規定するエンジンコア（４４）、
前記中心胴体（９２）の少なくとも一部の回りに半径方向外側に配置されターン（１４２）を形成する排気プレナム（９８）を有し、前記入口ダクト（１４４）と前記排気プレナム（９８）を流体連結するプレナム入口（１００）を有する入口粒子分離装置（８８）、および
前記ターン（１４２）の上流に位置する前記中心胴体（９２）の少なくとも一部により形成される衝突表面（９４）、を含むガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２３】
前記ターン（１４２）が少なくとも１２０度である、請求項２２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２４】
前記衝突表面（９４）が、前記中心線（１２）に対して９０度未満である、または９０度に等しい前方角度を規定する、請求項２２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２５】
前記入口粒子分離装置（８８）が、前記プレナム入口（１００）に位置する排気静翼（１２８）を含む、請求項２２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２６】
前記入口粒子分離装置（８８）が、前記入口（９０）から機械的に取り外し可能である、請求項２２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府の助成による研究または開発に関する陳述
連邦政府により与えられた契約第Ｗ９１１Ｗ６−０７−０２−０００２号の下で政府支援を受けて本発明がなされた。連邦政府は本発明において特定の権利を有す。
【背景技術】
【０００２】
エンジン、特にガスまたは燃焼タービンエンジンは、複数のタービン動翼の上を通りエンジンを通り抜ける燃焼されたガスの流れからエネルギーを抽出するロータリエンジンである。ガスタービンエンジンは、陸上と海上の移動および電力生成に用いられてきたが、ヘリコプターを含む航空機などの航空用途のために最も一般的に使用されている。航空機において、ガスタービンエンジンは、航空機の推進のために使用されている。陸上の用途において、タービンエンジンは、電力生成のために使用されることが多い。また、汚濁流体の流れが粒状物質などを含む流体システムは、タンクまたは発電装置などの中に下流側のエンジンを含み得る。
【０００３】
航空機のガスタービンエンジンは、高温で作動してエンジン効率を最大化するように設計されているため、高圧タービンおよび低圧タービンなどの特定のエンジン構成要素の冷却が必要であり得る。典型的には、冷却は、高圧および／または低圧圧縮機から冷却を必要とするエンジン構成要素に冷却空気をダクトで送ることによって達成される。タービン空気は高温であるが、圧縮機空気と比べると温度が低く、タービンの冷却に使用され得る。タービン冷却時に、冷却空気は、タービン動翼とタービンシュラウドの内部空間を含む様々なタービン構成要素に供給され得る。
【０００４】
ほこり、ちり、砂、火山灰、およびその他の環境汚染物質などのエンジン吸気中の粒子は、圧縮機の激しい腐食を引き起こし得る。粒子は、エンジンを通り抜けるとき、燃焼ガス中で融解し、その後タービン流路表面上に再凝固し得る。タービン冷却空気中に同伴されている粒子は、沈着と冷却通路の詰まりにより、冷却損失を引き起こし得る。これらの効果は全て、航空機環境に対して動作時間または「飛行時間」の低減を引き起こす。この問題は、タービンエンジンが大量の浮遊微小粒子に晒される、世界中の特定の動作環境で悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５０３９３１７号
【発明の概要】
【０００６】
一態様において、中心胴体を有しエンジン中心線を規定するタービンエンジンの入口空気流から粒子を分離する方法。前記入口空気流の少なくとも一部を衝突表面に衝突させること、衝突後、前記空気流を前記中心胴体の回りにターンさせること、および前記ターン中に前記空気流の一部を前記エンジン中心線に対して半径方向にそらし、前記ターンをなすことができない慣性的に束縛された粒子を含む排気流を形成することを含む、前記方法。
【０００７】
別の態様において、中心胴体を有し、入口空気流路を規定する入口ダクトを規定する入口、前記中心胴体の下流に配置され、エンジン中心線を規定するエンジンコア、および前記中心胴体の少なくとも一部の回りに半径方向に外側に配置されている排気プレナムを有し、前記入口ダクトと前記排気プレナムを流体連結するプレナム入口を有する入口粒子分離装置、を含むガスタービンエンジン。
【０００８】
さらなる別の態様において、中心胴体を有し入口空気流路を規定する入口ダクトを規定するガスタービンエンジン、前記中心胴体の下流に配置され、エンジン中心線を規定するエンジンコア、前記中心胴体の少なくとも一部の回りに半径方向に外側に配置されターンを形成する排気プレナムを有し、前記入口ダクトと前記排気プレナムを流体連結するプレナム入口を有する入口粒子分離装置、および前記ターンの上流に位置する前記中心胴体の少なくとも一部により形成される衝突表面。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図面は、以下のとおりである。
【図１】図１は、ガスタービンエンジンの概略断面図である。
【図２】図２は、入口粒子分離装置を有する図１のガスタービンエンジンの横断面図である。
【図３】図３は、図３の入口粒子分離装置の分解図である。
【図４】図４は、空気流を図示する、入口粒子分離装置の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、公称の反発係数を有する衝突表面と接触する粒子を図示する断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、低い反発係数を有する図５Ａの衝突表面と接触する粒子を図示する断面図である。
【図６】図６は、タービンエンジンの入口空気流から粒子を分離する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
記載される本発明の実施形態は、粒子の除去、詳細には、ターボシャフトタービンエンジンにおける粒子の除去、より詳細には、タービンエンジンへのエンジン吸入空気流からの粒子の除去、に関するシステム、方法、およびその他の装置を対象にする。説明を目的として、本発明は航空機のガスタービンエンジンに関して記載することとする。しかしながら、本発明は、それに限定されず、その他の移動体への応用、ならびに非移動体への工業的、産業的、および居住的応用などの航空機以外への応用において、通常の適応性を有し得ることが理解されるであろう。
【００１１】
本明細書で使用される場合、用語「軸方向（axial ）」または「軸方向（axially ）」は、エンジンの縦軸に沿った、またはエンジン内に配置されている構成要素の縦軸に沿ったディメンションを表す。「軸方向（axial ）」または「軸方向（axially ）」と共に使用される用語「前方（forward ）」は、エンジン入口、または他の構成要素と比べてエンジン入口に相対的に近い構成要素に向かう方向への移動を表す。「軸方向（axial ）」または「軸方向（axially ）」と共に使用される用語「後方（aft ）」は、エンジン中心線に対してエンジンの後部または出口に向かう方向を表す。
【００１２】
本明細書で使用される場合、用語「半径方向（radial ）」または「半径方向（radially ）」は、エンジン、エンジン外周、またはエンジン内に配置されている環状または輪状の構成要素の中心縦軸の間に延びるディメンションを表す。用語「近接（proximal ）」または「近接（proximally ）」の単独での使用、または用語「半径方向（radial ）」または「半径方向（radially ）」を伴う使用は、中心縦軸、または他の構成要素と比べて中心縦軸に相対的に近い構成要素に向かう方向への移動を表す。
【００１３】
本明細書で使用される場合、用語「接線方向（tangential ）」または「接線方向（tangentially ）」は、エンジンの縦軸またはエンジン内に配置されている構成要素の縦軸に対する放射状線に垂直に伸びるディメンションを表す。
【００１４】
全ての方句に関する言及（例えば、半径方向、軸方向、上部、下部、上方、下方、左、右、側方、前、後、先端部、底部、上側、下側、垂直、水平、時計回り、反時計回り）は、読者の本開示への理解を助けるために、ただ識別の目的で使用されており、特に本開示の位置、方向、または使用に関して、制限を設けるものではない。連結に関する言及（例えば、付属（attached ）、連結（coupled ）、連結（connected ）、および接続（joined ））は、広く解釈されるべきであり、別段の定めがない限り、要素の集まりの間の中間部材、および要素の間の相対移動を含み得る。このように、連結に関する言及は、２つの要素が直接的に連結し、互いに固定した関係にあることを必ずしも意味しない。例示的な図面は、説明目的のためだけのものであり、本明細書に添付の図面に反映されている寸法、位置、順序、および相対的な大きさは、変わり得る。
【００１５】
図１は、航空機用のガスタービンエンジン１０の概略断面図である。エンジン１０は、概して長手方向に延びる軸線または前方１４から後方１６へ延びる中心線１２を有する。エンジン１０は、ブースターまたは低圧（ＬＰ）圧縮機２４および高圧（ＨＰ）圧縮機２６を含む圧縮機セクション２２、燃焼器３０を含む燃焼セクション２８、ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６を含むタービンセクション３２、ならびに排気セクション３８を下流への直列的な流れの関係性を有して含む。ＨＰ圧縮機２６、燃焼器３０およびＨＰタービン３４は、燃焼ガスを生成するエンジン１０のコア４４を形成する。コアケーシング４６は、コア４４を包囲する。
【００１６】
エンジン１０の中心線１２回りに同軸上に配置されるＨＰシャフトまたはスプール４８は、ＨＰタービン３４をＨＰ圧縮機２６と駆動的に連結する。直径が大きい環状のＨＰスプール４８内でエンジン１０の中心線１２の回りに同軸上に配置されるＬＰシャフトまたはスプール５０は、ＬＰタービン３６をＬＰ圧縮機２４と駆動的に連結する。スプール４８、５０のいずれかまたは双方に取り付けられていて、共に回転するエンジン１０の部分を、個別にまたはまとめて回転子５１と呼ぶ。
【００１７】
ＬＰ圧縮機２４およびＨＰ圧縮機２６は複数の圧縮機段５２、５４をそれぞれ含み、そこで圧縮機動翼５８の集合は、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れを圧縮または加圧する。１つの圧縮機段５２、５４において、多数の圧縮機動翼５６、５８は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットフォームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的な圧縮機静翼６０、６２が、動翼５６、５８にその下流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼、および圧縮機段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。圧縮機段の動翼５６、５８は、ディスク５３に取り付け可能であり、ディスク５３はＨＰスプール４８およびＬＰスプール５０のうちの対応する方に取り付けられており、各段はそれぞれディスクを有する。静翼６０、６２は、回転子５１の回りに円周方向に配置されているコアケーシング４６に取り付けられている。
【００１８】
ＨＰタービン３４およびＬＰタービン３６は複数のタービン段６４、６６をそれぞれ含み、そこでタービン動翼６８、７０の集合は、対応する静的なタービン静翼７２、７４（ノズルとも呼ばれる）の集合に対して回転して、上記段を通り抜ける流体の流れからエネルギーを抽出する。１つのタービン段６４、６６において、多数のタービン動翼６８、７０は、環内に設けられることが可能であり、動翼プラットフォームから動翼先端まで、中心線１２に対して半径方向に外側に延びることが可能である一方で、対応する静的なタービン静翼７２、７４が、動翼６８、７０にその上流に隣接して位置する。図１に示す動翼、静翼、およびタービン段の数は、説明の目的のためだけに選択されたものであり、他の数が可能であることに留意されたい。
【００１９】
作動において、ＬＰ圧縮機２４へ空気を供給し、その後、ＬＰ圧縮機２４はＨＰ圧縮機２６へ加圧された周辺空気を供給し、ＨＰ圧縮機２６は周辺空気をさらに加圧する。ＨＰ圧縮機２６からの加圧空気は、燃焼器３０において燃料と混合して点火され、それによって燃焼ガスを生成する。ある仕事量が、ＨＰタービン３４によってこれらのガスから抽出され、ＨＰ圧縮機２６を駆動する。燃焼ガスは、ＬＰ圧縮機２４を駆動する追加の仕事量を抽出するＬＰタービン３６へ流れ出て、排気ガスは、最終的に、排気セクション３８を経由してエンジン１０から排出される。ＬＰタービン３６の駆動がＬＰスプール５０を駆動し、ＬＰ圧縮機２４を回転させる。
【００２０】
周辺空気の一部は、エンジンコア４４を迂回することが可能であり、エンジン１０の一部、特に高温部分の冷却に用いること、および／または他の態様の航空機の冷却もしくは動力に用いることが可能である。タービンエンジンの文脈において、エンジンにおける高温部分とは、通常、燃焼器３０の下流、特に燃焼セクション２８の直下流であるために最高温部分となるＨＰタービン３４を伴う、タービンセクション３２である。他の冷却流体の源としては、限定するものではないが、ＬＰ圧縮機２４またはＨＰ圧縮機２６から流れ出る流体がありうる。
【００２１】
図２を参照すると、ガスタービンエンジン１０の断面は、圧縮機セクション２２の上流に軸方向に配置されている入口セクション８０および管路セクション８２、ならびにタービンセクション３２の下流の出口セクション８４を示している。入口セクション８０は、入口９０、中心胴体９２、および排気プレナム９８をもつ入口粒子分離装置８８を有す。入口９０は、下流のセクションへ空気流を供給するための開口を規定する。入口９０の軸方向の下流は、衝突表面９４を有する中心胴体９２であり、衝突表面９４は、中心胴体９２の一部により形成され、入口９０から供給される空気流と対向する。入口ダクト９６は、中心胴体９２の回りに規定され、入口ダクト９６と流体連通している排気プレナム９８により半径方向に外側に境界づけられている。１つ以上のプレナム入口１００は、入口ダクト９６と排気プレナム９８との間に流体連通を与える。入口９０、中心胴体９２、および排気プレナム９８は、全て環状であるので、入口ダクト９６は、エンジン中心線１２の回りに半径方向に規定される。排気プレナム９８は、他のスクロール、排気管路を代替的に含み得ること、または、エンジン中心線１２の回りに半径方向に配置された複数の排気管路の組み合わせであり得ることが企図されている。
【００２２】
管路セクション８２は、入口ダクト９６とエンジン１０の圧縮機セクション２２を流体連結する流路管１０２を有す。入口９０に供給された空気流は、入口ダクト９６を通って中心胴体９２の回りを通過し、流路管１０２へと流れ、圧縮機セクション２２に空気を供給する。出口セクション８４は、エンジン中心線１２の回りに半径方向に配置された１つ以上の支柱１０４を有す。
【００２３】
図３を参照すると、入口粒子分離装置８８の分解図は、エンジンコア４４に空気流を供給するための構成要素の組み合わせを最良に示している。前板１２０は、排気管路１２２に取り付けられ、排気プレナム９８を規定する。半径方向外側のターンへの流入口９６のための前板１２０および中心胴体９２。粒子は、プレナム入口１００を通って排気されるように、半径方向外側の方向に加速される。排気管路１２２は、外への排気空気流を与えるための排気出口１２４を有す。中心胴体９２は、排気管路１２２内の半径方句内側にある。排気入口セクション１２６は、１つ以上のバンド１３０が取り付けられている複数の環状の排気静翼１２８を含み、図２のプレナム入口１００を規定し得る。排気静翼１２８は、プレナム入口１００の半径方向の配置が放射状であるように規定するような向きにされた楔形の本体を含む。あるいは、排気静翼１２８は任意の形状であり得、楔形に限定されないことが企図されている。さらに、排気静翼１２８の配置は、プレナム入口１００に対して軸方向の向きを規定し得る。４つの排気静翼１２８が示されているが、任意の数のプレナム入口１００を規定する任意の数の排気静翼１２８が企図されている。内側部材１３２および外側部材１３４は、中心胴体９２の軸方向に下流の流路管１０２の半径方向内側および外側境界を規定し得る。中心胴体９２および内側部材は、軸方向に配置されて連結し得、外側に配置されている排気管路１２２および排気入口セクション１２６の内側に支持され得る。
【００２４】
入口粒子分離装置８８の構造要素は、容易に相互連結されて入口粒子分離装置８８を形成し得る。入口粒子分離装置８８は、管路セクション８２から機械的に取り外し可能であり得る。入口セクション８０の設置およびメンテナンスは、取り外しが簡単なため容易である。しかしながら、本明細書で開示される装置を開発する異なる製造の組み合わせが可能であることが理解されるべきである。
【００２５】
図４は、入口粒子分離装置８８の入口ダクト９６の断面を示しており、流路１４０を規定する入口９０、入口ダクト９６、および流路管１０２を規定する半径方向外側表面１３６および内側表面１３８を最良に示している。入口ダクト９６は、中心胴体９２の回りにターン１４２をさらに規定し、中心胴体９２は入口ダクト９６の上流に衝突表面９４を有す。プレナム入口１００は、ターン１４２で入口ダクト９６と流体連結する。入口ダクト９６は、入口１４４および出口１４６をさらに有し得る。入口１４４は、入口ダクト９６に入る空気を加速するように最小の断面積を有し得る。また、出口１４６は、流路管１０２に入る空気流が圧縮機セクション２２に進む前に減速するように、プレナム入口１００の下流で最小の断面積を有し得る。ターン１４２は、入口１４４と出口１４６の間に規定され得、少なくとも１２０度のターン角度１４８を含み得るが、任意の角度を有するターンが企図されている。ターン１４２は、ターン１４２の頂点でプレナム入口１００と連結し得る。図示されているプレナム入口１００は、ターン１４２内の流れに対して相補的な様式で配置され得る。例えば、中心胴体９２がエンジン中心線１２に対してターン１４２を特定の角度に規定する場合、ターン１４２のその部分でのプレナム入口１００は、エンジン性能への負の影響を防ぐように、ターン１４２に対して角度をなし得るか、またはターン１４２に相補的であり得る。さらに、エンジン１０または入口９０の個々の設計に基づき、利用するプレナム入口１００の数は増減し得る。
【００２６】
入口流１５０は、入口９０を通って与えられ、実質的に軸方向の流れの方向を有す。入口流１５０は、向きを変えて実質的に半径方向外側の方向で入口ダクト９６に進み、加速してターン１４２に入る。入口流１５０中に同伴されている粒状物質は、入口ダクト９６へと向きを変え得るか、または、十分に質量が大きい場合は、入口ダクト９６に進む前に衝突表面９４に衝突して、粒状物質の慣性が小さくなり得る。ダクト空気流１５２は、ターン１４２を通過し得、空気の一部を流路管１０２に進ませ、ダクト空気流１５２のその他の部分を排気流１５４としてプレナム入口１００を通過させ得る。ダクト空気流１５２中に同伴されている粒状物質は、ある割合の粒状物質を排気流１５４と共にプレナム入口１００を通して運び、流路管１０２を通って圧縮機セクション２２へ供給される清浄な空気流１５６からある割合の粒状物質を除去し得る慣性を規定する速度を有し得る。衝突表面９４および半径方向に配置された排気管路１２２と組み合わせて大きなターン１４２を利用することは、小さなターン１４２を有する他の入口粒子分離装置と比べて、エンジン１０に入る粒状物質のより大部分を除去し得ることが理解されるべきである。
【００２７】
ここで図５Ａおよび５Ｂを参照すると、衝突表面９４に衝突する粒状物質の流れが示されている。図５Ａを参照すると、粒状物質流１６０は、エンジン１０に供給される空気流と共に実質的に軸方向の流路内を移動し得る。粒状物質１６０の接触点１６１での衝突表面９４は、ある角度で配置され得る。半径方向軸１６２は、エンジン中心線１２に対して直角の接触点１６１を通って延び得る。衝突表面９４に沿って接触点１６１を通る衝突軸１６４が規定され得る。第１前方角度１６６は、半径方向軸１６２と衝突軸１６４の間に存在し、第２前方角度１６８は、衝突軸１６４と粒状物質の軸方向流線１６０の間に存在する。中心胴体９２は、衝突表面９４が９０度以下の第１前方角度１６６および第２前方角度１６８を規定するような形状であり得る。
【００２８】
理解され得るように、粒状物質１６０は、衝突表面９４と接触するようになり、複数の方向に散乱した後、入口ダクト９６に進み、ターン１４２に入り得、その後、大部分の粒状物質１６０は、プレナム入口１００を通過させられ得る。粒状物質の軌道を方向づけるように、または、空気力学的よどみ領域を発生させて粒状物質の速度を低下させるように、衝突表面９４により規定される角度１６６、１６８は変わり得る。衝突表面の幾何学的配置は、粒子が流入してくる入口空気流１５０中に跳ね返り、粒状物質の速度を低下させるのに有利な条件を与える。粒子の速度がかなり低下すると、空力抵抗は粒子を再加速し、粒子軌道に強い影響を与えるようになる。衝突後、粒子は、入口１４４に入ると、半径方向に大きく再加速されるようになり、半径方向外側方向に排気プレナム入口１００へと進み続ける。
【００２９】
図５Ｂを参照すると、衝突表面９４は、低い反発係数（ＣｏＲ）を有し得るので、中心胴体９２と衝突する粒状物質１６０は、非弾性衝突で衝突し、よりカオス的ではない様式で挙動するようになるが、粒状物質の速度および慣性は減少する。傾斜表面と表面の低いＣｏＲの組み合わせは、入口スピードと比べて速度が顕著に減少した粒子をもたらす。低いＣｏＲは、プレナム入口１００へのより直接的な粒状物質の経路を与え得るので、必要なプレナム入口１００の数が少なく、システムの効率性が増し得る。
【００３０】
図６は、タービンエンジン１０の入口流から粒子を分離する方法２００を示すフローチャートである。タービンエンジンは、中心胴体を規定し、中心胴体を有し得る。２０２では、入口９０からガスタービンエンジン１０に空気流を供給する。２０４のように、少なくとも一部の空気流は、中心胴体９２上の衝突表面９４に衝突する。衝突表面９４は鋭角の前方角度を形成するので、空気流を衝突させることは、エンジン中心線１２と空気流線のどちらか、または双方に対して９０度以下である前方角度で衝突表面９４に空気流を衝突させることを含み得る。また、衝突表面は、低いＣｏＲを有し、衝突後粒状物質の慣性を低減し得る。低減した慣性は、衝突後により直接的な粒状物質の流路を決め得る。ＣｏＲは、衝突表面で粒子の非弾性衝突をもたらし得る。
【００３１】
衝突後、２０６では、空気流は、中心胴体９２の回りにターンし得る。空気流は、中心胴体９２の回りにターンする。ターンは、１２０度よりも大きいことがあり得るが、任意の角度のターンが企図されている。空気流が最小の断面積を通過することにより、ターン中に空気流は加速され得る。２０８では、空気流のターン中に空気流の一部をエンジン中心線１２に対して半径方向にそらし、ターンをなすことができない慣性的に束縛された粒子を含む排気流を形成する。半径方向にそらされる排気流は、ターンの頂点で方向をそらされ得る。排気管路１２２は、粒子含有排気流を受け入れ、排気空気流をエンジン１０の別の部分または外へ移動させるための排気プレナム９８を有し得る。
【００３２】
衝突した粒子は、カオス的な様式で粒子の散乱をもたらす。低いＣｏＲを有する衝突表面９４および傾斜表面の利用は、粒子速度を低減して粒子速度を抵抗により支配させ、その後粒状物質をプレナム入口１００へと方向づけ得る。粒状物質の方向づけは、エンジン１０に進む空気流から粒子を除去するという点において、システムの効率を高め得る。さらに、粒状物質の方向づけは、必要な排気静翼１２８の数を減らし、サイズと重量を減らしながら、入口粒子分離装置８８を単純化し得る。
【００３３】
粒子の分離と排気流のための半径方向外側の入口を、大きな流れのターンと組み合わせて含む、記載の入口粒子分離装置は、エンジンに入る空気流から大きい粒状物質と細かい粒状物質の双方を効率的に分離することが理解されるべきである。また、低い反発係数を有する前方衝突表面と傾斜表面は、粒状物質の速度を低下させて空気流から分離される粒状物質の量を増加させ得る。
【００３４】
また、排気管路を半径方向外側の位置へと移動させることは、ギアボックスの最適な取り付け位置を可能にする。
【００３５】
本明細書は、最良の形態を含んで本発明を開示するため、および、あらゆる装置またはシステムの製造および使用と組み込まれているあらゆる方法の実施とを含む本発明の実施をあらゆる当業者にとって可能とするために、実施例を使用した。特許を受けることができるこの発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の実施例を含みうる。そうした他の実施例は、特許請求の範囲の字義どおりの用語と異なるものではない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義どおりの用語と実体のない差異をもつ同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ガスタービンエンジン
１２  縦軸（中心線）
１４  前方
１６  後方
２２  圧縮機セクション
２４  低圧（ＬＰ）圧縮機
２６  高圧（ＨＰ）圧縮機
２８  燃焼セクション
３０  燃焼器
３２  タービンセクション
３４  ＨＰタービン
３６  ＬＰタービン
３８  排気セクション
４４  コア
４６  コアケーシング
４８  ＨＰシャフト／ＨＰスプール
５０  ＬＰシャフト／ＬＰスプール
５１  回転子
５２  圧縮機段
５３  ディスク
５４  圧縮機段
５６  圧縮機動翼
５８  圧縮機動翼
６０  圧縮機静翼（ノズル）
６２  圧縮機静翼（ノズル）
６４  タービン段
６６  タービン段
６８  タービン動翼
７０  タービン動翼
７２  タービン静翼
７４  タービン静翼
８０  入口セクション
８２  管路セクション
８４  出口セクション
８８  入口粒子分離装置
９０  入口
９２  中心胴体
９４  衝突表面
９６  入口ダクト
９８  排気プレナム
１００  プレナム入口
１０２  流路管
１０４  支柱
１２０  前板
１２２  排気管路
１２４  排気出口
１２６  排気入口
１２８  静翼
１３０  バンド
１３２  内側部材
１３４  外側部材
１３６  外側表面
１３８  内側表面
１４０  流路
１４２  ターン
１４４  ダクト入口
１４６  ダクト出口
１４８  ターン角度
１５０  入口流
１５２  ダクト空気流
１５４  排気流
１５６  清浄な空気流
１６０  粒状物質流
１６１  接触
１６２  半径方向軸
１６４  衝突軸
１６６  第１角度
１６８  第２角度
２００  方法
２０２  工程
２０４  工程
２０６  工程
２０８  工程
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【外国語明細書】
2017129117000001.pdf